电火花机床多轴联动斜向加工方式与运丝系统异响的解决方法
模具加工中应用数控电火花线切割加工机床进行多轴联动斜向加工的方式。
　　1.电火花线切割电极斜向加工清角
　　应用电火花线切割加工来消除切削加工后剩下的R角是较罕见的加工类型，称&清角加工&。进行这类加工时，因部分放电面积小，加工深度大，在加工过和中常会发作放电不稳固的现像，电极进给呈重复回退，继而招致加工速度迟缓，电极损耗较大，外表毛糙度不均等不能满意加工请求的问题，甚至能够涌现难以实现加工的状况。采取电极斜向加工是处理这种问题的一种较好的方式。
　　2.电火花线切割斜向加工清角的技巧剖析
采取斜向加工方式时，电火花线切割机床应对加工部位进行仔细剖析，如加工部位存在与进给方向相矛盾的倒扣、反斜度等，在这些状况下就不能应用斜向加工方式，否则会使加工外形发作转变。在确认能应用斜向加工方式后，就可依据须要抉择2轴联动或3轴联动，这要依据加工部位的外形、朝各方向的凋谢水平来抉择。在可加工的状况下个别庆尽能够应用3轴联动的方式，因其具备更好的排悄后果，能更稳固、更疾速地完全个加工历程。
高速走丝的运丝系统异响的解决方法
&运丝系统异响故障原因:丝筒电机长期高速运转且频繁转向，导致贮丝筒轴与联 轴器的键槽变形变大，换向时因存在间隙使贮丝筒振动 运丝系统异响 故障原因:丝筒电机长期高速运转且频繁转向，导致贮丝筒轴与联轴器的键槽变 形变大，换向时因存在间隙使贮丝筒振动加大出现异响。联轴器减震套是易损件， 更换不及时，也是造成异响的原因。
&解决方法：
&（1）制造厂商要求严格控制贮丝筒部件的零件加工尺寸和装配精度、做好贮丝筒 动平衡；调试过程要仔细观察确保走丝系统运转平稳。
&（2）用户要及时更换减震套，为减少更换频率，可用聚氨酯材料替代橡胶套。良 好的柔性减震，能减少联轴器对键与键槽的冲击，使走丝系统运行平稳。
&（3）贮丝筒丝杠与螺母之间注油要及时，同步齿形带松紧要合适。
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技术支持：泰州依诚　备案号：苏ICP备号上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析摘要本课题来源于上海通用控制自动化有限公司的实际课题。 针对机械行 业的特殊要求，需要切割带锥度的零件及异型件。为此，本课题开发一种 新型数控电火花线切割机， 采用四轴联动。 为了避免直接制造样机所带来 的大量问题，缩短新产品的开发周期，减少开发费用，避
免人力和物力的 浪费。 本课题首先用计算机进行三维几何造型， 然后用计算机进行装配过 程仿真，看是否出现干涉、结构不合理等问题。用 COSMOS 进行有限元分 析看是否满足强度刚度条件。 最终得到一种新型、 高效的数控电火花线切 割机。 本课题用 SolidWorks 对电火花线切割机多个零件进行三维建模，并 生成工程图， 然后进行装配体设计及动画和渲染。 包含了机械制造工艺中 的结构工艺性和装配工艺性， 以及计算机辅助设计等内容， 从而培养计算 机辅助设计能力，创造性思维能力。并在开发过程中，对机械制造工艺有 更深刻的理解和掌握。 三维设计是进行产品创新的重要技能。 大学生在校期间掌握三维计算 机辅助设计软件的使用，对提高教学质量、促进学生的创新思维、培养复 合型人才以及对毕业后的就业都有很大的好处。关键词：电火花线切割机，计算机辅助，三维建模，有限元分析1上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析Electrical Discharge Machining wire transport system design and finite element analysisABSTRACTThis topic is from the actual subject of Shanghai GM Automatic Control. Due to special requirements for the machinery industry, we have to cut the taper parts and special parts. So, this topic is to develop a new type of CNC WEDM(four axis). In order to avoid direct manufacturing prototype, shorten the development cycle of new products, reduce development costs, and avoid the waste of human and material resources. This topic firstly use computer three-dimensional geometric modeling, then use Computer assembly process simulation,to see whether there are interference, unreasonable structure and other issues. Using COSMOS finite element analysis to see if it can meet the strength stiffness conditions. Finally we get a new, efficient CNC WEDM. This project of the WEDM parts using SolidWorks 3D modeling, and generate engineering drawings, and assembly design and animation, and rendering. Contains the structure and technology in the mechanical manufacturing process and assembly process, as well as computer-aided design, in order to cultivate the ability to computer-aided design, creative thinking ability. And in the development process, a deeper understanding and2上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析mastery of mechanical manufacturing processes.Key words: Electrical Discharge Machining, Computer-aided，3D modeling， finite element analysis3上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析数控线切割机运丝系统设计及有限元分析宋 萌 0 引言电火花加工技术是历史最悠久的特种加工方法,在模具制造业、航空 和航天、 电子等众多领域得到了广泛的应用。 对于传统的切削加工难于胜 任的超硬、耐高温合金等难加工材料以及深孔、窄缝等形状的加工，电火 花加工技术显示出其独特的优势，成为加工这些材料不可缺少的加工方 法。随着科学技术的不断发展和实际生产需要,对机械制造提出了更高的 要求：产品向小批量、多品种的柔性制造方向发展,制造精度要求越来越 高,制造周期要求越来越短。 由于能源和环境保护等问题,制造业还需要实 现可持续发展。在这样的背景下，根据电火花加工本身具有的特点,认为 电火花加工技术将在加工的精密性、微细化、高速化和高效率、绿色加工 以及复合加工方面发展， 并需要不断开发新的电火花加工方法， 拓宽电火 花加工的范围。 本课题首先用计算机进行零件的三维几何造型，然后用Solidworks 软件进行装配并仿真， 检查看是否出现干涉、 结构不合理等问题。 用COSMOS 对主要零件进行有限元分析检查是否满足强度刚度条件。 最终得到一种新 型、高效的数控电火花线切割机。4上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析1 总论1.1 数控电火花线切割机加工原理 电火花线切割加工是比较常用的特种加工方法之一,电火花加工又称 放电加工(Electrical Discharge Machining,简称EDM)，它是在加工过程 中,利用工具电极和工件之间脉冲放电时的腐蚀现象使金属熔化或气化, 从而实现对各种形状金属零件的加工。因在放电过程中可见到火花,故称 之为电火花加工。 在线切割加工时是用一根连续移动的电极丝作为工具电 极来代替电火花加工中的成形电极,电极丝接脉冲电源的负极,工件接脉 冲电源的正极， 脉冲电源发出一连串的脉冲电压， 加到工件和工具电极上。 电极丝与工件之间施加足够的具有一定绝缘性能的工作液,当电极丝与工 件的距离小到一定程度时,大约是0.01mm左右,在脉冲电压的作用下,工作 液被击穿,在电极丝与工件之间形成瞬间放电通道,产生瞬时高温， 其温度 可高达10000℃左右,高温使工件局部熔化甚至气化而被蚀除下来。 工件安 装于工作台上,由微型计算机控制,工作台带动工件不断进给,便能将一定 形状的工件切割加工出来。 1.2 数控电火花线切割机的主要功能 它主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件,例如冲裁模的凸 模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等,成形刀具、样板、电火花成型加 工用的金属电极,各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等,具有加工余量小、加 工精度高、 生产周期短、 制造成本低等突出优点, 已在生产中获得广泛的 应用,目前国内外的电火花线切割机床已占电加工机床总数的 60％以上。5上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析1.3 线切割加工质量的工艺指标 1)线切割加工的主要工艺指标： a.切割速度 b．切割精度 c．表面粗糙度2)影响工艺指标的主要因素及其选择: a．加工参数对工艺指标的影响和选择: （1）峰值电流 is （2）脉冲宽度 Ton （3）脉冲间隔 Toff （4）走丝速度 （5）进给速度 b．