慢走絲機床

            慢走絲機床

            2019-09-04 16:16:52作者:福州興元泰機械模具有限公司 瀏覽數:201

            慢走絲,也叫低速走絲,是利用連續移動的細金屬絲(稱為電極絲,一般為銅絲)作電極,對工件進行脈沖火花放電,產生6000度以上高溫,蝕除金屬、切割成工件的一種數控加工機床。慢走絲加工原理是在線電極與工件之間存在的有縫間隙,持續放電去除金屬的現象。

            1. 簡介

            由于慢走絲線切割機是采取線電極連續供絲的方式,即線電極在運動過程中完成加工,因此即使線電極發生損耗,也能連續地予以補充,故能提高零件加工精度。慢走絲線切割機所加工的工件表面粗糙度通??蛇_到Ra=0.8μm及以上,且慢走絲線切割機的圓度誤差、直線誤差和尺寸誤差都較快走絲線切割機好很多,所以在加工高精度零件時,慢走絲線切割機得到了廣泛應用。除了早期的中小型企業,在諸如航空,汽車,醫療等大型企業的加工工廠內也極為常見。

            2. 工作原理

               慢走絲是利用連續移動的細金屬絲(稱為電極絲)作電極,對工件進行脈沖火花放電蝕除金屬、切割成型的一種加工機床。慢走絲加工時在線電極與工件之間存在的疏松接觸式輕壓放電現象。當柔性電極絲與工件接近到通常認為的放電間隙(例如810μm)時,并不發生火花放電,甚至當電極絲已接觸到工件,從顯微鏡中已看不到間隙時,也常??床坏交鸹?,只有當工件將電極絲頂彎并偏移一定距離(幾微米到幾十微米)時才發生正常的火花放電。此時線電極每進給1μm,放電間隙并不減少1μm,而是電極絲增加一點線間張力,工件則增加一點側向壓力,顯然,只有電極絲和工件之間保持一定的輕微接觸壓力后才能形成火花放電。據此認為在電極絲和工件之間存在著某種電化學產生的絕緣薄膜介質

            3. 加工特點

               表面質量

            1)納秒級大峰值電流脈沖電源技術

            電火花加工時金屬的蝕除分熔化和氣化兩種。寬脈寬作用時間長,容易造成熔化加工,使工件表面形貌變差,變質層增厚,內應力加大,易產生裂紋。而脈寬小到一定值時,作用時間極短,形成氣化加工,可以減小變質層厚度,改善表面質量,減小內應力,避免裂紋產生。

            先進的低速走絲電火花線切割機采用的脈沖電源其脈寬僅幾十ns,峰值電流在1 000 A以上,形成氣化蝕除,不僅加工效率高,而且使表面質量大大提高。

            2)防電解(BS)脈沖電源

            低速走絲電火花線切割加工采用水質工作液。水有一定的導電性,即使經過去離子處理,降低電導率,但還有一定的離子數量。當工件接正極,在電場作用下,OH-離子會在工件上不斷聚集,造成鐵、鋁、銅、鋅、鈦、鎢的氧化和腐蝕,并使硬質合金材料中的結合劑鈷成離子狀態溶解在水中,形成工件表面的軟化層。曾采用提高電阻率的措施(由幾十千歐?厘米提高到幾百千歐?厘米),盡可能降低離子濃度,雖對改善表面質量起了一定的作用,但還是不能有效地徹底解決軟化層的問題。

            電解電源是解決工件軟化層的有效技術手段。防電解電源采用交變脈沖,平均電壓為零,使在工作液中的OH-離子電極絲與工件之間處于振蕩狀態,不趨向工件和電極絲,防止工件材料的氧化。

            近年,瑞士AgieCharmilles以創新技術提供GF加工方案,旗下的慢走絲機床采用IPG脈沖電源更能增強機床的加工性能;IPG電源的核心目的幫助用戶提高生產力。它內置的工藝參數強化了切割速度、精度和表面質量等加工性能。

            采用防電解電源進行電火花線切割加工,可使表面變質層控制在1μm以下,避免硬質合金材料中鈷的析出溶解,保證硬質合金模具的壽命。

            切割精度

            1)多次切割技術

            多次切割技術是提高低速走絲電火花線切割加工精度及表面質量的根本手段。它是設計制造技術、數控技術、智能化技術、脈沖電源技術、精密傳動及控制技術的科學整合。一般是通過一次切割成形,二次切割提高精度,三次以上切割提高表面質量。原來為達到高質量的表面,多次切割的次數需高達79次,只需34 次。GFCUT糸列機床高精度工件5次切割最大尺寸誤差TKM±2μm;硬質合金切割表面粗糙度可達到Ra0.17μm。日本的Seibu機型通過7回切割,面粗度可達到Ra:0.12μm

