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探索電火花數(shù)控線切割機(jī)的發(fā)展歷程

更新時(shí)間:2017-07-13      點(diǎn)擊次數(shù):6363

電火花數(shù)控線切割機(jī),屬電加工范疇,是由前蘇聯(lián)拉扎林科夫婦研究開關(guān)觸點(diǎn)受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因時(shí),發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時(shí)高溫可以使局部的金屬熔化、氧化而被腐蝕掉,從而開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工方法。線切割機(jī)也于1960年發(fā)明于前蘇聯(lián),我國是*個(gè)用于工業(yè)生產(chǎn)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(gè)被電離的導(dǎo)電通道。在這個(gè)階段,兩板間形成電流。導(dǎo)致粒子間發(fā)生無數(shù)次碰撞,形成一個(gè)等離子區(qū),并很快升高到8000到12000度的高溫,在兩導(dǎo)體表面瞬間熔化一些材料,同時(shí),由于電極和電介液的汽化,形成一個(gè)氣泡,并且它的壓力規(guī)則上升直到非常高。然后電流中斷,溫度突然降低,引起氣泡內(nèi)向爆火乍,產(chǎn)生的動(dòng)力把溶化的物質(zhì)拋出彈坑,然后被腐蝕的材料在電介液中重新凝結(jié)成小的球體,并被電介液排走。然后通過NC控制的監(jiān)測和管控,伺服機(jī)構(gòu)執(zhí)行,使這種放電現(xiàn)象均勻一致,從而達(dá)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。電火花線切割機(jī)按走絲速度可分為高速往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)(俗稱快走絲)、低速單向走絲電火花線切割機(jī)(俗稱慢走絲)和立式自旋轉(zhuǎn)電火花線切割機(jī)三類。又可按工作臺(tái)形式分成單立柱十字工作臺(tái)型和雙立柱型(俗稱龍門型)。    

往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床的走絲速度為6~12m/s,是我國的機(jī)種。自1970年9月由第三機(jī)械工業(yè)部所屬國營長風(fēng)機(jī)械總廠-即現(xiàn)在的蘇州長風(fēng)機(jī)電科技有限公司研制成功數(shù)字程序自動(dòng)控制線切割機(jī)床,為該類機(jī)床國內(nèi)*。1972年第三機(jī)械工業(yè)部對工廠生產(chǎn)的CKX數(shù)控線切割機(jī)床進(jìn)行技術(shù)鑒定,認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到當(dāng)時(shí)*水平。1973年按照第三機(jī)械工業(yè)部的決定,編號(hào)為CKX—1的數(shù)控線切割機(jī)床開始投入批量生產(chǎn)。1981年9月成功研制出具有錐度切割功能的DK3220型的坐標(biāo)數(shù)控機(jī),產(chǎn)品的zui大特點(diǎn)是具有1.5度錐度切割功能。完成了線切割機(jī)床的重大技術(shù)改進(jìn)。隨著大錐度切割技術(shù)逐步完善,變錐度、上下異形的切割加工也取得了很大的進(jìn)步。大厚度切割技術(shù)的突破,橫剖面及縱剖面精度有了較大提高,加工厚度可超過1000mm以上。使往復(fù)走絲線切割機(jī)床更具有一定的優(yōu)勢。同時(shí)滿足了國內(nèi)外客戶的需求。這類機(jī)床的數(shù)量正以較快的速度增長,由原來年產(chǎn)量2-3千臺(tái)上升到年產(chǎn)量數(shù)萬臺(tái),目前全國往復(fù)走絲線切割機(jī)床的存量已達(dá)20余萬臺(tái),應(yīng)用于各類中低檔模具制造和特殊零件加工,成為我國數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用zui廣泛的機(jī)種之一。但由于往復(fù)走絲線切割機(jī)床不能對電極絲實(shí)施恒張力控制,故電極絲抖動(dòng)大,在加工過程中易斷絲。由于電級絲是往復(fù)使用,所以會(huì)造成電極絲損耗,加工精度和表面質(zhì)量降低低速走絲線切割機(jī)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(yùn)動(dòng),在銅線與銅、鋼或超硬合金等被加工物材料之間施加60-300V的脈沖電壓,并保持5-50um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(jī)構(gòu)執(zhí)行,使這種放電現(xiàn)象均勻一致,從而達(dá)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(dá)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(dòng)穿絲和恒張力裝置。工作平穩(wěn)、均勻、抖動(dòng)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(jī)床結(jié)構(gòu)精密,技術(shù)含量高,機(jī)床價(jià)格高,因此使用成本也高。

