【新闻】新型复合走丝线切割机床的恒张力机构研究乐清

发布时间：2020-10-19 06:43:31 阅读：次来源：平开窗厂家

（1湘潭大学，湘潭411100 2湖南省电力勘测设计院，长沙410007）速旋转的复合走丝方式的实现方法。通过分析高速走丝电火花线切割机床的张力控制机构存在的缺点，提出两种新型复合走丝电火花线切割机床的张力控制机构，即分别采用惯性力与电磁力实现对电极丝张力控制的装置。阐述了两种张力装置的结构和工作原理，该装置能够克服人工操作张紧轮或重锤式张力机构的缺点，实现张力的自动调节。

JournalElectronicPublisl极丝的使用寿1命，降低了加工成本tt同时还兼具有电电火花线切割机床按电极丝走丝方式一般分为高速走丝电火花线切割机床与低速走丝电火花线切割机床。高速走丝电火花线切割机床中，电极丝作高速往复直线运动，一般走丝速度为7m/s~ 11m/s电极丝多采用钼丝，可以重复使用，加工成本低。高速走丝电火花线切割机床通常采用人工操作张紧轮或重锤式机构实现恒张力控制，张力装置简单，调节不方便。低速走丝电火花线切割机床的电极丝作低速单向直线运动，走丝速度一般低于0.25m/s电极丝多采用铜丝，是一次性耗用品，加工成本高。低速走丝电火花线切割机床张力控制装置多为粉末制动器、电磁、双机转速差加载等方式。

新型复合走丝型的电火花线切割机床，电极丝在进行常规沿自身方向作往复低速直线走丝的同时还绕自身轴线作高速旋转运动，一般走丝速度为0025m/s~0200m/s旋转速度600r/min~3000r/min以钼丝为线电极，电极丝可以反复使用，试验证明这种走丝方式的机床较好地综合了两类走丝方式的优点，减小了电极丝的损耗，延长了电火花削加工的功能与效果15|，提高了产品的加工精度。

由于复合走丝电火花线切割机床是一种新型的机床设备，复合走丝是一种新颖的走丝方式，本文介绍了该方式的实现方法和基本原理，提出惯性力与电磁力张力调节装置，阐述了两种张力装置的结构和工作原理，两种张力装置也较为独特，值得深入研究和日益完善。

1复合走丝原理复合走丝的关键是机床在实现传统直线往复走丝的同时，如何再使电极丝绕自身轴线高速旋转，以此增加电极丝的运动刚性，减小加工振动，起到了电火花切割与电火花磨削的复合加工效果|51.机床的基本结构如所示，复合走丝过程可以分为：旋转、绕丝、排丝与分层等4个部分。

1.1旋转与绕丝为了实现电极丝的复合走丝，我们设计了双丝筒结构，上下两个结构完全一致的丝筒相对安装，丝筒的原理结构如所示。中当电动机启动时，带动上丝筒和下丝筒同步旋转，电极丝在随丝筒旋转的同时，会同时向上或向下作直线走丝。

在整个丝筒高速旋转的条件下，要同时实现电极丝走丝与绕丝，从结构上看就要求内齿轮1和内齿轮5产生速差，这可通过小齿轮2和小齿轮4的不同齿数传递来实现。储丝筒14通过内齿轮5来1.2排丝与分层实际工作中要求电极丝能整齐均匀地排在储丝筒上（称作排丝），并且能多层绕丝（称作分层）。中导丝轮13固定在双向丝杠套12上，双向丝杠套12随双向丝杠8的转动而有规律的移动，双向丝杠8上的小齿轮6通过装在储丝筒14上的只有一个齿的齿轮7的转动而走动。齿轮7随着储丝筒的每走一圈，其上的单齿就会带动小齿轮6走一个齿的位置。这样小齿轮6的齿数就决定了双向丝杠8上一个螺距能排多少圈丝，设计十分方便。双向丝杠有个特点：它作定向转动时，其上的双向丝杠套12会来回地在双向丝杠上有规律地走动。这种走动引导电极丝分层均匀地绕在储丝筒上。

高速走丝线切割机床走丝速度快，储丝筒上只能单层绕装300多米丝，换向时间短（20s左右），加工中存在明显的换向条纹。复合走丝机构的丝筒结构，由于走丝速度慢，实现了在较小的储丝筒上绕装1000多米电极丝，其换向时间可长达到2h~10h消除了换向条纹。

2高速走丝张力装置带动们之间通过超越离合器90来结合便装丝产着至造成断丝s.所以安置好的恒装置，加bookmark4走丝系统对线切割机床来说是非常重要，按应用的不同采用不同直径、硬度、材质的电极丝，走丝系统相应使用不同的张紧力和走丝速度，配上不同的放电参数，就成为线切割的刀具。在线切割加工过程中，电极丝由于受热延伸、放电损耗丝径变细，会使电极丝松弛、张力减小；另外，脉冲放电对电极丝有爆炸冲击力，使电极丝振动，而电极丝过松，会造成加工不稳定、表面粗糙度高，影响加工质量和生摩檫力，011工效果会有很大提高。

