微细丝数控电火花线切割加工机床研究.doc

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1、微细丝数控电火花线切割加工机床研究摘要：以加工微小复杂零件为目标，对采用直径0.02mm的微细电极丝进行数控电火花微精线切割加工技术及工艺研究，开发出了由微细丝走丝系统、细丝导向器和微精加工电源等构成的微细电火花线切割加工系统，研制了具有无电阻防电解电源、高效、高精度、高表面质量的微细丝数控单向走丝电火花线切割机床。关键词：电火花线切割加工；单向走丝；走丝系统；细丝导向器；微精加工电源航空航天、国防军工、IT、精密模具、微型机械、医疗器械、化纤纺丝、仪器仪表等领域的科学技术飞速发展，对微精加工设备的需求日益

2、增多。采用微细丝进行小圆角、窄缝、窄槽及微细零件的微精加工的数控电火花线切割加工，因其具有切缝窄、精度高、可加工复杂形面和各种难加工材料等优势，在微精机械生产中发挥着重要作用[1-5]。国外设备制造企业都花费了大力气进行细丝切割技术的研究，比如微细电火花线切割加工机床可用直径0.02mm的电极丝加工出外径1.86mm、模数0.03、齿数60的微型齿轮，其加工精度可控制在1.0μm以下，表面粗糙度可达Ra0.2μm。但目前国内针对该项技术的研究力度还不够，企业无相关产品，只有部分高校和科研院所进行了一些实验室

3、内的研究。本文通过采用直径0.02mm的微细电极丝进行数控电火花微精线切割加工技术及工艺研究，研制出具有无电阻防电解电源、高效、高精度和高表面质量的微细丝数控单向走丝电火花线切割机床。目前，国内外通用的电火花线切割机床采用的电极丝直径均大于0.1mm。采用微细电极丝进行切割加工一直是电火花线切割加工的难题。由于微细电极丝的直径越小，其所能承受的张力也越小[4]，要实现正常切割并保证加工精度和表面质量，对机械系统、走丝系统、高频电源、检测控制、抗干扰性能及工作液系统都提出了难度更高、更复杂的技术要求。因此，本

4、文开发的微细丝数控单向走丝电火花线切割系统是以DK7632单向走丝电火花线切割机床为基础，且为了实现超细电极丝即直径0.02mm的微细电极丝放电切割，还专门开发了全新的走丝系统、细丝导向器和微精加工电源。5学海无涯1新型微张力、恒张力、恒速走丝系统本文采用的电极丝为TUNGSTENCUT-WIRETWS-20钨切丝，其直径为0.02mm、抗拉强度约157g（3850N/mm2），且弹性差、易拉断。正常切割，就需对走丝系统提出很高的要求，如微张力、恒张力、恒速可调，而一般的带磁粉离合器的走丝系统已不适合上述要

5、求，为此本文新开发了一套走丝系统。在系统的加工界面中，操作者可在“运丝速度”一栏调节丝速，由计算机控制速度轮无极变速，使电极丝的走丝速度基本保持恒定。放丝速度的快慢由放丝轮给定，在重锤轮后面安装有精密角位移传感器，采集传感器位置的变化信号，经反馈电路进行快速处理来控制放丝轮的速度快慢，使重锤轮的位置基本保持在中间位置，且使电极丝的张紧力与所配重锤的重量满足一定的函数关系；同时需减小运丝系统整个轮系的阻尼，以实现电极丝的张紧力恒定控制。通过试验发现，加工时的丝张力约保持为50g，这样既保证了切割正常又不易断丝

6、。此外，需借助一个过渡轮将电极丝按“8”字形绕在聚氨脂轮上，由一个小压轮压住，这样布置可避免原系统的电极丝在张力轮上的缠绕方式易产生沟槽的缺陷，使电极丝不易打滑，张力也更稳定。收丝轮用于缠绕经过加工区放电后的废铜丝或废钨丝，由软特性力矩电机SYL2.5驱动，需具有一定的拉紧力，使废丝不会被拉断，同时对走丝轮没有影响。废丝轮的前面是排丝轮，排丝轮在SD2.5交流伺服电机和凸轮传动下实现往返运动，使废丝在收丝轮上排列均匀。在重锤轮的下方设置有断丝开关，电极丝断，则切断放电电源，同时走丝轮、放丝轮、排丝轮和收丝轮

7、停止运转。2新型细丝导向器5学海无涯导向器具有导丝、进电、供液三大功能。绝大部分的单向走丝电火花线切割机床，其导向均采用整体封闭式金刚石圆导向器，电极丝在各个方向上的导向精度一致，同轴式喷嘴可承受高压水的压力，使放电间隙冲液更充分。但直径0.02mm的微细电极丝，其弹性差、易断，且弹性模量几乎为零，与棉丝相当，如果采用过去的“插入”式穿丝方法则根本无法穿进整体封闭式金刚石圆导向器。为了保证直径0.02mm微细电极丝穿丝更方便及运丝稳定、精确，同时保证细丝切割时的稳定性和可靠性，本文开发了如图2所示的新型细丝

8、导向器。图3是新型单方向窄缝敞开式细丝上、下导向器的示意图。电极丝采用平移“挂入”的方法实现穿丝，非常方便、可靠。新型导向器的创新点在于采用带锥台的双圆柱氧化锆陶瓷棒，能对直径0.02mm的微细电极丝进行定位，解决了整体V型导向底部圆角直径≤0.02mm时无法加工的问题；还设计了三个圆柱形陶瓷棒压板，使电极丝导向精度高、准确度好；为了适应电极丝“挂入”的要求，将喷嘴设计成“哈夫”结构，即穿丝时打开、加工时闭合，灵