CN114871520B - 一种粗、精加工同步进行的电火花线切割装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种粗、精加工同步进行的电火花线切割装置及方法，该装置包括卷丝筒、电极丝以及导轮组件，卷绕在所述卷丝筒上的所述电极丝，经过所述导轮组件，最后回绕至所述卷丝筒；其中，所述导轮组件将所述电极丝分成至少两段相互平行的电极丝段；每段所述电极丝段所通过的电流大小不同。该装置能够对工件同步进行粗加工与精加工，不仅确保了高尺寸精度和低表面粗糙度，还大幅提高了加工效率；另外，还避免了对工件进行重复定位所带来的误差，进一步提高了加工精度。

Description

一种粗、精加工同步进行的电火花线切割装置及方法
技术领域
本发明涉及电火花加工技术领域，具体涉及一种粗、精加工同步进行的电火花线切割装置及方法。
背景技术
电火花加工是将工具电极和工件分别接脉冲电源的两极，并浸入工作液中，或将工作液充入放电间隙。通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给，当两电极间的间隙达到一定距离时，两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿，产生火花放电。在放电的微细通道中瞬时集中大量的热能，温度可高达一万摄氏度以上，压力也有急剧变化，从而使这一点工作表面局部微量的金属材料立刻熔化、汽化，并爆炸式地飞溅到工作液中，迅速冷凝，形成固体的金属微粒，被工作液带走。
电火花线切割加工是电火花加工的一种，将工件接入脉冲电源正极，采用钼丝或铜丝作为切割的电极丝，将电极丝接高频脉冲电源负极作为工具电极，利用火花放电对加工零件进行切割。快走丝电火花线切割加工技术是利用高速运动的电极丝对工件进行脉冲火花放电。随着科技的进步，对零件的尺寸精度与表面粗糙度要求越发严格。在电火花线切割加工中，尺寸进度与表面粗糙度与加工电流密切相关，电流越大，单位脉冲的蚀除量越大，尺寸精度与表面粗糙度较差。通过减小加工电流，可以提高工件的尺寸精度和表面粗糙度。但是，电火花线切割的加工效率与加工电流成正相关关系，小的加工电流意味着低加工效率。
在现有技术中，为了兼顾尺寸精度、表面粗糙度、加工效率，在利用电火花线切割技术加工高精度工件时，通常采取的方法为多次切割，先选用较大的电参数进行高效的粗加工，即利用大加工电流快速把工件加工出相应轮廓尺寸；然后选择较小的电参数进行高精度的修整加工(精加工)，利用小加工电流对粗加工得到的轮廓形状进行精密修整；也可以再次利用小的加工电流对工件进行二次修整加工。即一般采取“割一修一”或“割一修二”的加工方式，从而获得高尺寸精度与低表面粗糙度的零件。多次切割技术虽然一定程度上缓和了尺寸精度、表面粗糙度与加工效率之间的矛盾，但是上述加工方式还存在以下不足：
对工件的切割时，多次切割则需要对工件依次进行多次加工，即粗加工与精加工需要分别进行，加工效率会受到限制；且每次加工需要对工件进行重复定位，加工误差大，加工效率进一步变低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种粗、精加工同步进行的电火花线切割装置，该装置能够对工件同步进行粗加工与精加工，不仅确保了高尺寸精度和低表面粗糙度，还大幅提高了加工效率；另外，还避免了对工件进行重复定位所带来的误差，进一步提高了加工精度。
