机床切割

关键词：

机床切割（精选九篇）

机床切割 篇1

桁架结构在现今的许多大跨度的场馆建筑,如会展中心、体育场馆或其他一些大型公共建筑中有广泛运用,它是由管与管相贯搭接后焊接而成的[3]。传统人工切割出管材的相贯线比较困难,而且效率低,精度不高,早已无法满足现代桁架结构制造的要求,迫切需要现代化的数控加工手段来解决这一难题。

现在已经有许多研究者开始研究相贯线切割和坡口处理的数学模型[1,2,4],都是在不同坐标系中求解相贯线坐标,不能直接提供给数控切割机床加工,本文建立了一种在同坐标系下求解相贯线坐标的数学模型,并应用到相应的数控系统中。图1为五轴四联动相贯线切割数控机床的示意图,它采用PLC+运动控制模块+伺服电机进行系统控制,由上位机PC计算出相贯线点的坐标,切割坡口的实际切割角,并将这些数据转化为数控系统实际加工所需要的位置数据,通过PC与PLC通讯给数控机床传递加工数据。五个加工轴定义如表1所示。加工过程的运动为:切管绕γ轴做回转运动,同时割咀工作台沿Y轴和Z2轴做直线运动切割出相贯线,割咀绕θ轴做摆动,Z1为一确定值(切割半径与割咀长度之和),使在切割相贯线的同时切割出坡口,一次定位安装完成管切割,减少多次切割的加工误差和定位误差。

1 相贯线坐标计算

1.1 计算切管母线方程

本文以2管相贯为例,将坐标原点设在切管轴线与交管轴线的交点处,以切管轴线为Z轴,以交管轴线和切管轴线组成YOZ平面,按右手螺旋法则建立计算坐标系。

d——切管外径;

t——切管壁厚;

N——切管内壁圆周细分点数;

δ——切管内壁底面圆周第i点与圆心的连线与X轴的交角,

则该切管的母线方程为

1.2 计算交管外壁方程

D1——交管外径;

α——交管与切管的轴交角;

则交管1的外壁方程为

1.3 求解相贯线

联立切管母线方程与交管外壁方程,可求得各条切管母线与交管外壁的交点,可以得到2组Z坐标值,根据最大Z坐标原则,Z值最大的点(X,Y,Z)就是所需的相贯线上的点,平滑地连接这些点就能精确地构成相贯线。

2 坡口处理

根据焊接工艺要求,为保证构件的强度和避免较大的角焊缝尺寸,中厚板接头都要进行开坡口焊接,因此,切割管件时不仅需要相贯线的坐标,还要计算出机床切割时的割咀的摆角。

2.1 参考面和参数值定义

根据求出割咀在切割管材时的摆角,现定义参考面和参数值如表2所示。

2.2 实际切割角计算

由交管方程分别求对X,Y,Z的偏导,可得出在相贯线上的点(x,y,z)处,交管切平面的法向量为(x,cos(α).(y.cos(α)-z-sin(α),-sin(α).(y.cos(α)-z-sin(α))。

在切管内壁与交管外壁的相贯线上的点(x,y,z)处的两面角ψ(支管切平面与交管切平面的夹角)为:

坡口角φ根据两面角ψ的大小取值,根据API标准[7]:

当ψ>90°时,φ=45°

理论切割角ρ的计算公式公式[1]为:

切管与交管的二面角所在法剖面的法向量。

在点(X,Y,Z)处,切管轴剖面的法向量为(-sin(δ),cos(δ),0),切管轴剖面与切管和交管的二面角所在法剖面的二面角ξ为:

割咀在切管轴剖面内绕θ轴的摆动的角度,即实际切割角ω的计算公式为:

实际的切割过程是割咀沿外表面运动的,在这一过程完成相贯线和坡口的切割,坡口角是由实际切割角ω来保证的,ω是割咀在切割轴剖面内的摆动来实现的,再由根据数控切割机床的轴定义,就可计算出各个轴的加工数据。

3 运行实例

现有一个两管相贯的模型,切管外径为80mm,壁厚为6 mm,交管外径为100 mm,两管轴交角为45°。通过上位机的VB程序,计算出相贯线的点坐标、两面角、坡口角度和实际切割角数据。用MATLAB画出的内外相贯线展开图,如图2所示,两面角、坡口角和实际切割角如图3所示。计算出的结果,转换为数控机床实际切割的数据如表3所示。

4 结论

通过实例,验证了数学模型的正确性和有效性。应用在五轴四联动数控机床切割管材,可以满足加工多管相贯相贯线和坡口的需要。数学模型以后可以向其他不规则相贯的情况研究,使一台数控设备加工出各种相贯线和坡口,以满足不同客户多样化的需求。

参考文献

[1]肖聚亮,阎祥安,王国栋,贾安东.火焰数控切管机割炬轨迹研究及仿真[J].机械工程学报,2005,41(4):234-238.

[2]李宝清,贾安东.多管、板相贯坡口切割的数学模型[J].天津大学学报(自然科学与工程技术版),2000,33(5):583-586.

[3]王建明,苏永琳.空间多管相贯计算机放样的新算法[J].山东大学学报(工学版),2005,35(6):29-45.

[4]聂晓根,刘艳斌,曾露莎.管件数控火焰切割割炬轨迹建模[J].工程图学学报,2008,29(3):145-150.

