CN111136356B - 一种随动摆头式大锥度线切割装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种随动摆头式大锥度线切割装置，属于电火花切割设备领域。本发明的大锥度线切割装置，其上下机械臂上的摆头采用摆头旋转机构配合切割锥度进行随动调节，并且利用万向导丝轮与对应的上下摆头配合，结合万向导丝轮与定向导丝轮之间的张紧机构过渡，使得电极丝过渡平稳，有效防止大锥度切割时电极丝滑落的问题，并且电极丝随动偏摆位置控制也非常精确。同时，在床身上建有X、Y、Z三轴数控装置的基础上，将U轴和V轴设于Z轴工作台上，上机械臂安装于V轴工作台上，减小了上机械臂的重量，有利于提高U轴和V轴驱动机构的运行稳定性和可靠性，减小加工过程中上机械臂的振动，提高线切割加工的精度和大锥度线切割装置的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种电火花线切割装置，更具体地说，涉及一种随动摆头式大锥度线切割装置。
背景技术
电火花线切割设备在机械加工中应用广泛，其基本工作原理是利用连续移动的细电极丝(金属丝)作为电极，对工件进行脉冲火花放大蚀除金属、切割成型，主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件，例如各种微细孔槽、窄缝和曲线等。由于线切割具有加工余量小、切加工精度高、制造成本低等优点，因此在生产中得到了广泛应用。
随着对加工零件的要求越来越高，也对线切割提出了锥度加工要求，即要求线切割能够切割具有锥度的零件。因此，现有线切割设备也在传统X-Y-Z轴的基础上增加了U轴和V轴，利用U轴和V轴调节上机械臂的位置，从而使得电极丝形成倾斜角度，以进行锥度切割。如中国专利申请号201910417071.4，申请公布日为2019年12月3日，发明创造名称为：电火花线切割机床大锥度机构，该申请案涉及一种电火花线切割机床大锥度机构，它由上连杆、摆杆、下臂、上摆杆套、下摆杆套等组成；上连杆一侧通过上摆杆套与摆杆上部相连接，上连杆的另一侧上套装有上导套，安装有上主导轮的上导轮座与上导套固定连接；下臂的一侧通过下摆杆套与摆杆下部相铰接，另一侧安装有下导轮座及下主导轮；上主导轮的中心位于上连杆的中心线上，并与摆杆的中心线相交于同一平面内；下主导轮的中心位于下摆杆套的旋转中心线上，并与摆杆的中心线相交于同一平面内，它还包括安装于上导套上的随动导轮，电极丝经随动导轮进入上副导轮再进入上主导轮。该专利申请案能够保证摆杆在工作时的锥度加工精度，摆动动作占用空间小。但现有线切割机床的主轴头都是固定式的，通过上下主轴头上的导丝嘴控制电极丝的偏转，小角度是可行的，当切割大锥度时，容易发生电极丝从导丝轮上的脱落，或者导丝嘴使得电极丝折弯过大，加大了摩擦力，加快导丝嘴和电极丝的磨损，降低寿命及加工精度。
为了便于电极丝走向的调节，中国专利申请号201810493752.4公开了一种“大锥度中走丝电火花线切割机床”，该种大锥度中走丝电火花线切割机床，包括支撑机构、储丝机构、锥度机构以及承件机构，储丝机构、锥度机构以及承件机构装设于支撑机构上，储丝机构上具有放置切割丝的容纳结构，锥度机构位于储丝机构一侧，由储丝机构向锥度机构输送切割丝，并由锥度机构对切割丝的角度进行调整，承件机构位于锥度机构下方，承件机构上具有固定工件的定位结构，由锥度机构上的切割丝对承件机构上的工件进行切割，并由锥度机构将切割丝回送至储丝机构，由控制柜根据工艺要求适时调整锥度机构及承件机构的位置和方向，有利于提升控制效率，提高切割精度，从而提升工作效率，提高产品质量。该专利申请案的上下悬臂均采用纵向电机调节导丝轮的偏摆，采用横向电机调节导丝头的偏转，以适应锥度切割过程中电极丝的倾斜要求，有效解决了上述线切割机床在大锥度切割时存在的技术问题。
