CN101428364A - 往复走丝电火花线切割机床及其加工工件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种往复走丝电火花线切割机床加工工件的方法，其特征在于：它还包括一个上端留有开口的液箱，工作台位于液箱中的液面下，所述线架的两个臂从上方开口处伸入液箱中，经过两个主导轮之间的电极丝浸入液箱中的液面下对工件进行电火花线切割加工。本发明方法排屑效果好、冷却效果好，尤其是解决了长期以来无法加工大厚度工件的难题。同时，该方法克服了液箱密封难的问题。本发明还涉及一种应用上述加工方法的排屑效果好的往复走丝电火花线切割机床。

Description

往复走丝电火花线切割机床及其加工工件的方法

(一)技术领域：

本发明涉及一种往复走丝电火花线切割机床加工工件的方法，本发明还涉及运用上述方法的往复走丝电火花线切割机床，属于电火花线切割机床技术领域。

(二)背景技术：

现有技术中，电火花线切割机床包括低速、中速、高速走丝电火花线切割机三大类。

低速走丝电火花线切割机采用铜丝作电极丝，电极丝为单向运动，其最大特点是加工精度高，售价高。其中顶级的如瑞士夏米尔公司的千系列机床、日本三菱电机公司的PA系列超高精度机床、日本牧野公司的UPJ-2超精密机床等，加工精度在±0.002mm以内，表面粗糙度Ra<0.2μm，每台售价一般在200万元以上。高档机精度在±0.003mm左右，如夏米尔公司的240CC、440CC机，日本三菱电机公司的FA-V超高速高性能机等。每台售价在100万元以上。中档的切割精度可达±0.005mm，一般在50～80万元/台。如瑞士阿奇公司的XENON、夏米尔公司的380，日本沙迪克公司的AQ系列、三菱电机公司的FA系列等。

此外，低速走丝电火花线切割机的切割效率高，目前一次切割的最高效率可达500mm²/min，

低速走丝电火花线切割机床一般都具备自动穿丝、锥度切割功能，在中高档机中还具有浸入式加工功能。

具有上述浸入式加工功能的低速走丝电火花线切割机中，它包括一个密闭的液箱，电极丝经位于密闭液箱上方的宝石过丝器向下竖直地从液箱中穿过，经密闭液箱下方的宝石过丝器回到贮丝筒。固定工件的工作台置于密闭液箱中的液面下，并位于加工区内。在经加工工件的电极丝的上、下方，还分别置有两个对准电极丝割缝的喷液嘴，上下两个喷液嘴同时以较大压力等压力地对准电极丝割缝喷液，以实现排屑、冷却功能。

具有上述浸入式加工功能的低速走丝电火花线切割机，其不足在于：1、走丝速度慢，大约为0.1m/s，这增大了排屑难度，无法加工500mm以上厚度的工件。在加工时，由于割缝小，冷却液不易进入割缝中部，同时，由于低速走丝电火花线切割机的走丝速度慢(0.1m/s)，割缝中部产生的金属屑也难以被电极丝带出，这些均导致了割缝中部排屑困难，这直接影响了光洁度；2、密闭液箱的密封难，电极丝从上臂顶端的上主导轮竖直地穿入液箱，最后从液箱中竖直地穿出回到下臂顶端的上下主导轮，这给密封提出了很大的难题，其成本高；3、难以加工大厚度的工件，现有技术中，500mm以上厚度的工件无法加工。

在中速、高速走丝电火花线切割机床中，常采用钼丝作电极丝，其价格低、加工精度不高。它与低速走丝电火花线切割机有很大的差异。其电极丝为往复运动。往复走丝电火花线切割机的切割效率与低速走丝电火花线切割机也相距甚大，高速走丝电火花线切割机的切割效率一直徘徊在60—80mm2/min。