高速走丝张力装置通常采用人工操作张紧轮或重锤式张紧机构实现张力控制。重锤式张紧机构能使电极丝保持恒张力，省去人工操作张紧轮方式人工频繁紧丝的工作，其原理如所示。这种张力装置是利用重锤的重力对电极丝产生拉力，保持加工区电极丝的张力稳定。虽然这种张力装置结构简单，但是存在一些弊端：一是电极丝运行路线迂回曲折，10m/s左右的线速度使电极丝疲劳应力加大，增加了电极丝纵向振动，影响使用寿命；二是重锤对电极丝形成的初张力大，造成加工区电极丝张力波动；三是由于线架结构限制，不能实现电极丝张力自行调整，须停机收丝调节161. 3复合走丝张力装置复合走丝机构其张力调节装置采用双储丝筒结构，它由上下两个丝筒具有完全一致结构，相对安装，电极丝在随丝筒旋转的同时，作上下往复直线运动，一端收丝另一端就放丝。复合走丝线机构收丝端为主动状态，放丝端必须有拉紧的张力，否则电极丝处于自由放松状态无法正常工作。目前复合走丝机构产生张力的装置主要研制了两种：即惯性力张力调节装置和电磁力张力调节装置。

3.1惯性力张力调节装置惯性力张力装置结构原理是惯性力张力装置结构，复合走丝的储丝筒和电极丝一起高速旋转，如所示。在储丝筒和主轴上支架与电极丝都在旋转，储丝筒角速度*2主轴上支架角速度叫当二者角速度有差值时，就能够在储丝筒上装上丝。在储丝筒和主轴支架形成速度差时，因为离心力F而紧贴在主轴上支架内壁上的惯性矩块就会产生摩檫力P，而该摩檫力便是产生张力的原因。

由离心力原理可知离心力丝筒半径，*U为摩檫系数，*k为风阻等其他干扰阻力。张力由此可知张力的大小与这些因素有关：与惯性块的质量m成正比；与绕丝筒角速度的平方成正比，也就是与转速的平方成正比；与惯酬口主轴支架内壁之间的摩檫系数有关。

与惯性块的个数n成正比；与其他因素k有关。

复合走丝惯性力矩张力装置的特点复合走丝线切割机在工作中，绕上1000m长的电极丝会因为重复绕丝、张力作用和加工损耗等因素致使电极丝不断伸长；多重绕丝使收、放丝筒之间在同一时刻半径不相等，也就是说上下绕丝筒的角速度不会相等。惯性力矩装置很巧妙地解决了这个问题：当电极丝相对伸长时，其张力瞬间会有所下降，储丝筒《2相对于主轴上支架叫下降，放丝速度减慢，使离心力P降低，惯性块产生的阻力矩Tf也随之减小，这样储丝筒的转速4就会上升，从而使T与Tf的差值基本保持为常数，也就保证了张力恒定，反之当电极丝相对缩短时，张力瞬间会有所上升，储丝筒《2相对于主轴上支架叫也上升，放丝速度加快，使离心力P增大，惯性块产生的阻力矩Tf随之增大这样储丝筒的转速A就会下降，使T与Tf的差值基本保持为常数，同样保证了张力恒定。所以不管具体运丝过程中，丝的状态如何，此惯性力装置总是能够自动调整储丝筒的转速％来保证张力持通过对此惯性力装置产生张力的原理分析可知，该装置能够自动调整电极丝的张力大小。

储丝筒角速度《2是决定张力大小的重要可变因素，惯性力矩个数n?旦装好不容易变动，*上升电极丝张力T增大。这样一个特点正好符合线切割加工特性的要求：因为复合走丝线切割机床加工在大工艺参数和高效率的加工状态下，电极丝受到的放电力（包括电磁力、放电通道作用力和通过周围气泡的作用力等）就越大，要使电极丝保持绕自身轴线稳定旋转，就须给电极丝施加更大的张力，保证电极丝不滞后弯曲，保持直线旋转加工。这个惯性力矩装置正好有这样的特点：电极丝旋转速度n越高，所产生的张力T越大，这样就确保了大工艺参数和高效率的加工状态下，精确和高效的线切割加工。

