CN200960574Y - 一种往复与单向复合走丝线切割放电加工机床 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种往复与单向复合走丝线切割放电加工机床，包括互相独立且不同时使用的往复走丝机构和单向走丝机构两套走丝机构，其特征是：两套走丝机构具有一对公用的导向器或具有通过工作台坐标的移动来实现两走丝轨迹在放电加工区重合的各自的上、下导向器，两组导向器相隔固定的距离；两套走丝机构分别配有两套独立并可切换的工作液装置。它利用往复走丝线切割加工适用于高效率粗加工的特点，首先使用往复走丝系统进行以切入工件为主要目的的粗切割加工，然后利用单向走丝线切割加工能稳定地实现多次精切割的特点，改使用单向走丝方法来完成对工件的多次切割精加工，将两类线切割放电加工机床的优点结合起来，避开了各自的缺点。

Description

一种往复与单向复合走丝线切割放电加工机床

技术领域

本实用新型涉及线切割放电加工机床，特别是一种采用往复走丝方式进行工件的粗切割加工，其后用单向走丝方式完成对工件多次精切割加工的往复与单向复合走丝线切割放电加工机床。

背景技术

电火花线切割放电加工是金属模具和特种材料的主要加工手段。此类机床按走丝方式的不同，分为往复走丝电火花线切割机床和单向走丝电火花线割机床两大类。

我国自六十年代初步设计出往复走丝电火花线切割机床，经多次改进，目前年产量约5万台左右。其特点为往复高速走丝，走丝速度达6～12m/sec。电极丝材料采用耐高温金属钼丝，加工中钼丝采用反复循环往复使用方式。由于电极丝往复使用，频繁的放电加工在钼丝表面留下无数微小的电蚀坑穴。在高速走丝状态下，这些电蚀坑穴把工作液以同样6～12m/sec的高速带入放电间隙的火花放电区域，将放电传给钼丝的热量和放电产生的电蚀物带走，实现高效率切割加工。为此，此类机床对工作液压力和上下喷嘴咀对工件的距离均无严格要求，仅保证在放电间隙的两端有充足的工作液即可。从而大大简化了工作液系统和机床与此相适应刚性、结构和高频脉冲电源的复杂程度。此类机床的优点是结构简单，机床制造和使用成本低廉，能实现大厚度工件和大锥度形状的切割加工。但往复走丝也带来了它的一些固有缺点，由于采用高速旋转的导轮作为电极丝的定位元件和丝速高，在放电加工区电极丝振动大。在空运转状态下，实测振幅大于0.01mm。电极丝的振动中心还随着储丝筒的移动产生位置漂移，在空运转状态下，实测漂移量为0.01～0.02mm。从而造成此类机床放电状态极不稳定，频繁发生空载和短路现象，切割工件的几何精度低，切割表面粗糙，常出现“短路镶线”的瑕疵，并有往复走丝所特有的周期起伏状的条纹，无法稳定地实现中，高精度模具的切割加工，往复走丝型电火花线切割机床仅我国大量生产。目前此类机床的最大切割效率可达150～200mm²/min，切割工件的最大厚度达800～1000mm，切割工件的几何精度在0.015mm以上，最佳表面粗糙度为Ra1.25～2.5um。

在我国研发往复走丝电火花线切割机的同一年代，瑞士，日本等国家开始研制单向走丝电火花线切割机床。其特点为单向低速走丝，运丝速度为0.02～0.3mm/sec，电极丝材料主要选用黄铜丝或镀锌黄铜丝，电极丝一次性使用。由于走丝速度低，又单向走丝，对丝张力可实现闭环控制，并采用固定导向器作为电极丝在放电区的定位元件，在放电加工区电极丝运动稳定，振动幅值极小，漂移也极小。在空运转条件下，用非接触方法测得丝的振幅与漂移合计在1～2um左右。此外，电极丝是一次性使用的，进入加工区时，电极丝直径恒定，表面光滑，又在离子浓度很低经过滤的水质工作液中进行火花放电，放电条件稳定。在这样条件下，采用多次切割工艺后，能保证稳定地获得最佳的加工几何精度和最低的表面粗糙度。近年来，国外研制出了类似交流电解方式的交变电压脉冲电源，能实现无电解切割放电加工，可抑制硬质合金和模具钢中粘接剂钴元素的溶出，使切割模具表面金相组织结构基本不变，模具使用寿命长。但单向走丝也有其不足的地方：在进行高效率切开工件的第一次切割时，此类机床主要依靠向放电间隙喷射高压去离子水来冷却电极丝和去除放电产生的电蚀物。要求上下喷咀与工件的距离在0.05mm左右，以保证向间隙喷水的压力。切割工件越厚，冲液压力要求越高，一般第一次切割时，工作液压力要求到1.6Mpa以上。在切割上下平面不平行的工件和切割较厚工件时，第一次切割效率就较低。此类机床和工作液系统结构复杂，制造成本和用户使用成本都较往复走丝电火花线切割机床要高许多。

在进行以提高切割加工精度和降低切割表面粗糙度为目的多次切割时，因为在开放式的放电间隙中进行单边放电加工，电极丝的冷却和电蚀物的排出都较容易。同时为了要降低冲液压力可能造成电极丝振动，要求冲液压力较低，上下喷咀与工件间无严格的距离要求。这样的冲液条件与往复走丝电火花线切割装置相似。

