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浅谈电火花线切割数控机床加工特点及发展方向

2015年11月30日 10:52中国机床商务网作者:李美新点击:6022

  【中国机床商务网 科技动态】纵观电火花切割机床数十年的发展历程,介绍电火花线切割数控机床分类、特点及进行加工时应注意的问题,并提出了对该类数控机床发展方向的建议。
  


图片来源于百度图片
 
  1943年,前苏联科学家鲍·洛·拉扎连柯院士首先利用电火花腐蚀触点的原理,把火花放电用来导电的金属材料进行电火花加工,将有害的电火花腐蚀变为有用的电火花加工。随着电火花加工技术的发展,用电火花线切割机床加工各种材料及复杂形状,已经成为机械加工领域内的通用加工工艺,其加工工艺的好坏及加工操作人员技能的高低直接影响到所制造工件质量的好坏。本文介绍了电火花线切割数控机床分类、特点及进行加工时应注意的问题,希望对该类数控机床的发展方向提供有价值的建议。
  
  1、电火花线切割加工的特点
  
  电火花线切割的加工特点主要如下:
  
  (1)无论被加工的材料硬度如何,只要是导体或半导体材料都能实现加工。
  
  (2)无需金属切削刀具,以0.03mm~0.35mm的金属丝为电板工具,工件材料的预留量少,有效节约贵重材料。
  
  (3)虽然加工的对象主要是平面形状,但几乎能够方便加工各种复杂形状的型孔、微孔、窄缝等。
  
  (4)直接采用精加工和半精加工一次加工成形,一般不需要中途转换。
  
  (5)只对工件材料进行了图形轮廓加工,图形内外的余料还可以利用。
  
  (6)自动化程度高,操作方便,加工周期短,成本低。
  
  2、设备分类及加工工艺名词术语注释
  
  2.1设备分类
  
  高速走丝电火花线切割数控机床按控制系统分类,有单片机或单板机控制系统和微机控制系统。单片机或单板机控制系统的核心部分是单片机或单板机,没有编程的功能,其内存容量相对较小;微机控制系统的核心部分是一台微机,微机又分两种:一种是普通微机,在其中插一块编程控制卡,另一种是有些公司所制造的专用微机。这两种都是既有编程功能又有控制功能。其内存容量相对其较大。根据高速走丝电火花线切割数控机床按机床是否有切割锥度的功能可分为普通数控电火花线切割机床和可切割锥度功能的数控电火花线切割机床。高速走丝电火花线切割数控机床按线架数分类可分为一台机床一个线架和一台机床几个线架,一台机床几个线架的机床,它能同时切割同一个工件的几个部位,能提高生产的效率。
  
  2.2加工工艺名词术语注释
  
  加工工艺在数控电火花加工过程中对质量的好坏起着极其重要的作用,因此,在加工之前以及加工过程中对于各种参数的选定,乳化液的选用以及加工路径的确定等等,都至关重要。在此了解一些在加工过程中常遇到部分名词术语。
  
  (1)单边放电间隙δ电,是火花放电时电极丝外圆与工件之间的单边距离。若只进行一次切割,通常认为切割钢件时,δ电=0.01mm;切割硬质合金时,δ电=0.005mm;切割紫铜时,δ电=0.002mm。
  
  (2)间隙补偿量f,间隙补偿量f等于电极丝半径r丝与放电间隙δ电之和,即f=r丝 δ电。例如:用φ0.2mm的电极丝加工钢工件,只进行一切切割,则间隙补偿量f=电极丝半径r丝+放电间隙δ电=0.1 0.01=0.11mm。
  
  (3)表面粗糙度Rα,是工件表面微观不平度的算术平均值,单位是μm,其是衡量线切割加工表面质量的一个重要指标。
  
  3、加工过程中应关注的问题
  
  3.1加工时应注意的问题
  
  线切割加工过程中乳化液的选用须达到具有良好的洗涤能力和排屑能力,能在电极丝高速运转的带动下,渗透到切缝中,起到溶屑和排屑的作用,并且使工件表面光亮,改善表面粗糙度,且具有良好的冷却作用。由于电极丝与工件之间产生火花放电时温度较高,乳化液在电极丝带动下起到冷却作用,能具有防锈功能。加工路径的选择好坏对产品质量的好坏也有着一定的影响,由于加工工件都存在一定的内应力,这会对切割出工件的形状及尺寸带来一定的影响,对于工件的应力变形,一般采用钻孔或切槽等方法,还有用回火热处理来消除内应力,切割时采取钻穿丝孔,并选择最后切割夹持部分这边的合理切割路径,以限制应力释放对切割出工件的形状和尺寸的不良影响。总之,切入点的确定应遵循以下原则:
  
  (1)从加工起点至切入点路径要短;
  
  (2)从工艺角度考虑,切入点在棱边外为好;
  
  (3)切入点应避开有尺寸精度要求的地方;
  
