裂縫天線的線切割加工方法

1、裂縫天線的線切割加工方法             裂縫天線的線切割加工方法周青 徐凱(常州第四無線電廠有限公司，江蘇 常州213001)摘  要：介紹用電火花數(shù)控線切割機(jī)床來加工裂縫天線的方法，包括機(jī)床的改裝、波導(dǎo)管的裝夾、導(dǎo)輪補(bǔ)償、ISO代碼編程等。    關(guān)鍵詞：電火花數(shù)控線切割機(jī)；波導(dǎo)管；導(dǎo)輪補(bǔ)償；ISO代碼1引言    船用導(dǎo)航雷達(dá)上用的裂縫天線，是在標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)管的側(cè)面，按一定的要求開許多方向不一的裂

2、縫(槽),用來發(fā)射和接收電磁波,裂縫天線外形見圖1。    裂縫天線原先是外協(xié)用數(shù)控銑床加工的,成本高,加工變形較大，成品率低，隨著本公司船用導(dǎo)航雷達(dá)銷量的逐年增加、天線品種的增多，該加工方法已不能滿足公司發(fā)展的需要，考慮到本公司生產(chǎn)電火花數(shù)控線切割機(jī)床，而且線切割加工基本沒有切削力，因此采用線切割機(jī)床來加工。2線切割加工的可行性分析    裂縫天線上的裂縫主要參數(shù)有：縫深Hn，縫寬Wn，縫傾斜角n（最大角度為25°），縫間距Tn，割縫表面粗糙度Ra要求不大于2.5m。在長方體上割直縫是很容易實(shí)現(xiàn)的，如果把原來垂直的鉬絲傾斜

3、一個(gè)角度，就能割出斜縫，所以問題的關(guān)鍵是怎樣用程序來控制鉬絲的傾斜角度。    鉬絲的傾斜角度是通過錐度頭來調(diào)整上下導(dǎo)輪之間的偏距形成的，為方便控制，同時(shí)考慮到裂縫天線的傾斜角較大，采用上、下懸臂都加錐度頭，根據(jù)加工的實(shí)際情況，只要控制上、下錐度頭的U軸向就行了。根據(jù)這個(gè)思路改裝了一臺裂縫波導(dǎo)專用大角度錐度機(jī)床，原X-Y軸保持不變，另將上、下錐度頭都用同路U軸信號控制，僅將下懸臂上錐度頭的U信號反接，當(dāng)程序驅(qū)動(dòng)U信號步進(jìn)時(shí)，上、下懸臂將以相反方向同時(shí)步進(jìn)，從而達(dá)到了上、下導(dǎo)輪等速平移、方向相反的目的。因此理論上來說，只要保證了工件高度方向上中心與上、下導(dǎo)輪的中心一

4、致，就保證了程序中工件在X方向走的縫間距與天線的實(shí)際縫間距一致（暫不考慮補(bǔ)償），并且調(diào)整到某一角度時(shí)U軸走的距離是單個(gè)錐度頭時(shí)的二分之一，節(jié)省了時(shí)間（見圖2）。    由于待割裂縫天線長度為550mm，因此選擇DK7732（X方向行程大于320mm）機(jī)床、在允許換位裝夾一次的情況下行程已夠。    其次，設(shè)計(jì)切割?yuàn)A具，夾具固定在機(jī)床臺板上，用來裝夾待割波導(dǎo)管(見圖3)，波導(dǎo)管由側(cè)面及端面定位，用緊固螺釘通過墊板壓緊波導(dǎo)管，并保證波導(dǎo)管能移動(dòng)一次(靠夾具定位)，移動(dòng)前、后兩次切割應(yīng)能保證切割完波導(dǎo)管全長。調(diào)整上導(dǎo)輪(懸臂)高度，保證裂縫

5、波導(dǎo)管高度中心在上、下導(dǎo)輪的中心,為線切割加工作好準(zhǔn)備。3切割編程    由于此類機(jī)床的獨(dú)特性，帶來了加工指令編制的問題?？紤]到線切割通用的3B代碼在錐度方面的局限性，最終決定使用在數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用極為廣泛的ISO代碼，而目前較流行的、編控一體的YH繪圖式線切割自動(dòng)編程系統(tǒng)可使用ISO代碼及3B代碼。設(shè)計(jì)思路如下：    首先，完成該算法的前提條件是：工件必須放置在上下導(dǎo)輪之間且中間的位置。工作原理便是先將鉬絲傾斜至欲加工的縫的角度，再空走到縫的割入位置，（見圖4），割入工件，走出一個(gè)凹槽，最后割出并走向下一條縫。  

