【正文】 踐和參考大量文獻的基礎上，首先簡要地介紹了高速快走絲電火花線切割的基本組成、工作原理以及國內(nèi)外目前電火花線切割機床發(fā)展的現(xiàn)狀。隨后分析了傳統(tǒng)的高速快走絲電火花線切割機床走絲控制方式及目前已開發(fā)使用的短循環(huán)走絲方式存在的問題，提出利用單片機來實現(xiàn)短循環(huán)走絲加工方式的必要性。 文中重點分析了短循環(huán)走絲工作原理、控制系統(tǒng)組成、系統(tǒng)控制程序和短循環(huán)加工控制子程序的結(jié)構(gòu)，設計了相應的控制程序，并提出了系統(tǒng)抗干擾 的相關(guān)措施。在幾乎不增加成本的前提下，利用軟件，實現(xiàn)了短循環(huán)走絲方式的控制，并成功制作了控制電路。利用該控制系統(tǒng)，作者進行了短循環(huán)高速快走絲電火花切割加工實踐。實踐表明，該控制系統(tǒng)電路輸出控制信號穩(wěn)定 ； 從實際效果上看，可顯著提高工件表面質(zhì)量。 關(guān)鍵詞 ： 高速快走絲電火花線切割 ； 短循環(huán) ： 單片機 第 5 頁 共 61 頁 ASTRACT The task is a Pieces of the technological remolding item． The PaPer analyzes the feasibility of rising to surface roughness by the way of HSWEDM’s shortcirele reversing． And it is realized by the SCMcontrolling to overe the shorting in the trad1tional control． FinalIy the controlling circuit board is finished,and the machiool is rebuilded． ExPeriment showed that the shortcirele reversing works efficiently and stably,and it obtained the favorable effect and economy． On the base of the vast related literatures and experience, the Paper first introduced briefly the basic structure and the principle of the HSWEDM,and the current situation of development at home and abroad． Secondly the paper studied some problems of the traditional reversing and the present condition of shortcirele reversing on the HSWEDM． And a new method is put forward to raise the surface roughness by the shortcircle reversing． The paper analyzed the principle of shortcircle reversing， the posing of controlsystem by the SCM,and designed the main program and the subprograms， and put forward the antiinterference measure． Finally， increasing hardly cost of remoIding， the key technique of shortcircle reversing using the SCM’s software and interface． At last,some experiments using the shortcirele reversing by the SCM are performed． And that shows the system works stably。it can increase surfacer oughness markedly． The technology is put into use now． Keyword:HSWEDM； shortcirelereversing； SCM 第 6 頁 共 61 頁 第一章 緒論 高速快走絲電火花線切割機床在制造業(yè)中的地位 隨著科學技術(shù)的日新月異和工業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，電火花線切割技術(shù)己成為 機械制造領域中一種重要的加工技術(shù)，它是通過兩電極間脈沖放電，用電蝕原理 對工件進行加工的。