现有的往复走丝电火花线切割机床，包括机座、运丝机构、线架、工作台、工作液系统、机床电器、数控系统及高频电源几大部分，其中，

运丝机构通常包括运丝拖板导轨副、传动组件、运丝电机、联轴器、同步带传动机构、运丝上下拖板、固定安装于运丝上拖板的贮丝筒、行程开关，贮丝筒在运丝电机驱动下做旋转运动，同时做水平往复直线运动，实现排丝、放丝；

线架包括固定在机座上的立柱及与立柱相连接的水平的上臂、水平的下臂及若干导轮；

绕于贮丝筒上的电极丝从贮丝筒引出后，经若干过渡导轮、上、下主导轮在水平的上臂、下臂顶端一侧的上、下主导轮间(加工区)闭合形成环路；

工作台包括下拖板、上拖板、拖板电机、工作台拖板导轨副、传动组件，工作台在拖板电机的驱动下可实现X、Y向十字型运动，工件置于该工作台面上，其待加工部位恰位于加工区。

为保证电极丝在线切割时能及时有效的冷却，同时，能及时尽量地带走切割下的材料，现有各种的往复走丝电火花线切割机床还包括工作液系统。它的作用主要是绝缘、消电离、排屑、冷却等。对快速走丝机床，因走丝速度快，能自动排除短路现象，广泛采用介电强度较低的乳化油水溶液。对慢速走丝机床，则大多采用去离子水。工作液的循环与过滤装置一般由电动机、工作液泵、液箱、过滤器、管道和流量控制阀、喷液嘴等组成，该结构中，喷液嘴安装于加工区，其开口方向对准加工区内的加工件及电极丝，通过喷液嘴对加工区内的加工件及电极丝进行喷淋。

能否很好地排屑、冷却对线切割机床的加工速度、光洁度关系甚大。为此，现有技术中提出了众多喷淋冷却结构，典型的如名为“大锥度线切割机床的电极丝冷却装置”的99225475.2号中国专利，该专利公开了一种大锥度线切割机床的电极丝冷却装置，该装置在上转轴和下转轴上位于电极丝的前后均设有两个对准电极丝的喷液嘴；所述上转轴和下转轴上位于电极丝的左右也均设有该装置，不管电极丝工作段如何倾斜，能够保证冷却液始终喷在电极丝上，确保对电极丝进行有效的冷却作用。

现有技术中众多喷淋冷却结构和装置，从实践结果看，均不完美，或多或少存在着排屑效果差、冷却不充分、及时，这直接影响了加工精度，而且影响了电极丝的寿命，甚至造成断丝。其原因如下：

由于加工的缝隙小(约0.2mm)，同时，放电通道内产生10000℃以上的高温，乳化液将分解生成大量的含碳高分子化合物并与金属蚀除产物反应生成胶体状或颗粒状物质，它们粘附在割缝内，这些蚀除产物在靠近上下两个喷液嘴处尚容易排出，在远离上下两个喷液嘴的割缝中部，冷却液压力变小，蚀除产物难以排出。大约只有50％的蚀除产物能被及时排出。尤其是在加工大厚度的工件时，割缝中部排屑极其困难，现有技术中，1200mm以上厚度的工件无法加工。同时较厚工件的割缝中部的冷却也不及时，直接影响了光洁度。

2、若放电过程中产生的加工屑不能被及时排屑，一旦有加工屑搭桥而成，或两极上相对突出的尖点偶相遇而形成的微短路状态具有较大的接触电阻。由于电极丝运动，这种微短路很容易被拉开形成电弧放电。故此时脉冲电源输入到加工间隙的能量密度远大于正常加工时，使得电极丝的黏着部位产生脉冲能量集中释放，这不仅严重影响了加工精度，而且导致电极丝产生裂纹，甚至可能造成断丝。

3、此外，现有技术中众多喷淋冷却结构和装置中，若喷水的方向不准确也易断丝。因为喷水方向不准，上下喷水压力不当，工作液就无法喷入切割缝，电极丝不能够冷却，使得电极丝局部温度突然升高，引起烧丝。

