CN103801774A - 数控龙门式多头线切割机床 - Google Patents

Abstract

数控龙门式多头线切割机床，床身底座上设有工作台，工作台上方设有横梁，设有左运丝机构和右运丝机构，左、右电极丝分别通过导轮形成左、右电极丝循环；其中电极丝的切割线段的上下分别设有上导轮和下导轮，横梁上分别设左、右上丝杆传动机构和左、右Z轴座，上丝杆传动机构分别包括Y轴上电机和上丝杆，Z轴座上连接有Z轴滑座，上导轮设在Z轴滑座上；下导轮设在Y轴下拖板上，Y轴下拖板连接有下丝杆，下丝杆连接有Y轴下电机，Y轴下电机可带动Y轴下拖板左右移动。本发明采用两套运丝机构，可把粗精加工分开，采用不同质量的电极丝，减小电极丝的损耗，提高加工精度，减少生产成本和工人的劳动强度，减小设备的占用面积，提高生产效率。

Description

数控龙门式多头线切割机床

技术领域

本发明专利涉及到一种线切割机床技术领域，具体涉及到线切割机床结构以及运丝机构。

背景技术

数控线切割机床通常由机械、电气和工作液系统三大部分组成。机械系统由机床床身、坐标工作台、运丝机构、线架机构、锥度机构、润滑系统等组成。机床床身通常为箱式结构，是提供各部件的安装平台，而且与机床精度密切相关。坐标工作台通常由十字拖板、滚动导轨、丝杆运动副、齿轮传动机构等部分组成。主要是与电极丝之间的相对运动，来完成对工件的加工。运丝机构是由储丝筒、电动机、齿轮副、传动机构、换向装置和绝缘件等部分组成，电动机和储丝筒由联轴器连接转动，用来带动电极丝按一定线速度移动，并将电极丝整齐地排绕在储丝筒上。数控线切割机床利用“放电加工”原理，对导电材料进行电蚀（火花放电），达到加工的目的，通常利用金属丝（一般有钼丝、铜丝等，）作为工具电极，将工具电极均匀地绕在圆柱形贮丝筒上，通过导轮等走丝机构，形成可以往复循环的运丝系统，此电极以一定的速度（约10-12m/s）作往复循环运动，工件作为另一个电极在计算机的控制下自动地按程序确定的轨迹运动，电火花高频脉冲电源将一定频率、一定能量的连续高频脉冲加在此两极之间，对工件进行火花放电加工，最后得到所需要的形状的工件。

在切割大型模具过程中电极丝因长时间往复运动，造成电极丝直径变化，影响加工精度。由于大型模具自重较大，一般线切割机床的刚性明显不够，影响模具的精度。同时，为了满足加工件的最小圆角要求，电极丝直径不能太大，从而影响加工效率的提高。再次工件重量引起工作台精度变化，也会对最终结果产生影响。为了提高加工效率，可以增大钼丝直径，提高放电电流，但是，直径增大的同时，不能很好的兼顾模具加工中对最小圆角的需求。

大批量加工同一产品时，现在做法是多台线切割机床同时加工，占用场地面积较大，且需要人工搬运，工作效率低。由于现有线切割机床结构，不能根据模具要求任意更换电极丝直径，从而影响加工效率的提高。同时现有机床结构不能有效的支撑大型模具的自重需求，引起刚性变形，从而影响模具精度。针对以上问题，现有的技术是电极丝损耗后就立即换掉，造成极大的浪费，如果更换更大直径的电极丝，那工件的圆角太小时就不能加工。针对加工大面积模具钼丝损耗的问题，如申请号为200810021761.X中国发明专利公开了往复走丝电火花线切割机床的切割方法采用的是多段分段切割，即人为的将钼丝分为N段，先使线切割机床的丝桶电机驱动丝筒带动电极丝中的第一段电极丝L1往复走丝切割加工，直至使丝筒电机驱动丝筒正向带动电极丝运行至第一段的末端并完成粗加工过程，完成后，再使丝筒电机驱动丝筒往复走丝，始终运用第二段电极丝L2往复走丝切割加工，完成进一步的加工过程，依如此方法，依次逐段进行往复走丝切割加工，直至运用最后一段电极丝Ln往复走丝切割加工完成最后一步精加工过程。此发明没有考虑加工过程中电极丝因其他原因断丝，则打乱了原先的分段，从而要将整筒电极丝换掉，浪费极大，也由于电极丝在不同电流下加工造成粗细不均，影响加工表面质量。如专利号为ZL200610038595.5中国发明专利公开了多头数控电火花线切割机，采用的多头加工方式，采用一套丝筒组件的电极丝循环，是将电极丝依次按照矩形波形状绕丝，以构成封闭循环回路，无论是同一高频还是分开独立高频，都忽略了电极丝的损耗和实际加工效率问题，同样存在上述的问题。因此，现有技术中大批量零件加工时，只能采用多台线切割机床同时加工。针对大型模具，采用更大的传动结构，占用面积较大，成本浪费较多。

