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快走絲、中走絲、慢走絲原理介紹
什么是中走絲線切割,中走絲電火花線切割機(Medium-speedWirecuectricalDischargeMachining簡寫MS-WEDM),屬往復(fù)高速走絲電火花線切割機床范疇,是在高速往復(fù)走絲電火花線切割機上實現(xiàn)多次切割功能,被俗稱為“中走絲線切割”。中走絲技術(shù)在這里指出,所謂“中走絲”并非指走絲速度介于高速與低速之間,而是復(fù)合走絲線切割機床,即走絲原理是在粗加工時采用高速(8-12m/s)走絲,精加工時采用低速(1-3m/s)走絲,這樣工作相對平穩(wěn)、抖動小,并通過多次切割減少材料變形及鉬絲損耗帶來的誤差,使加工質(zhì)量也相對提高,加工質(zhì)量可介于高速走絲機與低速走絲機之間。因而可以說,用戶所說的“中走絲”,實際上是往復(fù)走絲電火花線切割機借鑒了一些低速走絲機的加工工藝技術(shù),并實現(xiàn)了無條紋切割和多次切割。
中走絲技術(shù)在實踐中得出,在多次切割中*次切割任務(wù)主要是高速穩(wěn)定切割,可選用高峰值電流,較長脈寬的規(guī)準(zhǔn)進行大電流切割,以獲得較高的切割速度。第二次切割的任務(wù)是精修,保證加工尺寸精度。可選用中等規(guī)準(zhǔn),使第二次切割后的粗糙度Ra在1.4到1.7μm之間。為了達到精修的目的,通常采用低速走絲方式,走絲速度為1到3m/s,并對跟蹤進給速度限止在一定范圍內(nèi),以消除往返切割條紋,并獲得所需的加工尺寸精度。
第三次、第四次或更多次切割(目前中走絲控制軟件zui多可以實現(xiàn)七次切割)的任務(wù)是拋磨修光,可用zui小脈寬(目前zui小可以分頻到1μs)進行修光,而峰值電流隨加工表面質(zhì)量要求而異,實際上精修過程是一種電火花磨削,加工量甚微,不會改變工件的尺寸大小。走絲方式則像第二次切割那樣采用低速走絲限速進給即可。中走絲技術(shù)在加工過程中,多次切割還需注意變形處理,因為工件在線切割加工時,隨著原有內(nèi)應(yīng)力的作用及火花放電所產(chǎn)生的加工熱應(yīng)力的影響,將產(chǎn)生不定向、無規(guī)則的變形,使后面的切割吃刀量厚薄不均,影響了加工質(zhì)量和加工精度。
因此需根據(jù)不同材料預(yù)留不同加工余量,以使工件充分釋放內(nèi)應(yīng)力及*扭轉(zhuǎn)變形,在后面多次切割中能夠有足夠余量進行精割加工,這樣可使工件zui后尺寸得到保證。
快走絲是電火花線切割的一種,也叫高速走絲電火花線切割機床(WEDM-HS),其電極絲(一般采用鉬絲)作高速往復(fù)運動,走絲速度為8到10m/s,電極絲可重復(fù)使用,加工速度較高,走絲容易造成電極絲抖動和反向時停頓,使加工質(zhì)量下降,是我國生產(chǎn)和使用的主要機種,是我國的電火花線切割加工模式。
1960年,蘇聯(lián)首先研制出靠模線切割機床。中國于1961年也研制出類似的機床。早期的線切割機床采用電氣靠模控制切割軌跡。當(dāng)時由于切割速度低,制造靠模比較困難,僅用于在電子工業(yè)中加工其他加工方法難以解決的窄縫等。1966年,中國研制成功采用乳化液和快速走絲機構(gòu)的高速走絲線切割機床,并相繼采用了數(shù)字控制和光電跟蹤控制技術(shù)。此后,隨著脈沖電源和數(shù)字控制技術(shù)的不斷發(fā)展以及多次切割工藝的應(yīng)用,大大提高了切割速度和加工精度。
低速走絲線切割機電極絲以銅線作為工具電極,一般以低于0.2m/s的速度作單向運動,在銅線與銅、鋼或超硬合金等被加工物材料之間施加60到300V的脈沖電壓,并保持5到50um間隙,間隙中充滿脫離子水(接近蒸餾水)等絕緣介質(zhì),使電極與被加工物之間發(fā)生火花放電,并彼此被消耗、腐蝕,在工件表面上電蝕出無數(shù)的小坑,通過NC控制的監(jiān)測和管控,伺服機構(gòu)執(zhí)行,使這種放電現(xiàn)象均勻一致,從而達到加工物被加工,使之成為合乎要求之尺寸大小及形狀精度的產(chǎn)品。
目前精度可達0.001mm級,表面質(zhì)量也接近磨削水平。電極絲放電后不再使用,而且采用無電阻防電解電源,一般均帶有自動穿絲和恒張力裝置。工作平穩(wěn)、均勻、抖動小、加工精度高、表面質(zhì)量好,但不宜加工大厚度工件。由于機床結(jié)構(gòu)精密,技術(shù)含量高,機床價格高,因此使用成本也高。單向走絲電火花線切割機床早期只有國外公司的*機種。中國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(fā)展迅速。其關(guān)鍵的一個舉措就是由若干家電加工機床制造企業(yè)共同出資,在有關(guān)部門一定限度的支持下,由中國臺灣工業(yè)技術(shù)研究院投入大量的人力、物力做關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)。