[5]谢新房,王国栋.多管相贯焊接坡口数控切割研究[J].工程图学学报,2007,28(4):150-155.

[6]葛国政.数控管子相贯线火焰切割机的研制[J].焊接技术,2006,35(2):45-47.

电火花线切割机床的原理与分类 篇2

(1)数控线切割机床在加工时，切割刀具(铜丝或钼丝)和工件之间加有20KHz、150v的直流脉冲电压。电极丝与工件之间的脉冲放电。当刀具和工件之间的距离足够近时(约0.01mm)，电压击穿冷却切削液介质，在线切割机的切割刀具和工件靠近的全长上均匀放电，高能量密度电火花放电瞬间温度可以达到7000℃或更高，高温使被切削金属瞬间汽化，生成金属氧化物，熔融于切削液中，被移动中的线切割机刀具带出加工区域。

(2)电极丝沿其轴向(垂直或Z方向)作走丝运动，

(3)工件相对于电极丝在X、Y平面内作数控运动

浅谈线切割机床断丝原因及预防 篇3

高速走丝线切割机床具有高质量、高效率等优点，在模具制造、成形刀具加工、难加工材料和精密复杂零件的加工方面有不可替代的作用。但是线切割加工中常常断丝，造成了电极丝的大量浪费和成本增加，重新人工上丝会影响机床的加工效率，使加工零件的精度和表面质量下降甚至工件报废。因此，笔者介绍几种断丝现象及相应的解决方法和预防措施。

一、断丝现象及解决办法

1、空转时断丝

主要原因是钼丝排列时叠丝、丝筒转动不灵活、电极丝卡在导电块槽中等。可通过检查钼丝是否在导轮槽中、排丝机构的螺杆是否间隙过大、丝筒轴线是否与线架相垂直、丝筒夹缝中是否进入杂物以及更换或调整导电块位置方法排除。

2、开始切割时即断丝

初始切割时，钼丝在工件之外，上下导丝轮开距大，钼丝和工件之间的间隙处于不佳状态，钼丝没有阻尼而抖动剧烈，或加工电流过大，进给不稳、工件表面有毛刺，或有不导电氧化皮或锐边造成断丝。解决方法是刚切入时用过调整参数使电流适当减小，切入后，工件侧壁面无火花时再增大电流。检查走丝系统部分，如导轮、轴承、丝筒是否有异常跳动、振动并清除氧化皮、毛刺。

3、切割过程中突然断丝

原因主要有：选择电参数不当，电流过大；进给调节不当，开路短路频繁；工作液太稀、太脏，管道堵塞，工作液流量大减；导电块未能与钼丝接触或已被钼丝拉出凹痕；切割厚件时，钼丝直径太小，间歇过小；脉)中电源削波二极管性能变差，加工中负波较大，钼丝短时间内损耗加大：钼丝被氧化或上丝不当，使丝损伤：丝筒转速太慢，使钼丝在工作区停留时间过长等。可通过将间歇档调大，或减少功率管个数；使用线切割专用工作液；清洗管道；更换或将导电块移一个位置；更换削波二极管；更换钼丝，使用上丝轮紧丝：合理选择丝速档；选择直径合适的钼丝等方法排除。

4、工件接近切完时断丝

原因可能是工件材料的内应力导致变形，夹断钼丝：或工件跌落时，撞断钼丝。可通过选择合适切割路线，材料在加工前作，必要的热处理，使变形尽量小，快割完时，用小磁铁吸住工件或用工具托住工件，使工件不下落等方法排除。

5、有规律断，多在一边或两边换向时断丝

由于筒换向时，未能及时切断高频电源，使钼丝烧断。此时需调整接近开关，如无效，则检测电路部分，要保证先关高频再换向。

二、断丝预防措施

1、合理电参数

一般来说，断丝的机率随着放电能量的增加而加大。将脉冲间隙参数设大些，有利于熔化金属微粒的排出。同时峰值电流和空载电压不宜过高，否则容易产生集中放电和拉弧，引起断丝。当切割厚度较大的工件时，应尽量选用大脉宽、大电流，使放电间隙增大，从而增强排屑效果，提高切割的稳定性，减少断丝的机率。提高脉冲电源的空载电压幅值，可减少加工屑粘附到电极丝上的可能性。预置进给速度要适宜，即工件的蚀除速度与进给速度相当，调整时可通过电流表指针的稳定性判断，指针摆动越稳定越好。尽可能使指针往0位方向波动。

2、钼丝安装

绕丝时，一般贮丝筒两端各留10mm，中间绕满不重叠，宽度不少于贮丝筒长度的一半，防止钼丝频繁参与切割而断丝。尽可能在满足加工要求条件下，选择较粗的电极丝。并且电极丝的松紧要合适。走丝速度一般以小于10m/S为宜。

3、保护工件

对不经锻打、不淬火材料，在线切割加工前采用低温回火消除内应力，防止工件开裂、间隙变形，把钼丝碰断、夹断或弹断。切割厚铝材料时，由于排屑困难，导电块磨损较大，注意及时更换。注意清除工件上的氧化层、毛刺、铁锈和污物，需牢固夹紧工件，防止加工过程中因工件位置变动造成断丝。在加工厚重工件时，可在加工快要结束时，用磁铁吸住将要下落的工件，或者人工保护下落的工件，使其平行缓慢下落从而防止断丝。加工薄工件(3mm以下)时，减少脉冲放电能量，也可在上下导轮之间加厚辅料，增加阻尼，防止钼丝抖动。工件在平磨以后应退磁，防止加工中产生的电腐蚀颗粒易吸附在割缝中，造成短路、断丝。