发明内容

本发明的目的就是针对上述的现有技术存在的问题，采用两套运丝机构，可把粗精加工分开，采用不同质量的电极丝，减小电极丝的损耗，提高加工精度，减少生产成本和工人的劳动强度，减小设备的占用面积，提高生产效率。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，数控龙门式多头线切割机床，包括床身底座，床身底座上设有工作台，工作台上方设有横梁，设有可带动工作台在床身底座上移动的X轴电机，工作台和横梁之间设有运丝机构，其特征是运丝机构包括相互对称的左运丝机构和右运丝机构，左、右运丝机构分别设有左、右左丝筒组件、左、右左丝筒组件的左、右电极丝分别设有张紧机构，左、右电极丝分别通过导轮形成左、右电极丝循环；其中电极丝的切割线段的上下分别设有上导轮和下导轮，横梁上分别设有左、右上丝杆传动机构和左、右Z轴座，左、右上丝杆传动机构分别包括左、右Y轴上电机和左、右上丝杆，左、右上丝杆传动机构可分别带动左、右Z轴座在横梁上左右移动，Z轴座上连接有Z轴滑座，上述的上导轮设在Z轴滑座上；上述的下导轮设在Y轴下拖板上，Y轴下拖板连接有下丝杆，下丝杆连接有Y轴下电机，Y轴下电机可带动Y轴下拖板左右移动。

本发明中Y轴上电机转动，通过与其输出轴连接的上丝杆带动Z轴座在横梁上左右移动，控制Z轴滑座上的上导轮左右移动；Y轴下电机转动，通过与其输出轴连接的下丝杆带Y轴下拖板的下导轮左右移动，因此Y轴上电机和Y轴下电机可以控制丝的切割线段的Y轴方向（左右）移动。Y轴同步驱动时，电极丝的张力以及长短由运丝机构中的张紧机构来调节。

本发明由于采用左右运丝机构，左右运丝机构可以同时运行来加工两个工件，提高加工效率。下面为作为本发明的最优加工方法：加工时，把工件夹在工作台上，可根据需要选择不同的直径的电极丝直径，左丝筒为粗加工丝筒，盘上大直径大电流的电极丝，右丝筒为精加工丝筒，盘上适合模具最小圆角的电极丝。开始加工状态前，左Z轴座、左Y轴下拖板移动到最左侧，右Z轴座、右Y轴下拖板移动到最右侧，保证加工时，左右下导轮拖板不干涉。粗加工，采用左侧结构，左Y轴上电机，左Y轴下电机做同步运动，与X轴电机共做插补轨迹运动，驱使电极丝按照既定轨迹加工。Y轴同步驱动时，电极丝的张力以及长短由运丝机构中的张紧机构来调节（张紧机构可采用重锤式、弹簧式、电机驱动等结构 ）。此时，采用大电流粗加工，以最快的效率将粗加工工序完成。粗加工结束后，左侧结构自动移至最左侧，左Z轴座、左Y轴下拖板移动到最左侧，左切割线段也随之移动到最左侧。右Y轴上电机，右Y轴下电机做同步运动，与X轴电机共做插补轨迹运动，驱使右切割线段电极丝移至加工位置，采用新电极丝进行小电流精加工，这样电极丝损耗较小。当右侧电极丝损耗到一定程度时，可以变换粗精加工位置，此时，以右侧为粗加工，采用大电流粗加工，在右侧加工同时，左侧换上新的电极丝，换做小电流精加工，电极丝损耗较小，并且精加工一直是采用新电极丝加工，可以保证极高的精度。节约了大量的电极丝，减少损耗成本。由于对粗加工的电极丝要求不高，可以到其断裂后进行更换。当其一侧的运丝系统工作时，操作工可以对另外一侧没有工作的运丝系统的电极丝进行更换，提高了工作效率。尤其在大批量零件加工时，左右运丝机构共同加工，其效果更佳。

本发明由于采用粗精加工分开，粗加工过程中不考虑电极丝损耗，大大的提高了加工效率，精加工采用另一套运丝系统，所以在精加工中，电极丝是新丝，采用小电流加工，电极丝的损耗很小，其真圆度和表面光洁度变化也很小，精加工中，均是采用未经损耗的直径不变的电极丝，明显的提高了加工精度和表面光洁度。由于采用了粗精加工采用不同的运丝系统，解决了需要好的精度光洁度就必然损失效率的矛盾。能在高效率的加工中，保持较高的精度和光洁度。

