【正文】 離不開(kāi)三大趨勢(shì)。 AGIE 公司的 AC 系列機(jī)床，盡管功能差異較大，但機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)卻大體相同。兩套系統(tǒng)通過(guò)溫度計(jì)進(jìn)行調(diào)整，使溫差不超過(guò) 1℃ 。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(jī)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(qiáng)度高，諧振頻率低，特別適合于精密機(jī)床的基座。由于 電源小的電解作用，切割表面會(huì)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(gè)問(wèn)題， SODICK 公司推出了 BS 電源，既無(wú)電解作用的電源，可以提高工件表面的硬度，從而延長(zhǎng)模具壽命。以三菱電機(jī)公司的機(jī)床為例 ，進(jìn)給當(dāng)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(hào)設(shè)定由 9999 條增至 99999999 條，等等。有些機(jī)床還采用了低床身 設(shè)計(jì)，跨距可調(diào)整線架，改進(jìn)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(yè) 共 61 頁(yè) 時(shí)也使操作更為方便。 。例 如深圳福斯特公司的 DK7725 機(jī)床，使用 V型塊及紅寶石圓棒組成定位限幅器， 電極絲從中通過(guò)，該裝置在進(jìn)行多次切割時(shí)尤為重要。 ● 1990 年研制成功 DK7732 電火花線切割機(jī)，其控制柜采用 XK80AAA 微 型計(jì)算機(jī)線切割機(jī)床控制系統(tǒng)，它由專(zhuān)用單板計(jì)算機(jī)、接口板、直流穩(wěn)壓電 源、 專(zhuān)用鍵盤(pán)、操作控制鍵盤(pán)及屏幕顯示器 CRT 組成，并帶有電報(bào)機(jī)頭一臺(tái)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源，可進(jìn)行完整的中文人機(jī)對(duì)話、自動(dòng)編程。 DK7732 電火花線切割機(jī)性能優(yōu)異，操作方便，榮獲 19%年上海市優(yōu)秀新產(chǎn)品三等獎(jiǎng)。其自動(dòng)編程采用了榮獲 ． 93 中國(guó)高新技術(shù)、新產(chǎn)品博覽會(huì)銀質(zhì)獎(jiǎng)的 YH 繪圖式線切割自動(dòng)編程系統(tǒng)，只需按圖紙標(biāo)注尺寸輸入，即可自動(dòng)編程，徹底摒棄了傳統(tǒng)編程系統(tǒng)中順圓、逆圓、拐點(diǎn)、相切、相交、走向等需硬記的規(guī)則 ； 只用鼠標(biāo)器即可完成全部編程，實(shí)現(xiàn)了所見(jiàn)即所得 ； 圖形顯示賞心悅目，全中文提示，具有自動(dòng)尖角平滑，非圓擬合，齒輪生成，大圓弧處理，跳步模自動(dòng)生成，加工面積自動(dòng)計(jì)算，三維造型等功能 ． 配用 SBJCUT6 控制柜的 DK77321電火花線切割機(jī)榮獲了 1993 年上 海市優(yōu)秀新產(chǎn)品三等獎(jiǎng)。 就國(guó)外電火花線切割 機(jī)制造廠家而言，目前已進(jìn)入了一個(gè)比較穩(wěn)定的成長(zhǎng)期，線切割的加工速度在目前這種加工方式和條件下再要大幅度提高比較困難，但可以預(yù)見(jiàn)現(xiàn)時(shí)的加工精度、速度、粗糙度及操作性能、機(jī)床的功能等都不會(huì)就此止步。 與低速走絲線切割機(jī)床相比，高速快走絲機(jī)床的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。而低速走絲機(jī)床運(yùn)行成本很高，銅電極一次使用，工作液是要求很高的去離子水。目前國(guó)內(nèi)很多廠家的高速走絲線切割機(jī)床可以切割厚度 500mm 以上的工件，最大可切割厚度可達(dá) 1000mm，低速走絲機(jī)床的則較差，最大切割厚度不到 300mm。如果線切割方法不能 滿(mǎn)足這 些要求，必然會(huì)不斷出現(xiàn)的新的加工方式所代替。 過(guò)去低速走絲電火花線切割機(jī)床面對(duì)的市場(chǎng)主要是高效率、高精度、高表面質(zhì)量 的模具加工 ． 但隨著國(guó)外低速走絲電火花線切割機(jī)床生產(chǎn)廠家進(jìn)入國(guó)內(nèi)的線切割 行業(yè)，通過(guò)與國(guó)內(nèi)廠家以合資、合作的 方式進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，低價(jià)位的低速走絲電 火花線切割機(jī)床正在投入市場(chǎng)，高速快走絲電火花線切割機(jī)床的價(jià)格優(yōu)勢(shì)正在減 弱，低速走絲電火花線切割機(jī)床正越來(lái)越多地進(jìn)入過(guò)去高速快走絲電火花線切割 機(jī)床的加工領(lǐng)域。