4、选择适当的工作液

一般水液浓度比在1:10～1:20范围内，切割速度要求高或大厚度工件切割时，浓度适当低些，约5％～8％的浓度，这样加工比较稳定，且不易断丝。工作液使用8～10天须更换。

5、定期检查运丝机构的精度

机床的运丝机构精度变差，主要是传动轴承磨损而产生间隙，增加电极丝的抖动，破坏火花放电的正常间隙。因此应定期检查运丝机构的精度，经常清洗有关的零部件，消除污垢，及时更换易磨损件。如轴、轴承、导轮和导电块等零件。

总之，线切割加工中断丝原因很多，工作中要不断总结，才能有效预防断丝现象。

高档数控多线切割机床 篇4

高档机型—XQ300A高精度数控多线切割机床在湖南大学研发成功。该项成果及其应用, 突破了我国半导体材料切割加工技术瓶颈, 打破了国外进口同类设备长期垄断国内市场的局面。

该项目由湖南大学与湖南宇晶机器实业有限公司共同研发, 填补了我国在制造此类设备方面的空白, 其技术性能优于瑞士、日本同类产品, 价格仅为日本同类产品的50%、瑞士同类产品的30%~40%。该项目具有多项自主知识产权, 整体技术达到国际先进水平, 其中切割线的张力控制技术、收放线电机和主电机的同步技术优于国际领先水平。

多线切割是一种通过金属丝的高速往复运动把磨料带入加工区域进行研磨, 将半导体等硬脆材料同时切割的多片薄片的新型切割加工方法, 数控多线切割机已逐渐取代了传统的内圆切割, 成为硅片切割加工的主要方式。

提高线切割机床加工精度的措施 篇5

(1) 更换上下导轮及导轮与线架之间的绝缘套, 保证V形槽在高速运动中对钼丝精确定位。重新安装调整导轮轴承, 使其既无游隙, 又运转灵活。上下导轮工作中不能有振摆现象, 不能有啸叫声。

(2) 将联接轴由原来的两爪改为四爪, 提高电机轴与贮丝筒的同轴度, 提高贮丝筒的运转平稳性。将减振套材料由原普通橡胶改为聚胺脂, 增强减振和耐磨性。重新安装贮丝筒, 反复调试, 滚筒外圆振摆<0.03mm, 反向间隙<0.05mm, 彻底消除轴向窜动。

(3) 将原导电柱送电方式改为贮丝筒侧端送电方式。消除导电柱打火现象, 使导电轮不易磨损, 钼丝不易夹丝。提高钼丝运动精度及接触可靠性。在贮丝筒侧端面盖板上配装法兰盘、连接套、碳刷座, 将高频电源负极线直接接到碳刷座中的碳刷上, 再使碳刷与贮丝筒侧端面经弹簧压紧充分接触。

(4) 扩大皂化液注入孔, 将喷嘴直径由2mm扩至4mm, 增大皂化液的冲洗力度。在皂化箱中增添泡沫塑料与铜丝网制成的过滤层, 在上液管管口附近安放一块磁铁, 以吸附切削下的铁粉末。每班清洗喷嘴及钼丝架, 每周清洗过滤层、磁铁块。

高速及低速线切割机床加工特点 篇6

电火花加工的原理是基于工具和零件 (正、负电极) 之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来去除多余的金属, 以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。电火花线切割加工是在电火花加工基础之上于20世纪50年代末最早在前苏联发展起来的一种新的工艺形式, 用线状电极 (钼丝或铜丝) 靠火花放电对工件进行切割, 故称为电火花线切割, 有时简称线切割。线切割机床的工作原理是, 电极丝与脉冲电源的负极连接, 工件与脉冲电源的正极连接, 两极在绝缘液体中靠近时, 由于两极的微观表面凸凹不平, 使得电场分布不均匀, 离得最近处的电场强度最高, 导致极间介质被击穿:自由正离子和电子在场中积累, 很快形成被电离的放电通道:在电场的作用下, 通道内的负电子高速奔向阳极, 正离子奔向阴极, 形成火花放电:电子和离子在电场作用下, 高速运动时相互碰撞, 阳极与阴极表面分别受到电子流和离子流的轰击使电极间隙内形成瞬时高温, 通道中心温度高达100000C以上, 两极金属材料的表面局部瞬间熔化:同时把熔化的物质抛出, 并被工作液介质排出。