具体实施时，Z轴座上设有Z轴丝杆传动机构，Z轴丝杆传动机构包括Z轴丝杆和带动Z轴丝杆上下传动的Z轴电机，Z轴丝杆的末端固定连接上述的Z轴滑座。Z轴电机转动，带动Z轴电机输出轴连接的Z轴丝杆转动，Z轴丝杆在丝杆螺母的带动下，Z轴丝杆的末端的Z轴滑座上下移动，使得连接Z轴滑座的上导轮上下移动，针对不同高度的工件，控制加工区域切割线段电极丝的长短，保证其加工精度。

具体实施时，张紧机构包括设在电极丝上的张紧导轮、安装张紧导轮的滑块和导轨，滑块设在导轨上，滑块可以在导轨上上下移动。Y轴上电机和Y轴下电机控制丝的切割线段的Y轴方向（左右）移动，Y轴同步驱动时，滑块在导轨上上下移动，张紧导轮上下移动，实现电极丝的张力张紧，以及电极丝的长短由运丝机构中的张紧导轮上下移动来调节。

本发明的有益效果是：本发明采用两套运丝机构，可以实现同时加工两个工件，也可以把粗精加工分开，采用不同质量的电极丝，减小电极丝的损耗，提高加工精度，减少生产成本和工人的劳动强度，减小设备的占用面积，提高生产效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对发明进一步说明。

图1 为本发明实施例的结构示意图。

图2 为本发明实施例导轨和滑块组合的结构示意图。

图中：1、床身底座 2、丝筒组件3、电极丝4、导轨5、滑块6、张紧导轮 7、导轮 8、Y轴上电机 9、Y轴上丝杆 10、Z轴电机11、Z轴座 12、丝杆 13、Z轴滑座 14、上导轮15、切割线段16、下导轮17、工作台 18、导轨组件19、支撑件20、Y轴下丝杆 21、横梁 22、Y轴下拖板23、工件 24、Y轴下电机 25、下臂。

具体实施方式

   下面结合附图和实施例对本发明作进一步非限定性的说明：

图1和图2中，数控龙门式多头线切割机床，包括床身底座1，床身底座1上设有工作台17，床身底座1和工作台17间设有导轨组件18，工作台17可以在床身底座1移动，工作台17上设有支撑工件23的支撑件19，工作台上方设有横梁21和Y下臂25，横梁21和Y下臂25通过立柱支撑，设有可带动工作台17在床身1移动的X轴电机，工作台17和横梁21之间设有运丝机构，运丝机构包括相互对称的左运丝机构和右运丝机构，左、右运丝机构分别设有左、右左丝筒组件2、左、右左丝筒组件2的左、右电极丝3分别设有张紧机构，张紧机构包括设在电极丝3上的张紧导轮6、安装张紧导轮6的滑块5和导轨4，如图2，滑块5设在导轨4上，导轨4为槽型轨道，滑块5与导轨4的槽型轨道相适配，滑块5可以在导轨4上上下移动；其中电极丝3的切割线段15的上下分别设有上导轮14和下导轮16，左、右电极丝3分别通过若干导轮7、张紧导轮6、上导轮14和下导轮16形成左、右电极丝循环；横梁21上分别设有左、右上丝杆传动机构和左、右Z轴座11，左、右上丝杆传动机构分别包括左、右Y轴上电机8和左、右Y轴上丝杆9，左、右上丝杆传动机构的Y轴上丝杆9通过丝杆螺母可分别带动左、右Z轴座11在横梁21上左右移动，Z轴座11上设有Z轴丝杆传动机构，Z轴丝杆传动机构包括Z轴丝杆21和带动Z轴丝杆21上下传动的Z轴电机10，Z轴丝杆21的末端固定连接Z轴滑座13，上导轮14设在Z轴滑座13上，Z轴丝杆21通过丝杆螺母可分别带动Z轴滑座13上下移动；Y下臂25上分别设有左、右下丝杆传动机构和左、右Y轴下拖板22，左、右下丝杆传动机构分别包括左、右Y轴下电机24和左、右Y轴下丝杆20，左、右下丝杆传动机构的Y轴下丝杆20通过丝杆螺母可分别带动左、右Y轴下拖板22在Y下臂25上左右移动，下导轮16设在Y轴下拖板22上， Y轴下电机24可带动Y轴下拖板22左右移动。本发明实施例的横梁21和Y下臂25结构相同，为左右结构的共用部分，其在图1中，下丝杆传动机构的Y轴下电机24和Y轴下丝杆20为原理示意，上丝杆传动机构和下丝杆传动机构的结构也相同。