本发明的另一个目的在于提供一种粗、精加工同步进行的电火花线切割方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种粗、精加工同步进行的电火花线切割装置，包括卷丝筒、电极丝以及导轮组件，卷绕在所述卷丝筒上的所述电极丝，经过所述导轮组件，最后回绕至所述卷丝筒；其中，所述导轮组件将所述电极丝分成至少两段相互平行的电极丝段；每段所述电极丝段所通过的电流大小不同。
上述粗、精加工同步进行的电火花线切割装置的工作原理是：
工作时，每段电极丝段对应不同的切割工位，以两段电极丝段为例，通过电流大的电极丝段为粗加工工位，通过电流小的电极丝段为精加工工位；对工件加工时，电流大的电极丝段先对工件进行粗加工，随着工件的进给(或者电极丝的进给)，电流小的电极丝段会跟着进入加工区域，对经过粗加工后的工件进行精加工，随着工件的不断进给，从而实现了对工件同步进行粗加工与精加工。
本发明的一个优选方案，其中，所述电极丝段的数量为两段，通过电流较大的所述电极丝段为粗加工电极丝段，通过电流较小的所述电极丝段为精加工电极丝段。上述结构中，粗加工电极丝段对应的区域为粗加工工位，精加工电极丝段对应的区域为精加工工位；通过设置两段平行的电极丝段，可以实现“割一修一”的加工方式，首先工件会进入粗加工工位中，通过电流较大的电极丝段对工件进行粗加工切割，随着工件的进给，工件上经过粗加工的区域会进入精加工工位中，通过电流较小的电极丝段对工件进行精加工，随着工件的不断进给，会实现对工件同步进行粗、精加工，提高了加工效率。
优选地，所述导轮组件包括四个导轮，分别为第一过丝轮、第一主导轮、第二主导轮以及第二过丝轮，卷绕在所述卷丝筒上的所述电极丝依次经过所述第一过丝轮、所述第一主导轮、所述第二主导轮以及所述第二过丝轮，最后回绕至所述卷丝筒；其中，所述第一过丝轮与第一主导轮之间的电极丝段构成所述粗加工电极丝段；所述第二过丝轮与所述第二主导轮之间的电极丝段构成所述精加工电极丝段。上述结构中，通过设置四个导轮可以将电极丝分成两段平行的电极丝段，从而实现对工件同步进行粗、精加工。
优选地，所述电火花线切割装置还包括电源模块，所述电源模块的正极通过导线与待加工的工件连接，所述电源模块的负极通过导线与所述粗加工电极丝段连接。通过设置电源模块，可以实现对工件的电火花切割加工。
优选地，所述电源模块包括直流电源、三极管、限流电阻以及导电块，所述直流电源的正极通过所述导线与所述工件连接；所述直流电源的负极、所述三极管、所述限流电阻以及所述导电块通过所述导线依次串联，所述导电块与所述粗加工电极丝段连接。上述结构中，直流电源提供电压，电压经过三极管斩波，输出矩形脉冲波形，矩形脉冲波形的负极经过限流电阻，通过导向连接在导电块上，导电块连接在粗加工电极丝段上，脉冲波形的正极通过导线连接到工件，电极丝与工件进行火花放电，从而切割工件。导电块连接在粗加工电极丝段上，粗加工电极丝段与精加工电极丝段之间等效为一个电阻，则粗加工电极丝段的电流较大，精加工电极丝段的电流变小，从而实现粗、精加工同步进行。
优选地，所述电极丝为钼丝、钨丝或者铜丝。
一种粗、精加工同步进行的电火花线切割方法，包括以下步骤：
(1)根据工件的尺寸精度、表面粗糙度要求，确定精加工的修整次数以及修整电流的大小，根据精加工的修整的次数以及修整电流的大小，确定电极丝的走丝路径，从而形成多段相互平行的电极丝段，每段电极丝段所通过的电流大小不同；其中，
其中，通过电流最大的电极丝段为粗加工电极丝段，剩余的电极丝段为精加工电极丝段，所述精加工电极丝段的数量与精加工的修整次数相对应；
(2)粗加工电极丝段接通电源模块的负极；