阿奇 VERTEX 型機(jī)床加工的工件精度可達(dá) 0． 5μ m． 表面粗糙度可達(dá) Ra0． 05。 可以說(shuō)，高速快走絲機(jī)床面臨的挑戰(zhàn)非常嚴(yán)峻，因此，高速快走絲線切割機(jī) 床必須相應(yīng)提高加工過(guò)程中的精度指標(biāo)，提高機(jī)床加工的穩(wěn)定性、可靠性 [19]。 本課題來(lái)自金華市信達(dá)機(jī)械制造有限公司，該公司是一家在金華市模具制造 行業(yè)頗有影響的模具制造企業(yè)，擁有各種類(lèi)型高速快走絲線切割機(jī)床 23 臺(tái)，常年對(duì)外進(jìn)行模具鋼的線切割服務(wù)和模具制造工作。最后一章對(duì)研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了總結(jié)，并 提出了今后工作的展望。 機(jī)械系統(tǒng) 作為機(jī)床主機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)，主要由床身，坐標(biāo)工作臺(tái)，走絲機(jī)構(gòu) (含電機(jī)、 絲架、儲(chǔ)絲筒、導(dǎo)向機(jī)構(gòu) )等組成，如下圖所示。 坐標(biāo)工作臺(tái)主要由底座、縱橫拖板、導(dǎo)軌、絲桿運(yùn)動(dòng)副、變速齒輪、步進(jìn)電 機(jī)等組成，結(jié)構(gòu)原理如圖 22 所示 ： 步進(jìn)電機(jī) 8 通過(guò)齒輪 9 帶動(dòng)絲桿 7 旋轉(zhuǎn)并向前移動(dòng)，絲桿空套在工作臺(tái)上，通過(guò)滾珠以及調(diào)節(jié)螺釘 推座 2 帶動(dòng)工作臺(tái)前進(jìn)。滾動(dòng)導(dǎo)軌滾珠式、滾柱式和滾針式等結(jié)構(gòu)形式。絲桿副的傳動(dòng)齒形一般分為三角形普通 螺紋、梯形螺紋和圓弧螺紋三種。其傳動(dòng)系統(tǒng)如 下 ： 電機(jī) → 聯(lián)軸器 → 高速旋轉(zhuǎn)絲筒 → 齒輪副 → 絲 桿 副 第 18 頁(yè) 共 61 頁(yè) 脈沖電源 電火花線切割脈沖電源通常又叫高頻電源，是數(shù)控電火花線切割機(jī)床的主要 組成部分，是影響線切割加工工藝指標(biāo)的主要部件之一。線切割加工的放 電峰值電流的變化范圍一般在 10~25A 之內(nèi) ． (2) 可調(diào)的脈沖寬度 。 脈沖寬度越窄，即放電時(shí)間越短，放電所產(chǎn)生的熱量就越來(lái)不及傳導(dǎo)和擴(kuò)散，而 被局限在 工件和電極絲間很小的范圍內(nèi)。因此，脈沖能量 應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，一般脈沖寬度約在 05~64μ s。 但是脈沖間隔太小，會(huì)使消電離過(guò)程不充分，造成電弧放電并引起加工表面 燒傷。在高速快走絲方式的線切割加工中，電極絲往復(fù)使用，它的損耗會(huì)直接影響加工精度，損耗較大時(shí)還會(huì)增大斷絲的機(jī)率。 (1) 脈沖發(fā)生器脈沖發(fā)生器是脈沖電源的脈沖源，脈沖寬度 t1，脈沖間隔 t0 和脈沖頻率 f 均由脈沖發(fā)生器確定和調(diào)節(jié)。 控制系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、控制精度、動(dòng)態(tài)特性和自動(dòng)化程度，都直接影 響著加工的工藝指標(biāo)和工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。 進(jìn)給系統(tǒng)的控制作用，是在電極絲相對(duì)工件按一定方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)放電間 隙的大小與狀態(tài)自動(dòng)控制進(jìn)給速度，以使進(jìn)給速度與工件蝕除的線速度相平衡， 維持穩(wěn)定的切割加工。 走絲機(jī)構(gòu)控制電路的作用，是控制電極絲自身運(yùn)動(dòng)的，電極絲的運(yùn)動(dòng)既有利 于把液體介質(zhì)帶入放電間隙，又有利于把放電產(chǎn)物排出放電間隙 。此系統(tǒng)一 般由液泵、液箱、過(guò)濾器、管道、控制閥等部分組成，具有不采用強(qiáng)迫循環(huán)，工 作壓力和流量較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、液箱體積小，振動(dòng)和噪音小等特點(diǎn)，系統(tǒng)示意如 圖 25 所示。 