CN103157859A - 往复走丝电火花线切割加工电极丝单边松丝消除方法 - Google Patents

Abstract

一种往复走丝电火花线切割加工电极丝单边松丝消除方法，其特征是它通过变频调速装置控制储丝筒正反向转速，实现储丝筒正反转差速转动以消除高速往复走丝电火花线切割电极丝正反走向电极丝所受张力的差值，消除“单边松丝”现象，进而改善加工精度、表面粗糙度，延长电极丝使用寿命。本发明实现方式容易，结构简单，实用性强。

Description

往复走丝电火花线切割加工电极丝单边松丝消除方法

技术领域

本发明涉及一种电火花线切割加工技术，尤其是一种高速往复走丝电火花线切割加工技术，具体地说是一种往复走丝电火花线切割加工电极丝单边松丝消除方法。

背景技术

    目前，高速往复走丝电火花线切割机床电极丝在储丝筒带动下进行正反转走丝，在通常情况下,经过一段时间加工后，电极丝在储丝筒上就会逐步出现一端松一端紧的现象，俗称“单边松丝”现象。由于电极丝具有一定的刚性，在通过定位导轮后实际呈现如图1所示的弧线状，其与上下导轮的公切线存在偏差δ，δ的大小将随着电极丝张力T的变化而改变。在实际加工过程中如果电极丝张力不稳定，其空间位置也将产生变化，因此单边松丝会对加工状态产生较大影响。单边松丝将使电极丝在由上往下的正向切割与由下往上的反向切割时，电极丝空间位置发生改变，致使短路、空载等一系列不正常放电现象发生，不仅降低了切割速度、电极丝的使用寿命，还影响到工件的加工精度和表面质量。以往走丝系统通过增加恒张力装置，来控制加工过程中电极丝张力的变化，如图2所示为常用的重锤式恒张紧装置，但增加恒张力装置后由于装置响应的滞后性及对电极丝产生冲击式拉伸，一方面不能实时调整加工中的张力变化，并且还会造成电极丝的过度塑性拉伸和断丝几率增加，此外上丝比较麻烦也是使用者不大愿意采用恒张力装置的一个重要原因。因此十分有必要对“单边松丝”问题提出新的解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对目前高速往复走丝电火花线切割加工中电极丝因受力不均极易造成单边松丝而影响加工质量及使用寿命的问题，发明一种往复走丝电火花线切割加工电极丝单边松丝消除方法，以减少甚至消除以往普遍存在的高速往复走丝电火花线切割电极丝正反走向电极丝张力不均匀也即通常所说的“单边松丝”问题，从而达到改善电极丝的放电状态，进而改善加工精度、表面粗糙度、加工速度，同时延长电极丝使用寿命的目的。

本发明的技术方案是：

一种往复走丝电火花线切割加工电极丝单边松丝消除方法，其特征是它通过变频调速装置控制储丝筒正反向转速，实现储丝筒正反转差速转动以消除高速往复走丝电火花线切割电极丝正反走向电极丝所受张力的差值，消除“单边松丝”现象，进而改善加工精度、表面粗糙度，延长电极丝使用寿命。

所述电极丝自上而下（正向走丝）的走丝速度小于电极丝自下而上（反向走丝）的走丝速度。

所述电极丝自上而下（正向走丝）的走丝速度大于电极丝自下而上（反向走丝）的走丝速度。

所述电极丝正向走丝与反向走丝的速度差值为0.01m/s~30m/s。

本发明的方法还包括改变电极丝正反走向时高频脉冲电源能量和/或调整电极丝正反走向时喷液冷却流量的方法来消除电极丝的单边松丝现象。

本发明的有益效果：

本发明通过分析单边松丝产生的根本原因，解决了电极丝张力不均匀的问题，所采取的措施简单易行，不仅简化了走丝结构，也消除了通过外部装置施加外力补偿电极丝张力的变化所产生的不利影响。