然而，线切割机床对零件的切割需要依靠线切割机床多轴联动进行，线切割机床的结构设计对于加工控制和操作难易程度、加工精度好坏也至关重要。现有线切割机床主要还存在一下缺陷亟需解决：
1、专利申请201810493752.4中仅考虑到悬臂前部导丝轮的锥度加工随动偏摆，但电极丝在线切割加工过程中是连续移动的，还需要配合其他导丝机构实现电极丝的稳定，在前部导丝轮偏摆后，其角度与其他导丝轮角度存在偏差，这样在加工中容易导致电极丝滑落而导致加工故障；
2、悬臂前部导丝轮的偏摆动作不仅会使上下悬臂之间的电极丝倾斜，还会使得电极丝的长度发生一定变化，从而导致电极丝的张紧力发生改变，因而还需要考虑设计合适的张紧装置来适应电极丝倾斜运动的平稳过渡；
3、线切割复杂形状是多轴联动的过程，线切割机床的UV轴主要用于控制上悬臂(上机械臂)相对与下悬臂运动，以使上下悬臂之间的电极丝倾斜，而现有线切割机床将Z轴机构安装于上悬臂上(如上述两项专利申请案)，增加了上悬臂悬臂侧的重量，因而对于UV轴驱动机构的结构强度和稳定性要求更高，容易导致上悬臂振动而易降低加工精度。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的一个目的在于克服现有线切割装置存在大锥度切割偏摆结构设计考虑不全面而引起电极丝易滑落的不足，提供一种随动摆头式大锥度线切割装置，采用本发明的技术方案，上下机械臂上的摆头采用摆头旋转机构配合切割锥度进行随动调节，并且利用万向导丝轮与对应的上下摆头配合，结合万向导丝轮与定向导丝轮之间的张紧机构过渡，使得电极丝过渡平稳，有效防止大锥度切割时电极丝滑落的问题，并且电极丝随动偏摆位置控制也非常精确；
本发明的另一个目的在于优化现有线切割装置的多轴联动结构，以降低线切割过程中电极丝的振动，采用本发明的技术方案，将U轴和V轴设于Z轴工作台上，上机械臂安装于V轴工作台上，减小了上机械臂的重量，有利于提高U轴和V轴驱动机构的运行稳定性和可靠性，减小加工过程中上机械臂的振动，提高线切割加工的精度和大锥度线切割装置的使用寿命。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种随动摆头式大锥度线切割装置，包括床身、X轴工作台、X轴驱动机构、Y轴工作台、Y轴驱动机构、主轴、Z轴工作台、Z轴驱动机构、U轴工作台、U轴驱动机构、V轴工作台、V轴驱动机构、上机械臂、上摆头、下机械臂、下摆头、电极丝和走丝机构，所述的X轴工作台通过X轴驱动机构安装于床身上，所述的Y轴工作台通过Y轴驱动机构安装于X轴工作台上，所述的主轴竖向安装于Y轴工作台上，所述的下机械臂固定安装于主轴的下端或Y轴工作台上，所述的下摆头通过下摆头旋转机构安装于下机械臂的前端，所述的Z轴工作台通过Z轴驱动机构安装于主轴上，所述的U轴工作台通过U轴驱动机构安装于Z轴工作台上，所述的V轴工作台通过V轴驱动机构安装于U轴工作台上，所述的上机械臂固定安装于V轴工作台上，所述的上摆头通过上摆头旋转机构安装于上机械臂的前端，所述的上机械臂与下机械臂相平行；所述的上机械臂与下机械臂内还分别设有万向导丝轮、张紧机构和定向导丝轮，所述的电极丝由走丝机构引出，依次经过上机械臂内的定向导丝轮、张紧机构和万向导丝轮后绕经上摆头，并由上摆头转向后绕于下摆头上，经过下摆头转向后的电极丝依次经过下机械臂内的万向导丝轮、张紧机构和定向导丝轮。
更进一步地，所述的上机械臂和下机械臂内的万向导丝轮、张紧机构和定向导丝轮三者相对于对应的上摆头或下摆头由近及远依次设置。
更进一步地，所述的上摆头旋转机构和下摆头旋转机构的结构相同，均包括变速箱和伺服电机，所述的伺服电机通过变速箱与对应的上摆头或下摆头传动连接。