现有往复走丝电火花线切割机床加工工件的方法有待于改进。

现有的往复走丝电火花线切割机床有待于改进。

(三)发明内容：

本发明旨在提供

一种排屑效果好、冷却效果好的往复走丝电火花线切割机床加工工件的方法。

本发明的技术解决方案如下：

往复走丝电火花线切割机床加工工件的方法，由运丝机构中的运丝电机驱动贮丝筒做旋转运动，实现排丝、放丝，绕于贮丝筒上的电极丝从贮丝筒引出后，经若干过渡导轮、在线架的两个平行的臂的顶端的两个主导轮间闭合形成环路，并在两个臂主导轮间的加工区对工件进行电火花线切割加工，

其特征在于：

它还包括一个上端留有开口的液箱，工作台位于液箱中的液面下，所述线架的两个臂从上方开口处伸入液箱中，经过两个主导轮之间的电极丝浸入液箱中的液面下对工件进行电火花线切割加工。

上述方法中，由于线架的两个平行的臂为竖直状态，两个平行的臂的中下段浸入液箱中的液面下对工件进行电火花线切割加工。

本发明上述方法中，将加工区置于液箱中的液面下并在液箱中的液面下对工件进行电火花线切割加工，由于往复走丝电火花线切割机床的走丝速度较快(一般可达到11m/s)，工作液能从已加工的缝隙中浸入、带入割缝中部的，从而使整个加工区充满工作液，割缝内产生的蚀除产物在高速移动(移动速度为低速走丝电火花线切割机的110倍)的钼丝带动下，很容易被从缝隙中带出，排屑效果好，约有90％的蚀除产物能被及时排出。因而，加工光洁度好、加工效率高。同时由于冷却及时，对于600mm以下的工件加工效率提高20％，对于1000mm以上较厚的工件的加工效率提高100％，尤其是解决了长期以来因割缝小、冷却液不易进入而导致的大厚度(如1200mm以上)的工件无法加工的难题。不管工件有多厚，冷却液都能从已加工过的缝隙(约0.2mm)中渗入到割缝中部的加工处，后在高速移动的钼丝带动下，加工产生的微细的金属屑被从缝隙中带出。同时，该方法克服了现有具有浸入式加工功能的低速走丝电火花线切割机的液箱密封难的问题。此外，本发明上述方法还不易烧丝断丝。

本发明还在于提供一种应用上述加工方法的排屑效果好、冷却效果好的往复走丝电火花线切割机床。

本发明的技术解决方案如下：

往复走丝电火花线切割机床，包括机座、运丝机构、线架、工作台、工作液系统、机床电器、数控系统及高频电源几大部分，其中，

运丝机构包括运丝电机、同步带传动机构、贮丝筒、运丝导轨副、传动组件、行程开关，贮丝筒在运丝电机驱动下做旋转运动，实现排丝、放丝；

线架包括相平行的两个臂，两个臂顶端各安装一个主导轮；

绕于贮丝筒上的电极丝从贮丝筒引出后，经若干过渡导轮、两个主导轮在两个臂顶端的两个主导轮间闭合形成环路；

待加工工件置于该工作台面上，其待加工部位恰位于两个臂顶端主导轮间的加工区；

其特征在于：

所述工作液系统包括一个上端留有开口的液箱，所述液箱位于加工区，工作台位于液箱内的液面下，所述线架的两个臂从上方开口处伸入液箱中，两个臂顶端的两个主导轮之间的电极丝位于液箱中的液面下。