2 线切割机床按电极丝的运行速度可分为两大类

一类是高速走丝 (或称快走丝) 电火花线切割机床:这类机床的电极丝作高速往复运动, 走丝速度为8-10m/s, 这种机床是我国独创的线切割加工模式。

另一类是低速走丝 (或称慢走丝) 电火花线切割机床。这类机床电极丝作低速单向运动, 一般走丝速度低于0.2m/s。

2.1 高速走丝线切割设备的组成

储丝筒、走丝溜板、丝架、上滑板、下滑板、床身、电源及控制柜。

2.2 低速走丝线切割设备的组成

脉冲电源、新丝放丝筒、废丝筒、张力电动机、导向器、U、V轴电机、动穿丝系统。

2.3 高速走丝及低速走丝机床加工工艺及特点

由于高速走丝 (或称快走丝) 电火花线切割机床电极丝需要反复使用, 它的热物理对加工工艺有重要影响, 电极丝应具有良好的耐蚀性、良好的导电性、较高的熔点、较高的抗拉强度及良好的线性要求。电极丝应主要采用钼丝作为电极丝, 电极丝缠绕在储丝筒上, 在正常工作时电极丝作往复运动, 并且只有一段电极丝工作, 因此随着切割次数增加, 电极丝磨损需要人为调整放电间隙补偿量, 来保证零件加工的尺寸精度。高速走丝线切割机床一般只能采用一次切割。加工后的表面存在变质层。高速走丝线切割机床工作液, 一般采用一定比例乳化液加水配置而成。采用冲洗方式沿电极丝输送工作液进行加工, 在加工窄槽时, 零件表面有时会出现黑白相间的条纹, 这是由于排屑和冷却条件不同造成的。电极丝从上向下运动时, 工作液由电极丝从上部带入工件内, 熔化金属由电极丝从下部带出, 由于上部工作液充分, 冷却条件好, 下部工作液少, 冷却条件差, 但排屑条件比上面好, 这时, 放电产物炭黑吸附在上部加工表面, 使之发黑, 下部加工表面呈白色。由于导丝轮的原因, 加工锥度时存在加工误差。

低速走丝电火花线切割机床电极丝在加工中做低速单向运动, 通常电极丝的速度在0.2m/s以下。在电极丝收集器前段, 有机械吸丝系统保持电极丝有一定的张力。有断丝自动停机并报警系统。低速走丝电火花线切割机床一般采用水侵方式对电极丝进行冷却, 并且配有可调整高压喷淋功能, 保证电极丝及加工零件充分冷却。顶级低速走丝电火花线切割机床, 代表目前线切割机床最高水平, 加工精度在±0.002mm之内最大切割速度为400-500mm2/min, 表面粗糙度Ra<0.2μm, 并且表面无变质层, 这类机床功能齐全, 自动化程度高。数控低速走丝线切割可以多次切割完成零件加工, 第一次为粗加工, 采用高峰值电流、较长脉冲宽度的规准进行大电流切割, 以获得较高的切割速度。切割中把大部分金属材料去除, 保留精加工余量。第二次以后切割未经加工, 采用放电的参数逐渐减小, 切除精加工余量, 利用同一轨迹程序把偏置量按加工次数缩小加工, 一般可分1-5次切割, 除第一次加工外, 其余加工量一般由几十微米逐渐减到几微米, 特别是最后一次, 加工量小, 用几个微米。少量多次切割可以提高加工零件的表面质量, 并且加工次数越多, 工件的表面质量越好。由于大部分零件切割时都是切成封闭的图形, 因此在切割凸模零件时, 第一次切割后要留一段不切, 保证零件不与毛坯脱离, 多次加工完成后加紧加工过的部分, 在加工保留的这一部分, 可以多次吃切割。

下面对多次切个零件进行简要说明:

图二是加工后零件的尺寸要求, 零件尺寸及同轴精度要求较高, 采用一次加工无法保证零件合格, 因此采用5次切割保证满足零件图纸要求。

图一是零件加工示意:首先多次切割1区保证零件尺寸, 在依次切割2、3、4、5区部分最后切割其余4处连接部分。

3 重熔层

在电火花加工过程中, 在火化放电的瞬时高温和工作液的快速冷却作用下, 材料的表面层发生了很大变化, 粗略地可把它分为熔化凝固层 (即重熔层) 和热影响层, 它与基体金属完全不同, 是一种树枝状的淬火铸造组织, 与内层结合也不牢固。热影响层介于熔化层和集体之间。热影响层的金属材料并没有熔化, 只是受到高温的影响使材料的金相组织发生了变化, 它和基体材料之间并没有明显界限。电火花加工后表面硬度一般较高, 耐磨性加好, 同时存在残余应力, 还有可能存在显微裂纹, 因此其耐疲劳能力比机械加工表面低。

4 重熔层的去除方法

目前的去除方法有机械加工去除、磨粒流、手工抛修、化学腐蚀、吹砂、振动光饰、电化学加工等, 但效果都不甚理想, 机械加工去除效果较好, 但受局限性较大, 只能进行平面及易加工部位;磨粒流方法适合去除内孔表面的重熔层:手工进行抛修, 抛修后的零件表面质量较差, 并且尺寸也不易保证;化学腐蚀是目前生产中相对较好的方法, 但在加工时需要对非加工部位进行保护, 并且加工有随机性, 不易控制, 需要反复试验才能进行生产。振动光饰方法适合去除中小零件外表面重熔层。

上述线切割加工中的问题是实际生产中所遇到的问题, 仅供大家参考, 以便做更深入的研究。

参考文献

[1]特种加工 (哈尔滨工业大学) .