目前此类机床加工几何精度可达到了3～5um，表面粗糙度Ra0.2～0.5um，表面无切割条纹切割工件厚度一般在100mm以下，切割锥度常在3°以下。在使用国产黄铜丝的条件下，第一次切割效率通常为80～150mm²/mm，以后多次切割效率大于200mm²/min。机床的售价是高速运丝同规格机床的20～100倍。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有两类走丝机床的不足，提供一种往复与单向复合走丝的线切割放电加工机床。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种往复与单向复合走丝线切割放电加工机床，包括互相独立且不同时使用的往复走丝机构和单向走丝机构两套走丝机构，其特征是：所述的往复走丝机构根据钼丝经过的部件依次包括储丝筒、第一上换向轮、高度可调的上导向器组件、固定的下导向器组件、第三下换向轮、第一下换向轮，所述的上导向器组件包括第三上换向轮、上高速走丝进电块、上导向器，所述的下导向器组件包括下高速走丝进电块、下导向器，所述的储丝筒位于立柱的后部，第一上换向轮固定在立柱的上部，上导向器组件固定在可升降的Z轴端部的U-V拖板上，第一下换向轮固定在立柱的下部，第三下换向轮和下导向器组件固定在下丝臂前端部上；所述的单向走丝机构根据黄铜电极丝经过的部件依次包括黄铜丝筒、长筒、重力稳丝机构、压轮、装有磁粉制动器的聚氨脂轮、高度可调节的上导向器组件、固定的下导向器组件、主动收丝轮、被动收丝轮、废丝收集装置，所述的上导向器组件包括上给电板、上导向器，所述的下导向器组件包括下给电板、下导向器，所述的黄铜丝筒、长筒、重力稳丝机构、压轮、聚氨脂轮固定在立柱的上横臂上，主动收丝轮、被动收丝轮、废丝收集装置固定在立柱的下部；所述的两套走丝机构或具有一对公用的上导向器和下导向器；或具有通过工作台坐标的移动来实现两走丝轨迹在放电加工区重合的两套走丝机构各自的上导向器和下导向器，两组导向器相隔固定的距离；两套走丝机构分别配有两套独立的工作液装置，所述的往复走丝机构配有由皂化液泵、皂化液电磁阀、工作液槽、回流电动阀、皂化液水箱组成的水基工作液或皂化液工作液装置，皂化液水箱通过管道连接皂化液泵，皂化液泵通过皂化液电磁阀连接上喷咀和下喷咀；所述的单向走丝机构配有由去离子水箱、去离子水泵、去离子水电磁阀、上喷咀和下喷咀、工作液槽、回流电动阀、去离子水回流与排出切换电动阀组成的单向走丝机构工作液供给装置；在所述的去离子水箱内装有上浮子开关、下浮子开关、离子浓度检测器、过滤及去离子水循环泵、压力表、过滤器、去离子水循环控制电磁阀、离子交换器组成的去离子水过滤和水质净化装置；去离子水箱通过管道连接去离子水泵，去离子水泵通过去离子水电磁阀连接上喷咀和下喷咀，离子交换器通过去离子水循环控制电磁阀、过滤及去离子水循环泵连接到去离子水箱，上喷咀和下喷咀下面的工作液槽通过切换两种工作液装置的回流电动阀一路连接皂化液水箱，另一路通过去离子水回流与排出切换电动阀连接到去离子水箱。

为优化上述技术方案，本实用新型所采取的的技术方案还包括：

所述的往复走丝机构还包括封闭回路钼丝长度变化和放电加工中钼丝伸长的补偿装置，所述的钼丝长度变化的补偿装置由互成90°角度的储丝筒上拖板和储丝筒下拖板，及由计算机控制的步进电机经联轴节带动丝杆及丝杆螺母而驱动的上拖板构成。

所述的上导向器和下导向器为拼合式V形导向器，它包括两块超硬材料制造的导向块及其夹在两块导向块之间的一层薄软的材料片，两块导向块形成V形导向工作面。

所述的废丝收集装置由排丝轮和集废丝轮组成，按走丝方向，排丝轮安装在主动收丝轮和被动收丝轮之后，集废丝轮安装在排丝轮之后，排丝轮的前后移动速度与集废丝轮同步。

所述的废丝收集装置由剪丝器和集废丝箱组成，按走丝方向，剪丝器安装在主动收丝轮和被动收丝轮之后，集废丝箱安装在剪丝器的下方。

所述的上导向器和下导向器为孔状导向器。

所述的上导向器组件固定在可升降的Z轴端部上，所述的U-V拖板固定在立柱和上横臂之间。

所述的立柱为L形立柱，所述的U-V拖板固定在L形立柱的前部，所述的黄铜丝筒、长筒、重力稳丝机构、压轮、聚氨脂轮固定在U-V拖板前部箱体的面板上，聚氨脂轮位于上导向器组件的正上方。

所述的皂化液水箱中间有一道矮隔板将皂化液水箱分隔为皂化液脏水槽和经沉淀后的皂化液干净水槽，所述的去离子水箱中有一道高隔板把去离子水箱分隔为经过滤的去离子水槽和去离子脏水槽，所述的去离子水箱中的高隔板上方有一个允许去离子水槽内的去离子水返回去离子脏水槽的凹口。

本实用新型对比现有技术有如下优点：

1、利用往复走丝线切割加工时，对放电加工区冲液要求低，机床结构和高频脉冲电源简单，制造成本低，可实现大厚度，大锥度切割加工，特别适用于高效率粗加工的特点，在对现有往复走丝线切割机进行适当改进后，首先使用往复走丝系统进行以切入工件为主要目的的粗切割加工。然后利用单向走丝线切割加工的放电条件稳定，加工精度高，切割表面粗糙度和波纹度低和其走丝振幅小能稳定地实现多次精切割的特点，在其后的多次切割时，改使用单向走丝方法来完成对工件的多次切割精加工。将上述的两类线切割放电加工机床的优点结合起来，避开了各自的缺点。除此之外，由于往复走丝系统采用耐高温材料钼丝，加工中可反复循环使用；而本实用新型的单向走丝系统仅用于中、精加工，可使用比普通单向走丝线切割机床更细的电极丝，从而可降低用户的使用成本，提高机床的性能价格比。