更进一步地，所述的上摆头和下摆头的结构相同，均包括摆头支架、旋转轴和摆动导丝轮，所述的摆动导丝轮的轮轴安装于摆头支架上，所述的旋转轴固定于摆头支架上，所述的旋转轴的轴线与摆动导丝轮的轴线相垂直，且旋转轴的轴线位于摆动导丝轮的中性面上，所述的旋转轴通过轴承安装于相对应的上机械臂或下机械臂的前端，且旋转轴与相对应的上摆头旋转机构或下摆头旋转机构的变速箱的输出轴传动连接。
更进一步地，所述的张紧机构包括支座、滑块、张紧导丝轮和配重块，所述的滑块滑动安装于支座的竖向导滑槽内，所述的张紧导丝轮安装于滑块上，所述的滑块的下端通过拉绳连接配重块。
更进一步地，所述的张紧导丝轮的轮槽宽度大于万向导丝轮和定向导丝轮的轮槽宽度。
更进一步地，所述的配重块为砝码。
更进一步地，所述的走丝机构包括运丝机构和电极丝盘，所述的电极丝盘通过丝盘安装架安装于上机械臂上，所述的运丝机构安装于下机械臂内，且位于下机械臂内的定向导丝轮后部，所述的电极丝由电极丝盘引出，依次经过上机械臂内的定向导丝轮、张紧机构和万向导丝轮后绕经上摆头，并由上摆头转向后绕于下摆头上，经过下摆头转向后的电极丝依次经过下机械臂内的万向导丝轮、张紧机构和定向导丝轮，之后进入运丝机构。
更进一步地，所述的电极丝盘的一侧还设有安装于丝盘安装架上的集丝环，所述的电极丝盘内的电极丝引出后穿过集丝环。
更进一步地，所述的运丝机构包括安装架、固定压轮、换向阀-气缸组合件、活塞杆、夹紧压轮和碳刷，所述的固定压轮采用内部具有电机传动装置的滚轮，所述的固定压轮安装于安装架上，且固定压轮与碳刷滑动连接，所述的碳刷与电源电性连接，用以将电源的加工电流通过碳刷和固定压轮导通至电极丝上，所述的换向阀-气缸组合件固定于安装架的上部，所述的夹紧压轮安装于换向阀-气缸组合件中气缸的活塞杆上，所述的夹紧压轮位于固定压轮的上部，且夹紧压轮的轴线与固定压轮的轴线相平行。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的一种随动摆头式大锥度线切割装置，其包括床身、X轴工作台、X轴驱动机构、Y轴工作台、Y轴驱动机构、主轴、Z轴工作台、Z轴驱动机构、U轴工作台、U轴驱动机构、V轴工作台、V轴驱动机构、上机械臂、上摆头、下机械臂、下摆头、电极丝和走丝机构，在床身上建有X、Y、Z三轴数控装置的基础上，在Z轴上建立了U、V两轴，上机械臂安装于V轴工作台上，减小了上机械臂的重量，有利于提高U轴和V轴驱动机构的运行稳定性和可靠性，减小加工过程中上机械臂的振动，提高线切割加工的精度和大锥度线切割装置的使用寿命；同时，上下机械臂上的摆头采用摆头旋转机构配合切割锥度进行随动调节，摆头的转动量根据Z轴的高度值和V轴的位移量决定，摆头位置补偿根据UV轴位移量同时考虑，并且利用万向导丝轮与对应的上下摆头配合，结合万向导丝轮与定向导丝轮之间的张紧机构过渡，使得电极丝过渡平稳，有效防止大锥度切割时电极丝滑落的问题，并且电极丝随动偏摆位置控制也非常精确，提高了大锥度线切割加工的精度；
(2)本发明的一种随动摆头式大锥度线切割装置，其上摆头旋转机构和下摆头旋转机构的结构相同，均包括变速箱和伺服电机，伺服电机通过变速箱与对应的上摆头或下摆头传动连接，上下摆头采用伺服电机进行控制，便于通过控制系统实现上下摆头的随动调节，控制更加方便，摆头摆动角度和位置补偿控制精度更高；
(3)本发明的一种随动摆头式大锥度线切割装置，其上摆头和下摆头的结构相同，均包括摆头支架、旋转轴和摆动导丝轮，旋转轴的轴线与摆动导丝轮的轴线相垂直，且旋转轴的轴线位于摆动导丝轮的中性面上，这样使得电极丝绕在摆动导丝轮上旋转时，便于控制系统计算电极丝的位置及补偿量；