  (4)在切割凹模时,在切割完成点应设置暂停符,以便取下废料,防止废料掉下时砸断电极丝或卡住下支架。
  
  3.2加工经验分享
  
  以下就笔者在加工过程中遇到的问题,将加工的经验介绍如下,以期为将来的加工问题做出相应的参考依据。
  
  (1)断丝后对储丝筒上剩余钼丝的处理:如果储丝筒上的钼丝上得比较多且够粗,那么断丝后,剩余的一部分还可以加以利用,应先找到断头并固定好,把较少的部分钼丝抽掉,然后将储丝筒调整到合适的位置重新穿丝。
  
  (2)断丝后重新加工的方法:可以采用原地穿丝,如果原地穿丝比较困难,那么可以将程序反身空走回到加工起始点,也可以手动起始点,穿丝后再切割,对精度没有影响;如果此时是加工到配合件则注意减持钼丝量。
  
  (3)工件变形夹丝:对于一些热处理变形大的工件或薄件叠加加工时,会出现夹丝现象,这时应在切割过程中穿入与切割缝隙宽度一致的塞尺,以防止夹丝。薄板加工时应用螺杆紧固,压紧工件。
  
  (4)钼丝直径变换引起断丝:对于长时间切割后,电板丝直径已变细,这时换向处的电极丝由于没有放电损耗变小,容易夹断,所以切割一段时间后(正常情况下在12h左右),应使用千分尺量一下电极丝直径的变化,并适当将储丝筒的两块换向档块向里移动一些。
  
  目前高速走丝数控电火花线切割也存在着一些问题,如加工工件的尺寸精度低,工件表面质量不够好,生产效率也不是很高。
  
  4、实现多次及多线切割是电火花线切割数控机床的发展方向
  
  为了解决高速走丝电火线切割多年来存在的问题,很多生产线切割机床的厂家及一些科技工作者经过多年的实验研究,一致认为“多次切割”和“多线头”是高速走丝电火花切割机床的发展方向。“多次切割”可以明显提高高速走丝电火花线切割机床的切割加工精度和切割速度,减少加工表面粗糙度Ra值,多线头线切割机床可以明显地提高生产效率,降低生产资料的浪费,降低物耗,降低操作工的劳动强度。为了满足高速走丝电火花线切割机床在生产中应用,对多次切割及多线头机床应进行改进创新。可从以下几个方面入手:
  
  (1)按国家标准严格控制机床的制造精度,提高机床的定位精度和重复定位精度,并提高走丝系统的稳定性。
  
  (2)研制适应多次切割用的脉冲电源,改进变速取样的跟踪系统。
  
  (3)采用新型耐磨性好的导向装置,更有效地控制电板丝的空间位置和抖幅。
  
  (4)控制和消除往返切割系统,减少电极丝的张力变化,具有适应多次切割的多种走丝速度。
  
  (5)研制高速走丝多次切割适用的工艺数据库及多次切割的编程控制软件。
  
  (6)选用适用于多次切割的工作液,进行多次过滤,对介电常数等关键进行控制。
  
  随着技术的发展和市场的需求,广东中山锐锋数控设备有限公司研发生产的双线头数控电火花机床,已经成熟地投入市场,它具有如下鲜明的特点。
  
  1)数控系统可直接相互联网,工艺图纸数据通过网络传输直接转换成加工程序,避免二次作图编程的出错机率,便于组成实时远程监控网络及机床控制中心,实现自动智能化集中管理。
  
  2)控制柜采用全封闭结构,防止灰尘、湿气及油污进入机柜内,机柜内的电器元件保持干净、干燥及恒温,使控制系统不受天气变化,特别是南方地区南风天的影响,保证机床控制系统安全,可靠运行。
  
  3)机床电器采用变频系统,伺服电机驱动并配电子手轮,实现工作台的快速移动,快速移动速度不低于65mm/s。机床在加工前或加工过程中断丝,可随时建立相对坐标点,大大缩短空程时间,提高工作效率。
  
  4)数控系统具有切割参数专家数据库和智能型数据库,可根据不同材料的不同厚度转换参数进行加工,数据库中的内容可随时升级。具有故障报警功能及显示故障点,便于维修排除故障。
  
  5)数控系统可随时拷贝当前加工状态,并可复制到备用控制系统继续进行加工。具有丝杆螺距误差补偿及光栅闭环补偿功能,提高加工精度。
  
  6)机床具备半自动穿丝系统及钼丝自动导入导轮装置,方便员工操作,并配备全自动数控电动集中润滑供油系统,具有油、水分离回收环保系统。
  
  5、结束语
  
  本文对电火花线切割数控机床进行了系统的介绍,总结了加工工艺并对未来发展的展望,为从事电火花线切割数控机床的的同仁们提供帮助和借鉴,为该类装备设计、生产、销售提供了一定的参考价值。
(来源:桂林广陆数字测控股份有限公司)

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