加工时，把工件23在工作台17的支撑件19上夹紧，可根据需要选择不同的直径的电极丝3直径，左丝筒组件3为粗加工丝筒，盘上大直径大电流的电极丝3，丝筒组件3为精加工丝筒，盘上适合模具最小圆角的电极丝3。开始加工状态前，左Z轴座11、左Y轴下拖板22移动到最左侧，右Z轴座11、右Y轴下拖板22移动到最右侧，保证加工时，左右下导轮16的Y轴下拖板22不干涉。Z轴电机10转动，带动Z轴电机10输出轴连接的Z轴丝杆12转动，Z轴丝杆12在丝杆螺母的带动下，Z轴丝杆12的末端的Z轴滑座13上下移动，使得连接Z轴滑座13的上导轮14上下移动，针对不同高度的工件23，控制切割线段15的电极丝3的长短，保证其加工精度。粗加工采用左侧结构，左Y轴上电机8，左Y轴下电机24做同步运动，与X轴电机共做插补轨迹运动，驱使电极丝按照既定轨迹加工。Y轴同步驱动时，滑块5在导轨4上上下移动，张紧导轮6上下移动，实现电极丝3的张力以及长短由运丝机构中的张紧导轮6上下移动来调节。此时，采用大电流粗加工，以最快的效率将粗加工工序完成。粗加工结束后，左侧结构自动移至最左侧，左Z轴座11、左Y轴下拖板22移动到最左侧，左切割线段15也随之移动到最左侧。右Y轴上电机8，右Y轴下电机24做同步运动，与X轴电机共做插补轨迹运动，驱使右切割线段15电极丝3移至加工位置，采用新电极丝进行小电流精加工，这样电极丝损耗较小。当右侧电极丝损耗到一定程度时，可以变换粗精加工位置，此时，以右侧为粗加工，采用大电流粗加工，在右侧加工同时，左侧换上新的电极丝，换做小电流精加工，电极丝损耗较小，并且精加工一直是采用新电极丝加工，可以保证极高的精度。节约了大量的电极丝，减少损耗成本。由于对粗加工的电极丝要求不高，可以到其断裂后进行更换。当其一侧的运丝系统工作时，操作工可以对另外一侧没有工作的运丝系统的电极丝进行更换，提高了工作效率。

本发明由于采用粗精加工分开，粗加工过程中不考虑电极丝损耗，大大的提高了加工效率，精加工采用另一套运丝系统，所以在精加工中，电极丝是新丝，采用小电流加工，电极丝的损耗很小，其真圆度和表面光洁度变化也很小，精加工中，均是采用未经损耗的直径不变的电极丝，明显的提高了加工精度和表面光洁度。由于采用了粗精加工采用不同的运丝系统，解决了需要好的精度光洁度就必然损失效率的矛盾。能在高效率的加工中，保持较高的精度和光洁度。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明的公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (3)

1.数控龙门式多头线切割机床，包括床身底座，床身底座上设有工作台，工作台上方设有横梁，设有可带动工作台在床身底座上移动的X轴电机，工作台和横梁之间设有运丝机构，其特征是运丝机构包括相互对称的左运丝机构和右运丝机构，左、右运丝机构分别设有左、右左丝筒组件、左、右左丝筒组件的左、右电极丝分别设有张紧机构，左、右电极丝分别通过导轮形成左、右电极丝循环；其中电极丝的切割线段的上下分别设有上导轮和下导轮，横梁上分别设有左、右上丝杆传动机构和左、右Z轴座，左、右上丝杆传动机构分别包括左、右Y轴上电机和左、右上丝杆，左、右上丝杆传动机构可分别带动左、右Z轴座在横梁上左右移动，Z轴座上连接有Z轴滑座，上述的上导轮设在Z轴滑座上；上述的下导轮设在Y轴下拖板上，Y轴下拖板连接有下丝杆，下丝杆连接有Y轴下电机，Y轴下电机可带动Y轴下拖板左右移动。

2.根据权利要求1所述的数控龙门式多头线切割机床，其特征是Z轴座上设有Z轴丝杆传动机构，Z轴丝杆传动机构包括Z轴丝杆和带动Z轴丝杆上下传动的Z轴电机，Z轴丝杆的末端固定连接上述的Z轴滑座。

3.根据权利要求2所述的数控龙门式多头线切割机床，其特征是张紧机构包括设在电极丝上的张紧导轮、安装张紧导轮的滑块和导轨，滑块设在导轨上，滑块可以在导轨上上下移动。

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