快走丝线切割机床的断丝问题 篇7

线切割加工是电火花加工的一种, 是利用连续移动的细金属丝 (称电极丝) 作电极, 通过电极丝和工件之间脉冲放电时产生的电腐蚀作用, 对工件进行加工的一种特种加工工艺方法, 具有加工材料广泛、结构形状复杂、精度高、速度快、周期短等优点。根据电极丝运动的方式将线切割机床分为快走丝电火花线切割机床和慢走丝电火花线切割机床。慢走丝电火花线切割机床主要应用在精度要求较高的场合, 快走丝电火花线切割机床因其操作简单、成本低而被广泛应用于模具、工具、航空航天等制造加工领域。

我院2003年购入苏州金马数控电火花线切割机床 (DK7732型) , 用于本院学生实验。该机属快走丝线切割机床, 本人在操作机床过程中发现机床断丝是一个棘手的问题, 在切割过程中断丝, 不但造成经济损失, 带来重新绕丝的麻烦, 而且耽误时间, 影响实验进行。经过查找资料和实践体会, 本人发现:在线切割加工过程中, 电极丝的使用寿命 (断丝) 跟电极丝的选取、安装和使用相关, 而高频电参数的选择也影响电极丝的使用寿命 (断丝) 。

2 电极丝的选用

快走丝电火花线切割机床的电极丝是快速往复运行的。因为电极丝在加工过程中反复使用, 所以在选用电极丝时要求电极丝具有耐腐蚀性、抗拉强度高、韧性好、耐弯曲、且成本低等特点。由于电极丝在线切割加工时起传递电流的媒介, 当通过电极丝的电流超过了其承载电流时就会导致断丝, 因此要求电极丝的直径能够承受得起加工电流, 从而保证加工的顺利进行。除此之外, 电极丝直径的选取对加工的速度和加工的稳定性也有较大影响。若直径过小, 则承受电流小, 切缝也窄, 不利于排屑和稳定加工, 因而得不到理想的切割速度, 而且容易断丝。若直径过大, 虽然可以提高电流的承载能力, 不易断丝, 保证切割的顺利, 但电极丝直径过大会使切缝过大, 降低切割效率。同时直径过大的电极丝还不能切割较小的圆角或缝槽。根据以上特点和要求, 快走丝电火花线切割机床的电极丝一般采用钼丝。线切割专用钼丝具有抗拉强度高、耐磨性好, 延伸率小、表面光洁度高、稳定性好、切割精度高、不易断丝, 使用寿命长等特点。

我院采用的是φ0.18钼丝, 之前也用过φ0.14的钼丝, 但因为丝太细, 容易卡在导向轮的V型槽内, 造成频繁断丝, 后改用φ0.18的钼丝后, 断丝现象少了很多。

3 电极丝的安装

电极丝要按规定的走向绕在贮丝筒上, 同时固定两端。绕丝时, 一般贮丝筒两端各留10mm, 中间绕满不重叠, 宽度不少于贮丝筒长度的一半, 以免电机换向频繁而使机件加速损坏, 也防止电极丝频繁参与切割而断丝。绕丝后先空载走丝检验电极丝是否抖动 (也称为颤丝) , 若发生抖动要分析原因。电极丝安装好后要检查其松紧程度。如果电极丝安装太松, 则电极丝抖动厉害, 不仅会造成断丝, 而且由于电极丝的抖动也直接影响工作表面的粗糙度。但电极丝也不能安装得太紧, 太紧则电极丝内应力增大也会造成容易断丝, 因此电极丝在切割过程中其松紧程度要适当。新安装的的电极丝要先紧丝再加工。紧丝时用力不要太大。电极丝在加工一段时间后由于自身的拉伸或损耗而会变得松驰。当伸长量较大时会加剧电极丝震动或出现电极丝在贮丝筒上重叠, 使走丝不稳而引起断丝。

应经常检查电极丝的松紧程度, 如果存在松弛现象, 要及时拉紧。除此之外还应注意以下几点:

3.1 贮丝筒后端的限位挡块必须调整好, 避免贮丝筒冲出限位行程而断丝。

3.2 挡丝装置中挡块与快速运动的钼丝接触、

摩擦, 易产生沟槽并造成夹丝拉断, 因此需及时更换。导轮轴承的磨损将直接影响导丝精度, 此外, 导轮的V型槽、宝石限位块、导电块磨损后会产生沟槽, 也会使电极丝的摩擦力过大, 而易将丝拉断。因此要检查导轮、导电块、宝石棒等, 当发现磨损严重时需及时更换。

3.3 当运丝机构的精度下降时 (主要是传动轴承) , 会引起贮丝筒的径向跳动和轴向窜动。

贮丝筒的径向跳动会使电极丝的张力减少, 造成松丝。贮丝筒的轴向窜动会使排丝不匀, 产生叠丝现象。贮丝筒的轴和轴承等零件常因磨损而产生间隙, 也容易引起丝抖动而断丝, 因此必须及时更换磨损的轴和轴承等零件。

3.4 贮丝筒换向时, 如没有切断高频电源, 会导

致电极丝在短时间内温度过高而烧断, 因此必须检查贮丝筒后端的行程开关是否灵活, 否则在往复运动时会引起运丝系统振动而断丝。

3.5 线切割加工中, 在工件材料被蚀除、切割

成型的同时, 电极丝也会被放电腐蚀, 即电极丝也会发生损耗。当电极丝使用的时间较长时, 丝径会变细且布满显微放电凹坎、丝的抗拉强度会下降, 容易发生断丝。一般来说, 在测量丝径比新丝减少0.03~0.05mm时, 应及时更换新丝, 或者电极丝使用时间超过三个月, 即使没有断丝也应该更换新丝。

4 造成电极丝断丝的其它原因及措施

电极丝容易拉断不仅与电极丝的选择、安装和使用有关, 还与下面因素有关。

4.1 工件材料。

如果被切割工件在切割前内应力没有消除, 在切割时就会发生突然开裂, 而把电极丝碰断, 或者会使间隙发生变形, 把电极丝夹断或弹断。因此对不经锻打、不淬火的材料, 在线切割加工前最好采用低温回火消除内应力。

