【正文】 當擋塊壓下行程開關(guān) B 后，貯絲筒反轉(zhuǎn)并采用同樣的循環(huán)方式回到 A 點，為了方便，我們把這一循環(huán)方式稱為短循環(huán)。 圖 32 鉬 絲損耗對長度的影響 fig． 32 length’s influence on molybdenumsilk’s loss 第 31 頁 共 61 頁 綜上所述，在運行過程中，單方向一次參與切削加工的 鉬 絲長度越長，總共 累計的誤差也越大，加工后工件的表面粗糙度值也越大 ； 反之，單方向一次參與 切削加的 鉬 絲長度越短，誤差也越小，加工后工件的表面粗糙度也就越好 。高速快走絲電火花線切割機床是通過相絲的快速運轉(zhuǎn)，縮短 鉬 絲在加工區(qū)域的停留時間，并用冷卻液對相絲進行冷卻的方法對 鉬 絲進行保護的。 圖 26 加工輪廓實現(xiàn)原理圖 fig． 26 schematic diagram of realizing machingouting 第 24 頁 共 61 頁 高速快走絲電火花線切割加工基本概況 高速快走絲線切割加工特點 1． 不需像成型電火花加工那樣制作特定電極。電 場強度與電壓成正比，與距離成反比，隨著極間電壓的升高或是極間距離的減小， 極間電場強度也將隨著增大 ． 由于工具電極和工件的微觀表面是凸凹不平的，極 間距離又很小，因而極間電場強度是很不均勻的，兩極間離得最近的突出點或尖 端處的電場強度一般為最大。 第 20 頁 共 61 頁 線 切割加工的控制系統(tǒng)，主要是指切割軌跡控制系統(tǒng)與進給控制系統(tǒng)。 (3) 可調(diào)的脈沖間隔。由于在線切割機床對走絲精度要求較高，而采取圓弧螺紋，通過滾珠實現(xiàn)絲桿副的傳動，可以有效地防止走絲過程的爬行竄動，確保拖板的往復運動輕巧靈活，提高加工過程的穩(wěn)定性。 第 15 頁 共 61 頁 第二章 高速快走絲電火花線切割概述 電火花加工是指在工具電極和工件間施加脈沖電壓，用電蝕原理對工件進行 加工的一種電加工方式。 高速快走絲電火花線切割機床的價格優(yōu)勢在削弱，與此同時，低速走絲電火 花線切割機床在加工指標上的優(yōu)勢卻是越來越大。 機床價格低，性價比高。它還具有 鉬 絲校直、顯示切割軌跡和坐標、間隙補償、縮放切割、自動定中心、短路回退、自動回原點、 斷電保護、檢查和修改指令、旋轉(zhuǎn)角度等功能 。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]。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?，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%。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。 還是在外觀等方面，前者較后者水平均明顯低一個檔次。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。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。 ● 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。 而低速走絲機床對使用人員的操作技能要求較高。 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。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。 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。 一般情況下，線切割加工的脈沖重復頻率約在 5 一 500kHz范圍內(nèi) 。其中數(shù)字程序控制已經(jīng)成為目前線切割機床的主流。 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? 6． 用去離子水和乳化液做介質(zhì)，工作安全可靠。 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)。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 鉬 絲的使用壽命。 第 35 頁 共 61 頁 第四章 基于單片機控制的短循環(huán)走絲方式設(shè)計 換向系統(tǒng)組成與短循環(huán)換向方法 第 36 頁 共 61 頁 單片 機的選型 AT89C2051 單片機的特征、組成和使用 第 37 頁 共 61 頁 第 38 頁 共 61 頁 第 39 頁 共 61 頁 第 40 頁 共 61 頁 鍵盤的設(shè)計 第 41 頁 共 61 頁 換向控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 第 42 頁 共 61 頁 短循環(huán)加工子程序結(jié)構(gòu) 第 43 頁 共 61 頁 中斷服務(wù)程序設(shè)計 換向子程序設(shè)計 第 44 頁 共 61 頁 自動停機方法 第 45 頁 共 61 頁 系統(tǒng)抗干擾措施 第 46 頁 共 61 頁 系統(tǒng)控制電路 第 47 頁 共 61 頁 第 48 頁 共 61 頁 本章小結(jié) 第 49 頁 共 61 頁 第五章 短循環(huán)走絲控制的實踐 采取的線切割機床及有關(guān)參數(shù) 第 50 頁 共 61 頁 循環(huán)控制 第 51 頁 共 61 頁 第 52 頁 共 61 頁 實際加工運轉(zhuǎn)情況 改造后短循環(huán)的控制方法對粗糙度的影響 第 53 頁 共 61 頁 第 54 頁 共 61 頁 短循環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性 本章小結(jié) 第 55 頁 共 61 頁 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，對線切割機床的運絲循環(huán)控制方法進行了 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床加 工工件的表面粗糙度值 。 