线电极丝对线切割工艺性能的影响及其选择 : （1）电极丝直径的影响 （2）上丝、紧丝对工艺指标的影响 （3）电极丝垂直度对工艺指标的影响 c．工件厚度及材料的影响: （1）工件材料对工艺指标的影响 （2）材料的厚度对工艺指标的影响 d．工作液对工艺指标的影响及选择: （1）高速走丝选用专用乳化液，低速走丝选用去离子水； （2）切割速度、厚度、流量、流向、加工精度、表面粗糙度、对工作液 浓度的影响。6上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析1.4 数控电火花线切割加工机床分类 1.4.1 按电极丝的运行速度 根据电极丝的运行速度不同, 电火花线切割机床通常分为两类:(1) 高速走丝电火花线切割机床(WEDM-HS):其电极丝作高速往复运动,一般走 丝速度为 8m/s～10m/s,电极丝可重复使用,但快速走丝容易造成电极丝 抖动和反向时停顿, 使加工质量下降,是我国生产和使用的主要机种,也 是我国独创的电火花线切割加工模式。(2)低速走丝电火花线切割机床 (WEDMLS):其电极丝作低速单向运动,一般走丝速度低于 0.2m/s,电极丝 放电后不再使用,工作平稳、均匀、抖动小、加工质量较好,是国外生产和 使用的主要机种。 1.4.2 按控制方式 按控制方式可分为靠模仿型控制、 光电跟踪控制、 数字程序控制及微 机控制等。 1.4.3 按电源形式 按电源形式可分为 RC 电源、晶体管电源、分组脉冲电源及自适应控 制电源等。 1.4.4 按加工特点 按加工特点可分为大、 小型以及普通直壁切割型与锥度切割型等。 中、 1.5 国内外数控线切割机的发展 1.5.1 国内外电火花线切割机概况比较 电火花线切割加工又称线切割。 其基本工作原理是利用连续移动的细7上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析金属丝(称为电极丝)作电极,对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成 型。 它主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件,例如冲裁模的凸模、 凹模、凸凹模、固定板、卸料板等,成形刀具、样板、电火花成型加工用 的金属电极,各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等,具有加工余量小、加工精 度高、 生产周期短、 制造成本低等突出优点, 已在生产中获得广泛的应用, 目前国内外的电火花线切割机床已占电加工机床总数的 60％以上。 根据电极丝的运行速度不同, 电火花线切割机床通常分为两类:(1) 高速走丝电火花线切割机床(WEDM-HS):其电极丝作高速往复运动,一般走 丝速度为 8m/s～10m/s,电极丝可重复使用,但快速走丝容易造成电极丝 抖动和反向时停顿, 使加工质量下降,是我国生产和使用的主要机种,也 是我国独创的电火花线切割加工模式。(2)低速走丝电火花线切割机床 (WEDMLS):其电极丝作低速单向运动,一般走丝速度低于 0.2m/s,电极丝 放电后不再使用,工作平稳、均匀、抖动小、加工质量较好,是国外生产和 使用的主要机种。 中国特有的高速走丝电火花线切割机,由于结构简单、造价低、工艺 效果好,加上使用过程消耗少,自上世纪 60 年代末被研制成功之后就得到 飞速发展, 现已成为制造业中一种必不可少工艺装备。 目前我国年产量已超过 3 万台,约占世界电火花线切割机总产量的 70%。 但由于其加工质量问题未得到有效解决,而随着国外生产的低速走丝 电火花线切割机(WEDMLS)技术水平的不断提高,曾令中国人感到自豪的中 国特有的 WEDM-HS,如今却陷入难于发展的困境。 电火花线切割加工是基于电极丝与工件之间脉冲放电时的电腐蚀现8上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析象,即每次脉冲时都会产生大量的热量使放电点附近的局部金属瞬时融化 和气化,并把熔融和气化金属去除,从而在工件表面形成一个小凹坑。 如果 所用的脉冲放电能量大,加工速度就快;但放电凹坑也大,加工表面粗糙度 差。 电火花线切割加工技术自上世纪 50 年代末研制成功之后,有相当长 的一段时间都是采用精规准参数进行一次切割成型,其切割速度与加工表 面质量之间存在着一定的矛盾,即在一次切割过程中,既要获得很高的切 割速度, 又要获得很好加工表面质量是十分困难的。 随着模具工业的发展, 广大用户都纷纷提出, 电火花线切割加工不仅要切割速度快,而且要求加 工质量好,否则难于满足模具发展需要。为了满足用户需要, 国外低速走 丝电火花线切割机都开发应用了多次切割技术, 即第一次切割用较大的 电规准进行高速粗切割, 然后用精规准和精微规准进行第二次、 第三次甚 至第四、五次切割, 将加工表面逐级修光,以获得较理想的加工表面质量 和加工精度。 低速走丝电火花线切割加工采用多次切割技术的应用结果表 明, 多次切割是解决切割速度与加工表面质量矛盾, 提高线切割综合工 艺效果的有效办法。 在国外低速走丝电火花线切割机上开发应用多次切割技术的同时, 国内也在 W E D M - H S 上进行了大量的多次切割试验,但始终没有在生 产实践中得到应用,其主要原因是:在电极丝高速移动的情况下,运丝系统 工作不稳定, 电极丝的空间形位变化异常, 使先后二次切割的空间位置 难于保证一致, 加上高速走丝线切割的往返切割条纹明显, 要在 W E D M - H S 上实现多次切割比较困难。9上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析大量试验研究结果表明, 中国特有的高速走丝电火花线切割机采用 多次切割工艺, 不仅是必要的,而且是有可能的, 但必须创造如下条 件:(1)按国家有关技术标准, 严格控制高速走丝电火花线切割机的制造 精度和运丝系统的稳定性。(2)深入研究电极丝在加工过程中的空间形位 变化,并提出稳定电级丝空间形位的有效措施。(3)采取有效措施,抑制往 返切割条纹的产生。(4)开发一种能满足多次切割需要的高频脉冲电源及 其跟踪控制系统。(5)深入研究 W E D M - H S 的多次切割工艺, 合理设 定粗切割、精修及精微修光的脉冲参数、加工轨迹补偿量、电极丝移动方 式及其速度等,并开发相应的多次切割软件。 (6)在机床和控制上要提高其 稳定性,开发了高度集成的控制系统。 我国部分数控机床公司在高速走丝电火花线切割机基础上, 利用国 际上精密模具加工设备的先进理念及慢走丝技术的应用, 开发了一种能 实现多次切割的智能化系列中速走丝电火花线切割机。 智能化系列高速走 丝机之所以能像低速走丝机那样进行多次切割, 是因为对原有的高速走 丝机进行了下述富有成效的改革:(1)采用高耐磨性导向装置。(2)使用特 殊开发的驱动控制电源和高灵敏的自动控制脉冲电源。 (3)采用新型芯片、 混合集成电路并进行了表面安装处理。(4)采用智能化系统切割技术, 可 以自动化调节电参数以实现无条纹切割。(5)所开发的高频脉冲电源能满 足多次切割需要:大幅度提高了脉冲电流幅值;最大限度缩短了脉冲放电 的最小持续时间(最小脉宽小于 1μ s)。(6)改革了跟踪控制方法: ①第一 次大电流快速切割时采用过跟踪控制, 以避免断丝现象的发生; ② 第二 次、第三次修光切割时采用限速进给的控制方式,以提高切割表面质量。10上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析(7)在工艺试验的基础上,开发了多次切割软件。 目前，模具工业的迅速发展，推动了模具制造技术的进步。电火花加 工作为模具制造技术的一个重要分支， 被赋予越来越高的加工要求。 同时 在数控加工技术发展新形势的影响下，促使电火花加工技术朝着更深层 次、更高水 平的数控化方向快速发展。虽然模具高速加工技术的迅猛发 展使电加工面临着严峻的挑战，目前放电加工技术部 分工序已被高速加 工中心代替，但电火花加工仍旧有广阔的前景。如在模具的复杂、精密小 型腔、窄缝、沟槽、 拐角、冒孔、深度切削等加工领域仍被广泛应用。 同时这项技术一直被改进和提升，使放电加工技术在模具工业 中经久不 衰。 先进制造先进制造技术的快速发展和制造业市场竞争的加剧对数控 电火花加工技术提出了更高要求， 同时也为其提供了新的发展动力。 数控电火花加工技术正不断向精密化、自动化、智能化、高效化等方 向发展。如今新型数控电火花机床层出不穷，如瑞士阿奇、瑞士夏米尔、 日本沙迪克、 日本牧野、 日本三菱等机床在这方面技术都有了全面的提高。 总之， 中国特有的高速走丝电火花线切割机长期存在的加工质量问题, 可以采用多次切割工艺来解决。 凡能实现多次切割的高速走丝电火花线切 割机, 在保留其结构简单、 造价低、 工艺效果好以及使用消耗少等特点基 础上,都能大幅度提高线切割加工质量。 但是,不是所有的高速走丝线切割 机都能进行多次切割, 而应该像智能系列线切割机那样进行必要的改革, 创造多次切割所需的必备条件。 就像上面提到的一样, 中速走丝电火花线 切割机是一种价格较低, 加工精度、 粗糙度、 加工效率介于高速走丝与慢 走丝的一种机床, 特别适合我们发展中国家的中等要求的模具加工,我想,11上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析不久的将来中速走丝电火花线切割机必将代替高速走丝电火花线切割机 而成为市场的宠儿。 1.5.2 电火花加工技术研究的发展趋势预测 电火花加工精密化，电火花加工的精密化可以理解为两方面的内容: 一是加工尺寸上的精密性, 二是加工表面质量的精密性。 在电火花加工过 程中, 与尺寸精度有直接关系的因素是放电间隙和电极损耗。 加工间隙的 一致性、 稳定性以及电极损耗的大小直接影响电火花加工的精度。 精密的 电火花加工, 加工过程中应保持较小的放电间隙, 并使放电间隙稳定在 一个较小范围内。 而放电间隙的调整与极间状态密切相关, 实时、 准确地 检测出两极间的放电状态, 则为调整两极间合适的放电间隙提供了必要 的条件, 加工间隙的准确调整还有赖于合理的伺服控制策略等。 由于电火 花加工状态复杂多变, 为加工状态的检测和放电间隙的控制增加了难度。 因此, 需加强电火花加工状态的检测、 加工间隙的控制以及加工电源的稳 定性等方面的研究。 实现电火花精密加工时, 要采用精加工规准来完成工 件的尺寸精度和表面精度。 