电火花线切割机床控制系统的研究-背景-现状
Time:2023-11-16 03:11:09
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电火花线切割机床控制系统的研究
Hs
电火花线切割机床控制系统的研究现状
线切割是利用电腐蚀。在电极相交时，瞬间产生的高温将工件融化。做线切割要细心。思维要活跃。
也就是加工可以套电都金属
线切割是一种电加工机床,靠钼丝通过电腐蚀切割金属(特别是硬材料、行状复杂零件)。 电火花线切割加工(Wire cut Electrical Discharge Machining,简称WEDM),有时又称线切割。其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝(称为电极丝)作电极,对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。它主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件,例如冲裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等,成形刀具、样板、电火花成型加工用的金属电极,各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等,具有加工余量小、加工精度高、生产周期短、制造成本低等突出优点,已在生产中获得广泛的应用,目前国内外的电火花线切割机床已占电加工机床总数的60%以上。 根据电极丝的运行速度不同,电火花线切割机床通常分为两类:一类是高速走丝电火花线切割机床(WEDM-HS),其电极丝作高速往复运动,一般走丝速度为8～10m/s,电极丝可重复使用,加工速度较高,但快速走丝容易造成电极丝抖动和反向时停顿,使加工质量下降,是我国生产和使用的主要机种,也是我国独创的电火花线切割加工模式;另一类是低速走丝电火花线切割机床(WEDM-LS),其电极丝作低速单向运动,一般走丝速度低于0.2m/s,电极丝放电后不再使用,工作平稳、均匀、抖动小、加工质量较好,但加工速度较低,是国外生产和使用的主要机种。 根据对电极丝运动轨迹的控制形式不同,电火花线切割机床又可分为三种:一种是*模仿形控制,其在进行线切割加工前,预先制造出与工件形状相同的*模,加工时把工件毛坯和*模同时装夹在机床工作台上,在切割过程中电极丝紧紧地贴着*模边缘作轨迹移动,从而切割出与*模形状和精度相同的工件来;另一种是光电跟踪控制,其在进行线切割加工前,先根据零件图样按一定放大比例描绘出一张光电跟踪图,加工时将图样置于机床的光电跟踪台上,跟踪台上的光电头始终追随墨线图形的轨迹运动,再借助于电气、机械的联动,控制机床工作台连同工件相对电极丝做相似形的运动,从而切割出与图样形状相同的工件来;再一种是数字程序控制,采用先进的数字化自动控制技术,驱动机床按照加工前根据工件几何形状参数预先编制好的数控加工程序自动完成加工,不需要制作*模样板也无需绘制放大图,比前面两种控制形式具有更高的加工精度和广阔的应用范围,目前国内外95%以上的电火花线切割机床都已采用数控化。
电火花线切割机床控制系统的研究背景
线切割机床分：中走丝、慢走丝、快走丝都是指的电火花线切割机床。杀万等硫指源代愿新千电火花线切割机（Wire cut Electrical Discharge Machining简称WEDM）.
