CN105014154B

CN105014154B - 一种极坐标圆锯片线切割方法及基于其的线切割设备

Info

Publication number: CN105014154B
Application number: CN201510467974.5A
Authority: CN
Inventors: 陈义; 魏运凯; 孙钦超
Original assignee: Linfen Hedong District Xianxing Machinery Blade Factory
Current assignee: Linyi sawing industry Co., Ltd.
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2035-07-31
Also published as: CN105014154A

Abstract

本发明公开了一种极坐标圆锯片线切割方法及基于其的线切割设备，该切割方法通过将极坐标下的坐标值转化为编程代码实现对圆形工件的线切割，基于其的线切割设备包括运丝机构、驱动机构、控制系统和旋转机构。本发明的有益效果是：实现了将切割轨迹的每一基本图形分割成n段小段，求出每一小段起点和终点的极坐标值，再生成每一小段的编程代码，通过该编程代码控制旋转机构和直线机构的动作，实现对工件的切割，通过线切割方法的应用，不需要二次工装调正加工起点，使得圆形工件的加工可以一次完成，提高了径跳精度。

Description

一种极坐标圆锯片线切割方法及基于其的线切割设备

技术领域

本发明涉及一种极坐标圆锯片线切割方法及基于其的线切割设备。

背景技术

在五金加工中，加工圆形金属件，尤其是圆形金属薄片，常用到电火花线切割加工机床来获得圆锯片。圆锯片是用于切割固体材料的薄片圆形刀具的统称，如用于石材切割的金刚石圆锯片，用于金属材料切割的高速钢圆锯片，用于实木、家具、人造板、铝合金等切割的硬质合金锯片。现在的圆锯片基体加工方式主要有冲床冲裁、激光切割、线切割切割，其中冲床冲裁已经基本淘汰，只在一些低档片中使用，激光切割现在是主要的切割方式，但是激光切割的精度没有线切割高，并且激光切割的高温影响了基体性能，需要进行回火处理，线切割精度高，对工人要求高。

现在使用的线切割设备，存在以下不足：

1)直角坐标线切割加工圆形工件时，切割轨迹与工件的支撑工装会发生干涉，因此需要二次定位，一般需要的是改变支撑工装的位置，才能完成切割，不能一次切割完成，耗时较长，使得线切割加工设备操作工艺烦琐、工作效率低、加工范围小；

2)传统的线切割需要二次工装，导致加工精度不高；

3)普通机床的加工范围要大于工件直径，加大了机床的床身，增加了机床的成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种不需要二次定位的、对刀精度高的能切割圆锯片的极坐标圆锯片线切割方法及基于其的线切割设备。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种极坐标圆锯片线切割方法，具体步骤如下：

步骤1)在计算机辅助软件中绘制圆锯片的切割轨迹；

步骤2)将圆锯片的切割轨迹分成m段基本图形，得到每一基本图形的两个端点在直角坐标系下的坐标值；

步骤3)根据设定的最小分割间距，将每一基本图形分割成n段小段，根据坐标变换公式计算出极坐标下每一段小段起点和终点的极坐标坐标值；

步骤4)将步骤3)计算出的极坐标坐标值转化成每一段小段的编程代码；

步骤5)根据步骤4)得到的编程代码控制圆锯片线切割设备的动作。

通过将切割轨迹分成m段基本图形，再将每一基本图形分割成n段，求得每一n段起点和终点的极坐标值，通过软件将极坐标值转化为编程代码用于线切割设备的编程控制。

进一步地，步骤3)中设定的最小分割间距是在保证极坐标下切割轨迹与直角坐标系下切割轨迹的偏移误差小于等于0.02mm下设定的，这样是为了降低误差，提高线切割的精确度。

进一步地，步骤3)中坐标变换公式为：

R*R＝X*X+Y*Y

sinθ＝X/R。

基于圆锯片线切割方法的线切割设备，包括设置在底座上的机床，在机床上设置用于提供切割工件的电极丝的运丝机构，在机床上设有用于驱动工作台直线运动的驱动机构，工作台设置在机床上，在工作台上设有用于带动工件旋转、使工件与电极丝保持垂直的旋转机构，在机床上设有用于储放切削液的储液池，在机床上设有控制系统，控制系统与运丝机构、驱动机构和旋转机构分别单独相连，通过驱动机构带动工作台直线运动继而带动工件直线运动，以及通过旋转机构带动工件实现旋转，最终实现极坐标下对工件进行线切割，得到圆锯片。

