評論(0

中走絲線切割機床

標籤: 暫無標籤

中走絲電火花線切割機床(Medium-speed Wire cut Electrical Discharge Machining簡寫MS-WEDM),屬往複高速走絲電火花線切割機床範疇,是在高速往複走絲電火花線切割機上實現多次切割功能,被俗稱為「中走絲線切割」。

1 中走絲線切割機床 -線切割機床簡介

世界線切割機床的發展

  20世紀中期, 蘇聯拉扎林科夫婦研究開關觸點受火花放電腐蝕損壞的現象和原因時,發現電火花的瞬時高溫可以使局部的金屬熔化�氧化而被腐蝕掉,從而開創和發明了電火花加工方法, 線切割放電機也於1960年發明於蘇聯。當時以投影器觀看輪廓面前後左右手動進給工作檯面加工,其實認為加工速度雖慢,卻可加工傳統機械不易加工的微細形狀。代表的實用例子是化織噴嘴的異形孔加工。當時使用之加工液用礦物質性油(燈油)。絕緣性高,極間距離小,加工速度低,實用性受限。

  將之NC化,在脫離子水(接近蒸餾水)中加工的機種首先由瑞士放電加工機械製造廠在1969年巴黎工作母機展覽會中展出,改進加工速度,確立無人運轉狀況的安全性。但NC紙帶的製成卻很費事,若不用大型計算機自動程序設計,對使用者是很大的負擔。在廉價的自動程序設計裝置(Automatic Programed Tools APT)出現前,普及甚緩。日本製造廠開發用小型計算機自動程序設計的線切割放電加工機廉價,加速普及。線切割放電加工的加工形狀為二次元輪廓。自動程序裝置廣用簡易形APT(APT語言比正式機型容易),簡易形APT的出現為線切割放電機發展的重要因素

國內線切割機床的發展

  線切割機床起源於20世紀70年代初,在實行市場經濟以前線切割機床的發展比較緩慢,主要是因為當時中國的電子工業比較落後,線切割機床的生產廠均為國有企業。

  雖然技術能力強,但是由於與市場脫節,加之計劃經濟的束縛生產出的線切割機床不僅故障率高,而且性能也很有限(只能切割50mm厚,效率為30mm²/min左右)但是無論如何這種線切割機床是中國特有的一種機床,它同國外的線切割機床相比雖然精度低一些,但是它的製造及使用成本是有絕對優勢的,對於那些發展中國家是非常適合的,正是由於這種潛在市場的需求。

  在中國實行市場經濟以後,全國湧現出了很多的線切割機床生產廠,於是線切割市場上出現了無序競爭,無序競爭演變成價格競爭,為了降低成本,一些技術實力差的企業降低生產標準,加之國家有關技術監督機構管理不得力,使市場上的不同廠家的線切割機床質量出現巨大差異,同是線切割機床有的可以使用10年精度不衰減,有的只能使用二年,同一規格的線切割機床價格可以相差10萬人民幣,這確實給用戶的選型造成很大困難(特別是國外用戶),稍有不甚就會上當,那麼這些不合格的線切割機床為什麼還能在市場上出現?

  造業對線切割應用的普及,現在的線切割機床的應用已不僅僅局限在模具製造,有大部分機械零件的粗加工也在用線切割機床,所以低檔次的線切割機床也有一定市場。另一個原因就是GB7926―87線切割機床精度標準中明確規定:在達到本標準之前首先要達到JB2670―82《金屬切削機床精度檢驗通則》,而一些不具能力的生產廠鑽國家標準的空子,他們無視JB2670―80國家標準,在生產過程中降低加工精度選用劣質材料,於是就出現了如前所述的1―2年以後精度完全喪失。

  從社會環境來看,中國實行市場經濟的時間不長,一些小型的線切割機床生產廠還處在原始資本的積累階段,這些廠家往往不具備整機製造能力,只能是組裝式生產,生產全過程的質量控制根本談不上,研發、創新就更不可能,這類製造商在中國的東部地區非常之多,再加上目前中國與市場經濟相配套的法律還不成熟,以及因利益驅使的地方政府保護,所以這些不具生產能力的企業還會繼續生存,從目前的現狀看國家對此的態度是通過市場的競爭而自然淘汰。

2 中走絲線切割機床 -線切割機床發展現況

  中國的高速走絲電火花線切割機床起源於20世紀70年代初,受當時較落後的電子工業影響,發展比較緩慢。進入80年代,市場經濟的號角得到了眾多中小型線切割機床生產廠的響應。但當時多數小型的線切割機床生產廠還處在原始資本的積累階段,往往不具備整機製造能力,只能是組裝式生產,生產全過程的質量控制根本談不上,研發、創新就更不可能。演化到90年代,就不可避免進入了一個無序競爭的狀態。高速走絲線切割機作為由中國自主研發的一項技術,在整個機械加工史上具有著里程碑的意義。經歷了上個世紀80年代的飛速發展,90年代的激烈競爭,當中國的模具工業以騰飛的增長比例躍進世界第三的行列時,國內電火花線切割機製造業在保持增長速度20%以上的同時,也正面臨著市場的新一輪洗盤。一度雨後春筍般湧出的機械製造企業,試圖分得高速電火花線切割機市場一杯羹,或成或敗,在價格戰後曇花一現的例子也比比皆是。激烈之後趨於平緩,惡性競爭之後尋求理性回歸,而在這新一輪的大浪淘沙面前,國內高速線切割機又該如何在鉛華洗盡后仍能笑傲市場?

