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快走丝、中走丝线切割机床选型原则
2018-09-27

     

  科学技术的进一步发展,机械制造技术有了深刻的变化。由于社会对产品多样化的需求更加强烈,多品种、中小批量生产的比重明显增加,采用传统的普通加工设备已难以适应高效率、高质量、多样化的加工要求。机床数控技术的应用,大大缩短了机械加工的前期准备时间,并使机械加工的全过程自动化水平不断提高,同时也增强了制造系统适应各种生产条件变化的能力。

  数控线切割机床的基本组成包括加工程序、高频电源、驱动系统﹑数控系统及机床本体。加工程序可由人工编写(如早期的3B指令),现在都在计算机上进行绘图(如现在的CAXA,HL,HF,YH等编程软件),然后生成加工程序。程序的输入可由数控系统的面板(单板机)进行手工输入,也可通过计算机的232串行口进行传输,也可以用计算机USB接口进行传输。

  在选购数控线切割机床时可从三个方面考虑,首先是机床本体能否符合自己的加工要求,机床的质量如何。其次是数控系统,数控系统有很多种类,选择合适的系统是选购数控机床的关键。*后是驱动单元,也是机床控制的关键,不同的驱动单元能达到的加工精度也不一样,在选择驱动单元时,要根据加工的工件的精度要求选择合适的驱动单元。

  以下从机床本体﹑数控系统及驱动单元三个方面进行分析:

  1、机床本体的选择

  首先机床结构设计与加工件尺寸和重量要达到*佳的匹配。对于中大型负载工作台采用全支撑加工中心结构。这样设计才能具有足够的承载﹑刚度、精度、抗振性和精度保持性。其次是进给系统的机械传动要采用滚珠丝杠,滚珠丝杠优于三角螺纹丝杠和梯形螺纹丝杠,并且要求丝杠的直径尽可能大些,增加刚性。再次是导轨,工作台运动导轨是保证工作台运动精度的关键,用户在选型时应高度重视。首先观察导轨的横截面的大小,在同等条件下,越粗壮,刚性越好,加工中越不易产生变形,才能保证机床在长期工作中能得到*高精度和耐用性。日前市场上常见的导轨结构有以下几种:

  ①镶钢滚珠式滚动导轨;

  

 

 

 

  ②镶钢滚柱式滚动导轨;

  

 
 

 

  ③直线滚动导轨。

  

 

 

  第一种与第二种的区别在导轨的滚体上,一个是滚珠一个是滚柱。滚珠与导轨面是点接触,滚柱与导轨面是线接触,所以它的耐磨性和轴承能力都大大优于滚珠式。而线性滑轨是一种滚动导引,它由钢珠在滑块与滑轨之间作无限滚动循环,使得负载平台能沿着滑轨轻易的以高精度作线性运动,其摩擦系数可降至传统滑动导引的1/50,使之能轻易地达到μm级的定位精度。滑块与滑轨间的末制单元设计,使得线形滑轨可同时承受上下左右等各方向的负荷,线性滑轨有更平顺且低噪音的运动特性。使之精度保持和承载能力都大大优于滚珠和滚柱式。目前在日本沙迪克公司、日本**公司、瑞士夏米尔公司、瑞阿奇公司进口的机床中都是采用第三种结构,所以通过对比,用户在选型时应尽量考虑第三种结构。

  2. 数控系统的选配

  数控系统是数控机床的“大脑",对机床控制信息进行运算及处理。根据数控系统的原理可分为经济型数控系统和标准型数控系统两大类。

  2.1 经济型数控系统

  经济型数控系统从控制方法来看,一般指开环数控系统。开环数控系统是指数控系统本身不带位置检测装置,由数控系统送出一定数量和频率的指令脉冲,由驱动单元进行机床定位。开环系统在外部因素影响的情况下,机床不动作或动作不到位,但系统已当机床到达了指定位置,此时机床的加工精度将大大降低。但因其结构简单、反应迅速、工作稳定可靠、调试及维修均很方便,加之价格十分低廉,但受步进电机矩频特性及精度、进给速度、力矩三者之间相互制约,性能的提高受到限制。所以,经济型数控系统目前用于数控快走中走中走丝线切割及一些速度和精度要求不高的经济型中走中走中走丝线切割,在普通快走丝机床的数控化改造中也得到广泛的应用。

  2.2 精密型数控系统

  精密型数控系统包括半闭环数控系统和全闭环数控系统。

  半闭环数控系统一般指机床的伺服电机的位置信号(光电编码器)反馈到数控系统,系统能自动进行位置检测和误差比较,可对部分误差进行补偿控制,因此其控制精度比开环数控系统要高,但比全闭环的数控系统要低。

  全闭环数控系统除包括机床的伺服电机的位置反馈外,还有机床工作台的位置检测装置(通常用光栅尺)的位置信号反馈到系统,从而形成全部位置随动控制,系统在加工过程中自动检测并补偿所有的位置误差。