32电磁力张力调节装置（1）电磁力张力装置结构原理复合走丝线的丝筒内嵌入转子绕组，在丝筒之外套一个定子绕组，如所示。

储丝简上的转子线圈与定子绕组的电流I的平方成正比；与放丝筒的转速n也就是与电枢被拖动转速n成正比；=2：n故制动电磁转矩M与角速度《成正比。

（2）复合走丝电磁张力装置的特点与惯性力矩装置的张力一样，电磁力的张力装置也能保证张力持续恒定。当电极丝相对伸长，放丝筒的转速《2相对收丝筒的下降，放丝速度减慢，制动电磁转矩Mf也随之减小，储丝筒的转速《2就会上升，从而使M与Mf的差值基本保持为常数，也就保证了张力恒定，当电极丝相对缩短时，绕丝相对于主轴上支架的上升，放丝速度便快，同样可以保证张力持续恒定轮可以钌电磁力张力的大小与以下这篦态础邮图0U7S是单片机工作流程框图。由做收丝筒用时，定子绕组不通以电流，储丝筒在机械动力源作用下以角速度《旋转。做放丝筒用时，定子绕组通以直流电流I，储丝筒以角速度《旋转时，放丝筒装置相当于处于发电状态的直流电机，转子绕组会受到来自定子绕组线圈施加的电磁阻力，该电磁阻力就是产生电极丝张力T的原因，所产生的电磁转矩是制动转矩。当直流电机做发电机运行时，电机产生的制动电磁转矩为171节电阻；*为磁通量，*n为电机被拖动旋转速度。由上述公可知，电机结构一旦确定，Ce、CM、Kf、Ro都是常量，而电枢被拖动转速n也是恒定的，由此电磁张力还能够快速敏捷地自动调节电极丝的张力大小。由于丝筒装置的丝筒直径与齿轮齿数确定后，电极丝的走丝速度与丝筒转速成正比，所以可以通过实时调节走丝速度与电枢绕组的电流I之间的关系实现对张力的调节，因此研制了由高频计数器与单片机实现的检测与控制系统，其原理如所示。

速度传感器查机的工作流程简单，执行速度快，整个控制装置的工作周期低于线切割加工的放电脉冲周期。该系统不仅能够自如控制张力大小，而且可以让储丝筒在任何转速情况下实现恒张力，并且可以实时通过张力显示器显示张力大小。

33两种张力调节装置比较惯性力张力装置结构简单，构思巧妙，能够有效施加张力进行复合走丝加工。但是该装置还是不够完美，主要存在以下几个缺陷：惯性力张力装置收丝端产生的是阻碍作用消耗能量，会引起电极丝的不良振动，并且影响切割速度。

线切割加工时惯性块时刻与主轴支架内壁摩擦，长期旋转使用惯性块质量m会逐步减小和对主轴支架内壁不断磨损，它们之间的摩擦系数也会逐渐发生改变。这些因素都会引起张力改变，影响长期稳定的线切割加工。

在较低速旋转或者停止时，放丝端的绕丝筒与主轴支架之间是分离状态。也就是惯性块与主轴支架没有结合或者结合得不够紧，以至于较难产生良好的稳定张力，加工无法正常进行。

电磁力张力装置与惯性力张力装置比较起来具有如下优点：电磁力张力装置当放丝端施加可控的电磁张力时，收丝端定子线圈不通电，收丝筒由齿轮传动正常运转，没有额外的电能损耗，放丝筒与定子线圈之间通过电磁力相互作用，没有机械损耗。

线切割加工时惯性力张力装置是通过惯性块受到离心力作用，而与主轴上支架内壁产生摩擦力实现张力控制。电磁力张力装置是通过电磁力相互作用实现张力控制，没有机械的直接接触，没有相互磨损，所以长时间工作后不会引起张力改变，也就不会影响加工的稳定性。

电磁力张力装置寿命更长，加工精度更高，控制更为便捷，观察更为直接，有较完善自动控制系统。

4结束语复合走丝机床实现了电极丝在进行往复低速直线走丝的同时绕自身轴线作高速旋转运动；实现了电火花线切割和电火花磨削的复合加工；采用多层绕丝，消除了换向条纹。试验表明惯性力张力调节装置和电磁力张力调节装置都能实现张力的自动调节，其中惯性力张力装置在一定加工时期内，对电极丝张力的自动调节效果较好；电磁力张力装置对电极丝张力调节效果好，但结构较复杂，制造工艺要求高。由于复合走丝机床是一种新型机床，其构件也有待进一步研究与完善。

31（6）：17~19|4|陈浩东。电火花线切割机电极丝复合走丝方式的探讨|J|.电加工与模具，200433（4）：21~23|5|胡富强，王振龙，赵万生。线电极放电磨削技术的研究与应用35（10）：11711174|6|曹凤。精密高速走丝电火花线切割机研究与开发|J|.四川大一年一度的''百种中国杰出学术期刊"评选结果于2007年11月15日在北京举行的*2006年科技论文统计与分析"新闻发布会上揭晓，《机械科学与技术〉荣获"2006年百种中国杰出学术期刊"称号（获奖证书见封2）。

这是由我国最具权威的期刊评价机构科技部中国科技信息研究所评选出来的。评选工作在被评单位完全不知情的情况下进行，入选期刊是根据2006年度中国科技论文与引文数据库（CSTPCD2006）的客观统计结果（主要是期刊影响因子，总被引频次，自引/他引比等）评选出来的，在入选的100种期刊中，技术及工程类期刊39种，医学类期刊29种，其它各类期刊32种。在技术及工程类的39种期刊中，机械工程类有三家期刊入选：机械工程学报、机械科学与技术、中国机械工程。

这次获奖是本刊进入"2000年中国科技期刊影响因子前100名"（第82名）以来所取得的又一欠重要的进步。