Sg快走丝,中走丝,是中国特色的机器,国外是没有的。而快丝是钼丝,重复使用的。慢走丝使用的电极是铜线,快丝用的是钼丝,而且快丝是往复使用的,慢丝只能一次性,当然慢丝机价格高,加工费也高,加工出来的产品品质也高,快丝则反之,现在我公司有中走丝就是介于两者之间的,产品品质与慢丝毗美,价格略高于快丝
国外一律是慢走丝。相对与快走丝,慢走丝的精度高很多,可大到0.002-0.005.(根据设备不同)。同时,慢走丝设备制作复杂,精度高。当然价格好了。另外,慢的耗材是铜丝,一次性的。
线切割的快走丝指丝桶在工作时作往返运动,钼丝不在放电区长时间停留,钼丝可以多次使用;慢走指丝桶工作时只向一个方向运动,钼丝在放电区长时间停留,钼丝用一次就得换
走丝速度的快慢并不关键,重要的是加工精度和粗糙度。慢走丝由于加工精度高,粗糙度低,所以在国外称高精度线切割机床。快走丝加工时间的经验公式是:加工面积(平方毫米)/1500=加工时间(小时)。慢走丝的加工时间和选用的工艺有关,如:切割面积、切一修二还是切一修四、铜丝的直径、水的电导率等相关。在相关机床的工艺手册中可大致查出。
慢走丝最大的特点是铜丝用过就废弃了,所以可以不用考虑损耗设定工作电流电压,快走丝由于要反复使用钼丝,只能在损耗和效率上取中间值,工作电流电压较难选择,另外,快走丝在切割过程中钼丝会有换向停顿,这就造成快走丝比慢走丝粗糙度大的后果
快走丝的丝速通常在10m/s左右,目前切割书牍一般越60平方毫米/分,最高速度有达到200多平方毫米/分的;慢走丝的走丝速度一般低于0.25m/s,它的切割速度比快走丝要高\精度要好切割工件的速度与工艺要求有关,也与机床性能\被加工材料性质及形状等有关,若不计表面粗糙度,设平均加工速度为80平方毫米/分,则切断一个直径为50的圆棒,用快走丝越需要快走丝机床与慢走丝机床,虽同属于电火花线切割机床,但由于走丝方式的不同,以及历史原因造成的主攻方向的不一样,使得二者有很大区别,适用于不同的加工领域虽然慢走丝有双丝系统机床,快走丝也有可调整丝速的机床,但仍属于各自的范畴,在结构形式上两者不能在同一台机床上实现.。
区别:
1,走丝速度快慢:快丝走丝速度快,慢丝慢。
2,切割精度的高低:快丝精度低,慢丝精度高。
3,切割表面光洁度:快丝光洁度差,慢丝光洁度高。
4,切割速度:快丝切割速度慢,慢丝相对要快。
5,快丝切割用的钼丝:可反复使用。慢丝用铜丝或者镀锌丝,只能使用一次。
基本原理一样,实际上就是电解(电腐蚀)原理,电火花线切割机按走丝速度可分为高速往复走丝电火花线切割机床(快走丝)、低速单向走丝电火花线切割机(慢走丝)和立式自旋转电火花线切割机三类。
快走丝是指钼丝来回走动,这样比较节约钼丝,但是精度低,一般国产线切割机使用.