2、不采用导轮作为电极丝的定位元件，而是采用固定的V形导向器或孔状导向器作为电极丝的导向定位元件，其定位精度和精度的稳定性远胜于导轮。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的结构示意图；

图2是本实用新型实施例2的结构示意图；

图3是本实用新型实施例1及实施例2在切割锥度小于3°时使用的拼合式导向器的结构示意图；

图4是图3的A-A剖面示意图；

图5是本实用新型实施例3的结构示意图；

图6是图5的A向结构示意图；

图7是图5的B向结构示意图；

图8是本实用新型实施例4的结构示意图；

图9是图8的A向结构示意图；

图10是图8的B向结构示意图；

图11是本实用新型工作液机构的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述。

本实用新型复合走丝系统包含了往复走丝和单向走丝两个走丝机构，两套走丝机构不同时使用，有不同的运丝途径。在进入放电加工区域时，或两根电极丝都先后经过一对公用导向器，或两套走丝机构有各自的导向器，其安装坐标位置不同，通过工作台的坐标移动使二个不同走丝机构的走丝轨迹在放电加工区进行重合，来分别完成对同一工件的粗、精两道工序的切割加工。

对于切割锥度小于等于3°的工件时，两套走丝机构合用的导向器采用开式V形导向器。

为了解决往复走丝时表面粗糙的钼丝对导向器磨损大，和单向走丝要求较高的导向精度之间的矛盾。对于切割锥度小于等于3°的工件时，采用开式V形导向器，导向器采用高硬度的宝石或聚晶金刚石制造。V形导向器采用具有磨损自动导向中心的拼装结构。往复走丝时，由于钼丝主要接触导向器直壁部分，接触面积大，并且钼丝进、出导向器的角度较小，钼丝由丝张力造成对导向器的压力较小，以延长导向器的使用寿命。另外，钼丝对上下导向器的磨损，首先集中在钼丝进、出导向器的部份，而对最终影响导向器精度，靠近放电间隙的一端磨损量相对要小些。单向走丝时，电极丝接触导向器的全部工作区，电极丝与导向器贴合紧密，导向精度提高。在将脉冲电源的负极导入电极丝的方式上，采用双进电块方案。往复与单向走丝有各自的进电装置。由于往复走丝时，钼丝对进电块的磨损大，其进电块材料选用耐磨性能较好的硬质合金。单向走丝由于一次性使用，电极丝表面光滑，对进电块磨损较小，但要求接触可靠，避免接触区产生二次火花放电而电蚀进电块，进电块材料选用扁平状钨钢材料制作。复合运丝采用不同进电块的另外二个优点：其一，防止往复走丝所配置的专用智能高频脉冲电源与单向走丝所配置的无电解高频脉冲电源之间产生干涉，简化两种脉冲电源的功率放大电路；其二，减少放电回路的分布电容、电感，可获得比传统单向走丝电火花线切割机床更低的切割表面粗糙度。

对于能包容切割形状锥度大于3°的复合走丝线切割装置，要采用孔状导向器。由于两种走丝机构使用的电极丝直径不同，要各自分别选用孔径与电极丝直径相配的孔状导向器。往复走丝机构选用的孔状导向器的导向部件采用宝石、钻石或聚晶金刚石材料制作，其孔径与钼丝直径的配合间隙宜大一些。单向走丝机构选用由天然金刚石或钻石材料制作的孔状导向器，其孔径与黄铜丝的配合间隙在0.005～0.010mm之间，以保证多次精切割加工的精度和获得最佳工件表面粗糙度。

在往复走丝电火花线切割放电加工中，为了提高切割效率，减少放电加工区电极丝振动，须要采用皂化或水基工作液。单向走丝电火花线切割放电加工中，为了提高放电加工的稳定性，一致性，改善加工工件在纵剖面内直线性和降低电解对工件表面金相组织结构的破坏，采用去离子水为工作液。在加工中还需对水离子浓度进行监测，用去离子树脂动态控制水离子浓度和过滤的水质保证装置。本实用新型中，同时有上述的两套工作液装置。往复走丝电火花切割加工时，选用皂化液或水基线切割机专用工作液；在单向运丝时，改用去离子水工作液。加工中，在更换不同走丝机构的同时，切换不同的工作液。

实施例1：

参照图1，图1所示的是对于切割形状锥度小于等于3°的工件时的情况。往复走丝机构由包括储丝筒拖板25的储丝筒1、换向轮、第三下换向轮302，包括第三上换向轮301、上高速走丝进电块501和上导向器601的高度可调的上导向器组件4、包括下高速走丝进电块502和下导向器602的固定的下导向器组件7等主要部件组成。作为电极丝使用的钼丝18均匀地平绕在储丝筒1表面，匝间的间距大于钼丝18的直径，以防叠丝，钼丝18的二线头，分别固定在储丝筒1近端部的圆周上。为了储丝筒1高速旋转时的稳定性，须对储丝筒1连同固定钼丝18的的两只镙钉一起进行动平衡试验进行校正。储丝筒1的轴经弹性联轴节直接与储丝筒电机轴连接，储丝筒1与电机轴一起作高速旋转，以使储丝筒1表面达到6～12m/sec的线速度，从而使绕在储丝筒1圆周上的钼丝18能以此高的速度进出放电加工区，实现高速走丝切割加工。电机轴还经一组或几组减速装置连接到储丝筒拖板25下方的丝杆36，使储丝筒电机轴旋转的同时，同步驱动丝杆转动。由于丝杆上的螺母是固定在机床床身27上，从而使丝杆旋转后带动装有储丝筒1的拖板25一起移动，移动速度同步于储丝筒1的转速。根据前述的储丝筒1表面相邻匝间距离和丝杆的螺距要求，计算出减速装置的减速比。