什么是中走丝线切割，中走丝电火花线切割机（化言础滑举住她叶育河一Medium-speed Wire cut Electrical Discharge Machining简写MS-WEDM），属往复高速走丝电火花线切割机床范畴，是在高速往复走丝电火花线切割机上从打血晚福内重刚把治实现多次切割功能，被俗称为“中走丝线切割”。中走丝技术在这里指出，所谓“中走丝”并非指走丝速度介于高速与低速之间，而是复合走丝线切割机床，即走丝原理扩口依是在粗加工时采用高速（8-12m/s）走丝，精加工时采用低速（1-3m/s）走丝，这样工作相对平稳、抖动小，并通过多次切割减少材料变形及钼丝损耗带来的误差，使加工质量也相对提高，加工质求笑频球灯开味草科缩拿量可介于高速走丝机与低速走丝机之间。因而可以说，用户所说的“中走丝”，实际上是往复走丝电火花线切割机借鉴了一些低速走丝机的加工工艺技术，并实现了无条纹切割规物景孩名宜先量上价扬和多次切割。中走丝技术在实践中得出，在多次切割中第一次切割任务主要是高速稳定切割，可选用高峰值电文存承形发不在合板当息流，较长脉宽的规准进行大电流切割，以获得较高的切割速度。第二次切割的任务是精修，保证加工兵正长好流肥苏不之住事尺寸精度 。可选用中等规准，蛋使第二次切割后的粗糙度Ra在1菜划结纪松头因机探随.4～1.7μm之间。 为了达到精修的目的，通常采用低速走丝方式，走丝速度为1～3m/s，并对跟踪进给速度限止在一定范围内，以消除往返切割条纹，并获得所需的加工尺寸精度。 第三次、第四次或又况更多次切割（目前中走丝控制软件最多可以实现七次切割）的施刘温目固露基任务是抛磨修光 ，可用最小脉宽（目前最小可以分频到1μs）混歌含地证和对班进行修光，而峰值电流随加一殖州染志径充几规广源工表面质量要求而异，实际上精修过程是一种电火花磨削，加工量甚微，不会改变工件的尺寸大小。走丝方式则像第二次切割那样采用低速走丝限速进给即可。中走丝技术在加工过程中，多次切割还需注意变形处理，因为工件在线切割加工时，随着原有内应力的作用及火许众余答安慢记光非花放电所产生的加工热应力条的影响，将产生不定向、无规则的变形，使后面的切割吃刀量厚薄不均，影响般新吧情科日定须色天了加工质量和加工精度。因此需根据不同材料预留不同加工余量，以使工件跳间充分释放内应力及完全扭转变形，在后面多次切割中能够有足够余量进行精割加工，这样可使工件最后尺寸得到保证。
快走丝是电火花线切割的一种，也叫高速走丝电火花线切割机床（WEDM-HS），其电极丝（一般采用钼丝）作高速往复运动，走丝速度为8～10m/s，电极丝可重复使用，加工速度较高，走丝容易造成电极丝抖动和反向时停顿，使加工质量下降，是我国生产和使用的主要机种，是我国独创的电火花线切割加工模式。1960年，苏联首先研制出靠模线切割机床。中国于1961年也研制出类似的机床。早期的线切割机床采用电气靠模控制切割轨迹。当时由于切割速度低，制造靠模比较困难，仅用于在电子工业中加工其他加工方法难以解决的窄缝等。1966年，中国研制成功采用乳化液和快速走丝机构的高速走丝线切割机床，并相继采用了数字控制和光电跟踪控制技术。此后，随着脉冲电源和数字控制技术的不断发展以及多次切割工艺的应用，大大提高了切割速度和加工精度。
低速走丝线切割机电极丝以铜线作为工具电极，一般以低于0.2m/s的速度作单向运动，在铜线与铜、钢或超硬合金等被加工物材料之间施加60~300V的脉冲电压，并保持5~50um间隙，间隙中充满脱离子水(接近蒸馏水)等绝缘介质，使电极与被加工物之间发生火花放电，并彼此被消耗、腐蚀，在工件表面上电蚀出无数的小坑，通过NC控制的监测和管控，伺服机构执行，使这种放电现象均匀一致，从而达到加工物被加工，使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品。目前精度可达0.001mm级，表面质量也接近磨削水平。