【正文】 32位工控機(jī)所具有的大錐度切割功能并且具有較低價(jià)位。這種基于單板機(jī)有存儲(chǔ)器容量小，以實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)、接口電路擴(kuò)展不方便、抗干擾性能較差等不足之處。線切割加工主要用于模具制造，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，模具開(kāi)發(fā)術(shù)難度越來(lái)越大，加工要求也越來(lái)越高，時(shí)間和成本估算要求越來(lái)越嚴(yán)格，誰(shuí)快速提供市場(chǎng)和客戶可以接受的產(chǎn)品，縮短產(chǎn)品研制、上市的時(shí)間，誰(shuí)就贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的主動(dòng)權(quán)。蘇州沙迪克三光機(jī)電有限公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的錐度切割裝置可以穩(wěn)定切割720的錐型零件，而蘇州金馬機(jī)械電子公司的DK7740B機(jī)床能在200mm厚的工件做300錐度的切割，表明近幾年來(lái)我國(guó)高速走絲WEDM機(jī)床的加工范圍有了較大發(fā)展。這種控制系統(tǒng)的實(shí)際使用雖然存在不少問(wèn)題，但他們的開(kāi)發(fā)思路是積極的。因此，走絲系統(tǒng)上、下絲架的導(dǎo)輪是對(duì)稱設(shè)置的，可以保證正、反向移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生摩擦阻力相近，使電極絲的張力在整個(gè)過(guò)程中恒定。這種新型的恒張力高速走絲機(jī)構(gòu)。上海大量電子設(shè)備有限公司已于1999年開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了數(shù)字程序控制短程往返走絲系統(tǒng)，根據(jù)加工條件設(shè)定正向移動(dòng)和反向移動(dòng)的時(shí)間，以消除高速走絲的換向切割條紋，改善加工表面質(zhì)量。然而，高速走絲也會(huì)造成導(dǎo)向器(導(dǎo)輪、導(dǎo)向塊等)的磨損和系統(tǒng)的振動(dòng)，加上電極絲的張力不容易控制，它將給加工穩(wěn)定性、加工精度及表面質(zhì)量帶來(lái)嚴(yán)重影響。高速走絲系統(tǒng)日趨完善高速走絲有助于工作液進(jìn)入窄小的加工區(qū)，改善排屑條件，這對(duì)于切割大厚度工件以及提高切割速度都是很有作用的。自旋式電火花線切割機(jī)和走絲速度可調(diào)的電火花線切割機(jī)目前雖處在開(kāi)發(fā)和完善階段，產(chǎn)量也不大，但開(kāi)發(fā)思想都是企圖借鑒高速走絲和低速走絲二者的優(yōu)點(diǎn)創(chuàng)造一種新型的電火花切割方法。低速走絲電火花線切割機(jī)過(guò)去曾是“進(jìn)口機(jī)”的代名詞，現(xiàn)在已有蘇州沙迪克三光機(jī)電有限公司、北京阿奇工業(yè)電子有限公司、蘇州電加工機(jī)床研究所，漢川機(jī)床廠等多家制造廠商自行開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，年產(chǎn)量達(dá)300多臺(tái)。機(jī)床品種的多樣化可以滿足用戶的需要，擴(kuò)大數(shù)控電火花線切割機(jī)加工的應(yīng)用范圍。機(jī)床品種多樣化，年產(chǎn)量穩(wěn)步增長(zhǎng)多年來(lái)，我國(guó)生產(chǎn)的數(shù)控電火花切割機(jī)一直是單一的高速走絲線切割機(jī)。因此，我國(guó)的電火花線切割技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在快走絲線切割技術(shù)的進(jìn)步上。著名的Sodick公司的A500—E型電火花線切割機(jī)的電源數(shù)控柜由于采用32位CPU，使加工速度大幅度提高，同樣可以達(dá)到300mm2/min。在這方面，日本廠商一直走在世界的前列。這一功能盡管目前的實(shí)用性還不夠明顯，但無(wú)疑是今后的一個(gè)發(fā)展方向。(4)減少機(jī)床的熱變形，提高熱穩(wěn)定性(5)高精度的錐度切割(6)直線電機(jī)的應(yīng)用(7)聯(lián)網(wǎng)這是一個(gè)在適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái)而開(kāi)拓的新功能。同時(shí)，集以D、以PP、CAM及仿真于一體的自動(dòng)編程系統(tǒng)不斷發(fā)展和成熟，目前基于PC的圖形交互式自動(dòng)編程系統(tǒng)成為線切割自動(dòng)編程系統(tǒng)的主流。