  新世紀初,隨著對高速線切割技術研發投入的增加,一種加工質量明顯高於其他高速走絲電火花線切割機,並逼近一般的低速走絲線切割機,在保留快速走絲線切割機床結構簡單、造價低、工藝效果好、使用過程消耗少等特點的基礎上,引用國際上精密模具加工設備的先進理念及慢走絲多次切割技術,引起了眾多線切割製造商和用戶的關注,並逐漸被用戶稱之為中走絲線切割。此後,在國內高速走絲切割機床發展史上,「中走絲」這個新生的名詞逐漸走進廣大廠商的視線,並迅速成為切割機床市場新的寵兒。

  如今,「中走絲」這一非科學名稱已然成為了中國特有的高速走絲線切割機中一類高端產品的代號,不僅風行國內而且逐漸在國際市場展露頭腳,不少企業仍堅信並積極致力於將高速走絲線切割機推向國際。

  現已公認,多次切割可以有效提高高速走絲電火花線切割機的加工質量,但不是所有的高速走絲電火花線切割機都能進行多次切割,或者說不是所有的高速走絲電火花線切割機採用多次切割技術后都能獲得好的工藝效果。只有那些製造精度高,並在諸方面創造了多次切割條件的高速走絲線切割機才能進行多次切割和無條紋切割,並獲得顯著的工藝效果。而高速走絲線切割機採用多次切割技術后,其加工質量提高顯著,並接近於經濟型低速走絲線切割機,且這種機床的價格及其消耗則遠遠低於低速走絲電火花線切割機。

  「目前來說,國內的企業技術力量上參差不齊,資本實力也各不相同。要煥發出高速線切割機的新的春天,首先是要重視在技術上的創新,只有技術才是可持續發展的基礎和保證;再次就是可以採取企業聯盟的方式,由實力較強的企業牽頭,與相關企業聯合或是合作,通過揚長避短實現資源共享;再次就是要良性競爭、理性競爭,切忌簡化產品,防止技術退化。現在,我們在技術上的努力,換來了『中走絲』的走俏,這是一條值得繼續探索的道路。

3 中走絲線切割機床 -中走絲線切割機床

概述

  什麼是中走絲線切割,中走絲電火花線切割機(Medium-speed wire cut Electrical Discharge Machining簡寫MS-WEDM),屬往複高速走絲電火花線切割機床範疇,是在高速往複走絲電火花線切割機上實現多次切割功能,被俗稱為「中走絲線切割」。中走絲技術在這裡指出,所謂「中走絲」並非指走絲速度介於高速與低速之間,而是複合走絲線切割機床,即走絲原理是在粗加工時採用高速(8-12m/s)走絲,精加工時採用低速(1-3m/s)走絲,這樣工作相對平穩、抖動小,並通過多次切割減少材料變形及鉬絲損耗帶來的誤差,使加工質量也相對提高,加工質量可介於高速走絲機與低速走絲機之間。因而可以說,用戶所說的「中走絲」,實際上是往複走絲電火花線切割機借鑒了一些低速走絲機的加工工藝技術,並實現了無條紋切割和多次切割。中走絲技術在實踐中得出,在多次切割中第一次切割任務主要是高速穩定切割,可選用高峰值電流,較長脈寬的規准進行大電流切割,以獲得較高的切割速度。第二次切割的任務是精修,保證加工尺寸精度 。可選用中等規准,使第二次切割后的粗糙度Ra在1.4~1.7μm之間。 為了達到精修的目的,通常採用低速走絲方式,走絲速度為1~3m/s,並對跟蹤進給速度限止在一定範圍內,以消除往返切割條紋,並獲得所需的加工尺寸精度。 第三次、第四次或更多次切割(目前中走絲控制軟體最多可以實現七次切割)的任務是拋磨修光 ,可用最小脈寬(目前最小可以分頻到1μs)進行修光,而峰值電流隨加工表面質量要求而異,實際上精修過程是一種電火花磨削,加工量甚微,不會改變工件的尺寸大小。走絲方式則像第二次切割那樣採用低速走絲限速進給即可。中走絲技術在加工過程中,多次切割還需注意變形處理,因為工件在線切割加工時,隨著原有內應力的作用及火花放電所產生的加工熱應力的影響,將產生不定向、無規則的變形,使後面的切割吃刀量厚薄不均,影響了加工質量和加工精度。因此需根據不同材料預留不同加工余量,以使工件充分釋放內應力及完全扭轉變形,在後面多次切割中能夠有足夠余量進行精割加工,這樣可使工件最後尺寸得到保證。

特點與優點

  在日常生活中,我們常常聽說中走絲、慢走絲、快走絲,對於業內人來說,可能是非常的簡單,但是對於業外人來說,不知道三者之間到底應如何區分?本文簡單介紹一下,三者的區別。如要更細了解請查找更多的相關的資料。

  首先,中走絲、慢走絲、快走絲都是指的電火花線切割機床。電火花線切割機(Wire cut Electrical Discharge Machining簡稱WEDM),屬電加工範疇,是由前蘇聯拉扎林科夫婦研究開關觸點受火花放電腐蝕損壞的現象和原因時,發現電火花的瞬時高溫可以使局部的金屬熔化、氧化而被腐蝕掉,從而開創和發明了電火花加工方法。電火花線切割機按走絲速度可分為高速往複走絲電火花線切割機(Reciprocating type High Speed Wire cut Electrical Discharge Machining俗稱「快走絲」)、低速單向走絲電火花線切割機(Low Speed one-way walk Wire cut Electrical Discharge Machining俗稱「慢走絲」)和立式自旋轉電火花線切割機(Vertical Wire Electrical Discharge Machining machine tool With Rotation Wire)三類。又可按工作台形式分成單立柱十字工作台型和雙立柱型(俗稱龍門型)。

  快走絲是指鉬絲來回走動,這樣比較節約鉬絲,但是精度低,一般國產線切割機使用。

  中走絲也是電火花線切割機床的一種,工作原理是利用連續移動的鉬絲(稱為電極絲)作電極,對工件進行脈衝火花放電蝕除金屬、切割成型。其走絲速度及工件質量介於快走絲和慢走絲之間所以叫做中走絲,準確的說:中走絲是快走絲的升級產品,所以也可以叫:能多次切割的快走絲,所以它的加工速度接近於慢走絲,而加工的質量也趨於慢走絲。走絲速度在1~12m/s之間,可以根據需要進行調節。

  慢走絲線切割DK7632慢走絲是電火花線切割的一種英文簡寫是(WEDM-LS)是利用連續移動的細金屬絲(稱為電極絲)作電極,對工件進行脈衝火花放電蝕除金屬、切割成型。它主要用於加工各種形狀複雜和精密細小的工件,根據電極絲的運行速度不同,電火花線切割機床通常分為兩類:一類是慢走絲(也叫低速走絲電火花線切割機床)電極絲作低速單向運動,一般走絲速度低於0.2m/s,精度達0.001mm級,表面質量也接近磨削水平。電極絲放電后不再使用,工作平穩、均勻、抖動小、加工質量較好。而且採用先進的電源技術,實現了高速加工,最大生產率可達220mm2/min。