电极丝放电后不再使用，而且采用无电阻防电解电源，一般均带有自动穿丝和恒张力装置。工作平稳、均匀、抖动小、加工精度高、表面质量好，但不宜加工大厚度工件。由于机床结构精密，技术含量高，机床价格高，因此使用成本也高。 单向走丝电火花线切割机床早期只有国外公司的独有机种。台湾的低速走丝电火花线切割机起步虽然较晚，但这几年来发展迅速。其关键的一个举措就是由若干家电加工机床制造企业共同出资，在有关部门一定限度的支持下，由台湾工业技术研究院投入大量的人力、物力做关键技术的开发。经过10多年的攻关，在控制系统及电源等关键技术上取得了突破。台湾各企业制造的低速走丝电火花线切割机目前应属中档机的范围，近3年每年达到20%～30%的增长率，估计未来5年，台湾低速走丝电火花线切割机的年产量能达2000台，可占世界市场的25%以上。低速走丝电火花线切割机的技术含量高、市场前景好，可以获得较高的回报，是电加工行业各个厂家的“必争之地”、“战略高地”。也可以说，谁掌握了低速走丝电火花线切割机的技术，谁就获得了下一步企业发展壮大的机遇。为了抢占中国市场，日本、瑞士、台湾的电加工机床制造企业在中国大陆设厂生产这类机床。我国的科技工作者在科技部专项基金的支持下，投入了较大的研发力量，已完成新一代低速走丝电火花线切割机的研发，取得了重大突破，目前已拥有了具有自主知识产权的产品，并占领了一定的市场份额，其性能指标可达中档机水平。目前还有一些国内企业则希望通过与台湾相关企业的合作，来发展低速走丝电火花线切割加工技术。
与单向低速走丝电火花线切割机床相比，往复高速走丝电火花线切割机床在平均生产率、切割精度及表面粗糙度等关键技术指标上还存在较大差距。针对这些差距，本世纪初，国内有数家高速往复走丝电火花线切割机生产企业实现了在高速走丝机上的多次切割加工（该类机床被俗称为“中走丝” Medium Speed Wire cut Electrical Discharge Machining）。所谓“中走丝”并非指走丝速度介于高速与低速之间，而是复合走丝线切割机床，其走丝原理是在粗加工时采用8-12m/s高速走丝，精加工时采用1-3m/s低速走丝，这样工作相对平稳、抖动小，并通过多次切割减少材料变形及钼丝损耗带来的误差，使加工质量也相对提高，加工质量可介于高速走丝机与低速走丝机之间。因而可以说，用户所说的“中走丝”，实际上是往复走丝电火花线切割机借鉴了一些低速走丝机的加工工艺技术，并实现了无条纹切割和多次切割。经过几年的发展，国内几乎所有生产高速走丝电火花线切割机床的厂家都在生产及销售中走丝，但最终表明不是所有的往复走丝电火花线切割机都能进行多次切割，或者说不是所有的往复走丝电火花线切割机采用多次切割技术后都能获得好的工艺效果。多次切割是一项综合性的技术，它涉及到机床的数控精度、脉冲电源、工艺数据库、走丝系统、工作液及大量的工艺问题，并不是简单地在高速走丝机上加上一套运丝变频调速系统即可实现的，只有那些制造精度高，并在诸方面创造了多次切割条件的往复走丝电火花线切割机才能进行多次切割和无条纹切割，并获得显著的工艺效果。因此我们的生产企业必须充分注意到这个问题，一定要按系统工程来做，真正把这一技术用好，把这一产品做好。如目前已有一些企业为进一步提高机床本体精度，X、Y坐标工作台采用了直流或交流伺服电机作驱动单元直接驱动滚珠丝杠，同时采用了带螺距补偿功能的全闭环控制，可以利用数控系统对机床的定位精度误差进行补偿和修正。在保证精度的前提下，减小因长期使用而导致的加工精度下降，延长机床的使用寿命。运丝系统方面采用特殊（大多数采用金刚石）电极丝保持器，保持电极丝的相对稳定，减小加工过程中电极丝的张力变化。冷却系统方面改变常用的粗放冷却方式，采取多级过滤并对介电常数等关键参数加以控制，确保精加工的顺利进行。控制软件方面提供开放的加工参数数据库，可以根据材料的质地、厚度、粗糙度等条件选择对应的加工参数。相信经过我们的努力，多次切割技术将会更加完善，往复走丝电火花线切割加工技术也将得到更好的应用和发展。