基于DK7740P电火花线切割机床多次切割研究.pdf

第 1 期 2 0 1 0年 1月 机 械 设 计 与 制 造 M a c h i n e r y De s i g nMa n u f a c t u r e 1 7 9 文章编号 1 0 0 1 ～ 3 9 9 7 2 0 1 0 0 1 0 1 7 9 0 2 基于 D K 7 7 4 0 P电火花线切割机床多次切割研究 王斌修王均 波 青岛理工大学， 青岛 2 6 6 0 3 3 Ba s e d o n DK7 7 4 0P W EDM mu l t i p l e c u t s t u d y WANG B i n x i u， W ANG J u n b o Q i n g d a o T e c h n o l o g i c a l U n i v e r s i t y ， Q i n g d a o 2 6 6 0 3 3 ， C h i n a 中图分类号 T H1 2 ， T G 6 6 1 文献标识码 A 1 数控电火花线切割加工机床的现状 单向慢走丝和双向快走丝数控电火花线切割加工机床各有 特点及优缺点， 单向慢走丝机床的主要特点是 丝速低 、 振动小、 一 次性使用， 加工精度和表面质量好 ， 采用了镀锌的黄铜丝火花 放电时起话爆炸排屑好， 故切割速度高， 但机床复杂， 价格贵， 使 用成本高； 而双向快走丝机床的的主要特点是 价格便宜， 运行费 用低， 但切割速度和表面质量都偏低而不高。特别是高速走丝时 钼丝振动会降低切割速度和表面质量， 含有机油成分的皂化液在 火花放电高温下， 会分解出炭黑和粘稠的电化学薄膜， 较多地附 着在电极丝出口处的工件和工具表面，影响排屑和形成黑白条 纹， 大大降低表面质量。目前快慢走丝机床的性能指标随着生产 发展和技术进步有拉大差距的趋向。优缺点本来是相对的， 在一 定条件下是会相互转换的。 随着近年来用户尤其是模具制造厂商 对加工精度和表面质量等要求的提高， 高速往复式走丝的电火花 线切割加工机床的优点逐步转变为缺点。 论文对快走丝线切割数 控机床 D K 7 7 4 0 P可实现工件多次切割进行了试验研究，对于提 高企业在现有的条件下提高加工水平具有一定的指导意义。 2 机床多次切割技术试验的可行 技术 1 采用滚动功能件提高加工精度。坐标工作台采用滚动功 能件， 导轨选用滚动直线导轨， 具有承载能力大， 动摩擦与静摩擦 之差较小， 有较高的灵敏度和高性能的平面直线运动的特点。在 进行低速往复运动式微调时控制性能优越 ， 移动轻便 ， 没有爬行， 该导轨组件在滚动时导向好， 能自动定心 ， 从而可以提高机械的 跟随性和定位精度， 能长期往复运动而保持高精度 ， 且定位基准 ★来稿 日期 2 0 0 9 0 3 0 9 精度高， 装配、 拆卸调整极其方便等优点。 2 滚珠丝杠提高加工精度。丝杠选用双插管式带预紧力的 滚珠丝杠副。 丝杠螺母带预紧力而消除反向间隙确保长期使用而 保持高精度。机械重复定位精度达 lJ _ 2 lx m， 拖板结构为 2层， 即上拖板和中拖板， 床身作为中拖板的安装基面， 从而有充分的 空间把拖板设计成箱体结构， 使其有很高的刚性。同时工作台面 开有若干条 T型定位槽， 提高了装夹工件的灵活性和使用性能。 3 运丝机构提高加工精度。 运丝机构分高速和低速两档， 电 极丝运行速度为 1 1 ． 8 r r d s 、 1 0 ． 6 m ／ s 、 5 ． 3 m ／ s ， 机床在采用传统传动形 式的基础上， 对某些传动元件进行了改进。如同步齿型带传动代 替减速齿轮传动， 保证了电极丝排列整齐， 收放有序， 消除了联轴 器间的抗曲应力， 使丝筒转动灵巧， 改善了传输运动的均匀性， 减 少了震动， 降低了噪音。卷丝电机采用双速电机 ， 高速用于切割， 低速用 于切割和上丝 ， 省去 了上丝电机 。 4 降低运丝速度提高加工精度。多次切割采用较低速走丝 切割放电波形高频分组波， 间隙一旦击穿， 则整个放电波形趋于 稳定， 不会产生微短路和微电弧。 不存在从开路直接到短路， 短路 直接到开路的转换 ， 单个脉冲不会产生多次击穿现象。 5 B K D C控制机可以实现多次切割。B K D C控制机脉冲发生 器及场效应功放管电源即提供矩形波， 又能提供分组波， 能够满足 不同表面粗糙度的加工需要。WA P 2 0 0 0编程软件为多次切割编程 带来方便， 如图 1 所示。 WA P 2 0 0 0系统主要应用于自身绘图及一些 绘图软件生成的 D X F图形数据文件到线切割系统的I S O和3 B代 码文件的转换。