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探索電火花數控線切割機的發展曆程
点击次数:1612 发布时间:2017-07-13

電火花數控線切割機,屬電加工範疇,是由前蘇聯拉紮林科夫婦研究開關觸點受火花放電腐蝕損壞的現象和原因時,發現電火花的瞬時高溫可以使局部的金屬熔化、氧化而被腐蝕掉,從而開創和發明了電火花加工方法。線切割機也于1960年發明于前蘇聯,我國是*個用于工業生産的國家。其基本物理原理是自由正離子和電子在場中積累,很快形成一個被電離的導電通道。在這個階段,兩板間形成電流。導致粒子間發生無數次碰撞,形成一個等離子區,並很快升高到8000到12000度的高溫,在兩導體表面瞬間熔化一些材料,同時,由于電極和電介液的汽化,形成一個氣泡,並且它的壓力規則上升直到非常高。然後電流中斷,溫度突然降低,引起氣泡內向爆火乍,産生的動力把溶化的物質抛出彈坑,然後被腐蝕的材料在電介液中重新凝結成小的球體,並被電介液排走。然後通過NC控制的監測和管控,伺服機構執行,使這種放電現象均勻一致,從而達到加工物被加工,使之成爲合乎要求之尺寸大小及形狀精度的産品。電火花線切割機按走絲速度可分爲高速往複走絲電火花線切割機(俗稱快走絲)、低速單向走絲電火花線切割機(俗稱慢走絲)和立式自旋轉電火花線切割機三類。又可按工作台形式分成單立柱十字工作台型和雙立柱型(俗稱龍門型)。    

往复走丝电火花线切割机床的走丝速度为6~12m/s,是我国的机种。自1970年9月由第三机械工业部所属国营长风机械总厂-即现在的苏州长风机电科技有限公司研制成功数字程序自动控制线切割机床,为该类机床国内*。1972年第三机械工业部对工厂生产的CKX數控線切割機床进行技术鉴定,认为已经达到当时国内先进水平。1973年按照第三机械工业部的决定,编号为CKX—1的數控線切割機床开始投入批量生产。1981年9月成功研制出具有锥度切割功能的DK3220型的坐标数控机,产品的zui大特点是具有1.5度锥度切割功能。完成了线切割机床的重大技术改进。随着大锥度切割技术逐步完善,变锥度、上下异形的切割加工也取得了很大的进步。大厚度切割技术的突破,横剖面及纵剖面精度有了较大提高,加工厚度可超过1000mm以上。使往复走丝线切割机床更具有一定的优势。同时满足了国内外客户的需求。这类机床的数量正以较快的速度增长,由原来年产量2-3千台上升到年产量数万台,目前全国往复走丝线切割机床的存量已达20余万台,应用于各类中低档模具制造和特殊零件加工,成为我国数控机床中应用zui广泛的机种之一。但由于往复走丝线切割机床不能对电极丝实施恒张力控制,故电极丝抖动大,在加工过程中易断丝。由于电级丝是往复使用,所以会造成电极丝损耗,加工精度和表面质量降低低速走丝线切割机电极丝以铜线作为工具电极,一般以低于0.2m/s的速度作单向运动,在铜线与铜、钢或超硬合金等被加工物材料之间施加60-300V的脉冲电压,并保持5-50um间隙,间隙中充满脱离子水(接近蒸馏水)等绝缘介质,使电极与被加工物之间发生火花放电,并彼此被消耗、腐蚀,在工件表面上电蚀出无数的小坑,通过NC控制的监测和管控,伺服机构执行,使这种放电现象均匀一致,从而达到加工物被加工,使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品。目前精度可达0.001mm级,表面质量也接近磨削水平。电极丝放电后不再使用,而且采用无电阻防电解电源,一般均带有自动穿丝和恒张力装置。工作平稳、均匀、抖动小、加工精度高、表面质量好,但不宜加工大厚度工件。由于机床结构精密,技术含量高,机床价格高,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獨有機種。台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幹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,由台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。台灣各企業制造的低速走絲電火花線切割機目前應屬中檔機的範圍,近3年每年達到20%~30%的增長率,估計未來5年,台灣低速走絲電火花線切割機的年産量能達2000台,可占世界市場的25%以上。低速走絲電火花線切割機的技術含量高、市場前景好,可以獲得較高的回報,是電加工行業各個廠家的必爭之地、戰略高地。也可以說,誰掌握了低速走絲電火花線切割機的技術,誰就獲得了下一步企業發展壯大的機遇。爲了搶占中國市場,日本、瑞士、台灣的電加工機床制造企業在中國大陸設廠生産這類機床。我國的科技工作者在科技部專項基金的支持下,投入了較大的研發力量,已完成新一代低速走絲電火花線切割機的研發,取得了重大突破,目前已擁有了具有自主知識産權的産品,並占領了一定的市場份額,其性能指標可達中檔機水平。目前還有一些國內企業則希望通過與台灣相關企業的合作,來發展低速走絲電火花線切割加工技術。    

