CN111570947A - 高速走丝电火花线切割机床电极丝张力双频变化控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种高速走丝电火花线切割机床电极丝张力双频变化控制方法及装置，其特征是丝筒（10）上的电极丝（2）经上辅助导轮（3）、上弹簧张力装置（9）上的上张紧导轮（6）、上主导轮（1）、下主导轮（18）、下弹簧张力装置（16）上的下张紧导轮（15）、下辅助导轮（17）后回到丝筒（10）上，所述连接板（12）安装在导轨滑块（13）上且连接板（12）两侧对称安装有所述上下弹簧张力装置，三者作为一个整体受恒力装置（11）的恒力控制。本发明将高速往复走丝电火花线切割机床电极丝张力的高、低频变化分别通过相应的高、低频响应装置进行控制，实现了加工过程中电极丝张力的快速、稳定调节，可以显著的提高切割稳定性和加工精度。

Description

高速走丝电火花线切割机床电极丝张力双频变化控制方法及 装置

技术领域

本发明属于电火花线切割加工技术领域，涉及一种既能对电极丝张力的低频变化进行稳定调节，又能对电极丝张力的高频变化进行快速响应的电极丝张力控制方法及装置，尤具体地说是一种高速走丝电火花线切割机床电极丝张力双频变化控制方法及装置。

背景技术

具有我国完全自主知识产权的高速往复走丝电火花线切割机床以其高性价比、低运行成本而广泛应用于机械制造领域，特别是在大型机械零件加工和模具加工领域市场潜力巨大，具有广阔的发展前景。但是电极丝的张力变化会造成电极丝空间位置的不稳定，对切割精度产生较大的影响，同时张力的变化会影响机床切割的稳定性。特别地，机床的“往复走丝”特性，导致电极丝易形成“单边松丝”现象，即加工经过一段时间后，电极丝在丝筒的两端出现张力不一致的现象，这个问题一直困扰着高速往复走丝线切割机床的性能。目前，国内对于高速往复走丝电火花线切割机床的电极丝恒张力控制装置有多种。

如图1所示，重锤式张力装置是最简单的可调节式张力装置。首先，由于重锤质量较大导致该装置存在较大的惯性，使得重锤式张力装置的频率响应速度较低，而在电极丝以线速度8-12m/s的高速运行情况下，该装置无法响应走丝过程中电极丝的瞬间张力变化；其次，从力的静态角度而言，重锤式张力装置对电极丝丝张力的控制是有效的，但从动态角度而言，这种装置对电极丝张力控制则存在缺陷：在电极丝张力小于或者大于重锤的重量时，重锤就会向下或者向上运动，当重锤作向下运动时，对电极丝的作用力是重锤的重力G减去重锤质量m与其运动加速度a的乘积（G-ma）；当重锤作向上运动时，此时对电极丝的作用力是重锤的重力G加上重锤质量G与其运动加速度a的乘积（G+ma），两种情况下电极丝张力的控制有+/-ma的误差。因此重锤式张力装置在加工过程中电极丝张力是波动的，且其对电极丝张力的高频变化特性的反应是滞后的，一般只用于对电极丝张力进行宏观调节的场合。

如图2所示，双向弹簧式张力装置是目前“中走丝”机床上使用较多的张力控制装置。其利用弹簧弹性变形产生的弹力，分别施加在加工区域上、下两部分电极丝上，来控制往复走丝时电极丝的张力，其简单有效，并且比较经济。由于弹簧在压缩时会储存较大的弹性势能，当电极丝张力发生微小变化时，弹簧式张力装置会快速响应，因此双向弹簧式张力装置相对于重锤式张力装置的显著优点是：能实现双边同时张丝功能，且弹簧式张力装置的移动调节部件质量小，系统惯性较小，对加工区域电极丝的高频张力变化特性可以做出快速响应。但弹簧张力装置也有其存在的问题。首先，其在实际加工中以弹簧产生伸长变形来补偿电极丝在放电加工中产生的伸长量，由于弹簧伸长后其弹性力会下降，这样必然会导致电极丝张力的下降，因此双向弹簧式张力装置在加工过程中电极丝的张力实际是由大到小逐渐变化的；其次，弹簧式张力装置储能行程小，由于张力能量来自弹簧的弹力，当电极丝伸长变形量较大时，弹簧也会产生较大形变，此时电极丝张力会有较大变化。因此双向弹簧式张力装置能很好地控制电极丝张力的高频变化，在电极丝张力的低频变化控制方面会有很大的局限性。

发明内容

本发明的目的是针对现有的线切割机床电极丝高、低频张力变化控制难度大的问题，提供一种将电极丝张力的高、低频变化分别通过相应的高、低频响应装置进行控制的方法及装置，它实现了既能对电极丝张力的低频变化进行稳定调节，又能对电极丝张力的高频变化进行快速响应，使电极丝张力的高、低频变化都能够同时得到有效控制，提升电极丝张力控制调整的响应范围及稳定性。