經(jīng)過10多年的攻關(guān),在控制系統(tǒng)及電源等關(guān)鍵技術(shù)上取得了突破。中國臺灣各企業(yè)制造的低速走絲電火花線切割機目前應(yīng)屬中檔機的范圍,近3年每年達到20%到30%的增長率,估計未來5年,中國臺灣低速走絲電火花線切割機的年產(chǎn)量能達2000臺,可占世界市場的25%以上。低速走絲電火花線切割機的技術(shù)含量高、市場前景好,可以獲得較高的回報,是電加工行業(yè)各個廠家的“必爭之地”、“戰(zhàn)略高地”。
也可以說,誰掌握了低速走絲電火花線切割機的技術(shù),誰就獲得了下一步企業(yè)發(fā)展壯大的機遇。為了搶占中國市場,日本、瑞士、中國臺灣的電加工機床制造企業(yè)在中國大陸設(shè)廠生產(chǎn)這類機床。我國的科技工作者在*專項基金的支持下,投入了較大的研發(fā)力量,已完成新一代低速走絲電火花線切割機的研發(fā),取得了重大突破,目前已擁有了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品,并占領(lǐng)了一定的*,其性能指標(biāo)可達中檔機水平。目前還有一些國內(nèi)企業(yè)則希望通過與中國臺灣相關(guān)企業(yè)的合作,來發(fā)展低速走絲電火花線切割加工技術(shù)。
與單向低速走絲電火花線切割機床相比,往復(fù)高速走絲電火花線切割機床在平均生產(chǎn)率、切割精度及表面粗糙度等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)上還存在較大差距。針對這些差距,本世紀(jì)初,寶瑪數(shù)控實現(xiàn)了在高速走絲機上的多次切割加工(該類機床被俗稱為“中走絲”MediumSpeedWirecuectricalDischargeMachining)。所謂“中走絲”并非指走絲速度介于高速與低速之間,而是復(fù)合走絲線切割機床,其走絲原理是在粗加工時采用8到12m/s高速走絲,精加工時采用1到3m/s低速走絲,這樣工作相對平穩(wěn)、抖動小,并通過多次切割減少材料變形及鉬絲損耗帶來的誤差,使加工質(zhì)量也相對提高,加工質(zhì)量可介于高速走絲機與低速走絲機之間。
因而可以說,用戶所說的“中走絲”,實際上是往復(fù)走絲電火花線切割機借鑒了一些低速走絲機的加工工藝技術(shù),并實現(xiàn)了無條紋切割和多次切割。經(jīng)過幾年的發(fā)展,國內(nèi)幾乎所有生產(chǎn)高速走絲電火花線切割機床的廠家都在生產(chǎn)及銷售中走絲,但zui終表明不是所有的往復(fù)走絲電火花線切割機都能進行多次切割,或者說不是所有的往復(fù)走絲電火花線切割機采用多次切割技術(shù)后都能獲得好的工藝效果。
多次切割是一項綜合性的技術(shù),它涉及到機床的數(shù)控精度、脈沖電源、工藝數(shù)據(jù)庫、走絲系統(tǒng)、工作液及大量的工藝問題,并不是簡單地在高速走絲機上加上一套運絲變頻調(diào)速系統(tǒng)即可實現(xiàn)的,只有那些制造精度高,并在諸方面創(chuàng)造了多次切割條件的往復(fù)走絲電火花線切割機才能進行多次切割和無條紋切割,并獲得顯著的工藝效果。因此我們的生產(chǎn)企業(yè)必須充分注意到這個問題,一定要按系統(tǒng)工程來做,真正把這一技術(shù)用好,把這一產(chǎn)品做好。如目前已有一些企業(yè)為進一步提高機床本體精度,X、Y坐標(biāo)工作臺采用了直流或交流伺服電機作驅(qū)動單元直接驅(qū)動滾珠絲杠,同時采用了帶螺距補償功能的全閉環(huán)控制,可以利用數(shù)控系統(tǒng)對機床的定位精度誤差進行補償和修正。
在保證精度的前提下,減小因長期使用而導(dǎo)致的加工精度下降,延長機床的使用壽命。運絲系統(tǒng)方面采用特殊(大多數(shù)采用金剛石)電極絲保持器,保持電極絲的相對穩(wěn)定,減小加工過程中電極絲的張力變化。冷卻系統(tǒng)方面改變常用的粗放冷卻方式,采取多級過濾并對介電常數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)加以控制,確保精加工的順利進行。控制軟件方面提供開放的加工參數(shù)數(shù)據(jù)庫,可以根據(jù)材料的質(zhì)地、厚度、粗糙度等條件選擇對應(yīng)的加工參數(shù)。
相信經(jīng)過我們的努力,多次切割技術(shù)將會更加完善,往復(fù)走絲電火花線切割加工技術(shù)也將得到更好的應(yīng)用和發(fā)展。往復(fù)走絲電火花線切割機采用多次切割技術(shù)后,雖加工質(zhì)量有明顯提高,但它仍然屬于高速走絲電火花線切割機的范疇,切割精度和光潔度仍與低速走絲機存在較大差距,且精度和光潔度的保持性也需要進一步提高。“中走絲機”具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低以及使用消耗少等特點,因此也有其生存的空間,目前執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)仍然是高速走絲機的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
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