摘 要

在现代工业制造中，许多零件（如光学、电子元件）都迈向了小型化，即尺寸更小、厚度更薄。因此，要从尺寸厚度较大的原料中加工出用于后续生产的高精度薄毛坯的难度就更大了，尤其对于那些切割性能相对较差的硬脆材料而言。硬脆材料的高精度切割已经成为国际切割技术研究的热点，目前，国内的切割技术与国外还存在着较大差距，因此对切割加工技术的探究是很有必要的。

本文针对硬脆材料的切割加工需求及过程，对金刚石环线切割设备进行了研究和设计。

首先，分析总结了实际加工过程中的特点，确立了环线切割形式及机床布局的切割加工整体方案。

然后，在结构方面，以加工精度和满足强度为第一需求，辅之以轻量化、低成本的设计理念，对床身、立柱、工件装夹装置、主轴等结构进行了设计分析，符合了机械结构的功能要求；在加工工艺方面，以振动理论为基础，结合优化的思想方法，提出了合理的锯丝张紧力—线速度组合参数；

最后，利用Solidworks进行了运动仿真，验证了各机构运动的合理性。

关键词：环线切割 ；工艺参数优化；静力分析；运动仿真

Abstract

In the modern industrial manufacturing,most of components (such as electronic components) have steppted into miniaturization,in other words,being much smaller dimension and thinner thickness.Therefore,it is more difficult to process the high precision thin workblank,which is used for subsequent production ,from larger thickness raw materials, especially for those hard and brittle material with relatively poor cutting property.At present, there is a great gap between domestic wire saw technology and foreign,so it is rather necessary to explore the wire saw technology.

This paper, aiming at the demand and process of cutting hard and brittle material，researches and designs the diamonds circular wire saw device.

First of all, having analyzed and summarized characteristics during the pramatic maching process,a preliminary integral program,including form of circular wire saw and layout of machine tool, is established.

Then, in terms of structure,to meet the first demand on strength and take lightweight and lowcost design concept into consideration,bed、stand column、workpiece fixture、main shaft components are designed and analyzed，meeting the mechanical function requirements；in terms of sawing technology，based on vibration theory，combining with optimal idea and method，a group of reasonable sawing tension-wire velocity parameters are proposed.

Finally,using Solidworks to carry out motion simulation,the rationality between different compnents is verified.

Keywords: Circular Diamond Wire Sawing; Sawing Parameter optimiztion ; Static Structure Analysis; Motion Simulation

目录

摘要 I

Abstract II

1. 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 切割技术国内外研究现状 2

1.2.1线切割过程材料去除机理 2

1.2.2线切割加工技术总结 3

1.3 线切割设备的商品化现状 4

2. 切割方案设计 5

2.1 切割形式的选择 5

2.2 环线切割设备现状 5

2.3 切割机整体布局方案 6

3. 金刚石环线切割机设计 8

3.1 切割机整机结构组成 8

3.2 切割运动机构设计 10

3.2.1金钢石锯丝材料的选择 10

3.2.2切割装置相关参数的确定 11

3.2.3线轮的材料选择 21

3.3 传动系统设计 22

3.3.1主轴电机的选型 22

3.3.2传动系统与固定部分的连接形式 24

3.3.3 张紧装置的结构形式 25

3.4 工作台装夹机构设计 26

3.5 直线运动系统设计 26

3.5.1工程常用导轨比较 27

3.5.2 滑动导轨的选型 27

3.5.3 滚珠丝杠的选型 31

3.5.4 驱动电机的选型 34

4. 金刚石环线切割机关键零部件的的设计优化 34

4.1主动轮轴的设计及分析 34

4.1.1 轴承的选择 35

4.1.2主动轴的尺寸设计 35

4.1.3 主轴的校核 39

4.2立柱的设计及分析 39

4.2.1 切割装置与立柱的结合位置 40

4.2.2 立柱的尺寸设计 40

4.2.3 立柱的校核 42

4.3床身的设计及分析 42

5.总机结构与运动仿真 43

5.1金刚石环线切割机总装图 43

5.2动力学仿真分析 45

6.总结与展望 45

6.1 论文的主体部分 45

6.2 论文不足 46

参考文献 48

致谢 50

1. 绪论

1.1 课题研究背景及意义

硬脆非金属材料，主要包括如YAG、KDP、融石英、宝石、硅晶体等复合材料，具有高硬度、高脆性、高耐磨性、高抗蚀性、高抗氧化性等特点。正是由于这些独特的性质使硬脆材料在国防工业、航天航空及民用科技等领域应用越来越广泛，但同时也决定了硬脆材料加工的难度系数高、成品率低，硬脆材料的高精度切割已经成为国际切割技术研究的热点。