【正文】 并用單 片機(jī)實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的控制，完成了控制線(xiàn)路電路板 設(shè)計(jì)和制作，利用控制線(xiàn)路電路對(duì)現(xiàn)有線(xiàn)割機(jī)床進(jìn)行了改造。通過(guò)實(shí)踐與研究發(fā)現(xiàn)，用單片機(jī)可方便地實(shí)現(xiàn)這一控制， 并且在幾乎不增加設(shè)備投資的前提下，只需更新軟件，對(duì)接口進(jìn)行微小改動(dòng)，即 能實(shí)現(xiàn)短循環(huán)換向，并做到了既不影響線(xiàn)切割機(jī)床原有的正常加工，又拓展了新 的加工性能。 若在兩行程開(kāi)關(guān) A、 B 之間，增加一部分內(nèi)循環(huán)，如圖 35（ b） 所示 ： 開(kāi)機(jī) 后貯絲筒先正轉(zhuǎn)并向前移動(dòng)，運(yùn)行一定距離后，貯絲筒反轉(zhuǎn)并向后移動(dòng)。電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，再由絲桿帶動(dòng)貯絲筒移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)貯絲筒移動(dòng)的控制。 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(zhǎng)度，但在實(shí)際的加工的過(guò)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(huì)使 鉬 絲由 于耗損而提前發(fā)生斷裂，從而增加停機(jī)、穿絲等一系列加工輔助 第 32 頁(yè) 共 61 頁(yè) 時(shí)間，降低了工作效率。 縮短行程開(kāi)關(guān)之間的距離 現(xiàn)有的循環(huán)控制是用行程開(kāi)關(guān)控制的，貯絲筒在行程開(kāi)關(guān)控制下，在 A、 B 兩行程開(kāi)關(guān)之間運(yùn)轉(zhuǎn)，如果縮短兩個(gè)行程開(kāi)關(guān)的距離，則貯絲筒機(jī)座在一定的小 范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速的反復(fù)運(yùn)動(dòng)，正反轉(zhuǎn)的循環(huán)時(shí)間縮短，即在單向一次參與加工的 鉬 絲長(zhǎng)度縮短，貯絲筒上所繞的 鉬 絲也只有中間的一部分投入線(xiàn)切割切削加工 。 2． 相絲損耗不均勻?qū)е麻L(zhǎng)度增量 鉬 絲在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后， 鉬 絲的損耗不均勻性也會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)度增量，使 鉬 絲松緊出現(xiàn)變化。 鉬 絲長(zhǎng)度對(duì)表面粗糙度影響機(jī)理探討 1． 貯絲筒形狀誤差的影響 高速快走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)床中，貯絲筒的形狀精度對(duì)加工精度影響較大，現(xiàn)有的線(xiàn)切割機(jī)床貯絲筒形狀誤差己有嚴(yán)格控制，如杭州無(wú)線(xiàn)專(zhuān)用設(shè)備廠生產(chǎn) DK7725A 型高速快走絲線(xiàn)電火花線(xiàn)切割機(jī)床的貯絲筒 圓 柱度誤差為 φ 0． 02。 第 28 頁(yè) 共 61 頁(yè) 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(duì)高速快走絲電火花線(xiàn)加割的加工原理、加工特點(diǎn)，介紹了快走 絲線(xiàn)切割機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)，并對(duì)現(xiàn)有快走絲線(xiàn)切割機(jī)床的貯絲筒換向控制方法進(jìn) 行了一定的研究。 第 26 頁(yè) 共 61 頁(yè) 圖 27 普通線(xiàn)切割機(jī)床電路圖 fig27． circuit diagram of HSWEDM 這一電路是一個(gè)典型的行程控制正反轉(zhuǎn)電路，為了使電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制與 工作臺(tái)的左右運(yùn)動(dòng)相配合，在控制線(xiàn)路中設(shè)置了四個(gè)位置開(kāi)關(guān) SQ SQ SQ SQ4，并安裝于工作臺(tái)需限位的地方 ． 其中 SQI、 SQ2 用于自動(dòng)換接電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn) 控制電路，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的自動(dòng)往反行程控制 ； SQ SQ4 用來(lái)作終端保護(hù)，以防止 SQ SQ2 失靈，工作臺(tái)越過(guò)限定位置而造成事故 ． 貯絲筒機(jī)座相對(duì)于機(jī)床可沿軸向移動(dòng)，機(jī)座上設(shè)有 T 型槽，在 T 型槽中裝有兩塊擋鐵，擋鐵 1 與 SQSQ3 相對(duì)應(yīng)，擋鐵 2 與 sQZ、 sQ4 相對(duì)應(yīng) ． 當(dāng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)到所限位置時(shí)，擋鐵碰撞位置開(kāi)關(guān)，使其觸頭動(dòng)作，自動(dòng)換接電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路， 通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使工作臺(tái)自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)。 