【正文】 滾珠導(dǎo) 軌中，滾珠與導(dǎo)軌是點(diǎn)接觸，承載能力不能過(guò)大。在滾柱與滾針導(dǎo)軌中滾動(dòng)體與 導(dǎo)軌是線(xiàn)接觸，承載能力較大。 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€(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。絲桿副的傳動(dòng)齒形一般分為三角形普通 螺紋、梯形螺紋和圓弧螺紋三種。由于在線(xiàn)切割機(jī)床對(duì)走絲精度要求較高，而采取圓弧螺紋，通過(guò)滾珠實(shí)現(xiàn)絲桿副的傳動(dòng)，可以有效地防止走絲過(guò)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(guò)程的穩(wěn)定性。 齒輪或蝸輪傳動(dòng)副的作用是實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)與絲桿之間的傳動(dòng)。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。其傳動(dòng)系統(tǒng)如 下 ： 電機(jī) → 聯(lián)軸器 → 高速旋轉(zhuǎn)絲筒 → 齒輪副 → 絲 桿 副 第 18 頁(yè) 共 61 頁(yè) 脈沖電源 電火花線(xiàn)切割脈沖電源通常又叫高頻電源，是數(shù)控電火花線(xiàn)切割機(jī)床的主要 組成部分，是影響線(xiàn)切割加工工藝指標(biāo)的主要部件之一。 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 。 這主要是由以下兩方面的原因所決定 的 ： 其一，由于電極直徑的限制，一般直徑在 Φ 0． 08~Φ0． 25mm 之間，因此，受電極絲直徑的限制，它所允許的放電峰值電流就不能太大。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。線(xiàn)切割加工的放 電峰值電流的變化范圍一般在 10~25A 之內(nèi) ． (2) 可調(diào)的脈沖寬度 。 在電火花線(xiàn)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)。這就需要控制單個(gè)脈沖的能量。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。 脈沖寬度越窄，即放電時(shí)間越短，放電所產(chǎn)生的熱量就越來(lái)不及傳導(dǎo)和擴(kuò)散，而 被局限在 工件和電極絲間很小的范圍內(nèi)。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。同時(shí)放電凹坑分散重疊較好，表面光滑平整，使放電表面凸凹不平度小，從 而獲得較高的加工精度和較好的表面粗糙度。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。因此，脈沖能量 應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，一般脈沖寬度約在 05~64μ s。 (3) 可調(diào)的脈沖間隔。脈沖寬度窄，放電能量小，雖然有利于提高加工精度和 改善表面粗糙度，但是會(huì)大大降低切 割速度。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。 但是脈沖間隔太小，會(huì)使消電離過(guò)程不充分，造成電弧放電并引起加工表面 燒傷。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。 一般情況下，線(xiàn)切割加工的脈沖重復(fù)頻率約在 5 一 500kHz范圍內(nèi) 。 第 19 頁(yè) 共 61 頁(yè) (4) 對(duì)電極絲的低損耗。在高速快走絲方式的線(xiàn)切割加工中，電極絲往復(fù)使用，它的損耗會(huì)直接影響加工精度，損耗較大時(shí)還會(huì)增大斷絲的機(jī)率。因此，線(xiàn)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(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定 加工 。 電極絲損耗大小是脈沖電源性能好壞的重要標(biāo)志之一 [24][25][26]。 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]。 (1) 脈沖發(fā)生器脈沖發(fā)生器是脈沖電源的脈沖源，脈沖寬度 t1，脈沖間隔 t0 和脈沖頻率 f 均由脈沖發(fā)生器確定和調(diào)節(jié)。 (2) 推動(dòng)級(jí) (也稱(chēng)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。 (3) 功率放大級(jí)功放是將推動(dòng)級(jí)所提供的脈沖信號(hào)進(jìn)行放大，為工件和電極絲 之間進(jìn)行切割時(shí)的火花放電提供所需要的脈沖電壓和電流，使其獲得足夠的放電 能量，以便順利而穩(wěn)定地進(jìn)行切割加工。 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) 。 