上述结构中，加工区位于液箱中的液面下，排屑效果好、光洁度好、冷却及时，不易烧丝断丝。尤其解决了加工大厚度工件的难题。

进一步的技术解决方案为：

所述与立柱相连接的相平行的两个臂均为竖直状态，安装于两个臂顶端的两个主导轮位于同一水平面上；它们同时浸于液箱中的液面下。

上述结构更为简单，同时克服了现有低速走丝电火花线切割机浸入式加工密封难的问题。

上述结构中，所述工作液系统，还包括一个过滤式循环装置，该过滤式装置包括循环泵、过滤器。通过循环泵强制冷却液通过滤器，对冷却液进行循环过滤。

这有助于保证冷却液的质量从而保证了线切割加工质量的稳定性。

要实现上述目的，既可以在液箱中置有一过滤器，通过液压泵强制工作液通过过滤器，也可另置一内装有过滤器的过滤箱，通过循环泵、连接管强制工作液进入过滤箱并通过过滤器。

考虑到部分大厚度工件的体积较大，又一技术解决方案为：

采用单立柱通过传动组件及导轨副置于机座上，切割机构为悬臂式，它通过传动组件及导轨副连接于立柱侧面，并位于机座的一侧，内置有工作台的液箱固定，并位于切割机构下方、机座的一侧，这样，液箱的宽度不受限制，其尺寸可做得很大。

(四)附图说明：

以下将结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明：

附图1为本发明实施例中切割机构部分基本结构的示意图。

附图2为图1的左视图。

附图3为本发明第一个实施例的结构示意图。

附图4为图3的左视图。

附图5为本发明第二个实施例的结构示意图。

附图6为图5的左视图。

附图7为本发明第三个实施例的结构示意图。

附图8为图7的左视图。

附图9为本发明第四个实施例的结构示意图。

附图10为图9的左视图。

附图11为本发明第五个实施例的结构示意图。

附图12为图11的左视图。

(五)具体实施方式：

参见附图1、2，本发明下列实施例中，切割机构部分的基本结构由运丝和线架两部分组成。具体地说，运丝部分由机架109、通过左轴承座104右轴承座107安装于机架上水平安置的电机108、水平安置的贮丝筒105、装有导轮106的排丝架112、大同步轮110、同步带113、小同步轮114、过渡导轮103组成，电机108通过同步带113带动贮丝筒105做旋转运动，同时，带动排丝架沿导向装置往复直线运动，实现排丝、放丝。线架部分包括相平行的两个臂111，两个臂均为竖直状态，它们的顶端各安装一个主导轮102。绕于贮丝筒上的电极丝101从贮丝筒两边分别引出后，经排丝架上的导轮106再经过渡导轮103、主导轮102闭合形成环路。

参见附图3、4，本发明第一个实施例往复走丝电火花线切割机床为工作台固定型。包括机座、运丝机构、线架、工作台、工作液系统、机床电器、数控系统及高频电源几大部分，其中，运丝和线架两部分同样采用上述结构。立柱202通过传动组件丝杆副209及水平安装于机座203上的由导轨208、滚珠207组成的导轨副安装于机座203上。当Y轴电机工作时，通过传动组件209驱动立柱202沿水平导轨副作Y向运动。切割机构部分201通过传动组件丝杆副及竖直安装于立柱202侧面的导轨副与立柱202相连接。当Z轴电机工作时，通过传动组件驱动切割机构201沿立柱202作Z向运动。

上端敞口的工作台液槽205位于切割机构部分201下方，、工作台206位于工作台液槽205中液面下。上述线架部分的两个臂均为竖直状态，从上方伸入液槽205中，安装于两个臂顶端的两个主导轮位于同一水平面上，它们同时浸于工作台液箱中的液面下。待加工工件置于该工作台面上，恰位于两个臂顶端主导轮间的加工区。工作液系统包括工作液泵212、过滤器211、连接管道210。过滤液箱204位于工作台液槽205一侧，其内装有过滤器211。通过工作液泵212强制经连接管从工作台液槽205中抽取的冷却液通过滤器211，对冷却液进行循环过滤，并将过滤过的冷却液送入工作台液槽205中。

