浅谈“中走丝”电火花线切割机床发展.pdf

电加工与模具 2 0 1 2 年第 3 期 工 艺 装备 浅谈“ 中走 丝” 电火 花线切 割机床发展 杨振 步 ， 张建 荣 上海大量 电子设备有限公司 ， 上海 2 0 1 1 0 8 摘 要 介 绍 了“ 中走 丝 ” 机床 的 由来 ， 指 出并 非 是其 走 丝 速 度介 于 高速 走 丝 与低 速 走 丝 之 间 ， 而 是能 实现无条纹切割和多次切割 ， 其加工质量优 于普通 高速走丝电火花线切割机床 。论述 了“ 中走 丝” 机床在 多次切割工艺、 清洁生产 、 全 闭环控 制及分段补偿技术等方面的发展 ， 这 些也将是“ 中走 丝” 机 床 未 来的发展 趋 势 。 关键 词 电火 花线 切割 ； 中走丝 ； 多次切 割 ； 清 洁生 产 ； 闭环 控制 中 图分类 号 T G 6 6 1 文献 标识 码 B 文 章编 号 1 0 0 92 7 9 X 2 0 1 2 0 3 0 0 6 00 3 随着模 具 工业 的发 展 ， 精 密 模 具 制 造 的 比重愈 来愈大 ， 迫切要求 电火花线切割加工不仅要速度快 ， 而且要有 尚佳 的加工表面质量和较高的加工精度 。 为满 足广 大 用户 需 要 ， 单 向 低 速 走 丝 电火 花 线 切 割机 床在 2 0世 纪 6 0年 代 就 采 用 了多 次 切 割 技术 ， 即第一次切割用较大 的电规准进行高速粗切割 ， 然 后 逐 步采 用精 规 准 和 精 微 规 准 进 行 第 二 次 、 第 三 次 甚至 第 四次 切割 修 光 ， 以 获 得 理想 的加 工 表 面质 量 和加 工 精度 。低速 走丝 电火花 线切 割 机床 采用 多次 切割技术 的结果 表明， 多次切割是 解决线切割加工 速度与加工表面质量矛盾 、 获得较高综 合工艺效果 的有效 办 法 。 几乎就在低速走丝电火花线切割机床推广应用 多次切割技术 的同时 ， 有关技术人员也在高速走丝 机床 上进 行 了大 量 的多 次 切 割 试 验 ， 虽 取 得 了不 少 研 究 成果 ， 但 直 至 2 0世 纪 末 ， 仍 无 一 家 在 生 产 中真 正得到应用 。难于在商品化 电火花线切割机床上实 现多 次 切割 的 主要 原 因是 在 电极 丝 高 速 移 动 的情 况 下 ， 运丝 系统 工 作不 稳定 ， 电极丝 的空 间形 位 变化 异常 ， 使前后二次切割 的空间位置无法重叠 ， 加上高 速走丝的往返切 割条纹 明显 ， 要推广应用 多次切割 技术 十分 困难 。 上 海 大 量 电子 设 备 有 限公 司经 过 几 年 的努 力 ， 于 2 0 0 2年 5月在 第 九 届 中 国 国际 模 具 技 术 和 设 备 展览 会上 展 出 了能实 现无 条 纹切 割 和多 次切 割 的商 收稿 日期 2 0 1 2一O 32 2 第 一作 者简介 杨振步 ， 男 ，1 9 4 6年生 ，高级工程师。 一 6 0一 品化 T P系 列 高速 走 丝 电火 花 线 切 割 机 床 。3次 切 割 后 的尺 寸差 △≤ 0 ． 0 0 6 mm， 加 工表 面粗 糙 度 R a ≤1肚 m， 其加工质量 明显高于其他高速走丝 电火花 线切割机床 ， 并接 近于一般 的低速走丝 电火 花线切 割机床 ， 从 而引起 了众多制造商和用户的注意。此 类机 床后 来 逐步 被用 户称 之 为 “ 中走 丝 ” 机 床 。而 所 谓 的“ 中走丝 ” 机 床 ， 并 非 走 丝 速 度介 于 高速 走 丝 与 低速 走 丝之 间 ， 而 是 指加 工 质 量 介 于 高 速 走 丝 与 低 速走 丝 之 间 。 严 格 来 说 ， 把 那 些 能 实 现无 条纹 切 割 和 多 次 切 割 的 电火 花线 切割 机床 称 之 为“ 中走 丝” 是 不 够科 学 的 。被 广 大用 户称 为 “ 中走 丝 ” 的 T P系列 电火 花 线 切割机床与其他高速走丝机床 的结构基本一样 图 1 ， 走丝速度也是 2 ～1 1 m／ s ， 走丝 的形式仍 为往 复 双 向走 丝 。