(4)本发明的一种随动摆头式大锥度线切割装置，其张紧机构包括支座、滑块、张紧导丝轮和配重块，滑块滑动安装于支座的竖向导滑槽内，张紧导丝轮安装于滑块上，滑块的下端通过拉绳连接配重块，采用该张紧机构，结构简单，张紧力可通过配重块进行调节，调节简单方便；并且，张紧导丝轮的轮槽宽度大于万向导丝轮和定向导丝轮的轮槽宽度，在摆头发生较大旋转时，能缓解电极丝的转向，使得电极丝从万向导丝轮向定向导丝轮运动时平稳过渡；
(5)本发明的一种随动摆头式大锥度线切割装置，其走丝机构包括运丝机构和电极丝盘，采用电极丝盘释放电极丝，运丝机构牵拉电极丝走丝，结构简单，电极丝走丝稳定可靠，线切割加工平稳可靠；
(6)本发明的一种随动摆头式大锥度线切割装置，其运丝机构采用上下压轮夹紧电极丝的方式拉动电极丝，上下压轮的压合或分开采用气缸换向阀控制，并且固定压轮采用内部具有电机传动装置的滚轮，运丝机构整体结构紧凑，电极丝运丝稳定，控制简单方便。
附图说明
图1为本发明的一种随动摆头式大锥度线切割装置的结构示意图(电极丝垂直状态)；
图2为本发明的一种随动摆头式大锥度线切割装置的结构示意图(电极丝倾斜状态)；
图3为本发明中的张紧机构的结构示意图；
图4为本发明中的上下摆头的结构示意图；
图5(a)为本发明中的运丝机构分开状态示意图；
图5(b)为本发明中的运丝机构夹紧状态示意图。
示意图中的标号说明：
1、床身；2、X轴工作台；3、X轴驱动机构；4、Y轴工作台；5、Y轴驱动机构；6、主轴；7、Z轴工作台；8、Z轴驱动机构；9、U轴工作台；10、U轴驱动机构；11、V轴工作台；12、V轴驱动机构；13、上机械臂；14、上摆头；15、下机械臂；16、下摆头；17、变速箱；18、伺服电机；19、万向导丝轮；20、张紧机构；20-1、支座；20-2、滑块；20-3、张紧导丝轮；20-4、配重块；21、定向导丝轮；22、运丝机构；22-1、安装架；22-2、固定压轮；22-3、换向阀-气缸组合件；22-4、活塞杆；22-5、夹紧压轮；22-6、碳刷；23、集丝环；24、电极丝盘；25、电极丝；26、工件；27、摆头支架；28、旋转轴；29、摆动导丝轮。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例
结合图1和图2所示，本实施例的一种随动摆头式大锥度线切割装置，包括床身1、X轴工作台2、X轴驱动机构3、Y轴工作台4、Y轴驱动机构5、主轴6、Z轴工作台7、Z轴驱动机构8、U轴工作台9、U轴驱动机构10、V轴工作台11、V轴驱动机构12、上机械臂13、上摆头14、下机械臂15、下摆头16、电极丝25和走丝机构，床身1用于支撑整个线切割装置，X轴工作台2通过X轴驱动机构3安装于床身1上，Y轴工作台4通过Y轴驱动机构5安装于X轴工作台2上，主轴6竖向安装于Y轴工作台4上，下机械臂15固定安装于主轴6的下端或Y轴工作台4上，下摆头16通过下摆头旋转机构安装于下机械臂15的前端，Z轴工作台7通过Z轴驱动机构8安装于主轴6上，U轴工作台9通过U轴驱动机构10安装于Z轴工作台7上，V轴工作台11通过V轴驱动机构12安装于U轴工作台9上，上机械臂13固定安装于V轴工作台11上，上摆头14通过上摆头旋转机构安装于上机械臂13的前端，上机械臂13与下机械臂15相平行。上述的X轴工作台2、X轴驱动机构3、Y轴工作台4、Y轴驱动机构5、Z轴工作台7、Z轴驱动机构8、U轴工作台9、U轴驱动机构10、V轴工作台11和V轴驱动机构12的配合关系和现有线切割设备相同，可采用电机驱动滚珠丝杆螺母传动机构带动相应的工作台移动，其中，U轴工作台9的移动方向与X轴工作台2的移动方向相平行，V轴工作台11的移动方向与Y轴工作台4的移动方向相平行。