图2-3切割路线的确定
第二节加工速度分析
加工速度直接关系着生产周期、加工成本,对于任何加工方法都是非常重要的指标。
在保持一定表面粗糙度的切割过程中,单位时间内电极丝中心线在工件上切过的面积总和称为切割速度。
加工速度可用以下经验公式来说明
VW=60WFPФ
注:
式中VW——平均加工速度(mm2/min>
W——单个脉冲蚀出量(mm3>
F——脉冲频率(Hz>
Ф——放电效率
由此可见,加工速度是一个多元函数,下面分别分析各种因素的影响。
(1>线切割加工的伺服进给应取一个合适的进给速度。
进给速度过低会降低切割效率,过高会引起短路频繁甚至烧丝。
进给速度合适时,屏幕显示步进频率大致恒定,控制面板上电压表电流表指针稳定。
一般来说,当系统的加工电流达到加工电源短路电流的75%一80%时,加工进给比较恰当。
(2>脉宽ti和峰值电流Ip以及平均加工电流是影响加工速度的几个最重要的电参数,也决定着单个放电脉冲的能量。
通常ti加大时加工速度提高而表面粗糙度变差。
一般情况下,ti=2—6μs,在分组脉冲及光整加工时,ti可小至0.5us以下。
峰值电流和平均加工电流增大时,切割速度提高,表面粗糙度变差,电极丝损耗比加大甚至断丝。
峰值电流越大,单脉冲能量越大,放电间隙越大,加工稳定性和加工速度越好。
脉冲间隔to增大时脉冲频率会减小,平均电流也会减小,会降低加工速度。
to减小时平均电流增大,切割速度加快。
但to不能过小,以免引起电弧和断丝,一般取t。
=(4—8>t1。
同时,脉冲间隙越大,排屑越充分,在刚切人或大厚度加工时,间隙应较大。
切割速度V与进给速度Vf、工件厚度H、切割面积A、切割时间t、切割轨迹长度L之间的关系可用下式表示
V=VfH=A/t=HL/t
选择切割速度时要综合考虑工件材料、脉冲电源参数、工作液的浓度及水质等因素。
第三节电极丝的选择及使用方法
电极丝作为电火花线切割的重要组成部分,选择合适的电极丝材料不仅能提高工作效率,还能提高产品精度。
因此合理选择正确电极丝在线切割工艺中非常重要,现阶段我国线切割行业中多采用钼丝作为电极丝。
因为其具有很好的抗拉强度,及导电放电性能。
在线切割加工过程中,断丝是我们经常会遇到的情况,有时是电极丝达到寿命极限的正常断丝,有时是因为其他可控制因素导致的非正常断丝,如何能尽量减少断丝的发生成为了质的探讨的问题。
一般情况下,影响电极丝寿命的因素有以下几种:
1、选择合理的电极丝张力。
电极丝(钼丝>具有一定的抗拉强度,钼丝的直径越大,其所具有的抗拉强度也越高。
在电火花线切割过程中,电极丝保持适当的张力是十分必要的,既不能过大也不能过小。
当电极丝收的过紧,张力过大,接近于电极丝的抗拉强度极限时,机床放电过程中工件被电蚀的同时,电极丝也会被电蚀出微小的凹坑和微观裂纹,在接近于抗拉强度极限的情况下,微观裂纹的应力集中效应会使裂纹迅速扩大而使电极丝出现断丝现象。
但是当电极丝收的过松时张力过小,电极丝高速的运丝过程中会产生较为严重的抖丝现象,特别是在电极丝换向时,这种现象更加明显,这样在加工过程中电极丝与工件就会出现短接、断开、再短接的瞬时变化,在短接时形成短路电流,工件与电极丝之间就会出现电流熔结效应,从而使电极丝熔断,出现断丝状况。
而在实际加工过程中确定电极丝的张紧力还与所切割材料的力学和物理特性以及厚度都有一定的关系。