然而, 电火花加工过程中, 均不同程度存在工 具电极损耗。虽然人们从工作液的种类、电源、控制、工作介质、电极材 料等多方面对电极损耗进行了广泛的研究, 在减少电极损耗方面取得了 一定的研究效果。 但是到目前为止, 在精加工和微细加工中, 电极损耗现 象还是比较严重。 电极损耗的存在必然对电火花加工的尺寸精度产生影响, 需要对工件进行多次加工以补偿由于电极损耗而造成的尺寸偏差, 这样 增加了加工时间和加工成本。 因此, 如何降低工具电极的损耗, 从而实现 高速、 低损耗的精密加工是电火花加工不断追求的目标。 电火花加工表面12上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析质量的精密化是加工精密化的另一方面的内容。 电火花加工表面是一系列 的微小放电凹坑重叠组成的, 一般的加工条件下表面有微裂纹,为达到较 好的加工表面, 需要在电火花之后增加手动抛光工序, 这增加了工人的 劳动强度和加工成本, 制约电火花加工速度的提高, 不利于自动化加工 实现。因此, 实现电火花加工表面质量的精密化仍是今后的研究发展方 向。 较小面积的电火花加工可以通过精微加工电源实现, 微能电源对电火 花加工表面质量的改善很有效果, 能够达到较好的表面质量。 例如已研制 的一种低速走丝电火花线切割加工机床可直接进行精密模具或零件的加 工。 这种机床的先进之处是防电解电源的开发。 AE电源能防止工作液中氢 氧根负离子在工件上的沉积, 形成所谓的 “变质层” 并能防止硬质合金 , 工件中钴结合离子溶解于水中, 形成所谓的软化层, 可以加工出更好的 工件的表面质量。 目前, 这种精微、 微能脉冲电源的研制是国内外研究的 热点, 各厂家及研究机构对此关键技术是保密的, 因此我国对这方面的 技术还需要更深入的研究。 大面积的电火花成型加工表面的精密化, 目前 普遍使用的加工方法是混粉电火花加工技术, 可以实现加工表面的镜面 加工效果, 加工出的工件表面微裂纹少, 工件的表面性能得到提高。 除了 对该技术的加工机理和工艺进行研究外, 较大面积的混粉电火花加工专 用脉冲电源是其关键技术。 目前, 国外已经有专门的混粉电火花设备, 如 日本Sodick公司的PIKA系列电源等, 而我国在国产的机床上没有配备实 现混粉加工的专用电源和装备, 因此对混粉电火花加工工艺及混粉专用 设备的开发还有研究和提升的空间。 电火花加工微细化， 生产实际的需要使得微机电系统的应用越来越广13上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析泛, 微细化发展成为机械制造业的重要发展方向, 其中微细电火花加工 技术是实现微细加工的重要加工方法之一。 这是由电火花加工的特点所决 定的, 即工具与工件之间几乎没有宏观的作用力, 且不受工件硬度的制 约, 有利于实现加工尺寸的微细化。电火花线磨削技术WEDG (Wire Electric Discharge Grinding)的出现, 使微细电火花加工进入了实用化 阶段,因此微细电火花加工技术是今后一个重要的发展方向。微进给装置 是实现微细电火花加工的前提和保证, 因此微细进给装置和高精度的回 转主轴的设计及控制是研究重点; 同时, 能够提供极间极少能量的微能 量电源的研究也是今后发展的重点。 由于微细电火花加工对工件和电极等 特殊要求, 对加工过程的检测和控制以及电极损耗等问题的解决也是微 细电火花加工的关键技术。微细电火花加工所需能量微小,工具电极的尺 度微小, 加工速度较慢, 因此需要不断完善能够实现较大加工速度的技 术手段, 例如微细多孔加工。 目前, 微细多孔电火花加工技术有: 用微细 阵列电极加工阵列孔, 另一种是由增泽隆久等人提出的方法, 即微细电 火花加工该装置有两套线电极磨削系统(WEDGA和WEDGB) , WEDGA对工具电 极进行粗加工, WEDGB对工具电极进行精加工, 合理地控制WEDA和WEDGB 的相对位置就能得到不同尺寸的微细电极, 用微细工具电极加工微细孔。 此外, 利用工件的超声振动来提高微细电火花的加工速度取得了良好的 结果。 电火花加工的高速高效化， 同传统的切削加工相比, 电火花加工速度 和加工效率很低。 因此, 高速高效化是电火花加工技术的发展方向。 根据 现有对电火花加工机理的研究情况来分析, 提高电火花加工速度和加工14上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析效率, 可以从以下几方面来实现: (1) 研究新型的电火花节能电源。此方 法是从提高电火花电源的使用效率入手从而提高电火花加工效率。 这是因 为传统的电火花加工电源的效率很低, 电能的利用率不到30% , 大部分 的能量被限流电阻被消耗了。 因此开发新的节能电源, 有效提高电火花加 工电源的使用效率, 减小电源的能量损耗是提高电火花的加工效率的一 种有效方法。(2)采用电火花铣削加工技术, 即使用简单形状的电极进行 类似于数控铣削加工的电火花铣削技术的也是提高的火花加工速度的一 种方法, 并可实现电火花加工的自动化。尤其在加工形面复杂的工件时, 电火花铣削加工更是具有独特的优点。 这是因为电火花铣削加工技术无需 制作复杂的电极, 省去了电极制作的大部分时间, 因此可提高加工速度。 由于电火花加工过程中电极损耗的存在, 电火花铣削加工技术必须考虑 电极损耗补偿的问题, 而电火花加工过程的复杂性和众多的影响因素, 使得实现电极损耗的在线、 实时补偿成为该技术的难点和重点, 因此实现 在线实时补偿是该技术的重要研究内容。 在此值得一提的是, 气体介质中 电火花加工由于电极损耗非常低, 在气体介质中进行电火花铣削加工， 则有利于实现或简化电极损耗补偿, 实现加工过程的自动化, 减小了加 工辅助时间, 是实现三维复杂形状高速加工的有利手段,因此应对气中电 火花技术进行深入的研究。 (3) 提高电火花加工机床伺服系统的响应是提 高加工速度的另一种方法。 据估算, 在电火花成型加工中, 抬刀、 跳跃和 排屑的时间占到总加工时间的60% ～80% , 电火花有效加工时间较少, 为此日本Sodick 公司将直线电机应用于电火花加工机床的伺服系统, 直 线电机拥有高速度和高加速度, 可使电火花的加工速度提高40% ～60%。15上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析同传统的电火花加工相比, 直线电机加工速度和加工稳定性好, 即使是 在加工排屑不畅或者不加冲油的深小孔加工时, 加工的稳定性也很好, 因此是实现电火花高速加工的有力手段。此外,具有快速响应装置如电磁 式线性驱动装置、 压电元件和磁致伸缩振子驱动装置等的应用有利于提高 电火花加工速度。 (4) 利用先进技术手段提高电火花加工速度。 计算机技 术和智能技术等技术的发展, 可促进电火花机关技术的发展, 将这些先 进技术应用到电火花加工中, 可以提高电火花加工速度。 目前先进的电火 花加工机床如瑞士阿奇(AGIE) 公司生产的电火花加工机床以融入智能控 制技术构成其特点。融入智能技术的机床可以实现加工过程的模糊控制、 自适应控制, 能够根据放电加工的状态调节伺服系统, 从而改善加工状 态, 提高加工效率。 此外, 氧气介质中电火花加工也是提高电火花加工速 度的方法之一,研究发现以氧气为介质的加工速度并不逊色于液中加工。 因此加强对氧气的气中放电加工研究, 有望实现电火花加工速度新突破。1.6 电火花线切割机床的走丝机构 1.6.1 走丝机构 走丝机构主要有贮丝筒、走丝电动机、丝架和导轮等部件组成。贮丝 筒安装在贮丝筒拖板上， 由走丝电动机通过联轴器带动， 作正 （反） 旋转。 贮丝筒的旋转运动通过齿轮同时传给贮丝筒拖板的丝杠， 使拖板作往复运 动。丝架分上丝架和下丝架，用来安装导轮，调节导轮的位置。钼丝安装 在导轮和贮丝筒上，开动走丝电动机，丝以一定的速度作往复运动，即走 丝运动。如果上丝架带有十字拖板，则通过一对步进电机，可带动十字拖16上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析板，进而使导轮产生前后、左右的移动，与工作台拖板的运动有机配合， 可加工出具有锥度的零件。 1.6.2 丝架本体结构分析和确定 电极丝运转系统主要是由储丝筒旋转：带动电极丝做正反向交替运 动。 排丝轮导轮保持电极丝整齐地排列在储丝筒上， 经过线架作来回高速 移动(线速度为 8m／s 左右)， 进行切割加工。 4 是线切割机床电极丝传 图 动系统示意图． 电极丝传动路线是由储丝筒经过排丝轮， 再经过导电轮． 由 上导轮切割工件，再经下导轮 1 和下导轮 2 后，回储丝筒进行往复盘绕。图 1.1 线架结构示意图丝架与走丝机构组成了电极丝的运动系统。 丝架的主要功用是在电极 丝按给定线速度运动时， 对电极丝起支撑作用， 并使电极丝工作部分与工 作台平面保持一定的几何角度。对丝架的要求是： 1)具有足够的刚度和强度。 在电极丝运动(特别是高速走丝)时。 不应 出现振动和变形。 2)丝架的导轮有较高的运动精度．径向圆跳动和端面圆跳动不超过 517上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析μ m。 3)导轮与丝架本体、丝架与床身之间有良好的绝缘性能． 4)导轮运动组合件有密封措施， 可防止带有大量放电产物和杂质的工 作液进入导轮轴承。 5)丝架不但能保证电极丝垂直于工作台平面． 在具有锥度切割功能的 机床上． 还具备能使电极丝按给定要求保持与工作台平面呈一定角度的功 能． 丝架按功能可分为固定式、 升降式和偏移式三种类型。 按结构可分为 悬臂式和龙门式两种类型。 悬臂式固定丝架主要由丝架本体、导轮运动组合件及保持器等组成。 (1)丝架本体结构 目前，中、小型线切割机床的丝架本体常采用单柱支撑、双臂悬梁式 结构。 由于支撑电极丝的导轮位于悬臂的端部， 同时电极丝保持一定张力， 因此应加强丝架本体的刚度和强度， 可使丝架的上下悬臂在电极丝运动时 不致振动和变形。 为了进一步提高刚度和强度， 在上下悬臂之间增加加强肋。 大型线切 割机床的丝架本体有的采用龙门结构。 这时， 工作台滑板只沿一个坐标方 向运动，另一个坐标方向的运动通过架在横梁上的丝架滑板来实现。 此外， 针对不同厚度的工件， 还有采用丝臂张开高度可调的分离式结 构。活动丝臂在导轨上滑动，上下移动的距离由丝杠副调节。松开固定螺 钉时， 旋转丝杠带动固定于上丝臂体的螺母， 使上丝臂移动． 调整完毕后， 拧紧固定螺钉， 上丝臂位置便固定下来。 