CN104607739A - 一种慢走丝线切割铜丝张紧力控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种慢走丝线切割铜丝张紧力控制方法及装置，包括步骤：检测外界干扰引起的铜丝张紧力波动幅值；根据该波动幅值设定预先补偿值，对铜丝的张紧力进行补偿；检测铜丝的当前张紧力；将铜丝的当前张紧力与预设张紧力进行比较；根据铜丝的当前张紧力与预设张紧力的比较结果，调整铜丝的当前张紧力。本发明能够测量外界干扰对铜丝张紧力的影响，并及时补偿。具有精度高、响应速度快的特点，有效地较少了铜丝张紧力波动，且明显减少电极丝运转时产生的挠曲变形和振动现象。

Description

一种慢走丝线切割铜丝张紧力控制方法及装置
技术领域
     本发明涉及电加工领域，具体地说是一种慢走丝线切割铜丝张紧力控制方法及装置。
背景技术
慢走丝线切割为一种具有加工各种硬度和复杂形貌能力的特种加工方法，广泛应用于模具、汽车、仪器和航空航天等高端制造领域。其原理是利用铜丝与工件之间进行高频地间隙放电，产生超高的温度蚀除材料进行切割。
在慢走丝线切割加工过程中，铜丝张紧力对于铜丝的运动特性影响较大，且难以被实时精确的控制，从而导致铜丝发生较大的挠曲变形和振动，严重影响加工的效率、精度和稳定性，具体表现在工件表面条纹、形位误差和切口宽度等。
随着电火花线切割加工技术的不断进步，对工件的加工精度和表面粗糙度的要求越来越苛刻，对走丝系统的要求也越来越高。近年来慢走丝电火花线切割机床的发展极为迅速，在加工精度、表面粗糙度及切割速度等方面的研究已有较大突破，对切割机控制系统的稳定性和精确性也提出了更高的要求。走丝机构的恒速恒张力控制是衡量慢走丝线切割机床性能的一项重要指标，直接影响着工件的加工精度和加工表面质量。而现有的控制机构对切割机床控制的稳定性和精确性还不够，无法满足高水平电火花切割加工技术的要求，加工过程中断线故障率高，影响生产效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种慢走丝线切割铜丝张紧力控制方法及装置，能够测量外界干扰对铜丝张紧力的影响，并及时补偿。具有精度高、响应速度快的特点，有效地较少了铜丝张紧力波动，且明显减少电极丝运转时产生的挠曲变形和振动现象。
为了解决上述技术问题，本发明一方面提供一种慢走丝线切割铜丝张紧力控制方法，包括以下步骤：
检测外界干扰引起的铜丝张紧力波动幅值；
根据该波动幅值设定预先补偿值，对铜丝的张紧力进行补偿；
检测铜丝的当前张紧力；
将铜丝的当前张紧力与预设张紧力进行比较；
根据铜丝的当前张紧力与预设张紧力的比较结果，调整铜丝的当前张紧力。
所述调整铜丝的当前张紧力包括增大当前张紧力或者减小当前张紧力。
所述外界干扰包括但不限于机床的振动、高压电解液冲刷及铜丝牵引电机不稳定。 
通过预先测量外界干扰，采用前馈控制，对张紧力预先进行补偿，并且通过实时检测铜丝的当前张紧力，从而根据预设的铜丝张紧力来实时调整铜丝的当前张紧力，从而保证铜丝的当前张紧力始终保持在一个相对恒定的范围内。
本发明还提供了一种慢走丝线切割铜丝张紧力控制装置，包括丝筒、张力马达、第一导轮、第二导轮和第三导轮，铜丝从丝筒出来后依次绕在第一导轮、第二导轮、张力马达、第三导轮，所述控制装置还包括控制器、设置在丝筒和第三导轮间的减震机构，铜丝从丝筒出来后在走丝中绕在该减震机构上，张力马达与控制器电性连接。
所述减震机构包括设置在丝筒与第一导轮间的第一减震器，铜丝从丝筒出来后先绕在该第一减震器上后再绕在第一导轮。
所述减震机构还包括设在第二导轮与张力马达间的第二减震器，铜丝经第二导轮后绕在第二减震器上后再绕在张力马达上。
所述第二减震器与张力马达间还设有张力传感器，该张力传感器与控制器电性连接，铜丝绕在该张力传感器上。