采用上述结构设计，在床身1上建有X、Y、Z三轴数控装置的基础上，在Z轴上建立了U、V两轴，可随Z轴上下移动，上机械臂13安装于V轴工作台上，减小了上机械臂13的重量，有利于提高U轴和V轴驱动机构的运行稳定性和可靠性，减小加工过程中上机械臂的振动，提高线切割加工的精度和大锥度线切割装置的使用寿命。并且，上机械臂13与下机械臂15均采用空腔结构，具体可在上机械臂13与下机械臂15的一侧开口，形成“[”形截面结构，在上机械臂13与下机械臂15内还分别设有万向导丝轮19、张紧机构20和定向导丝轮21，万向导丝轮19能够自由转动和根据摆头的转动在电极丝25拉力的控制下自动摆动，定向导丝轮21能够自由转动而无法摆动，张紧机构20用于对电极丝25进行张紧，使电极丝25不错乱滑落。上机械臂13上的上摆头14、万向导丝轮19、张紧机构20和定向导丝轮21组成上导丝机构，下机械臂15上的下摆头16、万向导丝轮19、张紧机构20和定向导丝轮21组成下导丝机构，电极丝25由走丝机构引出，依次经过上机械臂13内的定向导丝轮21、张紧机构20和万向导丝轮19后绕经上摆头14，并由上摆头14转向后绕于下摆头16上，经过下摆头16转向后的电极丝25依次经过下机械臂15内的万向导丝轮19、张紧机构20和定向导丝轮21。上摆头14和下摆头16采用摆头旋转机构配合切割锥度进行随动调节，摆头的转动量根据Z轴的高度值和V轴的位移量决定，摆头位置补偿根据UV轴位移量同时考虑，并且利用万向导丝轮19与对应的上下摆头配合，结合万向导丝轮19与定向导丝轮21之间的张紧机构20过渡，使得电极丝25过渡平稳，有效防止大锥度切割时电极丝25滑落的问题，并且电极丝25随动偏摆位置控制也非常精确，提高了大锥度线切割加工的精度。
接图1和图2所示，在本实施例中，上机械臂13和下机械臂15内的万向导丝轮19、张紧机构20和定向导丝轮21三者相对于对应的上摆头14或下摆头16由近及远依次设置，即上导丝机构由前向后依次为上摆头14、万向导丝轮19、张紧机构20和定向导丝轮21，下导丝机构由前向后依次为下摆头16、万向导丝轮19、张紧机构20和定向导丝轮21，这样，在上摆头14和下摆头16发生较大角度摆动时，相应的万向导丝轮19也会随之发生相应的摆动，同时利用张紧机构20的过渡，使得电极丝25在定向导丝轮21上能够维持小角度变化，有效防止了电极丝25从上下摆头、万向导丝轮19、张紧机构20和定向导丝轮21上滑落，提高了大锥度线切割加工的稳定性和可靠性。在本实施例中，上摆头旋转机构和下摆头旋转机构的结构相同，均包括变速箱17和伺服电机18，变速箱17和伺服电机18安装于对应的上机械臂13或下机械臂15上，伺服电机18通过变速箱17与对应的上摆头14或下摆头16传动连接，即上机械臂13上的伺服电机18通过变速箱17连接上摆头14，下机械臂15上的伺服电机18通过变速箱17连接下摆头16，上摆头14和下摆头16的摆动转动量由伺服电机进行控制，便于通过控制系统实现上下摆头的随动调节，控制更加方便，摆头摆动角度和位置补偿控制精度更高。上述的上摆头14和下摆头16的结构也相同，如图4所示，均包括摆头支架27、旋转轴28和摆动导丝轮29，摆动导丝轮29的轮轴安装于摆头支架27上，能够在摆头支架27上自由旋转，旋转轴28固定于摆头支架27上，旋转轴28的轴线与摆动导丝轮29的轴线相垂直，且旋转轴28的轴线位于摆动导丝轮29的中性面上，这样使得电极丝25绕在摆动导丝轮29上旋转时，便于控制系统计算电极丝的位置及补偿量；旋转轴28通过轴承安装于相对应的上机械臂13或下机械臂15的前端，且旋转轴28与相对应的上摆头旋转机构或下摆头旋转机构的变速箱17的输出轴传动连接。为了防止电极丝25与摆头支架27发生接触摩擦，在摆头支架27的上下端对应摆动导丝轮29轮槽的位置上还可设置避让缺口，在摆动导丝轮29大角度摆动时也能够防止电极丝与摆头支架27接触。