另外修改設(shè)計(jì)、變更加工程序比較方便，加工薄件時(shí)還可以多片疊在一起加工。調(diào)整不同的間隙補(bǔ)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。 7． 不論工件硬度如何，幾乎都可加工。 3． 輪廓加工所需余量小，利于少無(wú)切削，尤其可節(jié)約貴重金屬。線(xiàn)切割加工過(guò)程中， 鉬 絲上下運(yùn)動(dòng)，在 X、 Y 方向是靜止不動(dòng)的，工件在工作臺(tái)帶動(dòng)下，產(chǎn) 生相對(duì) 鉬 絲的運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)由兩絲桿帶動(dòng)，而每一絲桿由獨(dú)立程序控制的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)。氣泡上下、內(nèi)外的瞬時(shí)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(jìn)入工作液中。 于是在通道內(nèi)正極和負(fù)極表面分別為瞬時(shí)熱源，達(dá)到很高的溫度。正負(fù)帶電粒子相反方向高速運(yùn)動(dòng)相互碰撞，產(chǎn)生大量的熱，使通道溫度升高，通道中心溫度高達(dá) 10000℃ 以上。 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]。 工作液循環(huán)系統(tǒng) 工作液循環(huán)系統(tǒng)的功用是 及時(shí)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(guò)程穩(wěn)定進(jìn)行。 進(jìn) 給控制系統(tǒng)依切割軌跡控制方式不同而異。 切割軌跡控制系統(tǒng)的作用是按加工要求自動(dòng)控制電極絲相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)方 向，以便對(duì)材料進(jìn)行形狀與尺寸的加工。 圖 24 線(xiàn)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(xiàn)切割加工的控制系統(tǒng)，是進(jìn)行穩(wěn)定線(xiàn)切割加工的重要基 礎(chǔ) 。 2． 線(xiàn)切割脈沖電源的基本組成 線(xiàn)切割脈沖電源是由脈沖發(fā)生器、推動(dòng)級(jí)、功放及直流電源四部分組成，如 圖 24 所示 [27]。 第 19 頁(yè) 共 61 頁(yè) (4) 對(duì)電極絲的低損耗。為了兼顧這幾項(xiàng)工藝指標(biāo)，應(yīng)盡量 縮短脈沖間隔，提高脈沖頻率，增大單位時(shí)間內(nèi)的放電次數(shù) ． 這樣既可獲得較好 的表面粗糙度，又能得到較高的切割速度。但是，線(xiàn)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。當(dāng)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。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(xiàn)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。上述部件之間 的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)式如下 [21]： X 向 ： 進(jìn)給脈沖 → 步進(jìn)電機(jī) 1→ 齒輪副 1→ 絲桿副 1→ 導(dǎo)軌 → 拖板 Y 向 ： 進(jìn)給脈沖 → 步進(jìn)電機(jī) 2→ 齒輪副 2→ 絲桿副 2→ 導(dǎo)軌 → 拖板 走絲機(jī)構(gòu)的主要作用是帶動(dòng)電極絲按一定線(xiàn)速度移動(dòng)，并將電極絲整齊地排 繞在貯絲筒或繞線(xiàn)盤(pán)上。 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€(xiàn)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。 第 17 頁(yè) 共 61 頁(yè) 圖 23 拖板結(jié)構(gòu)圖 fig． 23 slructureofslidingplate 導(dǎo)軌是坐標(biāo)工作臺(tái)縱、橫 拖板往復(fù)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向件，因此對(duì)導(dǎo)軌的精度、剛度 和耐磨性有較高的要求，線(xiàn)切割機(jī)床常用滾動(dòng)導(dǎo)軌，可以減少導(dǎo)軌間的摩擦阻力， 便于工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)精確和微量移動(dòng)，而且潤(rùn)滑方法簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是接觸面間不易保持 油膜，抗振能力較差。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。 高速快走絲電火花線(xiàn)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(xiàn)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]。 本論文根據(jù)研究?jī)?nèi)容分六章撰寫(xiě)，第一章為緒論，介紹電火花線(xiàn)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(xiàn)切割機(jī)床的原理、組成及規(guī)律 ； 第 三章闡述了線(xiàn)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。但相應(yīng) 的增加了不少生產(chǎn)成本或設(shè)備改造成本。 