【正文】 線盤上。 1． 脈沖電源應(yīng)具有以下特點(diǎn) [22][23]： (1) 應(yīng)有適當(dāng)?shù)拿}沖峰值電流并可調(diào)整 。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，甚至根本無法加工。 在電火花線切割加工中，欲獲得較高的加工精度和較好的表面粗糙度，應(yīng)使每次脈沖放電在工件上產(chǎn)生的放電凹坑要適當(dāng)。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。一方面熱傳導(dǎo)損耗小，能量利用率提高 了，另一方面更重要的是在工件上形成的放電凹坑不僅小，而且不會(huì)發(fā)生燒傷現(xiàn) 象。但是，線切割脈沖電源的單個(gè)脈沖 能量過小，則會(huì)使切割速度大大下降，或使加工根本無法進(jìn)行。 (3) 可調(diào)的脈沖間隔。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。因此，脈沖間隔不能太小，只能在保證火花放電穩(wěn)定的前提下，盡量減小 脈沖間隔。 第 19 頁 共 61 頁 (4) 對(duì)電極絲的低損耗。因此，線切 割 機(jī)床應(yīng)具有對(duì)電極絲的低損耗特性，以保證一定的加工精度和維持長時(shí)間的穩(wěn)定 加工 。 2． 線切割脈沖電源的基本組成 線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]。 (2) 推動(dòng)級(jí) (也稱前置放大級(jí) )推動(dòng)級(jí)用以對(duì)脈沖發(fā)生器發(fā)出的脈沖信號(hào)進(jìn)行 放大，增大所輸出脈沖的功率，以推動(dòng)功率放大級(jí) 正常工作。 圖 24 線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切割加工的控制系統(tǒng)，是進(jìn)行穩(wěn)定線切割加工的重要基 礎(chǔ) 。 第 20 頁 共 61 頁 線 切割加工的控制系統(tǒng)，主要是指切割軌跡控制系統(tǒng)與進(jìn)給控制系統(tǒng)。 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。 切割軌跡控制系統(tǒng)主要有靠模仿形控制、光電跟蹤控制、數(shù)字程序控制等三 種類型。 進(jìn) 給控制系統(tǒng)依切割軌跡控制方式不同而異。 機(jī)床操作控制電路屬于開閉器型控制，其中包括電火花線切割加工設(shè)備的總開通與總關(guān)斷，各部分的開通和關(guān)斷、各種手動(dòng)控制部分等。 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，以保證脈沖放電過程穩(wěn)定進(jìn)行。 第 21 頁 共 61 頁 圖 25 高速走絲電火花線切割機(jī)床的工作液循環(huán)系統(tǒng)示意圖 fig25 circulatory system diagrammatic drawing of HSWEDM’s cooling liquid 其工作過程如下 :機(jī)床電泵 將工作液經(jīng)濾網(wǎng)吸入，通過主進(jìn)液管分送到上下 絲臂進(jìn)液管至工作液箱可用閥門調(diào)節(jié)其供液量的大小，加工后的廢液由工作臺(tái)靠重力回流使用過的廢液經(jīng)過過濾器，大部分蝕除產(chǎn)物被過濾掉。 電蝕原理 火花放電時(shí)，每次電火花腐蝕的微觀過程是電場力、磁力、熱力、流體動(dòng)力、 電化學(xué)和膠體化學(xué)等綜合作用的過程，這一過程 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]。電 場強(qiáng)度與電壓成正比，與距離成反比，隨著極間電壓的升高或是極間距離的減小， 極間電場強(qiáng)度也將隨著增大 ． 由于工具電極和工件的微觀表面是凸凹不平的，極 間距離又很小，因而極間電場強(qiáng)度是很不均勻的，兩極間離得最近的突出點(diǎn)或尖 端處的電場強(qiáng)度一般為最大。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。高壓高溫的放電通道，以及隨后瞬時(shí)金屬氣化形成的氣體 (以后發(fā)展成氣泡 )急速擴(kuò)展，產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)烈的沖擊波向四周傳播 ． 在放電過程中， 還伴隨著一系列派生現(xiàn)象，其中有熱效應(yīng)，電磁效應(yīng)、光效應(yīng)、聲效應(yīng)及頻率范圍很寬的電磁輻射和爆炸沖擊波等。 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。 3. 電極材料的拋出 通道和正負(fù)極表面放電 瞬時(shí)高溫使工作液氣化和金屬材料熔化、氣化，熱膨 脹產(chǎn)生很高的瞬時(shí)壓力。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。 