            2)拐角加工技術不斷優化完善

            由于在切割拐角時電極絲的滯后,會造成角部塌陷。為了提高拐角切割精度,研究人員采取了更多的動態拐角處理策略。如:改變走絲路徑;改變加工速度(薄板);自動調節水壓;控制加工能量等。

            3)采用提高平直度的技術

            高精度精加工回路都是提高平直度的技術,被認為對厚件加工意義重大。日本的MAKINO(牧野)慢走絲機床采用成熟的技術GS-Cut(凸面精靈),可在大于300mm厚的工件上,僅1刀就能實現5μm的公差。

            4機床結構更加精密

            為了保證高精度的加工,采用了許多技術措施來提高主機精度:控制溫度。采用水溫冷卻裝置,使機床內部溫度與水溫相同,減小了機床的熱變形。采用直線電機。響應度高,精密定位可實現0.1μm當量的控制,進給無振動,無噪音,提高放電頻率,保持穩定放電,兩次切割Ry5 μm。采用陶瓷、聚合物人造花崗巖制件,其熱慣性比鑄鐵大25倍,降低溫度變化對切割精度的影響。采用固定工作臺、立柱移動結構,提高工作臺承重,不受浸水加工和工件重量變化的影響。采用浸入式加工,降低工件熱變形。電機伺服,閉環電極絲張力控制。高精度對刀:采用電壓調制對刀電源。對刀精度可達±0.005 mm,不損傷工件,不論干濕。

            加工效率

            1)最高加工效率

            由于ns級大峰值電流脈沖電源技術及檢測、控制、抗干擾技術的發展,低速走絲電火花線切割機的加工效率也在不斷提高。

            2)較大厚度工件的加工效率

            日本三菱電機公司FA-V系列機床在切割300 mm厚的工件時,加工效率可達170 mm2/min。這是很有實際意義的技術提升。

            3)厚度變化工件的加工效率

            自動檢測加工件的厚度,自動調整加工參數,防止斷絲,達到該狀態的最高加工效率。

            4)雙絲自動交換技術

            ROBOFIL 2030S1-TW機床能采用0.200.02 mm的電極絲自動進行雙絲切換加工。采用粗絲進行第一次切割,一般絲徑為0.25 mm,以提高加工效率,并可無芯切割;然后采用細絲進行修整,一般采用0.10 mm的細絲,切割出小圓角,并可提高精度??傮w可節省30%50%的切割時間。

            5)快速自動穿絲技術

            自動穿絲時間<15 s;日本沙迪克公司稱穿絲時間為13 s. 而日本牧野公司的U3、U6機型高速自動穿線僅需10秒。

            各國特點

             

            國外

            瑞士、日本制造的低速走絲電火花線切割機為主流機型;

            1)頂級低速走絲電火花線切割機

            這種低速走絲電火花線切割機代表了目前的最高水平,如瑞士夏米爾公司的千系列機床、日本三菱電機公司的PA系列超高精度機床、日本Seibu ULtraMMB糸列、日本牧野公司的UPJ-2精密機床等。這類機床的 最大特點是加工精度很高,在±0.002 mm以內,表面粗糙度Ra<0.2μm,一般都能使用<0.03 mm的電極絲進行微精加工,主機大都具有熱平衡系統,一些機床采用在油中進行切割加工。瑞士阿奇夏米爾公司的雙絲機床也屬于這個檔次。這個檔次的中型機床每臺售價一般在200萬元以上。

             

            2)高檔低速走絲電火花線切割機

            這檔機床除了采用無電阻防電解電源外,一般均帶有自動穿絲裝置,能采用0.10 mm的電極 絲進行切割,精度在±0.003 mm左右。最高加工效率能達500 mm2/min的超高速機也屬于這個檔次,如夏米爾公司的CUT P糸列,日本Seibu MMBseries糸列等。這個檔次的中型機床每臺售價在100萬元以上。

            3)中檔低速走絲電火花線切割機

            為了搶占中國市場,日本、瑞士的電加工機床制造企業推出了這檔機床,價格一般在5080萬元/臺。日本沙迪克公司的Aln系列、三菱電機公司的FA系列等。

            這檔機床的配置和性能滿足了用戶采用低速走絲電火花線切割加工的基本要求。一般都采用無電阻、防電解電源,具有水浸式加工、錐度切割功能。實用的最高加工效率為120150 mm2/min ,最佳表面粗糙度達Ra<0.5μm,切割精度可達±0.005mm,一般都采用0.15 mm以上的銅絲進行切割。這檔機床一般都具備自動穿絲功能,可供用戶選配。

            國內

            臺灣制造的低速走絲電火花線切割機

             

            臺灣的低速走絲電火花線切割機起步雖然較晚,但這幾年來發展迅速。其關鍵的一個舉措就是由若干家電加工機床制造企業共同出資,在有關部門一定限度的支持下,由臺灣工業技術 研究院投入大量的人力、物力做關鍵技術的開發。經過10多年的攻關,在控制系統及電源等關鍵技術上取得了突破。

