快走絲電火花線切割電極絲動態(tài)位置精度的影響因素

快走絲電火花線切割電極絲動態(tài)位置精度的影響因素

快走絲壓板機已經(jīng)運行了30年，在大厚度切割工藝的加工速度方面取得了一定進展。生產(chǎn)成本和使用成本低廉,但是在加工精度方面還未取得實質(zhì)性的突破。多次切割工藝是提高加工精度的重要途徑。而電極絲在加工區(qū)動態(tài)位置精度較差嚴(yán)重地影響了多次切割技術(shù)的實現(xiàn)。新型的恒張力機構(gòu)提高了電極絲在加工區(qū)的動態(tài)位置精度,是一個實質(zhì)性的進展。1加工電極絲張力對動態(tài)位置精度的影響1998年5月,中國機械工程學(xué)會電加工分會在快走絲線切割發(fā)展策略研討會上明確提出,“多次加工是快走絲線切割機的一個重要發(fā)展方向”。但至今4年多,市場上還沒有具有多次切割功能的主流產(chǎn)品。多次切割工藝還沒有取得突破性的進展。但是經(jīng)過電加工界不懈的努力,對制約多次切割工藝瓶頸的認(rèn)識逐步趨同,保證電極絲在加工區(qū)的動態(tài)位置精度是多次切割的關(guān)鍵之一。據(jù)據(jù)多年線切割機的設(shè)計經(jīng)驗和多次實驗,筆者認(rèn)為影響電極絲的動態(tài)位置精度的重要因素是電極絲的張力。表1為一個實驗的數(shù)據(jù)。從表1看出,在張力相同時,新舊機床的切割試件的表面粗糙度相差0.4μm和0.6μm。在機床相同時張力不同的切割試件的表面精糙度相差1.1μm和0.9μm。說明導(dǎo)輪徑跳、絲筒徑跳引起的電極絲橫向振動和縱向振動(電極絲各小段時而伸長時而縮短,一張一弛地處于彈性伸縮狀態(tài))對電極絲動態(tài)位置精度影響較小,而電極絲的張力對電極絲的動態(tài)位置精度影響較大。分析其原因,一方面增大電極絲的張力,可以減小動態(tài)電極絲與導(dǎo)輪公切線之間的撓度δ,如圖1。另一方面,增大張力可以提高電極絲的固有頻率,避開導(dǎo)輪、絲筒、絲架及電動機的頻率,防止出現(xiàn)共振,以減少電極絲橫向振幅和縱向振幅。2電極絲角度對應(yīng)力的影響當(dāng)前,快走絲線切割機的恒張力機構(gòu),是在線架上采用導(dǎo)軌重力式機構(gòu)(圖2),對加工區(qū)電極絲的張力有一定的穩(wěn)定作用。但是存在三點弊端:其一,因電極絲的角度,重力形成的初張力大,到圖3位置才趨于穩(wěn)定,造成加工區(qū)電極絲張力的波動。T=G/(2cosα)可以看出,α越大,T就越大,并且由重力造成而不是電極絲切割運行造成的絲增長,影響電極絲壽命。其二,電極絲運行路線往返迂回,10m/s左右的線速度使電極絲疲勞應(yīng)力加大,影響電極絲壽命,并且增加電極絲支點。過輪的數(shù)量也增加了電極絲縱向振動。其三,由于線架結(jié)構(gòu)限制,導(dǎo)軌重力式機構(gòu)行程有限,須經(jīng)常停機收絲調(diào)整。3恒張力及張力的平衡新型恒張力機構(gòu)如圖4所示。從圖5中可以看出,貯絲筒部件底部裝有直線滾動導(dǎo)軌,與水平面傾斜一個角度。貯絲筒部件重力分解的水平分力P,形成電極絲的張力T。另外,直線滾動導(dǎo)軌還存在摩擦力和預(yù)緊力。直線導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)小,導(dǎo)軌的靈敏度高,以保證張力的恒定。但是為了保證貯絲筒運行和倒向的平穩(wěn),對直線滾動導(dǎo)軌應(yīng)選用適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力。預(yù)緊力即直線滾動導(dǎo)軌的滾動阻力,預(yù)緊力越大傳動剛度越高。當(dāng)滾珠與滾道的間隙為負值,即過盈量為10μm時,滾動阻力約等于3N。據(jù)圖4和圖5,若選電極絲張力T為10N,各力的計算如下P=2T=20Nβ=arcsin(P/G)=arcsin(20/1100)=1°2′F=Nμ=μGcosβ=1100cos(1°2′)×0.003=3.3(N)式中T———電極絲張力P———貯絲筒部件重力的水平分力β———導(dǎo)軌與水平面的傾斜夾角G———貯絲筒部件重力,1100NF———直線滾動導(dǎo)軌摩擦力μ———直線滾動導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)綜合分析水平分力、摩擦力、預(yù)緊力三個因素,通過實驗調(diào)整導(dǎo)軌與水平面的傾斜角,就得出傾斜角與張力的對應(yīng)數(shù)據(jù),以適應(yīng)電極絲直徑變化和不同加工要求,參見表2。電極絲倒向是快走絲不同于慢走絲的一個主要區(qū)別,也是影響快走絲多次切割的一個重要因素。電極絲倒向,形成貯絲筒上絲和下絲的松邊和緊邊,即在倒向的一瞬間,上絲的張力T和下絲的張力T不等(圖4)。例如,貯絲筒由順時針旋轉(zhuǎn)倒向為逆時針旋轉(zhuǎn),上絲為緊邊,張力T大,下絲為松邊,張力T小,造成瞬間張力不恒定。雖然在倒向時,脈沖電源未參加切割,但是張力不恒定的時間越短越好。新型恒張力機構(gòu),正是移動貯絲筒,在倒向緊邊、倒向松邊的形成點上平衡張力。平衡最直接,因而平衡時間最短。而傳統(tǒng)的恒張力機構(gòu),張力的平衡點在線架上,離倒向緊邊、倒向松邊有一個距離,時間上滯后,而且數(shù)個過輪的摩擦也增大了倒向緊邊、倒向松邊的力度,即緊邊更緊,松邊更松?？梢钥?/p>