第5章数控线切割机床的操作与编程

第5章数控线切割机床的操作与编程5.1数控线切割机床及其组成1．教学目标1)了解数控线切割机床的类型2)掌握数控线切割机床的走丝机构3)掌握机床走丝系统结构图2．教学重点和难点重点：数控加工常用术语难点：脉冲当量、进给速度与速度修调3．教学手段与方法：多媒体、实物4.讲授学时：2学时5.1.1数控线切割机床的加工数控线切割机床，又称数控电火花线切割机床，其加工过程是利用一根移动着的金属丝(钼丝、钨丝或铜丝等)作工具电极，在金属丝与工件间通以脉冲电流，使之产生脉冲放电而进行切割加工的。如图5-1所示，电极丝穿过工件上预先钻好的小孔(穿丝孔)，经导轮由走丝机构带动进行轴向走丝运动。工件通过绝缘板安装在工作台上，由数控装置按加工程序指令控制沿X、Y两个坐标方向移动而合成所需的直线、圆弧等平面轨迹。在移动的同时，线电极和工件间不断地产生放电腐蚀现象，工作液通过喷嘴注入，将电蚀产物带走，最后在金属工件上留下细丝切割形成的细缝轨迹线，从而达到了使一部分金属与另一部分金属分离的加工要求。图5-1快走丝线切割加工原理和电火花成形机床不同，线切割是利用线电极来进行加工的。由于切缝较小，可以对工件进行套裁，有效地利用工件材料，特别适合模具加工。但线切割加工主要是对通孔加工，较适合于冷冲模；而电火花成形机床则主要是对盲孔进行加工，较适合于型腔模的加工。5.1.2数控线切割机床的类型1．按控制方式分有靠模仿形控制、光电跟踪控制、数字程序控制和微机控制线切割机床等。2．按脉冲电源形式分有RC电源、晶体管电源、分组脉冲电源和自适应控制电源线切割机床等。3．加工特点分有大、中、小型以及普通直壁切割型与锥度切割型，还有切割上下异形的线切割机床等。4．按走丝速度分有快速走丝方式和慢速走丝方式的线切割机床。我国机床型号的编制是根据JB1838－76《金属切削机床型号编制方法》的规定进行的，机床型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字组成，它表示机床的类别、特性和基本参数。例如，数控电火花线切割机床型号DK7725的含义如下：数控电火花线切割机床的主要技术参数包括：工作台行程(纵、横向行程)、最大切割厚度、加工表面粗糙度、加工精度、切割速度和数控系统的控制功能等。表5-1为DK77系列数控电火花线切割机床的主要型号及技术参数。表5-2为快、慢速走丝线切割加工的特点比较。5.1.3数控线切割机床的走丝机构1．快走丝线切割机床的走丝机构(1)储丝筒组合件旋转时，其径向跳动小于0.01mm；否则，可能引起钼丝抖动，出现断丝现象。将悬臂放置的走丝电机与轴承座连在一起，可增加其刚性，改善受力情况，并且在结构工艺上容易保证与储丝筒的同轴度安装要求。(2)为了保证储丝筒上整齐排绕钼丝，不出现叠丝现象，所以储丝筒组合件转动时，必须让储丝筒作相应的轴向位移，且轴向位移应平稳和轻便。在图5-2所示结构中，在储丝筒旋转的同时，通过二级齿轮减速传动带动丝杆转动，由于丝杆螺母副的作用而使得储丝筒所在的滑动走丝拖板相对于机床座体(丝架所在)产生轴向位移。如果二级齿轮传动中，每一级减速比为1:4，丝杆的螺距为2.75mm，则当储丝筒转过一圈时，其轴向位移为1/16×2.75=0.172mm，就算用直径为(0.15mm的钼丝都不会产生叠丝。为了保证收丝方与放丝方不叠丝，可在丝架的上面和下面各放一块硬质合金挡丝块，并特地偏开一定的距离(约1.5mm)。(3)储丝筒组合件由三相四极交流马达通过弹性联轴节直接带动，保证钼丝走速为8～10m/s。采用弹性联轴节可以减缓因走丝换向带给储丝筒的冲击。4)为了循环使用钼丝，必须要让储丝筒能自动正反转换向。由于同时具有储丝筒拖板的轴向移动，所以可在合适位置上安装倒顺换向开关。这样，当储丝筒拖板往某一方向移动到压下换向开关时，机床电器线路将会使走丝电机自动反转，同时储丝筒开始反方向走丝，储丝筒拖板也相应地换向往回移动，直到碰到另一端的换向开关后再正转换向，如此反复，即达到循环走丝的目的。