控制系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性、控制精度、動(dòng)態(tài)特性和自動(dòng)化程度，都直接影 響著加工的工藝指標(biāo)和工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。 第 20 頁(yè) 共 61 頁(yè) 線(xiàn) 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)。此外，還有走絲機(jī)構(gòu)控制、機(jī)床操作控制以及其它輔助系統(tǒng)控制。 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。 進(jìn)給系統(tǒng)的控制作用，是在電極絲相對(duì)工件按一定方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)放電間 隙的大小與狀態(tài)自動(dòng)控制進(jìn)給速度，以使進(jìn)給速度與工件蝕除的線(xiàn)速度相平衡， 維持穩(wěn)定的切割加工。 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(lèi)型。其中數(shù)字程序控制已經(jīng)成為目前線(xiàn)切割機(jī)床的主流。 進(jìn) 給控制系統(tǒng)依切割軌跡控制方式不同而異。 走絲機(jī)構(gòu)控制電路的作用，是控制電極絲自身運(yùn)動(dòng)的，電極絲的運(yùn)動(dòng)既有利 于把液體介質(zhì)帶入放電間隙，又有利于把放電產(chǎn)物排出放電間隙 。 機(jī)床操作控制電路屬于開(kāi)閉器型控制，其中包括電火花線(xiàn)切割加工設(shè)備的總開(kāi)通與總關(guān)斷，各部分的開(kāi)通和關(guān)斷、各種手動(dòng)控制部分等。 輔助控制電路是指上述基本控制系統(tǒng)之外的，有利于加工順利進(jìn)行、增加控 制功能、提高自動(dòng)化程度的各種控制電路，如 :自動(dòng)監(jiān)控、出現(xiàn)異常時(shí)的自動(dòng)報(bào) 等、自動(dòng)停車(chē)以及各種保護(hù)控制電路等。 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(guò)程穩(wěn)定進(jìn)行。此系統(tǒng)一 般由液泵、液箱、過(guò)濾器、管道、控制閥等部分組成，具有不采用強(qiáng)迫循環(huán)，工 作壓力和流量較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、液箱體積小，振動(dòng)和噪音小等特點(diǎn)，系統(tǒng)示意如 圖 25 所示。 第 21 頁(yè) 共 61 頁(yè) 圖 25 高速走絲電火花線(xiàn)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(guò)程如下 :機(jī)床電泵 將工作液經(jīng)濾網(wǎng)吸入，通過(guò)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(mén)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(guò)的廢液經(jīng)過(guò)過(guò)濾器，大部分蝕除產(chǎn)物被過(guò)濾掉。 高速快走絲電火花線(xiàn)切割加工的原理 高速快走絲電火花線(xiàn)切割加工中，要完成兩項(xiàng)工作，一是實(shí)現(xiàn)材料的切除， 材料的切除是利用電蝕加工原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的 ； 二是實(shí)現(xiàn)工件的輪廓控制，工件的輪 廓控制是用坐標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 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]。 1. 介質(zhì)間的電離、擊穿，形成放電通道 第 22 頁(yè) 共 61 頁(yè) 當(dāng)脈沖電壓施加于工具電極與工件之間時(shí)，兩極之間立即形成一個(gè)電場(chǎng)。電 場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度一般為最大。 在電場(chǎng)作用 下電子高速向陽(yáng)極運(yùn)動(dòng)，對(duì)介質(zhì)中的粒子產(chǎn)生撞擊，導(dǎo)致帶電粒 子雪崩式增多，使介質(zhì)擊穿而電阻率迅速降低，形成放電通道，放電通道是由數(shù) 量大體相等的帶正電 (正離子 )和帶負(fù)電粒子 (電子 )以及中性粒子 (原子或分子 )組成的等離子體。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。同時(shí)，電子流動(dòng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)又反過(guò)來(lái)對(duì)電子流產(chǎn)生向心的磁壓縮效應(yīng)。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(guò)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。 2. 介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹 極間介質(zhì)一旦被電離、擊穿、形成放電通道后，脈沖電源使通道間的電子高 速奔向正極，正離子奔向負(fù)極 ． 