新型復合走絲線切割機床的恒張力機構研究

時間:2018/4/2 8:52:00 來源:本網 添加人:admin

  (1湘潭大學,湘潭411100 2湖南省電力勘測設計院,長沙410007)速旋轉的復合走絲方式的實現方法。通過分析高速走絲電火花線切割機床的張力控制機構存在的缺點,提出兩種新型復合走絲電火花線切割機床的張力控制機構,即分別采用慣性力與電磁力實現對電極絲張力控制的裝置。闡述了兩種張力裝置的結構和工作原理,該裝置能夠克服人工操作張緊輪或重錘式張力機構的缺點,實現張力的自動調節。

  JournalElectronicPublisl極絲的使用壽1命,降低了加工成本tt同時還兼具有電電火花線切割機床按電極絲走絲方式一般分為高速走絲電火花線切割機床與低速走絲電火花線切割機床。高速走絲電火花線切割機床中,電極絲作高速往復直線運動,一般走絲速度為7m/s~ 11m/s電極絲多采用鉬絲,可以重復使用,加工成本低。高速走絲電火花線切割機床通常采用人工操作張緊輪或重錘式機構實現恒張力控制,張力裝置簡單,調節不方便。低速走絲電火花線切割機床的電極絲作低速單向直線運動,走絲速度一般低于0.25m/s電極絲多采用銅絲,是一次性耗用品,加工成本高。低速走絲電火花線切割機床張力控制裝置多為粉末制動器、電磁、雙機轉速差加載等方式。

  新型復合走絲型的電火花線切割機床,電極絲在進行常規沿自身方向作往復低速直線走絲的同時還繞自身軸線作高速旋轉運動,一般走絲速度為0025m/s~0200m/s旋轉速度600r/min~3000r/min以鉬絲為線電極,電極絲可以反復使用,試驗證明這種走絲方式的機床較好地綜合了兩類走絲方式的優點,減小了電極絲的損耗,延長了電火花削加工的功能與效果15|,提高了產品的加工精度。

  由于復合走絲電火花線切割機床是一種新型的機床設備,復合走絲是一種新穎的走絲方式,本文介紹了該方式的實現方法和基本原理,提出慣性力與電磁力張力調節裝置,闡述了兩種張力裝置的結構和工作原理,兩種張力裝置也較為獨特,值得深入研究和日益完善。

  1復合走絲原理復合走絲的關鍵是機床在實現傳統直線往復走絲的同時,如何再使電極絲繞自身軸線高速旋轉,以此增加電極絲的運動剛性,減小加工振動,起到了電火花切割與電火花磨削的復合加工效果|51.機床的基本結構如所示,復合走絲過程可以分為:旋轉、繞絲、排絲與分層等4個部分。

  1.1旋轉與繞絲為了實現電極絲的復合走絲,我們設計了雙絲筒結構,上下兩個結構完全一致的絲筒相對安裝,絲筒的原理結構如所示。中當電動機啟動時,帶動上絲筒和下絲筒同步旋轉,電極絲在隨絲筒旋轉的同時,會同時向上或向下作直線走絲。

  在整個絲筒高速旋轉的條件下,要同時實現電極絲走絲與繞絲,從結構上看就要求內齒輪1和內齒輪5產生速差,這可通過小齒輪2和小齒輪4的不同齒數傳遞來實現。儲絲筒14通過內齒輪5來1.2排絲與分層實際工作中要求電極絲能整齊均勻地排在儲絲筒上(稱作排絲),并且能多層繞絲(稱作分層)。中導絲輪13固定在雙向絲杠套12上,雙向絲杠套12隨雙向絲杠8的轉動而有規律的移動,雙向絲杠8上的小齒輪6通過裝在儲絲筒14上的只有一個齒的齒輪7的轉動而走動。齒輪7隨著儲絲筒的每走一圈,其上的單齒就會帶動小齒輪6走一個齒的位置。這樣小齒輪6的齒數就決定了雙向絲杠8上一個螺距能排多少圈絲,設計十分方便。雙向絲杠有個特點:它作定向轉動時,其上的雙向絲杠套12會來回地在雙向絲杠上有規律地走動。這種走動引導電極絲分層均勻地繞在儲絲筒上。