进一步地，旋转机构包括竖直设置的主轴，主轴的顶端用于固定工件，主轴的底端通过传动系统与旋转电机连接。

进一步地，传动系统为蜗轮蜗杆系统，蜗轮设置在所述主轴的底端，与蜗轮配合的蜗杆水平设置在所述的工作台上方，蜗杆的一端通过轴承固定在支架上，另一端通过多级齿轮与旋转电机连接，旋转电机启动后，通过多级齿轮进行减速，再通过蜗轮蜗杆实现二级传动，最终带动主轴的旋转，实现大的减速比，并且消除几何间隙，这样有效空行速度要低，提供了工作效率。

进一步地，多级齿轮通过绝缘的联轴器与所述的蜗杆连接，为了完成切割设置绝缘的机构。

进一步地，在所述主轴上水平设置一固定板，固定板设置在所述传动系统的上方，固定板的两端通过绝缘支撑板与所述工作台连接，通过绝缘支撑板固定固定板，阻断了工件上的电流，起到绝缘的作用。

进一步地，运丝机构包括运丝桶和运丝支架，运丝支架与运丝桶垂直设置，运丝支架包括立柱，立柱固定在所述机床上，在立柱上固定有两根间隔设定距离的横架，立柱和横架辅助实现电极丝的运动导向功能，运丝桶在电机的带动下进行旋转，电极丝从运丝桶到上横架再到下横架，实现往复运动。

进一步地，多级齿轮设置在齿轮箱内，齿轮箱的侧面设有若干个用于固定齿轮轴的第一长圆形轴孔，所述蜗轮蜗杆设置在蜗轮蜗杆箱内，蜗轮蜗杆箱的侧面上设有用于固定蜗杆轴的第二长圆形轴孔。

本发明的工作原理是：利用计算机控制线切割设备的动作，通过在计算机中安装计算机辅助制造(CAM)软件，CAM软件与一个软件连接，该软件能实现直线坐标到极坐标的转化，再通过得到的极坐标值得到切割轨迹上每一段的编程代码，通过这些编程代码来控制步进电机与旋转电机的动作，工件与电极丝垂直，电极丝在电机的带动下实现对工件的切割。

本发明的有益效果是：

1)实现了将切割轨迹的每一基本图形分割成n段小段，求出每一小段起点和终点的极坐标值，再生成每一小段的编程代码，即实现了从图形开始到设备最后动作的自动编码，通过该编程代码控制旋转机构和直线机构的动作，实现对工件的切割。

2)通过线切割方法的应用，不需要二次工装调正加工起点，使得圆形工件的加工可以一次完成，提高了径跳精度。

3)通过运丝机构、旋转机构、驱动机构和控制系统的设置，实现了对圆形工件的加工，同时，驱动机构的加工范围只需要大于圆形工件边缘的最大加工范围即可，降低了机床的制造成本，提高了加工工件的效率。

附图说明

图1是是直线坐标系下的两点，

图2是极坐标系下的两点，

图3是本发明中线切割设备的结构图，

图4是本发明中齿轮箱的侧面，

其中，1.运丝桶，2.横架，3.主轴，4.蜗杆，5.绝缘支撑板，6.步进电机，7.旋转电机，8.工作台，9.齿轮箱，10.第一长圆形轴孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

图1是直线坐标系下的两点，其中，A的坐标为(20，20)，B点坐标为(30，30)，假设脉冲与坐标单位一样，从A到B的3B代码为：

B10 B30 B30 GY L1

图2是极坐标系下的两点，其中，A’的坐标为(Ra，θa)，B’点坐标(Rb，θb)，根据坐标变换公式：

R*R＝X*X+Y*Y

sinθ＝X/R

假设每转的脉冲数为1000:

则A’点坐标为(28，125)，B’点坐标为(58，164)

