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再析电火花线切割机床的改进 一种高性能往复走丝多次切割电火花线切割机床 梅建恩 顾元章 谢天导 邵剑民 邱雪兴 苏州市宝玛数控设备有限公司新产品研制小组 摘要：通过对单向走丝和往复走丝电火花线切割机床多次切割的比较分析，总结出了在往复走丝电火花线切割机床上多次切割加工所需进一步改进的关键点，着重介绍了对关键点实施的改进措施 关键词：导轮轴向进电装置 智能脉冲电源 闭环双向对称张力伺服控制 低丝耗 低粗糙度 稳定高效切割 前言 众所周知电火花线切割机床有三项放电加工专项的指标：切割效率、电极丝损耗率和工件表面粗糙度。由于它们是实现时互相矛盾的三项指标，所以在一次切割中，同时实现这三项高指标是不可能的。要获得最高切割效率，工件表面粗糙度必定很差，此时电极丝的损耗也大；要获得切割工件表面最低粗糙度，必然使切割效率很低。国外单向低速走丝型电火花线切割机首先采用的多次切割工艺，它巧妙地把实现这三项指标，分别放在不同次的切割加工中来实现，从而避开它们之间的矛盾。在第一次切割时，可以考虑在较小丝损条件下，优先考虑以最大的切割效率加工；在第二刀修正切割和第三刀微精切割时，由于电火花脉冲放电在敞开环境下进行，排屑容易，切割效率已不是主要矛盾，可逐步减小脉冲能量，优先以降低工件表面粗糙度为主要目的加工。因此从放电加工的原理上分析，在电火花线切割机床上采用多次切割加工工艺，代表着其发展的方向。 如何满足多次切割中每次切割侧重点不同的的分工要求是往复走丝电火花线切割机床改进的关键点。 一、 往复运丝电火花线切割机床实现多次切割工艺时存在的问题 在往复运丝电火花线切割机床上试验多次切割工艺已有十年多。该工艺的运用确实使机床的应用范围扩大，但在实际使用中发现，许多性能还不尽如人意。这是什么原因造成的呢？的。首先要分析单向低速走丝型电火花线切割机和往复走丝型电火花线切割机床间存在的不同。我公司有研制单向低速走丝型电火花线切割机床经验，公司的技术人员对照两类机床的不同，进而分析了其中的原因，认为往复运丝直接搬用多次切割工艺尚存在有以下问题： 目前往复运丝电火花线切割机，一般都使用简单的等频脉冲电源。由于电火花脉冲放电的随机性，实际放电状态是极其复杂的，有时甚至是瞬变的。这种等频脉冲电源，在实际切割加工中，无法象单向低速运丝线切割机那样，可以根据放电状态的实际需要，智能地对每一个输往放电间隙的脉冲能量进行实时控制，也无法实现最佳的脉间消电离时间。另外，简单电源还没有专门为修正切割和微精加工设计其专用电路；在电源部分、电柜的布线和功率脉冲传输等方面，都没有采取窄脉宽功率脉冲所需相应的条件和措施。 电火花线切割加工是通过对工作台伺服控制来维持稳定的放电加工，机床伺服跟踪特性决定着放电加工的连续性和稳定性。单向低速走丝电火花线切割机床控制工作台进给的电路，是采用经典的伺服控制电路。针对多次切割加工的不同目的要求，设计了其最优的伺服跟踪电压和特性曲线，从而达到较稳定的切割效果。而目前往复运丝型电火花线切割机床，一般都用“变频电路”，电路中串接一个开关时间为2-3uS的32-36V稳压管，以间隙电压减去32-36V电压后，再对差值电压进行电压-频率转换的一种简单压频控制电路，来控制放电的连续进行。由于这种电路是连续采样，实际工作台的进给速度还受到脉冲占空比的影响。它在实现多次切割工艺，由于放电条件的不同，微精切割时使用最小脉宽已远小于2uS，所以该电路很难获得最佳的伺服跟踪性能。 两类不同走丝方式的电火花线切割机床，在采用多次切割工艺时，在机床机械设计上存在最为重要的区别：即运丝的稳定性有着如下巨大的差别： a. 运丝速度不同造成两者运丝性能上的巨大差别。单向低速运丝电火花线切割机的运丝速度很低，采用电极丝张力的闭环控制。由于其运丝速度低，现有的执行元件的频率响应特性足以实现精确地实时闭环控制电极丝的张力，有些机床还采用多次张力闭环控制。而往复运丝线切割机的运丝机构，目前大部分运丝系统对张力控制，还是很原始地靠操作工的经验和手感，先用人工紧丝的方法对储存在丝筒上的全部钼丝来进行一次或多次紧丝。利用钼丝的弹性变形，把预紧后的钼丝绕在丝筒上，其后对钼丝就不再控制。还有些机床安装了机械式的或非对称的机电紧丝装置，但存在着动作频响低，紧丝容易松丝难等问题。另外，由于丝筒和其运动部件的制造中存在着不可避免的允差，同轴度误差、轴承游隙等，决定着钼丝的高频率的振动；由丝筒的锥度和丝筒导轨相对于线架运动的平行度和直线度允差等，又决定着钼丝的低频率振动，并且在丝筒运动时，往往这些允差会造成钼丝长度累积误差，即在贮丝筒两端总会出现，钼丝张力一头紧另一头松的现象。 b.单向低速远丝