(3)装夹工件，将工件接通电源模块的正极，并不断将工件靠近粗加工电极丝段至合适的放电间隙；
(4)粗加工电极丝段先对工件进行粗加工切割，工件不断进给，精加工电极丝段会逐渐进入加工区域，对已完成粗加工的表面进行修整精加工；
(5)当所有精加工电极丝段离开加工区域后，加工完成，取下工件，并准备下一个工件的加工。
优选地，通过改变相邻的两个电极丝段之间的电极丝长度，从而调节精加工电极丝段的电流大小。平行的电极丝段之间存在电阻，通过改变相邻的两个电极丝段之间的电极丝长度，使得电阻值变大，从而减小了精加工电极丝段的加工电流。
优选地，在对工件进行加工时，通过调整精加工电极丝段与粗加工电极丝段之间的侧向距离，从而设定精加工中的修整量。具体地，通过灵活调整修整量，可以提高精加工的加工精度。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明中的电火花线切割装置，通过设置电极丝的走丝路径，导轮组件将电极丝分成至少两段相互平行的电极丝段，利用平行电极丝段之间的电阻值，从而增大了精加工的电阻，减小了精加工的加工电流；电流大的电极丝段对工件进行粗加工，电流小的电极丝段对工件进行精加工，随着工件的不断进给，电极丝会对工件同步进行粗加工与精加工；与现有技术相比，本发明中的电火花线切割装置，不仅确保了工件加工的高尺寸精度和低表面粗糙度，还大幅提高了加工效率。
2、本发明中的电火花线切割装置，通过设置相互平行的电极丝段，实现对工件同步进行粗、精加工，避免了对工件进行重复定位所带来的误差，进一步提高了加工精度。
3、本发明中的电火花线切割装置，通过改变相邻两电极丝段之间的电极丝长度，可以灵活调节精加工的电极丝段的电流大小。
附图说明
图1为本发明中的一种粗、精加工同步进行的电火花线切割装置的第一种实施方式的主视图。
图2为本发明中的导轮组件的主视图。
图3为本发明中的粗加工与精加工的结构示意图。
图4为本发明中的电火花线切割装置的等效电路图。
图5为本发明中的电火花线切割装置的左视方向的结构示意图。
图6为本发明中的电火花线切割装置的俯视方向的结构示意图。
图7为本发明中的电火花线切割装置另一种具体实施方式的加工结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
参见图1-图2，本实施例公开了一种粗、精加工同步进行的电火花线切割装置，包括卷丝筒1、电极丝2以及导轮组件3，卷绕在所述卷丝筒1上的所述电极丝2，经过所述导轮组件3，最后回绕至所述卷丝筒1；其中，所述导轮组件3将所述电极丝2分成至少两段相互平行的电极丝段；每段所述电极丝段所通过的电流大小不同。
参见图1-图2，本实施例中的电火花线切割装置，通过设置电极丝2的走丝路径，导轮组件3将电极丝2分成至少两段相互平行的电极丝段，利用平行电极丝段之间的电阻值，从而增大了精加工的电阻，减小了精加工的加工电流；电流大的电极丝段对工件6进行粗加工，电流小的电极丝段对工件6进行精加工，随着工件6的不断进给，电极丝2会对工件6同步进行粗加工与精加工；与现有技术相比，本发明中的电火花线切割装置，不仅确保了工件6加工的高尺寸精度和低表面粗糙度，还大幅提高了加工效率；另外，还避免了对工件6进行重复定位所带来的误差，进一步提高了加工精度。