如图3所示，在本实施例中，张紧机构20包括支座20-1、滑块20-2、张紧导丝轮20-3和配重块20-4，滑块20-2滑动安装于支座20-1的竖向导滑槽内，能够在支座20-1上上下自由滑动，张紧导丝轮20-3安装于滑块20-2上，滑块20-2的下端通过拉绳连接配重块20-4，绕丝时，电极丝25绕在张紧导丝轮20-3的下部，采用该张紧机构20，结构简单紧凑，张紧力可通过配重块20-4进行调节，调节简单方便。配重块20-4优选为砝码，便于定量调节电极丝25的张紧力。在本实施例中进一步优选地，张紧导丝轮20-3的轮槽宽度大于万向导丝轮19和定向导丝轮21的轮槽宽度。即在大锥度线切割加工时，万向导丝轮19与定向导丝轮21之间的电极丝25倾斜角度能够通过张紧导丝轮20-3平稳过渡，缓解电极丝25的转向。
本实施例的一种随动摆头式大锥度线切割装置，其走丝机构可根据线切割装置的不同种类进行设计，其走丝机构可采用现有线切割装置中的走丝系统。如图1和图2所示，具体在本实施例中，走丝机构包括运丝机构22和电极丝盘24，电极丝盘24通过丝盘安装架安装于上机械臂13上，运丝机构22安装于下机械臂15内，且位于下机械臂15内的定向导丝轮21后部，电极丝25由电极丝盘24引出，依次经过上机械臂13内的定向导丝轮21、张紧机构20和万向导丝轮19后绕经上摆头14，并由上摆头14转向后绕于下摆头16上，经过下摆头16转向后的电极丝25依次经过下机械臂15内的万向导丝轮19、张紧机构20和定向导丝轮21，之后进入运丝机构22。电极丝盘24释放电极丝25，运丝机构22牵拉电极丝25走丝，结构简单，电极丝25走丝稳定可靠，线切割加工平稳可靠。另外，在电极丝盘24的一侧还设有安装于丝盘安装架上的集丝环23，电极丝盘24内的电极丝25引出后穿过集丝环23。参见图5(a)和图5(b)所示，本实施例中的运丝机构22包括安装架22-1、固定压轮22-2、换向阀-气缸组合件22-3、活塞杆22-4、夹紧压轮22-5和碳刷22-6，安装架22-1固定于下机械臂15内，固定压轮22-2采用内部具有电机传动装置的滚轮，该固定压轮22-2市面有售，结构紧凑，固定压轮22-2安装于安装架22-1上，且固定压轮22-2与碳刷22-6滑动连接，碳刷22-6与电源电性连接，用以将电源的加工电流通过碳刷22-6和固定压轮22-2导通至电极丝25上，换向阀-气缸组合件22-3固定于安装架22-1的上部，夹紧压轮22-5安装于换向阀-气缸组合件22-3中气缸的活塞杆22-4上，夹紧压轮22-5位于固定压轮22-2的上部，且夹紧压轮22-5的轴线与固定压轮22-2的轴线相平行。需夹紧电极丝25时，换向阀控制气缸的活塞杆22-4带动夹紧压轮22-5向下运动，使夹紧压轮22-5和固定压轮22-2啮合，夹紧电极丝25(如图5(b)所示)，固定压轮22-2内部的电机通过传动机构带动固定压轮22-2转动，从而拉动电极丝25运动，俗称“走丝”或者“运丝”，固定压轮22-2同时与碳刷22-6相连，将电源的加工电流通过碳刷装置及固定压轮22-2导通至电极丝25上。松开时动作相反，换向阀控制气缸的活塞杆22-4向上运动，使得夹紧压轮22-5与固定压轮22-2分开(如图5(a)所示)。