國(guó)產(chǎn)高速快走絲電火花線(xiàn)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(xiàn)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)。 瑞士夏米爾ROBOFIL240CC/440CC 采用 “ Clean Cut” 電源，最高效率可達(dá) 400mm^2/min。中國(guó)加入世貿(mào)以后，低價(jià)位的低 速走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)床將對(duì)高速走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)床市場(chǎng)帶來(lái)極大的沖擊。生產(chǎn)中有大量異形且高硬度零件需要加工，同 時(shí)模具的形狀越來(lái)越復(fù)雜，精度要求越來(lái)越高，用量越來(lái)越大，制造周期要求越 第 13 頁(yè) 共 61 頁(yè) 來(lái)越短，所有這些，均對(duì)電火花線(xiàn)切割提出了更高的要求。高速快走絲線(xiàn)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。首 先 鉬 絲價(jià)格便宜，并且是循環(huán)往復(fù)使用 ； 乳化液成本也較低。 高速快走絲線(xiàn)切割機(jī)床的概況 高速快走絲線(xiàn)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(xiàn)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。因其價(jià)格低于其它同類(lèi)產(chǎn)品，在當(dāng) 時(shí)的線(xiàn)切割市場(chǎng)上獲得了較高的份額。 ● 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(huà)，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(huà)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。機(jī)床采用可調(diào)升降 第 11 頁(yè) 共 61 頁(yè) 式線(xiàn)架，并帶有 鉬 絲張緊機(jī)構(gòu)，切割厚度達(dá) 200mm。 上海第八機(jī)床廠作為電火花線(xiàn)切割機(jī)的專(zhuān)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)。 對(duì)于快走絲時(shí)絲的振動(dòng)可用加裝電極絲定位限幅器的方法來(lái)隔離和緩解。 ~20176。 在結(jié)構(gòu)方面，國(guó)內(nèi)廠家均已普遍重視機(jī)床的剛性，已開(kāi)始采用高強(qiáng)度耐磨鑄 鐵，經(jīng)過(guò)二次低溫回火，消除內(nèi)應(yīng)力，提高機(jī)床剛度。 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(hù)提供了更大的裕度。三菱公司的機(jī)床也有類(lèi)似的結(jié)構(gòu)。 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(xiàn)架上，工件不動(dòng)。機(jī)床精度的變化對(duì)加工精度的影響是不言而喻的， AGIE 公司采取了統(tǒng)一溫度場(chǎng)措施，其機(jī)床裝有兩套冷卻溫控系統(tǒng)，分別控制加工區(qū)與 U、 V軸的溫度，以及電源箱、機(jī)床與室溫的空氣冷卻。目前的電火花線(xiàn)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 。認(rèn)清國(guó)外電火花線(xiàn)切割機(jī)床近幾年來(lái)新技術(shù)的應(yīng)用情況，對(duì)國(guó)產(chǎn)線(xiàn)切割機(jī)水平上一個(gè)檔次是大有裨益的 [10]~[14]。我國(guó)的電火花 線(xiàn)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。 [3][4][5] 電火花線(xiàn)切割分類(lèi) 電火花線(xiàn)切割分類(lèi)見(jiàn)如下所示 [6]。線(xiàn)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(chē)、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。利用該控制系統(tǒng)，作者進(jìn)行了短循環(huán)高速快走絲電火花切割加工實(shí)踐。 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(xiàn)切割的基本組成、工作原理以及國(guó)內(nèi)外目前電火花線(xiàn)切割機(jī)床發(fā)展的現(xiàn)狀。第 1 頁(yè) 共 61 頁(yè) 基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究 第 2 頁(yè) 共 61 頁(yè) 目 錄 摘 要 .............................................................................................................................. 4 關(guān)鍵詞 ............................................................................................................................ 4 ASTRACT ..................................................................................................................... 5 Keyword ..............................