【正文】 車以及各種保護(hù)控制電路等。 在電場(chǎng)作用 下電子高速向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，對(duì)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(fù)電粒子 (電子 )以及中性粒子 (原子或分子 )組成的等離子體。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(gè)擴(kuò)張的 “ 氣泡 ” 。 2． 線切割主要進(jìn)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 )。 1． 加工模具 適用于各種形狀的沖模。為了實(shí)現(xiàn) 鉬 絲的快速運(yùn)轉(zhuǎn)，普通高速快走絲線切割機(jī)床采用了如圖 27 所示電路，使 鉬 絲進(jìn)行實(shí)現(xiàn)循環(huán)走絲 [43]~[46]。于是企業(yè)提出了如何通過(guò)控制方法的變換，來(lái)縮短參與運(yùn)行的 鉬 絲長(zhǎng)度的技改項(xiàng)目。 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)在貯絲筒上繞較短的 鉬 絲，或移動(dòng)行程開(kāi)關(guān)的位置只用整筒 鉬 絲中的一 小段等方法來(lái)縮短 鉬 絲長(zhǎng)度，有廠家開(kāi)發(fā)了用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)貯絲筒直線移動(dòng)的短 循環(huán)換向式線切割機(jī)床 。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。 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)。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。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)。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。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。 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)。 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。 8． 所需加工的零件應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性 [32]~[35]。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]。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。 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)。 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 。 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。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。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。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 。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。 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)。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。 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]。 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。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。 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。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)。 ● 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)，它由專用單板計(jì)算機(jī)、接口板、直流穩(wěn)壓電 源、 專用鍵盤、操作控制鍵盤及屏幕顯示器 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。 。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。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。 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。 5μ m~177。 表 11 電火花線切割加工方法的應(yīng)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(fù)雜、微細(xì)通孔用的電極、加工帶斜度型腔的電極 微細(xì)精密加工 加工化學(xué)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?fù)庑?、樣板凸輪及模? 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(fù)雜的零件以及超大厚度的零件 特殊材料零 件 加工 半導(dǎo)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(duì)電火花線切割機(jī)床提出了更高的要求 [1][2]，從而也進(jìn)一步促進(jìn)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(zhǎng)。隨后分析了傳統(tǒng)的高速快走絲電火花線切割機(jī)床走絲控制方式及目前已開(kāi)發(fā)使用的短循環(huán)走絲方式存在的問(wèn)題，提出利用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)短循環(huán)走絲加工方式的必要性。 本文在總結(jié)實(shí)踐和參考大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，首先簡(jiǎn)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(guó)內(nèi)外目前電火花線切割機(jī)床發(fā)展的現(xiàn)狀。