6、;  由于裂縫天線種類較多，同一種天線的縫相當(dāng)多，而且每條縫的間距，縫寬，縫深，傾角都不盡相同，計(jì)算量相當(dāng)大，手工計(jì)算是很不經(jīng)濟(jì)的，考慮到目前的線切割自動(dòng)編程系統(tǒng)都不適用于此類特殊機(jī)床，因此決定自行設(shè)計(jì)一套專用于此類裂縫天線的、根據(jù)其參數(shù)自行產(chǎn)生ISO加工代碼的線切割自動(dòng)編程軟件。圖5是系統(tǒng)流程框圖。    本系統(tǒng)按照處理層次可分為三個(gè)模塊(見圖6)，最底層為文件處理模塊，用以處理底層的文件輸入輸出工作；中間層為中間數(shù)據(jù)計(jì)算層，用以計(jì)算出各縫的理論值；最頂層為補(bǔ)償計(jì)算層，用以計(jì)算鉬絲補(bǔ)償、導(dǎo)輪補(bǔ)償，并結(jié)合理論值產(chǎn)生最終數(shù)據(jù)，以供給文件處理層產(chǎn)生最終的IS

7、O代碼?，F(xiàn)簡述一下中間數(shù)據(jù)計(jì)算層的工作原理：    首先為了條理清晰，可以將每條縫視為一個(gè)圖塊，每塊獨(dú)立分析，力求做到塊與塊之間的聯(lián)系越小越好，這樣一方面可以為下一步操作提供方便，又可以最大限度地避免累積誤差。    每一圖塊封裝了6段指令， 從切割的截面看（見圖7）可以看到有a、b、c、d四段，從圖中可以看到，a是一段空走，它起點(diǎn)為上一圖段的結(jié)束位置，終點(diǎn)即為本縫的割入位置；b段有一部份在工件外作為割入的引長距離，另一部分在工件內(nèi)的即是縫深；c段即為縫寬；d段是b段的逆過程，割出工件準(zhǔn)備進(jìn)行下一圖段的處理。另外，在鉬絲割入工件前必須

8、有個(gè)角度，因此在a段與b段之間還須插入一條錐度指令，控制U軸走u距離，見圖4（a）。     u=tan(n)×(0.5h)設(shè)n為當(dāng)前縫與90°鉛垂線之間的夾角，h為上、下導(dǎo)輪中心高度。    為了保證圖塊的獨(dú)立性，在d段完成后應(yīng)當(dāng)在U軸再走一段-u，讓錐度回到零位，避免下個(gè)圖塊受到影響。至此一圖段結(jié)束。    當(dāng)所有圖段完成后，理論數(shù)據(jù)均已產(chǎn)生，但這些數(shù)據(jù)與實(shí)際加工數(shù)據(jù)還有一段距離。鉬絲直徑，導(dǎo)輪半徑都對加工數(shù)據(jù)有較大的影響，因此必須對這些方面另行補(bǔ)償。 

9、0;  已經(jīng)有較多文獻(xiàn)詳細(xì)論述過鉬絲補(bǔ)償問題，在此就討論一下導(dǎo)輪補(bǔ)償問題：    首先說明一下導(dǎo)輪半徑誤差形成的起因，理論計(jì)算都是認(rèn)為鉬絲與導(dǎo)輪切點(diǎn)是不變的。然而事實(shí)上，這只適用于無錐度功能的普通線切割機(jī)床。因?yàn)橐坏┯辛藦埥?，鉬絲與導(dǎo)輪的切點(diǎn)將隨著角度的變大產(chǎn)生位移。通過對圖4(a)與圖4(b)的比較，可直觀地看出這種情況。而圖8則放大了這一現(xiàn)象，從圖中可以看出L1為理論計(jì)算的鉬絲與導(dǎo)輪切線，L2為實(shí)際切線，由于切點(diǎn)位置的下移，帶來了一段誤差。因此加工時(shí)，X向會比理論值超前距離，當(dāng)縫與鉛垂線夾角較小時(shí)，此誤差極小，但角度越大，誤差也隨之越大，象裂縫波導(dǎo)此