  1、中走絲線切割的特點

  高速走絲與低速走絲(或快走絲和慢走絲)的提法,是用電極絲的走絲速度來區分的。而中走絲,雖然其走絲速度介於二者之間,但它描述的重點,並不是走絲速度,僅僅是參照了以前的名詞,形象化地把這種――在高速走絲基礎上發展起來的,加工效果向低速走絲靠攏的――新型機床,稱為了中走絲;且又與俗稱(以前的名詞)快走絲、慢走絲相對應。

  事實上,在現行有效的「特種加工行業」標準中,已經不以走絲速度來劃分線切割機床類型,而是分為了「單向走絲型」和「往複走絲型」兩類。例如,GB/T 7925-2005 電火花線切割機(往複走絲型) 參數。

  這樣,快走絲和中走絲,都屬於往複走絲型線切割。而在平常的敘述中,仍不妨以快走絲和中走絲相區別。現在,來看中走絲線切割的特點。

  1)可實現多次切割 中走絲與快走絲的顯著區別,是可實現多次切割。多次切割的目的,是為了提高表面質量,滿足加工工件的需要,從而擴大適應範圍。例如,中走絲機床,在三次切割后,表面粗糙度達Ra≤1.2μm.

  多次切割對機床的機械精度、重複定位精度、運絲系統的穩定性、脈衝電源的性能、工作液的電導率以及多次切割的工藝資料庫等的要求遠遠高於普通HSWEDM機床的要求。

  (2)脈衝電源有所突破 為實現多次切割而又保證加工效率,必須提高在粗加工時的切割速度,這需要脈衝電源的密切配合。

  為此,根據電力電子技術的發展,將脈衝電源進行了改進,並取消了限流電阻(限流電阻。這樣一來,既提高了脈衝電源性能,又節約了能源。

  當前,中走絲脈衝電源的最大切割速度接近200mm2/min,多次切割(例如三次)的平均速度,可達60-80mm2/min左右;而且,獲得了極低電極絲損耗的效果。因此,有的被號稱為智能化高頻脈衝電源。

  (3)控制系統 中走絲線切割多採用工業PC機構成一體化的編程式控制制系統,結合工藝資料庫,系統能提供最佳加工條件,以達到高速加工、保證質量、簡化操作的目的。

  例如,用戶在輸入加工條件(材料、厚度等)、工藝參數(表面粗糙度等)后,系統就可給出合適的電規准(脈衝寬度、脈衝間隔、空載電壓、加工電壓、加工電流等),以及伺服進給速度、電極絲運絲速度等進行各次加工,並在加工中作出適當反應。

  所以,控制系統需要脈衝電源、機床電氣系統的密切配合,也有把這類型機床稱為「智能化多速走絲線切割機床」的。

  (4)機床電路 為滿足各次切割的不同要求,電極絲運絲速度要求可進行調節,採用交流變頻調速是常用的方式。

  如此一來,可採用電子邏輯電路代替繼電器控制電路,同時也方便了與控制系統介面,便於對運絲速度的控制。

  採用變頻調速后,也減緩了運絲電機的換向衝擊,有利於保持電極絲的穩定。

  (5)機床機械精度的提高及其他 為保證多次切割的效果,機床必須有較高的重複定位精度,這對床身、導軌等都有一定的要求。

  採取的措施包括:設計合適的結構、選用合適的材料、使用直線導軌,以及進給系統採用無間隙齒輪副或電機直拖消間隙等,以此來保持機床的精度和耐用性。

  在電極絲的穩定性方面,也同樣採取了各種各樣的措施。

  另外,開發了新的工作液,新的過濾系統,以滿足加工和環保要求。

  2、快走絲線切割與中走絲線切割

  把傳統的「快走絲線切割」稱為了「普通高速走絲線切割」,以區別於以後出現的新型機床――就目前來說,「中走絲」就是這樣的新型機床。

  (1)快走絲(普通高速走絲線切割機床)仍會有較大的擁有量

  中走絲是近年發展起來的新型機種;之前,快走絲已經歷了一個年產銷數萬台的鼎盛時期,這大量的機床仍將繼續使用。並且,由於快走絲技術成熟,價格低廉,以及高效大厚度加工的優勢,所以仍將佔有相當大的市場份額。

  即使計算到使用日久而退出的機床,和採用中走絲技術改造的少量機床,快走絲的絕對數量,仍將是一個可觀的數字。考慮到機床較長的使用壽命,所以在相當長的時間內,快走絲數量仍佔有絕對優勢。

  (2)快走絲與中走絲將長期共存

  目前,中走絲線切割有較強的推廣力度,也有較好的發展勢頭。它「在加工一些厚度不大的工件方面已有實用的價值,但若加工的工件厚度較大,實現可靠加工就較為困難。

  由於中走絲秉承了快走絲性價比高的優點,又有加工質量好的優勢,雖然加工效果越好的機床價格越高,但仍然會被一些有需要的用戶接受。結合上面的論述,可知快走絲與中走絲將長期共存。

  並且,隨著中走絲技術的完善,在電氣控制方面,部分快走絲將有向中走絲融合的趨勢,保持性價比優勢的快走絲機床或者大眾化機床,將借鑒中走絲的可用技術,從而提高性能。

工作環境

  中走絲線切割機床的工作環境的一些相關注意的事項

  1.選擇沒有粉塵的場所,避免留眾多的通道在線切割的旁邊;

  (1) 線切割放電機器之本身特性,其空氣中有灰塵存在,將會使機器的絲桿受到嚴重磨損,從而影響使用壽命;

  (2) 線切割放電機器屬於計算機控制,計算機所使用的磁碟對空氣中灰塵的要求相當嚴格的,當磁碟內有灰塵進入時,磁碟就會被損壞,同時也損壞硬碟;

  (3) 線切割放電機本身發出大量熱,所以電器櫃內需要經常換氣,若空氣中灰塵太多,則會在換氣過程中附積到各個電器組件上,造成電器組件散熱不良,從而導致電路板被燒壞掉。因此,機台防塵網要經常清潔。