在给储丝筒1表面绕上钼丝18后，从许多钼丝圈中引出一个半圈钼丝，经第一上换向轮201、第三上换向轮301、第二上换向轮203、上进电块501、上导向器601，再经过放电加工区、下导向器602、下进电块502、第二下换向轮204、第三下换向轮302、第一下换向轮202返还到储丝筒1表面的钼丝绕组中，完成高速走丝的一次运丝周期。这样，在储丝筒1以圆周线速度6～12m/sec旋转时，钼丝18也以此速度，源源不断的高速通过与工件组成的放电间隙，除了靠近储丝筒两端少量钼丝之外的整根钼丝先后参加线电极放电加工过程。当储丝筒1上参加放电加工的钼丝18移动到接近绕组的一个终端附近时，拖板触发行程控制元件26，使储丝筒电机反向旋转，钼丝18就换一个方向高速运动，从另一个方向通过放电加工间隙，再还到储丝筒1上钼丝绕组内。到储丝筒1移动到另一端的终点附近时，拖板25又触动装在另一端的行程控制元件26，储丝筒电机再次反向旋转。如此周而复始，完成往复走丝全过程。

在完成对工件的粗切割加工后，切断往复走丝的高频脉冲电源，将储丝筒1移动到钼丝18绕组的一个终点附近后，改用手动旋转储丝筒1，把钼丝18抽离放电加工区，将钼丝18此终点固定在储丝筒1端部螺钉上，从而完成往复走丝切割粗加工工序。

单向走丝机构由黄铜丝筒8、长筒9、换向轮、重力稳丝机构10、压轮11、装有磁粉制动器的聚氨脂轮12、内装上导向器601、第三换向轮207和上钨钢给电板131的高度可调节的上导向器组件4、内装下导向器602、第四换向轮208和下钨钢给电板132的固定的下导向器组件7、主动收丝轮15、被动收丝轮14、排丝器16和集废丝筒17等零部件组成。

单向走丝穿丝工作：将黄铜电极丝19从丝筒8上抽出，经长筒9、第一换向轮205，通过重力稳丝机构10、第二换向轮206，抬起三只压轮11，将黄铜电极丝19绕过装有磁粉制动器的聚氨脂轮12的表面进入高度可调上导向器组件4的第三换向轮207和上钨钢给电板131，经上导向器601，穿过由往复走丝线切割放电已在工件22上切割出的沟槽，再经固定的下导向器组件器7中的下导向器602、下钨钢给电板132、第四换向轮208，第五换向轮209，第六换向轮210，送入由主动收丝轮15和被动收丝轮14组成的收丝装置。从收丝装置出来的黄铜电极丝19绕过第七换向轮211、排丝轮16，将黄铜电极丝19的端部穿过集废丝筒17在最里圈侧面的小孔，把黄铜电极丝19整齐地放在集废丝筒17上绕上几圈，压住电极丝线头，即完成了单向走丝穿丝过程。

黄铜丝筒8装一个轴上，外用圆螺母固定。此轴经联轴器与一只可逆电机连接。在放电加工中，或因其它原因造成在放电加工区断丝时，装有磁粉制动器的聚氨脂轮12立即停止转动。黄铜丝筒8由于惯性将断续转动，此时重力稳丝机构10横臂梁向下旋转，重力稳丝机构10上的传感器检测此情况后，经由电子控制电路使连接在黄铜丝筒8的可逆电机反向旋转，避免具有弹性的黄铜电极丝19不至从黄铜丝筒8上乱掉或外溢。重力稳丝装置10的另一个用处是，可缓解由于黄铜丝筒8上黄铜电极丝19绕制时产生的叠压丝造成电极丝抖动。一旦出现从黄铜丝筒8上正在抽出的黄铜电极丝19给其下层绕组压住时，重力稳丝机构10的横臂向上旋转。在起缓冲作用的同时，其传感器检测的情况后，电子控制电路控制可逆电机正向旋转，帮助解除叠压丝的现象。实际黄铜电极丝19的张力等于磁粉制动器产生的阻力和重力稳丝机构10的重力之和。

三只紧压在聚氨脂轮12表面的压轮11的作用是使黄铜电极丝19紧贴装有磁粉制动器的聚氨脂轮12的表面，增加黄铜电极丝19与聚氨脂轮12表面的磨擦力，防止黄铜电极丝19与聚氨脂轮12之间打滑而发生黄铜电极丝19张力的波动，造成间隙放电区黄铜电极丝19产生纵、横方向的振动，从而造成切割表面质量下降。三只压轮11之间的夹角为120°，以使三只压轮11对聚氨脂轮12轴压力的合力为零，以提高聚氨脂轮12轴承的寿命。

如上述的原因，单向走丝机构专用高频脉冲电源的负极性脉冲电压是经低速走丝专用钨钢给电板接入黄铜电极丝19上的。长条状钨钢给电板表面光滑如镜，在一个位置磨损后可以轴向移动，或换工作面，换一个接触条线，以保证黄铜电极丝19与其接触可靠。钨钢给电板可上下两面多次更换位置使用。为了提高单向走丝时，黄铜电极丝19的导向精度，黄铜电极丝19是经过导向器全部工作面。由于黄铜电极丝19是一次性使用的，表面光滑并且黄铜丝硬度较钼丝低，对宝石或聚晶金刚石组成的导向器磨损极微。另外导向器对床身27和线架绝缘，工作时不会发生电蚀现象。在导向器实际使用中，高速运动的钼丝18造成导向器导向面的磨损集中在导向器工作面的中部，即钼丝18与导向器接触的出入口处，对导向器靠近放电加工区的定位部份磨损相对较小，从而从导向器设计结构上延长了导向器的使用寿命。一旦靠近放电加工区一端的导向器定位工作面磨损严重时，就需更换导向器了。