  高速走絲線切割機床走絲速度快,儲絲筒上只能單層繞裝300多米絲,換向時間短(20s左右),加工中存在明顯的換向條紋。復合走絲機構的絲筒結構,由于走絲速度慢,實現了在較小的儲絲筒上繞裝1000多米電極絲,其換向時間可長達到2h~10h消除了換向條紋。

  2高速走絲張力裝置帶動們之間通過超越離合器90來結合便裝絲產著至造成斷絲s.所以安置好的恒裝置,加bookmark4走絲系統對線切割機床來說是非常重要,按應用的不同采用不同直徑、硬度、材質的電極絲,走絲系統相應使用不同的張緊力和走絲速度,配上不同的放電參數,就成為線切割的刀具。在線切割加工過程中,電極絲由于受熱延伸、放電損耗絲徑變細,會使電極絲松弛、張力減小;另外,脈沖放電對電極絲有爆炸沖擊力,使電極絲振動,而電極絲過松,會造成加工不穩定、表面粗糙度高,影響加工質量和生摩檫力,011工效果會有很大提高。

  高速走絲張力裝置通常采用人工操作張緊輪或重錘式張緊機構實現張力控制。重錘式張緊機構能使電極絲保持恒張力,省去人工操作張緊輪方式人工頻繁緊絲的工作,其原理如所示。這種張力裝置是利用重錘的重力對電極絲產生拉力,保持加工區電極絲的張力穩定。雖然這種張力裝置結構簡單,但是存在一些弊端:一是電極絲運行路線迂回曲折,10m/s左右的線速度使電極絲疲勞應力加大,增加了電極絲縱向振動,影響使用壽命;二是重錘對電極絲形成的初張力大,造成加工區電極絲張力波動;三是由于線架結構限制,不能實現電極絲張力自行調整,須停機收絲調節161. 3復合走絲張力裝置復合走絲機構其張力調節裝置采用雙儲絲筒結構,它由上下兩個絲筒具有完全一致結構,相對安裝,電極絲在隨絲筒旋轉的同時,作上下往復直線運動,一端收絲另一端就放絲。復合走絲線機構收絲端為主動狀態,放絲端必須有拉緊的張力,否則電極絲處于自由放松狀態無法正常工作。目前復合走絲機構產生張力的裝置主要研制了兩種:即慣性力張力調節裝置和電磁力張力調節裝置。

  3.1慣性力張力調節裝置慣性力張力裝置結構原理是慣性力張力裝置結構,復合走絲的儲絲筒和電極絲一起高速旋轉,如所示。在儲絲筒和主軸上支架與電極絲都在旋轉,儲絲筒角速度*2主軸上支架角速度叫當二者角速度有差值時,就能夠在儲絲筒上裝上絲。在儲絲筒和主軸支架形成速度差時,因為離心力F而緊貼在主軸上支架內壁上的慣性矩塊就會產生摩檫力P,而該摩檫力便是產生張力的原因。

  由離心力原理可知離心力絲筒半徑,*U為摩檫系數,*k為風阻等其他干擾阻力。張力由此可知張力的大小與這些因素有關:與慣性塊的質量m成正比;與繞絲筒角速度的平方成正比,也就是與轉速的平方成正比;與慣酬口主軸支架內壁之間的摩檫系數有關。