  2.選擇能承受機床重量的場所;

  3.選擇沒有振動和衝擊傳入的場所,線切割放電機床是高精度加工設備,如果所放置的地方有振動和衝擊,將會對機台造成嚴重的損傷,從而嚴重影響其加工精度,縮短其使用壽命,甚至導致機器報廢。

  4.滿足線切割機床所要求的空間尺寸;

  5.選擇溫度變化小的場所,避免陽光通過窗戶和頂窗玻璃直射及靠近熱流的地方

  (1)高精密零件加工之產品需要在恆定的溫度下進行,一般為室溫20C;

  (2)由於線切割放電機器本身工作時產生相當大的熱量,如果溫度變化太大則會對機器使用壽命造成嚴重影響。

  6.選擇屏蔽屋:因線切割放電加工過程屬於電弧放電過程,在電弧放電過程中會產生強烈的電磁波,從而對人體健康造成傷害,同時會影響到周圍的環境.

  7.選擇通風條件好,寬敞的廠房,以便操作者和機床能在最好的環境下工作。

  線切割的其它注意事項:

  1. 鉬絲與工件的被加工表面之間必須保持一定間隙,間隙的寬度由工作電壓 、加工量等加工條件而定。

  2. 電火花線切割機床加工時,必須在有一定絕緣性能的液體介質中進行,如煤油、皂化油、去離子水等,要求較高絕緣性是為了利於產生脈衝性的火花放電,液體介質還有排除間隙內電蝕產物和冷卻電極作用。鉬絲和工件被加工表面之間保持一定間隙,如果間隙過大,兩極間電壓不能擊穿極間介質,則不能產生電火花放電;如果間隙過小,則容易形成短路連接,也不能產生電火花放電。

  3. 必須採用脈衝電源,即火花放電必須是脈衝性、間歇性,上圖中ti為脈衝寬度、to為脈衝間隔、tp為脈衝周期。在脈衝間隔 內,使間隙介質消除電離,使下一個脈衝能在兩極間擊穿放電。

工作液

  中走絲線切割工作液的作用與注意事項:

  電火花線切割穩定切割的前提首先必須保證在切割過程中不斷絲。而斷絲機率主要隨著放電能量和切割厚度的增加而加大,即與電極絲在放電通道內所受到的離子轟擊、冷卻狀態及停留時間密切相關。切割的效率和表面粗糙度也與極間冷卻與消電離並恢復絕緣狀態有關。當採用含有機械油5%左右的乳化液作為工作介質時,切割完畢后觀察切割工件表面有兩個現象:首先切割完畢的試件是粘附在基體上的,一般需要用力甚至敲擊才可以使其與基體脫離;其次切割完畢的試件表面覆蓋著膠粘的甚至是粉末狀的蝕除產物,需用煤油才能清洗乾淨。這主要是伴隨著放電通道內10000°C以上的高溫,工作介質將分解生成大量的高分子化合物並與金屬蝕除產物反應生成膠體狀或顆粒狀物質。這些物質將粘附在切縫內,並主要在切縫出口部位堆積,嚴重影響電蝕產物的排除,並使新鮮的工作介質進入切縫十分困難。由於兩極間不能保證存在不斷更新的工作介質,這樣將直接影響正常放電的延續甚至是在混有大量膠體物質的間隙內進行的放電甚至產生電弧放電,從而使工件和電極絲表面得不到及時冷卻,絕緣狀態不正常,造成正常放電比例降低,切割速度降低,工件表面燒傷,換向條紋嚴重並使得加工質量惡化,同時損傷電極絲,嚴重時引起燒絲。因此選用乳化液作為工作介質對於極間通道內冷卻狀態的改善、消電離並恢復絕緣狀態均有較大的影響,並且工件愈高,運絲速度愈慢,電極絲在加工區域停留時間將愈長,斷絲的機率自然就會增加。而乳化液在放電通道內分解成膠體或顆粒狀物質是一種必然的現象,所以使用乳化液作為工作介質必然大大限制切割工藝指標的提高。極間冷卻狀態的惡化其最直接的結果將導致WEDM-HS必須以十分保守的放電能量換取不斷絲的加工情況。

  純凈水基工作液的優缺點:

  中走絲線切割機床由於純水基工作液導電率較高,所以在切割過程中具有較強的電解作用,雖然切割出的工件表面十分均勻,但工件表面因為電解作用將導致色澤較暗,這種現象在多次切割時體現的更加明顯;

  1.純水基工作液因為沒有油性成分,所以一旦揮發后其切割的蝕除產物就粘接在工作台上和導輪周圍,清理困難,嚴重時甚至會將導輪抱死,一旦運絲后電極絲與導輪將產生滑動摩擦導致導輪精度喪失而報廢;

  2.水基工作液因為具有較強的鹼性,長期使用會使得機床油漆面起泡和褪色;

  3.水基工作液必須嚴格控制稀釋比例,否則極易鏽蝕機床和工件;

  4.水基工作液揮發性較強,同時由於組分的問題,一般在切割過程中都會散發出一些異味。

  目前市面上有線切割專用乳化液、固體乳化皂、複合工作液等,選擇好的工作液對加工的質量起到相當大的做用。

組成

  1.機床主體:床身、絲架、走絲機構、X―Y數控工作台

  2.工作液系統

  3. 高頻電源:產生高頻矩形脈衝,脈衝信號的幅值、脈衝寬度可以根據不同工作狀況調節。

  4. 數控和伺服系統

加工的應用

  1.廣泛應用於加工各種沖模。

  2.可以加工微細異形孔、窄縫和複雜形狀的工件

  3.加工樣板和成型刀具。

  4.加工粉末冶金模、鑲拼型腔模、拉絲模、波紋板成型模

  5.加工硬質材料、切割薄片,切割貴重金屬材料。

  6.加工凸輪,特殊的齒輪。

  7.適合於小批量、多品種零件的加工,減少模具製作費用,縮短生產周期

4 中走絲線切割機床 -控制

開環控制

  中走絲線切割開環控制(Open -loop control system )指調節系統不接受反饋的控制,只控制輸出,不計後果的控制。又稱為無反饋控制系統。在數控機床中由步進電動機和步進電動機驅動線路組成。數控裝置根據輸入指令,經過運算髮出脈衝指令給步進電動機驅動線路,從而驅動工作台移動一定距離。這種伺服系統比較簡單,工作穩定,容易掌握使用,但精度和速度的提高受到限制。所以一般僅用於可以不考慮外界影響,或慣性小,或精度要求不高的一些經濟型數控機床。