主动收丝轮15和被动收丝轮14的材料采用钨钢轮(对轴绝缘)，或采用陶瓷刀具材料组成，以保证长时间夹压加工后的黄铜电极丝19不在轮表面产生沟槽。主动收丝轮15和被动收丝轮14间采用齿片啮合。以防止黄铜电极丝19在两轮间打滑。主动收丝轮15由带减速箱的电机驱动，黄铜电极丝19的移动速度由此电机转速决定。电机带有测速装置，对其旋转速度进行闭环控制，以保证电极丝恒速移动。

排丝轮16的作用是使废丝能均匀整齐排列在集废丝轮17上，由于排在集废丝轮17上每一圈废丝的周长由其直径来决定的，随着集废丝轮17上排列废丝的增加，其每层直径也不断地增加，由于电极丝是匀速运动，集废丝轮17的转速随着废丝量的增加其转速不断减慢，为此排丝轮16前后移动的速度是与集废丝轮17的转速同步的。

在整机的布局上，往复走丝机构的储丝筒1及其电机、丝杆和拖板25等部件装在立柱23的后部。第一上换向轮201固定在立柱23上，在上横臂20的下方，第一下换向轮202固定安装在立柱23上，与第三下换向轮302在同一个水平线上。上横臂20上装有单向走丝机构的黄铜丝筒8、长筒9、第一换向轮205、第二换向轮206、重力稳丝机构10、三只压轮11和磁粉制动器和聚氨脂轮12等部件。为了适应切割不同厚度的工件，在上横臂20的前部装有垂直运动的Z轴导轨。Z轴导轨的下端部装有封闭的U-V拖板，以实现工件锥度切割。在U-V拖板上装有上导向器组件4。它内部装有用于往复走丝使用的第三上换向轮301、第二上换向轮203、上进电块501，还装有单向走丝的第三换向轮207和上给电板131，以及两机构公用的上导向器601。在放电加工区的下方，设计下丝臂24，它固定在立柱23的下方。下导向器组件7装在下丝臂24的前端部。下导向器组件7和上导向器组件4一样装有二个机构的换向轮和进电块，即第二下换向轮204、下进电块502，还装有单向走丝的第四换向轮208和下给电板132，以及两机构合用的下导向器602。在下丝臂24上还装有第五换向轮209，第六换向轮210和第三下换向轮302。在立柱23上装有主动收丝轮15、被动收丝轮14、第七换向轮211、排丝轮16和集废丝轮17等零部件。

为了减少切换工作液系统的时间，尽量减少往复走丝使用的皂化液或水基工作液混入去离子水，延长去离子树脂的使用寿命，机床的工作液槽底部衬有不锈钢薄板，并且中凹，在最低处设置排液口和两工作液回水切换装置。每次切割加工时，先使用往复走丝机构的皂化液或水基工作液。在切换成去离子水工作液时，延时去离子水回排时间，先冲稀往复走丝机构残留在机床上的工作液，排出机床，再启动单向走丝机构进行多次切割精切割加工。

实施例2：

参照图2，与实施例1相比，实施例2仅在处理废丝的方式不同。从主动收丝轮15、被动收丝轮14排出的废丝，经剪丝器161把废丝剪成小段状，掉入下方的集废丝箱171内。此方案的优点可减少单向走丝机构电极线的分布电容，对进一步减小切割表面的粗糙度有利。

由于废丝表面往往残留有硬度较高的放电电蚀工件细粒，剪丝器刀具采用陶瓷刀具材料制成以提高其使用寿命。

参照图3和图4，为切割锥度小于等于3°使用的拼合式V形导向器。导向器两侧夹极61中间为两片由超硬材料制造的导向块62。它由红、兰人造宝石或聚晶金刚石片状材料制造，用激光切割成形。每片导向块的工作面呈45°左右角度的斜面。夹在两片导向块62之间的是厚度为0.02mm～0.04mm的软材料薄紫铜材料片63。这样结构的导向器在使用中有磨损自导向中心的功能。整个导向器用细定位销和粘结剂固定。

实施例3：

参照图5、图6和图7，它可实现切割形状锥度大于3°工件的加工。在本实施例中，往复走丝与单向走丝两个机构有各自不同的走丝途径，有各自不同的进电块、孔状导向器、工作液系统和高频脉冲电源。其特点为两组导向器之间有一个精确的绝对座标位置差L，通过移动两走丝机构的绝对座标位置来实现两个机构的走丝轨迹在放电加工区重合；在储丝筒拖板上增加一层拖板，用于补偿钼丝18在放电加工中伸长和因大锥度切割造成往复走丝封闭回路钼丝18周长的变化；锥度切割功能的U-V拖板设置在立柱与上横臂之间。

图5所显出两种电极丝在放电加工区的座标位置差L。图中，20为上横臂，21为可升降的Z轴，23为立柱。往复走丝的钼丝18经第二上换向轮203、第三上换向轮301进入上可调导向器组件4；从上可调导向器组件4出来的钼丝18进入放电加工区，然后穿过下导向器组件7、第三下换向轮302、第二下换向轮204，返回机床后部的储丝筒1上。单向走丝的黄铜电极丝19绕过聚氨脂轮12后，经第三换向轮207进入上导向器组件4；从上导向器组件4出来的黄铜电极丝19进入放电加工区，然后穿过下导向器组件7，经第四换向轮208运动至收丝装置。