本发明通过首先从机理上解决了困扰往复走丝电火花线切割自发明以来数十年的单边松丝问题，保持了电极丝张力虽然会随着加工过程逐渐降低，但这是一个逐渐均匀降低的过程，不会在一次换向过程中就产生张力的急剧变化，维持了电极丝空间位置的稳定性，进而保障了放电加工的稳定性，提高了切割速度、加工精度、表面质量，由于在电极丝反向运行时电极丝可以快速通过加工区域，使得断丝的几率大大降低，电极丝寿命大大增加等。试验表明在不运用变速切割时，割500mm高度的工件，连续切割10小时，就出现严重“单边松丝”现象，使得加工难以继续正常进行；而改用变速切割技术，正向丝速12m/s，反向丝速16m/s，连续切割35小时以上，没有单边松丝现象，且加工稳定。

根据往复异速走丝电火花线切割的原理，在工作液冷却正常的前提下，结合异速走丝电火花线切割试验，在原始走丝速度10m/s左右时，推荐不同切割厚度45号钢的正反走丝速度差的范围： 

切割厚度（mm）	正向与反向的走丝速度差(m/s)
		小于200	0.1-3
200-300	3-4
		400以上	4-10

本发明从根本原理上解决了正反走丝电极丝在切缝内冷却与消电离不均匀的问题，因此该原理也可以通过在正反向切割时调整高频脉冲电源的能量或通过上下喷液冷却方式的差异来达到维持电极丝在切缝内正反往复走丝受到的放电爆炸力形成的阻尼力基本一致的目的。或通过调整丝速，高频，冷却方式的组合以达到上述目的。

附图说明

    图1是现有的电极丝通过导轮的实际状态的示意图。

图2是现有的消除单边松丝常用的重锤恒张力装置示意图。

图3是电极丝正反运丝极间爆炸力的分布图

图4本发明的单边松丝消除系统示意图。

图5 本发明的一个具体的电机换向变速控制电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

    如图4、5所示。

一种往复走丝电火花线切割加工电极丝单边松丝消除方法，应用于如图4所示的系统中，通过变频调速装置控制储丝筒正反向转速，实现储丝筒正反差速转动以消除高速往复走丝电火花线切割电极丝正反走向电极丝所受张力的差值，消除“单边松丝”现象，进而改善加工精度、表面粗糙度，延长电极丝使用寿命。所述电极丝自上而下（正向走丝）的走丝速度既可小于电极丝自下而上（反向走丝）的走丝速度，也可大于电极丝自下而上（反向走丝）的走丝速度。（例如在大锥度切割时，由于电极丝的倾斜，导致上下喷水情况的恶化，但此时由于下喷水口比较接近工件下端面，而上喷水口一般距离上工件表面距离较远，加上喷水方向与电极丝有倾斜角度，导致电极丝正向走丝时，工作液带入放电间隙量少于电极丝方向走丝时的带入量，此时就需要采取正向走丝速度高于方向走丝速度。）

具体实施时可采用图5所示的变频装置控制正反向走丝速度，根据加工对象的不同，大多数情况下采用正向走丝速度小于反向走丝速度的方法以便使得反向走丝时电极丝可以携带更多的工作液进入切缝，但在某些特殊情况下也可使正向走丝速度大于反向走丝速度。

运用变速控制器在每次储丝筒改变转向时，通过行程开关，控制变频器向储丝筒运丝电动机输入不同的控制频率，进而变换转速，从而改变电极丝的走丝速度，使得电极丝正反走丝时形成速度差，这样电极丝在正向走丝时，由于冷却条件较好，因此电极丝的丝速可以适当减慢，而电极丝反向走丝时由于工作液受到重力的作用，进入切缝的量较少，因此电极丝的走丝速度可以适当加快，这样使得每次电极丝在正反向走丝时形成的冷却条件基本相同，由此放电爆炸力形成的对电极丝的阻力基本相等，从而消除了原先正反向走丝时由于走丝速度相同而冷却、消电离条件不同而导致正反转电极丝所受放电爆炸力及其他作用力产生的阻力的不同，从而避免了以往正反向走丝阻力始终不同而导致的逐渐累积而形成的“单边松丝”现象的出现。这样，电极丝随着加工的延续，张力的变化是一个逐渐平缓降低的过程，而不是像原来在每个换向过程中都会产生张力的急剧变化。

