【文章內(nèi)容簡介】 快走絲機(jī)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(jī)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。 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。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，該裝置在進(jìn)行多次切割時尤為重要。北京市電加工研究所的 DK7732C 機(jī)床，采用金剛石三塊式可開 合結(jié)構(gòu)的定位限幅器，在工作時每塊聚晶金剛石保持與電極絲虛接觸，起到定位限幅作用。實(shí)驗(yàn)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。 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，近幾年來在新技術(shù)的 應(yīng)用、新產(chǎn)品的開發(fā)上也做了不懈的努力，取得如下一系列成績。 ● 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，并帶有電報機(jī)頭一臺，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源，可進(jìn)行完整的中文人機(jī)對話、自動編程。它還具有 鉬 絲校直、顯示切割軌跡和坐標(biāo)、間隙補(bǔ)償、縮放切割、自動定中心、短路回退、自動回原點(diǎn)、 斷電保護(hù)、檢查和修改指令、旋轉(zhuǎn)角度等功能 。 其高頻脈沖電源為上海市科技攻 關(guān)獲獎項(xiàng)目，各項(xiàng)加工工藝指標(biāo)均達(dá)到了當(dāng)時國內(nèi)先進(jìn)水平。機(jī)床采用可調(diào)升降 第 11 頁 共 61 頁 式線架，并帶有 鉬 絲張緊機(jī)構(gòu)，切割厚度達(dá) 200mm。 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。 1991 年大批 量投產(chǎn)。 ● 1991 年開發(fā)了 DK7725 機(jī)床，其控制柜采用 DK7732 的控制柜 SBJcUT4； 機(jī)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。 ● 1992 年底開始研制的控制柜 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(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。其自動編程采用了榮獲 ． 93 中國高新技術(shù)、新產(chǎn)品博覽會銀質(zhì)獎的 YH 繪圖式線切割自動編程系統(tǒng)，只需按圖紙標(biāo)注尺寸輸入，即可自動編程，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)了所見即所得 ； 圖形顯示賞心悅目，全中文提示，具有自動尖角平滑，非圓擬合，齒輪生成，大圓弧處理，跳步模自動生成，加工面積自動計(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。 ● 1994 年整個機(jī)床行業(yè)處于不景氣狀態(tài)，功能優(yōu)異價格高的機(jī)床受到了冷落，在江浙一帶廣大的模具之鄉(xiāng)迫切需要的是價廉而主要功能具備的經(jīng)濟(jì)型電火花機(jī)床。鑒于此種情況，上海第八機(jī)床廠開始了經(jīng)濟(jì)型電火花線切割機(jī) 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(jī)， 機(jī)床電氣實(shí)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(jī)早就被用戶訂購。因其價格低于其它同類產(chǎn)品，在當(dāng) 時的線切割市場上獲得了較高的份額。 就國外電火花線切割 機(jī)制造廠家而言，目前已進(jìn)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(yù)見現(xiàn)時的加工精度、速度、粗糙度及操作性能、機(jī)床的功能等都不會就此止步。為了趕上國外電火花線切割機(jī)床的發(fā)展水平，改變我國落后的局面，應(yīng)第 12 頁 共 61 頁 該以優(yōu)先發(fā)展數(shù)控系統(tǒng)，大力加強(qiáng)系統(tǒng)的工藝基礎(chǔ)研究工作，努力開拓新工藝領(lǐng)域，以及重視技術(shù)隊(duì)伍建設(shè)入手，經(jīng)過一代人甚至幾代人的努力，我們定能在全球范圍內(nèi)縮小電火花加工工業(yè)的差距 [18]。 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(jī)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(jī)床進(jìn)行技術(shù)改造具有重要的意義。 高速快走絲線切割機(jī)床的概況 高速快走絲線切割機(jī)床具有鮮明的中國特色，在國內(nèi)電加工機(jī)床中占據(jù)非常 大的比例，約占全國線切割機(jī)床總量的 95%，而且這種情況在短時間內(nèi)不會改變。 與低速走絲線切割機(jī)床相比，高速快走絲機(jī)床的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面。 機(jī)床價格低，性價比高。高速快走絲線切割機(jī)床的價格一般為 10 萬以下，比慢走絲線切割機(jī)床要便宜得多，而且維護(hù)成本較低。首 先 鉬 絲價格便宜，并且是循環(huán)往復(fù)使用 ； 乳化液成本也較低。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。高速快走絲線切割機(jī)床操作相對簡單，操作人員容易培訓(xùn)。 而低速走絲機(jī)床對使用人員的操作技能要求較高。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。目前國內(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。 高速快走絲線切割機(jī)床面臨的壓力 幾十年來，高速快走絲線切割機(jī)床對我國的工業(yè)發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)，但隨 著科技的發(fā)展，現(xiàn)代制造技術(shù)對機(jī)床性能的要求越來越高，高速快走絲線切割機(jī) 床的發(fā)展如果能滿足生產(chǎn)中不斷提出的新的要求，市場競爭力無疑會更強(qiáng) ． 目前 WEDMHS 的發(fā)展面臨著極大的挑戰(zhàn)。 第一，生產(chǎn)實(shí)際帶來的壓力。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(fù)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。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。高速快走絲電火花線切 割機(jī)床目前較大的缺陷就是加工精度和表面精糙度較低，雖然有的產(chǎn)家對機(jī)床進(jìn) 行了一定的結(jié)構(gòu)和設(shè)備改造，但往往要增加較大的改造成本。 第二，與低速走絲線切割機(jī)床的競爭壓力。中國加入世貿(mào)以后，低價位的低 速走絲電火花線切割機(jī)床將對高速走絲電火花線切割機(jī)床市場帶來極大的沖擊。 