图6显示了单向走丝的全过程。图中，20为上横臂，21为可升降的Z轴，22为加工工件，23为立柱，28是装在立柱23与上横臂20之间的U-V拖板，24为下丝臂，402为单向走丝时的上导向器组件，702为单向走丝时的下导向器组件。U-V拖板28相对于X-Y拖板的运动，完成工件锥度或上下异形零件的切割加工。

黄铜电极丝19从黄铜丝筒8中抽出，经长筒9、第一换向轮205、重力稳丝机构10、第二换向轮206、三只压轮11和聚氨脂轮12组成的张力控制执行组件后，经第三换向轮207，穿过上宝石丝模291，接触上给电板131，经上钻石眼模301定位后进入放电加工区。然后再经下钻石眼模302定位，接触下给电板132，穿过下宝石丝模292后，经第四换向轮208、第六换向轮210进入由主动收丝轮15、被动收丝轮14、剪丝器161、集废丝桶171组成的收集废丝组件。上下宝石丝模用红、蓝宝石耐磨材料制成，孔径为0.8mm左右，它与钻石眼模的孔径中心同轴，其轴线与给电板的工作面偏差1mm左右，从而使黄铜电极丝19在张力的作用下，紧贴给电板表面，导入脉冲电源的负极。钻石眼模的孔径与黄铜丝的配合间隙为5～10um，以获得精密的导向精度。其他部件与前述实施例的相关部件通用。

图7它反映了往复走丝的全过程。图中20为上横臂，28为U-V拖板，21为可升降的Z轴，22为加工工件，23为立柱，24为下丝臂，25为储丝筒下拖板，26为拖板运动限位控制元件，27为床身，33为贴塑闭式导轨，34为储丝筒上拖板，储丝筒1固定在此拖板上。35为丝杆螺母，36为丝杆，37为联轴器，38为步进电机，401为往复走丝时的上导向器组件。钼丝18从储丝筒1上钼丝绕组中抽出后，经第一上换向轮201、第二上换向轮203、第三上换向轮301，进入可调上导向器组件401，内有上进电块501和上柱形孔状导向器311，其后进入钼丝18与工件22组成的放电间隙区。钼丝18经放电加工区后，穿过下导向器组件701中的下柱形孔状导向器312，接触下进电块502，再经第三下换向轮302、第二下换向轮204、第一下换向轮202后返还进入储丝筒1上的钼丝绕组件中。上进电块501、下进电块502由硬质合金材料制造，四个接触面呈大圆弧状。柱形孔状的导向器采用聚晶金刚石材料制作，其孔径与钼丝18的配合间隙较大，一般大于新钼丝外径0.02mm以上。导向的孔状工作面成圆柱形，导向工作高度大于1mm，以保证其有较长的使用寿命。

由于本实施例可实现大于3°锥度形状的切割加工。在U-V拖板28相对于X-Y轴座标移动时，必然使往复走丝封闭回路的钼丝18长度发生变化。尤其在大锥度切割较高工件时，封闭回路钼丝18周长变化将很大。另外钼丝18在一定的张力下，经长期放电加工，其长度会伸长。综合两者原因，本实施例在储丝筒拖板上增加了一条导轨，以补偿封闭回路钼丝18周长的变化。其工作原理如下：机床所配的计算机在发出U-V锥度切割指令的同时，计算出封闭回路钼丝18周长的变化量，或从工艺试验获得钼丝18伸长与累计加工时间的函数关系，根据两者的综合变化，计算机发出指令控制步进电机38的转动步距角和其运转方向。步进电机38经联轴节37带动丝杆36转动。丝杆螺母35固定在储丝筒下拖板25上，当丝杆36旋转后，驱动储丝筒上拖板34相对于下拖板25在封闭钼丝平面内做水平方向移动，从而达到补偿因锥度切割引起的往复走丝封闭钼丝18周长变化和放电加工中钼丝18的伸长的两项目的。

实施例4：

参照图8、图9和图10，它与实施例3的区别在于立柱23改为L形立柱231，没有上横臂20，锥度切割功能的U-V拖板28设置在L形立柱231的前端，离放电加工区距离较近，U-V拖板运动时对放电加工区的阿贝误差较实施例3小。

本实施例的往复与单向走丝机构的大部分走丝方式同实施例3，与实施例3不同之处在于：由于U-V拖板28移至L形立柱231的前部，把原来安装上横臂20上的单向走丝部件黄铜丝筒8、长筒9、第一换向轮205、第二换向轮206、重力稳丝机构10、三只压轮11和聚氨脂轮12等部件旋转90°，移至设置在U-V拖板28前方的箱体32的面板上。为了使箱体32面板上的元件设置均称，把原来一字排开的黄铜丝筒8和长筒9移至聚氨脂轮12的另一边。另外黄铜电极丝19从聚氨脂轮12上分离后，以垂直角度进入上导向器组件4，所以取消了实施例3中的第三换向轮207。由于单向走丝的大部分零部件旋转90°，移至L形立柱231前部箱体32面板上。按照行业习惯，随着机床操作者位置的变化，工作台座标系也作相应调整，但工作原理不变。

参照图11，往复走丝放电加工时使用的皂化液或水基工作液水箱中间有一道矮隔板将水箱分隔为皂化液脏水槽58和经沉淀后的皂化液干净水槽57。单向走丝放电加工使用的去离子水水箱中有一道高隔板把此水箱分隔为经过滤的去离子水槽55和去离子脏水槽56。41为去离子水泵，42为过滤及去离子水循环泵，其泵出的流量要大于去离子水泵41。43为皂化液泵，44为去离子水电磁阀，45为去离子水循环控制电磁阀，46为皂化液电磁阀，47为上喷咀，48为下喷咀，49为凹形光滑底的工作液槽，其凹陷中心有一个回水口，50为切换两种工作液回流电动阀，51为去离子水回流与排出切换电动阀，52为专用纸质过滤器，53为离子交换器。541为上浮子开关，542为下浮子开关，59为离子浓度检测器，60为压力表。往复走丝机构使用环保型的线切割工作液。

