高速走丝电火花线切割车削加工的研究.doc

高速走丝电火花线切割车削加工的研究
摘要：介绍数控电火花线切割车削机床的机械结构及车削加工的运动形式，电火花线切割车削机床利用数控线切割机床新增加的旋转轴，不仅可以加工大锥度的圆台，还可以加工形状复杂的空间曲面零件，解决了复杂型面零件的加工难题。
关键词：电火花线切割、车削、空间复杂曲面
随着科学技术的不断发展，机械零件的形状和结构也在不断地发生变化，各行业尤其是模具制造业不断遇到一些批量不大、精度要求高的复杂曲面零件，它们的机械加工往往成为产品更新换代的关键。
数控电火花线切割加工具有加工作用力小、加工工艺简单、效率高、成本低的特点，适合加工高精度、高硬度、高韧性的各类模具、样板及形状复杂的零件。如果在普通的高速走丝电火花线切割机床上增加一个回转轴，在回转轴的基础上增加可以实现工件旋转过一定的角度的数控分度控制装置，通过原机床工作台可控制工件实现沿X轴、Y轴移动，通过摆动电极丝及转动数控分度装置可控制工件绕X轴、Y轴、Z轴转动，这样就可以加工一些复杂的回转体。此系统可以加工所有三导线曲面零件和多种空间直纹曲面零件，这样就扩展了电火花线切割机床的应用范围，尤其是利用计算机等高科技工具和先进的科学方法来提高我国电火花线切割技术水平，不仅具有重要的理论意义，而且具有显著的经济和社会效益。
1电火花线切割车削机床的机械结构
电火花线切割车削机床的机械结构如图1所示。

在传统的两轴电火花线切割机床上增加一个回转主轴，该主轴的轴向方向与X轴平行。机床工作时将工件夹持在回转主轴上，加工工件在作圆周回转运动的同时还随工作台作平面进给运动，这样线切割机床原来的X、Y两个方向的直线进给运动，变成了X、Y方向的直线进给运动和工件的旋转运动的合成运动，从而实现了放电车削加工所要求的运动特性。工件与脉冲电源的正极相连，电源的负极接电极丝。加工时电极丝做垂直进给运动的同时与加工工件不断接近，当两极接近到一定程度时就开始进行放电加工了。这样就使电火花线切割机床能够加工复杂形状的零件。原加工件未必必须是回转形状。该装置总体上由以下几个部分组成：步进电机及控制部分、机械传动装置、机座及装卡等部分。
步进电机为旋转轴的动力部分，从步进电机到回转轴上的夹具的机械传动由于机械部分传动比要求较大，所以可以选用蜗轮蜗杆传动装置，如图2。

图中步进电机1的动力传给齿轮机构2，再经蜗杆蜗轮3传给夹具4。如采用步进电机加蜗杆蜗轮直接驱动分度夹具的方式会使结构更为简单，经过齿轮传动后能得到更大的传动比，保证旋转角度更加精确。机械传动装置的传动比等于齿轮传动的传动比与蜗轮蜗杆的传动比之积。传动比的大小根据具体数控切割机床中，步进电机X轴和Y轴的传动比及加工的回转体的半径来确定。步进电机的控制信号由单片机及控制器来完成。控制器主要控制步进电机的转速及固定角度的转动，在装卡机械装置上安装速度传感器及霍耳元件来检测实际转速及转动角度，并反馈给步进电机，以免丢步引起误差。将准备好的步进变速装置固定到线切割机的工作台上。固定之前用千分表对变速箱体作校正，以保证步进变速装置的输出轴同机床的X轴平行。
2电火花线切割机床的车削加工
电火花线切割车削加工的运动坐标如图3所示。±x、±y表示电极丝沿x、y两轴正反两个方向的切割运动；＋x、＋y表示电极丝沿x、y轴正向的运动；－x、－y表示电极丝沿x、y轴反向的切割运动；±A、±B、±C分别表示电极丝绕x、y、z轴顺时针和逆时针两个方向的转动；＋A、＋B、＋C表示电极丝绕x、y、z轴顺时针方向的转动；－A、－B、－C表示电极丝绕x、y、z轴逆时针方向的转动。

根据电火花线切割加工原理，任何复杂直纹曲面的型面都可以通过电极丝的复合切割运动加工出来，而切割加工复杂直纹曲面的复合切割运动形式可以通过上述电火花线切割加工运动参数表达出来，并可以在高速走丝电火花线切割车削机床上加工出所需型面的工件。是本加工系统的一般运动形式，而其他加工系统的运动形式都可以通过上式中参数的变换得出来。
采取数控移动和数控转动相结合的方式编程，用角方向的单步转动来代替Y轴方向的单步移动，即可完成一些复杂的加工工艺。图4所示为工件数控转动和X两轴插补联动模拟数控加工多维复杂曲面的示意图。

3结论
现有高速走丝电火花线切割加工技术基础上，开发研制出通用性很强的、以新型数控回转轴为核心的电火花线切割车削加工系统。利用该系统，可以加工出复杂型面模具，扩大了高速走丝电火花线切割加工工艺范围。同时，也扩大了电火花线切割机床的应用范围。从根本上解决了高速走丝电火花线切割机床加工复杂型面的加工难题，大幅度提高了空间曲面电火花线切割加工的加工质量和生产率，为建立复杂型面模具电火花线切割加工CAD、CAPP、CAM系统打下基础。