慢走丝线切割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。
慢走丝使用的电极是铜线,快丝用的是钼丝,而且快丝是往复使用的,慢丝只能一次性,当然慢丝机价格高,加工费也高,加工出来的产品品质也高,快丝则反之,现在我公司有中走丝就是介于两者之间的,产品品质与慢丝毗美,价格略高于快丝
线切割的快走丝指丝桶在工作时作往返运动,钼丝不在放电区长时间停留,钼丝可以多次使用;慢走指丝桶工作时只向一个方向运动,钼丝在放电区长时间停留,钼丝用一次就得换
走丝速度的快慢并不关键,重要的是加工精度和粗糙度。慢走丝由于加工精度高,粗糙度低,所以在国外称高精度线切割机床。快走丝加工时间的经验公式是:加工面积(平方毫米)/1500=加工时间(小时)。慢走丝的加工时间和选用的工艺有关,如:切割面积、切一修二还是切一修四、铜丝的直径、水的电导率等相关。在相关机床的工艺手册中可大致查出。
慢走丝最大的特点是铜丝用过就废弃了,所以可以不用考虑损耗设定工作电流电压,快走丝由于要反复使用钼丝,只能在损耗和效率上取中间值,工作电流电压较难选择,另外,快走丝在切割过程中钼丝会有换向停顿,这就造成快走丝比慢走丝粗糙度大的后果
快走丝的丝速通常在10m/s左右,目前切割书牍一般越60平方毫米/分,最高速度有达到200多平方毫米/分的;慢走丝的走丝速度一般低于0.25m/s,它的切割速度比快走丝要高\精度要好切割工件的速度与工艺要求有关,也与机床性能\被加工材料性质及形状等有关,若不计表面粗糙度,设平均加工速度为80平方毫米/分,则切断一个直径为50的圆棒,用快走丝越需要快走丝机床与慢走丝机床,虽同属于电火花线切割机床,但由于走丝方式的不同,以及历史原因造成的主攻方向的不一样,使得二者有很大区别,适用于不同的加工领域虽然慢走丝有双丝系统机床,快走丝也有可调整丝速的机床,但仍属于各自的范畴,在结构形式上两者不能在同一台机床上实现.。
1 快走丝(高速走丝)线切割加工技术的现状
有我国特色的数控高速走丝电火花线切割加工技术自60年代末研制成功以来,经过30年的不断完善和发展,现已成为制造业中不可缺少的加工手段。目前,高速走丝线切割机的切割速度已由过去的20~40mm2/min普遍提高到100mm2/min以上,有的可达到260mm2/min,机床的加工精度为±0.01mm,工件的表面粗糙度为Ra1.25~2.5μm,因而可满足一般模具加工和其他复杂零件制造的要求。 随着科学技术的发展,对各类产品的制造要求越来越高,对线切割加工技术也提出了更高的要求。国外(欧美、日本等)研究发展的数控低速走丝电火花线切割机为适应对制造加工技术的要求,采用闭环数字交(直)流伺服控制系统,确保优良的动态性能和高定位精度,加工精度可控制在若干微米以内。同时机床具有数字自适应控制电源、自动穿丝、自动卸除废料、短路自动回退等自动化技术,此外对电极丝张力和工作液压力也可进行控制。由于使用了新技术并注重计算机软件技术的更新和发展,低速走丝线切割机的工艺指标已达到了相当高的水平。即使对形状复杂零件的加工,最高切割速度也可超过300mm2/min;尺寸精度可达到±2~5μm;表面粗糙度可达到Ra0.1~0.2μm(多次切割)。机床的自动化程度高,加工稳定性好,已向无人化加工发展。 由于高、低速走丝线切割加工采用不同的技术方案,无论是机床的结构,还是运丝系统或是加工条件都有很大的差异。简单地对比机床的加工性能未 必十分恰当,但排除价格因素,与低速走丝线切割加工技术水平相比,高速走丝线切割加工的精度、功能、工艺指标、自动化程度等方面还有明显的差距。随着科技的发展,对制造技术的要求越来越高,高速走丝线切割机面临相当严峻的形势,应加快发展机床新技术,运用新工艺,奋力赶上。本文针对高速走丝线切割加工技术的发展趋势,结合当前数控技术的发展,进行了探讨。
2 快走丝(高速走丝)线切割加工技术的发展趋势