则A’到B’的3B代码为：B 30 B 39 B 39 GY L1

代码与CAD中的图形坐标是一一对应的关系，有了代码就可以绘制出原始的图形，上面“B10 B30 B30 GY L1”是图形转为的代码，此处A和B的坐标是代码转为直角坐标下的坐标，再根据上面公式计算出极坐标系下的坐标A’和B’，极坐标的旋转的单位即为上面的脉冲数，坐标值根据脉冲数计算得出。有了A’和B’的坐标就可以知道A’，B’之间的轨迹，有了轨迹就可以将轨迹划分为n段，n段的起始坐标值都可以根据轨迹计算出来。

从a到b的代码是图2中C1的螺旋线，不是直线，如果将代码分成两段即：

B 15 B 19 B 19 GY L1

B 15 B 20 B 20 GY L1

以上两个代码是C2和C3的螺旋线，由上可知，划分地越细，螺旋线与直线拟合的越好，因此本发明中在设定的最小分割间距下，将切割轨迹的每一基本图形分成n段，这是在保证极坐标下切割轨迹与直角坐标系下切割轨迹的偏移误差小于等于0.02mm下设定的，这样是为了降低误差，提高线切割的准确率。

图3是本发明中线切割设备的结构图，线切割设备包括设置在底座上的机床，在机床上设置用于提供切割工件的电极丝的运丝机构，在机床上设有用于驱动工作台8直线运动的步进电机6，工作台8水平设置在机床上，在工作台8上设有用于带动工件旋转、使工件与电极丝保持垂直的旋转机构，在机床上设有用于储放切削液的储液池，储液池与储液管道连接，储液管道的出口设置在电极丝工作的地方，通过微型泵实现抽取切削液，在机床上设有控制系统，控制系统与运丝机构、驱动机构和旋转机构分别单独相连，通过驱动机构带动工作台直线运动继而带动工件直线运动，以及通过旋转机构带动工件实现旋转，最终实现极坐标下对工件进行线切割，得到圆锯片。

运丝机构包括运丝桶和运丝支架，运丝支架与运丝桶垂直设置，运丝支架包括立柱，立柱固定在所述机床上，在立柱上固定有两根平行的、间隔设定距离的横架2，横架2用于电极丝从上到下运动，运丝桶1在电机的带动下进行旋转，电极丝从运丝桶到上横架再到下横架。此外，在运丝机构中上横架的上方设置有用于喷射切削液的管路，切削液从储液池中通过液压泵和管路泵入到电极丝的切割处，再流入到储液池中，进行循环利用，储液池设置在机身上。

旋转机构包括竖直设置的主轴3，主轴3的顶端用于固定工件，主轴3的底端通过传动系统与旋转电机7连接。传动系统为蜗轮蜗杆系统，蜗轮设置在所述主轴3的底端，与蜗轮配合的蜗杆4水平设置在所述的工作台8上方，蜗杆4的一端通过轴承固定在支架上，另一端通过多级齿轮与旋转电机7连接，旋转电机7启动后，通过多级齿轮进行减速，再通过蜗轮蜗杆4实现二级传动，最终带动主轴3的旋转，这样有效空行速度要低，提供了工作效率，多级齿轮通过绝缘的联轴器与所述的蜗杆4连接，多级齿轮设置在齿轮箱内。

在主轴3外套有轴套，轴套的顶端用于支撑工件，轴套的底端固定有一水平设置的固定板，固定板设置在所述传动系统的上方，固定板的两端通过绝缘支撑板5与所述工作台8连接，通过绝缘支撑板5固定固定板，阻断了工件上的电流，起到绝缘的作用。

如图4所示为齿轮箱的侧面示意图，多级齿轮设置在齿轮箱9内，齿轮箱9的侧面设有若干个用于固定齿轮轴的第一长圆形轴孔10，齿轮组包括三个依次啮合的齿轮，蜗杆4与一级齿轮连接，一级齿轮和二级齿轮的齿轮轴分别插入齿轮箱9的其中两个第一长圆形轴孔10内，可以在长时间使用之后在第一长圆形轴孔内调整一级齿轮和二级齿轮的位置，使齿轮组间的配合紧密。