为了适应丝架丝臂张开高度的变18上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析化，在丝架上下部分应增设副导轮。图 1.2可调丝架本体结构示意图图 1.3可移动丝臂走丝示意图1.6.3 导轮部件结构分析和确定 1)对导轮运动组合件的要求 ①导轮 v 型槽面应有较高的精度。V 型槽底的圆弧半径必须小于选用 的电极丝半径，保证电报丝在导轮槽内运动时不产生轴向移动。 ②在满足一定强度要求下， 应尽量减小导轮质量， 以减少电极丝换向 时的电极丝与导轮间的滑动摩擦， 导轮槽工作面应有足够的硬度． 以提高 其耐磨性。 ③导轮装配后转动应轻便灵活，尽量减小端面圆跳动和径向圆跳动。 ④进行有效的密封，以保证轴承的正常工作条件。 2)导轮运动组合件的结构 导轮运动组合件结构主要有三种： 悬臂支承结构、 双支承结构和双轴19上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析尖支承结构。 悬臂支承结构简单。上丝方便。但因悬臂支承，张紧的电极丝运动的 稳定性较差． 难于维持较高的运动精度． 同时也影响导轮和轴承的使用寿 命。 双支承结构为导轮居中． 两端用轴承支承， 结构较复杂， 上丝较麻烦， 但此种结构的运动稳定性较好．刚度较高．不易发生变形及跳动。 双轴尖支承结构。导轮两端加工成 30°的锥形轴尖．硬度在 60HRC 以上。 轴承由红宝石或锡磷青铜制成。 该结构易于保证导轮运动组合件的 同轴度， 导轮端面圆跳动和径向圆跳动量可控制在较小的范围内。 缺点是 轴尖运动副摩擦力大，易于发热和磨损。为补偿轴尖运动副的磨损，利用 弹簧的作用力使运动副良好接触。 此外，导轮支承有的还采用滑动支承结构。 为了保证导轮轴径与导向槽的同轴度， 一般采用整体结构。 导轮要求 用硬度高、耐磨性好的材料制成(如 GCrl5、WiSGr4V)，也可选用镶硬质 合金、 人造宝石或陶瓷材料制造导轮的镶件来增强导轮 V 形工作面的耐磨 性和耐蚀性。 导轮组合件装配的关键是消除滚动轴承中的间隙， 避免滚动体与套环 工作表面在负荷作用下产生弹性变形， 以及由此引起的端面圆跳动和径向 圆跳动．因此，常用对轴承施加预负荷的方法来解决。通常是在两个支承 轴承的外环间放置一定厚度的定位环来获得轴承的预负荷． 预加负荷必须 适当选择，若轴承受预加负荷过大，在运转时会产生急剧磨损。同时，轴 承必须清洗得很洁净， 并在显微镜下检查滚道内是否有金属粉末、 碳化物20上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析等。轴承经清洗、干燥后，填以高速润滑脂，起润滑和密封作用。 1.7 总体方案拟定 1.7.1 控制方案 控制系统有微机控制、PLC 控制和单片机控制。 微机控制的特点：成本比 PLC 低,逻辑针对性高，所以要在对整个系 统非常了解的时候才会使用，智能化比 PLC 高，专业应用的时候，实现的 功能要比 PLC 多， 具有安全性可靠性最高的特点， 输入输出信号还可以实 现一体化隔离，通讯组态模式最多。但是开发周期最长，一旦要有变化修 改比较麻烦，而且不适合实时控制。 PLC 控制的特点：智能化高，逻辑控制可靠度高，具有通讯功能，体 积小，功耗小，但输入输出不具有隔离功能，一个部件损坏，影响整体功 能，而且只能用于开关控制。 单片机控制特点： 其基本控制原理与 PLC 控制大体相同， 区别是单片 机适用于小型自动控制领域及无线控制领域； 体积小价格便宜， 而且用于 连续控制。 根据本课题设计的实际需求， 运丝系统须采用连续控制， 故选用单片 机控制。 1.7.2 导轨的选择方案 导轨有滑动导轨（包括矩形导轨和三角导轨）和滚动导轨。滑动导轨 是面接触式摩擦，摩擦力较大，负载均匀，需要经常上油润滑；滚动导轨 摩擦小，由于是一系列滚珠的点接触，负载性能有限，仅载径向有较好承 载力，轴向承载较小。21上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析导轨是坐标工作台纵、 横托板往复运动的导向件， 因此对导轨的精度、 刚度和耐磨性有较高的要求， 因此线切割机床常用滚动导轨， 可以减少导 轨间的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动，而且润滑方法简单。 1.7.3 丝杠的选择方案 丝杠可分为梯形丝杠和滚珠丝杠。梯形丝杠的特点是传动精度中等、 摩擦力大，且成本较低；滚珠丝杠的特点是传动精度高、负载能力强、能 达到更快的速度，但其成本较高。 梯形丝杠产品很容易结合具体的应用来进行调整，以达到预期性能， 同时将成本控制在最低限度。 根据本课题设计的实际需求， 对精度要求不 高，故选用符合精度要求并且成本较低的梯形丝杠。 1.7.4 传动方式的选择 传动方式有齿轮传动和同步齿形带传动。 齿轮传动的特点：1）传递的功率大，2）速度范围广，3）效率高，4） 工作可靠，寿命长，5）结构紧凑，6）能保证恒定传动比。 同步齿形带传动 优点：同步带传动比准确，传动效率高，初张紧力小，轴承承受压力 小，单位质量传递的功率大。传动平稳无噪声,能缓冲、吸振； 缺点：对制造、安装的精度要求高。 根据本课题设计的实际需求，外廓尺寸有限、保证准确的传动比，故 选用齿轮传动。22上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析2 基本建模2.1 喷水嘴的建模图 2.2 建模后的喷水嘴图2.1 建模后的喷水嘴树状图喷水嘴在全部零件中的建模过程中相对来说还是比较简单的， 其建模 思路体现了Solid Works软件的最基本的思路。 喷水嘴建模的具体步骤如下： 1. 在上视基准面作直径为 8 的圆，并且拉伸厚度为 1。 2. 在上一个凸台上绘制直径为 16.5 的圆，并且拉伸厚度为 1.5。23上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析图 2.3 喷水嘴凸台3.按照上述方法，继续在先前完成的凸台上继续绘制草图和拉伸。图 2.4 在凸台上拉伸好的图形4. 由于喷水嘴的管口与管身的直径不同， 因此， 在完成了一系列 拉伸操作后，这里应使用放样功能来完成管嘴的造型。24上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析图 2.5 放样好的管嘴5. 在完成的模型上打直径为 2.5 的孔 6. 用圆周阵列的方法，完成其余 5 个孔图 2.6 打好 5 个孔的喷水嘴25上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析2.2 导电柱的建模图 2.8 导电柱图 2.7 导电柱树状图导电柱建模的具体步骤如下： 1.在前视基准面作直径为 5 的圆，并且拉伸厚度为 28。图 2.9 拉伸好的圆柱2.在上一个在上一个凸台上绘制直为 4 的圆，并且拉伸厚度为 6。 3. 按照上述方法，继续在先前完成的凸台上继续绘制草图和拉伸。26上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析图 2.10 拉伸好的圆柱凸台4.先选中要倒角的边线然后设置倒角的参数：距离为 0.5mm 角度为 45°，完成倒角。图 2.11 倒角后的圆柱凸台 图 2.12 倒角对话框27上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析最后在半径为 5mm 的圆上开一个宽为 2mm 高为 2mm 的槽：先进入草 图在上视基准面上画一个 2mm 的正方形，退出草图后再进行两侧对称切 除，深度为 10mm。图 2.13 开好槽的导电柱2.3 弹簧的建模图 2.14 建模后的弹簧树状图图 2.15 建模后的弹簧主要建模步骤如下： ⒈ 建立草图，以前视基准面画半径为 7mm 的圆。 ⒉ 插入螺旋线/涡状线，在定义方式下选择“高度和圈数” ，填入数28上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析据，完成螺旋线的绘制。 ⒊ 在螺旋线一端面建立草图， 画以螺旋线为圆心的半径为 1mm 的圆， 和刚建立的螺旋线建立穿透几何关系。 ⒋ 单击“扫描” ，以螺旋线为引导线，圆为轮廓，建立特征。图 2.16 扫描对话框图 2.17 经过扫描后的弹簧3 装配体设计3.1 使用 Solidworks 装配立柱 建立了零部件之后， 要将这些零部件进行装配， 以作出完整的机器外 形。 1.新建一个装配图。 在新建的装配体文件中， 选择[插入][零部件][已 有零部件]命令， 在插入零部件对话框中选择需要插入的零部件。 单击[打 开]，在装配体文件的图形区域移动鼠标到不同位置单击放置零件。当建 立装配图后， 默认为首先插入的零件将被固定， 后调入的装配体零件可以 进行位置和角度的变换从而使其配合。 但右击该零件出现的快捷菜单中可29上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析以再次选择零件是浮动或是固定，可以全部固定或浮动。 2. 对 装 配 体 中 的 零 部 件 添 加 约 束 关 系 ， 限 制 零 件 自 由 度 。 SolidWorks 提供了 6 大配合关系，分别为重合、距离、同轴心、角度配 合、相切配合和对称配合。根据所选配合参考的不同，在 PropertyManager 中显示的可以使用得配合是不同的。 3.先在零部件上选择所需的面，边线，顶点或参考基准面。所选的 项目会被列在所选项目方框中，选择所想要的配合类型和对齐条件。在 工作台区域中，单击预览。零部件将按指定的关系配合。如果要定义多 个配合关系，可以单击延迟配合以达到目的。当配合方式不正确时，单 击撤消，然后根据需要修改选项，然后再单击预览。对所建立的配合关 系满意时，单击应用完成配合体的建模。 4.若要修改配合关系，可以在设计树中展开配合组。用右键单击配 合关系，然后选择编辑定义。图形区域中相关的集合实体会高亮显示。 对齐条件 （同向对齐或反向对齐） ，应用于需指定方向的配合关系。要替 换配合中的实体，在所选项目框中单击要替换的实体，按 Delete,然后 选择新的实体，然后单击应用来进行改变。 5.SolidWorks 提供了非常方便的智能装配技术，利用该技术可以很 快的向装配体中插入零部件。双击配合参考的第一元素，图形区域中该 零件模型除了被选择元素外，其余部分以“虚”模型显示，然后单击选 择配合参考的另一元素，系统会自动完成适当的配合。 