歐美和日本等國(guó)研究的數(shù)控低速走絲電火花線切割機(jī)床，采用閉環(huán)數(shù)字交(直)流伺服控制系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)性能好、定位精度高。 線切割加工水平的提高使它從“特種加工”進(jìn)入到常規(guī)加工的行列。近20年來(lái)，電火花線切割機(jī)床的價(jià)格下降了六倍多，加工速度提高了十幾倍，工件的最大尺寸增加了十四倍，可加工的工件錐度達(dá)到80186。與電火花成型加工方法相比，線切割加工方法具有設(shè)備成本低、生產(chǎn)效率高以及工具電極的設(shè)計(jì)和制造大大簡(jiǎn)化等特點(diǎn)，同時(shí)還可節(jié)約一部分材料。電火花線切割加工以獲得廣泛的應(yīng)用。1943年，原蘇聯(lián)學(xué)者拉扎連科夫婦研究電火花放電時(shí)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)受腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時(shí)高溫可使局部的金屬熔化、氣化而被蝕除掉，從而開(kāi)創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工方法。此外，現(xiàn)有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)采樣插補(bǔ)算法存在著許多點(diǎn)和不足之處。借用PC硬件和建立開(kāi)放式控制系統(tǒng)軟件平臺(tái)就完全可以繞開(kāi)這個(gè)問(wèn)題。當(dāng)前發(fā)達(dá)國(guó)家正在緊鑼密鼓地進(jìn)行著開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的研究，正為我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)展提供了良好的契機(jī)，開(kāi)發(fā)我國(guó)自主版權(quán)的開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)平臺(tái)是趕超發(fā)達(dá)國(guó)家的歷遇。因此，目前數(shù)控技術(shù)正在向通用放式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制的模式發(fā)展，開(kāi)放式的數(shù)控系統(tǒng)已逐漸成為新一代數(shù)控系統(tǒng)流。近年來(lái)，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)的高速發(fā)展，電加工機(jī)床的數(shù)控也不斷地取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)數(shù)控高速線切割機(jī)床約有10余萬(wàn)臺(tái)，居世界第一位，2002年國(guó)內(nèi)線切割機(jī)床產(chǎn)量1。數(shù)十年來(lái)，這種機(jī)床對(duì)我國(guó)的制造業(yè)發(fā)展做出了很大貢獻(xiàn)。近年來(lái)，在電機(jī)模具行業(yè)，模具工業(yè)的增長(zhǎng)，高速?zèng)_硬質(zhì)合金模具的不斷推出，模具的大型化和精密化，采用電線切割來(lái)加工模具逐漸被廣泛認(rèn)可。由于其加工性能與被加工材料無(wú)關(guān)，而且在加工過(guò)程中無(wú)切削力，從而容工復(fù)雜、精密和高硬度的零件，特別是對(duì)薄壁、窄縫零件的加工更具有優(yōu)勢(shì)。高速走絲電火花線切割機(jī)床是通過(guò)線具電極，對(duì)工件進(jìn)行脈沖性放電加工的。1 緒 論 圖 2 /3///9/4/4//14/8/8/5// 電火花線切割機(jī)床是一類(lèi)在模具制造等行業(yè)中廣泛應(yīng)用的典型數(shù)控機(jī)床。電火花割加工技術(shù)WEDM(Wire Electrieal Diseharse Machining)自問(wèn)世以來(lái)，得到了迅速的發(fā)逐步成為機(jī)械制造領(lǐng)域中的一個(gè)重要組成部分。工作時(shí)脈沖電源的正極接工件，負(fù)極接電極電極絲由儲(chǔ)絲筒帶動(dòng)往復(fù)移動(dòng)，通過(guò)控制工件的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度，從而切割出符合技求的工件。工材精密復(fù)雜零件、微細(xì)零件的加工中占有極其重要的地位。目前國(guó)內(nèi)外的線切割機(jī)床約占電加工機(jī)床的60％，在低速走絲線切割機(jī)床誕生后不久，我國(guó)也自行研制出具有首創(chuàng)性的高速走絲線機(jī)床。