蜗轮蜗杆4设置在蜗轮蜗杆箱内，蜗轮蜗杆箱的侧面上设有用于固定蜗杆轴的第二长圆形轴孔，蜗杆4轴向方向的两端均与轴承配合，轴承外部套有轴承套；轴承套设有端板与连接板固定连接。连接板包括相连接的侧板和上端板，上端板通过紧固件与蜗轮蜗杆箱上侧面固定连接，连接板与蜗轮蜗杆箱连接的紧固件与第二长圆形轴孔配合，是为了长时间使用后调整连接板的位置进而调整蜗杆4的位置。

实现极坐标线切割的方法是：

步骤1)在计算机辅助软件中绘制圆锯片的切割轨迹；

步骤2)将切割轨迹分成m段基本图形，得到每一基本图形的两个端点在直角坐标系下的坐标值；

步骤4)将步骤3)计算出的极坐标坐标值通过计算机辅助软件直接生成每一段小段的编程代码；

利用计算机控制线切割设备的动作，通过在计算机中安装计算机辅助制造(CAM)软件，CAM软件与一个软件连接，该软件能实现直线坐标到极坐标的转化，再通过得到的极坐标值利用CAM软件得到切割轨迹上每一段的编程代码，通过这些编程代码来控制步进电机6与旋转电机7的动作，工件与电极丝垂直，电极丝在电机的带动下实现对工件的切割。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种极坐标圆锯片线切割方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1）在计算机辅助软件中绘制圆锯片的切割轨迹；

步骤2）将圆锯片的切割轨迹分成m段基本图形，得到每一基本图形的两个端点在直角坐标系下的坐标值；

步骤3）根据设定的最小分割间距，将每一基本图形分割成n段小段，根据坐标变换公式计算出极坐标下每一段小段起点和终点的极坐标坐标值；

步骤4）将步骤3）计算出的极坐标坐标值转化成每一段小段的编程代码；

步骤5）根据步骤4）得到的编程代码控制圆锯片线切割设备的动作；

基于所述的一种极坐标圆锯片线切割方法的线切割设备，包括设置在底座上的机床，其特征在于，在机床上设置用于提供切割工件的电极丝的运丝机构，在机床上设有用于驱动工作台直线运动的驱动机构，工作台设置在机床上，在工作台上设有用于带动工件旋转、使工件与电极丝保持垂直的旋转机构，在机床上设有用于储放切削液的储液池，在机床上设有控制系统，控制系统与运丝机构、驱动机构和旋转机构分别单独相连；

所述旋转机构包括竖直设置的主轴，主轴的顶端用于固定工件，主轴的底端通过传动系统与旋转电机连接；

所述传动系统为蜗轮蜗杆系统，蜗轮设置在所述主轴的底端，与蜗轮配合的蜗杆水平设置在所述的工作台上方，蜗杆的一端通过轴承固定在支架上，另一端通过多级齿轮与旋转电机连接。

2.如权利要求1所述的一种极坐标圆锯片线切割方法，其特征在于，所述步骤3）中设定的最小分割间距是在保证极坐标下切割轨迹与直角坐标系下切割轨迹的偏移误差小于等于0.02mm下设定的。

3. 如权利要求1所述的一种极坐标圆锯片线切割方法，其特征在于，所述步骤3）中坐标变换公式为：

R*R=X*X+Y*Y

sinθ=X/R。

4.如权利要求1所述的一种极坐标圆锯片线切割方法，其特征在于，所述多级齿轮通过绝缘的联轴器与所述的蜗杆连接。

5.如权利要求1所述的一种极坐标圆锯片线切割方法，其特征在于，在所述主轴上水平设置一固定板，固定板设置在所述传动系统的上方，固定板的两端通过绝缘支撑板与所述工作台连接。

6. 如权利要求1所述的一种极坐标圆锯片线切割方法，其特征在于，所述运丝机构包括运丝桶和运丝支架，运丝支架与运丝桶垂直设置，运丝支架包括立柱，立柱固定在所述机床上，在立柱上固定有两根间隔设定距离的横架，横架用于电极丝从上到下运动。

7.如权利要求1所述的一种极坐标圆锯片线切割方法，其特征在于，所述多级齿轮设置在齿轮箱内，齿轮箱的侧面设有若干个用于固定齿轮轴的第一长圆形轴孔，所述蜗轮蜗杆设置在蜗轮蜗杆箱内，蜗轮蜗杆箱的侧面上设有用于固定蜗杆轴的第二长圆形轴孔。