            臺灣各企業制造的低速走絲電火花線切割機應屬中檔機的范圍,銷售價一般在5060萬元/臺。這些機床一般都采用無電阻防電解電源具有錐度切割、浸入式加工等功能。

            臺灣低速走絲電火花線切割機的最高加工效率在200 mm2/min左右,實用加工效率為100120 mm2/min,切割表面粗糙度為Ra 0.50.8μm。一般認為臺灣機的切割精度應在±0.005 mm左右。

            3)低速走絲電火花線切割機開發情況

            機床構造

            編輯 

            慢走絲機床屬于數控機床中機械自動化程度較高的機械。

            主體

            1. 機身導軌 采用高硬度耐磨材質,附加手動液壓潤滑油注入,通過各油管分流到各導軌以達到潤滑,減小摩擦系數的效果,每軸2條;也有機床采用氣體靜壓導軌,此導軌的摩擦系數接近于零。

            2. 絲桿 采取螺旋式位移,由伺服馬達轉速來決定絲桿的位移量,目前手動單步最小移動量為0.001MM,絲桿長度決定機床的可移動范圍,絲桿間隙可測量后利用系統參數中補正加以修正,每個絲桿形成一個軸。

            3.伺服馬達(三相電機) 伺服馬達轉速由伺服電箱內主板選取的電壓檔級來決定。馬達步距最小為位移當量為0.0001MM,各軸均有。

            4.極限開關(閉合開關) 極限開關設置在絲桿位移范圍的左右端,絲桿實際移動范圍中。當機床移動至極限開關閉合時,電信號輸入主板,主板輸出電信號停止伺服馬達運轉,各軸均有2個。

            5.減速開關(閉合開關) 閉合開關的設置在未至極限開關內,當絲桿位移將至極限減速開關閉合處,電信號輸入主板,主板輸出電信號降低伺服馬達轉速,各軸均有2個。

            6.伺服電箱 接受輸出電信號,控制電源的集成電路,內有中央處理器。

            7.顯示屏 普通電子管、液晶顯示、到觸摸屏,是輸出顯示,輸入信號集成的面板。

            8.手控器 將常用功能集成于小面積的手柄上,方便使用者的操作,起輸入的功能。

            水路

            慢走絲具有一套水循環系統,用于凈化水質,去離子來達到工作液再次加工的作用。

            1.水缸 工作液的存儲處,有污水缸,純水缸之。

            2.水泵 污水泵把污水抽出注入過濾器,離子泵把過濾后的水注入樹脂桶以去離子,注水泵把工作液快速注入工作槽達到浸水加工的目的,高壓泵以高功率把純水導入上下機頭以高壓噴流除去工作中產生的電熔質和穿絲輪的穿絲,各種機床的水路布局不同,但原理相同。

            3.三通閥 它的目的是把水流分開以達到不同的功用,由空氣轉換。

            4.位置感應器(閉合開關) 三通閥上的位置感應,通過輸入電信號經主板后將位置信息顯示于屏幕。

            5.水位感應器 污水缸純水缸各1個,感應水位以決定各泵是否可以工作,低于水位時輸入電信號經主板處理后輸出電信號停止相關泵運轉。

            6.棉芯 凈化后的水用于沖洗導電塊。

            7.過濾器 過濾污水中的金屬碎末。

            8.水壓感應器 過濾器,棉芯上的水壓感應器用于決定水泵是否可以向其注水,具有過壓保護。

            9.離子感應器 電阻率測量,測量流入樹脂桶的離子值。

            10.樹脂桶 存放樹脂的容器,樹脂是石油中的提取物,用于去離子。

            氣路

            氣壓供應系統,通過轉換閥來達到所需部位的氣壓供給,供給硬件有三通閥,自動穿線系統,各部位氣缸等,以電制開關來實現氣流轉換。

            1.氣壓感應器 供給氣壓不足預設值時輸入電信號停止硬件工作。

            2.氣路轉換閥 各氣路的供給的總制,采用集成方式以簡短標識來區分。

            3.電制開關 氣閥各端口的電制,輸入電壓以使氣閥打開,停止輸入則氣閥關閉。

            電路

            此處所述電路是指加工時的電源供給線路。

            1.碰數線 碰數線連接上機頭導電塊與工作臺,當走線放電狀態下,電極線于裝夾于工作臺的工作物接觸時,便形成短路現象。

            2.高壓線 加工輸入電流的負極線,連接上機頭和下機頭,走絲放電狀態下帶負電與工作物產生間隙放電。

            3.臺面線 加工輸入電流的正極線,連接工作臺。

            4.回路線 連接工作臺左右端,增加電流的回路,有些機床已通過改善省去此線。

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