当开始采用往复走丝进行粗切割加工时，去离子水电磁阀44关闭，皂化液电磁阀46打开，回流电动阀50切换为向皂水液箱回流状态，去离子水回流与排出切换电动阀51切换成排出状态。去离子水泵41关闭，皂化液泵43工作，把皂化工作液从其皂化液干净水箱57中抽出，经皂化液电磁阀46，向上喷咀47和下喷咀48供液，把皂化液喷至工件放电加工区。参加放电加工后的去离子水流向下方的凹形工作液槽底，从凹形底部收集的皂化液经回流电动阀50流回皂化液脏水槽58，经沉淀后的皂化液翻过矮隔水板流入皂化液干净水槽57。本实用新型采用大流量喷咀，此喷咀的喷口直径比目前生产的往复走丝和单向走丝的喷口的直径都要大。这样设计的目的是降低喷口的压力，提高喷口喷出工作液的流量。在往复走丝放电加工时，即使在锥度切割情况下也有足够的工作液流至放电间隙，钼丝18能把充足的皂化液带入放电间隙中，以冷却参加放电的钼丝18和带走电蚀物；在单向走丝对工件进行多次精切割放电加工时，低压的水减少黄铜丝的振动，并有足够的去离子水能流入开放式的放电间隙，使脉冲火花放电浸没在去离水中进行，以保证切割表面的质量。

完成往复走丝粗切割加工后，在复合走丝切换成单向走丝的同时，皂化液泵43停止工作，关阀电磁阀46，把回流电动阀50切换成去离子水回流状态，此时切换电动阀51已处在外排状态。打开去离子水电磁阀44，启动去离子水泵41，把去离子水从去离子水槽55中抽出，经离子水电磁阀44到上喷咀47和下喷咀48，喷到工件上，把在工件上和工作液槽49内的往复走丝切割加工残留工作液稀释后，经回流电动阀50、切换电动阀51排出机床。经1分钟以上的冲洗后，关闭去离子水泵41，把切换电动阀51切换到回流去离子脏水槽56的状态。再次启动去离子水泵41，开始进行单向走丝多次精切割加工。

在单向走丝工作液装置还有过滤和去离子水的水质保证装置。在去离子水槽55内装有上水位浮子开关541、下水位浮子开关542和离子浓度测头59。在切割加工中，随着去离子水的抽出，去离子水槽55内水位不断下降。当水位低于下水位时，下水位浮子开关542测到这现象时，循环泵42开始工作，把去离子脏水槽56的水抽出，经过滤器52，开启状态的循环控制电磁阀45，泵入去离子水槽55，直到去离子水槽55的去离子水位升至超过上水位浮子开关541，循环泵42才停止工作。在切割加工中，水的离子浓度会逐渐上升，离子浓度测头59监测水的离子浓度。当离子浓度高于设定值时，循环控制电磁阀45关闭，同时启动循环泵42，去离子水从去离子脏水槽56中抽出，经过滤器52流入离子交换器53，离子交换器53中装有一次性使用的线切割专用去离子树脂。水进入离子交换器53后，在水流的冲击下，树脂颗粒不停滚动，进行离子交换，使水的离子浓度下降。经离子交换后的去离子水流入去离子水槽55内。此时，去离子水槽55内的水位上升到超过上水位浮子开关541时，电子控制线路不关闭循环泵42的工作，上升的水从去离子水槽55与去离子脏水槽56之间的高隔板顶部长条凹口，从去离子水槽55回流入去离子脏水槽56中。到离子浓度检测到低于设定的离子浓度下限值时，循环泵42才停止工作。

当压力表60所示的循环泵42输出的水压力超过0.18MPa时，就需要更换过滤器52内的滤芯了。当循环泵42处于去离子浓度状态工作时，循环泵42连续工作超过设定时间后，电子控制线路会报警通知用户须更换离子交换器53中的去离子树脂了。

本实用新型不限于公开的实施例。显然，可以参照上述说明和现有的往复走丝与单向走丝电火花线切割装置的产品可以进行很多变化。例如：在L形立柱231前部，装有能上下运动的Z轴，在Z轴上装有锥度切割的U-V拖板，单向走丝机构的供丝部件装在U-V拖板前部的箱体面板上；在废铜丝的收集方式上，经主被动收丝轮后，直接进入大型集废丝箱内等。

Claims (9)