  與慣性塊的個數n成正比;與其他因素k有關。

  復合走絲慣性力矩張力裝置的特點復合走絲線切割機在工作中,繞上1000m長的電極絲會因為重復繞絲、張力作用和加工損耗等因素致使電極絲不斷伸長;多重繞絲使收、放絲筒之間在同一時刻半徑不相等,也就是說上下繞絲筒的角速度不會相等。慣性力矩裝置很巧妙地解決了這個問題:當電極絲相對伸長時,其張力瞬間會有所下降,儲絲筒《2相對于主軸上支架叫下降,放絲速度減慢,使離心力P降低,慣性塊產生的阻力矩Tf也隨之減小,這樣儲絲筒的轉速4就會上升,從而使T與Tf的差值基本保持為常數,也就保證了張力恒定,反之當電極絲相對縮短時,張力瞬間會有所上升,儲絲筒《2相對于主軸上支架叫也上升,放絲速度加快,使離心力P增大,慣性塊產生的阻力矩Tf隨之增大這樣儲絲筒的轉速A就會下降,使T與Tf的差值基本保持為常數,同樣保證了張力恒定。所以不管具體運絲過程中,絲的狀態如何,此慣性力裝置總是能夠自動調整儲絲筒的轉速%來保證張力持通過對此慣性力裝置產生張力的原理分析可知,該裝置能夠自動調整電極絲的張力大小。

  儲絲筒角速度《2是決定張力大小的重要可變因素,慣性力矩個數n―旦裝好不容易變動,*上升電極絲張力T增大。這樣一個特點正好符合線切割加工特性的要求:因為復合走絲線切割機床加工在大工藝參數和高效率的加工狀態下,電極絲受到的放電力(包括電磁力、放電通道作用力和通過周圍氣泡的作用力等)就越大,要使電極絲保持繞自身軸線穩定旋轉,就須給電極絲施加更大的張力,保證電極絲不滯后彎曲,保持直線旋轉加工。這個慣性力矩裝置正好有這樣的特點:電極絲旋轉速度n越高,所產生的張力T越大,這樣就確保了大工藝參數和高效率的加工狀態下,精確和高效的線切割加工。

  32電磁力張力調節裝置(1)電磁力張力裝置結構原理復合走絲線的絲筒內嵌入轉子繞組,在絲筒之外套一個定子繞組,如所示。

  儲絲簡上的轉子線圈與定子繞組的電流I的平方成正比;與放絲筒的轉速n也就是與電樞被拖動轉速n成正比;=2:n故制動電磁轉矩M與角速度《成正比。

  (2)復合走絲電磁張力裝置的特點與慣性力矩裝置的張力一樣,電磁力的張力裝置也能保證張力持續恒定。當電極絲相對伸長,放絲筒的轉速《2相對收絲筒的下降,放絲速度減慢,制動電磁轉矩Mf也隨之減小,儲絲筒的轉速《2就會上升,從而使M與Mf的差值基本保持為常數,也就保證了張力恒定,當電極絲相對縮短時,繞絲相對于主軸上支架的上升,放絲速度便快,同樣可以保證張力持續恒定輪可以釕電磁力張力的大小與以下這篦態礎郵圖0U7S是單片機工作流程框圖。由做收絲筒用時,定子繞組不通以電流,儲絲筒在機械動力源作用下以角速度《旋轉。做放絲筒用時,定子繞組通以直流電流I,儲絲筒以角速度《旋轉時,放絲筒裝置相當于處于發電狀態的直流電機,轉子繞組會受到來自定子繞組線圈施加的電磁阻力,該電磁阻力就是產生電極絲張力T的原因,所產生的電磁轉矩是制動轉矩。當直流電機做發電機運行時,電機產生的制動電磁轉矩為171節電阻;*為磁通量,*n為電機被拖動旋轉速度。由上述公可知,電機結構一旦確定,Ce、CM、Kf、Ro都是常量,而電樞被拖動轉速n也是恒定的,由此電磁張力還能夠快速敏捷地自動調節電極絲的張力大小。由于絲筒裝置的絲筒直徑與齒輪齒數確定后,電極絲的走絲速度與絲筒轉速成正比,所以可以通過實時調節走絲速度與電樞繞組的電流I之間的關系實現對張力的調節,因此研制了由高頻計數器與單片機實現的檢測與控制系統,其原理如所示。