当然倒顺换向开关应做成可调节距离的形式，以适应不同长度钼丝量的要求。倒顺换向开关的位置应调节到保证换向时，储丝筒上排丝的一方还有一定长度的钼丝；否则，会将丝冲断。2．慢走丝线切割机床的走丝机构走丝系统自上而下，丝由送丝轮经张力轮到上导向轮、工件孔、下导向轮，再到速度轮、排丝轮，最后到达收丝轮。和快走丝系统明显不同的就是该系统采用的电极丝是一次性的，走丝速度慢而连续可调(0.5～8m/min)。走丝速度由速度轮后面的DC电机控制，调节机床面板上的“丝速调节”旋钮即可。顺时针转动为加速，逆时针转动为降速。金属丝的张紧力由张力轮后面的磁粉离合器控制，调节机械操作面板上的张力拨挡开关，可控制改变丝张力，其张力值以张力表上的电流值表示，工作时张力一般不可变动。收丝轮用于缠绕经过加工区放电后的废铜丝，由AC软特性电机驱动，收丝速度为自动跟随走丝速度。废丝先通过排丝轮，排丝轮在AC伺服电机及凸轮传动下实现前后往复运动，均匀地改变丝在收丝轮上的位置，从而使丝在收丝轮上均匀地排列。整个走丝机构在丝张紧的一段范围内安装了一个断丝检测开关，当断丝时，断丝检测开关释放，断丝指示灯亮，加工电源即自动切断。5.1.4机床操作面板及其控制功能1．快走丝线切割机床(1)键盘输入。每次输入的程序最多可达380条，具有完备的检索、修改、删除、插入的功能。程序指令采用LED数码显示方式。(2)具有图形缩放功能，可放大一倍或缩小至一半。(3)钼丝偏移功能。在工件切割前一次置入，内外偏移量最大为0.999mm。(4)齿隙补偿功能。用于消除从步进电机到十字拖板间传动齿隙造成的误差，提高加工精度。x、y方向齿补量开机后一次置入，两个方向的补偿量均为0～0.015mm，可任选。(5)回退功能。系统具有从当前加工点按原加工路线回退到本段程序起始处的功能。(6)通过加工程序输入，预置任意程序，加工结束后暂停，再按切割键(REG)即可继续加工(或重复加工)。(7)坐标变换功能。坐标变换功能包括象限变换功能和对称加工功能。2．慢走丝线切割机床和数控铣床、加工中心相比，数控线切割机床就是去掉了一个Z轴，用电极丝取代了铣刀；但作为数控系统控制来讲，放电加工的腐蚀量与进给速度之间的匹配，较之铣削加工要求更高，所以线切割机床都要求具有短路回退的控制功能，功能完备的机床还具有能根据加工区的电压、电流大小判断切削状况，然后自动调整进给速度，也就是所谓“自适应控制”功能。DK7625型慢走丝线切割机床所使用的程序代码也是采用地址数字式的程序格式。机床还具有四轴控制，能加工带有一定锥度的孔型。另外它还具有自动找端面和自动找孔中心的精确定位功能。图5-7是该机床的机械操作面板，主要用于机械侧的一些辅助动作的操作控制，如走丝、切削液和电规准调校等。各开关按键功能介绍(1)电源接通开关。按下此开关，机床进入加工准备状态，再将丝、水、张力开关置“ON”，用MDI或者纸带方式输入数据，按一下“循环起动按钮”，便可开始加工。(2)电源切断开关。按下此开关，关闭机床电源。(3)电极丝进给开关。它是使电极丝开始行走的开关。(4)水开关。按下此开关，加工液开。(5)过热指示灯。当装置中的电阻温度异常高时，该灯亮(6)张力拨挡开关。用以调整电极丝的张力，张力以电压值显示在张力电压表上。(7)电极丝进给率波段开关。调整电极丝的行走速度，顺时针方向旋动时，速度加快。(8)脉冲宽度设定开关。在1～9的范围内设定脉冲电源的脉冲宽度。(9)间隙时间设定开关。在2～99的范围内，设定脉冲电源的间隙时间。(10)电流开关。电流开关用以进行加工电流的设定，由粗调开关和精调开关组成，可以在0～39.5的范围内进行选择。(11)电压开关。电压开关用以进行电压设定，可选择十五种电压。(12)短路电压设定开关。设定防止短路的电压。当加工电压低于此值，则视为短路。(13)加工指示灯。在加工状态时灯亮。(14)电极丝报警指示灯。