Sg数控电火花线切割机床的基本组成与功能
目前我国使用的快速走丝电火花线切割机床由床身、坐标工作台、走丝机构、丝架、脉
冲电源、数控装置工作液循环系统等几部分组成。
1.床身
床身是支承和固定工作台、走丝机构等的基体,其材料一般为铸铁,因此,要求床身应
有一定的刚度和强度,一般采用箱体式结构。床身里面安装有机床电气系统、脉冲电源、工
作液循环系统等元器件。
2.坐标工作台
目前在电火花线切割机床上采用的坐标工作台大多为X、y方向线性运动。不论是哪种
控制方式,电火花线切割机床最终都是通过坐标工作台与丝架的相对运动来完成零件加工
的,坐标工作台应具有很高的坐标精度和运动精度,而且要求运动灵敏、轻巧,一般都采用
“十”字滑板、滚珠导轨,传动丝杠和螺母之间必须消除间隙,以保证滑板的运动精度和灵
敏度。
3.走丝机构
在快速走丝线切割加工时,电极丝需要不断地往复运动,这个运动是由走丝机构来完成
的。最常见的走丝机构是单滚筒式,电极丝绕在储丝筒上,并由丝筒作周期性的正反旋转使
电极丝高速往复运动。
4.丝架
走丝机构除上面所叙述的内容外,还包括丝架。丝架的主要作用是在电极丝快速移动
时,对电极丝起支承作用,并使电极丝工作部分与工作台平面保持垂直。为获得良好的工艺
效果,上、下丝架之间的距离宜尽可能小。
5.脉冲电源
电火花线切割加工的脉冲电源与电火花成形加工作用的脉冲电源在原理上相同,不过受加
工表面粗糙度和电极丝允许承载电流的限制,线切割加工脉冲电源的脉宽较窄(2~60 ys),
单个脉冲能量、平均电流(1~5A) -般较小,所以线切割总是采用正极性加工。
6.数控装置
数控装置在电火花线切割加工中起着重要作用,具体体现在如下两方面。
(1)轨迹控制作用 它精确地控制电极丝相对于工件的运动轨迹,使零件获得所需的形
状和尺寸。
(2)加工控制 它能根据放电间隙大小与放电状态控制进给速度,使之与工件材料的蚀
除速度相平衡,保持正常的稳定切割加工。
7.工作液循环系统
工作液循环与过滤装置是电火花线切割机床不可缺少的一部分,其主要包括工作液箱、
工作液泵、流量控制阀、进液管、回液管和过滤网罩等。工作液的作用是及时地从加工区域
中排除电蚀产物,并连续充分供给清洁的工作液,以保证脉冲放电过程稳定而顺利地进行。
目前绝大部分快速走丝机床的工作液是专用乳化液。乳化液种类繁多,可根据相关资料来正
确选用。
就是通过高频放电对零件进行电腐蚀
电火花加工最新技术进展
放电堆积造型
毛利尚武教授、斋藤长男教授和三菱电极名古屋制作所合作,在进行液中电火花放电表面改性处理时,在s45c钢上成功地堆积除wc厚膜(层),并进行了将电火花堆积和电火花去除加工相组合对工件进行修复的试验。毛利尚武教授还用钨电极(φ0.1mm)成功地进行了电火花堆积。日本名古屋工业大学早川伸哉波士等,通过计算钢打钢时正极和负极的温度分布,选择合适的电参数,使得工具电极的放电温度超过器材料的沸点,工件电极的温度在材料熔点和沸点之间,在空气中进行了电火花堆积造型试验。用此法在气体中电火花附着堆积出直径约140μm,高2.2mm的微细圆柱,工件和电极都是s45c钢,电极直径0.1mm,放电电流2.5a,脉冲宽度5μm,工件接脉冲电源负极,加工时间6.3h。
气体中放电电火花加工