高速走丝线切割机由于受到电极丝损耗、机械部分的结构与精度、进给系统的开环控制、加工中工作液导电率的变化、加工环境的温度变化及本身加工的特点(如运丝速度快、振源比较多、导轮磨损大)等因素影响,机床的加工精度有限。以目前机床的现状,要在较短的时间内与低速走丝线切割机在加工精度方面进行竞争,困难是相当大的,而且研究开发的代价也会很高,机床的制造成本将大幅度提高,从现实和市场的角度来考虑都是不太适宜的。因此,高速走丝线切割机的发展策略是扬长避短,以发展中低档机床为主,使机床向适当加工精度、良好的加工稳定性和容易操作的方向发展,来满足不断发展的生产需要。目前市场上高速走丝线切割机最大的优势在于拥有良好的性能价格比,机床的进一步发展必须以此为基本出发点,不能过分强调机床加工精度,而忽视机床性能价格比的因素。如违背这一原则,机床制造商和用户都难以接受。为在较短的时间内,使高速走丝线切割机的加工性能有较大的提高,在今后的发展中应优先注意以下方面的研究。 2.1 基于PC的数控系统的开发 数控系统是数控机床的核心部分,其控制性能不仅直接影响机床加工的质量和稳定性,而且也是扩大机床加工范围、实现复杂加工的重要手段。目前,各国都非常重视数控技术的研究,将其作为实现制造技术突破性发展的一个重点。数控系统技术当前发展的一个重要趋势是开放式数控系统。其含义是:数控系统的开发者在一个统一的体系结构下开发自己的产品,该体系结构是一个广泛认可且透明的规范。这种结构对电加工机床数控系统的重要性已非常明确了[1]。 高速走丝线切割机要进一步发展,必须摆脱单板机作为数控系统,采用新的数控系统。根据目前国际上数控系统发展趋势及PC的发展情况,应开发和使用基于PC的数控系统。众所周知,PC本身是插卡式结构,是标准的开放式体系结构的系统。如高速走丝线切割机开发基于PC的数控系统,那将是国产高速走丝线切割机数控系统向开放式数控系统发展的一个有效方法。当前,PC的价格持续下降,而性能和稳定性不断增强,使用PC不仅为高速走丝线切割机数控系统提供了优越的硬件平台,而且能保持机床性能价格比的优势。 目前国内已有基于PC的高速走丝线切割机数控系统,但其主要功能是加工轨迹编程,机床加工控制功能还很不完善,没有充分利用PC的资源。今后,可在以下几个方面开展工作: (1)传统的伺服进给控制系统多采用分立元件组成逻辑电路,对放电状态的检测一般采用平均电压法,这种方法的缺点是对放电间隙状态的检测不够准确,对放电开路状态较敏感,而对正常放电和短路放电状态响应较慢,难以进行准确的进给跟踪,因此加工的稳定性差。解决放电间隙的检测必须对放电状态进行分类统计,并建立控制模型,可采用单独的芯片实现对放电间隙的检测,控制模型以软件的形式存在于PC中,芯片与PC以RS 232接口或主板插卡的方式连接。 (2)传统的脉冲电源多为等频的矩形和分组脉冲信号,放电信号不随放电加工中的间隙状态而自适应变化,加工效果差,因此研制数字自适应脉冲电源的意义重大,该电源可直接与PC相连接,获得放电间隙状态的信息,并根据一定的算法进行自适应控制。 (3)加工参数的优化选取对高速走丝线切割加工也非常重要。长久以来,高速走丝线切割的工艺数据库和加工参数优选功能为国内机床制造商所忽略,高速走丝线切割的工艺参数优化及自动选取软件将是新一代高速走丝线切割机必备的,同时基于PC的数控制系统可十分容易地将此软件模块进行集成。 (4)目前的高速走丝线切割机几乎没有教育培训功能,因此机床的操作培训难,机床的的使用性能依赖操作人员的水平,已是众所皆知的问题,而基于PC的数控系统将充分利用目前PC日益成熟的多媒体技术,将为这一功能的实现提供良好的软、硬件基础。 充分利用PC的资源来开发高性能的数控系统,将是高速走丝线切割机的一个重要发展方向。 2.2 人工智能(AI)技术的运用 智能化数控系统也是当前数控技术发展的另一个重要趋势。由于在机床加工控制系统中使用了智能控制技术,机床自动如有经验的操作者一样使加工过程持续、稳定、优化地进行。人工智能技术也成功地运用到加工参数的设定、加工程序的生成、工件位置的测定及加工结果的测量等整个机床操作过程,大大地提高了机床的加工性能和自动化程度,降低了对操作者的要求,使非熟练操作者也能取得熟练操作者的加工效果。且人工智能技术多以计算机软件的形式存于主控系统,因此研究开发的成本低,而且功能易于扩展、使用灵活、更新的速度快,在当前提高数控机床的自动化、可操作性和增强机床的功能中所起的作用越来越大。 高速走丝线切割加工由于运丝速度快、开环控制等加工特点,故放电加工过程具有复杂的随机性,传统理论对其研究进展缓慢,加工机理至今还不十分明了。