参见图1-图3，所述电极丝段的数量为两段，通过电流较大的所述电极丝段为粗加工电极丝段2-1，通过电流较小的所述电极丝段为精加工电极丝段2-2。上述结构中，粗加工电极丝段2-1对应的区域为粗加工工位4(粗加工区域)，精加工电极丝段2-2对应的区域为精加工工位5(精加工区域)；通过设置两段平行的电极丝段，可以实现“割一修一”的加工方式，首先工件6会进入粗加工工位4中，通过电流较大的电极丝段对工件6进行粗加工切割，随着工件6的进给，工件6上经过粗加工的区域会进入精加工工位5中，通过电流较小的电极丝段对工件6进行精加工，随着工件6的不断进给，会实现对工件6同步进行粗、精加工，提高了加工效率。
参见图1-图2，所述导轮组件3包括四个导轮，分别为第一过丝轮3-1、第一主导轮3-2、第二主导轮3-3以及第二过丝轮3-4，卷绕在所述卷丝筒1上的所述电极丝2依次经过所述第一过丝轮3-1、所述第一主导轮3-2、所述第二主导轮3-3以及所述第二过丝轮3-4，最后回绕至所述卷丝筒1；其中，所述第一过丝轮3-1与第一主导轮3-2之间的电极丝段构成所述粗加工电极丝段2-1；所述第二过丝轮3-4与所述第二主导轮3-3之间的电极丝段构成所述精加工电极丝段2-2。上述结构中，通过设置四个导轮可以将电极丝2分成两段平行的电极丝段，从而实现对工件6同步进行粗、精加工。
参见图1，所述电火花线切割装置还包括电源模块7，所述电源模块7的正极通过导线7-1与待加工的工件6连接，所述电源模块7的负极通过导线7-1与所述粗加工电极丝段2-1连接。通过设置电源模块7，可以实现对工件6的电火花切割加工。
参见图1和图4，所述电源模块7包括直流电源Uab、三极管Q、限流电阻R1以及导电块7-2，所述直流电源Uab的正极通过所述导线7-1与所述工件6连接；所述直流电源Uab的负极、所述三极管Q、所述限流电阻R1以及所述导电块7-2通过所述导线7-1依次串联，所述导电块7-2与所述粗加工电极丝段2-1连接。上述结构中，直流电源Uab提供电压，电压经过三极管Q斩波，输出矩形脉冲波形，矩形脉冲波形的负极经过限流电阻R1，通过导向连接在导电块7-2上，导电块7-2连接在粗加工电极丝段2-1上，脉冲波形的正极通过导线7-1连接到工件6，电极丝2与工件6进行火花放电，从而切割工件6。导电块7-2连接在粗加工电极丝段2-1上，粗加工电极丝段2-1与精加工电极丝段2-2之间等效为一个电阻R2，则粗加工电极丝段2-1的电流较大，精加工电极丝段2-2的电流变小，从而实现粗、精加工同步进行。
本实施例中的粗加工电极丝段2-1为靠近直流电源Uab一端负极一端的电极丝段，精加工电极丝段2-2为远离直流电源Uab一端负极一端的电极丝段。
参见图1和图4，本实施例中电火花线切割装置，通过改变粗加工电极丝段2-1与精加工电极丝段2-2之间的电极丝2长度，可以灵活调节精加工电极丝段2-2的电流大小；其中，粗加工电极丝段2-1与精加工电极丝段2-2之间的阻值等效为电阻R2；所述电极丝2为钼丝、钨丝或者铜丝；其中，本实施例中的电极丝2为钼丝。通过测量，直径为长度为1m的钼丝阻值约为3.5Ω；本实施例中的粗加工电极丝段2-1与精加工电极丝段2-2之间电极丝2长度为1m，直径/>的钼丝；其中，所述限流电阻R1＝3.5Ω，直流电源Uab＝80V，忽略导线7-1阻值与三极管Q导通压降；导电块7-2连接在粗加工电极丝段2-1上，在火花放电时，粗加工电流流经路径为a→d→c→b，精加工电流流经路径为a→e→d→c→b；因此，精加工电极丝段2-2的电流需要流经限流电阻R1与电极丝2的电阻R2。粗加工的总限流电阻为R1＝3.5Ω，精加工的总限流电阻为R1+R2＝7Ω。在线切割进行火花放电时，一般认为两极电压为一个相对恒定值，约20～25V，假设火花放电后两极电压为20V，其余电压(Uab-20＝60V)全部加载在总限流电阻上。由欧姆定律可知，放电电流值与总限流电阻成反比例关系，此时精加工的放电电流为粗加工的1/2。如果需要更小的精加工电流，只需适当增加粗加工区域与精加工区域之间电极丝2的长度即可。