在消電離這段時(shí)間不放電，應(yīng)將電蝕過程中產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物 (如金屬微粒、碳 粒子、氣泡等 )、產(chǎn)生的熱量及時(shí)排出、擴(kuò)散出去，為了保證電火花加上過程正常地進(jìn)行，在兩次脈沖放電之間一般要有足夠的脈沖間隔時(shí)間。線切割加工過程中， 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)。 圖 26 加工輪廓實(shí)現(xiàn)原理圖 fig． 26 schematic diagram of realizing machingouting 第 24 頁 共 61 頁 高速快走絲電火花線切割加工基本概況 高速快走絲線切割加工特點(diǎn) 1． 不需像成型電火花加工那樣制作特定電極。 3． 輪廓加工所需余量小，利于少無切削，尤其可節(jié)約貴重金屬。 5． 靠微機(jī)控制電極絲軌跡和間隙補(bǔ)償功能，間隙可在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)， 因此，可利用同一程序進(jìn)行模具的凹凸加工。 7． 不論工件硬度如何，幾乎都可加工。 電火花線切 割加工的應(yīng)用范圍 電火花線切割加工為新產(chǎn)品試制、精密零件加工及模具制造開辟了一條新的 工藝途徑，主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面 [36]~[42]。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。 2． 加工電火花成形加工用的電極 一般穿孔加工用的電極、帶錐度型腔加工用的電極以及銅鎢、銀鎢合金之類 電極材料，用線切割加工特別經(jīng)濟(jì)，同時(shí)也適用 于加工微細(xì)復(fù)雜形狀的電極。 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。高速快走絲電火花線切割機(jī)床是通過相絲的快速運(yùn)轉(zhuǎn)，縮短 鉬 絲在加工區(qū)域的停留時(shí)間，并用冷卻液對(duì)相絲進(jìn)行冷卻的方法對(duì) 鉬 絲進(jìn)行保護(hù)的。 第 26 頁 共 61 頁 圖 27 普通線切割機(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，在控制線路中設(shè)置了四個(gè)位置開關(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 用來作終端保護(hù)，以防止 SQ SQ2 失靈，工作臺(tái)越過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， 通過機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使工作臺(tái)自動(dòng)往返運(yùn)動(dòng)。線路的工作原理如下 ： 第 27 頁 共 61 頁 SB SB2 分別作為啟動(dòng)按鈕和整個(gè)電路控制按鈕，啟動(dòng)時(shí)應(yīng)按下 SBI 進(jìn)行啟動(dòng)。 第 28 頁 共 61 頁 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加割的加工原理、加工特點(diǎn)，介紹了快走 絲線切割機(jī)床的基本結(jié)構(gòu)，并對(duì)現(xiàn)有快走絲線切割機(jī)床的貯絲筒換向控制方法進(jìn) 行了一定的研究。從快速走絲電火花線切割機(jī)床 (簡稱線切割機(jī)床 )的加工實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，在電參數(shù)和運(yùn)絲 速度不變的情況下，縮短 鉬 絲的長度，加工精度和表面粗糙度可明顯變好。 鉬 絲長度對(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)有的線切割機(jī)床貯絲筒形狀誤差己有嚴(yán)格控制，如杭州無線專用設(shè)備廠生產(chǎn) DK7725A 型高速快走絲線電火花線切割機(jī)床的貯絲筒 圓 柱度誤差為 φ 0． 02。 圖 31 貯絲簡形狀誤差 fig． 3l shaping error of windingcanisler 第 30 頁 共 61 頁 若貯絲簡存在一定誤差，設(shè)誤差方向及角度如圖所示，從 A 點(diǎn)到 B 點(diǎn)的圈數(shù)為 n圈，從 A 點(diǎn)運(yùn)行至 B 點(diǎn)后，每圈的長度增量計(jì)算如下 ： 半徑 r 的變化為 ： 周長變化量為 ： 當(dāng)從 A 點(diǎn)運(yùn)行到 B 點(diǎn)后，總增量 為 ： 由上述分析可知，當(dāng)貯絲簡存在微小誤差后，則長度產(chǎn)生較大增量，在一次往復(fù)循環(huán)中，參加運(yùn)行的 鉬 絲越長，增量越大。 2． 相絲損耗不均勻?qū)е麻L度增量 鉬 絲在長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后， 鉬 絲的損耗不均勻性也會(huì)產(chǎn)生長度增量，使 鉬 絲松緊出現(xiàn)變化。 