6.同一个零部件草图可以多次被装配体文件调用，在装配体中也可 以使用阵列，这大大加快了装配的速度。30上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析下图为立柱及丝架装配体:图 3.1 立柱及丝架装配体3.2 控制装配体和零部件 1.当装配体零部件较多时， 可以通过隐藏、 压缩或轻化零部件使图形 区域保持比较简洁的界面。 又可以最大限度的减少系统对机器资源的占用, 使模型的显示和重建速度大大加快。在 FeatureManager 或图形区域中选 择需要隐藏的零部件，单击[隐藏/显示零部件]按钮 ，可以设置零部件的隐藏/显示状态。零部件隐藏后在设计树中的图标以灰色的线框图标显 示 。零件为压缩状态时，零件的数据不装入到装配体模型。零件的压31上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析缩状态和零件中特征的压缩状态类似， 在模型重建中不参与计算。 零件的 轻化状态是在装配中只装入零件模型的部分数据， 其余的模型数据可以根 据需要装入。零部件处于压缩状态时，在模型区域不显示，只能通过还原 解除其压缩状态。零件为轻化状态时，在图形区域显示，一旦在图形区域 选择北轻化的零件，零件会自动解除轻化。单击[改变压缩状态]按钮 ，可以设定零件的压缩或轻化状态。 在设计树中， 压缩的零部件的图标显示 为灰色 ，轻化的零部件为带有“羽毛”形状的着色模型 。2.通过对零部件的属性控制,可以指定装配体中零部件的文件位置、 零件的状态、零件的显示颜色以及选择零件在装配中使用的配置。在 FeatureManager 设计树右击零件，选择快捷菜单[零部件属性]命令，可 以对零部件的属性进行设置。在对话框中单击[颜色]按钮，可以在[装配 体实例颜色]对话框中对零件的颜色进行控制。在[装配体实例颜色]对话 框中单击[高级]按钮， 可以设置零件的高级颜色属性。 对装配体零部件的 颜色作适当的改变，既可以增加现实的效果又可以方便零部件的识别。 3.在 SolidWorks 装配环境下可以很方便的编辑零件的尺寸或特征， 修改零件尺寸和特征的方法与在零件环境中非常相似。 单击编辑零件按钮 就可以进入零件的编辑状态。需要注意的是，在装配体中虽然可以对 零部件的形体特征进行修改， 但是因为计算量大所以速度较慢。 一般在完 成装配体并且保存后， 若要改变装配体中的部件， 可以直接修改零件的草 图，当完成修改后，软件会提示将保存并修改装配体。 4.零部件被一装配体调用后， 其文件名一般不可再改变， 因为当改变 零件名后， 当再次打开装配体文件时， 系统会由于找不到原来的文件而出32上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析错，要求重新寻找源文件。 3.3 零部件组合与零件顺序 1.在 FeatureManager 设计树中可以利用拖动的方法改变零件的顺 序。 不影响零件的约束关系和装配状态， 但是影响装配体材料明细表的排 列顺序。 2.在装配体中选择指定的零件， 可以将它们组合成新的子装配体。 按 住 Ctrl 键不放， 在设计树中或图形区域选择多个零件， 再选择[插入]|[零 部件]|[已所选零部件生成装配体]命令，在保存为对话框中指定新建 装配体文件的位置和名称，单击[保存]建立新的装配体文件。 3.除了可以建立新的装配体， 在装配中也可以打散子装配体， 使其中 的所有零件组合到本装配文件中。 改变零件的组合状态实际上是提供了一 个编辑修改装配体的快捷方法，在 FeatureManager 设计树中利用拖动的 方式可以很随意的使零件添加到子装配体中， 或者从子装配体中移到当前 的装配文件中。4 爆炸图的制作4.1 以下线架为例制作爆炸图 首先打开已经装配好的装配体文件――下线架。 (1)选择[插入]、[爆炸视图]命令，出现[装配体爆炸定义]对话框。 (2)单击[新建]按钮 ，建立一个新的爆炸步骤。激活[要爆炸的方向]列表框，选择图形窗口中零件移动的方向。激活[要 爆炸的零部件]列表框，选择需要产生爆炸的零部件。在[距离]文本框中33上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析设置需要偏移的距离值。 如果需要使零件向另一侧移动， 则选中[ 反向 ] 复选框。单击[应用]按钮 ，确定建立爆炸。 ，(3)反复执行上述 2 的步骤，为每一个零件制作爆炸。单击标签展开指定的配置选项。右击“爆炸视图 1”，选择快捷菜单[编辑定义]命 令，可编辑爆炸步骤，改变各个参数。选择快捷菜单[删除]命令，可以删 除指定的爆炸视图。 选择快捷菜单[解除爆炸]命令， 则在图形区域中装配 体不显示爆炸视图，所有的爆炸步骤显示为灰色。再次右击该爆炸视图， 选择快捷菜单[爆炸]命令可重新显示装配的爆炸视图。制作完成后如图 4.3。图 4.1 下线架原图34上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析图 4.2 爆炸后图像4.2 将该爆炸图使用 Solidworks 制作成 AVI 动画 在 Solidworks 的工具栏插件中打开 Solidworks Animation 插件，出 现如下动画控制器窗口。图 4.3 动画控制器窗口稍作修改,点击完成按钮。 AnimationManager 窗口将可以看到所有的零 在 件以及其动作都被排列在内。35上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析5 用 SolidWorks 自动生成工程图 5.1 生成零件工程图 (1)单击[新建]按钮 ，建立工程图文件。图 5.1 新建工程图对话框(2)在[要插入的零件/装配体]对话框中， 浏览选择要插入的零件， 单 击打开。36上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析图 5.2 插入模型视图对话框(3)插入零件的同时，出现[模型视图]对话框，在[方向]对话框中 可选择视图方向。 (4)单击［注释］工具栏中［模型项目］按钮，出现插入模型项目对 话框。 (5)［尺寸］复选框被自动选中，需要插入其他建立的注解时，选中 相应的复选框。 (6)如果特别需要，可以在工程图中标注尺寸一般来讲。利用模型的 边线标注的尺寸，系统可以自动添加括号，表示为参考尺寸，尺寸值只能 显示不能修改。 (7)可以给定尺寸不同形式的公差以及公差值。通过设置[尺寸属性] 进一步修改尺寸公差的显示方式。 在[尺寸属性]对话框中单击[尺寸公差] 按钮，在出现的[尺寸公差]对话框中可以修改尺寸的公差形式、公差值、 公差的显示字体。 (8)插入注释内容。从左到右依次为文本、表面粗糙度、形位公差、37上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析零件序号、基准特征符号、焊接符号、基准目标、插入块、模型项目、中 心符、孔标注、装饰螺纹线、成组的零件序号。使用相应的命令，可添加 制定的注释。 右击注释， 从快捷菜单中选择[属性]命令可以重新定义该属 性的相关选项。选择注释，按 Del 键可以删除指定注释。可以通过复制、 粘贴的方法快速生成注释。完成后零件工程图如下：图 5.3 上滑板工程图5.2 装配体工程图 产品的工程图可以有零件图和装配图。 零件文件的工程图和装配文件 的工程图在操作方法上基本相同， 但装配图还有一些特别的操作方法。 以 下线架工程图为例： 单击新建按钮，建立新工程图。 (1)插入下线架装配体文件。若要建立剖视图可单击直线按钮，绘制38上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析一条直线于要剖切的位置，可以是阶梯形。保持该直线处于被选中状态， 单击［剖面视图］按钮，移动鼠标到该试图的上方，单击建立剖视图。 （绘制的直线要完全贯穿整个模型，否则系统将无法声称完全的剖视图， 将建立部分剖视图或建立的视图出现重建错误） (2)在图形区域单击任意视图，使其处于被选中状态。 (3)选择［插入］｜［材料明细表］命令，添加材料明细表。 (4)在［配置］选项卡中进行下列设置。选择［只显示顶层子装配与 零件］单选按钮。选中［使用表格定位点］复选框，并从［定位点重合于］ 下拉列表框中选择［右下］选项。 (5)单击［内容］标签，在［内容］选项卡中进行设置。不要选中［在 顶层显示名称］复选框。单击［序号］列中的“√”按钮，可以控制是否 在材料明细表中显示该零件。 (6)单击［控制］标签在［控制］选项卡中进行设置。选中［根据装 配体顺序控制行号］复选框。使材料明细表序号的顺序按照装配体 FeatureManager 设计树中零件的顺序而定。 (7)单击［确定］，完成材料明细表内容以及格式的设置。 (8)单击［零件序号］按钮，在相应视图的模型表面单击，可以插入 该零部件的零件序号。 (9)拖动零件序号，可以调整零件序号的位置。完成后下线架工程图 如下：39上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析图 5.7 线架工程图6 用 COSMOS 进行有限元分析COSMOS 是 SolidWorks 的一款插件，主要功能是对典型部件做有限元 分析。 有限元法就是一种计算机模拟技术， 使人们能够在计算机上用软件 模拟一个工程问题的发生过程而无需把东西真的做出来。 这项技术带来的 好处就是， 在图纸设计阶段就能够让人们在计算机上观察到设计出的产品 将来在使用中可能会出现什么问题， 不用把样机做出来在实验中检验会出 现什么问题，可以有效降低产品开发的成本，缩短产品设计的周期。6.1 有限元分析发展概述1965 年“有限元”这个名词第一次出现，到今天有限元在工程上得40上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析到广泛应用，经历了三十多年的发展历史，理论和算法都已经日趋完善。 有限元的核心思想是结构的离散化， 就是将实际结构假想地离散为有限数 目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析， 得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析， 这样可以解决很 多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。 