1、一种往复与单向复合走丝线切割放电加工机床，包括互相独立且不同时使用的往复走丝机构和单向走丝机构两套走丝机构，其特征是：所述的往复走丝机构根据钼丝(18)经过的部件依次包括储丝筒(1)、第一上换向轮(201)、高度可调的上导向器组件(4)、固定的下导向器组件(7)、第三下换向轮(302)、第一下换向轮(202)，所述的上导向器组件(4)包括第三上换向轮(301)、上高速走丝进电块(501)、上导向器，所述的下导向器组件(7)包括下高速走丝进电块(502)、下导向器，所述的储丝筒(1)位于立柱(23)的后部，第一上换向轮(201)固定在立柱(23)的上部，上导向器组件(4)固定在可升降的Z轴(21)端部的U-V拖板(28)上，第一下换向轮(202)固定在立柱(23)的下部，第三下换向轮(302)和下导向器组件(7)固定在下丝臂(24)前端部上；所述的单向走丝机构根据黄铜电极丝(19)经过的部件依次包括黄铜丝筒(8)、长筒(9)、重力稳丝机构(10)、压轮(11)、装有磁粉制动器的聚氨脂轮(12)、高度可调节的上导向器组件(4)、固定的下导向器组件(7)、主动收丝轮(15)、被动收丝轮(14)、废丝收集装置，所述的上导向器组件(4)包括上给电板(131)、上导向器，所述的下导向器组件(7)包括下给电板(132)、下导向器，所述的黄铜丝筒(8)、长筒(9)、重力稳丝机构(10)、压轮(11)、聚氨脂轮(12)固定在的上横臂(20)上，主动收丝轮(15)、被动收丝轮(14)、废丝收集装置固定在立柱(23)的下部；所述的两套走丝机构或具有一对公用的上导向器和下导向器；或具有通过工作台坐标的移动来实现两走丝轨迹在放电加工区重合的两套走丝机构各自的上导向器和下导向器，两组导向器相隔固定的距离(L)；两套走丝机构分别配有两套独立的工作液装置，所述的往复走丝机构配有由皂化液泵(43)、皂化液电磁阀(46)、工作液槽(49)、回流电动阀(50)、皂化液水箱组成的水基工作液或皂化液工作液装置，皂化液水箱通过管道连接皂化液泵(43)，皂化液泵(43)通过皂化液电磁阀(46)连接上喷咀(47)和下喷咀(48)；所述的单向走丝机构配有由去离子水箱、去离子水泵(41)、去离子水电磁阀(44)、上喷咀(47)和下喷咀(48)、工作液槽(49)、回流电动阀(50)、去离子水回流与排出切换电动阀(51)组成的单向走丝机构工作液供给装置；在所述的去离子水箱内装有上浮子开关(541)、下浮子开关(542)、离子浓度检测器(59)、过滤及去离子水循环泵(42)、压力表(60)、过滤器(52)、去离子水循环控制电磁阀(45)、离子交换器(53)组成的去离子水过滤和水质净化装置；去离子水箱通过管道连接去离子水泵(41)，去离子水泵(41)通过去离子水电磁阀(44)连接上喷咀(47)和下喷咀(48)，离子交换器(53)通过去离子水循环控制电磁阀(45)、过滤及去离子水循环泵(42)连接到去离子水箱，上喷咀(47)和下喷咀(48)下面的工作液槽(49)通过切换两种工作液装置的回流电动阀(50)一路连接皂化液水箱，另一路通过去离子水回流与排出切换电动阀(51)连接到去离子水箱。

2、根据权利要求1所述的往复与单向复合走丝线切割放电加工机床，其特征是：所述的往复走丝机构还包括封闭回路钼丝长度变化和放电加工中钼丝伸长的补偿装置，所述的钼丝长度变化的补偿装置由互成90°角度的储丝筒上拖板(34)和储丝筒下拖板(25)，及由计算机控制的步进电机(38)经联轴节(37)带动丝杆(36)及丝杆螺母(35)而驱动的上拖板(34)构成。

3、根据权利要求1所述的往复与单向复合走丝线切割放电加工机床，其特征是：所述的上导向器和下导向器为拼合式V形导向器，它包括两块超硬材料制造的导向块(62)及其夹在两块导向块(62)之间的一层薄软的材料片(63)，两块导向块(62)形成V形导向工作面。

4、根据权利要求1所述的往复与单向复合走丝线切割放电加工机床，其特征是：所述的废丝收集装置由排丝轮(16)和集废丝轮(17)组成，按走丝方向，排丝轮(16)安装在主动收丝轮(15)和被动收丝轮(14)之后，集废丝轮(17)安装在排丝轮(16)之后，排丝轮(16)的前后移动速度与集废丝轮(17)同步。

5、根据权利要求1所述的往复与单向复合走丝线切割放电加工机床，其特征是：所述的废丝收集装置由剪丝器(161)和集废丝箱(171)组成，按走丝方向，剪丝器(161)安装在主动收丝轮(15)和被动收丝轮(14)之后，集废丝箱(171)安装在剪丝器(161)的下方。

6、根据权利要求1所述的往复与单向复合走丝线切割放电加工机床，其特征是：在所述的通过工作台坐标的移动来实现两走丝轨迹在放电加工区重合的两套走丝机构中的上导向器和下导向器，其往复走丝机构的上导向器和下导向器为柱形孔状导向器，其单向走丝机构的上导向器和下导向器为钻石眼模孔状导向器。

7、根据权利要求1所述的往复与单向复合走丝线切割放电加工机床，其特征是：所述的上导向器组件(4)固定在可升降的Z轴(21)端部上，所述的U-V拖板(28)固定在立柱(23)和上横臂(20)之间。

8、根据权利要求1所述的往复与单向复合走丝线切割放电加工机床，其特征是：所述的立柱(23)为L形立柱(231)，所述的U-V拖板(28)固定在L形立柱(231)的前部，所述的黄铜丝筒(8)、长筒(9)、重力稳丝机构(10)、压轮(11)、聚氨脂轮(12)固定在U-V拖板(28)前部箱体(32)的面板上，聚氨脂轮(12)位于上导向器组件(4)的正上方。

9、根据权利要求1所述的往复与单向复合走丝线切割放电加工机床，其特征是：所述的皂化液水箱中间有一道矮隔板将皂化液水箱分隔为皂化液脏水槽(58)和经沉淀后的皂化液干净水槽(57)，所述的去离子水箱中有一道高隔板把去离子水箱分隔为经过滤的去离子水槽(55)和去离子脏水槽(56)，所述的去离子水箱中的高隔板上方有一个允许去离子水槽(55)内的去离子水返回去离子脏水槽(56)的凹口。

Images