【正文】 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，其缺點是結(jié)構(gòu)笨重，制造時 需先做模具，加工量大，周期長。 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。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行、放電，從而加工 出相應(yīng)幾何圖形的工件。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。 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)缺點進(jìn)行比較 ； 3． 設(shè)計單片機(jī)控制系統(tǒng)的程序 : 4． 設(shè)計制作控制短循環(huán)走絲方式的電路 ； 5． 新型短循環(huán)走絲方式的加工實踐及數(shù)據(jù)分析。 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。 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。 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]。 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。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。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 。 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。 第二，與低速走絲線切割機(jī)床的競爭壓力。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。 第一，生產(chǎn)實際帶來的壓力。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。 而低速走絲機(jī)床對使用人員的操作技能要求較高。而低速走絲機(jī)床運行成本很高，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。 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。 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。 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。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。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、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。 ● 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。 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。 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(biāo)均達(dá)到了當(dāng)時國內(nèi)先進(jìn)水平。 ● 1990 年研制成功 DK7732 電火花線切割機(jī)，其控制柜采用 XK80AAA 微 型計算機(jī)線切割機(jī)床控制系統(tǒng)，它由專用單板計算機(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。實驗證明，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。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。 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。 。其切點變化引起的加工誤差，由計算機(jī)軟件予以補(bǔ)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(dá)15176。有些機(jī)床還采用了低床身 設(shè)計，跨距可調(diào)整線架，改進(jìn)調(diào)節(jié)方式，提高了調(diào)節(jié)精度和線架自身的剛性，同 第 10 頁 共 61 頁 時也使操作更為方便。 國內(nèi)電火花線切割機(jī)床發(fā)展?fàn)顩r 國外電火花線切割機(jī)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(jìn)作用，近幾年來，我國電火花線切割機(jī)也取得了迅速發(fā) 展 [17]。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，程序號設(shè)定由 9999 條增至 99999999 條，等等。 總之為了保證加工的高精度，各公司無論是從機(jī)床本體的高剛性與穩(wěn)定性結(jié) 構(gòu)、新型材料的使用、溫度的控制、拐角對策、無電解作用電源的應(yīng)用，還是從 微步驅(qū)動技術(shù)、浸水加工方式等方面均投入了巨大的人力物力，同時也取得了顯 著的效果。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。人造 陶瓷由該公司陶瓷事業(yè)部開發(fā)生產(chǎn)，其電絕緣性極高，能長期維持線切割放電加 工所要求的高絕緣阻抗，穩(wěn)定性非常好。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。它利用一套光學(xué)系統(tǒng)測量電極絲受力后的彎曲量，由 CNC 系列進(jìn)行補(bǔ)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(jī)床上。兩套系統(tǒng)通過溫度計進(jìn)行調(diào)整，使溫差不超過 1℃ 。 AC— 200D 機(jī)床采用框架式結(jié)構(gòu)，以增加走絲機(jī)構(gòu)的剛性。 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。 在高速化方面，日本走在前列，各廠家均有大加工速度在 250~300mm^2/min 的機(jī)床，例如三菱電機(jī)公司的標(biāo)準(zhǔn)型 DWCH 系列機(jī)床、經(jīng)濟(jì)型 DWCC2 系列 機(jī)床加工速度均為 250mm^2/min，高速型 DWCU 系列機(jī)床最高加工速度達(dá)300mm^2/min， 80 年代后期，瑞士 AGIE 公司配備 HMC 電源的 ACsprint 系列機(jī)床， 90 年代初 Charmilles 公司的 ROBOFIL1000 系列機(jī)床最大加工速度均達(dá)到300mm^2/min。 第 8 頁 共 61 頁 國外電火花線切割機(jī)床發(fā)展?fàn)顩r 國外電火花線切割機(jī)床的發(fā)展，在原則上離不開三大趨勢。 差距是客觀存在的，只有清醒地看到這一點，及時地吸收國外的新技術(shù)，消 化并運用于我們的產(chǎn)品上，同 時根據(jù)我國及國際市場的實際情況靈活運用新工藝，才能使這一差距逐步縮小。 5μ m~177。 還是在外觀等方面，前者較后者水平均明顯低一個檔次。 第 7 頁 共 61 頁 國內(nèi)外電火花線切割機(jī)床發(fā)展的現(xiàn)狀 目前我國生產(chǎn)和使用的絕大多數(shù)為高速快走絲電火花線切割機(jī)床，而國外生 產(chǎn)和使用的則主要為慢速單向走絲電火花線切割機(jī)床 。我國電火花線切割機(jī)床的擁有量已達(dá)五萬多臺，居世界首位，其中 95%為高速走絲電火花線切割機(jī)床 (英文為 HSWEDM)，它己在機(jī)械行業(yè)中起著重要的作用 。 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。it can increase surfacer oughness markedly． The technology is put into use now． Keyword:HSWEDM； shortcirelereversing； SCM 第 6 頁 共 61 頁 第一章 緒論 高速快走絲電火花線切割機(jī)床在制造業(yè)中的地位 隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異和工業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展，電火花線切割技術(shù)己成為 機(jī)械制造領(lǐng)域中一種重要的加工技術(shù)，它是通過兩電極間脈沖放電，用電蝕原理 對工件進(jìn)行加工的。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。在幾乎不增加成本的前提下，利用軟件，實現(xiàn)了短循環(huán)走絲方式的控制，并成功制作了控制電路。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發(fā)使用的短循環(huán)走絲方式存在的問題，提出利用單片機(jī)來實現(xiàn)短循環(huán)走絲加工方式的必要性。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(jì)效益。第 1 頁 共 61 頁 基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究 第 2 頁 共 61 頁 目 錄 摘 要 .............................................................................................................................. 4 關(guān)鍵詞 ............................................................................................................................ 4 ASTRACT .......................................................................................................