近年来随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高， 有限元分析在 工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视， 已经成为解决复杂的工程分 析计算问题的有效途径， 现在从汽车到航天飞机几乎所有的设计制造都已 离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土 木建筑、电子电器，国防军工，船舶，铁道，石化，能源，科学研究等各 个领域的广泛使用已使设计水平发生了质的飞跃， 主要表现在以下几个方 面： 1.增加产品和工程的可靠性； 2.在产品的设计阶段发现潜在的问题 3.经过分析计算，采用优化设计方案，降低原材料成本 4.缩短产品投向市场的时间 5.模拟试验方案，减少试验次数，从而减少试验经费 国际上早在 60 年代初就开始投入大量的人力和物力开发有限元分析 程序， 但真正的 CAE 软件是诞生于 70 年代初期， 而近 15 年则是 CAE 软件 商品化的发展阶段，CAE 开发商为满足市场需求和适应计算机硬、软件技 术的迅速发展，在大力推销其软件产品的同时，对软件的功能、性能，用 户界面和前、后处理能力，都进行了大幅度的改进与扩充。这就使得目前41上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析市场上知名的 CAE 软件，在功能、性能、易用性p可靠性以及对运行环境 的适应性方面， 基本上满足了用户的当前需求， 从而帮助用户解决了成千 上万个工程实际问题， 同时也为科学技术的发展和工程应用做出了不可磨 灭的贡献。目前流行的 CAE 分析软件主要有 NASTRAN、ADINA 、ANSYS、 ABAQUS、MARC、COSMOS 等。MSC-NASTRAN 软件因为和 NASA 的特殊关系， 在航空航天领域有着很高的地位， 它以最早期的主要用于航空航天方面的 线性有限元分析系统为基础，兼并了 PDA 公司的 PATRAN，又在以冲击、 接触为特长的 DYNA3D 的基础上组织开发了 DYTRAN。近来又兼并了非线性 分析软件 MARC,成为目前世界上规模最大的有限元分析系统。ANSYS 软件 致力于耦合场的分析计算， 能够进行结构、 流体、 热、 电磁四种场的计算， 已博得了世界上数千家用户的钟爱。ADINA 非线性有限元分析软件由著名 的有限元专家、 麻省理工学院的 K.J.Bathe 教授领导开发， 其单一系统即 可进行结构、流体、热的耦合计算。并同时具有隐式和显式两种时间积分 算法。由于其在非线性求解、流固耦合分析等方面的强大功能，迅速成为 有限元分析软件的后起之秀，现已成为非线性分析计算的首选软件。 纵观当今国际上 CAE 软件的发展情况， 可以看出有限元分析方法的一 些发展趋势。 6.1.1 与 CAD 软件的无缝集成 当今有限元分析软件的一个发展趋势是与通用 CAD 软件的集成使用， 即在用 CAD 软件完成部件和零件的造型设计后，能直接将模型传送到 CAE 软件中进行有限元网格划分并进行分析计算， 如果分析的结果不满足设计 要求则重新进行设计和分析， 直到满意为止， 从而极大地提高了设计水平42上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析和效率。 为了满足工程师快捷地解决复杂工程问题的要求， 许多商业化有 限 元 分 析 软 件 都 开 发 了 和 著 名 的 CAD 软 件 （ 例 如 Pro/ENGINEER 、 Unigraphics、SolidEdge、SolidWorks、IDEAS、Bentley 和 AutoCAD 等） 的接口。 有些 CAE 软件为了实现和 CAD 软件的无缝集成而采用了 CAD 的建 模技术，如 ADINA 软件由于采用了基于 Parasolid 内核的实体建模技术， 能和以 Parasolid 为核心的 CAD 软件（如 Unigraphics、SolidEdge、 SolidWorks）实现真正无缝的双向数据交换。 6.1.2 更为强大的网格处理能力 有限元法求解问题的基本过程主要包括： 分析对象的离散化、 有限元 求解、 计算结果的后处理三部分。 由于结构离散后的网格质量直接影响到 求解时间及求解结果的正确性与否， 近年来各软件开发商都加大了其在网 格处理方面的投入， 使网格生成的质量和效率都有了很大的提高， 但在有 些方面却一直没有得到改进， 如对三维实体模型进行自动六面体网格划分 和根据求解结果对模型进行自适应网格划分， 除了个别商业软件做得较好 外， 大多数分析软件仍然没有此功能。 自动六面体网格划分是指对三维实 体模型程序能自动的划分出六面体网格单元， 现在大多数软件都能采用映 射、拖拉、扫描等功能生成六面体单元，但这些功能都只能对简单规则模 型适用， 对于复杂的三维模型则只能采用自动四面体网格划分技术生成四 面体单元。对于四面体单元，如果不使用中间节点，在很多问题中将会产 生不正确的结果， 如果使用中间节点将会引起求解时间、 收敛速度等方面 的一系列问题， 因此人们迫切的希望自动六面体网格功能的出现。 自适应 性网格划分是指在现有网格基础上，根据有限元计算结果估计计算误差、43上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析重新划分网格和再计算的一个循环过程。 对于许多工程实际问题， 在整个 求解过程中，模型的某些区域将会产生很大的应变，引起单元畸变，从而 导致求解不能进行下去或求解结果不正确，因此必须进行网格自动重划 分。 自适应网格往往是许多工程问题如裂纹扩展、 薄板成形等大应变分析 的必要条件。6.1.3 由求解线性问题发展到求解非线性问题 随着科学技术的发展， 线性理论已经远远不能满足设计的要求， 许多 工程问题如材料的破坏与失效、裂纹扩展等仅靠线性理论根本不能解决， 必须进行非线性分析求解，例如薄板成形就要求同时考虑结构的大位移、 大应变（几何非线性）和塑性（材料非线性） ；而对塑料、橡胶、陶瓷、 混凝土及岩土等材料进行分析或需考虑材料的塑性、 蠕变效应时则必须考 虑材料非线性。众所周知，非线性问题的求解是很复杂的，它不仅涉及到 很多专门的数学问题， 还必须掌握一定的理论知识和求解技巧， 学习起来 也较为困难。 为此国外一些公司花费了大量的人力和物力开发非线性求解 分析软件，如 ADINA、ABAQUS 等。它们的共同特点是具有高效的非线性求 解器、丰富而实用的非线性材料库，ADINA 还同时具有隐式和显式两种时 间积分方法。 6.1.4 由单一结构场求解发展到耦合场问题的求解 有限元分析方法最早应用于航空航天领域， 主要用来求解线性结构问 题， 实践证明这是一种非常有效的数值分析方法。 而且从理论上也已经证 明， 只要用于离散求解对象的单元足够小， 所得的解就可足够逼近于精确44上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析值。 现在用于求解结构线性问题的有限元方法和软件已经比较成熟， 发展 方向是结构非线性、 流体动力学和耦合场问题的求解。 例如由于摩擦接触 而产生的热问题，金属成形时由于塑性变形而产生的热问题,需要结构场 和温度场的有限元分析结果交叉迭代求解， 即&热力耦合&的问题。 当流体 在弯管中流动时， 流体压力会使弯管产生变形， 而管的变形又反过来影响 到流体的流动。这就需要对结构场和流场的有限元分析结果交叉迭代求 解，即所谓&流固耦合&的问题。由于有限元的应用越来越深入，人们关注 的问题越来越复杂，耦合场的求解必定成为 CAE 软件的发展方向。 6.1.5 程序面向用户的开放性 随着商业化的提高， 各软件开发商为了扩大自己的市场份额， 满足用 户的需求，在软件的功能、易用性等方面花费了大量的投资，但由于用户 的要求千差万别， 不管他们怎样努力也不可能满足所有用户的要求，因此 必须给用户一个开放的环境， 允许用户根据自己的实际情况对软件进行扩 充， 包括用户自定义单元特性、 用户自定义材料本构 （结构本构、 热本构、 流体本构） 、用户自定义流场边界条件、用户自定义结构断裂判据和裂纹 扩展规律等等。 关注有限元的理论发展，采用最先进的算法技术，扩充软件的能，提 高软件性能以满足用户不断增长的需求，是 CAE 软件开发商的主攻目标， 也是其产品持续占有市场，求得生存和发展的根本之道。 6.2 丝杠的有限元分析 国外对滚珠丝杠副轴向静刚度做了很多研究， 其中人们关注最多的是 滚珠与螺母和丝杠接触区域满足赫兹接触条件下的接触刚度, 并建立了45上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析滚珠丝杠副轴向静刚度的计算方法,国内许多学者对滚珠丝杠副的轴向接 触刚度进行了广泛而深入的研究， 但大部分企业对滚珠丝杠副轴向静刚度 的了解并不多,滚珠丝杠副的轴向静刚度也一直没有被纳入滚珠丝杠副的 检验标准之中,主要因为是对轴向接触刚度的理论分析过于复杂,涉及数 值分析与计算,不适宜在工程实际中运用, 而且到目前为止我国还没有滚 珠丝杠副轴向静刚度的专用测试设备。 滚珠丝杠副滚珠与滚道的轴向接 触刚度是影响滚珠丝杠副整体轴向静刚度的重要因素,赫兹接触理论被广 泛运用于两个弹性体的接触分析， 研究表明赫兹接触理论同样适用于滚珠 与丝杠,螺母的接触分析。 赫兹接触理论的主要结论是点接触的两 个物体 在负荷 Q 的作用下, 接触点将扩展成为一个接触面。有限元法近年来在 各种结构的接触分析问题中越来越得到广泛的运用， 采用大型有限元软件 进行接触分析具有结果直观、易理解, 运算速度快等优点。 步骤： 1. 选择[工具][插件]，打开[插件]对话框，选中 COSMOS/Works 复选框， 单击确定。 2. 打开完成的零件图――丝杠.Sldprt。 3. 在 COSMOS/Works Manager 设计树中选中中拖板，右击，选择 Study, 添加丝杠的有限元分析――sigang。 右击 Solid， 点击 Apply Material to All，选择丝杠的材质为 40Cr，单击 OK。46上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析图 6-1 材料选择对话框工作台处的丝杠的端部受有很大的轴向预紧力， 其受压部分将产生不 同程度的压缩变形， 这种变形会引起丝杠的弯曲变形， 及螺距误差和滚道 形状的畸变，故分析丝杠的受力也十分重要，取丝杠一端面的载荷,丝杠 端面的半径为 20mm，得其压力为 N,右击 COSMOS/Works Manager 中的 Load/Restraint,点击 Pressure,出现对话框，输入压力的数值。