参见图1-图2，上述粗、精加工同步进行的电火花线切割装置的工作原理是：
工作时，每段电极丝段对应不同的切割工位，以两段电极丝段为例，通过电流大的电极丝段为粗加工工位4，通过电流小的电极丝段为精加工工位5；对工件6加工时，电流大的电极丝段先对工件6进行粗加工，随着工件6的进给(或者电极丝2的进给)，电流小的电极丝段会跟着进入加工区域，对经过粗加工后的工件6进行精加工，随着工件6的不断进给，从而实现了对工件6同步进行粗加工与精加工。
参见图1-图4，本实施例还公开了一种粗、精加工同步进行的电火花线切割方法，包括以下步骤：
(1)根据工件6的尺寸精度、表面粗糙度要求，确定精加工的修整次数以及修整电流的大小，根据精加工的修整的次数以及修整电流的大小，确定电极丝2的走丝路径，从而形成多段相互平行的电极丝段，每段电极丝段所通过的电流大小不同；其中，
其中，通过电流最大的电极丝段为粗加工电极丝段2-1，剩余的电极丝段为精加工电极丝段2-2，所述精加工电极丝段2-2的数量与精加工的修整次数相对应；
(2)粗加工电极丝段2-1接通电源模块7的负极；
(3)装夹工件6，将工件6接通电源模块7的正极，并不断将工件6靠近粗加工电极丝段2-1至合适的放电间隙；
(4)粗加工电极丝段2-1先对工件6进行粗加工切割，工件6不断进给，精加工电极丝段2-2会逐渐进入加工区域，对已完成粗加工的表面进行修整精加工；
(5)当所有精加工电极丝段2-2离开加工区域后，加工完成，取下工件6，并准备下一个工件6的加工。
参见图1和图2，通过改变相邻的两个电极丝段之间的电极丝2长度，从而调节精加工电极丝段2-2的电流大小。平行的电极丝段之间存在电阻，通过改变相邻的两个电极丝段之间的电极丝2长度，使得电阻值变大，从而减小了精加工电极丝段2-2的加工电流。
参见图5-图6，在对工件6进行加工时，通过调整精加工电极丝段2-2与粗加工电极丝段2-1之间的侧向距离，从而设定精加工中的修整量ΔL。具体地，通过灵活调整修整量ΔL，可以提高精加工的加工精度。精加工电极丝段2-2与粗加工电极丝段2-1之间的侧向距离也为修整量ΔL，即在与工件6切割方向相互垂直的方向上(电极丝段投影在工件6的切割面的方向)，精加工电极丝段2-2与粗加工电极丝段2-1之间的距离。在加工过程中，通过改变修整量ΔL，可以调节精加工中工件6表面的蚀除量，增加工件6表面的均匀一致性。
实施例2
本实施例中的其它具体结构与实施例1相同，不同之处在于，所述电极丝段的数量为三段以及其它数量，当数量为三段时，其中，通过电流最大的所述电极丝段为粗加工电极丝段2-1，剩余通过电流较小的两段电极丝段为精加工电极丝段2-2，通过电流越小，加工精度越高；电极丝段越远离直流电源的负极Uab，通过电流越小。采用上述结构，可以实现“割一修二”的加工方式，第二次精加工电流也会小于第一次精加工的电流，加工电流大小与平行的电极丝段之间的电极丝2长度(阻值)有关。
实施例3
参见图7，本实施例中的其它具体结构与实施例1相同，不同之处在于，所述导轮组件3还包括导丝轮3-5，所述卷绕在所述卷丝筒1上的所述电极丝2依次经过所述第一过丝轮3-1、所述第一主导轮3-2、所述导丝轮3-5、所述第二主导轮3-3以及所述第二过丝轮3-4，最后回绕至所述卷丝筒1；通过设置导丝轮3-5，可以保证平行的电极丝段之间的电极丝2具有足够的长度；同时可以使得导轮组件3变得更加紧凑。
实施例4