当切割较薄的工件时张紧力可以适当地大些,而当切割较厚的工件时张紧力可以适当地小些。
同时,在电火花加工一段时间后,电极丝有所伸长,这时应及时给予适当的紧丝,从而使电极丝始终处于最佳的张紧力状态下,保证加工顺利进行。
2、给予有效的冲水条件。
在电火花加工过程中,放电区域中的工作液供应不足,放电过程中产生的电蚀产物不能及时顺畅排出,也是造成断丝的重要因素之一。
工作液供应不足使电极间局部区域电蚀产物浓度过高,加之放电引起的温度升高会影响加工过程的稳定性以致破坏正常的火花放电。
同时,由于电蚀物存在也会使实际的放电间隙变小,甚至可能存在电蚀产物附着在电极丝的表面,从而使这一区域产生脉冲能量高度的集中释放,使电极丝在这一区域被电蚀出较大的电蚀凹坑和电蚀微裂纹,随后电极丝就会出现断丝。
因此,在加工过程中必须及时冲走这些电蚀产物微粒,使电火花放电加工正常进行。
3、选择合适的工作液电介参数。
工作液都具有一定的介电性能,它有助于产生高频脉冲火花放电通道的形成和能量转化与传递,放电结束之后又能及时恢复绝缘状态。
其中工作液的电阻率是一个重要的电介参数,电阻率必须在一个适当的范围内,绝缘性能太低将会发生电解而形成不了击穿火花放电,使电火花加工不能进行;绝缘性太高则放电间隙过小排屑困难,也易引起断丝。
因此,在选择和配比乳化液时,要选择质量有保证的品牌,在与水的配比混合时比例要恰当。
同时,要依据加工材料和加工工件的具体情况定期更换乳化液,以保证加工时乳化液具有良好的绝缘性能、洗涤性能和冷却性能,起到预防断丝的作用。
4、保证运丝机构的顺畅。
快走丝电火花线切割机床的运丝机构是由丝架、导丝轮、排丝轮、导电块、贮丝筒、排丝溜运丝电换向行程开关等组成。
其中某一个环节出现故障都会使电极丝产生非正常的断丝。
特别是贮丝筒溜板的换向间隙过大,造成电极丝在贮筒上产生相互重叠的叠丝现象,使电极丝在贮丝筒电的强大作用力下瞬时冲断。
导丝轮在长期的使用过程中轴承因磨损而精度降低、导丝轮的V型槽因磨损严重使导向作用下降,这些都会使高速运动的电极丝产生严重的抖丝从而使电极丝产生断丝。
导电块在电极丝长期的磨擦下产生较深的沟槽,会将电极丝卡死在这些沟槽之中从而使电极丝被拉断。
所有这些都是机械性的故障,如果能够在工作前对机床进行细致的设备状态检查和检测,这类故障一般能够做到预防和解决。
5、恰当的调整机床电加工的电参数。
线切割机床的电加工参数一般包括加工电流、加工电压、脉冲波形、脉冲宽度脉冲间隔和切割速度等。
与断丝有关的电参数主要有加工电流、加工电压、脉冲宽度、脉冲间隔和切割速度等。
在电火花加工过程中,电参数的选择一般要依据所加工材料的物理特性、切割厚度以及对加工表面的粗糙度要求等来确定。
但是,当切割超厚工件、上下异形和大锥度零件时,常常会出现断丝。
这时就要适当调整电加工参数,较高能量的放电将会使得电极丝产生较大的裂纹。
因此,适当地将放电脉冲宽度减小、延长脉冲间隔时间、降低脉冲电流等都是行之有效的防止断丝的措施之一。
除此之外,人为因素主要包括工件的装夹、电极丝的选择和加工过程中废料的处置方法等几个方面。
工件的装夹要正确、稳妥、牢固,如果在加工过程中的工件没有夹紧而出现晃动,则可能引起电极丝也跟随着晃动,脉冲能量就会因之而产生波动和集中放电,使节电极丝烧断。
有时还会因工件错位而无法将工件再次找正,使之报废。
所以,加工前将工件装夹正确和稳妥牢固是十分重要的。