線切割加工具有無(wú)切削力，工件材料硬度對(duì)可 加工性影響不 大等優(yōu)點(diǎn)，因此能適合各種特殊性能的材料和各種復(fù)雜表面及微細(xì)、精密、薄壁 以及低剛性零件，所以廣泛應(yīng)用于航空、電子、電器、汽車、家電、輕工等領(lǐng)域 (參見(jiàn)表 11)，特別是在模具加工行業(yè)，得到了廣泛的應(yīng)用。我國(guó)的電火花 線切割機(jī)一般最大加工速度為 216mm^2/min，國(guó)外已超過(guò) 30mm^2/min，我們的尺寸精度一般在 0． 01mm，國(guó)外達(dá) 177。目前的電火花線切割機(jī)床，幾何精度與運(yùn)動(dòng)精度均已達(dá)到了極高的程度 ： 全行程定位精度 2~3μ m，重復(fù)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(zhǎng)時(shí)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(hù)措施 。 為保證加工的高精度， Charmilles 公司的 ROBOFIL300/310 機(jī)床采用高質(zhì)量的，機(jī)床鑄件，滾柱軸承單程 V導(dǎo)軌，直流電機(jī)直接拖動(dòng)，光柵位移全封閉 ． 其進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)有超載保護(hù)措施，此外還將運(yùn)動(dòng)軸全部移到立柱線架上，工件不動(dòng)。 在高自動(dòng)化方面， 32 位機(jī)的使用使運(yùn)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。 ~20176。 上海第八機(jī)床廠作為電火花線切割機(jī)的專業(yè)生產(chǎn)廠家，近幾年來(lái)在新技術(shù)的 應(yīng)用、新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)上也做了不懈的努力，取得如下一系列成績(jī)。 ● 1992 年底開(kāi)始研制的控制柜 SBJCUT6，它采用了先進(jìn)的 IBMPC386 微機(jī)控制系統(tǒng)， CRT 彩顯可進(jìn)行人機(jī)中文對(duì)話，操作極為方便，還具有相絲校直，動(dòng)態(tài)跟蹤圖形顯示、局部視圖具有智能自動(dòng)聚焦特性，全自動(dòng) 鉬 絲短路回退，動(dòng) 畫顯示 X， Y， U， V四座標(biāo)值 ，間隙補(bǔ)償，旋轉(zhuǎn)任意角度，正、反序切割，縮 放切割等功能。 高速快走絲線切割機(jī)床的概況 高速快走絲線切割機(jī)床具有鮮明的中國(guó)特色，在國(guó)內(nèi)電加工機(jī)床中占據(jù)非常 大的比例，約占全國(guó)線切割機(jī)床總量的 95%，而且這種情況在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)改變。高速快走絲線切割機(jī)床由于運(yùn)絲速度快，放電間隙內(nèi)的切屑容易排除，在大厚度工件切割時(shí)效果非常明顯，可以切割的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于低速走絲機(jī)床。中國(guó)加入世貿(mào)以后，低價(jià)位的低 速走絲電火花線切割機(jī)床將對(duì)高速走絲電火花線切割機(jī)床市場(chǎng)帶來(lái)極大的沖擊。 國(guó)產(chǎn)高速快走絲電火花線切割機(jī)床在機(jī)床精度、功能、可靠性以及加工穩(wěn)定性等方面都有較大的差距，而根據(jù)機(jī)械部電加工產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心對(duì)國(guó)內(nèi)三十個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品抽樣檢驗(yàn)的結(jié)果，國(guó)內(nèi)許多廠家線切割機(jī)床加工指標(biāo)并沒(méi)有達(dá)到廣告宣傳的指標(biāo)。 本論文根據(jù)研究?jī)?nèi)容分六章撰寫，第一章為緒論，介紹電火花線切割機(jī)床的 應(yīng)用范圍發(fā)展現(xiàn)狀 ； 第二章介紹了高速走絲線切割機(jī)床的原理、組成及規(guī)律 ； 第 三章闡述了線切割加工中運(yùn)絲長(zhǎng)度對(duì)表面粗糙的影響，針對(duì)現(xiàn)有運(yùn)絲長(zhǎng)度控制方 法的不足，提出了用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)短循環(huán)換向控制 方法 ； 第四章詳細(xì)介紹了短循環(huán) 走絲方式的電路和單片機(jī)控制的軟件設(shè)計(jì)要點(diǎn) :第五章介紹了新型的短循環(huán)走絲 控制系統(tǒng)，投入生產(chǎn)進(jìn)行加工實(shí)踐的情況。而焊接結(jié)構(gòu)輕便，制造容易，周期短，在制造 過(guò)程中需要采用一定的工藝方法來(lái)消除焊接殘余應(yīng)力，以減少變形。 絲桿傳動(dòng)副的作用是將傳動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥习宓闹本€運(yùn)動(dòng) ． 絲桿一般用合金工具鋼制成，以保證較高的強(qiáng)度和耐磨性。其二，工件厚度有一定的變化性以及不同加工要求 （ 如表面粗糙度、精度 、線切割速度等 ） 的需要， 如需維持穩(wěn)定加工，放電峰值電流又不能太小并且可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，否則 加工將不易穩(wěn)定進(jìn)行或者加工達(dá)不到要求，甚至根本無(wú)法加工。但是，線切割脈沖電源的單個(gè)脈沖 能量過(guò)小，則會(huì)使切割速度大大下降，或使加工根本無(wú)法進(jìn)行。 第 19 頁(yè) 共 61 頁(yè) (4) 對(duì)電極絲的低損耗。 圖 24 線切割脈沖電源的組成 fig． 24 position of HSWEDM’s pulser 控制系統(tǒng) 高速快走絲電火花線切割加工的控制系統(tǒng)，是進(jìn)行穩(wěn)定線切割加工的重要基 礎(chǔ) 。 進(jìn) 給控制系統(tǒng)依切割軌跡控制方式不同而異。 電蝕原理 火花放電時(shí)，每次電火花腐蝕的微觀過(guò)程是電場(chǎng)力、磁力、熱力、流體動(dòng)力、 電化學(xué)和膠體化學(xué)等綜合作用的過(guò)程，這一過(guò)程 大致可分為以下四個(gè)連續(xù)階段 :極間介質(zhì)的電離、擊穿、形成放電通道 ； 介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹 ； 電極材料的拋出 ； 極間介質(zhì)的消電離 [28][29]。 于是在通