发生断线时灯亮，断丝时，进给停止，加工电压也无法加上，接好电极丝，并把断丝检测杆往左轻轻一压，报警灯灭，便可重新加工。(15)加工计时表。加工计时表用以显示加工时间。(16)自动电源切断开关。用纸带方式和MDI方式加工时，把此开关设于ON；当含有M02的程序段加工完毕时，电源(加工用电源，NC用电源等)便自动切断。(17)后退指示灯。在后退中灯亮。(18)电压表。电压表用以表示在电极丝和工件之间的电压。①当工件在加工时(加工灯亮时)，表指示加工电压。②工件与电极丝发生短路时，电压表指示接近“0”。注：发生短路时，切不可接触电极丝高压。(19)电流表。此表表示流过丝与工件之间的加工电流。(20)张力表。它显示的电压是与为产生张力而使用的制动器应力相对应的。(21)张力开关。此开关接通时，给电极丝加上了张力。(22)短路锁定开关。此开关置“ON”，在丝与工件发生短路时，工作台进给停止；发生短路后，此开关若不置于“OFF”，则工作台不能移动。(23)放电位置开关。此开关置“ON”，电源开关也置“ON”时，用JOG或单步进给方式，可给丝供电压，从放电火花的状态判别丝与工件的接触位置是否正确。(24)短路指示灯亮。丝与工件短路时灯亮。(25)紧急停止按钮。它用于紧急停止。一按此按钮，机械各轴的移动立即停止。注：解除锁住后，必须用手动操作或指令G28回原点；否则，机床将无法工作。5.2基本操作方法1．教学目标1)了解工件的装夹2）掌握工件支撑装夹方式3）掌握工件支撑装夹方式2．教学重点和难点重点：慢走丝机床电极丝垂直度的校正难点：慢走丝机床电极丝垂直度的校正3．教学手段与方法：多媒体、实物4.讲授学时：2学时5.2.1工件的装夹工件的装夹形式对加工精度有直接影响。线切割机床的夹具比较简单。一般是在通用夹具上采用压板螺钉固定工件。当然有时也会用到磁力夹具、旋转夹具或专用夹具。1．工件装夹的一般要求(1)工件的基准表面应清洁无毛刺，经热处理的工件，在穿丝孔内及扩孔的台阶处，要清除热处理残物及氧化皮。(2)夹具应具有必要的精度，将其稳固地固定在工作台上，拧紧螺丝时用力要均匀。(3)工件装夹的位置应有利于工件找正，并应与机床行程相适应，工作台移动时工件不得与丝架相碰。(4)对工件的夹紧力要均匀，不得使工件变形或翘起。(5)大批零件加工时，最好采用夹具，以提高生产效率。(6)细小、精密、薄壁的工件应固定在不易变形的辅助夹具上。2．支撑装夹方法(1)悬臂支撑方式。通用性强，装夹方便。但由于工件单端压紧，另一端悬空，因此工件底部不易与工作台平行，所以易出现上仰或倾斜致使切割面与工件上下平面不垂直或达不到预定的精度。只用于要求不高或悬臂较小的情况。(2)两端支撑方式(如图5-8(a)所示)。其支撑稳定，平面定位精度高，工件底面与切割面垂直度好，但对于较小的零件不适用。(3)桥式支撑方式(如图5-8(b)所示)。采用两块支撑垫铁架在双端夹具体上。其特点是通用性强，装夹方便，大、中、小工件装夹都比较方便。(4)板式支撑方式(如图5-9(a)所示)。可根据经常加工工件的尺寸而定，可呈矩形或圆形孔，并可增加X、Y两方向的定位基准。装夹精度高，适于常规生产和批量生产。(5)复式支撑方式(如图5-9(b)所示)。在桥式夹具上，再装上专用夹具组合而成。装夹方便，特别适合于成批零件加工。可节省工件找正和调整电极丝相对位置等辅助工时，易保证工件加工的一致性。3．慢走丝线切割机床的工件装夹DK7625慢走丝机床采用Π形工件安装台，在左侧和后侧台框上安装有两块定位基准板，整个工作台上有很多用于连接压紧螺钉的装夹固定用螺纹孔，其工件固定基本采用压板螺钉紧固方式。当紧固方式不合适时，还可用搭桥板的装固方式。由于紧固方式的合理性会影响到工件与丝之间的垂直度，所以在精度要求高时，必须用千分表来校验。工件装夹加工一般如图5-10所示，在机床正面的左侧安装工件压板。当工件较厚时，最好应加上图示的连接电缆。电缆一端使劲插入工件压板的弹簧卡中，另一端使劲插入上喷嘴下部的弹簧卡中。设置电缆时，应在机床正面形成一定的松弛，要注意不要弯曲