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电火花线切割机的发展趋势

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 电火花线切割机的发展趋势

  随着科学技术的发展,各类产品对加工工艺的要求越来越高,同时对线切割加工技术也提出了更高的要求。电火花线切割机适用于加工高硬度、高熔点的材料,比传统切削加工具有很大的加工优势,但是它的加工效率、加工精度等受脉冲电源、电极丝材料、机床精度、制造成本等各方面的因素限制。所以为了适应工件加工要求,国内外研发出了闭环交直流伺服控制系统、自适应电源短路自动回退等技术,使得线切割机的工艺达到相当高的指标。
  1、提高电火花线切割机床精度
  通常线切割机床采用的是3相6拍步进电动机和两极齿轮减速作为进给系统。步进电动机的相变电流趋于正弦函数,所以由相变电流和电动机的转角关系可知当电动机相变电流较大时,输出力矩同时增大,但是这同时也导致了工作台的不稳定,影响被加工件的表面精度。其次,电机采用齿轮驱动,而齿轮在啮合时由于制造、装配、磨损等更方面的因素会造成冲击、振动,导致传动不平稳,所以线切割机床的加工精度会受到影响。
  针对上述两种现象,为提高机床传动的精度,首先可以将机床原有的3相6拍步进电动机改为5相10拍步进电机,这种转换可以减小电流最大相对变化率到31%(转变前可达50%),减小输出力矩,从而提高机床的传动精度。而针对电机齿轮传动所造成的误差,可以通过提高啮合对数的方式来减小误差。因此,可以将原来的两对齿轮啮合改为一对齿轮啮合,使齿轮反转时造成的误差减小。
  2、开发新型走丝系统
  线切割加工对电极丝的基本要求是加工过程稳定和自动穿丝。现阶段己经研发出双丝系统。该系统可以实现同一台机床上自动交换两种材质、直径的电极丝,粗、细丝分别采用相互联锁的两套走丝系统,其换丝时间不超过45s,两种丝交替工作,分别负责精加工和粗加工,有效的提高了加工效率和加工精度。
  另一方面,我国的旋转电火花机床虽然己经诞生十多年了,但是它仍旧采用的是往复走丝。虽然往复走丝具有可以避免频繁换丝、对机床制造和控制要求低等优势,但是往复走丝需要在空间狭小的回转头内设置排丝和换向机构,增加了回转头的工艺复杂度。所以己有学者提出了结合立式旋转线切割机和单向走丝方式相结合的新型旋转走丝机构。该机构的电极丝运动模块由拉丝和放丝机构组成,回转头有上下两个且具有旋转功能,同时须将与电极丝运动相关的各构件都置于旋转台上从而避免丝的扭转、卡滞和缠绕等现象。另外,该种立式旋转单向走丝机构通过控制拉、放丝速度来控制电极丝张力,消除放电作用力和加工过程中产生的电磁力和摩擦力等。虽然立式旋转单向走丝机构相比现有的走丝系统具有很大的优势,但是仍缺少可采用的成熟的机构来实现,在设计上具有相当难度。
  3、多轴联动电火花数控加工系统开发
  电火花线切割可加工高硬度、高熔点的材料,但是对于加工复杂的几何结构具有一定的局限性,所以多轴联动数控加工系统的开发可以弥补电火花线切割的加工局限。
  多轴联动电火花加工数控系统在航空航天等方面占着至关重要的地位,国际上对这类机床大多采取禁运措施,目前我国也仍局限在4轴以上联动的电火花加工系统的开发。该系统基本3大原则是实时性、稳定性和可靠性,它能高效、正确的采集加工信息和传递操作指令,保证放电状态的稳定性,避免短路和拉弧的产生,提高加工表面的质量。现阶段可采用RT-Linux技术,通过双核结构概念来分别处理实时任务和非实时任务,并且通过线程承载法解决实时任务间协调控制问题和调度问题。该数控系统主要由实时控制模块、用户管理模块、驱动模块和模块间通信构成,通过模块间相互通信和控制形成有机的整体,保障了3大基本要求。现该系统己可以应用在国产五轴联动电火花加工机床,并己投入生产实践。
  4、完善微细加工方法
  随着工业对微小零件需求的日益增长,微型机械己经成为未来制造业的主要发展方向,传统的机械制造技术难以满足像微小齿轮、微小花键、微小联轴器等特殊构件的加工要求。现阶段加工微小零件主要依靠微细电火花线切割机来实现。它的电极丝主要采用钨丝,工作液为航空煤油,利用工件和微细电极丝间的脉冲性火花放电产生瞬间高温来熔化或汽化金属达到蚀除的目的。该种加工机械的关键在于脉冲放电能量、基于压电陶瓷电动机的微驱动进给系统、恒张力走丝系统、偏开路加工伺服控制策略等,而这些技术现阶段的研究并不完善。
  5、改善机床抬刀运动
  电火花线切割加工过程中抬刀运动主要起到排除电蚀产物、提高加工区域工作液均匀程度,它可以保障加工的稳定性和放电的效率。现有线切割机床的抬刀速率仅在5m/min左右,日本的AQ系列电火花机床抬刀速度较高可达12m/min。而研究与实际生产实践表明高速抬刀比普通抬刀排屑的效果好,降低电蚀产物浓度的作用更显著,所以研究高速抬刀有利于避免加工过程中不良放电的产生,有利于提高加工效率。
  电火花线切割是现代特种加工工艺重要的组成部分,更是现代机械加工制造主要的方法之一。研究电火花线切割技术的发展现状有利于总结己有经验,并为不断改进其加工工艺而提出有益意见,从而推动机械制造适应生产需要的发展。

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