所不 同 的仅仅 是 应用 了某 些 自主开 发 的 专利 技术 ， 能 实现 无 条纹 切 割和 多次 切 割 ， 使 电火 花 线切 割 加工 质量 有显 著 提高 。 图 1 TP 4 0 一 C型“ 中走丝” 电火 花线切割 机床 工 艺 装 备 电加工与模具2 0 1 2 年第3 期 1 “ 中走 丝” 机 床 多次切 割的工艺效果 1 ． 1 明显 提 高 电火花 线切 割 加工质 量 上海 大量 电子 设 备 有 限 公 司 开 发 生 产 的 “ 中走 丝” 电火花线切割机床 ， 切割质量明显高于有关 国家 标 准要 求 表 1 。通 过 对 4 0 mm 厚 的 C r 1 2工 件 进 行正八 棱 柱 对边 距 2 8 mm 的加 工 试 验 ， 经 比较可 得 出如下 结论 1 能进行多次切割的高速走丝电火花线切割 机床 ， 其制造精度都较高 ， 所以加工误差和表面质量 都 能 高 于 国家标 准要 求 。 2 能进行 多次切 割的电火花线切割机床 ， 都 装有 电极丝导向装置 ， 使电极丝运行稳定 ， 有助于减 小 工 件纵 剖 面上 的尺 寸差 。 3 二次切割后 ， 不仅能提高加工表面质量 ， 而 且可解决一次切割时的材料变形影 响， 提高加工精 度 。 4 由于 多次切 割时的精修参数都较小 ， 最终 加工 表 面质 量都 较好 。 表 1 高速走 丝线切割加工质量 比较 序 号 检 测 内 容 墨 T 标 1 ． 2保 证一 定 的切 割速 度 在 开 发高 速走 丝 电火 花线 切割 机床 多次 切 割技 术 的初期 ， 人们较关心加工精度和加工表面质量 ， 而 忽视 切 割 速 度 。那 时 的平 均 切 割 速 度 一 般 在 1 5 ～ 2 0 i y l m ／ rai n ， 用户普遍希望能进一步提高。 本公 司在改进 高频脉 冲电源 、 跟踪进 给控制方 式及线切割工作 液之后 ， 线切割总平均速度 又有 了 很大 提 高 ， 试 验 时 3次 切 割 的 总平 均 切 割 速 度 已达 3 0 mm ／ mi n以上 ， 4次切割的加工表面粗糙 度值可 达 Ra 0． 8 1．t m 以下 。 2 现代制造 需要清洁 生产 随着模具技术的发展 ， 在精密模具制造过程 中 引入 了各种 各样 的先进 制 造技 术和 理念 。不 少用 户 对高速走丝电火花线切割机床加工过程 中的工作液 四处 飞溅 及乳 化液 油水 分离 后 的污染 表现 出难 以容 忍的态度 ， 期待高速走丝电火花线切割机床加工也 能实 现清 洁生 产 。 所谓 的清 洁 生 产 是一 种 新 的创 造 性 的思 想 ， 该 思想将整体预防的环境战略持续应用于生产过程和 产品服务 中， 以增加生态效率 和减少人类及 环境 的 风 险 。本 公 司 的用 户 多 为 国外 企 业 和 国 内 三 资 企 业 ， 清洁生产的愿望更加强烈 ， 所 以我们在开发和经 营过程 中较重视产 品的清洁生产 ， 主要做 了以下几 方 面的工 作 1 努 力提高机床 的外形设计 与包装 防护技 术 ， 要求整机光整 、 大方 、 美观 ， 不允许有工作液四处 飞溅 和外 泄 的现象 。 2 采用 水 溶 性 工 作 液 ， 它 能满 足 线 切 割 加 工 对工作液 的各项要求 ， 也能获得较好的工艺效果 ， 加 工好的工件洁 白光亮。工作液使用时间长 ， 也不存 在油水分离造成 的污染现象 ， 使用过的废水排放及 环境 污染 易控 制 。 3 采用环保型纸质过滤水箱 ， 确保输送到加 工 区的工 作液 是清 洁 的 图 2 。 图 2环 保 型 纸 质 过 滤 水 箱 3 实现 全 闭环 控 制是 “ 中走 丝” 机 床 的发 展 趋势 市场上现有 的“ 中走丝” 机床虽能实 现多次切 割 ， 可获得低于 R a 1 la m 的表面粗糙度值 ， 但数控 坐标精度不高。