选 择 约 束 面 ， 右 击 COSMOS/Works Manager 中 的 Load/Restraint, 点 击 Restraint。完成丝杠的受力分析。47上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析图 6.2 受力分析和网格划分3. 击 COSMOS/Works Manager 中的 Mesh，点击 Create，建立网格。 4. 右击 sigang，单击 run。则自动生成丝杠所受的应力，应变等受力情 况。 5. 分别双击 stress、strain、中的 plot1 得到各个效果图。 6. 右击 strain，点击 animation，选中 save as AVI file，可生成丝杠 的受力变形的动画。48上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析图 6.3 梯形丝杆应力效果图图 6.4 梯形丝杆应变效果图49上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析图 6.5 梯形丝杆位移效果图7.从图中可看出丝杠端面有应力变化， 在螺纹边缘处应力较大， 尤其 在螺纹的起始处， 而轴向应力无变化。 从图 6.5 中可看出丝杠的应力变化， 最大应力为 5.085 牛每平方米， 即远远小于其强度极限， 表明丝杠的强度 足够。7 结论1.本课题对四轴联动线切割机进行方案设计，确定丝架 U、V 轴的丝 杠、导轨结构；确定控制方案、驱动方案。然后对丝架、立柱、U、V 轴 的数十个零件进行三维设计。再装配成整机，进行干涉检查。之后制作爆 炸图，模拟装配过程,对关键部件进行有限元分析,最后制作工程图。50上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析3.本次课题设计采用计算机来进行三维几何设计造型， 然后利用计算 机进行装配仿真，在实际应用中，缩短了新产品的开发周期，减少了开发 费用。 4.现在做的设计方法与以往不同， 过去通过切削力来计算功率从而来 选择电机； 但是电火花线切割机床没有切削力， 就不能用这种方法来选择。 所以在本次设计中，采用类比法来进行设计。 5.本课题开发一种新型数控电火花线切割机， 采用四轴联动。 为了避 免直接制造样机所带来的大量问题， 缩短新产品的开发周期， 减少开发费 用，避免人力和物力的浪费。本课题用计算机进行三维几何造型，用计算 机进行装配过程仿真，看是否出现干涉、结构不合理等问题。用 COSMOS 进行有限元分析看是否满足强度刚度条件。 最终得到一种新型、 高效的数 控电火花线切割机。51上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析参考文献[1] 伍 瑞 阳 . 数 控 电 火 花 线 切 割 加 工 应 用 技 术 问 答 [M]. 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社,. 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Thorne 来源：University of Wales Institute Cardiff University of Wales Institute Cardiff SThorne@uwic.ac.uk55上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析基于网络的电火花精密制造中的学习框架工程摘要这项研究是以现实的电火花加工学习框架提出的。 该架构在远程教育 精密制造领域支持“动手”练习， 并允许学习者练习和访问基于电火花虚 拟环境的互联网。 在这项研究中， 开发软件工具与虚拟互动技术集成开发 一个模拟的，有效的远程教育学习环境。 关键词：虚拟现实技术为基础的学习框架，电火花，远程教育1．介绍 电火花加工是使用电能来生产和形成金属部分的工具方法。 与更异常 艰苦的传统方法相比，EDM 对于难加工的金属和其他材料是一个更为简单 的工作方法。为防止发生过早的火花，在电极和工件之间进行，然后使用 了新的材料。目前，电火花加工的研究重点主要在电极材料和加工控制， 而未注意建立相关的学习体系的。 因此， 本研究适用于两个时下最流行的 技术-互联网和虚拟互动， 发展电火花学习平台。 这是一个远程模拟/运行 虚拟工作组，以取代物理设备，不仅克服传统的时间和空间的限制，而且 还弥补了一般远程学习互动的不足。 2．基于虚拟现实的设计和开发电火花加工平台56上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析本研究探讨了基于虚拟现实的自我实践模式电火花加工的方法。 虚拟 动态加工过程中，除了静态的对象，还必须考虑在网络上。因此作为指定 的学习者，VRML 的数据结构模型包含电极和工件的信息（VRML 的模式场 景图算法和椭球轴对齐法）。 目前，大多数 CAD 系统可以导出文件 VRML 格式。至于更复杂的几何 形状，CAD 系统将在 IndexFaceSet 节点用来转换 VRML 格式。着重于对材 料电火花去除，本研究采用概念设计系统，开发建设在 VRML 模式和通用 的工件原型电火花加工制造功能，包括孔，槽，凹槽和锥形。此外， IndexFaceSet 节点的创建和加入的功能参数，以方便控制功能几何拓扑 结构。最后，参数被送入在这项研究中建立了电火花数据库。 在这项研究中所需的各种碰撞信息。 利用椭球碰撞检测 （在该电极作 为轴对称椭球） 在这个系统可以减少移动每一个点向外边界的凸实心造 ， 成区域的分类问题。产生碰撞节点，过程系统如下：（一）将爆炸目标放 置在准备引爆的模型框架下的节点； （二）加入爆炸管理节点的复制链接 在下爆炸目标节点的文件夹 （然而， 这两个相撞的对象必须使用相同的爆 炸目标节点）；（三）设置的几何形状相撞对象。逻辑碰撞输出信号之间 的连接其他节点类图的格式说明图。57上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析UML 模式的简化碰撞图EDM 中使用的操作处理可以分为以下几个主要部分：（1）初始部分; （2）硬件驱动部分;（3）加工计划部分。因此，建议 VR 基于电火花执行 的动态图形仿真通过以下步骤操作过程（如显示图）。2）：（i）当学习 者通过客户端界面访问数据（包括在三个轴的大小和启动点工件），系统 作为输入工件尺寸，自动生成工件 VR 模型;（ii）该接口解释和创建的操 作处理方案（包括主要的加工代码和辅助部分）后接受学习者创建，如计 划电码；（三）主要加工程序，模拟器加工区，并发送 VRML 浏览器的指 示，可视化放电的形状。58上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析基于 EMD 的 VR 自我学习模式3． 实施 图 3 说明了一个线性圆柱体工件孔电火花模式的示范模式。图 3（a） 是电火花加工过程的流程图。在设置初始条件下，实施以下步骤：（一） 返回机械原点；（二）返回的初始值 Z 和 C 轴；（三）检测工件在 X 和 Y 轴的起点和长度。 编辑 EPI 代码和电火花加工参数， 学习者通过虚拟面板 的输入值， 然后， 换算到主系统加工程序开始介质的液位设置， 关闭开关。 此外，电火花加工过程中是根据主要的加工程序和通过模拟转换成 VRML 模型加工算法。最后，打开开关和工件检索完成处理。编辑 EPI 代码和电 火花加工参数，学习者通过虚拟面板的输入值。59上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析4． 结论 该系统的特点是：（1）随着网络的文字和音频的说明，学习者可重 复阅读和收听， 直到他们充分理解和吸收课程内容， 让学习者通过互联网 了解更多关于电火花加工技术；（2）使学习随时随地通过互联网进行， 克服了传统教学在时间和空间的限制；（3）基于 Web 纳入 VR 互动模式， 可以提高学习兴趣，从而提高学习效率；（4）最终仿真模型，由于它是 复制的实际系统，所以支持多用户访问虚拟环境中。因此，从电火花加工 的角度来看现实学习“真实”和“模拟”之间有没有差异。60上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析基于表格的决策支持系统及用实例驱动建模的潜力摘要在本文中，我们提出了一种新的决策支持建模电子表格的替代方案, 称为用实例驱动建模即“EDM”。这种方法的概念和基本原理经过讨论和 实验证明是有优势的。 我们示范了现实世界中基于电子表格的 EDM 应用和 比较 EDM 模型与传统电子表格的性能。 最后， 我们讨论这种方法的相关优 点和缺点，并考虑用电子表格建模在其他方面的应用。1.0 简介 在所有用电子表格建模中，至少有 30％的错误是显而易见的。其中 一个因电子表格的错误而产生重大影响 的例子是，Trans Atlanta 公司， 在美国纽约申办能源的合同上因使用电子表格时复制和粘贴错误， 导致了 2400 万美元的损失。Trans Atlanta 公司是许多公司在电子表格错误导致 重大经济损失的一个例子。 试图减少错误的方法包括审计方法，审计软件，开发方法，最佳实践 准则，测试策略和替代发展或控制环境。 以上这些不同的方法可以解决 部分不同的问题，而且还代表对电子表格错误研究的不断成熟。 基于电子表格错误是通过糟糕的人机互动造成的， 本文提出了一个可 以替代的方法。61上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析1.1 电子表格错误-人机之间是否匹配？ Michie 证实了人机之间优势配对的程度是根据人类学习认知过程的 提升而提升的。 从 20 世纪 70 年代到 90 年代，Michie 的工作一直致力于机器认知技 术和并且与人类的技术能力比较。 他还一直研究人类的学习过程。 Michie 认为，由于人机互动的方式，人与计算机相互作用从根本上 说是有限制的。Michie 基本上认为机器和人类的互动没有利用双方任何 的优势。 本着这种精神，我们认为电子表格的错误，主要归咎于人机互 动不理想。 考虑到用户与计算机互动是用来创建一个模型， 如在电子表格中的商 业问题，有两个基本过程。 