閉環控制

  中走絲線切割閉環控制(closed-loop control system)則是由信號正向通路和反饋通路構成閉合迴路的自動控制系統,又稱反饋控制系統。在數控機床中由伺服電動機、比較線路、伺服放大線路、速度檢測器和安裝在工作台上的位置檢測器組成。這種系統對工作台實際位移量進行自動檢測並與指令值進行比較,用差值進行控制。這種系統定位精度高,但系統複雜,調試和維修困難,價格較貴,主要用於高精度和大型數控機床。

半閉環控制

  中走絲線切割半閉環伺服系統的工作原理和閉環伺服系統相似,只是位置檢測器不是安裝在工作台上,而是安裝在伺服電動機的軸上。這種伺服系統所能達以的精度、速度和動太特性優於開環伺服系統,其複雜性和成本低於閉環伺系統,主要用於大多數中小型數控機床。

5 中走絲線切割機床 -參數設置

工藝要求

  自本世紀初國內有數家電加工機床生產企業通過對高速電火花線切割機床的改造,實現了在高速電火花線切割機床上的多次切割加工,該類機床被稱為「中走絲」(所謂「中走絲機」並不僅指走絲速度介於高速與低速之間,而且加工質量也介於高速走絲機與低速走絲機之間)。因而可以說,用戶所說的「中走絲機」,實際上是指那些能實現無條紋切割和多次切割的往複走絲電火花線切割機。多次切割技術可以明顯提高高速走絲機的加工質量,解決一次切割時的材料變形影響,提高加工精度,獲得較低的表面粗糙度,消除往返切割條紋,並保證一定的切割速度。較大地提高了高速電火花線切割的工藝水平,且由於該類機床具有較高的性價比而逐步被廣大的中小企業用戶所接受,對於「中走絲」而言,使用過程中的運行成本並未增加,但切割的工藝指標尤其是切割表面粗糙度值卻有較大幅度降低。

  目前,高速走絲機的多次切割技術有了長足的發展,加工質量的明顯提高引起了眾多製造商和用戶的注意。中走絲電火花線切割多次切割后工件表面光潔度雖然提高了,但該類機床的切割精度比低速電火花線切割機床仍存在較大差距,且精度的保持性也需進一步提高。究其原因在於:大多數「中走絲」機床都是對現有的高速電火花線切割機床運絲系統進行了改進,但其基本結構仍沒有質的變化;由於電極絲的反覆使用,在中走絲切割過程中必然存在電極絲的損耗,從而影響放電間隙並最終降低了切割精度;中走絲多次切割加工對於大部分端子模、衝壓模的凹模,加工效果明顯,無論精度、粗糙度均有明顯提升,操作也比較簡單。對於凸模加工,工藝性較強,操作經驗很重要,有些體積大、材料厚的凸模加工還有待積累加工經驗。此外有關理論修正量與實際修正量的差異與規律及高速電火花線切割的放電機理等問題還有待於進一步改進。嚴格按照以下條件生產:

  ① 機床本體方面:按國家相關標準嚴格控制機床的製造精度,特別是提高機床的定位精度和重複定位精度。同時也選用台灣或日本進口線性滑軌、精密絲桿,進行螺距補償或者閉環控制等。使前後二次切割軌跡完全一致;

  ② 運絲系統方面:採用高耐磨性電極絲保持器,保持電極絲的相對穩定,控制電極絲的空間形位變化,減小加工過程中電極絲的張力變化。

  ③ 脈衝電源方面:提高一次加工的切割速度,穩定在120 mm2/min以上.,減小電極絲損耗,保證加工件的精度,同時提供性能良好的精加工脈衝電源。

  ④ 變頻伺服方面:提供了適合粗、精加工的伺服模式,滿足不同加工對象的加工要求,與電規准合成將伺服參數寫入加工參數資料庫。

  ⑤ 冷卻系統方面:改變常用的粗放冷卻方式,採取多級過濾並對介電常數等關鍵參數加以控制,確保精加工的順利進行。

  ⑥ 控制軟體方面:提供開放的加工參數資料庫,可以根據材料的質地、厚度、粗糙度等條件,合理設置粗切割、精修和精微修光的脈衝參數、加工軌跡補償量、電極絲移動方式及其移動速度等,並開發了相應的多次切割智能資料庫。

  雖然加工質量有了明顯提高,但當前的切割速度仍舊偏低,不能滿足用戶的需要,有待於我們繼續努力。

加工技術

  第一次切割任務是高速穩定切割

  ⑴脈衝參數:選用高峰值電流,較長脈寬的規准進行大電流切割,以獲得較高的切割速度。

  ⑵電極絲中心軌跡的補償量小:

  f = 1/2φd +δ+ △ + S式中,f為補償量(mm);δ為第一次切割時的放電間隙(mm);φd為電極絲直徑(mm);△為留給第二次切割的加工余量(mm); S為精修余量(mm)。 在高峰值電流粗規准切割時,單邊放電間隙大約為0.02mm;精修余量甚微,一般只有0.003mm。而加工余量△則取決於第一次切割后的加工表面粗糙度及機床精度,大約在0.03~0.04mm範圍內。這樣,第一次切割的補償量應在0.05~0.06mm之間,選大了會影響第二次切割的速度,選小了又難於消除第一次切割的痕迹。

  ⑶走絲方式:採用高速走絲,走絲速度為8~12m/s,達到最大加工效率。

  第二次切割的任務是精修,保證加工尺寸精度

  ⑴脈衝參數:選用中等規准,使第二次切割后的粗糙度Ra在1.4~1.7μm之間。

  ⑵補償量f:由於第二次切割是精修,此時放電間隙較小,δ不到0.01mm,而第三次切割所需的加工質量甚微,只有幾微米,二者加起來約為0.01mm。所以,第二次切割的補償量f約為1/2d+0.01mm即可。