用户可以利用这些绘图软件在绘图方面强大的功 能， 绘制出符合 自己要求的切割图形， 然后通过绘图软件把图形输 1 8 0 王斌修等 基于 D K 7 7 4 0 P电火花线切割机床 多次切割研究 第 l 期 出为D X F图形数据文件， 再启动 WA P 2 0 0 0编程系统， 把 D X F图 形数据文件读入， 经过⋯些简单的操作处理， 即可生成线切割系统 加工1 件所需的I S O代码或 3 B代码文件。 试验采用工作液为线切 割专用乳化液 D X 一 1 型乳化液 5 ～ l 0 ％， 电极丝为 1 ． 8 n 钼丝。 图 1多次切割编程 3多次切割工艺分析 3 ． 1第一次切割 1 脉冲参数 应选用较大的脉冲能量和电流加工， 采用长脉 冲宽度矩形波， 控制单个脉冲放电能量和脉冲电流上升率， 使其 加工速度和加_丁稳定性大幅度提高， 电极丝损耗较小。 2 电极丝中心轨迹的偏移量 _， l_ 6 0 ． 5 中 d △ S 式中 卜 电极丝偏移量； 6 第一次切割时的平均放电问隙； d 一 电极丝直径 ； △ 一给第二次切割留的加工余量 ； s 一精修余 量 ， 单位 m m。 3 走丝方式 高速走丝方式 ， 丝速为 1 0 ． 6 m ／ s ； 采用整个贮丝 简绕 丝全程往复走丝。 3 ．2第二次切割 1 脉冲参数 要达到修光的目的， 就必须减少脉冲放电能 量， 减少脉冲能量的方法主要靠减小脉宽， 脉宽太小， 又会影响第 二次切割的速度，在兼顾加工表面质量及切割速度的情况下， 我 们选用的高频分组脉冲，使用小的分组脉冲宽度 t 可使加工质量 提高一级， 即第二次切割的表面质量要达到 R a 2 - 5 m， 而脉冲峰 值电流不宜太小。 2 电极丝中心轨迹线的偏移量 由于第二次切 割是修光， 此时的放电问隙很小， 在0 ．0 0 5 4 ．O 0 7 mm范围内， 而为第 三次切割所留的加工余量甚微 ，只有几个微米，两者之和约为 0 ．0 1 ra m。这样 ， 此时的偏移量 厂 约为 V 2 q b d 0 ．0 1 m m。 3 走丝方式 我们以降低丝速来实现修光的目的。降低丝速虽可减少电极丝抖 动， 但往复切割仍会留下条纹。 采用短程往复走丝切割， 并对进给速 度进行限制之后，可以在第二次切割后基本消除往返切割条纹， 加 工表面粗糙度 R a 在 1 ．6 2 ．5 lx m范围内， 避免给精修带来困难。 3 ． 3第三次切割 1 脉冲参数 应采用精微加工脉冲参数， 选用脉冲宽度 t i ≤ 2 tx s ， 并采取相应的对策， 克服线路寄生电容和寄生电感影响， 保 证精微加工时的放电强度。 2 电极丝中心轨迹线的偏移量， 由于 此时的放电间隙很小， 只有 0 ．O 0 3 m m左右， 偏移量厂 主要取决于电 极丝直径， 此时 l ／ 2 q b d 0 ．0 0 3 mm 。 3 走丝方式 由于第二次切割 后留下的加工余量甚微 △0 ． 0 0 5 m m ， 如何保证在第三次切割过 程中能均匀精修， 是一个技术难题。 首先应保证电极丝运行稳定。 以 前的做法是将丝速降到 l m ／ s 以下，这固然可以大幅度减少电极丝 振动， 但不利于工作介质的进入和蚀除产物的排出， 常常会出现加 工不稳定的现象， 极易受 E 作液污染程度及其粘度影响， 严重时甚 至还会无法正常精修。 考虑到工作液要求电檄丝与工件之间需要的 相对运动速度， 在丝速 5 ． 3 m 4的情况下采用超短程往复式走丝， 使 每次往复切割进给长度控制在i分之 一 电极丝半径范围内， 并限 制其加工过程的最高进给速度， 结果获得厂很好的J - 艺效果。 4试验过程 多次切割加工往复运动轨迹 ， 如图2所示。 图 2多次切割往复运动轨迹 为了进行多次切割和单次切割加工精度对比， 我们分别用两 台D K 7 7 4 0 P 进行单次和多次切割工件，同时我们让单次切割的 机床采用不同的电参数进行j次切割， 以期使多次切割与不同电 参数下的单次切割进行比较。试验选用 中0 ． 1 8 i I in l 钼丝作为切割 电极丝 ， 切割正八棱柱， 工件材料为普通碳钢， 厚度 2 5 mm， 电参 数及放电间隙分别选用， 如表 1 所示。 表 1多次切割的电参数表及放电间隙 通过试验我们得到以下试验产品及工件加工精度。 单次切割 采用电参数分别加工三个工件， 试验结果， 如表 2 所示。 三次切割 试验产品和单次切割试验产品， 如图 3 、 4所示。 