1. 介質(zhì)間的電離、擊穿，形成放電通道 第 22 頁(yè) 共 61 頁(yè) 當(dāng)脈沖電壓施加于工具電極與工件之間時(shí)，兩極之間立即形成一個(gè)電場(chǎng)。同時(shí)，電子流動(dòng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)又反過(guò)來(lái)對(duì)電子流產(chǎn)生向心的磁壓縮效應(yīng)。高溫下的 氣化工作液和金屬蒸汽，瞬間體積猛增，在放電間隙內(nèi)形成氣泡，迅速熱膨脹 ． 熱膨脹和局部微爆炸，使熔化、氣化了的電極材料拋出蝕除。 4 極間介質(zhì)的消電離 隨著脈沖電壓的結(jié)束，脈沖電流迅速降為零，但此后仍應(yīng)有一段間隔時(shí)間， 使間隙介質(zhì)消電離，即放電通道中的帶電粒子復(fù)合為中性粒子，恢復(fù)本次放電通 道處間隙介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度，以及降低電極表面溫度等，以免下次總是重復(fù)在同一 第 23 頁(yè) 共 61 頁(yè) 處發(fā)生放電而導(dǎo)致電弧放電，從而保證在別 處按兩極相對(duì)最近處或電阻率最小處 形成下一擊穿放電通道。如圖 26 所示，當(dāng)工件要完成某一軌跡時(shí)，如圖中從 A 切割到 B時(shí)，對(duì)于某一點(diǎn) A，其切向速度為 V，此時(shí)通過(guò)分解可得工作臺(tái)在 X、 Y 方向所需的移動(dòng)的速度分別為 Vx、 Vy，通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)速度進(jìn)行控制，得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，即可得到所需軌跡 [30][3I]。 4． 電極絲往復(fù)使用，損耗小。 8． 所需加工的零件應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性 [32]~[35]。模具配合間隙、加工精度通常都能達(dá)到要 此外，還可以加工擠壓模、粉末冶金模、彎曲模、塑壓模等通常帶錐度的模 模 具 。 在零件制造方面，可用于加工品種多、數(shù)量少的零件，特殊難加工材料的零件， 材料試驗(yàn)樣件，各種型孔、特殊齒輪凸輪、樣板、成型刀具，同時(shí)還可進(jìn)行微細(xì) 加工，異形槽和標(biāo)準(zhǔn)缺陷的加工等 ． 高速快走絲電火花線切割機(jī)床走絲方式控制 由于線切割加工中工件材料的切除 是利用電蝕原理來(lái)實(shí)現(xiàn)，在加工區(qū)域中，局部溫度很高，電極極易損耗，作為電極的 鉬 絲的保護(hù)是一關(guān)鍵問(wèn)題。工作臺(tái)行程可通過(guò)移動(dòng)在 T 型槽內(nèi)擋鐵位置來(lái)調(diào)節(jié)，拉開(kāi)兩塊擋鐵間的距離行程就長(zhǎng)，反之則短。 第 29 頁(yè) 共 61 頁(yè) 第三章 循環(huán)換向控制方法 由上一章分析可知，對(duì)于一般的高速線切割機(jī)床的正常加工，貯絲筒運(yùn)動(dòng)是 兩行程開(kāi)關(guān) A、 B 之間進(jìn)行循環(huán)的，這一循環(huán)方法參與加工的相絲長(zhǎng)度較長(zhǎng)。這一精度雖有嚴(yán)格控制，但其誤差還是不可避免的，在高速快走絲電火花線切割運(yùn)行過(guò)程中，這一誤差對(duì) 鉬 絲的松緊程度有較大的影響，其分析如圖 31 所示。如圖 32 所示，設(shè)有兩 鉬 絲截面 ① 、 ② ，當(dāng)損耗不均勻時(shí)，兩截面所對(duì)應(yīng)的貯絲簡(jiǎn)上每周繞的 鉬 絲長(zhǎng)度也不等，在運(yùn)行的過(guò)程中也相應(yīng)的會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)度增量。 實(shí)踐加工表明，采用上述短距離行程開(kāi)關(guān)控制走絲方式對(duì)零件進(jìn)行加工，可有效地提高零件的表面粗糙度，而且這種循環(huán)加工的方式優(yōu)勢(shì)在于，對(duì)設(shè)備沒(méi)有做任何的改制，既可實(shí)現(xiàn)短距離循環(huán)走絲方式的加工。如果考慮加劇磨損的因素而降低電加工參數(shù) （ 如脈沖電 流 ） 則同樣的也會(huì)降低工作效率。 由于步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，通過(guò)程序的編制，可方便地用于復(fù)雜精確的起停、正反轉(zhuǎn)及變速控制。向前與 向后移動(dòng)的距離是不等的，這樣通過(guò)多次循環(huán)，貯絲筒逐步移動(dòng)到 B 點(diǎn)。這一技術(shù)可用于現(xiàn)有設(shè)備的改造和新型設(shè)備的生產(chǎn)，具有良好的經(jīng) 濟(jì)效益和推廣價(jià)值。