  ⑶走絲方式:為了達到精修的目的,通常採用低速走絲方式,走絲速度為1~3m/s,並對跟蹤進給速度限止在一定範圍內,以消除往返切割條紋,並獲得所需的加工尺寸精度。

  第三次切割的任務是拋磨修光 。

  ⑴脈衝參數:用最小脈寬進行修光,而峰值電流隨加工表面質量要求而異。

  ⑵補償量f:理論上是電極絲的半徑加上0.003mm的放電間隙,實際上精修過程是一種電火花磨削,加工量甚微,不會改變工件的尺寸大小。所以,僅用電極的半徑作補償量也能獲得理想效果。

  ⑶走絲方式:像第二次切割那樣採用低速走絲限速進給即可。

  凸模加工工藝

  凸模在模具中起著很重要的作用,它的設計形狀、尺寸精度及材料硬度都直接影響模具的沖裁質量、使用壽命及衝壓件的精度。在實際生產加工中,由於工件毛坯內部的殘留應力變形及放電產生的熱應力變形,故應首先加工好穿絲孔進行封閉式切割,儘可能避免開放式切割而發生變形。如果受限於工件毛坯尺寸而不能進行封閉形式切割,對於方形毛坯件,在編程時應注意選擇好切割路線(或切割方向)。切割路線應有利於保證工件在加工過程中始終與夾具(裝夾支撐架)保持在同一坐標系,避開應力變形的影響。夾具固定在左端,從葫蘆形凸模左側,按逆時針方向進行切割,整個毛坯依據切割路線而被分為左右兩部分。由於連接毛坯左右兩側的材料越割越小,毛坯右側與夾具逐漸脫離,無法抵抗內部殘留應力而發生變形,工件也隨之變形。若按順時針方向切割,工件留在毛坯的左側,靠近夾持部位,大部分切割過程都使工件與夾具保持在同一坐標系中,剛性較好,避免了應力變形。一般情況下,合理的切割路線應將工件與夾持部位分離的切割段安排在總的切割程序末端,即將暫停點(支撐部分)留在靠近毛坯夾持端的部位。

  中走絲線切割機床適合加工各種複雜形狀的沖模及單件齒輪、花鍵、尖角窄縫類零件 ,具有速度快、周期短等優點,應用非常普及。高速走絲的線切割機床的電極絲主要是採用鉬絲,電極絲運動速度快通常為8~12米/秒,而且是雙嚮往返循環運行,在加工過程 中很容易發生斷絲。如果在切割工件過程中多次斷絲,不僅會造成一定的經濟損失,而且會帶來重新繞絲的麻煩;不僅耽誤時間,而且會在工件上產生斷絲痕迹,影響加工質 量,嚴重的會造成工件報廢。

  本文詳細的總結了中走絲線切割機床在工作中經常出現的斷絲原因及解決辦法:

斷絲原因分析

  1,鉬絲鉬絲的鬆緊程度

  如果鉬絲安裝太松,則鉬絲抖動厲害 ,不僅會造成斷絲,而且由於鉬絲的抖動直接影響工件表面粗糙度。但鉬絲也不能安裝 得太緊,太緊內應力增大,也會造成斷絲,因此鉬絲在切割過程中,其鬆緊程度要適當 ,新安裝的鉬絲,要先緊絲再加工,緊絲時用力不要太大。鉬絲在加工一段時間后,由 於自身的拉伸而變松。當伸長量較大時,會加劇鉬絲振動或出現鉬絲在貯絲筒上重疊。 使走絲不穩而引起斷絲。應經常檢查鉬絲的鬆緊程度,如果存在鬆弛現象,要及時拉緊 。

  鉬絲安裝。鉬絲要按規定的走向繞在貯絲筒上,同時固定兩端。繞絲時,一般貯絲 筒兩端各留10mm,中間繞滿不重疊,寬度不少於貯絲筒長度的一半,以免電機換向頻繁 而使機件加速損壞,也防止鉬絲頻繁參與切割而斷絲。

  機床上鉬絲引出處有擋絲棒,擋絲棒是由兩根紅寶石製成的導向立柱,擋絲棒不像 導輪那樣作滾動運動,他們直接與鉬絲接觸,作滑動摩擦。因此磨損很快,使用不久柱 體與鉬絲接觸的地方就會形成深溝,必須及時檢查並進行翻轉和更換,否則會出現疊絲 斷絲。

  2,運絲機構

  中走絲線切割機的運絲機構主要是由貯絲筒、線架和導輪組成。當運絲機構的精度下降時 (主要是傳動軸承),會引起貯絲筒的徑向跳動和軸向竄動。貯絲筒的徑向跳動會使電 極絲的張力減小,造成絲松,嚴重時會使鉬絲從導輪槽中脫出拉斷。貯絲筒的軸向竄動 會使排絲不勻,產生疊絲現象。貯絲筒的軸和軸承等零件常因磨損而產生間隙,也容易 引起絲抖動而斷絲,因此必須及時更換磨損的軸和軸承等零件。貯絲筒換向時,如沒有 切斷高頻電源,會導致鉬絲在短時間內溫度過高而燒斷鉬絲,因此必須檢查貯絲筒後端 的行程開關是否失靈。要保持貯絲筒、導輪轉動靈活,否則在往返運動時會引起運絲系 統振動而斷絲。繞絲后空載走絲檢驗鉬絲是否抖動,若發生抖動要分析原因。貯絲筒后 端的限位擋塊必須調整好,避免貯絲筒衝出限位行程而斷絲。擋絲裝置中擋塊與快速運 動的鉬絲接觸、摩擦,易產生溝槽並造成夾絲拉斷,因此也需及時更換。導輪軸承的磨 損將直接影響導絲精度,此外,當導輪的v型槽、寶石限位塊、導電塊磨損后產生的溝槽 ,也會使電極絲的摩擦力過大,易將鉬絲拉斷。這種現象一般發生在機床使用時間較長 、加工工件較厚、運絲機構不易清理的情況下。因此在機床使用中應定期檢查運絲機構 的精度,及時更換易磨損件。

  3,工件

  工件材料:對不經鍛打、不淬火材料,在線切割加工前最好採用低溫回火消除內應 力,因為如果工件的內應力沒有得到消除,在切割時,有的工件會開裂,把鉬絲碰斷; 有的會使間隙變形,把鉬絲夾斷或彈斷。如淬火后t8鋼在線切割加工中及易引起斷絲盡 量少用。切割厚鋁材料時,由於排屑困難,導電塊磨損較大,注意及時更換。