線切割加工具有無切削力，工件材料硬度對可 加工性影響不 大等優(yōu)點，因此能適合各種特殊性能的材料和各種復雜表面及微細、精密、薄壁 以及低剛性零件，所以廣泛應用于航空、電子、電器、汽車、家電、輕工等領域 (參見表 11)，特別是在模具加工行業(yè)，得到了廣泛的應用。 表 11 電火花線切割加工方法的應用范圍 Table1l the application scope of HSWED Mmachining tools 分 類 適 用 范 圍 二維形狀模具 冷沖模 (沖裁模、彎曲模和拉伸模 )、粉末冶金、擠壓模、塑 料模 三維形狀模具 沖裁模落料凹模、三維 型材擠壓模、拉絲模 電火花加工用的電極 加工形狀復雜、微細通孔用的電極、加工帶斜度型腔的電極 微細精密加工 加工化學纖維噴絲頭異形窄縫、槽微型精密齒輪及模具 工量 具輪廓 成形刀鋸外形、樣板凸輪及模板 試制品及零 件 加 工 試制品直接加工多品種、小批量的幾何形狀復雜的零件以及超大厚度的零件 特殊材料零 件 加工 半導體材料、鐵氧體材料、陶瓷材料、聚品金剛石 模具行業(yè)的迅速發(fā)展，對電火花線切割機床提出了更高的要求 [1][2]，從而也進一步促進了電火花線切割技術(shù)的發(fā)展，促使電火花線切割高新技術(shù)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)， 產(chǎn)量不斷增長?，F(xiàn)在，國際市場每年銷售的電火花線切割機床就達七千余臺，其中瑞士占 18%，日本占 52%。我國電火花線切割機床的擁有量已達五萬多臺，居世界首位，其中 95%為高速走絲電火花線切割機床 (英文為 HSWEDM)，它己在機械行業(yè)中起著重要的作用 。 [3][4][5] 電火花線切割分類 電火花線切割分類見如下所示 [6]。 第 7 頁 共 61 頁 國內(nèi)外電火花線切割機床發(fā)展的現(xiàn)狀 目前我國生產(chǎn)和使用的絕大多數(shù)為高速快走絲電火花線切割機床，而國外生 產(chǎn)和使用的則主要為慢速單向走絲電火花線切割機床 。 兩者相比，除了采用的 工 藝不同外，無論在精度、功能、自動化程度、可靠性、加工穩(wěn)定性和加工工藝指 標方面 。 還是在外觀等方面，前者較后者水平均明顯低一個檔次。我國的電火花 線切割機一般最大加工速度為 216mm^2/min，國外已超過 30mm^2/min，我們的尺寸精度一般在 0． 01mm，國外達 177。 5μ m~177。 2μ m； 表面粗糙度我們一般為Ra1． 25~2． 5μ m ，最好為 Ra0． 6μ m ~1μ m，而國外則小于 Ra0． 3μ m[7][8][9]。 差距是客觀存在的，只有清醒地看到這一點，及時地吸收國外的新技術(shù)，消 化并運用于我們的產(chǎn)品上，同 時根據(jù)我國及國際市場的實際情況靈活運用新工藝，才能使這一差距逐步縮小。認清國外電火花線切割機床近幾年來新技術(shù)的應用情況，對國產(chǎn)線切割機水平上一個檔次是大有裨益的 [10]~[14]。 第 8 頁 共 61 頁 國外電火花線切割機床發(fā)展狀況 國外電火花線切割機床的發(fā)展，在原則上離不開三大趨勢。即高速化、高精 度化 (包括表面質(zhì)量 )、高自動化，近年來經(jīng)濟型機床也是一個發(fā)展趨勢。 在高速化方面，日本走在前列，各廠家均有大加工速度在 250~300mm^2/min 的機床，例如三菱電機公司的標準型 DWCH 系列機床、經(jīng)濟型 DWCC2 系列 機床加工速度均為 250mm^2/min，高速型 DWCU 系列機床最高加工速度達300mm^2/min， 80 年代后期，瑞士 AGIE 公司配備 HMC 電源的 ACsprint 系列機床， 90 年代初 Charmilles 公司的 ROBOFIL1000 系列機床最大加工速度均達到300mm^2/min。目前的電火花線切割機床，幾何精度與運動精度均已達到了極高的程度 ： 全行程定位精度 2~3μ m，重復定位精度 2μ m，加工精度 2~3μ m，表面粗糙度 Ra0． 1μ m，為了保證這些精度長時間不變，各生產(chǎn)公司做了不懈的努力，采取了一系列的保護措施 。 AGIE 公司的 AC 系列機床，盡管功能差異較大，但機床的機械結(jié)構(gòu)卻大體相同。與同類機床相比，其凈重量約為其他機床的二倍，重量的增加主要是考慮機床結(jié)構(gòu)的力學和熱學性能。 AC— 200D 機床采用框架式結(jié)構(gòu)，以增加走絲機構(gòu)的剛性。