單向走絲電火花線切割機(jī)床早期只有國外公司的*機(jī)種。中國臺(tái)灣的低速走絲電火花線切割機(jī)起步雖然較晚,但這幾年來發(fā)展迅速。其關(guān)鍵的一個(gè)舉措就是由若干家電加工機(jī)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(tái)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(tái)灣各企業(yè)制造的低速走絲電火花線切割機(jī)目前應(yīng)屬中檔機(jī)的范圍,近3年每年達(dá)到20%~30%的增長率,估計(jì)未來5年,中國臺(tái)灣低速走絲電火花線切割機(jī)的年產(chǎn)量能達(dá)2000臺(tái),可占世界市場的25%以上。低速走絲電火花線切割機(jī)的技術(shù)含量高、市場前景好,可以獲得較高的回報(bào),是電加工行業(yè)各個(gè)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(jī)的技術(shù),誰就獲得了下一步企業(yè)發(fā)展壯大的機(jī)遇。為了搶占中國市場,日本、瑞士、中國臺(tái)灣的電加工機(jī)床制造企業(yè)在中國大陸設(shè)廠生產(chǎn)這類機(jī)床。我國的科技工作者在科技部專項(xiàng)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(jī)的研發(fā),取得了重大突破,目前已擁有了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品,并占領(lǐng)了一定的*,其性能指標(biāo)可達(dá)中檔機(jī)水平。目前還有一些國內(nèi)企業(yè)則希望通過與中國臺(tái)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)。    

立式自旋轉(zhuǎn)電火花線切割機(jī)(臥式自旋轉(zhuǎn)電火花線切割機(jī))。立式回轉(zhuǎn)電火花線切割機(jī)的特點(diǎn)與傳統(tǒng)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(yùn)動(dòng)方式比傳統(tǒng)兩種的電火花線切割加工多了一個(gè)電極絲的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng);其次,電極絲走絲速度介于高速走絲和低速走絲直接,速度為1~2m/s。由于加工過程中電極絲增加了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),所以立式回旋電火花線切割機(jī)與其他類型線切割機(jī)相比,zui大的區(qū)別在于走絲系統(tǒng)。立式回轉(zhuǎn)電火花線切割機(jī)的走絲系統(tǒng)由走絲端和放絲端兩套結(jié)構(gòu)*相同的兩端做為走絲結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了電極絲的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和低速走絲的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。兩套主軸頭之間的區(qū)域?yàn)橛行Ъ庸^(qū)域。除走絲系統(tǒng)外,機(jī)床其他組成部分與高速走絲線切割機(jī)相同。

與單向低速走絲電火花線切割機(jī)床相比,往復(fù)高速走絲電火花線切割機(jī)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,國內(nèi)有數(shù)家高速往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)了在高速走絲機(jī)上的多次切割加工(俗稱為中走絲)。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(jī)床,其走絲原理是在粗加工時(shí)采用8-12m/s高速走絲,精加工時(shí)采用1-3m/s低速走絲,這樣工作相對平穩(wěn)、抖動(dòng)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(jī)與低速走絲機(jī)之間。因而可以說,用戶所說的中走絲,實(shí)際上是往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)借鑒了一些低速走絲機(jī)的加工工藝技術(shù),并實(shí)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(jī)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(jī)都能進(jìn)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(jī)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(xiàng)綜合性的技術(shù),它涉及到機(jī)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(jī)上加上一套運(yùn)絲變頻調(diào)速系統(tǒng)即可實(shí)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(jī)才能進(jìn)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(gè)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(jìn)一步提高機(jī)床本體精度,X、Y坐標(biāo)工作臺(tái)采用了直流或交流伺服電機(jī)作驅(qū)動(dòng)單元直接驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠,同時(shí)采用了帶螺距補(bǔ)償功能的全閉環(huán)控制,可以利用數(shù)控系統(tǒng)對機(jī)床的定位精度誤差進(jìn)行補(bǔ)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(jī)床的使用壽命。運(yùn)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(jìn)行??刂栖浖矫嫣峁╅_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(huì)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。

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