  工件裝夾:雖然線切割加工過程中工件受力極小,但仍需牢固夾緊工件,防止加工 過程中因工件位置變動造成斷絲。同時要避免由於工件的自重和工件材料的彈性變形造 成的斷絲。在加工厚重工件時,可在加工快要結束時,用磁鐵吸住將要下落的工件,或 者人工保護下落的工件,使其平行緩慢下落從而防止斷絲。 4電參數電參數選擇不當也 是引起斷絲的一個重要原因,所以要根據工件厚度選擇合理的電參數,將脈衝間隔拉開 一些,有利於熔化金屬微粒的排出,同時峰值電流和空載電壓不宜過高,否則使單個脈 沖能量變大,切割速度加快,容易產生集中放電和拉弧,引起斷絲。一般空載電壓為 100v左右。在電火花加工中,電弧放電是造成負極腐蝕損壞的主要因素,再加上間隙不 合適,容易使某一脈衝形成電弧放電,只要電弧放電集中於某一段,就會引起斷絲。

  根據工件厚度選擇合適的放電間隙:放電間隙不能太小,否則容易產生短路,也不 利於冷卻和電蝕物的排出;放電間隙過大,將影響表面粗糙度及加工速度。當切割厚度 較大的工件時,應盡量選用大脈寬電流,同時放電間隙也要大一點,長而增強排屑效果 ,提高切割的穩定性。

  中走絲線切割斷絲的原因分析:

  線切割作為中國獨創的一種電火花線切割加工模式,應用極為廣泛。電火花線切割加工的優點在於可以加工淬火類等熱處理后的零件、異型零件,切除廢料少等。工具電極通常為直徑0.10~0.18mm的鉬絲,加工過程中極易斷絲,不但耽誤生產時間、增加生產成本,而且降低了零件的加工質量。原因分析如下:

  1.跟工件有關的斷絲

  (1)工件經熱處理后工件內部存在內應力,在切割過程中造成內應力釋放,夾住鑰絲而造成斷絲。如果在工件熱處理前加工穿絲孔,從工件內側進行切割可以避免內應力造成斷絲。

  (2)切割工件后,由於廢料自重較大,在掉落瞬間夾住鑰絲造成斷絲。在切割快完成時,可以用磁鐵同時吸住廢料和工件,或用夾具(如壓板)夾住,等待加工完成後再取下廢料。

  (3)鑄造類零件在鑄造過程中可能造成的砂眼、氣孔,工件內部有不導電的雜質,在切割過程中可能會拉斷絲。對於此類零件,條件許可情況下可以採用探測工具探測零件內部材質是否均勻,對於不具備條件的應該隨時監測切割過程中機床儀錶,對於電壓或者電流突變情況應該及時處理。

  (4)工件切入點處或者穿絲孔在熱處理后可能會有不導電的氧化物等雜質造成無法切割,造成斷絲。對此可以用銼刀或者砂輪打磨工件切入點,去除不導電物質,露出導電部分再切割。

  (5)工件表面覆蓋層(如塑料薄膜,油漆等)不導電造成的斷絲。工件接脈衝電源正極,鑰絲接脈衝電源負極,如果工件由於覆蓋層跟脈衝電源正極接觸不良,則無法放電加工,可能會拉斷鉬絲,因此必須保證工件和脈衝電源正極可靠連接,必要時首先去除掉工件表面覆蓋層。

  2.跟工作液有關的斷絲

  (1)工作液的濃度不合理造成斷絲。工作液濃度要合理,首先要選擇質量好的工作液,水質要好,然後根據零件不同的加工工藝指標要求進行工作液配製,配比一般為5%~20%。通常電火花線切割機床每天工作8h,連續使用8~10天後就需要更換新的工作液,否則容易斷絲。對於大厚度或要求切割速度高的工件可以將工作液濃度降低5%~8%左右,這樣加工穩定;而對於加工質量要求高的工件,工作液配比可以提高到10%~20%。

  (2)工作液沖刷不足造成的斷絲。工作液的作用之一是沖刷切縫,冷卻鑰絲和工件,排除蝕除物。工作液噴出時如果衝擊力過大可能會造成鑰絲偏移,放電不均勻;衝擊力過小時則工作液噴出不足,無法沖入切縫中,無法放電,造成放電條件惡劣,無法排出蝕除物造成斷絲。因此要定時檢查噴嘴和迴流通道是否有堵塞,工作液噴出速度要合理,對於大厚度零件可以開大工作液噴出速度,使得工作液能充分進入切縫進行冷卻和排屑。

  (3)工作液不夠或者堵塞造成無切削液加工,鑰絲很快會燒斷。因此,機床工作過程中要不定時檢查工作液是否足夠,循環通道是否暢通。

  3.跟走絲機構有關的斷絲

  (1)跟導電塊有關的斷絲。導電塊通常是壓住或者抬起鑰絲一點,由於鉬絲運行長時間接觸導電塊,導電塊會有溝痕,溝痕過大會夾斷鋁絲,因此應該定期將導電塊旋轉一定的角度,或者直接更換導電塊。

  (2)跟導輪有關的斷絲。鉬絲通過導輪導向,因此導輪的精度影響鉬絲運行,其中支撐導輪的軸承影響導輪的軸向和徑向跳動,進而影響到鑰絲放電加工時的穩定性,因此,應該嚴格按照機床保養說明定期噴注潤滑脂或者更換軸承,乃至直接更換導輪組件。

  (3)張緊機構造成的斷絲。如果張絲的時候重鎚過重,在張絲過程中也可能會造成斷絲,或者鉬絲超過彈性變形的限度,鋁絲在運轉過程中由於頻繁換向以及頻繁的放電以及冷卻,很快也會斷絲。因此,張絲的時候應該選擇合理的重鎚個數進行張緊。

