【正文】 時間，降低了工作效率。 第 28 頁 共 61 頁 圖 25 普通切割走絲控制示意圖 fig． 25 controling schematic diagram of HSWEDM 本章小結(jié) 本章闡述了對高速快走絲電火花線加割的加工原理、加工特點，介紹了快走 絲線切割機床的基本結(jié)構(gòu)，并對現(xiàn)有快走絲線切割機床的貯絲筒換向控制方法進 行了一定的研究。 7． 不論工件硬度如何，幾乎都可加工。 于是在通道內(nèi)正極和負極表面分別為瞬時熱源，達到很高的溫度。 進 給控制系統(tǒng)依切割軌跡控制方式不同而異。 第 19 頁 共 61 頁 (4) 對電極絲的低損耗。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)需要進行調(diào)整，否則 加工將不易穩(wěn)定進行或者加工達不到要求，甚至根本無法加工。而焊接結(jié)構(gòu)輕便，制造容易，周期短，在制造 過程中需要采用一定的工藝方法來消除焊接殘余應(yīng)力，以減少變形。 國產(chǎn)高速快走絲電火花線切割機床在機床精度、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)機械部電加工產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心對國內(nèi)三十個企業(yè)的產(chǎn)品抽樣檢驗的結(jié)果，國內(nèi)許多廠家線切割機床加工指標并沒有達到廣告宣傳的指標。高速快走絲線切割機床由于運絲速度快，放電間隙內(nèi)的切屑容易排除，在大厚度工件切割時效果非常明顯，可以切割的厚度遠遠大于低速走絲機床。 ● 1992 年底開始研制的控制柜 SBJCUT6，它采用了先進的 IBMPC386 微機控制系統(tǒng)， CRT 彩顯可進行人機中文對話，操作極為方便，還具有相絲校直，動態(tài)跟蹤圖形顯示、局部視圖具有智能自動聚焦特性，全自動 鉬 絲短路回退，動 畫顯示 X， Y， U， V四座標值 ，間隙補償，旋轉(zhuǎn)任意角度，正、反序切割，縮 放切割等功能。 ~20176。 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(shè)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。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。 本文在總結(jié)實踐和參考大量文獻的基礎(chǔ)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。 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。 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。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(shè)定由 9999 條增至 99999999 條，等等。 ● 1990 年研制成功 DK7732 電火花線切割機，其控制柜采用 XK80AAA 微 型計算機線切割機床控制系統(tǒng)，它由專用單板計算機、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，并帶有電報機頭一臺，步進電機驅(qū)動電源，可進行完整的中文人機對話、自動編程。 與低速走絲線切割機床相比，高速快走絲機床的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面。 過去低速走絲電火花線切割機床面對的市場主要是高效率、高精度、高表面質(zhì)量 的模具加工 ． 但隨著國外低速走絲電火花線切割機床生產(chǎn)廠家進入國內(nèi)的線切割 行業(yè)，通過與國內(nèi)廠家以合資、合作的 方式進入國內(nèi)市場，低價位的低速走絲電 火花線切割機床正在投入市場，高速快走絲電火花線切割機床的價格優(yōu)勢正在減 弱，低速走絲電火花線切割機床正越來越多地進入過去高速快走絲電火花線切割 機床的加工領(lǐng)域。最后一章對研究內(nèi)容進行了總結(jié)，并 提出了今后工作的展望。絲桿副的傳動齒形一般分為三角形普通 螺紋、梯形螺紋和圓弧螺紋三種。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。 控制系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、控制精度、動態(tài)特性和自動化程度，都直接影 響著加工的工藝指標和工人的勞動強度。 1. 介質(zhì)間的電離、擊穿，形成放電通道 第 22 頁 共 61 頁 當脈沖電壓施加于工具電極與工件之間時，兩極之間立即形成一個電場。如圖 26 所示，當工件要完成某一軌跡時，如圖中從 A 切割到 B時，對于某一點 A，其切向速度為 V，此時通過分解可得工作臺在 X、 Y 方向所需的移動的速度分別為 Vx、 Vy，通過對步進電機速度進行控制，得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，即可得到所需軌跡 [30][3I]。 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， 材料試驗樣件，各種型孔、特殊齒輪凸輪、樣板、成型刀具，同時還可進行微細 加工，異形槽和標準缺陷的加工等 ． 高速快走絲電火花線切割機床走絲方式控制 由于線切割加工中工件材料的切除 是利用電蝕原理來實現(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 絲的保護是一關(guān)鍵問題。如圖 32 所示，設(shè)有兩 鉬 絲截面 ① 、 ② ，當損耗不均勻時，兩截面所對應(yīng)的貯絲簡上每周繞的 鉬 絲長度也不等，在運行的過程中也相應(yīng)的會產(chǎn)生長度增量。向前與 向后移動的距離是不等的，這樣通過多次循環(huán)，貯絲筒逐步移動到 B 點。 第 34 頁 共 61 頁 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 貯絲筒的正反轉(zhuǎn)進行控制，其關(guān)鍵在于行程開關(guān) A、 B間的循環(huán)方式如何實現(xiàn)。 