本发明的技术方案之一是：

一种高速走丝电火花线切割机床电极丝张力双频变化控制方法，其特征在于将电极丝张力的高、低频变化分别通过相应的高、低频响应装置进行控制，实现了既能对电极丝张力的低频变化进行稳定调节，又能对电极丝张力的高频变化进行快速响应，使电极丝张力的高、低频变化都能够同时得到有效控制；所述的高频响应装置为弹簧张力装置，所述的低频响应装置为恒力装置。

所述的恒力装置能够对过大和过小的力进行补偿，从而维持一个恒定值，采取的方式为重锤、磁力离合器、扭矩电机、直线电机等形式；所述恒力装置，提供的恒力范围为0~60N。

所述的弹簧张力装置包括基座4、弹簧5、上张紧导轮6、张紧导轮座7、导杆9，通过所述弹簧5的压缩来控制电极丝2的张力以及对电极丝2张力的高频变化做出快速响应。

本发明的技术方案之二是：

一种高速走丝电火花线切割机床电极丝张力双频变化控制装置，其特征是它包括上弹簧张力装置9、下弹簧张力装置16、上辅助导轮3、下辅助导轮17、连接板12、恒力装置11、导轨滑块13、导轨14，所述的导轨14安装在机床立柱上，导轨上装有所述导轨滑块13；所述连接板12对称安装在所述导轨滑块13上，所述上弹簧张力装置9与所述下弹簧张力装置16分别位于所述连接板12上的两侧，呈对称分布；所述恒力装置11与所述连接板12相互固定连接，并为所述连接板11提供一水平恒力；所述上弹簧张力装置9与所述下弹簧张力装置16结构相同；所述上辅助导轮3和所述下辅助导轮17安装在机床立柱上；丝筒10上的电极丝2经上辅助导轮3、上弹簧张力装置9上的上张紧导轮6、上主导轮1、下主导轮18、下弹簧张力装置16上的下张紧导轮15、下辅助导轮17后回到丝筒10上；所述的上弹簧张力装置9、下弹簧张力装置16、连接板12以及导轨滑块13组成一个整体受到恒力装置11提供的水平恒力作用在导轨14上左右移动，对电极丝2张力的低频变化进行稳定调节。

所述恒力装置11能够对过大和过小的力进行补偿，从而维持一个恒定值，采取的结构为重锤、磁力离合器、扭矩电机、直线电机机构；所述恒力装置11提供的恒力范围≤60N。

所述的上弹簧张力装置9和下弹簧张力装置16结构相同，它们均包括基座4、弹簧5、上张紧导轮6、张紧导轮座7、导杆9，通过所述弹簧5的压缩来控制电极丝2的张力以及对电极丝2张力的高频变化做出快速响应。

在走丝系统中增加张力传感器，通过传感器对电极丝张力进行检测，通过检测信号的反馈，对恒力装置11进行调节。

所述的上辅助导轮3和下辅助导轮17的数量均为一个或多个，以改变恒力装置11提供的恒力方向。

所述的导轨14的数量至少为一根。

本发明的有益效果是：

本发明针对高速往复走丝电火花线切割机床电极丝张力的变化特性，实现了对电极丝的高、低频张力变化进行有效控制，克服了现有张力装置在加工中电极丝张力不稳定且响应速度慢的缺点。本发明对于高厚度切割稳定性的提高及多次切割加工精度的提高有显著的改善作用。

附图说明

图1是重锤式张力装置示意图；

图2是双向弹簧式张力装置示意图；

图3是本发明的高速走丝电火花线切割机床电极丝张力双频变化控制装置示意图；

图4是本发明的高速走丝电火花线切割机床电极丝张力双频变化控制装置案例实施一的示意图；

图5是本发明的高速走丝电火花线切割机床电极丝张力双频变化控制装置案例实施二的示意图；

图6是本发明的高速走丝电火花线切割机床电极丝张力双频变化控制装置案例实施二的恒力装置侧面装置局部示意图；

图7是本发明的高速走丝电火花线切割机床电极丝张力双频变化控制装置案例实施三的示意图。

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。

实施例一。

如图4所示，丝筒10上的电极丝2经上辅助导轮3、上弹簧张力装置9上的上张紧导轮6、上主导轮1、下主导轮18、下弹簧张力装置16上的下张紧导轮15、下辅助导轮17后回到丝筒10上。所述恒力装置11包括重力导向轮19、无弹柔性绳索20以及张力配重块21，张力配重块21通过无弹柔性绳索20与所述连接板12相连接，并通过重力导向轮19将竖直的重力转换为水平力施加在所述连接板12上，进而对电极丝张力进行宏观控制。上弹簧张力装置9和下弹簧张力装置16的结构相同，可采用与现有技术中相同的结构，也可自行设计制造。