本实施例中的其它具体结构与实施例1相同，不同之处在于，所述粗加工电极丝段2-1与精加工电极丝段2-2之间可以接入一个定值电阻，从而改变精加工电极丝段2-2的电流大小。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种粗、精加工同步进行的电火花线切割装置，其特征在于，包括卷丝筒、电极丝以及导轮组件，卷绕在所述卷丝筒上的所述电极丝，经过所述导轮组件，最后回绕至所述卷丝筒；其中，所述导轮组件将所述电极丝分成至少两段相互平行的电极丝段；每段所述电极丝段所通过的电流大小不同；
通过电流最大的电极丝段为粗加工电极丝段，剩余的电极丝段为精加工电极丝段；
所述电火花线切割装置还包括电源模块，所述电源模块的正极通过导线与待加工的工件连接，所述电源模块的负极通过导线与所述粗加工电极丝段连接；
对工件加工时，粗加工电极丝段先对工件进行粗加工切割，工件不断进给，精加工电极丝段会逐渐进入加工区域，对已完成粗加工的表面进行修整精加工；
粗加工电极丝段与精加工电极丝段之间等效为一个电阻，通过改变相邻的两个电极丝段之间的电极丝长度，从而调节精加工电极丝段的电流大小；或者所述粗加工电极丝段与精加工电极丝段之间接入一个定值电阻，从而改变精加工电极丝段的电流大小。
2.根据权利要求1所述的一种粗、精加工同步进行的电火花线切割装置，其特征在于，所述导轮组件包括四个导轮，分别为第一过丝轮、第一主导轮、第二主导轮以及第二过丝轮，卷绕在所述卷丝筒上的所述电极丝依次经过所述第一过丝轮、所述第一主导轮、所述第二主导轮以及所述第二过丝轮，最后回绕至所述卷丝筒；其中，所述第一过丝轮与第一主导轮之间的电极丝段构成所述粗加工电极丝段；所述第二过丝轮与所述第二主导轮之间的电极丝段构成所述精加工电极丝段。
3.根据权利要求2所述的一种粗、精加工同步进行的电火花线切割装置，其特征在于，所述电源模块包括直流电源、三极管、限流电阻以及导电块，所述直流电源的正极通过所述导线与所述工件连接；所述直流电源的负极、所述三极管、所述限流电阻以及所述导电块通过所述导线依次串联，所述导电块与所述粗加工电极丝段连接。
4.根据权利要求1所述的一种粗、精加工同步进行的电火花线切割装置，其特征在于，所述电极丝为钼丝、钨丝或者铜丝。
5.一种粗、精加工同步进行的电火花线切割方法，其特征在于，利用如权利要求1-4任一项所述的电火花线切割装置，包括以下步骤：
（1）根据工件的尺寸精度、表面粗糙度要求，确定精加工的修整次数以及修整电流的大小，根据精加工的修整的次数以及修整电流的大小，确定电极丝的走丝路径，从而形成至少两段相互平行的电极丝段，每段电极丝段所通过的电流大小不同；其中，
通过电流最大的电极丝段为粗加工电极丝段，剩余的电极丝段为精加工电极丝段，所述精加工电极丝段的数量与精加工的修整次数相对应；
（2）粗加工电极丝段接通电源模块的负极；
（3）装夹工件，将工件接通电源模块的正极，并不断将工件靠近粗加工电极丝段至合适的放电间隙；
（4）粗加工电极丝段先对工件进行粗加工切割，工件不断进给，精加工电极丝段会逐渐进入加工区域，对已完成粗加工的表面进行修整精加工；
（5）当所有精加工电极丝段离开加工区域后，加工完成，取下工件，并准备下一个工件的加工。
6.根据权利要求5所述的一种粗、精加工同步进行的电火花线切割方法，其特征在于，在对工件进行加工时，通过调整精加工电极丝段与粗加工电极丝段之间的侧向距离，从而设定精加工中的修整量。
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