参见图1所示，本实施例的一种随动摆头式大锥度线切割装置，初始位置时，U、V轴处于初始状态，即加工域的电极丝25处于垂直状态，只运动XY轴，即可切割加工出与机床XY平面相垂直的面。参见图2所示，在切割过程中，当UV轴发生运动时，电极丝25则发生倾斜，可切割出异形的工件26。在UV轴发生运动时，加工域的电极丝25发生倾斜，此时线切割控制系统根据Z轴的高度值和V轴的位移量计算出加工域的电极丝25的倾斜角度，同时控制对应的伺服电机18带动上下摆头做适应性摆动，以使上下摆头的摆动导丝轮29的中性面与加工域的电极丝25共面，由于上下摆头的摆动会使电极丝25的位置发生相应变化，因此线切割控制系统会根据UV轴位移量同时计算出电极丝25位置变化的补偿。在走丝系统中，上下摆头的摆动使上机械臂13和下机械臂15内的电极丝25也发生相应倾斜，此时对应的万向导丝轮19在电极丝25作用下也发生相应的偏摆，使得电极丝25不会从万向导丝轮19上滑落，并且电极丝25经过张紧机构20绕经定向导丝轮21，电极丝25的倾斜经过张紧机构20的平稳过渡后能够准确指向定向导丝轮21，从而有效消除了电极丝25在定向导丝轮21上的倾斜，保证大锥度线切割加工稳定、高精度进行。
对于线切割装置中的其他组成系统均与现有技术相同，如线切割控制系统、脉冲电路系统和电解液冷却系统等，不属于本发明的改进所在，在此不再详述。
本发明的一种随动摆头式大锥度线切割装置，其上下机械臂上的摆头采用摆头旋转机构配合切割锥度进行随动调节，并且利用万向导丝轮与对应的上下摆头配合，结合万向导丝轮与定向导丝轮之间的张紧机构过渡，使得电极丝过渡平稳，有效防止大锥度切割时电极丝滑落的问题，并且电极丝随动偏摆位置控制也非常精确。同时，将U轴和V轴设于Z轴工作台上，上机械臂安装于V轴工作台上，减小了上机械臂的重量，有利于提高U轴和V轴驱动机构的运行稳定性和可靠性，减小加工过程中上机械臂的振动，提高线切割加工的精度和大锥度线切割装置的使用寿命。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种随动摆头式大锥度线切割装置，包括床身(1)、X轴工作台(2)、X轴驱动机构(3)、Y轴工作台(4)、Y轴驱动机构(5)、主轴(6)、Z轴工作台(7)、Z轴驱动机构(8)、U轴工作台(9)、U轴驱动机构(10)、V轴工作台(11)、V轴驱动机构(12)、上机械臂(13)、上摆头(14)、下机械臂(15)、下摆头(16)、电极丝(25)和走丝机构，其特征在于：所述的X轴工作台(2)通过X轴驱动机构(3)安装于床身(1)上，所述的Y轴工作台(4)通过Y轴驱动机构(5)安装于X轴工作台(2)上，所述的主轴(6)竖向安装于Y轴工作台(4)上，所述的下机械臂(15)固定安装于主轴(6)的下端或Y轴工作台(4)上，所述的下摆头(16)通过下摆头旋转机构安装于下机械臂(15)的前端，所述的Z轴工作台(7)通过Z轴驱动机构(8)安装于主轴(6)上，所述的U轴工作台(9)通过U轴驱动机构(10)安装于Z轴工作台(7)上，所述的V轴工作台(11)通过V轴驱动机构(12)安装于U轴工作台(9)上，所述的上机械臂(13)固定安装于V轴工作台(11)上，所述的上摆头(14)通过上摆头旋转机构安装于上机械臂(13)的前端，所述的上机械臂(13)与下机械臂(15)相平行；所述的上机械臂(13)与下机械臂(15)内还分别设有万向导丝轮(19)、张紧机构(20)和定向导丝轮(21)，所述的电极丝(25)由走丝机构引出，依次经过上机械臂(13)内的定向导丝轮(21)、张紧机构(20)和万向导丝轮(19)后绕经上摆头(14)，并由上摆头(14)转向后绕于下摆头(16)上，经过下摆头(16)转向后的电极丝(25)依次经过下机械臂(15)内的万向导丝轮(19)、张紧机构(20)和定向导丝轮(21)。
2.根据权利要求1所述的一种随动摆头式大锥度线切割装置，其特征在于：所述的上机械臂(13)和下机械臂(15)内的万向导丝轮(19)、张紧机构(20)和定向导丝轮(21)三者相对于对应的上摆头(14)或下摆头(16)由近及远依次设置。
3.根据权利要求2所述的一种随动摆头式大锥度线切割装置，其特征在于：所述的上摆头旋转机构和下摆头旋转机构的结构相同，均包括变速箱(17)和伺服电机(18)，所述的伺服电机(18)通过变速箱(17)与对应的上摆头(14)或下摆头(16)传动连接。