  (4)儲絲筒造成的斷絲。儲絲筒的徑向跳動會造成鉬絲切割過程中張力突變,會拉斷鉬絲軸向跳動還會造成疊絲,更容易造成斷絲。因此應該定期檢測儲絲筒精度並調整。

  (5)鉬絲在儲絲筒上纏繞不合理造成的斷絲。鉬絲在儲絲筒兩端應該預留5~10mm寬度的鉬絲,否則鉬絲在換向時張緊力不均勻容易掙斷鉬絲,如果鑰絲在儲絲筒上有疊絲也會造成斷絲,因此應該在張絲時候調整鉬絲在儲絲筒上排列合理。

  (6)儲絲筒運轉電機的換向機構失靈造成的斷絲。儲絲筒運轉電機的換向通過手動調整壓板調節儲絲筒的軸向行程,開關壓板壓下行程開關后電機應該換向,如果開關壓板沒有固定好或者沒有壓下行程開關,或者行程開關失靈,從而會造成儲絲筒超程拉斷鉬絲。因此,機床運行前應該保證行程開關和開關壓板可靠工作。

  (7)鉬絲沒有放置在導輪的槽中造成的斷絲。上鉬絲時如果鉬絲沒有放置在正常的走絲路徑上,如導輪槽外等,開機即會拉斷絲,後果很嚴重。所以穿好鉬絲后一定檢查一遍走絲路徑,看鉬絲是否在正常的走絲路徑上。

  (8)鉬絲熱脹冷縮造成斷絲。工件加工完畢后,如果鉬絲停靠在儲絲筒的中間段,若鉬絲張得過緊則在冷卻后可能會掙斷鉬絲。因此,鉬絲應該停靠在儲絲筒的一端,如果不加工零件還應該鬆開絲頭一端。

  4.跟編程有關的斷絲:

  (1)工件加工編程路徑不合理造成斷絲。選擇了容易造成工件切割過程中變形的走絲路徑,工件變形時夾斷鉬絲,而且切割出來的凸模尺寸精度低。應選擇整個加工過程中,盡量保持工件變形最小的走絲路徑,而且切割出來的凸模尺寸精度高。

  (2)二次切割造成的斷絲。如果切割過程中斷絲,機床會有回退功能,重新上新鉬絲后沿著原切割路徑從頭開始切割,則由於第一次切縫后的縫隙,再次切割放電會不均勻,鋁絲損耗會比較嚴重。曾經切割一個大厚度零件,一晚上連續斷絲七次,每次總是不等切割到第一次的斷絲點就再次斷絲,細心查找原因發現,斷絲點都是燒斷的。通過更改切割路徑,使鉬絲反向走絲切割,順利加工出零件,沒有再斷絲。

  5跟鉬絲有關的斷絲

  (1)鉬絲質量差造成的斷絲。鉬絲質量不好可能會造成斷絲,應該選擇質量好的鉬絲。

  (2)鉬絲損耗造成的斷絲。正常情況下鉬絲每切割l0000mm2直徑損耗大概為0.001~0.02mm,因此鉬絲損耗過多且壽命到期后,尤其是將要再次長時間一次性切割一個零件,為了避免切割中可能會斷絲,也為了保證加工質量,應該及時更換新鉬絲。

  (3)鉬絲張緊力不合適造成的斷絲。走絲路徑長短以及合理與否對張力影響很大,而且新上鉬絲應該首先調整張力均勻,如果鉬絲張緊太緊,容易拉斷絲;如果鋁絲張緊太松,則鑰絲伸長后容易短路回退,如果跳出導輪也容易拉斷鉬絲。因此,鉬絲張緊力要定期調整到合適大小。

  (4)廢除的斷絲頭造成的斷絲。鉬絲固定端剪斷的鉬絲如果混入線路中或者在絲桶上面疊絲也會造成斷絲,因此剪掉的鉬絲應該專門放入一個容器中,避免引起斷絲。

  (5)鋁絲打折或者疊絲造成斷絲鉬絲不耐彎曲,因此鉬絲打折或者在儲絲桶上疊絲都很容易造成斷絲,對此在上絲或者調整鉬絲張力的時候一定注意。

  6.跟切割工藝參數有關的斷絲:

  (1)工藝參數設置不合理造成的斷絲。工藝參數選擇不合理會對鉬絲損耗有很大的影響,過大的損耗會加快斷絲。工藝參數的選取應該根據具體的零件而選擇,如零件的材質、零件厚度、零件的精度要求等進行選取。參數選取一般由操作人員憑經驗選取,也可以憑藉一些智能技術,如神經網路中的BP演算法等進行優化選取切割工藝參數。

  (2)對於大厚度零件,通常排屑困難,工作液很難進入到切縫中去,因此進給速度不能太快,否則容易出現短路或者拉弧現象,從而很快燒斷鉬絲。所以要選擇大的脈寬等,讓工作液充分沖刷切縫中的蝕除物,否則加工不穩定,燒斷鉬絲,但是過大的工作電流也很容易燒斷鉬絲。

  (3)對於薄壁類零件,如果進給速度過快,也容易造成頻繁短路,鉬絲也很容易燒斷或拉斷。因此,切割工藝參數選擇不能過大。

  綜上所述,造成斷絲的原因是多方面的,工件材料的不同、工作液的性能優劣、電極絲的磨損、電極絲的張緊力、機床的導絲結構以及切割工藝參數的合理性等都與穩定線切割加工過程,提高線切割加工質量和延長電極絲的使用壽命有關。只有找到具體斷絲的原因,才能有效地提高加工效率、預防斷絲。

結論和展望

  中走絲機床是中國獨創的電加工機床,在模具製造及零件加工領域內有廣泛的應用,在中低檔市場中佔有相當的分量。目前,中走絲機床如何發展是電加工行業十分關心的課題。我們必須吸取國外的成功經驗,揚長避短,直接應用當今計算機技術的最新成果,儘快研製功能強大的基於PC的數控系統,從硬體上為中走絲機床的發展打下良好的基礎;同時注意人工智慧技術與高速走絲線切割機的結合,運用計算機軟體技術來提高機床的性能。此外,加強機床本體的研究和開展多次切割工藝技術的應用,使機床的整體加工水平有一個較大的提高,不斷增強高速走絲線切割機在市場上的競爭能力。在運用新技術、新工藝的同時,還必須重視對電火花線切割加工工藝規律進行深入細緻的基礎理論和實驗研究,這也是一個非常重要的環節

相關評論

同義詞:暫無同義詞