上述结构应用了本发明方法，即经过两个主导轮之间的电极丝浸入液箱中的液面下对工件进行电火花线切割加工的方法。由于加工区位于液箱中的液面下，而走丝速度较快，割缝内产生的蚀除产物在高速移动的钼丝带动下，很容易被从缝隙中带出，排屑效果好，光洁度好。同时，工作液能从已加工的缝隙中浸入割缝中部，整个加工区充满工作液，因而冷却及时，不易烧丝断丝。尤其是能加工大厚度工件。同时结构简单，解决了浸入式低速走丝电火花线切割机中密封难的问题。

参见附图5、6，本发明第二个实施例为工作台移动型线切割机床，与第一个实施例不同的是，立柱与机座为一体结构，呈L状，切割机构301通过传动组件及导轨副309连接于L状的垂直边(即立柱302的一侧)，并可完成Z向运动，内置有工作台305的液箱通过传动组件及导轨副310连接于L状的横边(即机座306)上，并可完成Y向运动，隔板308将液箱隔成加工液箱304和过滤液箱303，过滤液箱内装有过滤器307和工作液泵311。

参见附图7、8，本发明第三个实施例为双立柱龙门式工作台移动型线切割机床，立柱402为双立柱龙门式，通过传动组件及导轨副置于机座404上，并可完成X向运动，切割机构401通过传动组件及导轨副连接于龙门式立柱402一侧，并可完成Z向运动，液箱403固定置于机座404上，切割机构部分的两个臂均为竖直状态，安装于两个臂顶端的两个主导轮位于同一水平面上，它们同时浸于液箱403中的液面下。待加工工件置于液箱403内的工作台面上，恰位于两个臂顶端主导轮间的加工区。过滤液箱405置于一侧。

参见附图9、10，本发明第四个实施例为双立柱龙门式工作台移动型线切割机床，同样采用龙门式立柱502，切割机构501同样通过传动组件及导轨副连接于龙门式立柱502一侧，可Z向运动，与上一实施例不同的是，龙门式立柱502固定置于机座505上，内置有工作台504的液箱503通过传动组件及导轨副置于机座505上并可X向运动，过滤液箱506置于一侧。

参见附图11、12，本发明第五个实施例为单立柱切割机构悬臂式线切割机床，其立柱602通过传动组件及导轨副置于机座605上，可X向运动，切割机构601通过传动组件及导轨副610连接于立柱侧面，并位于机座605的一侧，可Z向运动，内置有工作台610的液箱固定，并位于切割机构的下方、机座605的一侧，液箱同样带有过滤式循环装置。通过隔板608将液箱分隔为加工液箱603和过滤液箱604，过滤液箱内装有循环泵609、过滤器607，通过循环泵强制经连接管从加工液箱中抽取的冷却液通过滤器，对冷却液进行循环过滤，并将过滤过的冷却液送入加工液箱。

上述实施例2、3、4、5中，可X、Y、Z向运动均采用如实施例1的电机通过传动组件及导轨副驱动的结构，为简洁起见，就不一一赘述了。这对本领域普通技术人员而言，已能再现出。

本发明五个实施例均为较佳的实施例，它们以不同的结构形式、以不同的运动形式，同样实现了在液面下加工的目的。采用加工区位于液箱中的液面下，电极丝竖直地从液箱中穿过的结构也能有好的排屑效果，它也能达到冷却及时，不易烧丝断丝的技术效果，当然，它不如上述实施例结构简单。同时，在本发明的发明构思下，本发明还有多种实施形式，这对本领域技术人员而言，毋需付出创造性劳动即可再现出，在此就不详述了。采用上述等同替代方案当然落入了本发明的保护范围。

Claims (9)

1、往复走丝电火花线切割机床加工工件的方法，由运丝机构中的运丝电机驱动贮丝筒做旋转运动，实现排丝、放丝，绕于贮丝筒上的电极丝从贮丝筒引出后，经若干过渡导轮、在线架的两个平行的臂的顶端的两个主导轮间闭合形成环路，并在两个臂主导轮间的加工区对工件进行电火花线切割加工，