實(shí)踐表明，這一控 制方式運(yùn)行穩(wěn)定、有效，在實(shí)際生產(chǎn)中取得了明顯的效果和良好的經(jīng)濟(jì)效益。 第 35 頁(yè) 共 61 頁(yè) 第四章 基于單片機(jī)控制的短循環(huán)走絲方式設(shè)計(jì) 換向系統(tǒng)組成與短循環(huán)換向方法 第 36 頁(yè) 共 61 頁(yè) 單片 機(jī)的選型 AT89C2051 單片機(jī)的特征、組成和使用 第 37 頁(yè) 共 61 頁(yè) 第 38 頁(yè) 共 61 頁(yè) 第 39 頁(yè) 共 61 頁(yè) 第 40 頁(yè) 共 61 頁(yè) 鍵盤(pán)的設(shè)計(jì) 第 41 頁(yè) 共 61 頁(yè) 換向控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 第 42 頁(yè) 共 61 頁(yè) 短循環(huán)加工子程序結(jié)構(gòu) 第 43 頁(yè) 共 61 頁(yè) 中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì) 換向子程序設(shè)計(jì) 第 44 頁(yè) 共 61 頁(yè) 自動(dòng)停機(jī)方法 第 45 頁(yè) 共 61 頁(yè) 系統(tǒng)抗干擾措施 第 46 頁(yè) 共 61 頁(yè) 系統(tǒng)控制電路 第 47 頁(yè) 共 61 頁(yè) 第 48 頁(yè) 共 61 頁(yè) 本章小結(jié) 第 49 頁(yè) 共 61 頁(yè) 第五章 短循環(huán)走絲控制的實(shí)踐 采取的線切割機(jī)床及有關(guān)參數(shù) 第 50 頁(yè) 共 61 頁(yè) 循環(huán)控制 第 51 頁(yè) 共 61 頁(yè) 第 52 頁(yè) 共 61 頁(yè) 實(shí)際加工運(yùn)轉(zhuǎn)情況 改造后短循環(huán)的控制方法對(duì)粗糙度的影響 第 53 頁(yè) 共 61 頁(yè) 第 54 頁(yè) 共 61 頁(yè) 短循環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性 本章小結(jié) 第 55 頁(yè) 共 61 頁(yè) 第六章 結(jié)論與展望 本課題根據(jù)企業(yè)技術(shù)改造的要求，對(duì)線切割機(jī)床的運(yùn)絲循環(huán)控制方法進(jìn)行了 深入研究，提出了利用短循環(huán)走絲方法，以降低高速快走絲電火花線切割機(jī)床加 工工件的表面粗糙度值 。 第 34 頁(yè) 共 61 頁(yè) 圖 35 短循環(huán)原理圖 fig． 35 schematic diagram of shortcirclerevering 用這種短循環(huán)方法對(duì) 貯絲筒的正反轉(zhuǎn)進(jìn)行控制，其關(guān)鍵在于行程開(kāi)關(guān) A、 B間的循環(huán)方式如何實(shí)現(xiàn)。 短循環(huán)換向控制方法 對(duì)于線切割機(jī)床的正常加工， JT 機(jī)后貯絲筒先正轉(zhuǎn)，同時(shí)向 B 點(diǎn)移動(dòng) (向前 )， 當(dāng)擋塊壓下行程開(kāi)關(guān) B 時(shí)，貯絲筒反轉(zhuǎn)并向 A 點(diǎn)移動(dòng) (向后 )，其運(yùn)動(dòng)是在兩行 程 開(kāi)關(guān) A、 B 之間循環(huán)的，如圖 35（ a） 所示。數(shù)字控制系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)出脈沖信號(hào)，電機(jī)將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變成角位移，即給一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，其角位移量與輸入的電脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與電脈沖頻率成正 比，通 過(guò)改變脈沖頻率就可調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，運(yùn)動(dòng)方向是由步進(jìn)電機(jī)通電的順序決定。由于只有部分 鉬 絲參與切割，這一局部 鉬 絲損耗大大加大，相應(yīng)地縮短了整個(gè) 鉬 絲的使用壽命。 現(xiàn)有 鉬 絲運(yùn)行長(zhǎng)度控制方法 由上一節(jié)可知單方向一次參與切削加工的 鉬 絲長(zhǎng)度越短，總共累計(jì)的誤差也 越小，加工后工件的表面粗糙度也就越好，因此當(dāng)零件精度要求較高時(shí)，操作者 往往通過(guò)在貯絲筒上