4.2 工件装夹。

虽然线切割加工过程中工件受力极小, 但仍需牢固夹紧工件, 防止加工过程中因工件位置变动造成断丝。加工即将结束时工件容易发生偏转或位移, 造成电极丝被卡断。因此, 可用磁铁吸住将要下落的工件, 或者在快割完时用工具托住工件, 防止工件下落砸断电极丝。

4.3 高频电参数的选择。高频电参数的选择不

当也是引起断丝的一个重要原因, 所以要根据工件厚度选择合理的高频电参数。

4.3.1 放电间隙的选取:

要根据加工工件的厚度选择合适的放电间隙, 当切割厚度较大的工件时, 应尽量选用大脉宽电流和放电间隙, 提高切割的稳定性。放电间隙不能太小, 否则容易产生短路和断丝, 也不利于冷却和电蚀物的排除;放电间隙也不能过大, 否则将影响表面粗糙度及加工速度。

4.3.2 脉冲电流、脉冲宽度、峰值电流和空载

电压不宜过高, 否则会使单个脉冲能量变大, 切割速度加快, 容易产生集中放电和拉弧, 引起断丝。一般空载电压为100V左右。加工电流为电极丝最大承载电流的80%。例如, 直径为0.18mm的钼丝电流为2.0A左右。

4.3.3 电器电路不正常时也易引起断丝。

电极丝在换向时高频没有切断、高频电源功放管击穿, 变频取样电路有故障, 工电流不稳定等都会引起断丝。

4.4 工作液。

线切割机床使用皂化液作为工作液, 工作液为脉冲放电的介质, 在线切割加工中起“清洁、冷却、绝缘断弧”的作用。加工时工作液会随电极丝运动进入到切缝中去, 使电极丝得到充分冷却, 防止电极丝被烧断。工作液的浓度和清洁程度会影响切割的质量和加工的稳定性。皂化液浓度高时工件的光洁度好但加工效率低, 皂化液清洁程度高时, 有利于切屑排除, 可减少切割时的短路和断丝, 因而加工稳定。一般情况下, 工作液在连续使用半月后必须加以更换。

4.5 切割路线。

不合理的切割路线也是引起断丝的因素之一。一般情况下, 最好将工件与其夹持部分分割的线段安排在切割总程序的末端。

5 结论

综上所述, 电火花线切割机床的非正常的断丝原因是多种多样的, 在出现非正常断丝后, 应该对断丝原因由易到难地进行检查和分析, 找出问题, 对症处理, 如:电极丝是否粗细得当、高频电参数是否合适、工作液是否需要更换、导轮是否工作正常、工件是否装夹妥当、切割路线是否合理等。力求使自己在工作中不断的提高, 最大的发挥线切割机床的优势。

参考文献

[1]张学仁.数控电火花线切割加工技术[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 2003.

[2]周旭光.特种加工技术[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2004.

[3]王贵明.数控实用技术[M].北京:机械工业出版社, 2007, 7.

线切割机床加工中大厚铝件的改进 篇8

铝件厚度大使得切割时作用面积大, 切割效果减弱, 切割间隙内蚀物不能及时排出, 减弱了机床的放电能力。切割铝件时, 会产生大量铝的氧化物并附着在钼丝表面, 使得钼丝与导电块间形成火花放电, 这也使得导电块消耗快, 接触部位很快就形成深沟, 杂质一旦被卡在进沟槽, 就会出现断丝现象。当电腐蚀速度跟不上进给速度形成短路时, 由于钼丝与导电块在接触部位放电, 反馈系统就会出现误判断而继续进给, 钼丝与工件就会产生摩擦, 造成工件拉伤以及钼丝迅速磨损, 造成粘丝。

2. 解决措施

针对上述问题一般采取的措施是加大单个脉冲的能量, 包括电压、电流、脉宽等, 使放电间隙加大, 改善冷却液的进入和排出, 选用流动性和排污能力好的冷却液并及时更换。在适当位置增加清洁装置 (如橡胶刮板) 清除钼丝表面的氧化物, 并及时调整导电块的工作位置。但这些措施不能从根本上解决粘丝问题, 需要进一步改进。

从线切割机床给电原理进行分析, 加工时工件接正极, 电极丝接负极, 加工中的间隙电压也由负极回路反馈给控制系统。线切割机床的负极电由上下导电块传给电极丝, 间隙电压由电极丝经导电块传送给反馈系统 (图1) 。这种系统结构简单, 制造成本低, 在多数快走丝机床上使用, 但因电极丝和导电块之间的接触太小, 切割铝件时容易出现断丝、粘丝现象。为此有些厂家采用储丝筒供电方式 (图2) , 即把导电块后移和储丝筒并为一体, 让负极电由储丝筒直接传给电极丝, 由于电极丝和储丝筒的接触是一个大的面接触, 保证了电极丝与电源的可靠接触。但这种方法存在如下问题:储丝筒工作时需要高速旋转而且左右游走, 负极接进储丝筒结构相对复杂, 需由专业厂家对机床进行专业改造, 改造费用较高;电流由储丝筒到工件的路程比较长, 损耗较大, 且影响加工效率。