所述张力马达上还设有压丝器，该压丝器贴压着绕在张力马达上的铜丝。
所述第一减震器和第二减震器均为弹簧减震器。
通过减震器的设置，有效地减小由于丝筒放丝不均匀和铜丝速度突然改变导致的张紧力波动。此外，通过利用张力传感器与控制器的配合，通过控制器控制张力马达的输出电流，实现对张紧力的灵活控制，确保维持在一个相对恒定的张紧力下，提高加工质量，减少断线故障率。
附图说明
附图1为本发明装置的走丝原理示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如附图1所示，本发明揭示了一种慢走丝线切割铜丝张紧力控制装置，包括丝筒1、张力马达3、第一导轮6、第二导轮9和第三导轮2，铜丝从丝筒1出来后依次绕在第一导轮6、第二导轮9、张力马达3、第三导轮2上，所述控制装置还包括设置在丝筒1和第三导轮2之间的减震机构，铜丝从丝筒1出来后在走丝中绕在该减震机构上。铜丝绕在丝筒内，通过运丝速度控制电机产生的牵引力将铜丝送出，此为公知常识，在此不再详细赘述。
所述减震机构包括第一减震器5和第二减震器8，其中第一减震器5设置在丝筒1与第一导轮6之间，第二减震器8设置在第二导轮9与张力马达3之间，铜丝从丝筒1出来后依次绕在第一减震器5、第一导轮6、第二导轮9、第二减震器8、张力马达3、第三导轮2上。此外，该第一减震器和第二减震器均优选为弹簧减震器，且第一减震器和第二减震器的结构相同。当然，除了弹簧减震器之外，也还可以采用其他弹性较为良好的器件，如弹性性能好的胶质件或者其他。通过减震器自身的往复运动，有效地减小由于丝筒放丝不均匀和铜丝速度突然改变导致的张紧力波动。当然，需要说明的是，本方案中并非是只能设置两个减震器，以及减震器的具体位置并非是限定，在根据不同的走丝系统，如导轮数量较多的走丝系统中，可以设置三个、四个或者更多个减震器，并且各减震器的具体位置也可以灵活设定。
此外，控制装置还包括控制器，该控制器与张力马达3电性连接，第二减震器8与张力马达3间还设有张力传感器7，该张力传感器7与控制器电性连接，铜丝绕在该张力传感器7上，控制器用于接收张力传感器的数据信号以及控制张力马达的输出，此控制器为本领域技术人员所公知的技术，因此对控制器不再详细赘述。张力马达3上还设有压丝器3，该压丝器3贴压着绕在张力马达3上的铜丝，使铜丝紧凑。通过张力传感器7实时检测铜丝的张紧力，并将测量到的张紧力实时地传输至控制器，当检测到铜丝的张紧力与预设的张紧力不符时（或高或低），则控制器根据收到的信号控制张力马达的输出电流，增加或者减小张力马达的输出电流，从而控制张力马达的张紧力，及时的对张紧力进行补偿，有效地较少了铜丝张紧力波动，且明显减少电极丝运转时产生的挠曲变形和振动现象。
需要说明的是，本发明中定义的第一导轮、第一导轮、第三导轮、第一减震器和第二减震器，仅是为了区别处于不同位置的结构相同的零部件，并非是具体限定。
本发明还揭示了一种慢走丝线切割铜线张紧力控制方法，该方法与上述揭示的铜丝张紧力控制装置相配合，包括以下步骤：
S1，检测外界干扰引起的铜丝张紧力波动幅值。该外界干扰是指机床的振动、高压电解液冲刷及铜丝牵引电机不稳定等，或者是其他设备上的一些振动引起的铜丝张紧力波动，在此不一一列举。比如，机床振动往往会使铜丝的张紧力低于系统设定值，本发明能够测量出当时机床振动的幅值对电极丝张紧力的影响。外界干扰通常都会使铜丝的张紧力低于预设值。
S2，根据该波动幅值设定预先补偿值，对铜丝的张紧力进行补偿。实质上本发明是通过设置一前馈控制系统，通过预先检测外界干扰引起的铜丝张紧力波动幅值，从而对铜丝的张紧力进行一个预先的补偿，及时补偿外界干扰对铜丝张紧力的影响，使得整个铜丝走丝不会受到外界的较大干扰影响。如是机床振动引起的铜丝的张紧力影响，则根据预先补偿值，通过张力马达增加张紧力，以最大程度的消除外界干扰对铜丝张紧力的影响。