实施例二。

如图5、图6所示，实施案例二与实施案例一不同的地方在于：第一，恒力装置采用力矩电机23进行恒力输出，力矩电机23通过支撑架22安装在机床立柱26上，并且力矩电机23输出端装有绞盘24，通过无弹柔性绳索20与所述连接板12相连接；第二，所述连接板12尺寸减小，并且与所述导轨的安装位置发生变化，但仍然保持对称安装；第三，根据实际安装需求，在原有的辅助导轮基础上，添加4个辅助导轮25。

本方案不仅限于采用力矩电机，还可采用电磁离合器或直线电机等对所述连接板进行恒力控制。

实施例三。

如图7所示，实施案例三与实施案例一、实施案例二不同的地方在于，本方案中对所述电极丝2的张力宏观控制是根据传感器信号进行闭环张力控制而非开环设定控制。恒力装置11对电极丝张力进行宏观调控的方式为：步进电机30通过滚珠丝杠副31带动所述连接板12水平移动。由计算机分析张力传感器28采集到的电极丝张力来判断所述连接板12移动方向，具有张力值可以灵活设置，可实时跟踪、检测等优点。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域，在不脱离本发明根据研究所提出的控制方法的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种高速走丝电火花线切割机床电极丝张力双频变化控制方法，其特征在于将电极丝张力的高、低频变化分别通过相应的高、低频响应装置进行控制，实现了既能对电极丝张力的低频变化进行稳定调节，又能对电极丝张力的高频变化进行快速响应，使电极丝张力的高、低频变化都能够同时得到有效控制；所述的高频响应装置为弹簧张力装置，所述的低频响应装置为恒力装置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的恒力装置能够对过大和过小的力进行补偿，从而维持一个恒定值，采取的方式为重锤、磁力离合器、扭矩电机、直线电机等形式；所述恒力装置，提供的恒力范围为0~60N。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的弹簧张力装置包括基座（4）、弹簧（5）、上张紧导轮（6）、张紧导轮座（7）、导杆（9），通过所述弹簧（5）的压缩来控制电极丝（2）的张力以及对电极丝（2）张力的高频变化做出快速响应。

4.一种高速走丝电火花线切割机床电极丝张力双频变化控制装置，其特征是它包括上弹簧张力装置（9）、下弹簧张力装置（16）、上辅助导轮（3）、下辅助导轮（17）、连接板（12）、恒力装置（11）、导轨滑块（13）、导轨（14），所述的导轨（14）安装在机床立柱上，导轨上装有所述导轨滑块（13）；所述连接板（12）对称安装在所述导轨滑块（13）上，所述上弹簧张力装置（9）与所述下弹簧张力装置（16）分别位于所述连接板（12）上的两侧，呈对称分布；所述恒力装置（11）与所述连接板（12）相互固定连接，并为所述连接板（11）提供一水平恒力；所述上弹簧张力装置（9）与所述下弹簧张力装置（16）结构相同；所述上辅助导轮（3）和所述下辅助导轮（17）安装在机床立柱上；丝筒（10）上的电极丝（2）经上辅助导轮（3）、上弹簧张力装置（9）上的上张紧导轮（6）、上主导轮（1）、下主导轮（18）、下弹簧张力装置（16）上的下张紧导轮（15）、下辅助导轮（17）后回到丝筒（10）上；所述的上弹簧张力装置（9）、下弹簧张力装置（16）、连接板（12）以及导轨滑块（13）组成一个整体受到恒力装置（11）提供的水平恒力作用在导轨（14）上左右移动，对电极丝（2）张力的低频变化进行稳定调节。

5.根据权利要求4所述的张力控制装置，其特征在于所述恒力装置（11）能够对过大和过小的力进行补偿，从而维持一个恒定值，采取的结构为重锤、磁力离合器、扭矩电机、直线电机机构；所述恒力装置（11）提供的恒力范围≤60N。

6.根据权利要求4所述的张力控制装置，其特征是所述的上弹簧张力装置（9）和下弹簧张力装置（16）结构相同，它们均包括基座（4）、弹簧（5）、上张紧导轮（6）、张紧导轮座（7）、导杆（9），通过所述弹簧（5）的压缩来控制电极丝（2）的张力以及对电极丝（2）张力的高频变化做出快速响应。

7.根据权利要求4所述的张力控制装置，其特征是在走丝系统中增加张力传感器，通过传感器对电极丝张力进行检测，通过检测信号的反馈，对恒力装置（11）进行调节。

8.根据权利要求4所述的张力控制装置，其特征是所述的上辅助导轮（3）和下辅助导轮（17）的数量均为一个或多个，以改变恒力装置（11）提供的恒力方向。

9.根据权利要求4所述的张力控制装置，其特征是所述的导轨（14）的数量至少为一根。

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