大 多数机床所用的导轨 、 丝杠与螺 母都没有很高的精密度 ， 机床控制也无法补偿螺杆 的螺距误差、 传动过程的间隙及 电极损耗带来的加 工误差 ， 控制过程也可能发生控制信号丢失 ， 这些都 会影 响线 切割 加工 精度 。 近几 年 ， 本 公 司从 电火 花线切 割机 床 的软 、 硬件 二方面人手 ， 已开发了多项专利技术 ， 采用了高精度 一 61 电加工与模具2 0 1 2 年第3 期 工 艺 装备 直线 导 轨 、 滚 珠 丝杠 、 带光 栅 尺 的交 流伺 服机 全 闭环 控制系统及分段补偿技术 ， 基本上解决 了数控信息 丢失 、 螺距与传动间隙引起 的误差及 电极损耗等 问 题 ， 机床的数控定位精度和线 切割加工精度都有 明 显 提高 ， 基 本可 满 足 级 进模 加 工 和 大 型模 具 加 工 需 要 。 例如 利用 本 公 司 生产 的 全 闭环 控 制 或 称 “ 双 环控制” “ 中走 丝” 机床 ， 在一块 4 0 0 IT I I T I 4 0 0 mm 1 0 mm 钢 板 上 加 工 4个 相 距 3 0 0 mm 3 0 0 mm 的直径 1 0 mm 的圆孔 图 3 ， 仍采用割 1修 2的多 次切割方法 ， 结果不仅能保证直径 1 0 mm孔 的表面 粗糙度值 R a1 ． 0 m、 圆度误差在 0 ． 0 0 6 mm 内， 而 且 4孔 中心距 的偏差 都在 0 ． 0 0 4 ～0 ． 0 0 8 mm 内 ， 即加工精度能控制在 0 ． 0 0 8 ／ 5 0 0 mm 内。这不仅远 高于有关 国家标准对数控高速走丝电火花线切I I I I 工精度的规定 ， 而且也能满足大多数级进模 和大型 模具电火花线切割加工的需要 。 图 3切 割 样 件 4 结束语 通过广大科技人员和制造商的共同努力 ， 我国 已将往复 高速 走丝线切割机床推进到一个新的历 史 阶段 ， 并 可 达成 以下 几 点共识 1 市 场上 现 有 的“ 中走 丝 ” 机 床 实 质 上是 一 种 能实现无条纹切割和多次切割的高速走丝电火花线 切割机床 ， 它 的加 工质量 明显优 于普通高速走丝机 床 。 2 “ 中走丝”电火花线切割机 床采用多次切 割技术后 ， 其加工质量明显高于传统高速走丝电火 花线切割机床 ， 并接近于经济型低 速走 丝电火 花线 切割机床 ， 但机床的价格及其加工消耗则远低于低 速走丝 电火花线切割机 床， 因而受到广大用户的欢 迎 。 一 6 2一 3 现代制造业需要 清洁生产 ， 重视产 品防护 包装技 术 ， 积极 采 用 无 油 脂 的水 溶 性 工 作 液 及 环 保 过滤水箱 ， 是“ 中走丝” 线切割机床的发展需要 。 4 目前实 现多次切 割的的“ 中走丝” 机床 ， 一 般 只能 确保 小零 件 的加 工质 量 ， 难 以保 证大 、 中零 件 的加 工 质量 。采 用 交 流 伺 服 机 驱 动 、 全 闭环 控 制 及 分段补偿技术 ， 可实现齿隙补偿 、 螺距补偿及丝径补 偿 ， 大幅提高定位精度和加工精度 ， 这将是“ 中走丝” 机 床发 展 的必 然趋 势 。 参考 文献 [ I ] 刘 志东 ． 快 速走 丝线切 割多次 切割特 性及其 可行性 研究 [ J ] ． 电加工 ， 1 9 9 0 5 1 01 5 ． [ 2 ] 李 明奇 ， 李明辉 ， 张建 荣 ．高速 走丝 电火花线切 割加 工多次 切 割工艺的研究和应用[ J ] ．电加工与模具 ， 2 0 0 3 4 4 54 7 ． [ 3 ] 李明辉 ， 杨振步 ， 蒋 文英 ．中走 丝 电火花线 切割机 的特点 与发 展趋势[ J ] ．航空制造技术 ， 2 0 1 1 8 3 23 5 ． 上接 第 4 0页 [ 6 ] B u n k e r R S ． Ax i a l t u r b i n e b la d e t i p s f u n c t io n ，d e s i g n ， a n d d u r a b i l i t y[ J ] ．