由于其價(jià)格低廉、比高，因而受到國(guó)內(nèi)許多中小型企業(yè)和工廠的青睞，廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器車(chē)和電機(jī)等行業(yè)，尤其在加工制造方面發(fā)揮了巨大作用。5萬(wàn)臺(tái)，其大部分是高速走絲的線切割機(jī)床。傳統(tǒng)的CNC技術(shù)由于通用性差、通訊能力弱以及不便于功能等缺點(diǎn)，已逐漸不適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的要求。盡管我國(guó)的高速走絲電火花線切割機(jī)床與慢速走絲機(jī)床相比，在結(jié)構(gòu)、工藝和數(shù)術(shù)等方面仍有一定差距，但是仍非常適合于加工中等精度和表面粗糙度的零件或模具此提高線切割加工設(shè)備的性能(如：實(shí)現(xiàn)高速走絲電火花多次切割技術(shù)、角度旋轉(zhuǎn)、尖理等功能)對(duì)加快我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展有著重要意義。我國(guó)控制器硬件由于受制造業(yè)水平的影響可靠性差，成為制約我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展頸。數(shù)控技開(kāi)放式道路，將我國(guó)同世界上發(fā)達(dá)國(guó)家的數(shù)控研究擺在了同一起跑線上，我們只有抓個(gè)機(jī)遇，才能開(kāi)發(fā)出具有中國(guó)自主版權(quán)的高性能數(shù)控系統(tǒng)，獨(dú)立自主地發(fā)展我們自己控產(chǎn)業(yè)，打破國(guó)外對(duì)我國(guó)的技術(shù)壟斷。有鑒于此，本課題“電火花線切割加工機(jī)運(yùn)絲機(jī)構(gòu)及數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)”針對(duì)培養(yǎng)數(shù)控系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想、提高高速走私線切割加工設(shè)備的性能而提出的。電火花線切割加工(WEDM)是在電火花加工的基礎(chǔ)上于50年代末最早在原蘇聯(lián)發(fā)展起來(lái)的一種新的工藝形式，是用線狀電極靠火花放電對(duì)工件進(jìn)行切割，故稱為電火花線切割。目前國(guó)內(nèi)外的線切割機(jī)床約占電加工機(jī)床的60%以上。因此，線切割加工方法自問(wèn)世于前蘇聯(lián)以來(lái)，得到了迅速的發(fā)展。加工精度已接近或達(dá)到精密磨削的精度，最大切削速度超過(guò)3O0mm2/min，標(biāo)志著WEDM總的加工速度有了明顯的提高，微精加工脈沖電源的開(kāi)發(fā)，~(多次切割)。線切割加工水平的提高不僅歸功于機(jī)械結(jié)構(gòu)和工藝方法的改善，更得力于先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用和計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展。同時(shí)機(jī)床具有數(shù)字自適應(yīng)控制電源，并具有自動(dòng)走絲、自動(dòng)卸除廢料、短路自動(dòng)回退等自動(dòng)化技術(shù)，對(duì)電極絲張力和工作液壓力也可進(jìn)行控制。從2002年美國(guó)芝加哥國(guó)際機(jī)床展展出的線切割機(jī)床可以看出當(dāng)前國(guó)外WEDM的技術(shù)特點(diǎn)與發(fā)展動(dòng)向：(l)提供不同檔次的系列產(chǎn)品，供用戶選擇(2)改進(jìn)了走絲系統(tǒng)，使運(yùn)絲更平穩(wěn)，張力更穩(wěn)定(3)自動(dòng)穿絲與自動(dòng)重穿絲技術(shù)該功能雖然是國(guó)外WEDM普遍配備的，但近年來(lái)的改進(jìn)重點(diǎn)在提高可靠性和穿絲速度上。雖然與外部計(jì)算機(jī)的通信并不是新鮮事，按任務(wù)的要求可以把外部計(jì)算機(jī)看成是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的外圍設(shè)備，也可以把機(jī)床看成是外部計(jì)算機(jī)的一個(gè)終端。(8)拓展在零件加工中的應(yīng)用(9)高速度加工高速度化一直是國(guó)外廠商追求的目標(biāo)。例如，三菱電機(jī)公司的標(biāo)準(zhǔn)型DWCH系列機(jī)床，由于采用G25電源，最高生產(chǎn)率達(dá)250mm2/min，其經(jīng)濟(jì)型DWCC2系列機(jī)床也是250mm2/min。快走絲電火花線切割技術(shù)最初是在我國(guó)發(fā)展起來(lái)的一種電火花加工方法，它與慢走絲電火花線切割技術(shù)無(wú)論從加工方法還是加工裝置上都有很大區(qū)別。