現(xiàn)有 鉬 絲運行長度控制方法 由上一節(jié)可知單方向一次參與切削加工的 鉬 絲長度越短，總共累計的誤差也 越小，加工后工件的表面粗糙度也就越好，因此當零件精度要求較高時，操作者 往往通過在貯絲筒上繞較短的 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 。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]。 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 )。 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。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。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。 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。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。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 。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。 其高頻脈沖電源為上海市科技攻 關(guān)獲獎項目，各項加工工藝指標均達到了當時國內(nèi)先進水平。 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]。 AC— 200D 機床采用框架式結(jié)構(gòu)，以增加走絲機構(gòu)的剛性。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 。 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。 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 。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)。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。 1991 年大批 量投產(chǎn)。高速快走絲線切割機床操作相對簡單，操作人員容易培訓?？偟恼f來，目前低速走絲線切割機床的發(fā)展水平為 ： Tkm（ 平均表面輪廓度 ） 達2~4μ m， Ra0． 2，切割尖角和小圓弧精度落 3’，加工硬質(zhì)合金沒有微觀裂紋，沒有變質(zhì)層，可直接進行精密模具加工，模具壽命明顯提高。 圖 21 線切割機床結(jié)構(gòu)示意圖 fig． 2ldiagrammatic drawing of HSWEDM 床身是支承坐標工作臺、走絲機構(gòu)和絲架的基體，它應(yīng)具有一定的剛度和強 第 16 頁 共 61 頁 度。 1． 脈沖電源應(yīng)具有以下特點 [22][23]： (1) 應(yīng)有適當?shù)拿}沖峰值電流并可調(diào)整 。因此，脈沖間隔不能太小，只能在保證火花放電穩(wěn)定的前提下，盡量減小 脈沖間隔。 切割軌跡控制系統(tǒng)主要有靠模仿形控制、光電跟蹤控制、數(shù)字程序控制等三 種類型。高壓高溫的放電通道，以及隨后瞬時金屬氣化形成的氣體 (以后發(fā)展成氣泡 )急速擴展，產(chǎn)生一個強烈的沖擊波向四周傳播 ． 在放電過程中， 還伴隨著一系列派生現(xiàn)象，其中有熱效應(yīng)，電磁效應(yīng)、光效應(yīng)、聲效應(yīng)及頻率范圍很寬的電磁輻射和爆炸沖擊波等。 5． 靠微機控制電極絲軌跡和間隙補償功能，間隙可在一定范圍內(nèi)進行調(diào)節(jié)， 因此，可利用同一程序進行模具的凹凸加工。線路的工作原理如下 ： 第 27 頁 共 61 頁 SB SB2 分別作為啟動按鈕和整個電路控制按鈕，啟動時應(yīng)按下 SBI 進行啟動。但在使用的過程中， 我們也發(fā)現(xiàn)，這種循環(huán)的加工方式有較大的缺陷，主要表現(xiàn)在以下二個方面 ． 1． 鉬 絲的損耗增大 這種短循環(huán)方式由于只是調(diào)整了 A、 B 點之間的距離來實現(xiàn)短循環(huán)，因此在加工過程中，只有 A、 B 點之間的 鉬 絲參與了加工循環(huán)線切割，而對于 A 和 B點以外的 鉬 絲則不參與切割工作。 本章小結(jié) 本章介紹了 鉬 絲長度對表面粗糙度的影響，介紹了兩種改變 鉬 絲循環(huán)長度的 走絲控制方式的結(jié)構(gòu)和原理，并對它們的優(yōu)缺點進行了比較，提出了用單片機控 制短循環(huán)走絲的新方法 。 圖 33 用步進電機貯絲簡循環(huán)的控制 fig． 33 windingcanister circle by stepping molor 用步進電機控制貯絲筒的移動，需有一套獨立的數(shù)控系統(tǒng)，如圖 34 所示為這一數(shù)控系統(tǒng)的組 成 ： 第 33 頁 共 61 頁 圖 34 步進電機控制循環(huán)系統(tǒng)組成 fig． 34 circle system by stepping motor 由于增加了獨立的數(shù)控系統(tǒng)，大大地增加了制造成本，從現(xiàn)有改制成功的產(chǎn)品來看，它對機床的改造較大，投入的成本較大，因此改造后線切割機床的售價也成倍提高，如普通型的 DK7725 線切割機床售價在 5 萬以下，而步進電機帶動貯絲筒直線移動的控制方式線切割機床售價達 12 萬左右。 圖 31 貯絲簡形狀誤差 fig． 3l shaping error of windingcanisler 第 30 頁 共 61 頁 若貯絲簡存在一定誤差，設(shè)誤差方向及角度如圖所示，從 A 點到 B 點的圈數(shù)為 n圈，從 A 點運行至 B 點后，每圈的長度增量計算如下 ： 半徑 r 的變化為 ： 周長變化