S3，对铜丝进行一个前馈的预先补偿后，再利用张力传感器继续检测铜丝的当前张紧力，查看铜丝的当前张紧力的大小。
S4，将铜丝的当前张紧力与预设张紧力进行比较，查看两者的大小关系。在系统中预先设定一个张紧力，即铜丝在该预设张紧力下就能够处于最佳的加工状态。利用步骤S3中，通过张力传感器检测到的张紧力的大小传输给控制器，从而构成一个闭环的控制系统。控制器将铜丝的当前张紧力与预设张紧力进行大小比较。
S5，根据铜丝的当前张紧力与预设张紧力的比较结果，调整铜丝的当前张紧力。根据控制器对张紧力的比较结果，实时地调整张力马达的电流信号。如果当前张紧力高于预设张紧力，则控制器控制张力马达，降低张力马达的控制电流；若当前张紧力低于预设张紧力，则控制器控制张力马达，增加张力马达的控制电流，从而通过对张力马达的控制来实现对铜丝的张紧力的控制。
不断重复上述步骤，即可得到控制器对铜丝的当前张紧力与预设张紧力的比较结果在一个可量化的范围之内。
本发明即通过检测外界干扰，来对铜丝的张紧力进行一个预先的补偿，利用张力马达的输出大小来增加或者减小张紧力。还在铜丝的实际走丝过程中，由于丝筒放置等原因引起的铜丝张紧力变化，进行一个实时检测的调整，确保铜丝的张紧力维持在一个较佳的状态中。
通过上述控制，能够快速响应，及时进行前馈控制和预先补偿，减少外界干扰，以及实时的对铜丝的当前张紧力进行调整，有效地较少了铜丝张紧力波动，且明显减少电极丝运转时产生的挠曲变形和振动现象。
需要说明的是，以上所述并非是对本发明的限定，在不脱离本发明的创造构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种慢走丝线切割铜丝张紧力控制方法，包括以下步骤：
检测外界干扰引起的铜丝张紧力波动幅值；
根据该波动幅值设定预先补偿值，对铜丝的张紧力进行补偿；
检测铜丝的当前张紧力；
将铜丝的当前张紧力与预设张紧力进行比较；
根据铜丝的当前张紧力与预设张紧力的比较结果，调整铜丝的当前张紧力。
2.根据权利要求1所述的慢走丝线切割铜丝张紧力控制方法，其特征在于，所述调整铜丝的当前张紧力包括增大当前张紧力或者减小当前张紧力。
3.根据权利要求2所述的慢走丝线切割铜丝张紧力控制方法，其特征在于，所述外界干扰包括但不限于机床的振动、高压电解液冲刷及铜丝牵引电机不稳定。
4.一种慢走丝线切割铜丝张紧力控制装置，包括丝筒、张力马达、第一导轮、第二导轮和第三导轮，铜丝从丝筒出来后依次绕在第一导轮、第二导轮、张力马达、第三导轮，其特征在于，所述控制装置还包括控制器、设置在丝筒和第三导轮间的减震机构，铜丝从丝筒出来后在走丝中绕在该减震机构上，张力马达与控制器电性连接。
5.根据权利要求4所述的慢走丝线切割铜丝张紧力控制装置，其特征在于，所述减震机构包括设置在丝筒与第一导轮间的第一减震器，铜丝从丝筒出来后先绕在该第一减震器上后再绕在第一导轮。
6.根据权利要求5所述的慢走丝线切割铜丝张紧力控制装置，其特征在于，所述减震机构还包括设在第二导轮与张力马达间的第二减震器，铜丝经第二导轮后绕在第二减震器上后再绕在张力马达上。
7.根据权利要求6所述的慢走丝线切割铜丝张紧力控制装置，其特征在于，所述第二减震器与张力马达间还设有张力传感器，该张力传感器与控制器电性连接，铜丝绕在该张力传感器上。
8.根据权利要求7所述的慢走丝线切割铜丝张紧力控制装置，其特征在于，所述张力马达上还设有压丝器，该压丝器贴压着绕在张力马达上的铜丝。
9.根据权利要求8所述的慢走丝线切割铜丝张紧力控制装置，其特征在于，所述第一减震器和第二减震器均为弹簧减震器。
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