【正文】 e machiool is rebuilded． ExPeriment showed that the shortcirele reversing works efficiently and stably,and it obtained the favorable effect and economy． On the base of the vast related literatures and experience, the Paper first introduced briefly the basic structure and the principle of the HSWEDM,and the current situation of development at home and abroad． Secondly the paper studied some problems of the traditional reversing and the present condition of shortcirele reversing on the HSWEDM． And a new method is put forward to raise the surface roughness by the shortcircle reversing． The paper analyzed the principle of shortcircle reversing， the posing of controlsystem by the SCM,and designed the main program and the subprograms， and put forward the antiinterference measure． Finally， increasing hardly cost of remoIding， the key technique of shortcircle reversing using the SCM’s software and interface． At last,some experiments using the shortcirele reversing by the SCM are performed． And that shows the system works stably。線切割加工具有無切削力，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、家電、輕工等領(lǐng)域 (參見表 11)，特別是在模具加工行業(yè)，得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在，國(guó)際市場(chǎng)每年銷售的電火花線切割機(jī)床就達(dá)七千余臺(tái)，其中瑞士占 18%，日本占 52%。 [3][4][5] 電火花線切割分類 電火花線切割分類見如下所示 [6]。 兩者相比，除了采用的 工 藝不同外，無論在精度、功能、自動(dòng)化程度、可靠性、加工穩(wěn)定性和加工工藝指 標(biāo)方面 。我國(guó)的電火花 線切割機(jī)一般最大加工速度為 216mm^2/min，國(guó)外已超過 30mm^2/min，我們的尺寸精度一般在 0． 01mm，國(guó)外達(dá) 177。 2μ m； 表面粗糙度我們一般為Ra1． 25~2． 5μ m ，最好為 Ra0． 6μ m ~1μ m，而國(guó)外則小于 Ra0． 3μ m[7][8][9]。認(rèn)清國(guó)外電火花線切割機(jī)床近幾年來新技術(shù)的應(yīng)用情況，對(duì)國(guó)產(chǎn)線切割機(jī)水平上一個(gè)檔次是大有裨益的 [10]~[14]。即高速化、高精 度化 (包括表面質(zhì)量 )、高自動(dòng)化，近年來經(jīng)濟(jì)型機(jī)床也是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。目前的電火花線切割機(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 。與同類機(jī)床相比，其凈重量約為其他機(jī)床的二倍，重量的增加主要是考慮機(jī)床結(jié)構(gòu)的力學(xué)和熱學(xué)性能。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。由于電極絲的滯后，在角度加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生塌角誤差，特別在小角度與小圓弧切割 時(shí)更為明顯， AGIE 公司在這方面擁有稱為 PIlot 的專利技術(shù)。 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)軸全部移到立柱線架上，工件不動(dòng)。 第 9 頁(yè) 共 61 頁(yè) SODICK 公司線切割機(jī)的重要部件如線臂支架、工作臺(tái)面的定盤、工件支架、 導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)等均廣泛采用精密陶瓷材料制作，實(shí)現(xiàn)了高剛性及極小的熱變形。三菱公司的機(jī)床也有類似的結(jié)構(gòu)。以上這些措施均有效地保證了加工的高精度。 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， 為用戶提供了更大的裕度。此外還增加了報(bào)警、起始孔計(jì)算、漢字顯示、自動(dòng)繪制正在加工的圖形、微小連接等 20 個(gè)功能 ． 另外，如 AGIE 公司的 AGIEPICK 自動(dòng)卸料機(jī)械手， AAGIEjet 自動(dòng)預(yù)孔加工裝量等附件的配備都使機(jī)床自動(dòng)化更趨完善 ． 目前，國(guó)外線切割機(jī)還有向 “ 不降低加工性能，降低造價(jià) ” 方向發(fā)展的趨勢(shì)， 如 日 本兄弟公司的 HS3600 型、 FANIJC 公司的 aOa 型、 SODICK 公司的 300W 型等機(jī)床，在這方面都均有突出的成就 [15][16]。 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，已開始采用高強(qiáng)度耐磨鑄 鐵，經(jīng)過二次低溫回火，消除內(nèi)應(yīng)力，提高機(jī)床剛度。不少?gòu)S 家開發(fā)了四聯(lián)桿裝置，不但上、下導(dǎo)輪可聯(lián)動(dòng)，而 且可同步偏擺，使電極絲始終保持在導(dǎo)輪槽對(duì)稱平面內(nèi)，不發(fā)生單側(cè)刮擦，從而 擴(kuò)大了切割錐度的范圍。 ~20176。 許多廠家也不再?gòu)?qiáng)調(diào)電極絲的單一的高速，絲速降低雖然會(huì)降低加工速度， 但可使振動(dòng)減弱，機(jī)械壽命延長(zhǎng)，換向無效工時(shí)減少，綜合效益未必低于單一的 高絲速。 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隔離和緩解。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(shí)每塊聚晶金剛石保持與電極絲虛接觸，起到定位限幅作用。 