過去低速走絲電火花線切割機(jī)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(jī)床生產(chǎn)廠家進(jìn)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(jìn)入國內(nèi)市場，低價位的低速走絲電 火花線切割機(jī)床正在投入市場，高速快走絲電火花線切割機(jī)床的價格優(yōu)勢正在減 弱，低速走絲電火花線切割機(jī)床正越來越多地進(jìn)入過去高速快走絲電火花線切割 機(jī)床的加工領(lǐng)域。 高速快走絲電火花線切割機(jī)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(jī)床在加工指標(biāo)上的優(yōu)勢卻是越來越大。從 IMTS2020 上展出的低速走絲線切割機(jī)床可以了解到近年低速走絲電火花線切割機(jī)床發(fā)展水平 。 瑞士夏米爾ROBOFIL240CC/440CC 采用 “ Clean Cut” 電源，最高效率可達(dá) 400mm^2/min。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?？偟恼f來，目前低速走絲線切割機(jī)床的發(fā)展水平為 ： Tkm（ 平均表面輪廓度 ） 達(dá)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(jìn)行精密模具加工，模具壽命明顯提高。 與之相比，高速快走絲電火花線切割機(jī)床達(dá)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。 國產(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)督檢測中心對國內(nèi)三十個企業(yè)的產(chǎn)品抽樣檢驗(yàn)的結(jié)果，國內(nèi)許多廠家線切割機(jī)床加工指標(biāo)并沒有達(dá)到廣告宣傳的指標(biāo)。 可以說，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)提高加工過程中的精度指標(biāo)，提高機(jī)床加工的穩(wěn)定性、可靠性 [19]。 第 14 頁 共 61 頁 課題的任務(wù)與研究內(nèi)容 提高加工表面粗糙度的方法很多，其中短循環(huán)走絲方式對加工表面粗糙度的 影響是近年來許多線切割機(jī)床使用者的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。 因此許多廠家相應(yīng)地采取了很 多方式對走絲過程進(jìn)行短循環(huán)控制，如行程開關(guān)控制，步進(jìn)電機(jī)控制等。但相應(yīng) 的增加了不少生產(chǎn)成本或設(shè)備改造成本。 本課題來自金華市信達(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)，擁有各種類型高速快走絲線切割機(jī)床 23 臺，常年對外進(jìn)行模具鋼的線切割服務(wù)和模具制造工作。為了提高其產(chǎn)品在市場上的競爭力，針對市場的需要，對機(jī)床的走絲方式進(jìn)行研究，為此提出了更經(jīng)濟(jì)更有效的高速快走絲線切割機(jī)床的短循環(huán)走絲控制方式 。 本課題研究工作就是結(jié)合該任務(wù)而進(jìn)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(diǎn)進(jìn)行比較 ； 3． 設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)的程序 : 4． 設(shè)計(jì)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(shí)踐及數(shù)據(jù)分析。 本論文根據(jù)研究內(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)絲長度對表面粗糙的影響，針對現(xiàn)有運(yùn)絲長度控制方 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。最后一章對研究內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)，并 提出了今后工作的展望。 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(jìn)行 加工的一種電加工方式。高速快走絲電火花線切割機(jī)床是電火花加工機(jī)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(xì)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(yùn)行、放電，從而加工 出相應(yīng)幾何圖形的工件。 高速快走絲電火花線切割機(jī)的組成部分及作用 目前，大部分高速快走絲電火花線切割機(jī)一般由機(jī)械系統(tǒng)、脈沖電源、控制 系統(tǒng)、工作液循環(huán)系統(tǒng)等構(gòu)成 [20]。 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，走絲機(jī)構(gòu) (含電機(jī)、 絲架、儲絲筒、導(dǎo)向機(jī)構(gòu) )等組成，如下圖所示。 圖 21 線切割機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖 fig． 2ldiagrammatic drawing of HSWEDM 床身是支承坐標(biāo)工作臺、走絲機(jī)構(gòu)和絲架的基體，它應(yīng)具有一定的剛度和強(qiáng) 第 16 頁 共 61 頁 度。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(qiáng)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)笨重，制造時 需先做模具，加工量大，周期長。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。 坐標(biāo)工作臺主要由底座、縱橫拖板、導(dǎo)軌、絲桿運(yùn)動副、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 通過齒輪 9 帶動絲桿 7 旋轉(zhuǎn)并向前移動，絲桿空套在工作臺上，通過滾珠以及調(diào)節(jié)螺釘 推座 2 帶動工作臺前進(jìn)。工作臺與底座 4 之間有彈簧 1 拉緊，彈 簧保證絲桿后退時工作臺隨之后退，并消除絲桿、螺母之間的間隙。 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(shí)現(xiàn) y軸方向的運(yùn)動 ； 上拖板置于下拖板之上，以實(shí)現(xiàn) x軸方向運(yùn)動 ； 工作臺置于上拖板之上。 第 17 頁 共 61 頁 圖 23 拖板結(jié)構(gòu)圖 fig． 23 slructureofslidingplate 導(dǎo)軌是坐標(biāo)工作臺縱、橫 拖板往復(fù)運(yùn)動的導(dǎo)向件，因此對導(dǎo)軌的精度、剛度 和耐磨性有較高的要求，線切割機(jī)床常用滾動導(dǎo)軌，可以減少導(dǎo)軌間的摩擦阻力， 便于工作臺實(shí)現(xiàn)精確和微量移動，而且潤滑方法簡單，缺點(diǎn)是接觸面間不易保持 油膜，抗振能力較差。滾動導(dǎo)軌滾珠式、滾柱式和滾針式等結(jié)構(gòu)形式。在