【正文】 繞較短的 鉬 絲，或移動行程開關(guān)的位置只用整筒 鉬 絲中的一 小段等方法來縮短 鉬 絲長度，有廠家開發(fā)了用步進電機帶動貯絲筒直線移動的短 循環(huán)換向式線切割機床 。這一長度增量在加工中則表現(xiàn)為張 緊力變小， 鉬 絲變松，從而使 鉬 絲振動增大，最終導(dǎo)致工件加工后表面粗糙度較差。于是企業(yè)提出了如何通過控制方法的變換，來縮短參與運行的 鉬 絲長度的技改項目。 由以上分析可知，對于一般的高速線切割機床的正常加工如圖 2 一 8 所示，開機后貯絲筒先正轉(zhuǎn)，同時向 B 點移動 (向前 )，當(dāng)擋鐵塊壓下行程開關(guān) B 時，貯絲筒反轉(zhuǎn)并向 A 點移動 (向后 )，其運動是在兩行程開關(guān) A、 B 之間進行循環(huán)。為了實現(xiàn) 鉬 絲的快速運轉(zhuǎn)，普通高速快走絲線切割機床采用了如圖 27 所示電路，使 鉬 絲進行實現(xiàn)循環(huán)走絲 [43]~[46]。 3． 加工零件 在試制新產(chǎn)品時，用線切割在坯料上直接割出零件，例如試制切割特殊微電 第 25 頁 共 61 頁 機硅鋼片定轉(zhuǎn)子鐵心，由于不需另行制造模具，可大大縮短制造周期、降低成本。 1． 加工模具 適用于各種形狀的沖模。 6． 用去離子水和乳化液做介質(zhì)，工作安全可靠。 2． 線切割主要進行通 孔加工，加工主要形狀有面、曲線，被加工面有平面、 豎直面，也可加工具有一定錐度的斜面，但應(yīng)注意除小拐角必須大于某一 R(為電極絲半徑十放電間隙 )。 輪廓的實現(xiàn) 在線切割和過程中，輪廓的加工是通過點的運動合成來實現(xiàn)的。通道中心壓力最高，使氣化了的氣體體積不斷向外膨脹， 形成一個擴張的 “ 氣泡 ” 。 2. 介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹 極間介質(zhì)一旦被電離、擊穿、形成放電通道后，脈沖電源使通道間的電子高 速奔向正極，正離子奔向負極 ． 電能變成動能，動能通過碰撞又轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋? 在電場作用 下電子高速向陽極運動，對介質(zhì)中的粒子產(chǎn)生撞擊，導(dǎo)致帶電粒 子雪崩式增多，使介質(zhì)擊穿而電阻率迅速降低，形成放電通道，放電通道是由數(shù) 量大體相等的帶正電 (正離子 )和帶負電粒子 (電子 )以及中性粒子 (原子或分子 )組成的等離子體。 高速快走絲電火花線切割加工的原理 高速快走絲電火花線切割加工中，要完成兩項工作，一是實現(xiàn)材料的切除， 材料的切除是利用電蝕加工原理來實現(xiàn)的 ； 二是實現(xiàn)工件的輪廓控制，工件的輪 廓控制是用坐標(biāo)來實現(xiàn)的。 輔助控制電路是指上述基本控制系統(tǒng)之外的，有利于加工順利進行、增加控 制功能、提高自動化程度的各種控制電路，如 :自動監(jiān)控、出現(xiàn)異常時的自動報 等、自動停車以及各種保護控制電路等。其中數(shù)字程序控制已經(jīng)成為目前線切割機床的主流。此外，還有走絲機構(gòu)控制、機床操作控制以及其它輔助系統(tǒng)控制。 (3) 功率放大級功放是將推動級所提供的脈沖信號進行放大，為工件和電極絲 之間進行切割時的火花放電提供所需要的脈沖電壓和電流，使其獲得足夠的放電 能量，以便順利而穩(wěn)定地進行切割加工。 電極絲損耗大小是脈沖電源性能好壞的重要標(biāo)志之一 [24][25][26]。 一般情況下，線切割加工的脈沖重復(fù)頻率約在 5 一 500kHz范圍內(nèi) 。脈沖寬度窄，放電能量小，雖然有利于提高加工精度和 改善表面粗糙度，但是會大大降低切 割速度。同時放電凹坑分散重疊較好，表面光滑平整，使放電表面凸凹不平度小，從 而獲得較高的加工精度和較好的表面粗糙度。這就需要控制單個脈沖的能量。 這主要是由以下兩方面的原因所決定 的 ： 其一，由于電極直徑的限制，一般直徑在 Φ 0． 08~Φ0． 25mm 之間，因此，受電極絲直徑的限制，它所允許的放電峰值電流就不能太大。 齒輪或蝸輪傳動副的作用是實現(xiàn)步進電機與絲桿之間的傳動。在滾柱與滾針導(dǎo)軌中滾動體與 導(dǎo)軌是線接觸，承載能力較大。 圖 22 坐標(biāo)工作臺結(jié)構(gòu)原理圖 fig22 schematic diagram ofcoordinate workbench 拖板由拖板座 下拖板 上拖板 2 和工作臺 1 四部分組成，如圖 23 所示拖板座與床身固定連接 ； 下拖板置于拖板座之上，以實現(xiàn) y軸方向的運動 ； 上拖板置于下拖板之上，以實現(xiàn) x軸方向運動 ； 工作臺置于上拖板之上。目前床身主 要有鑄造結(jié)構(gòu)和焊接結(jié)構(gòu)兩種，其中鑄造結(jié)構(gòu)床身剛性好，強度 高，長時間使用能保持原有的精度，因此應(yīng)用較多，其缺點是結(jié)構(gòu)笨重，制造時 需先做模具，加工量大，周期長。高速快走絲電火花線切割機床是電火花加工機床的一種，電火花線切割加工無需專門制作電極，而是采用細金屬絲作為工具電極，通過對工作臺的驅(qū)動，移動工件使之沿著給定的軌跡運行、放電，從而加工 出相應(yīng)幾何圖形的工件。 本課題研究工作就是結(jié)合該任務(wù)而進行的，主要工作內(nèi)容 ，包括如下幾個方面 ： 1． 電火花線切割的原理及規(guī)律 ； 2． 對幾種走絲方式的優(yōu)缺點進行比較 ； 3． 