通过多次试验, 提出了前导丝轮加电方式并分析其可行性。前加电方式是把负极接线位置前移, 与前导轮重合 (图3) , 由于丝和导轮接触面接近90°, 并且钼丝在上下导轮间存在反向作用力, 保证了它们之间的可靠接触, 使这种加电方式可行, 关键在于如何把电可靠地传给高速旋转的导轮。

经过分析研究, 设计了一种前加电专用导电模块 (图4) , 通过弹簧的压力把导电柱紧贴在导轮轴端面上, 用螺母调节弹簧压力, 保证导电柱与导轮轴端面接触可靠, 同时对导电柱与导轮的接触面进行适当研磨, 以提高接触可靠性。这套加电机构顺利实现了对高速旋转导轮的加电, 但在使用中因为导电柱和导轮之间高速旋转摩擦产生大量的热, 导致轴承受温度变化影响到加工精度, 而且两接触面摩擦产生的金属屑在一个相对密闭的空间内不能排出, 影响轴承寿命。经观察分析, 决定将滑动摩擦改为滚动摩擦, 首先去掉弹簧机构, 制作一组铜端盖, 分别旋于铜套两端, 并保证不与导轮端面接触 (图5) 。用螺母将负极导线连接在铜端盖上, 电流经铜端盖到铜套, 再经轴承传到导轮上, 最终到达钼丝上, 由于在铜套外圈嵌有一圈有机玻璃制成的环套, 电流经过时形成了良好的绝缘层, 减少了能量的损耗。采用铜端盖供电方式不但解决了摩擦问题, 而且可以起阻挡灰尘、杂质进入轴承的作用, 保证了轴承使用寿命。

3. 效果

DK7732机床进行上述改进后, 对中大厚度铝件的切削加工效果良好, 避免了断丝、粘丝现象, 表面加工质量和加工效率明显提高, 系统工作稳定。

摘要：针对电火花线切割机床加工中大厚度铝件时存在的难题, 进行分析并对机床进行相应改造, 获得了较好的效果。

机床切割 篇9

在模具精密加工中,高频数控电火花线切割加工机床占有重要地位,而数控系统的可靠性以及实时性与加工精度关系密切。当前线切割数控系统中普遍采用的是并口或者是串口R232或R485来传输上位机到控制器之间的图形数据流。并口传输数据量大但容易受到干扰,串口R232,R485传输速度慢,实时性不好。

本文借鉴汽车总线控制系统,将CAN总线应用于线切割机床控制系统中,满足了系统数据传输的实事性与可靠性要求。

1 CAN总线简介

CAN是为解决现代汽车中的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种数据通信协议。CAN总线采用多主结构,网络上的任意节点可在任意时刻向其他节点发送信息,通信方式非常灵活。

由于采用了许多新技术及独特的设计,CAN总线与一般的通信总线相比,它的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。其主要特点是:

(1) CAN是到目前为止唯一有国际标准的现场总线。

(2) CAN为多主方式工作,网络上任一节点均可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息,而不分主从。

(3)在报文标识符上,CAN上的节点分成不同的优先级,可满足不同的实时要求,优先级高的数据最多可在134us内得到传输。

(4) CAN采用非破毁坏总线仲裁技术。当多个节点同时向总线发送信息出现冲突时,优先级较低的节点会主动退出发送,而最高优先级的节点可不受影响继续传送数据,从而大大节省了总线冲突仲裁时间。即使是在网络负载很重的情况下,也不会出现网络瘫痪情况。

(5) CAN节点只需通过对报文的标识符滤波即可实现点对点,一点对多点及全局广播等几种方式传送接受数据。

(6) CAN的直接通信距离最远可达10km (速率5kbps以下),通信速率最高可达1Mbps。

(7) CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路,目前可达110个。在标准桢报文中标识符有11位,而在扩展桢报文标识符有29位。

(8)报文采用短桢结构,传输时间短,受干扰率低,保证了数据出错率极低。

(9) CAN的每桢信息都有CRC校验及其他纠错措施,具有极好的纠错效果。

(10) CAN的通信介质可为双绞线,同轴电缆或光纤,选择灵活。

(11) CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能,以使总线上其他节点的操作不受影响。

(12) CAN总线具有较高的性能价格比。它的结构简单,器件容易购置,每个节点的价格较低,而且开发技术容易掌握。

CAN协议也是建立在国际标准组织的开放系统互连模型基础上的。不过其模型结构只有3层,即只取OSI底层的物理层,数据链路层和应用层。由于CAN的数据结构简单,又是范围较小的局域网,因此不需要其他中间层,应用层数据直接取自数据链路层或直接向数据链路层写数据。结构层次少,有利于系统中实时信号的传送。

CAN通信系统主要由CAN总线控制器和CAN收发器组成。NEC公司的大多数8位78K0系列单片机在内部都集成有CAN控制器,在外围电路中加CAN收发器即可完成硬件电路设计。

本文中我们采用了78K0F系列的带内部CAN控制器的8位单片机μPD78F0822。该芯片具有优秀的抗瞬变、抗电磁干扰特性。

2 CAN总线系统硬件部分组成

本系统上位机CAN接口采用的是PCI-5110单路智能CAN接口卡,PCI-5 110智能CAN接口卡是一款采用PCI接口、集成微处理器的1路CAN接口卡,即插即用,符合PCI2.1规范。PCI-5110接口卡采用SMD表面安装技术工艺、4层电路板工艺,安装有光电隔离模块,实现完全电气隔离的CAN接口/PCI控制电路,抗干扰能力强,非常适合在长期工作环境下的现场PC机上使用。