相對(duì)而言，我國(guó)的慢走絲電火花線切割技術(shù)起步較晚，其水平與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相比還存在較大的差距。隨時(shí)間推移，為了滿足市場(chǎng)需求，又開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了自旋式電火花線切割機(jī)、走絲速度可調(diào)的電火花切割機(jī)(含高低雙速走絲電火花線切割機(jī))以及低雙速走絲電火花線切割機(jī)等。高速走絲電火花線切割機(jī)是我國(guó)當(dāng)前發(fā)展的主要產(chǎn)品，廣大的科技工作者為了進(jìn)一步提高它的工藝性能及自動(dòng)化程度做了大量開(kāi)發(fā)工作，并開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了2000mm1200mm500mm及1000mm630mm1000mm等超大型高速走絲電火花線切割機(jī)床，擴(kuò)大了它的應(yīng)用范圍，滿足了用戶的各種需要，使其年產(chǎn)量穩(wěn)步增長(zhǎng)，至今以達(dá)到了12000臺(tái)/年，并有約300臺(tái)/年出口到世界各國(guó)。這些機(jī)床性能好，價(jià)格不到進(jìn)口機(jī)的一半，深受?chē)?guó)內(nèi)用戶的歡迎。它的成功不僅能為我國(guó)的電火花線切割增加一個(gè)新品種，并以它的性能價(jià)格比好以及加工消耗低的特點(diǎn)找到它自身的應(yīng)用范圍，而且為高速走絲的電火花線切割機(jī)的多次切割工藝奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，電極絲的往返運(yùn)動(dòng)可使電極絲重復(fù)使用，減少電極絲的消耗，降低切割加工的生產(chǎn)成本。為了解決高速走絲所存在的問(wèn)題，完善高速系統(tǒng)，廣大科技工作者己做了大量的開(kāi)發(fā)研究工作，并獲得了明顯的效果。北京阿奇工業(yè)電子有限公司根據(jù)高速走絲正向和反向移動(dòng)張力不一的缺點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了新型的恒張力高速走絲機(jī)構(gòu)。這種新型機(jī)構(gòu)不僅可以緊絲，而且可以保證正向和反向移動(dòng)時(shí)電極絲的張力基本一致。電極絲的張力直接影響電極絲的振動(dòng)和頻率，并影響線切割加工的效果，為了使高速走絲系統(tǒng)的電極絲的張力恒定，華中理工大學(xué)開(kāi)發(fā)了一種高速走絲線切割機(jī)鋁絲恒張力伺服系統(tǒng)。為了提高絲架的剛性，南昌江南電子儀器廠開(kāi)發(fā)了龍門(mén)式絲架，非常適合于大中型電火花線切割機(jī)，且錐度切割不受偏移量限制。通過(guò)上文的介紹，我們已經(jīng)對(duì)國(guó)內(nèi)外電火花線切割機(jī)床的發(fā)展有了一個(gè)基的認(rèn)識(shí)。深圳福斯特?cái)?shù)控機(jī)床有限公司生產(chǎn)的數(shù)控電火花線切割機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)是90年代初研制的產(chǎn)品，采用單板機(jī)作為主機(jī)。近10年來(lái)電子技術(shù)有了很大的發(fā)展，各種芯片的價(jià)格越來(lái)越低，功能越來(lái)越強(qiáng)。由于單片機(jī)在集成度、面向控制、可靠性和多機(jī)通信等方面優(yōu)于單板機(jī)，機(jī)電一體化系統(tǒng)中的理想控制部件。該類(lèi)控制器運(yùn)行可靠、價(jià)格低、體積小。在監(jiān)控狀態(tài)下，可輸入加工程序，可進(jìn)行程序編輯、檢查、修改、刪除和插入。系統(tǒng)軟件由主程序、顯示、監(jiān)控狀態(tài)鍵盤(pán)處理、加工狀態(tài)鍵盤(pán)處理、通信、運(yùn)算與交換、變頻中斷服務(wù)、短路檢測(cè)及處理、對(duì)中心與對(duì)端面、時(shí)鐘中斷服務(wù)、掉電中斷服務(wù)等模塊組成。線切割加工時(shí)，線電極一方面相對(duì)于工件不斷地移動(dòng)，另一方面，裝夾工件的十字工作臺(tái)，由數(shù)控伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，在x、y軸方向?qū)崿F(xiàn)切割進(jìn)給，使線電極沿加工圖形的軌跡運(yùn)動(dòng)對(duì)工件進(jìn)行切割加工。前者是電極細(xì)鉬絲作高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，走絲速度為8m/s~10m/s，國(guó)產(chǎn)的線切割機(jī)床多是此類(lèi)機(jī)床。