由于步進電機的動態(tài)響應(yīng)快，通過程序的編制，可方便地用于復雜精確的起停、正反轉(zhuǎn)及變速控制。這一精度雖有嚴格控制，但其誤差還是不可避免的，在高速快走絲電火花線切割運行過程中，這一誤差對 鉬 絲的松緊程度有較大的影響，其分析如圖 31 所示。模具配合間隙、加工精度通常都能達到要 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 。 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)有一段間隔時間， 使間隙介質(zhì)消電離，即放電通道中的帶電粒子復合為中性粒子，恢復本次放電通 道處間隙介質(zhì)的絕緣強度，以及降低電極表面溫度等，以免下次總是重復在同一 第 23 頁 共 61 頁 處發(fā)生放電而導致電弧放電，從而保證在別 處按兩極相對最近處或電阻率最小處 形成下一擊穿放電通道。此系統(tǒng)一 般由液泵、液箱、過濾器、管道、控制閥等部分組成，具有不采用強迫循環(huán)，工 作壓力和流量較小，結(jié)構(gòu)簡單、液箱體積小，振動和噪音小等特點，系統(tǒng)示意如 圖 25 所示。 (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)。 脈沖寬度越窄，即放電時間越短，放電所產(chǎn)生的熱量就越來不及傳導和擴散，而 被局限在 工件和電極絲間很小的范圍內(nèi)。滾動導軌滾珠式、滾柱式和滾針式等結(jié)構(gòu)形式。 本課題來自金華市信達機械制造有限公司，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)，擁有各種類型高速快走絲線切割機床 23 臺，常年對外進行模具鋼的線切割服務(wù)和模具制造工作。如果線切割方法不能 滿足這 些要求，必然會不斷出現(xiàn)的新的加工方式所代替。 就國外電火花線切割 機制造廠家而言，目前已進入了一個比較穩(wěn)定的成長期，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，但可以預見現(xiàn)時的加工精度、速度、粗糙度及操作性能、機床的功能等都不會就此止步。例 如深圳福斯特公司的 DK7725 機床，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，該裝置在進行多次切割時尤為重要。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。 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。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。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。認清國外電火花線切割機床近幾年來新技術(shù)的應(yīng)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]。三菱公司的機床也有類似的結(jié)構(gòu)。 對于快走絲時絲的振動可用加裝電極絲定位限幅器的方法來隔離和緩解。因其價格低于其它同類產(chǎn)品，在當 時的線切割市場上獲得了較高的份額。生產(chǎn)中有大量異形且高硬度零件需要加工，同 時模具的形狀越來越復雜，精度要求越來越高，用量越來越大，制造周期要求越 第 13 頁 共 61 頁 來越短，所有這些，均對電火花線切割提出了更高的要求。但相應(yīng) 的增加了不少生產(chǎn)成本或設(shè)備改造成本。 第 17 頁 共 61 頁 圖 23 拖板結(jié)構(gòu)圖 fig． 23 slructureofslidingplate 導軌是坐標工作臺縱、橫 拖板往復運動的導向件，因此對導軌的精度、剛度 和耐磨性有較高的要求，線切割機床常用滾動導軌，可以減少導軌間的摩擦阻力， 便于工作臺實現(xiàn)精確和微量移動，而且潤滑方法簡單，缺點是接觸面間不易保持 油膜，抗振能力較差。當根據(jù)加工條件選定脈沖峰值電流后，可盡量減小脈沖寬度。 2． 線切割脈沖電源的基本組成 線切割脈沖電源是由脈沖發(fā)生器、推動級、功放及直流電源四部分組成，如 圖 24 所示 [27]。 工作液循環(huán)系統(tǒng) 工作液循環(huán)系統(tǒng)的功用是 及時地把清潔的工作液輸送到放電間隙，并從加工 區(qū)域中排除帶有電蝕產(chǎn)物的臟工作液，以保證脈沖放電過程穩(wěn)定進行。氣泡上下、內(nèi)外的瞬時壓力并不相等，壓力高處的熔融金屬液體和蒸汽，就被排擠、拋出而進入工作液中。調(diào)整不同的間隙補償量，只需一次編程就可以切割 凸模 、凸模固定板、凹模及卸料板等。 鉬 絲長度對表面粗糙度影響機理探討 1． 貯絲筒形狀誤差的影響 高速快走絲電火花線切割機床中，貯絲筒的形狀精度對加工精度影響較大，現(xiàn)有的線切割機床貯絲筒形狀誤差己有嚴格控制，如杭州無線專用設(shè)備廠生產(chǎn) DK7725A 型高速快走絲線電火花線切割機床的貯絲筒 圓 柱度誤差為 φ 0． 02。電機帶動絲桿轉(zhuǎn)動，再由絲桿帶動貯絲筒移動，實現(xiàn)對貯絲筒移動的控制。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，利用控制線路電路對現(xiàn)有線割機床進行了改造。 2． 工作效率較低 盡管我們可以在貯絲筒繞盡可能多的 鉬 絲長度，但在實際的加工的過程中， 只有中間的部分參與切割工作，加劇了這一部分磨損，在相同電加工參數(shù)的情況 下，會使 鉬 絲由 于耗損而提前發(fā)生斷裂，從而增加停機、穿絲等一系列加工輔助 第 32 頁 共 61 頁