表 2单次切割电参数表及放电间隙 I 图 3三次切割试验产 品 图 4单次切割试验产品 表 3常规一次切l O J n r 普通碳钢材料厚度 2 5 ra m 对相同的工件进行多次切割， 使用表 l的加工条件， 重复三 次实验， 获得的工件精度及粗糙度 喇 桃 搬 勋 第 1 期 2 0 1 0年 1月 机 械 设 计 与 制 造 Ma c h i ne r y De s i g nMa n uf a c t u r e 1 8l 文章编号 1 0 0 1 3 9 9 7 2 0 1 0 0 1 0 1 8 1 0 2 基于A N S Y S Wo r k b e n c h的外 圆磨床 的有限元分析及优化 郭媛 美 岳崇勤 丁晓红- 郭春星 - 陈叶林 上海理工大学 机械工程学院， 上海 2 0 0 0 9 3 上海建设路桥机械设备有限公司 ， 上海 2 0 1 4 0 4 Ba s e d o n t h e ANSYS wo r k b e n c h c y l i n dr i c al g r i n d er o f t h e f i n i t e e l e men t an a l y s i s a n d o p t i mi z a t i o n GUO Yu a n me i ， YUE Ch o n g q i n ， DI NG Xi a o h o n g ， GUO Ch u n x i n g ， CHEN Ye l i n S h a n g h a i Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y I n s t i t u t e o f Me c h a n i c a l En g i n e e r i n g ， S h a n g h a i 2 0 0 0 9 3 ， C h i n a S h a n g h a i J i a n s h e L u q i a o Ma c h i n e ry Co ． ， L t d ． ， S h a n g h a i 2 0 1 4 0 4， C h i n a 中图分类号 T H1 6 ， T G 5 8 1 ． 1 文献标识码 A 1 磨床的三维实体模型及结构分析 所研究的外圆磨床三维实体模型是在 s o l i d w o r k s 中建_上的， 如图 1 所示。 图 1外圆磨床i维实体模型 图 1 为现有外圆磨床的三维实体模型，该结构采用了分为前床 身和后床身2 部分， 在床身里面采用了多块加强筋结构。利用 s o l i d 一 ★来 稿 日期 2 0 0 9 0 3 1 8 w o r k s 的质量计算功能， 我们得到现有结构的质量是 1 4 9 1 ． 3 7 k g ， 总 体质量明显偏重， 由此可见， 对其进行减重优化显得尤为重要。 2 磨床的有限元分析 2 ． 1 磨床的有限元建模 Wo r k e b e n c h 是某公司提出的协同仿真环境，解决企业产品 研发过程中 C A E软件的异构问题。 面对制造业信息化大潮、 仿真 软件的百家争鸣双刃剑、企业智力资产的保留等各种工业需求， 某公司提出的观点是 保持核心技术多样化的同时， 建立协同仿 真环境。某仿真协同环境的目标是 ， 通过对产品研发流程中仿真 环境的开发与实施， 搭建一个具有自主知识产权的、 集成多学科 异构 C A E技术的仿真系统。以产品数据管理 P D M为核心， 组建 表 4 多次切割加工精度 普通碳钢材料厚度 2 5 mm 对比可知 4个对边尺寸的最大误差， 如表 3 、 表 4 所示。 单次 切割 A ma x 0 ． 0 4 5 ， 多次切割 A m a x 0 ． 0 0 5 ， 尺寸的不一致性缩小 了5 倍； 多次切割表面粗糙度相比单次切割有很大的降低。这说 明多次切割技术应用于高速线切割技术可以明显提高尺寸精度， 同时可以得到理想 的加工表而质量。 5结论 多次切割试验研究及应用情况表明， 只要高速走丝电火花线 切割机的制造精度符合国家有关标准， 并附有良好的导向装置及 选择合适的精微修光脉冲参数 ， 就可进行多次切割加工， 切割的 工艺指标尤其是切割表面粗糙度有较大幅度降低 ， 可以达到慢走 丝普及型机床的加工指标。当然在试验过程中， 我们发现在切割 过程中， 电极丝的反复使用， 必然存在电极丝的损耗， 从而影响放 电间隙并最终降低了切割精度； 此外有关的理论修正量与实际修 正量的差异及规律还有待于进一步研究。 参考文献 1白基成． 电火花和线切割加工技术的产生和在我 国的发展． 第 1 2 届全国特 种加工学术会议论文集， 2 0 0 7 1 1 3 2 - 3 7 2 邓建华． 高速走丝线切割机床多次切害 l臌 术． 模具工业， 2 0 0 6 ， 3 2 1 1 5 8 - -6 2 3李明奇． 高速走丝电火花线切割加工多次切割工艺的研究及应用． 电加工 与模具， 2 0 0 3 4 4 5 4 7