4.根据权利要求3所述的一种随动摆头式大锥度线切割装置，其特征在于：所述的上摆头(14)和下摆头(16)的结构相同，均包括摆头支架(27)、旋转轴(28)和摆动导丝轮(29)，所述的摆动导丝轮(29)的轮轴安装于摆头支架(27)上，所述的旋转轴(28)固定于摆头支架(27)上，所述的旋转轴(28)的轴线与摆动导丝轮(29)的轴线相垂直，且旋转轴(28)的轴线位于摆动导丝轮(29)的中性面上，所述的旋转轴(28)通过轴承安装于相对应的上机械臂(13)或下机械臂(15)的前端，且旋转轴(28)与相对应的上摆头旋转机构或下摆头旋转机构的变速箱(17)的输出轴传动连接。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种随动摆头式大锥度线切割装置，其特征在于：所述的张紧机构(20)包括支座(20-1)、滑块(20-2)、张紧导丝轮(20-3)和配重块(20-4)，所述的滑块(20-2)滑动安装于支座(20-1)的竖向导滑槽内，所述的张紧导丝轮(20-3)安装于滑块(20-2)上，所述的滑块(20-2)的下端通过拉绳连接配重块(20-4)。
6.根据权利要求5所述的一种随动摆头式大锥度线切割装置，其特征在于：所述的张紧导丝轮(20-3)的轮槽宽度大于万向导丝轮(19)和定向导丝轮(21)的轮槽宽度。
7.根据权利要求6所述的一种随动摆头式大锥度线切割装置，其特征在于：所述的配重块(20-4)为砝码。
8.根据权利要求1至4任意一项所述的一种随动摆头式大锥度线切割装置，其特征在于：所述的走丝机构包括运丝机构(22)和电极丝盘(24)，所述的电极丝盘(24)通过丝盘安装架安装于上机械臂(13)上，所述的运丝机构(22)安装于下机械臂(15)内，且位于下机械臂(15)内的定向导丝轮(21)后部，所述的电极丝(25)由电极丝盘(24)引出，依次经过上机械臂(13)内的定向导丝轮(21)、张紧机构(20)和万向导丝轮(19)后绕经上摆头(14)，并由上摆头(14)转向后绕于下摆头(16)上，经过下摆头(16)转向后的电极丝(25)依次经过下机械臂(15)内的万向导丝轮(19)、张紧机构(20)和定向导丝轮(21)，之后进入运丝机构(22)。
9.根据权利要求8所述的一种随动摆头式大锥度线切割装置，其特征在于：所述的电极丝盘(24)的一侧还设有安装于丝盘安装架上的集丝环(23)，所述的电极丝盘(24)内的电极丝(25)引出后穿过集丝环(23)。
10.根据权利要求8所述的一种随动摆头式大锥度线切割装置，其特征在于：所述的运丝机构(22)包括安装架(22-1)、固定压轮(22-2)、换向阀-气缸组合件(22-3)、活塞杆(22-4)、夹紧压轮(22-5)和碳刷(22-6)，所述的固定压轮(22-2)采用内部具有电机传动装置的滚轮，所述的固定压轮(22-2)安装于安装架(22-1)上，且固定压轮(22-2)与碳刷(22-6)滑动连接，所述的碳刷(22-6)与电源电性连接，用以将电源的加工电流通过碳刷(22-6)和固定压轮(22-2)导通至电极丝(25)上，所述的换向阀-气缸组合件(22-3)固定于安装架(22-1)的上部，所述的夹紧压轮(22-5)安装于换向阀-气缸组合件(22-3)中气缸的活塞杆(22-4)上，所述的夹紧压轮(22-5)位于固定压轮(22-2)的上部，且夹紧压轮(22-5)的轴线与固定压轮(22-2)的轴线相平行。
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2020
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