機床精度的變化對加工精度的影響是不言而喻的， AGIE 公司采取了統(tǒng)一溫度場措施，其機床裝有兩套冷卻溫控系統(tǒng)，分別控制加工區(qū)與 U、 V軸的溫度，以及電源箱、機床與室溫的空氣冷卻。兩套系統(tǒng)通過溫度計進行調(diào)整，使溫差不超過 1℃ 。由于電極絲的滯后，在角度加工時會產(chǎn)生塌角誤差，特別在小角度與小圓弧切割 時更為明顯， AGIE 公司在這方面擁有稱為 PIlot 的專利技術(shù)。它利用一套光學系統(tǒng)測量電極絲受力后的彎曲量，由 CNC 系列進行補償，其分辨率為 2μ m，采樣頻率每秒 15 次，這不僅提高了角加工精度，而且使加工速度比一般的拐角對策提高 60%，現(xiàn)已運用到 AC2070 系列機床上。 為保證加工的高精度， Charmilles 公司的 ROBOFIL300/310 機床采用高質(zhì)量的，機床鑄件，滾柱軸承單程 V導軌，直流電機直接拖動，光柵位移全封閉 ． 其進給系統(tǒng)設有超載保護措施，此外還將運動軸全部移到立柱線架上，工件不動。這就有效地減少 了因載荷位置變化而可能引起的變形 ． 另外機床基座采用人造花崗石，其絕緣阻抗高，不吸水，耐腐蝕，收縮率極小，彈性模量小而抗壓強度高，諧振頻率低，特別適合于精密機床的基座。 第 9 頁 共 61 頁 SODICK 公司線切割機的重要部件如線臂支架、工作臺面的定盤、工件支架、 導絲機構(gòu)等均廣泛采用精密陶瓷材料制作，實現(xiàn)了高剛性及極小的熱變形。人造 陶瓷由該公司陶瓷事業(yè)部開發(fā)生產(chǎn)，其電絕緣性極高，能長期維持線切割放電加 工所要求的高絕緣阻抗，穩(wěn)定性非常好。三菱公司的機床也有類似的結(jié)構(gòu)。由于 電源小的電解作用，切割表面會產(chǎn)生變質(zhì)層，直接影響表面質(zhì) 量和加工精度 ． 為 了解決這個問題， SODICK 公司推出了 BS 電源，既無電解作用的電源，可以提高工件表面的硬度，從而延長模具壽命。以上這些措施均有效地保證了加工的高精度。 總之為了保證加工的高精度，各公司無論是從機床本體的高剛性與穩(wěn)定性結(jié) 構(gòu)、新型材料的使用、溫度的控制、拐角對策、無電解作用電源的應用，還是從 微步驅(qū)動技術(shù)、浸水加工方式等方面均投入了巨大的人力物力，同時也取得了顯 著的效果。 在高自動化方面， 32 位機的使用使運算速度大大提高，控制內(nèi)容極為豐富， 為用戶提供了更大的裕度。以三菱電機公司的機床為例 ，進給當量由 0． 5p 耐脈沖減至 0． lμ m/脈沖，控制軸由四軸增至六軸，程序存貯量由 3． 9 米紙帶增至260 米紙帶，程序號設定由 9999 條增至 99999999 條，等等。此外還增加了報警、起始孔計算、漢字顯示、自動繪制正在加工的圖形、微小連接等 20 個功能 ． 另外，如 AGIE 公司的 AGIEPICK 自動卸料機械手， AAGIEjet 自動預孔加工裝量等附件的配備都使機床自動化更趨完善 ． 目前，國外線切割機還有向 “ 不降低加工性能，降低造價 ” 方向發(fā)展的趨勢， 如 日 本兄弟公司的 HS3600 型、 FANIJC 公司的 aOa 型、 SODICK 公司的 300W 型等機床，在這方面都均有突出的成就 [15][16]。 國內(nèi)電火花線切割機床發(fā)展狀況 國外電火花線切割機床各生產(chǎn)公司為提高本公司產(chǎn)品的品質(zhì)不遺余力，對國 內(nèi)同行產(chǎn)生了巨大的促進作用，近幾年來，我國電火花線切割機也取得了迅速發(fā) 展 [17]。 在結(jié)構(gòu)方面，國內(nèi)廠家均已普遍重視機床的剛性，已開始采用高強度耐磨鑄 鐵，經(jīng)過二次低溫回火，消除內(nèi)應力，提高機床剛度。有些機床還采用了低床身 設計，跨距可調(diào)整線架，改進調(diào)節(jié)方式，提高了調(diào)節(jié)精度和線架自身的剛性，同 第 10 頁 共 61 頁 時也使操作更為方便。不少廠 家開發(fā)了四聯(lián)桿裝置，不但上、下導輪可聯(lián)動，而 且可同步偏擺，使電極絲始終保持在導輪槽對稱平面內(nèi)，不發(fā)生單側(cè)刮擦，從而 擴大了切割錐度的范圍。其切點變化引起的加工誤差，由計算機軟件予以補償， 同步偏擺也使切割大錐度時，噴水方向始終與電極絲走向一致，例如成都無線電 專用設備廠的 DK7725CT150，新火花公司的 SPKW250H 等，切割錐度都已達15176。 ~20176。 。 許多廠家也不再強調(diào)電極絲的單一的高速，絲速降低雖然會降低加工速度， 但可使振動減弱，機械壽命延長，換向無效工時減少，綜合效益未必低于單一的 高絲速。