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(jī)。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(dòng)定中心、短路回退、自動(dòng)回原點(diǎn)、 斷電保護(hù)、檢查和修改指令、旋轉(zhuǎn)角度等功能 。機(jī)床采用可調(diào)升降 第 11 頁(yè) 共 61 頁(yè) 式線架，并帶有 鉬 絲張緊機(jī)構(gòu)，切割厚度達(dá) 200mm。 1991 年大批 量投產(chǎn)。 ● 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(duì)話，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。 ● 1994 年整個(gè)機(jī)床行業(yè)處于不景氣狀態(tài)，功能優(yōu)異價(jià)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(jià)廉而主要功能具備的經(jīng)濟(jì)型電火花機(jī)床。因其價(jià)格低于其它同類產(chǎn)品，在當(dāng) 時(shí)的線切割市場(chǎng)上獲得了較高的份額。為了趕上國(guó)外電火花線切割機(jī)床的發(fā)展水平，改變我國(guó)落后的局面，應(yīng)第 12 頁(yè) 共 61 頁(yè) 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]。 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(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。 機(jī)床價(jià)格低，性價(jià)比高。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。高速快走絲線切割機(jī)床操作相對(duì)簡(jiǎn)單，操作人員容易培訓(xùn)。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(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。 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(duì)我國(guó)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(duì)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力無疑會(huì)更強(qiáng) ． 目前 WEDMHS 的發(fā)展面臨著極大的挑戰(zhàn)。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(yè) 共 61 頁(yè) 來越短，所有這些，均對(duì)電火花線切割提出了更高的要求。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(duì)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。中國(guó)加入世貿(mào)以后，低價(jià)位的低 速走絲電火花線切割機(jī)床將對(duì)高速走絲電火花線切割機(jī)床市場(chǎng)帶來極大的沖擊。 高速快走絲電火花線切割機(jī)床的價(jià)格優(yōu)勢(shì)在削弱，與此同時(shí)，低速走絲電火 花線切割機(jī)床在加工指標(biāo)上的優(yōu)勢(shì)卻是越來越大。 瑞士夏米爾ROBOFIL240CC/440CC 采用 “ Clean Cut” 電源，最高效率可達(dá) 400mm^2/min?？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。 國(guó)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(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)許多廠家線切割機(jī)床加工指標(biāo)并沒有達(dá)到廣告宣傳的指標(biāo)。 第 14 頁(yè) 共 61 頁(yè) 課題的任務(wù)與研究?jī)?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(duì)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)。但相應(yīng) 的增加了不少生產(chǎn)成本或設(shè)備改造成本。為了提高其產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，針對(duì)市場(chǎng)的需要，對(duì)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 。 本論文根據(jù)研究?jī)?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(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。 第 15 頁(yè) 共 61 頁(yè) 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(duì)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)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]。 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(tái)、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(yè) 共 61 頁(yè) 度。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。工作臺(tái)與底座 4 之間有彈簧 1 拉緊，彈 簧保證絲桿后退時(shí)工作臺(tái)隨之后退，并消除絲桿、螺母之間的間隙。 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。在滾珠導(dǎo) 軌中，滾珠與導(dǎo)軌是點(diǎn)接觸，承載能力不能過大。 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€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。由于在線切割機(jī)床對(duì)走絲精度要求較高，而采取圓弧螺紋，通過滾珠實(shí)現(xiàn)絲桿副的傳動(dòng)，可以有效地防止走絲過程的爬行竄動(dòng)，確保拖板的往復(fù)運(yùn)動(dòng)輕巧靈活，提高加工過程的穩(wěn)定性。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)電極絲按一定線速度移動(dòng)，并將電極絲整齊地排 繞在貯絲筒或繞