PCI-5110智能CAN接口卡上集成8KB高速双端口存储器,可有效提高数据吞吐率,适合用于需要进行大量数据传输的CAN通信应用场合;硬件采用中断接收方式,可最大限度地减轻PC机负荷;对PC机的硬件、软件环境要求并不严格。

PCI-51 10智能CAN接口卡提供广泛和强大的软件支持。这些软件支持包括通用的ZLGVCI驱动库接口,自动安装,支持在VC++、C++B uilder、Delphi等开发环境下设计工程,可适合不同的开发人员使用。另外,PCI-5110接口卡还支持高层协议的驱动库接口,比如CANopen、DeviceNET等,实现CAN-bus在高层协议中的应用。

系统下位机采用NEC uPD78F0822单片机,该单片机是针对汽车车身控制系统和汽车仪表应用而开发的8位闪存(Flash)芯片,具有极强的环境抗干扰能力,非常适合模具加工工业现场应用;芯片采用I00PinQFP封装,存储区包括120k字节的程序存储器(ROM)、1024字节的内部高速RAM(IHRAM)、4096字节的内部扩展RAM(IXRAM)、32字节的LCD显示RAM和288字节的DCAN RAM。

uPD78F0822单片机具有运行指令的时间可以改变的特点、并且具有多达76个的I/O口、8个10位A/D转换器、一个声音产生器、2路LCD控制驱动器、4路电机控制驱动器、1个CAN接口、3个串行通信口、4个8位计数器、4个16位计数器等,同时还有电压适应范围宽(4.0～5.5V)等优点。

CAN收发芯片采用的是TJA1050,该芯片具有高速,低电磁辐射的特点,非常适合工业场合应用。其硬件结构如图1所示。TJA1050主要完成从单片机(CAN-TXD和CAN-RXD)到CAN总线(CANH、CANL)的电压转换和驱动。

3 数据传输软件实现

CAN总线上的信息以固定格式的报文发送。报文传输的数据帧格式为:帧信息ID+数据。

上位机采用VC进行开发,程序流程图如图2所示。首先调用子函数(VCI_OpenDevice)打开设备,然后调用函数(VCI_InitCan)对CAN卡进行初始化,此时板卡已经开始工作。下面要做的工作是将主程序生成的3B格式的程序代码发到CAN总线上,3B编码格式如表1所示。CAN每一桢最多可传送8个字节的数据,本设计将第1～2字节分配给X坐标值使用,第3～4字节分配给Y坐标值,将第5～6字节分配给计数长度,将第7字节分配给方向,将第8字节分配给加工指令。通过调用函数(VCI_-ReadCanStatus)读总线状态,当总线空闲时可以将数据发到总线上。为保证系统的可靠性,还需要调用函数(VCI_ReadBoardInfo)读CAN卡信息;调用函数(VCI_ReadErrInfo)读错误信息;调用函数(VCI_GetReference)读设备参数;调用函数(VCI_SetReference)设置设备参数,处理不同设备的特定操作。

完成以上设定后,就可以调用函数(VCI_StartCAN)启动CAN,将数据流发送到总线上。通过调用函数(VCI_Transmit)返回实际发送的帧数。

CAN总线同时也将NEC uPD78F0822单片机的监控信息传送到上位机,在上位机中通过调用函数(VCI_Receive)来读下位机的状态信息数据,从而达到实时监控的目的。

下位机中,通过函数(CanMsgGetDatDlc)获得上位机发送过来的数据,然后将对应数据通过不同算法处理来实现对线切割机的控制。通过调用函数(CanMsgSetDat)将线切割机的工作状态信息数据发送到上位机。

不论从实时性、适应性还是从灵活性或可靠性方面来看,CAN总线都是比RS-232和RS-485更优秀的串行总线,其在模具加工机械的数据传输和控制中将有着十分广阔的前景。

在整个传输过程中如表1那样,通过分配不同的桢ID来区分控制数据,状态数据,加工数据。实践证明,通过应用CAN总线,使数据传输更可靠了,编程也更灵活了,提高了加工质量。

4 电磁兼容设计

电火花加工机床的电磁环境非常复杂,既有内部各模块之间的相互干扰,也有外界对其产生的干扰。本文主要采用了4个方面的抗电磁干扰措施,(1)加装铁氧体抑制线路板的辐射和外部传导干扰;(2)利用光电耦合器来抑制传导干扰;(3) PCB布线产生的耦合电容以及环境磁场产生的干扰的抑制;(4)采用TVS抑制外部传导干扰。

5 结论

本文开发了基于PCI-5110智能CAN接口卡的上位机绘图加工系统,同时开发了基于NEC uPD78F0822单片机的线切割CAN总线控制器,最终实现了强电磁干扰(脉冲放电)环境下加工数据的可靠与快速传输,而且能够利用一台上位机通过CAN总线同时控制数台加工设备,便于流水线工序,从而提高了加工质量和加工速度。

参考文献

[1]饶运涛，邹继军，郑勇芸．现场总线CAN原理与应用技术[M]．北京：北京航空航天出版社，2003．

[2]NEC uPD78F0822 Subseries User's Manual[Z].NEC Corpo ration,2004.

[3]魏余芳．微机数控[M]．四川：西南交通大学出版社．

[4]广州周立功公司．CAN-bus通用测试软件及接口函数库使用手册[Z]．