  全闭环数控系统的加工精度是*高的,但这种系统的调试、维修极其困难,而且系统的价格很高,只适用于中、高档的数控机床上。

  因为开环控制系统的价格比闭环控制系统要低得多,因此在选择数控系统时,要考虑数控系统占整台数控机床的价格成本比例,然后根据机床的配置情况及机床本身的要求,中、低档机床采用开环控制系统,中、高档机床采用闭环控制系统。

  3、驱动单元的选配

  驱动单元包括驱动装置和电机两部分,对驱动单元的选购主要在于驱动装置的选择,因为电机是通用的部件,性能差别只存在于不同的厂家和型号。

  驱动电机主要可分为:反应式步进驱动电机、混合式(也称永磁反应式)步进驱动电机和伺服驱动电机三大类。

  反应式步进驱动电机的转子无绕组,由被励磁的定子绕组产生反应力矩实现步进运行。混合式步进电机的转子用永久磁钢,由励磁和永磁产生的电磁力矩实现步进运行。步进电机受脉冲的控制,通过改变通电的顺序可改变电机的旋转方向,改变脉冲的频率可改变电机的旋转速度。步进电机有一定的步距精度,没有累积误差。但步进电机的效率低,拖动负载的能力不大,脉冲当量不能太大,调速范围不大。目前步进电机可分为两相、三相、五相等几种,常用的是五相步进电机。在过去很长一段时间里,步进电机占很大的市场,但目前正逐步为伺服电机所取代。

  目前常用的伺服电机是交流伺服电机,在电机的轴端装有光电编码器,通过检测转子角度用以变频控制。从*低转速到*高转速,伺服电机都能平滑运转,转矩波动小。伺服电机有较长的过载能力,有较小的转动惯量和大的堵转转矩。伺服电机有很小的启动频率,能很快从*低转速加速到额定转速。

  采用交流伺服电机作为驱动器件,可以和直流伺服电机一样构成高精度,高性能的半闭环或闭环控制系统。由于交流伺服电机内是无刷结构,几乎不需维修,体积相对较小,有利于转速和功率的提高。目前已经在很大范围内取代了直流伺服电机。采用高速微处理器和专用数字信号处理机(DSP)的全数字化交流伺服系统出现后,原来的硬件伺服控制变为软件伺服控制,一些现代控制理论中的先进算法得到实现

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如何区分中走丝、慢走丝、中走丝  在日常生活中,我们常常听说中走丝、慢走丝、中走丝,对于业内人来说,可能是非常的简单,但是对于业外人来说,不知道三者之间到底应如何区分?  首先,中走丝、慢走丝、中走丝都是指的电火花中走丝线切割机床。电火花中走丝线切割(WirecutElectricalDischargeMachining简称WEDM).  1.什么是中走丝中走丝线切割,中走丝电火花中走丝线切割机(Medium-speedWirecutElectricalDischargeMachining简写MS-WEDM),属往复高速走丝电火花中走丝线切割机床范畴,是在高速往复走丝电火花中走丝线切割机上实现多次切割功能,被俗称为“中走丝中走丝线切割”。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,而是复合走丝中走丝线切割机床,即走丝原理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中走丝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。  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,保证加工尺寸精度。可选用中等规准,使第二次切割后的粗糙度Ra在1.4~1.7μm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、第四次或更多次切割(目前中走丝控制软件*多可以实现七次切割)的任务是抛磨修光,可用*小脉宽(目前*小可以分频到1μs)进行修光,而峰值电流随加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,因为工件在中走丝线切割加工时,随着原有内应力的作用及火花放电所产生的加工热应力的影响,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*后尺寸得到保证。  2.中走丝是电火花中走丝线切割的一种,也叫高速走丝电火花中走丝线切割机床(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**的电火花中走丝线切割加工模式。1960年,苏联首先研制出靠模中走丝线切割机床。中国于1961年也研制出类似的机床。早期的中走丝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中速走丝机构的高速走丝中走丝线切割机床,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。  2.低速走丝中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。单向走丝电火花中走丝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中走丝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中走丝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中走丝线切割机的年产量能达2000台,可占世界市场的25%以上。低速走丝电火花中走丝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中走丝线切割机的技术,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中走丝线切割机的研发,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中走丝线切割加工技术。  与单向低速走丝电火花中走丝线切割机床相比,往复高速走丝电火花中走丝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中走丝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”MediumSpeedWirecutElectricalDischargeMachining)。所谓“中走丝”并非指走丝速度介于高速与低速之间,而是复合走丝中走丝线切割机床,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中走丝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中走丝线切割机床的厂家都在生产及销售中走丝,但*终表明不是所有的往复走丝电火花中走丝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中走丝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中走丝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,往复走丝电火花中走丝线切割加工技术也将得到更好的应用和发展。往复走丝电火花中走丝线切割机采用多次切割技术后,虽加工质量有明显提高,但它仍然属于高速走丝电火花中走丝线切割机的范畴,切割精度和光洁度仍与低速走丝机存在较大差距,且精度和光洁度的保持性也需要进一步提高。“中走丝机”具有结构简单、造价低以及使用消耗少等特点,因此也有其生存的空间,目前执行的标准仍然是高速走丝机的相关标准,因此生产企业在对用户的宣传上要注意,一定要实事求是。 推荐文章(来源百度

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