電能變成動(dòng)能，動(dòng)能通過(guò)碰撞又轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋? 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。高溫下的 氣化工作液和金屬蒸汽，瞬間體積猛增，在放電間隙內(nèi)形成氣泡，迅速熱膨脹 ． 熱膨脹和局部微爆炸，使熔化、氣化了的電極材料拋出蝕除。 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。通道中心壓力最高，使氣化了的氣體體積不斷向外膨脹， 形成一個(gè)擴(kuò)張的 “ 氣泡 ” 。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。 4 極間介質(zhì)的消電離 隨著脈沖電壓的結(jié)束，脈沖電流迅速降為零，但此后仍應(yīng)有一段間隔時(shí)間， 使間隙介質(zhì)消電離，即放電通道中的帶電粒子復(fù)合為中性粒子，恢復(fù)本次放電通 道處間隙介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度，以及降低電極表面溫度等，以免下次總是重復(fù)在同一 第 23 頁(yè) 共 61 頁(yè) 處發(fā)生放電而導(dǎo)致電弧放電，從而保證在別 處按兩極相對(duì)最近處或電阻率最小處 形成下一擊穿放電通道。 在消電離這段時(shí)間不放電，應(yīng)將電蝕過(guò)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(guò)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。 輪廓的實(shí)現(xiàn) 在線(xiàn)切割和過(guò)程中，輪廓的加工是通過(guò)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)合成來(lái)實(shí)現(xiàn)的。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)。如圖 26 所示，當(dāng)工件要完成某一軌跡時(shí)，如圖中從 A 切割到 B時(shí)，對(duì)于某一點(diǎn) A，其切向速度為 V，此時(shí)通過(guò)分解可得工作臺(tái)在 X、 Y 方向所需的移動(dòng)的速度分別為 Vx、 Vy，通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)速度進(jìn)行控制，得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，即可得到所需軌跡 [30][3I]。 圖 26 加工輪廓實(shí)現(xiàn)原理圖 fig． 26 schematic diagram of realizing machingouting 第 24 頁(yè) 共 61 頁(yè) 高速快走絲電火花線(xiàn)切割加工基本概況 高速快走絲線(xiàn)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。 2． 線(xiàn)切割主要進(jìn)行通 孔加工，加工主要形狀有面、曲線(xiàn)，被加工面有平面、 豎直面，也可加工具有一定錐度的斜面，但應(yīng)注意除小拐角必須大于某一 R(為電極絲半徑十放電間隙 )。 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。 4． 電極絲往復(fù)使用，損耗小。 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。 6． 用去離子水和乳化液做介質(zhì)，工作安全可靠。 7． 不論工件硬度如何，幾乎都可加工。 8． 所需加工的零件應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性 [32]~[35]。 電火花線(xiàn)切 割加工的應(yīng)用范圍 電火花線(xiàn)切割加工為新產(chǎn)品試制、精密零件加工及模具制造開(kāi)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]。 1． 加工模具 適用于各種形狀的沖模。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。模具配合間隙、加工精度通常都能達(dá)到要 此外，還可以加工擠壓模、粉末冶金模、彎曲模、塑壓模等通常帶錐度的模 模 具 。 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(lèi) 電極材料，用線(xiàn)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。 3． 加工零件 在試制新產(chǎn)品時(shí)，用線(xiàn)切割在坯料上直接割出零件，例如試制切割特殊微電 第 25 頁(yè) 共 61 頁(yè) 機(jī)硅鋼片定轉(zhuǎn)子鐵心，由于不需另行制造模具，可大大縮短制造周期、降低成本。 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。 在零件制造方面，可用于加工品種多、數(shù)量少的零件，特殊難加工材料的零件， 材料試驗(yàn)樣件，各種型孔、特殊齒輪凸輪、樣板、成型刀具，同時(shí)還可進(jìn)行微細(xì)