10、類加工精度要求較高且角度變化較大的工件則必須進(jìn)行專門補(bǔ)償計(jì)算，計(jì)算公式如下：設(shè)為當(dāng)前縫與90°鉛垂線之間的夾角，=90°，R為導(dǎo)輪半徑。    將補(bǔ)償量加入中間數(shù)據(jù)計(jì)算過程中產(chǎn)生的圖塊數(shù)據(jù)中后，所有的加工數(shù)據(jù)計(jì)算部分便已完備。    實(shí)際操作中，只要按一定格式編制一個(gè)ASC文件，內(nèi)容為上下導(dǎo)輪中心距、導(dǎo)輪直徑、鉬絲直徑以及裂縫波導(dǎo)參數(shù)縫深、縫寬、縫斜角、縫間距，然后用本系統(tǒng)對該文件進(jìn)行編譯、處理，最終產(chǎn)生所需ISO代碼。4注意事項(xiàng)    為保證加工出的裂縫天線達(dá)到設(shè)計(jì)要求，線切割加工時(shí)

11、還需注意以下事項(xiàng):    （1）第一次切割鉬絲必須校垂直。    （2）為保證裂縫的精度及表面粗糙度要求，對波導(dǎo)管這樣的薄壁、窄縫工件的加工，必須保證電極絲導(dǎo)向機(jī)構(gòu)良好，鉬絲要適當(dāng)張緊。因?yàn)閺拇蠼嵌惹懈畹叫〗嵌戎敝林笨p切割，鉬絲從斜邊變?yōu)橹苯沁?，鉬絲可能會變松，從而鉬絲振幅變大，并且在加工過程中受放電壓力的作用而彎曲變形，結(jié)果鉬絲切割軌跡落后并偏離工件輪廓，嚴(yán)重時(shí)鉬絲運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易跳出導(dǎo)輪槽。    （3）進(jìn)給跟蹤必須穩(wěn)定，且要嚴(yán)格控制短路，工作液濃度要大些，噴流方向要包住上下鉬絲進(jìn)口，流量適中。 

12、   （4）因表面粗糙度要求較高，所以應(yīng)選用分組波脈沖電源，電參數(shù)宜采用小的峰值電流和小的脈寬，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)脈沖寬度可選<10s，脈沖幅值60V，功率管3個(gè)，加工電流0.8A，切割速度約每分鐘1520平方毫米。    （5）根據(jù)實(shí)際情況，還可以對加工數(shù)據(jù)再作進(jìn)一步的優(yōu)化處理。比如：實(shí)際加工中發(fā)現(xiàn)，工件相鄰裂縫角度方向相反，加工時(shí)大部分時(shí)間花費(fèi)在調(diào)整切割角度上（通過錐度頭調(diào)整導(dǎo)輪）。為了進(jìn)一步提高加工效率，可以考慮通過改變切割路徑的方法來調(diào)整。對工件實(shí)行二次切割，一次先割完所有的正向縫，再次割完其余逆向縫。實(shí)踐證明此方案效率提升了近50%左右。

13、5切割程序    G92 X0 Y0 （以相對坐標(biāo)方式設(shè)定加工坐標(biāo)起點(diǎn)）    G27 （設(shè)定XY/UV平面聯(lián)動(dòng)方式）    G01 X5160 Y0 （鉬絲移到第一個(gè)直縫起割處）    G01 X0 Y-5300 （割入到縫深要求）    G01 X1820 Y0 （割到縫寬要求）    G01 X0 Y5300 （割離工件）    G01 X0 Y0U14922V0 （調(diào)整鉬絲傾角）

14、    G01 X10574 Y0 （移到第二個(gè)斜縫起割處）    G01 X0 Y-5440 （割入到縫深要求）    G01 X1815 Y0  (割到縫寬要求)    G01 X0 Y5440 （割離工件）    G01 X0 Y0U-14922V0 （鉬絲回到垂直位置）    G01 X209 Y0 (補(bǔ)償)    G01 X0 Y0U-11718V0 (調(diào)整鉬絲傾角)    G01 X20265 Y0 (移到第三個(gè)斜縫起割處)    G01 X0 Y-5530 （割入到縫深要求）    （重復(fù)第一縫步驟，略）    M00 (程序停止)