日本东京农工大学国枝正典教授开展了气体中放电电火花加工和气体中线切割加工的研究。该方法使用管状电极中喷出,在工件与电极间隙形成绝缘介质,从而取代绝缘工作液进行电火花加工。此方法加工没有火灾隐患,不污染环境,电极损耗率非常低,放电加工时的反作用小,有利于微细加工,选择合适的气体,可使加工表面在凝固层(白层)非常薄。富山地方大学岩井等人还利用压缩空气作介质代替液体介质,通过放电修形、修锐金属基金刚石砂轮。结果表明,经过这样处理后的砂轮磨削性能同传统的修形方法几乎相同。这种方法可以修出曲线轮廓。
钛合金表面电火花放电着色
日本大阪府立产业技术综合研究所的增井清德和难久开展了钛合金线切割放电着色和钛合金电火花放电着色的研究。线切割着色使用单向脉冲电源,工件接脉冲电源正极,工具电极丝接脉冲电源的负极,工作液为去离子水,电阻率为(1~20)×104ω.cm。其着色原理是利用线切割的放电作用,在钛合金形成透明的氧化钛膜,由于光的干涉,不同厚度的氧化钛膜将得到不同颜色的干涉光,通过控制氧化钛膜的厚度就可进行不同的颜色着色。
反复拷贝法微细电极电火花加工
日本松下电气与东京大学增泽隆久教授合作开发生产gmg-ed82w型超微细电火花加工机床后,为解决高密度、大深径比、复杂形状微细孔、微细轴、销、冲头等的的加工问题,松下电气生产技术研究所的正本健、和田纪彦开发了先用wedg加工法加工微细电极,然后用该微细电极加工出具有多孔的中间电极,在用中加电极加工除具有多个微细轴形状的工作电极。用这样的电极可以一次加工出多个小孔。姑且将其称为发反拷贝法微细电极电火花加工方法,即μedmn 加工法,其中μ代表微细,edm代表电火花加工,n带便反复次数,即反复多次微细电火花加工。例如n=1,用wedg加工法加工简单的圆柱微细电极;n=2,用生产的微细圆柱电极在薄板上加工多个微细孔;n=3,用薄板中间电极在大的圆柱棒或块状工件上加工出一体化的具有多个微细轴的工作电极,也可作为销或冲头等工具;n=4,用上述工作电极进行多孔同时加工。在n>2后,为了实现稳定电火花放电加工,在进给方向上要对间隙加上振幅数μm,频率为数+hz的微振动。又如,用此方法在stavax不锈钢上加工了直径100μm、长度400μm和直径50μm、长度100μm公400个锥度2度的微细圆锥柱。
电火花加工放电位置可控形的研究
日本东京农工大国枝正典等人,在研究电火花加工放电位置检测技术原理的基础上,进行了放电位置的可控形研究。其试验原理基于对放电等效电路的分析,认为由于分布电感的存在,如果施加一个足够陡峭的高电压,则仅进点附近的电压较其它远离进电处的高压升高的快一些。也就是说,可以在纳秒数量级内获得优先击穿的几率。经过较为系统的实验研究,它们还发现,施加的高电压上升速度较快,控制效果也就越好;电极和工件中的分布电感越大,控制效果越好;最佳的高压机理放电延迟时间为略短于普通放电延迟时间。在线切割机床上的试验表明:在施加高电压的进展块附近的放电概率高于另一端。
这一研究进展对于电火花加工的过程控制可能带来非常深刻的影响,很有可能将过去被动的控制策略变成为主动控制策略,从而不必依赖延长放电停歇时间来保证间隙消电力,避免放电集中导致的拉弧等有害放电。这样不仅保证加工更加稳定。而且可以大幅度提高加工效率。
电火花成形加工的基本原理:在绝缘的工作液中工具和工件之间脉冲性火花放电,局部、瞬间产生的高温,使工件表面的金属溶化、汽化、抛离工件表面,而将工件逐步加工成形.