人工智能技术的兴起,为高速走丝线切割加工技术的进一步发展提供了新的有效方法。低速走丝线切割机中,机械部分已是相当稳定,现在主要是软件的功能不断更新、增强,并逐步发展到运用人工智能技术。作为有中国特色的高速走丝线切割机,应抓住这次机会,充分重视人工智能技术的研究和运用。人工智能技术运用到电火花线切割加工,在国际上也是一个新的领域,因此有一定的难度,在研究中要针对高速走丝线切割加工的关键性环节,同时注意借鉴国外发展的经验,使高速走丝电火花线切割机向智能化方向发展,以提高机床的整体加工性能。目前国内已开始进行人工智能技术在电火花线切割加工中的研究,然而研究的深度和广度还很不够。还有许多方面有待进一步研究: (1)高速走丝线切割机的伺服进给变频调节一直依靠操作人员,因此操作人员的工作强度大,机床性能的发挥受到限制。模糊控制技术是人工智能技术中的一个重要方面,它能模仿熟练工人对机床进行控制,已在电火花成形机上成功地应用,在电火花线切割加工中具有良好的应用前景。 (2)总结多年来高速走丝线切割加工工艺研究成果,建立相应的知识库和专家系统,降低机床的操作难度是十分必要的。瑞士阿奇公司的Agievision专家系统,其智能化功能只需规定一些有关加工工件的性能和加工要求即可。加工工序是自动生成,且自动连接各道工序,无须人工干预,大大降低了机床操作人员的工作强度。 (3)在加工参数自适应等方面能有所作为。日本沙迪克公司推出了NF(神经模糊)数控电源,它不必输入复杂的NC代码能自动选择加工参数,并可根据加工状态自动进行调节,使电加工机床成为一般操作人员也能使用好的机床,解决了电火花加工过程中工艺参数设置长期以来取决于操作人员水平的问题。 将最新发展的人工智能技术引入到高速走丝线切割机中,研制高速走丝线切割机的智能化控制部件和执行机构,这与当前国家优先发展高技术产业是一致的,具有重要的实际意义。 2.3 机床设计的改善 为改善高速走丝线切割机的加工精度,必须进一步改进机床的结构,使其更为合理。目前机床的整体结构多为音叉式,此种结构的刚度差,固有频率低,易发生振动,且放电加工将产生大量的热,使机床的本体发生较大的热变形,这都在一定程度上影响了高速走丝线切割机的加工精度。因此,在设计机床整体结构时,必须充分利用先进的技术手段进行分析以提高机床结构的合理性。这方面的研究将涉及到运用先进的计算机有限元模拟软件对机床的结构进行力学和热稳定性分析。同时,机床运动精度的改善对提高加工精度也是十分重要的,传统的方法是通过提高工作台传动链的零件精度与传动刚度来改善线切割机的运动精度,但这将使机床的成本大为增加。而建立在基于PC数控系统的高速走丝线切割机,可方便地运用螺距误差与间隙补偿技术来提高机床的运动精度,这种方法可在进给系统开环控制状态下,较大幅度地提高机床的加工精度,且成本低,非常适合高速走丝线切割机。 高速走丝线切割机的一个重要特征是电极丝高速往复循环使用,这使机床运丝系统的稳定性较差。当丝高速运行时,引起的振动较大,且导轮磨损大,此外电极丝的恒张力控制及张力分档调节较难,运丝系统的这些特点在一定程度上影响了加工精度。因此,必须加强对走丝系统结构的深入研究并进行改进,保证放电加工时电极丝运动的稳定性。对于电极丝的往返循环使用使电极丝产生放电损耗是不能忽视的,它会对加工精度产生影响。此外在重视商品包装的今天,机床的外观设计和包装也十分重要,注意运用人机工程学和美学对高速走丝线切割机进行设计是很重要的,这对富有中国特色的高速走丝线切割机走向世界具有重要意义。总之,改善机床设计的研究涉及面较广,在考虑保持机床性能价格比优势的前提下,研究开发的难度是很大的,然而,一旦有所突破,将对高速走丝线切割加工技术产生重大的影响。 2.4 多次切割工艺的应用 多次切割加工是高速走丝线切割加工技术的一个重要发展方向。目前无论是金属切削机床还是低速走丝线切割机,一次加工都无法得到良好的加工效果,欲达到较高的加工精度,都必须在粗加工后再作精加工才能获得。低速走丝线切割机能达到很高的加工精度,也因采用了多次切割工艺。为改善高速走丝线切割机的加工品质,必须进行多次切割加工的研究。以往的高速走丝线切割机由于功能和结构所限,不具备进行多次切割的基础。近年来,高速走丝线切割机的脉冲电源、进给策略和电极丝的张力控制等方面有了较大的提高,为多次切割工艺的应用提供了可能性。目前有的高速走丝线切割机已能实施多次切割加工,并能一定程度地提高加工精度。然而,研究应用的深度还不够。为更好地实现多次切割加工,机床的功能和结构有待于进一步改进和提高;为保证多次切割加工的效率,仍须大幅度提高一次加工的速度,第一次切割加工的速度应保持在100mm2/min以上[4]。国内的研究机构在进行多次切割研究的同时,要注意尽快地把研究成果转化到机床的加工技术中,以实现加工精度的提高。