电极丝正反向走丝速度的差异值可以根据机床走丝系统结构情况、切割工件的厚度、参数、工作液性能等进行调节，通常正向走丝的速度低于反向走丝的速度，在某些特殊情况下也不排除正向走丝的速度高于反向走丝速度的情况。申请人经过大量试验发现当电极丝正向走丝与反向走丝的速度差值为0.01m/s~30m/s之间单边松丝现象消除效果最好，加工质量和电极丝使用寿命最长。

图5中，通过加装变频器对电动机输入不同的控制频率，从而改变电动机运转速度，进而改变丝速。如图5所示，按下SB1，线切割机床电器柜通电，按下SB2，开启运丝开关，继电器KM2通电，开关KM2自锁闭合，S1与COM连通，变频器工作，如果KA1此时为断开状态，则S2与COM断开，控制电机反转，电极丝自下往上运动，S3与COM断开，控制电动机为65HZ，运丝速度为快速，工作液附着在电极丝上获得较快速度，能被大量带入到放电间隙中去，放电间隙中的蚀除产物能够及时被排出。当丝筒运行到一端，碰触行程开关SQ2后，继电器KA1通电，开关KA1闭合，此时S2与COM连通，电机正转，电极丝自上往下运动，S3与COM连通，电机运行频率为50HZ，运丝速度为变慢，工作液附着在电极丝上自上往下运动，因工作液本身受重力因素影响，在丝速相对较慢的情况下，实现工作液带入量与自下往上运动基本相等，蚀除产物同样被及时排除。当丝筒运行到另一端碰触行程开关SQ1后，继电器KA1停止工作，KA1断开，此时S2、S3与COM断开，电机恢复为运行控制频率65HZ，运丝速度再次换为快速。通过以上过程丝筒在正反转换向时实现变速，从而实现工作液带入量相等，电极丝受到的阻尼作用一致，电极丝张力均匀，从而减少甚至解决了“单边松丝”的现象。

为了提高单边松丝消除效果，具体实施时还可通过结合改变电极丝正反走向时高频脉冲电源能量、调整电极丝正反走向时喷液冷却流量的方法中的一种或若干各方法共同作用来提高减少电极丝的单边松丝现象的效果。

本发明的原理是：

首先应了解单边松丝产生的主要原因，它是由于电极丝正反走丝时，电极丝所受到的各区域的作用力不对称所造成的，而对电极丝的作用力主要分为线架上各部件对电极丝的摩擦力以及放电时放电间隙内对电极丝的阻力。以往往复走丝电火花线切割技术是通过设定一定的储丝筒转速通过储丝筒带动电极丝运转从而形成了电极丝的走丝速度，因此其电极丝的正反走丝速度是完全对称相等的，对于基于往复走丝平台的具有多次切割功能的“中走丝”虽然每次切割时电极丝走丝速度不一样，但每次切割中的电极丝的正反向走丝速度也是相等的。对于线架上各定位（导轮）及导电部件（进电块）对电极丝的摩擦力虽然不能做到完全对称，但是电极丝正反向走丝时产生的摩擦力的差异在电极丝处于冷态情况下，一般只是形成弹性变形，因此当电极丝不做放电切割加工而仅做空运转时，产生的单边松丝现象就不是太明显。但当电极丝在放电加工时，在放电加工区域会受到放电爆炸力作用，由于此时电极丝在放电区域处于高温加热状态，并且电极丝受到张力作用，因此电极丝在此区域就容易产生塑性变形，通常在冷却条件基本一致时，电极丝自上往下运动（正向）时，工作液附着在电极丝上，由于重力的作用，比较容易带入放电间隙中，极间放电间隙工作液能够得到及时补充，放电几率在切缝内较均匀且较高。因此电极丝受到的放电爆炸力形成的阻尼作用力较大；但电极丝自下往上运动（反向）时，工作液由于受重力影响不易被电极丝带入到切缝中去，在相同走丝速度下，放电间隙带入的工作液相对较少，放电几率在切缝内不均匀，显现出下面放电几率高，上端放电几率低且整体放电机率较正向切割时低的现象。因此电极丝受到放电爆炸力形成的阻尼作用力较小，如图3所示。这样在上下运丝同样丝速的条件下，由于上下运丝电极丝受到的阻力不同，加上在高温区域里，电极丝在阻力的作用下比较容易产生塑性变形，因此正反转时导致电极丝产生的伸长量不同，通常是电极丝自上往下运动起始端较紧，电极丝自下往上运动起始端逐渐变松，最后逐渐累积后导致产生严重的“单边松丝”状况。