  速度傳感器查機的工作流程簡單,執行速度快,整個控制裝置的工作周期低于線切割加工的放電脈沖周期。該系統不僅能夠自如控制張力大小,而且可以讓儲絲筒在任何轉速情況下實現恒張力,并且可以實時通過張力顯示器顯示張力大小。

  33兩種張力調節裝置比較慣性力張力裝置結構簡單,構思巧妙,能夠有效施加張力進行復合走絲加工。但是該裝置還是不夠完美,主要存在以下幾個缺陷:慣性力張力裝置收絲端產生的是阻礙作用消耗能量,會引起電極絲的不良振動,并且影響切割速度。

  線切割加工時慣性塊時刻與主軸支架內壁摩擦,長期旋轉使用慣性塊質量m會逐步減小和對主軸支架內壁不斷磨損,它們之間的摩擦系數也會逐漸發生改變。這些因素都會引起張力改變,影響長期穩定的線切割加工。

  在較低速旋轉或者停止時,放絲端的繞絲筒與主軸支架之間是分離狀態。也就是慣性塊與主軸支架沒有結合或者結合得不夠緊,以至于較難產生良好的穩定張力,加工無法正常進行。

  電磁力張力裝置與慣性力張力裝置比較起來具有如下優點:電磁力張力裝置當放絲端施加可控的電磁張力時,收絲端定子線圈不通電,收絲筒由齒輪傳動正常運轉,沒有額外的電能損耗,放絲筒與定子線圈之間通過電磁力相互作用,沒有機械損耗。

  線切割加工時慣性力張力裝置是通過慣性塊受到離心力作用,而與主軸上支架內壁產生摩擦力實現張力控制。電磁力張力裝置是通過電磁力相互作用實現張力控制,沒有機械的直接接觸,沒有相互磨損,所以長時間工作后不會引起張力改變,也就不會影響加工的穩定性。

  電磁力張力裝置壽命更長,加工精度更高,控制更為便捷,觀察更為直接,有較完善自動控制系統。

  4結束語復合走絲機床實現了電極絲在進行往復低速直線走絲的同時繞自身軸線作高速旋轉運動;實現了電火花線切割和電火花磨削的復合加工;采用多層繞絲,消除了換向條紋。試驗表明慣性力張力調節裝置和電磁力張力調節裝置都能實現張力的自動調節,其中慣性力張力裝置在一定加工時期內,對電極絲張力的自動調節效果較好;電磁力張力裝置對電極絲張力調節效果好,但結構較復雜,制造工藝要求高。由于復合走絲機床是一種新型機床,其構件也有待進一步研究與完善。

  31(6):17~19|4|陳浩東。電火花線切割機電極絲復合走絲方式的探討|J|.電加工與模具,200433(4):21~23|5|胡富強,王振龍,趙萬生。線電極放電磨削技術的研究與應用35(10):11711174|6|曹鳳。精密高速走絲電火花線切割機研究與開發|J|.四川大一年一度的''百種中國杰出學術期刊"評選結果于2007年11月15日在北京舉行的*2006年科技論文統計與分析"新聞發布會上揭曉,《機械科學與技術〉榮獲"2006年百種中國杰出學術期刊"稱號(獲獎證書見封2)。

  這是由我國最具權威的期刊評價機構科技部中國科技信息研究所評選出來的。評選工作在被評單位完全不知情的情況下進行,入選期刊是根據2006年度中國科技論文與引文數據庫(CSTPCD2006)的客觀統計結果(主要是期刊影響因子,總被引頻次,自引/他引比等)評選出來的,在入選的100種期刊中,技術及工程類期刊39種,醫學類期刊29種,其它各類期刊32種。在技術及工程類的39種期刊中,機械工程類有三家期刊入選:機械工程學報、機械科學與技術、中國機械工程。

  這次獲獎是本刊進入"2000年中國科技期刊影響因子前100名"(第82名)以來所取得的又一欠重要的進步。

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