选择质量好的电极丝,目前快走丝线切割机床所采用的大多是钼丝,由于钼丝生产企业众多,且良莠不齐,因而断丝与电极丝的优劣有很大关系。
在选择电极丝时,要选择丝质韧性好、抗拉强度高、粗细均匀一致、在加工过程中伸长率小的电极丝,这样会使线切割加工更加经济和有效率。
及时取出加工废料,当加工结束时,废料会因重力的作用从工件上落下,若不及时取出,废料有可能与电极丝直接导通,能量的集中释放从而引起断丝。
或者因下落的废料将电极丝碰断,特别是在加工较大的工件时,应一边切割一边用夹板夹紧,或用垫块(非导电材料>支承,或用磁性吸盘吸住废料。
这样即可减少因已加工部分的重力下垂而引起的工件变形,同时也可防止加工结束时废料突然下落对电极丝产生的断丝现象出现。
总之,电火花线切割机床的非正常断丝原因是多种多样的,在出现非正常断丝后,应该对断丝原因由简到难地进行检查和分析,找出问题的结症,对症处理,使电火花线切割机床的优势充分发挥。
第四节线切割的控制过程
一、工件(零件>的平移控制
怎样实现工件有规律的移动呢?
我们采用一台为X向,一台为Y方向两台步进电机同时带动一个拖板,而工件就固定在拖板口,若步进电机动,拖板就动,拖板一动导致工件运动工件相当于坐标平面上的一个动点,动点围绕着固定位置钼丝运动.用计算矶通过5069板输示脉冲信号来控制x和Y方向驱动器。
该装置将其信号进行功率放大后.直接控制两台电机行走,从而完成了直角坐标系下动点(工件>的运动轨迹。
二、走丝系统的功能
由于直流电源两极瞬间打火会产生近5A的电流.如果钼丝不运动,就可能导致钼丝瞬间烧断。
为此,采用钼丝作定向运动(即往返高速旋转>.使短路瞬间均匀受热。
我们把带动钼丝旋转的电机口做走丝电机。
为了确保钼丝散热以及和工件表面接触润滑,需打入油泵冷却电机。
这样一来.加工一个工件,首先要打开油泵电机,然后开走丝电机.接通直流电源,让计算机按人为编入的命令工作,计算机将发出一系列有规律的脉冲来控制X、Y两个方向的电机移动从而达到加工的目的
三、高频电源的选择
选用什么样的电源才能使工件加工的效率最高呢?
在两投短路时是否要加入纯直流电源呢?
我们知道在工件和钼丝短路的时候,如果通以纯直流电源.会照成工件无排屑时间,钼丝长时间受高热.虽有走丝的冷却系统也会烧断,这里我们采用140V直流高频分组脉冲电源。
最高脉冲频率为12KHZ,其分组脉冲的波形如图所示:
t1:
分组脉冲的工作时间t2:
分组脉冲的间歇时间
t3:
工作脉冲的工作时间t4:
工作脉冲的间歇时间
图2-4分组脉冲波形图
其中t1,t2,t3,t4可在面板上调整。
实践证明:
这种电源的加工效率高,误差小,是当今欧洲最流行的直流高频加工电源。
在工作时间内用瞬间短路来烧化工件,在间歇时间内和j用冷却油将工件的熔水冲走。
如果工作时间调整过长可能钼丝受高热而断.工作时间过短可能导致切削速度太慢如何调整好t1,t2,t3,t4的时间要靠操作人员实验后确定。
到此为止,计算机可以按人为编制的加r_曲线控制步进电机运动.选择适当的高频加工时问就可以利用线切割机切削工件。
在没有构件成闭环控制系统之前.我们说这样是可行的。
但是问题关键在于用什么样的给定速度来使步进电机一步步工作呢?
假设速度给的太快.工件很厚,其结果金属还没在钼丝和工件接触处熔化之前,电机孰走一步,这会造成钼丝被强行拉断。
若