电火花线切割加工是电火花加工的重要组成部分,它是利用金维啊验干方供矛历吧查属线状工具电极(又称电极丝)沿着给定的几何图形轨迹,利用脉冲放电腐蚀金属的原理来加工工件来自。快走丝线切割机床于70年代在我国兴起并逐步广泛应用于加工精度要求高、形状复杂,特别是模具等金属件的加工中。
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)接触器触点频繁闭合断开造成的噪声沉王证生玉能燃电路不大。
这些问题导致的主要液可卫磁后果是整个加工可靠性降低,烧丝等问题增多,这势必导致攻北担二次加工,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束制方式的改进,其理由主要有以哪酸物六下几点:
(1)变频器产品画合望倍诗田技术成熟、性能可靠,已被广泛应用于异步电机各控制系统中。
(2)利用变频器尽其法兴微端异由财扩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过变频器内部集成控制电路完成(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。
况板数叫妈想导 (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任才医鲜微项能,可进一步提高自动化程度。
本机床采用Altivar31系列高性能变频器,功率范围从0.18~15KW;无速度传感器磁通矢量控制;6路可变逻辑输入端子,3路可配置模拟输入端子,3路逻辑/模拟输出端子,提供控制功能和保护功能。
1 走丝机接历构控制系统
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的关键部件。走丝机构的功能是带动投演械收材乙剂界电极丝按一定线速度移动往复运丝,并将电极丝整齐地排绕在储丝筒上。储丝筒本身作高速正反向转动,是利用电动机正反转来达到的。电机经联轴器带动丝筒,再经同步带带动丝杠转动,拖板便作往复运动,拖板移动的室项通氢云安肥帮秋行程可由调整换向左右撞块的距离来达到。机床走丝机构如图1所示。
2 丝筒变频调速系统结构
变频调速系统主要由以下几个环节构成,系统结构框图如图2所示裂黑井:
(1)主电路
系统功率花变换环节采用AD/DC整流电路和IGBT逆变电路。
(2)控制电路
控制电路主要用来接受外来信号和发出控制命令和PWM 波形。
(3)驱动电路
鱼军 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,则硬件电路将立即产生信号,关闭波形发生器并在中断子程序中进行保护设置,并使程序回到初始状态。
3 变频调速系统的电路设计
储丝简采用三相交流异步电动机拖动,电机速度通过变频器调速旋钮进行无极调速
3.1 主电路的设计
三相交流电压经二极管整流模块,大电容滤波后送到由6个IGBT组成的三相逆变器,系统功率器件选用第三代IGBT及续流二极管,由逆变器送出的可变频率的交流电供给电动机调速。
3.2 控制电路的设计
使用DSP作为控制器能最大限度地减少外围器件的数目,增加系统的稳定性。在本设计中主要使用1MS32OC24Ox DSP的PWM输出口,及板上A/D口、捕获接口CAP。DSP的6个PWM信号经过缓冲器反相后送到驱动电路板驱动IPM。控制系统结构图如图3所示
对于A/D采样口的输入信号做了前期的处理,直接输入的信号是幅值在0~5V的直流电压信号,能满足DSP对输入模拟信号的要求。交流电机的矢量控制要求对交流电机速度进行采样。
3.3 驱动电路的设计
在设计中使用IGBT智能功率模块(IPM),它是一种大规模集成模块,不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起,而且还将过电压、过电流和过热等故障检测电路包含在里面,并可将故障保护信号送到CPU或DSP进行处理。
3.4 保护电路的设计
IGBT用于电力变换时,容易出现过电压、过电流等故障,造成器件的损坏,因而IGBT在工作时,必须采取完备的保护措施。这些保护措施主要包括过压保护、过流保护和过温保护3部分。IPM内部已经整合了很周密的保护电路,从电流保护、电压保护到热保护。
4 结论
电火花线切割加工机床集高效、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。