当正反转速度相等时，一般情况下电极丝自上而下的工作液带入量多于电极丝自下而上的工作液带入量，因此，运用变速控制器在每次储丝筒改变转向时，通过行程开关，控制变频器向储丝筒运丝电动机输入不同的控制频率，进而变换转速，从而改变电极丝的走丝速度，使得电极丝正反走丝时形成速度差，这样电极丝在正向走丝时，由于冷却条件较好，因此电极丝的丝速可以适当减慢，而电极丝反向走丝时由于电极丝处于相对于正向走丝受到阻力较小，因此电极丝的走丝速度可以适当加快，这样使得每次电极丝在正反向走丝时形成的冷却条件基本相同，由此放电爆炸力形成的对电极丝的阻力基本相等，从而消除了原先正反向走丝时由于走丝速度相同而冷却、消电离条件不同而导致的电极丝正反转所受阻力的不同，从而避免了以往正反向走丝阻力始终不同而导致的逐渐累积而形成的单边松丝情况的出现。这样，电极丝随着加工的延续，张力的变化是一个逐渐平缓降低的过程，而不是像原来在每个换向过程中都会产生张力的急剧变化。

具体实施时，电极丝正反向走丝速度的差异值可以根据机床走丝系统结构情况、切割工件的厚度、参数、工作液性能等进行调节，通常正向走丝的速度低于反向走丝的速度，在某些特殊情况下也不排除正向走丝的速度高于反向走丝速度的情况。正反向走丝速度的差异范围一般在0.01m/s~30m/s之间。

作为本发明的特例，申请人利用45进行了切割试验：

在不运用变速切割时，切割厚度为500mm的工件，丝速12m/s，连续切割10小时，就出现严重“单边松丝”现象，使得加工难以继续正常进行；而改用本发明的变速切割技术，控制正向丝速12m/s，反向丝速16m/s，连续切割35小时以上，没有单边松丝现象，且加工稳定。

此外，在工作液冷却正常的前提下，结合异速走丝电火花切割试验，得到不同切割厚度45号钢的正反走丝速度差的范围：

切割厚度（mm）	正向与反向的走丝速度差(m/s)
		小于200	0.1-3
200-300	3-4
		400以上	4-10

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种往复走丝电火花线切割加工电极丝单边松丝消除方法，其特征是它通过变频调速装置控制储丝筒正反向转速，实现储丝筒正反转差速转动以消除高速往复走丝电火花线切割电极丝正反走向电极丝所受张力的差值，消除“单边松丝”现象，进而改善加工精度、表面粗糙度，延长电极丝使用寿命。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述电极丝自上而下的走丝速度小于电极丝自下而上的走丝速度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述电极丝自上而下的走丝速度大于电极丝自下而上的走丝速度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述电极丝正向走丝与反向走丝的速度差值为0.01m/s~30m/s。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征是它还包括改变电极丝正反走向时高频脉冲电源能量和/或调整电极丝正反走向时喷液冷却流量的方法来消除电极丝的单边松丝现象。

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