設(shè)計單片機控制系統(tǒng)的程序 : 4． 設(shè)計制作控制短循環(huán)走絲方式的電路 ； 5． 新型短循環(huán)走絲方式的加工實踐及數(shù)據(jù)分析。 因此許多廠家相應(yīng)地采取了很 多方式對走絲過程進行短循環(huán)控制，如行程開關(guān)控制，步進電機控制等。 與之相比，高速快走絲電火花線切割機床達到的加工效率、加工精度和表面 質(zhì)量存在數(shù)量級的差距， WEDMHS 目前的發(fā)展水平是 ： 最大切割效率260mm^2/min，最高加工精度 7μ m，最好表面粗糙度 Ra0． 7。從 IMTS2020 上展出的低速走絲線切割機床可以了解到近年低速走絲電火花線切割機床發(fā)展水平 。 第二，與低速走絲線切割機床的競爭壓力。 第一，生產(chǎn)實際帶來的壓力。 而低速走絲機床對使用人員的操作技能要求較高。高速快走絲線切割機床的價格一般為 10 萬以下，比慢走絲線切割機床要便宜得多，而且維護成本較低。 本課題研究的內(nèi)容和意義 研究高速快走絲電火花線切割機床短循環(huán)走絲 控制系統(tǒng)，可以在幾乎不增加 改造成本的前提下，可以顯著地提高工件的表面粗糙度，這對我國大量的高速快 走絲線切割機床進行技術(shù)改造具有重要的意義。鑒于此種情況，上海第八機床廠開始了經(jīng)濟型電火花線切割機 DK7725A 的研制，床身采用了新型結(jié)構(gòu)，提高了剛性，降低了成木，控制部分采用單片機， 機床電氣實現(xiàn)無聲換向，一切以主要功能齊全、價低廉、高可靠性為宗旨，終于 在九月份研制成功，其樣機早就被用戶訂購。 ● 1991 年開發(fā)了 DK7725 機床，其控制柜采用 DK7732 的控制柜 SBJcUT4； 機床采用可調(diào)開檔高線架結(jié)構(gòu)，切割厚度大 ； 直線滾動導(dǎo)軌和精密絲杠確保了傳 動的高精度 ； 大理石工作臺面絕緣性好，剛性高，熱變形小，使加工更穩(wěn)定，加 工精度更高。 其高頻脈沖電源為上海市科技攻 關(guān)獲獎項目，各項加工工藝指標(biāo)均達到了當(dāng)時國內(nèi)先進水平。實驗證明，使用該裝置后，切割正八方棱柱體，對邊尺寸精度由平均 0． 012mm 提高到 0． 008mm，而且切割大厚度工件時不易斷絲，但不能適用于大錐度的切割。 快走絲機床電極絲張力，直接影響到放電加工的穩(wěn)定性及切割精度，杭州無 線電專用設(shè)備廠、蘇州三光公司、北京電加工機床廠、新火花公司等均采用了三 導(dǎo)輪重錘式緊絲器，可初步改善電極絲逐漸變松弛和絲筒上下不同處絲有松有緊 的現(xiàn)象，提高了放電加工的穩(wěn)定性及切割精度。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(shè)備廠的 DK7725CT150，新火花公司的 SPKW250H 等，切割錐度都已達15176。 國內(nèi)電火花線切割機床發(fā)展?fàn)顩r 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]。 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(yīng)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。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。它利用一套光學(xué)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。 AC— 200D 機床采用框架式結(jié)構(gòu)，以增加走絲機構(gòu)的剛性。 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(biāo)準(zhǔn)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。 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。 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 。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(xué)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(lǐng)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。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。實踐表明，這一控制方式運行穩(wěn)定、有效，在實際生產(chǎn)中取得了明顯的效果和良好的經(jīng)濟效益。 根據(jù)課題要求，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床加工工件的表面粗糙度值 ； 并用單片機實現(xiàn)了相應(yīng)的控制，完成了控制線路電路板設(shè)計和制作，利用控制電路對現(xiàn)有線割機床進 行了改造。 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(shè)計了相應(yīng)的控制程序，并提出了系統(tǒng)抗干擾 的相關(guān)措施。 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,an