其特征在于：

它还包括一个上端留有开口的液箱，工作台位于液箱中的液面下，所述线架的两个臂从上方开口处伸入液箱中，经过两个主导轮之间的电极丝浸入液箱中的液面下对工件进行电火花线切割加工。

2、根据权利要求1所述的往复走丝电火花线切割机床加工工件的方法，其特征在于：所述线架的两个平行的臂为竖直状态，两个平行的臂的中下段浸入液箱中的液面下对工件进行电火花线切割加工。

3、一种往复走丝电火花线切割机床，包括机座、运丝机构、线架、工作台、工作液系统、机床电器、数控系统及高频电源几大部分，其中，

运丝机构包括运丝电机、同步带传动机构、贮丝筒、运丝导轨副、传动组件、行程开关，贮丝筒在运丝电机驱动下做旋转运动，实现排丝、放丝；

线架包括两个臂，两个臂顶端各安装一个主导轮；

绕于贮丝筒上的电极丝从贮丝筒引出后，经若干过渡导轮、两个主导轮在两个臂顶端的两个主导轮间闭合形成环路；

待加工工件置于该工作台面上，其待加工部位恰位于两个臂顶端主导轮间的加工区；

其特征在于：

所述工作液系统包括一个上端留有开口的液箱，所述液箱位于加工区，工作台位于液箱内的液面下，所述线架的两个臂从上方开口处伸入液箱中，两个臂顶端的两个主导轮之间的电极丝位于液箱中的液面下。

4、根据权利要求3所述的往复走丝电火花线切割机床，其特征在于：

所述与立柱相连接的相平行的两个臂均为竖直状态，安装于两个臂顶端的两个主导轮位于同一水平面上；它们同时浸于液箱中的液面下。

5、根据权利要求4所述的往复走丝电火花线切割机床，其特征在于：

所述工作液系统中还包括一个过滤式循环装置。

6、根据权利要求5所述的往复走丝电火花线切割机床，其特征在于：

所述线架通过传动组件及竖直安装于立柱上的导轨副与立柱相连接，Z轴电机工作时通过传动组件驱动切割机构，沿立柱作Z向运动，上述立柱则通过传动组件及水平安装于机座上的水平导轨副安装于机座上，Y轴电机工作时通过传动组件驱动立柱沿水平导轨副作Y向运动，所述工作液系统包括一个位置固定的液箱，所述工作台固定位于液箱中液面下。

7、根据权利要求3所述的往复走丝电火花线切割机床，其特征在于：

所述立柱与机座为一体结构，呈L状，切割机构通过传动组件及导轨副连接于L状的垂直边的一侧，通过电机、与之相连的传动组件及导轨副驱动切割机构沿立柱作Z向运动，内置有工作台的液箱通过传动组件及导轨副连接于L状的横边上，通过电机、与之相连的传动组件及导轨副驱动液箱沿L状的水平边作Y向运动。

8、根据权利要求3所述的往复走丝电火花线切割机床，其特征在于：所述立柱为双立柱龙门式，通过传动组件及导轨副置于机座上，通过电机、与之相连的传动组件及导轨副驱动立柱作X向运动，液箱固定置于机座上，切割机构通过传动组件及导轨副连接于龙门式立柱一侧，通过电机、与之相连的传动组件及导轨副驱动切割机构作Z向运动。

9、根据权利要求3所述的往复走丝电火花线切割机床，其特征在于：所述立柱为龙门式双立柱，切割机构通过传动组件及导轨副连接于龙门式立柱一侧，通过电机、与之相连的传动组件及导轨副驱动切割机构作Z向运动，龙门式立柱固定置于机座上，液箱通过导轨副置于工作台上，通过电机、与之相连的传动组件及导轨副驱动工作台作X向运动。

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