小型线切割机床走丝限位装置的改进方案与实施

赵夫超，吴福贵，许金煌，杨坤，王明杰

（1.安庆职业技术学院 机电工程学院，安徽 安庆 246003；2.安庆市鼎润智能装备制造有限公司，安徽 安庆 246003）

0 引言

小型线切割机床可加工复杂截面的型柱、型孔和窄缝等特殊结构的表面，具有加工精度高、自动化程度高、操作方便、成本低和较为安全等优点，广泛应用在模具等精密零部件的制造中[1]。

由小型线切割机床的工作原理得知，机床在切割零件时，电极丝相对工件作上下往复运动。电极丝的上下往复运动是由电动机带动储丝筒作正反方向旋转完成的。储丝筒正反转动的同时，还将相对机床导丝架作水平方向的直线往复移动。储丝筒在水平方向直线往复移动的范围由限位装置控制[2-4]。改进设计之前的限位装置绝大多数采用如图1所示的结构，即采用螺钉将限位杆固定在支架上，当调整好限位杆的位置再次锁紧限位杆时，限位杆会相对支架向机床盖板一侧倾斜，从而难以保持限位杆与接近开关之间的合适距离，若该距离过大，接近开关检测不到限位杆，将无法起到限位作用；距离太小，又易撞坏接近开关，无法控制储丝筒改变旋转方向，电极丝被拉断，造成加工中断，从而增大维修和使用成本，给正常生产或教学带来较大不便。

图1 改造前的限位装置

在安徽省质量工程重点项目“基于工匠精神培养学生创新能力的实践教学改革研”中，曾以一种小型数控线切割机床为例研究其走丝限位装置使用便捷性的技术问题，该机床是模具设计与制造、数控技术等专业的实践教学重要的实训装备。当每次为线切割机床更换新的电极丝时，均需重新调整储丝筒的走丝范围。走丝范围的调整方法是移动走丝限位装置上的限位杆实现的，调整好限位杆位置后必须再次锁紧限位杆板，在实际操作中常出现纤维杆位置难以准确定位和可靠固定，易造成使用不便、效率低下和存在安全隐患等问题。文中分析线切割机床走丝限位装置的结构和工作原理，对走丝限位装置的结构进行优化设计并实施改造，以更好地服务于实践教学，进而推广至工业生产领域。

1 改进设计

本次改进设计的目的是，设计一种新型的结构简单、操作方便和使用成本低的小型线切割机床的走丝限位装置并实施改造过程，使之可有效解决文中提及的现有限位装置存在的结构设计不合理而造成的使用不便，以及易撞坏接近开关的技术问题，从而可提高线切割机床的工作稳定性和加工效率。

1.1 设计方案

本次改进设计的一种小型线切割机床的走丝限位装置，包括底板、L形限位杆一、L形限位杆二、锁紧螺钉一、锁紧螺钉二、导板、垫板和安装板，装置上的导板通过螺钉和垫板设置在底板的下端，装置上的垫板设置在底板与导板之间，并靠近导板的两端；装置上的底板的上端设有一对安装板，装置上的安装板的上端设有安装孔；装置上的底板和导板之间设有L形限位杆一和L形限位杆二，装置上的L形限位杆一和L形限位杆二的上端分别设有锁紧螺钉一和锁紧螺钉二。

在上述技术方案中，装置上的L形限位杆一和L形限位杆二可沿导板相对滑动。

本设计方案的优势为，L形限位杆一和L形限位杆二后面设有底板，使用锁紧螺钉一和锁紧螺钉二固定L形限位杆一和L形限位杆二时，底板可与L形限位杆一和L形限位杆二接触，从而确保接近开关的头部与L形限位杆一和L形限位杆二下端之间的距离大小一致。这样可减轻调整储丝筒水平移动范围的工作量，也可降低调整时难度。

图2所示为本优化设计的小型线切割机床的走丝限位装置的结构示意图；图3所示为优化后限位装置的左视图；图4所示为优化后限位装置的剖视图；图5所示为L形限位杆的结构示意图。

图2 优化后的限位装置结构示意图

图3 优化后限位装置的左视图

图4 优化后限位装置的剖视图

图5 L 形限位杆结构图

1.2 结构组成及安装操作方法

1）结构组成。下面结合图1～图5，对本次改进设计的一种小型线切割机床的走丝限位装置结构作进一步说明。

由图2～图5可见，改进设计后的线切割机床走丝限位装置，包括底板1、L形限位杆一2、L形限位杆二2′、锁紧螺钉一3、锁紧螺钉二3′、导板4、垫板5和安装板6，装置上的导板4通过连接螺钉7和垫板5设置在底板1的下端，装置上的垫板5设置在底板1与导板4之间，并靠近导板4的两端；装置上的底板1的上端设有一对安装板6，装置上的安装板6的上端设有安装孔61；装置上的底板1和导板4之间设有L形限位杆一2和L形限位杆二2′，装置上的L形限位杆一2和L形限位杆二2′的上端分别设有锁紧螺钉一3和锁紧螺钉二3′。

装置上的L形限位杆一2和L形限位杆二2′可沿导板4相对滑动。

2）安装操作方法。本改进后的走丝限位装置其操作方法为：首先将螺钉插入安装孔61内，将一对安装板6固定在与储丝筒一起移动的支板上，再根据储丝筒上电极丝分布的宽度，松开锁紧螺钉一3和锁紧螺钉二3′，调整L形限位杆一2和L形限位杆二2′在导板4上的位置，使L形限位杆一2和L形限位杆二2′的下端分别触及到接近开关一8和接近开关二8′时，储丝筒上两端的电极丝还有10～15圈的剩余，最后固定锁紧螺钉一3和锁紧螺钉一3′，将L形限位杆一2和L形限位杆二2′固定在底板1上即可。

在优化设计的走丝限位装操作过程中，底板1可防止固定L形限位杆一2和L形限位杆二2′时，L形限位杆一2和L形限位杆二2′靠向接近开关一8和接近开关二8′太近，撞坏接近开关一8和接近开关二8′。

2 实施改造

优化设计的走丝限位装置，前期由项目组成员教师带领三名学生查阅相关的机械设计手册和机械工艺手册等技术资料后，再进行全面的工艺参数设计与计算；并指导学生绘制本装置所需零件的零件图及整个装置的装配图；编写装置的零件材料清单、制订底板、L形限位杆一、L形限位杆二、导板和垫板等主要零件的加工工艺规程文件；最后再指导学生采购螺钉等标准件和限位开关等常用件。

在项目团队成员的带领下，由师生组建零件加工小组和装置安装调试小组在校内工程实训基地的机械制造车间，利用现有的实训设备加工出部分主要零件，校内无法完成的零部件委托校企合作单位完成。为提高学生参与改造的积极性和实践动手能力，以推选的4名优秀学生为主，团队老师指导学生完成设计、制造、安装与调试等任务。经过前期的精心准备，该优化设计的走丝限位装置安装较为顺利，并一次性调试成功。这为该走丝限位装置服务于实践课程教学提供必要条件。实施改造后的走丝限位装置如图6所示。

图6 改造后的走丝限位装置

3 结语

该走丝限位装置自安装于线切割机床应用于多门实践课程的教学以来，使用较为可靠、效果优良，至今没有出现因走丝限位装置调整不便而易撞坏接近限位开关的安全事故，从而为顺利开展实践课程教学提供了保障，也从一定程度上节省了教学成本，锻炼了师生的创新能力和项目研究能力[5-7]。