J o u r n a l o f P r o p u l s i o n a n d P o we r ， 2 0 0 6 ， 2 2 2 2 7 1 2 85． [ 7 ] 徐家文 ， 云乃障 ， 王建业 ， 等 ．电化学加工技术一 原理工 艺及 应 用[ M] ．北京 国防工业 出版社 ， 2 0 0 8 ． [ 8 ] B l i g i D S， J a in V K， S h e k h a r R， e t a 1 ．E l e c t r o c h e mi c a l d e e p h o l e d r i l l i n g i n s u p e r a l lo y f o r t u r b i n e a p p l i c a t i o n[ J ] ． J o u r n a l o f Ma t e - r i a l s P r o c e s s i n gTe c h n o l o g y ， 2 0 0 4 ， 1 4 9 13 4 4 54 5 2 ． [ 9 ] R a j u r k a r K P， K o z a k J ， We i B， e t a 1 ．S t u d y o f p u l s e e l e c t r och e mi c a l ma c h i n i n g c h a r a c t e r i s t i c s[ J ] ．C i r p A n n a l s Ma n u f a c t u r i n g Te c h n o l o g y ， 1 9 9 3 ， 4 2 1 2 3 1 2 3 4 ． [ 1 0 ] 张朝 阳 ， 朱荻．微细 电解加工 的精度及 定域性 研究 [ J ] ． 机 械 科 学与技术 ， 2 0 0 6 2 2 4 2 2 4 5 ． [ 1 1 ] 张永俊 ， 徐家文 ．内喷 式阴极 电解加 工整体 叶轮 叶间通 道 的 间隙特性[ J ] ．航空制造工程 ， 1 9 9 4 4 2 62 8 ． [ 1 2 ] Vo lg i n V M， L y u b i mo v V V．Ma t h e ma t i c a l mo d e l i n g o f t h r e e d i me n s i o n e l e c t r o c h e mi c a l f o r mi n g o f c o mp l i c a t e d s u r f a c e s[ J ] ． J o u r n a l o f Ma t e r i a l s P r o c e s s i n g Te c h n o l o g y ， 2 0 0 1 ， 1 0 9 3 3 1 4 3l 9． [ 1 3 ] B h a t t a c h a r y y a S ， Gh o s h A， Ma l l i k A K．C a t h ode s h a p e p r e d i c t i o n i n e l e c t r oc h e m ic a l ma c h i nin g u s i n g a s i mu l a t e d c u t --a n d --t r y p r o c e d u r e[ J ] ．J o u r n a l o f Ma t e r i a l s P r o c e s s i n g Te c h n o l o g y ， 1 9 9 7， 6 6 1 3 1 4 6 1 5 2 ． [ 1 4 ] 刘 辰 ， 徐家 文， 赵建社 ， 等．三元式 闭式叶盘组合 电加 工技术 研 究 Ⅱ 数控电解预加工 [ J ] ．航空 学报 ， 2 0 1 0 4 8 7 1 8 7 6． [ 1 5 ] 李志永 ， 朱 获 ， 张春华 ， 等．发动机 叶片电解 加工阴极设 计有 限元数值 解 法研 究 [ J ] ．中 国机 械工 程 ， 2 0 0 4 1 3 1 1 5 1一 】 】 5 4．