3 结论和展望
高速走丝电火花线切割机是我国独创的电加工机床,在模具制造及零件加工领域内有广泛的应用,在中低档市场中占有相当的分量。目前,高速走丝线切割机如何发展是电加工行业十分关心的课题。我们必须吸取国外的成功经验,扬长避短,直接应用当今计算机技术的最新成果,尽快研制功能强大的基于PC的数控系统,从硬件上为高速走丝线切割机的发展打下良好的基础;同时注意人工智能技术与高速走丝线切割机的结合,运用计算机软件技术来提高机床的性能。此外,加强机床本体的研究和开展多次切割工艺技术的应用,使机床的整体加工水平有一个较大的提高,不断增强高速走丝线切割机在市场上的竞争能力。在运用新技术、新工艺的同时,还必须重视对电火花线切割加工工艺规律进行深入细致的基础理论和实验研究,这也是一个非常重要的环节
快走丝线切割机床的电气及控制系统一般分为:微机控制部分、高频电源部分和丝筒电机控制部分。丝筒电机控制部分控制电机及丝筒,带动钼丝作快速正反的启动运行和停止,并提供各种相应保护功能。其它类型机床电气控制通常采用继电器控制方式,也比较实用,但这种控制方式存在着下述一系列的问题:(1)继电器接触器动作频繁,损耗相对较大;中间转换控制复杂,出故障可能性高。(2)电机频繁正反向全压启动,启动电流大,对丝筒机械部件冲击大。(3)接触器触婷断获础述否认良点频繁闭合断开造成的噪声来自大。这些问题导致的主要后果是整个加工可靠性降低,烧丝等问题增多,这势必导致二次加工,最终影响产品质量,造成不必要的经济损失。针对上述存在的问题,故用小功率变频器来实现原控制方式的改进,其理由主要有以下几点:(1)变频器产品技术成熟、性能可靠,已被广泛应用于异步电机各控制系统中。(2)利用变频器的外接控制输入端子和反映运行状态的输出端子以及强大的可编码功能,可以根据被控对象和控制方式的不同进行灵活选择和设定,省去了复杂的中间转换控制。(3)电机的启停时间及电流可分别通过手动编码或自动设半死置完成,减少了原方式中起动电流大,机械冲击大的弊病。(4)主电路的相序切换通举老过变频器内部集成控制电路完成两皇经钢觉(无触点切换)。另外变频器内还设有直流制动功能,并设定当电机转速为0后,制动过程可自动解除,避免由于操作不当电机所承受的不必要的大电流。(5)变频器还可自行弥补电网电压波动,设置自动延时关机和来电继续加工等功能,可进一步提高自控看英动化程度。走丝机构控制系统:快走丝线切割机床的走丝机构,是影响其加工质量及加工稳定性现发流析逐穿王月抗厚养的关键部件。走丝机构的功能是带动电极丝按一定线速度站望原厚句古消操移动往复运丝,并将电极丝整齐地排绕在储丝筒上。先降军缩阻储丝筒本身作高速正反白影亮主确向转动,是利用电动机正反转来谁构达到的。电机经联轴器带案胶轴女料都动丝筒,再经同步密模备皮甲笔带带动丝杠转动,拖板误无特结额修便作往复运动,拖板移动的行程可由调整换向左右撞块的距离来达到。丝筒变频调速系统结构:划打题打措还别着病变频调速系统主要由以下几个环节构成:(1)主电路,系统功率变换环节采用AD/DC整流电路和IGBT逆变电路。(2)控制电路,控制电路主要用早来接受外来信号和发出控制命令和PWM波形。(3)驱动电路,采用IGBT智能功率模块(IPM)。(4)保护电路,为了保护动作的快速性和实时监测性,采用了硬件电路加软件子程序的监控方式,故障发生时如果是属于电机短路之类的故障,则硬件电路换映将立即产生信号,关闭波形发生器河即境逐并在中断子程序中进行保护设置,并使程序回到初始状态。电火花线切割加工机床集、高精度和高柔性为一体,要求电动机控制系统调速范围宽、加减速性能好、速度精度高、特殊功能(如高速定位)强。变频器在走丝机构控制系统中的应用,达到对三相异步电机的无级调速,具有节能、对电网无污染、调速范围大、调速机械性硬等优点。