圖 32 鉬 絲損耗對(duì)長度的影響 fig． 32 length’s influence on molybdenumsilk’s loss 第 31 頁 共 61 頁 綜上所述，在運(yùn)行過程中，單方向一次參與切削加工的 鉬 絲長度越長，總共 累計(jì)的誤差也越大，加工后工件的表面粗糙度值也越大 ； 反之，單方向一次參與 切削加的 鉬 絲長度越短，誤差也越小，加工后工件的表面粗糙度也就越好 。 縮短行程開關(guān)之間的距離 現(xiàn)有的循環(huán)控制是用行程開關(guān)控制的，貯絲筒在行程開關(guān)控制下，在 A、 B 兩行程開關(guān)之間運(yùn)轉(zhuǎn)，如果縮短兩個(gè)行程開關(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 絲長度縮短，貯絲筒上所繞的 鉬 絲也只有中間的一部分投入線切割切削加工 。但在使用的過程中， 我們也發(fā)現(xiàn)，這種循環(huán)的加工方式有較大的缺陷，主要表現(xiàn)在以下二個(gè)方面 ． 1． 鉬 絲的損耗增大 這種短循環(huán)方式由于只是調(diào)整了 A、 B 點(diǎn)之間的距離來實(shí)現(xiàn)短循環(huán)，因此在加工過程中，只有 A、 B 點(diǎn)之間的 鉬 絲參與了加工循環(huán)線切割，而對(duì)于 A 和 B點(diǎn)以外的 鉬 絲則不參與切割工作。 2． 工作效率較低 盡管我們可以在貯絲筒繞盡可能多的 鉬 絲長度，但在實(shí)際的加工的過程中， 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 共 61 頁 時(shí)間，降低了工作效率。 步進(jìn)電機(jī)控制循環(huán)走絲方式 [47]~[53] 用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)貯絲筒直線移動(dòng)的控制方式，實(shí)際上是采用了數(shù)控系統(tǒng)對(duì)循環(huán)方式進(jìn)行控制，如圖 33 為用步進(jìn)電機(jī)控制循環(huán)走絲的原理圖。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。 圖 33 用步進(jìn)電機(jī)貯絲簡循環(huán)的控制 fig． 33 windingcanister circle by stepping molor 用步進(jìn)電機(jī)控制貯絲筒的移動(dòng)，需有一套獨(dú)立的數(shù)控系統(tǒng)，如圖 34 所示為這一數(shù)控系統(tǒng)的組 成 ： 第 33 頁 共 61 頁 圖 34 步進(jìn)電機(jī)控制循環(huán)系統(tǒng)組成 fig． 34 circle system by stepping motor 由于增加了獨(dú)立的數(shù)控系統(tǒng)，大大地增加了制造成本，從現(xiàn)有改制成功的產(chǎn)品來看，它對(duì)機(jī)床的改造較大，投入的成本較大，因此改造后線切割機(jī)床的售價(jià)也成倍提高，如普通型的 DK7725 線切割機(jī)床售價(jià)在 5 萬以下，而步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)貯絲筒直線移動(dòng)的控制方式線切割機(jī)床售價(jià)達(dá) 12 萬左右。 若在兩行程開關(guān) A、 B 之間，增加一部分內(nèi)循環(huán)，如圖 35（ b） 所示 ： 開機(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)。當(dāng)擋塊壓下行程開關(guān) B 后，貯絲筒反轉(zhuǎn)并采用同樣的循環(huán)方式回到 A 點(diǎn)，為了方便，我們把這一循環(huán)方式稱為短循環(huán)。通過實(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切割機(jī)床原有的正常加工，又拓展了新 的加工性能。 本章小結(jié) 本章介紹了 鉬 絲長度對(duì)表面粗糙度的影響，介紹了兩種改變 鉬 絲循環(huán)長度的 走絲控制方式的結(jié)構(gòu)和原理，并對(duì)它們的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較，提出了用單片機(jī)控 制短循環(huán)走絲的新方法 。并用單 片機(jī)實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的控制，完成了控制線路電路板 設(shè)計(jì)和制作，利用控制線路電路對(duì)現(xiàn)有線割機(jī)床進(jìn)行了改造。 本課題在研究過程中主要完成了以下幾項(xiàng)工作 ： 1． 理論與實(shí)踐上探討了高速快走絲電火花線切割加工的過程中，短循環(huán)走絲 加工方式對(duì)零件表面粗糙度的影響，提出了單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)短循環(huán)走絲方式的設(shè) 計(jì)思路 ； 2． 設(shè)計(jì)并研制了短