脈沖電源3對(duì)電極絲與工件施加脈沖電壓，電極絲與工件之間繞注一定壓力的工作液，當(dāng)脈沖電壓擊穿電極絲與工件之間的間隙時(shí)，兩者之間產(chǎn)生火花放電而切割工件。線切割機(jī)床的控制方式有靠模仿型控制、光電跟蹤控制、數(shù)字程序控制等方式，但目前國(guó)內(nèi)外95%以上的線切割機(jī)床都己數(shù)控化，采用不同水平的數(shù)控系統(tǒng):單片機(jī)、單板機(jī)和微機(jī)。由于采用移動(dòng)的長(zhǎng)電極絲進(jìn)行加工，單位長(zhǎng)度電極絲的損耗較小，從而對(duì)加工精度的影響較少。對(duì)于多品種少批量的零件、特殊難加工材料的零件、材料實(shí)驗(yàn)樣件、各種孔型、特殊齒輪、凸輪、樣板、成型刀具等零件的制造，線切割加工也具有極大的優(yōu)勢(shì)。四軸聯(lián)動(dòng)的線切割機(jī)還可以加工錐體、上下異形體等復(fù)雜形狀零件?？熳呓z線切割機(jī)床主要由機(jī)床本體、脈沖電源、數(shù)控系統(tǒng)三個(gè)部分組成，： 機(jī)床主體主要由坐標(biāo)工作臺(tái)、高速走絲機(jī)構(gòu)、絲架導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)、工作液系統(tǒng)、脈沖電源五部分組成，X、Y坐標(biāo)工作臺(tái)是用來(lái)裝夾被加工工件，X軸、Y軸由控制器發(fā)出進(jìn)給信號(hào)，分別控制兩步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，運(yùn)行預(yù)定的軌跡。一般采用箱式結(jié)構(gòu)，床身里面可以放置脈沖電源、工作液循環(huán)裝置和機(jī)床電氣設(shè)備等。因此，要求床身有一定的剛度和強(qiáng)度。如果將工作液循環(huán)裝置、機(jī)床電氣和脈沖電源等放置在床身的內(nèi)部，那么床身的內(nèi)部應(yīng)有足夠的容積來(lái)安裝。X、Y坐標(biāo)工作臺(tái)用來(lái)裝夾工件，X軸和Y軸由控制臺(tái)發(fā)出進(jìn)給信號(hào)，分別控制兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)，進(jìn)行預(yù)定的加工。： （1）滑板 滑板主要由上滑板中滑板下滑板3組成。其中上、中滑板一端呈懸臂梁形式，以放置步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。這種結(jié)構(gòu)使坐標(biāo)工作臺(tái)所占面積較大，通常電動(dòng)機(jī)置于滑板下面，增加了維修的難度。因此，對(duì)導(dǎo)軌的精度、剛度和耐磨性有較高的要求。 此次設(shè)計(jì)的線切割機(jī)選用滾動(dòng)是導(dǎo)軌，因?yàn)闈L動(dòng)導(dǎo)軌可以減少導(dǎo)軌間的摩擦力，便于工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)精確和微量的移動(dòng)，且潤(rùn)滑方法簡(jiǎn)單。滾動(dòng)導(dǎo)軌有滾珠導(dǎo)軌、滾柱導(dǎo)軌、滾針導(dǎo)軌等幾種形式。在滾柱導(dǎo)軌和滾針導(dǎo)軌中，滾動(dòng)體與導(dǎo)軌是線接觸，因此有較大承載能力，因此被選用。在相切割機(jī)床中，常用的滾動(dòng)導(dǎo)軌還有一下兩種：①力封式滾動(dòng)導(dǎo)軌 力封式是借助運(yùn)動(dòng)件的重力將導(dǎo)軌副封閉而實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式。承導(dǎo)件有兩根V形導(dǎo)軌，運(yùn)動(dòng)件上兩根與承導(dǎo)件相對(duì)的導(dǎo)軌中，一根是V形導(dǎo)軌，另一根是平導(dǎo)軌。缺點(diǎn)是滑板可能在外力的作用下向上抬起，并因此破壞傳動(dòng)。 力封式滾動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 自封式滾動(dòng)稻谷結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖②自封式滾動(dòng)導(dǎo)軌 。其優(yōu)勢(shì)是運(yùn)動(dòng)不易受外力影響，防塵條件好。 工作臺(tái)導(dǎo)軌一般采用鑲件。導(dǎo)軌的材料一般采用合金工具鋼。（3）絲杠傳動(dòng)副 絲杠傳動(dòng)副的作用就是將傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)。絲杠副的傳動(dòng)螺紋一般分為三角普通螺紋、梯形螺紋和圓弧螺紋三種。因此，在中、小型線切割機(jī)床的絲杠傳動(dòng)副中運(yùn)用的比較廣泛，但這種絲杠副傳動(dòng)為滑動(dòng)摩擦，傳動(dòng)效率較低。在此選用圓弧形滾