立式自旋轉電火花線切割機(臥式自旋轉電火花線切割機)。立式回轉電火花線切割機的特點與傳統的高速走絲和低速走絲電火花線切割加工均有不同,首先是電極絲的運動方式比傳統兩種的電火花線切割加工多了一個電極絲的回轉運動;其次,電極絲走絲速度介于高速走絲和低速走絲直接,速度爲1~2m/s。由于加工過程中電極絲增加了旋轉運動,所以立式回旋電火花線切割機與其他類型線切割機相比,zui大的區別在于走絲系統。立式回轉電火花線切割機的走絲系統由走絲端和放絲端兩套結構完全相同的兩端做爲走絲結構,實現了電極絲的高速旋轉運動和低速走絲的複合運動。兩套主軸頭之間的區域爲有效加工區域。除走絲系統外,機床其他組成部分與高速走絲線切割機相同。

與單向低速走絲電火花線切割機床相比,往複高速走絲電火花線切割機床在平均生産率、切割精度及表面粗糙度等關鍵技術指標上還存在較大差距。針對這些差距,本世紀初,國內有數家高速往複走絲電火花線切割機生産企業實現了在高速走絲機上的多次切割加工(俗稱爲中走絲)。所謂中走絲並非指走絲速度介于高速與低速之間,而是複合走絲線切割機床,其走絲原理是在粗加工時采用8-12m/s高速走絲,精加工時采用1-3m/s低速走絲,這樣工作相對平穩、抖動小,並通過多次切割減少材料變形及钼絲損耗帶來的誤差,使加工質量也相對提高,加工質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,實際上是往複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,並實現了無條紋切割和多次切割。經過幾年的發展,國內幾乎所有生産高速走絲電火花線切割機床的廠家都在生産及銷售中走絲,但zui終表明不是所有的往複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複走絲電火花線切割機采用多次切割技術後都能獲得好的工藝效果。多次切割是一項綜合性的技術,它涉及到機床的數控精度、脈沖電源、工藝數據庫、走絲系統、工作液及大量的工藝問題,並不是簡單地在高速走絲機上加上一套運絲變頻調速系統即可實現的,只有那些制造精度高,並在諸方面創造了多次切割條件的往複走絲電火花線切割機才能進行多次切割和無條紋切割,並獲得顯著的工藝效果。因此我們的生産企業必須充分注意到這個問題,一定要按系統工程來做,真正把這一技術用好,把這一産品做好。如目前已有一些企業爲進一步提高機床本體精度,X、Y坐標工作台采用了直流或交流伺服電機作驅動單元直接驅動滾珠絲杠,同時采用了帶螺距補償功能的全閉環控制,可以利用數控系統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致的加工精度下降,延長機床的使用壽命。運絲系統方面采用特殊(大多數采用金剛石)電極絲保持器,保持電極絲的相對穩定,減小加工過程中電極絲的張力變化。冷卻系統方面改變常用的粗放冷卻方式,采取多級過濾並對介電常數等關鍵參數加以控制,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數據庫,可以根據材料的質地、厚度、粗糙度等條件選擇對應的加工參數。相信經過我們的努力,多次切割技術將會更加完善,往複走絲電火花線切割加工技術也將得到更好的應用和發展。

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