第一个过程是现实世界例子的匹配模式， 在这些实现的趋势模式， 形 成一定的规则或判决。这使得建模在这个问题操作上问题有合理化的解 释。 第二是对数学的操控和准确代表该系统的逻辑， 这可能是通过一个电 子表格或其他工具得以实现的。 现在，如果我们考虑表 1，自然人和传统的计算机就会出现差异。62上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析从这个表中， 我们得出结论， 人类在产生真实世界的例子和模式匹配 方面能力很强，但在数学运用和逻辑推理方面能力很弱。相反，电脑在数 学运用和逻辑推理方面能力很强， 在产生真实世界的例子和模式匹配方面 能力很弱。 在当前的电子表格发展方向， 应放在人类的弱处， 数学运用和逻辑推 理，即思维公式，以解决一个问题。 进一步的优势（模式匹配和现实世 界的例子）在当前电子表格的范例中还未体现出来。 有一个可能更为有利的方式发挥人和传统的计算机的潜能。 在这新 的模式中， 人类将模式匹配并产生现实世界的例子， 计算机将使用其数学 能力操作和逻辑推理，用户提供的例子中建立一个模型从，见表 2。表21.2 样例驱动建模63上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析实例驱动建模的灵感是实现大多数人当谈到创建一个特定的代表机 型问题“知道他们的意思”，即专业地掌握其规则。然而，出现问题后， 实施这些规则因为规则已被翻译成可接受的语法和建模操作软件的界限 内，误用逻辑排除或忘记包括什么。 实例驱动建模收集例如由用户提供的属性分类， 并使用这些例子概括 的规则，以适用于新的未知数据。 为了澄清表 1 显示从开始到结束的概念。 首先，用户将提供他们想 要建模的问题，例如属性分类的例子。然后格式化成一组数据和学习算 法。 该例子数据的算法学习，提供在一般模型的结果，这是能够推广到 在新的未知问题域的例子。64上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析神经网络，适用于所提供的属性分类。 由此产生的模型可以使用新 的未知数据。 这种方法消除了用户参考公式的需要， 用户只要提供他们想 要数据模型的数据。 因此，用户不再需要构造出公式，减少了错误。计 算机负担起了计算的任务， 计算机使用机器学习算法， 具有计算功能的例 子。 文献表明，这可能是对人类更有效地利用电脑的优势。 不过给的例子中， 实例驱动建模是唯一的理论， 一些这种可行性的调 查是必需的，即是人类想出一个给定的例子问题。65上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析2.0 调查所给样例的可行性 调查在工程实践实验设计中比较传统的电子表格建模给予技术和新 方法例子。 第一组中，“治疗”组，需要以所给数据为例完成这些任务。 另一组，对照组，分别给予相同的任务，完成使用电子表格应用程序。 2.1 实验 实验的可行性是按照引文 Shadish [7]、坎贝尔和斯坦利[8]所指导 的。 此外，出版工作使用实验电子表格的研究方法是参照[9,10,11,12 和 13] 2.2 实验目的 实验的主要目的是建立在学术环境的实验，做以下研究： 1．错误之间的关系和任务的复杂性，使用 A）电子表格，B）所给实 例 2．比传统的电子表格建模的优势。 3．一个令人满意统计方法。 从这些目的和标准， 我们将能够通过三个性能指标判定所给范例的可 行性 1．参与者是否理解给的例子的意思，即用户是否可以理解例子所提 供的指令。 2．参与者所提供例子的准确性，即参与者所提供例子的错误率。 3．与传统建模相比的相对误差率，即如何比较传统建模和进一步的 调查的错误率。66上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析2.3 实验设计 选择评估的实验模型该实验的目的是 “随机的两个未经测试组” 图 。 2 显示了此类实验的标准设计。图 2 随机两组测试该图显示了两个随机组 （R） 治疗组 ， （X） 控制组和两个结果 ， （O） 在 。 这种情况下， 控制组收到“标准”的待遇， 即他们在一个电子表格应用程 序中开发电子表格公式的构造和语法，如 Excel。 治疗组使用新的方法， 这可相对比较控制组和治疗组。 2.4 抽样 抽样确定了合适的集群参与者，然后在该组中随机选择。 考虑到类似的开发实验[9，10，11，12 和 13]，硕士研究生作为一个 适当的选择集群。 集群内的选择是随机的，参与者根据能力和其他的基础 划分。 参与者被邀请参加一系列安排好的实验。 抵达后参与者被分成两组， 控制组和治疗组。67上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析2.5 研究材料 本实验的研究材料包括交给两组参与者不同的袋子。 两包载有一份电 子表格调查问卷收集信息，如年龄，性别，经验，使用年限，对他们的个 人评级能力。在参与者开始任务之前 先完成此问卷。这份问卷是收集信 息，并确定参与者使用电子表格的经验。一旦完成了调查问卷 1，参与者 开始新的任务， 他们被分配到控制组或处理组。 以何种方式组完成不同的 任务，对照组在使用电子表格的语法和功能的应用（Microsoft Excel） 中。这些问卷收集了参与者的信息得知自己的表现，也就是说，他们觉得 每项任务有多困难，然后要求表明他们如何证明所提供的答案是正确的。 2.6 实验任务 实验任务逐渐困难，要求来自这两个群体更为复杂的答案。 2.7 控制和治理任务 给予控制和治疗的任务组是相同的，该方法中，他们的回答各不相 同。 控制组提交答案创建使用 Microsoft Excel，治疗组提交属性分类 写在纸上。 例如，对照组的任务 1 是创建一个公式，可以给一个档次（通过或失 败）基于一个单一的标志（考试后标记）。 该公式需要区分通过和失败， 失败&40，通过& = 40。 对于相同的任务，任务 1，治疗组需要给属性分类即例子中的每一个 问题分类。 两个分类：通过和失败，因此，与会者提交属性分类即通过 和失败。68上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析任务设计也日益复杂。 例如任务使用一个值（考试分数），2 个分 类（通过和失败）和这些类（&40 失败，& = 40 通过）。 相比之下，任务 5 使用 2 值（考试和课程分数），4 个分类（失败， 通过，优点和区别）4 个参数（&40 失败，& = 40 通过，& = 55 的优点和& = 70 的区别）和 1 个条件规则（两个考试值必须属于同一类）。 2.7.1 实验结果 汇总统计数据显示， 治疗组在任务中一向准确， 即那些参与者提供属 性分类在满足问题的规范上更准确。图 2 显示了两组在五个任务中的表 现。图22.7.2 统计结果的意义 汇总统计，然后检查使用卡方的统计意义，Fisher 精确和 Mcnemar 的测试。 检验表明，在增益治疗组由经验丰富的准确性在决赛中只有统 计学意义任务（最复杂），即优势任务 5 不能归因于偶然。69上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析图 3 的统计意义治疗组和对照组的准确性由于任务被设计为越来越困难， 人们可以治疗仅是解释结果在十分复 杂的情况下有效。 所以在十分复杂的情况下电子表格建模比传统的电子 表格模型 EDM 具有更准确结果。 2.8 EDM 的应用领域 借助于新思路和新的想法，EDM 有一个比较具体的应用小数目的电子 表格，即 EDM 不是万能的。例如 EDM 不能用来模拟资产负债表，损益帐等 其他金融项目。 但是，它是适用于作为信贷风险分类或医疗风险分类决 策支持活动。 这样一个例子， 一个真实的例子决定支持电子表格是心脏麻 醉风险评估 （CARE） 的电子表格模型。 此电子表格是用来确定风险死亡率， 发病率和长期留在医院的心脏病患者。 3.0 心脏麻醉风险评价（CARE）的算法 护理算法由 Dupious 和 wang 创建，以确定风险死亡率，发病率和长 期留在医院的时间。对卫生保健的投入是：严重心脏疾病（A）非心脏疾 病控制数量（二），非心脏疾病失控的数量（B）心脏手术（复杂）（C）70上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析和紧迫性 （D）。 表 4 描述，每个输入 （A 至 D）之间的关系风险分类。 保 健算法使用 5 投入和 8 个分类。3.1 CARE 电子表格存在的问题 在电子表格中有一些错误， 重要的是要注意错误医疗算法不来自电子 表格。总之，保健电子表格有一些严重的问题： 1。 电子表格在编程和设计上有一些错误。 2。 电子表格分类组合的投入有困难，即错误提出，如果某些组合输 入是有效的输入 3.2 比较表现电子表格和之间的关怀 EDM 护理模式 一旦 EDM 模型生成， 通过测试了一套不同寻常的输入 EDM 模型和电子 表格模型。不寻常的输入由外来输入每个测试的限制值模型。 这两种方法执行与“正常测试”。 5 显示了本次测试的结果“模式 表 输出”部分正确的输出“表示”符号， 表示不正确的输出“”符号和一个 未知结果显示，与一个“？”的象征。71上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析表 4 从测试的结果看护理电子表格和 EDM 模型EDM 模型可以看出保健电子表格高于护理电子表格中输入测试异常。 护理 EDM 模型分类的例子比照顾电子表格分类的 14 个例子正确。EDM 模 型，因此在处理不寻常的输入比同等的电子表格。究其原因，因为机器学 习算法（神经网络）用于创建 EDM 模型，因此 EDM 急救模型优于保健电子 表格。神经网络具有“渐进退化“，这意味着情况网络被打破，而不是突 然渐进。由于护理基于 Excel 电子表格编程。72上海工程技术大学毕业设计（论文）数控线切割机运丝系统设计及有限元分析4.0 结论 本文件所论证的， 作为一个可替代的例子， 以模型的决策支持电子表 格是可行的，比传统的电子表格建模更准确。然而，例如技术（EDM）中 有非常具体的工作应用领域，以及在纯数学上或有问题，如资产负债表。 这些电子表格的类型被定义为决策支持电子表格。 一个完整的规模试验将 进一步解决例如实用性问题。73
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