DK7632系列数控慢走丝电火花线切割机技术协议.doc

DK7632低速走丝电火花线切割机床(慢走丝)技术协议江苏冬庆数控机床有限公司目 录一、概述二、设备技术规格及性能1.设备名称、型号及数量2.原理及性能介绍2.1主要技术性能指标2.2主要技术参数3.机床的组成3.1 主机的主要结构3.2 主机设计要点3.2.1 机床具有较好的热稳定性 3.2.1.1 对称结构设计 3.2.1.2 热隔离措施 3.2.1.3 强制冷却3.2.2 高精度的结构特点 3.2.2.1 床身拖板、立柱头架 3.2.2.2 精密导向器 3.2.2.3 工作液系统4.高性能数控系统41 数控系统硬件4.1.1 计算机主机4.1.2 运动轴的伺服控制4.1.3 运丝系统的伺服控制4.2 数控系统软件设计4.2.1 自动编程4.2.2 数控程序5.自适应高效防电解无电阻脉冲电源6.工艺技术7.加工实物三、随机技术资料四、培训五、机床精度六、特殊附件及备件清单七、数控电火花线切割机床供货清单八、主要配置件清单九、包装及运输十、机床调试、维修及售后服务承诺一、概述1.1适用范围本技术协议适用于低速走丝数控电火花线切割机床设备的招标采购。1.2合格的投标人 本公司是有能力提供招标货物的国内制造商，是合格的投标人。1.3定义“货物”系指卖方按合同要求，须向买方提供的一切设备、备件、工具手册及其它技术资料和材料。“服务”系指合同规定卖方须承担的安装、调试、技术协助、维护、培训以及售后服务及其他相关的义务。 “卖方”系指提供合同货物和服务的经济实体。二、设备技术规格及性能1.设备名称、型号及数量1.1.设备名称：DK7632低速走丝电火花线切割机床1.2.设备型号及数量：DK7632 1台套2.原理及性能介绍低速走丝电火花线切割机床采用连续单向运行的黄铜丝作为工具电极。加工时，在电极丝与工件之间施加高频脉冲电源及高压去离子水。数控工作台在数控系统的控制下作轨迹运动。当电极丝与工件之间的液体介质被击穿后，形成瞬间火花脉冲放电，在火花通道中瞬间产生高热，使工件表层的金属局部熔化甚至气化，加上液体介质去离子水的冷却作用，形成微小的蚀除颗粒被高压水流带离放电区域，达到蚀除金属的目的。2.1 主要技术性能指标：最大生产率 200mm2/min最低加工工件表面粗糙度Ra0.6um切割精度0.005最大锥度 15度/100mm具有防电解功能节能2.2 主要技术参数机床主机： 主轴行程（Z轴） 250mm 辅助工作台行程（U轴*V轴） 50*50mm工作台行程（X轴*Y轴） 500*320 mm工作台尺寸 720*480 mm 工作液槽内腔尺寸（W*D） 960*690mm X、Y、U、V、Z轴脉冲当量 0.001mm 数控轴平均移动速度 0600mm/min 最大工件高度 250mm 最大工件重量 700kg 最大切割锥度 15/100mm 电极丝张力 2001500g 电极丝运行速度（最大） 15m/ min 电极丝直径 0.150.3mm 电极丝筒重量（最大） 5kg 加工方式 喷流式 工作台离地面高度 920mm 主机重量 2500kg 设备主要精度：按国标GB/T 19361-2003/ISO 14137:2000执行工作液箱： 外形尺寸（L*W*H） 1420*700*1740mm 容量 460L 去离子剂： 去离子交换树脂 加工液过滤方式: 可换式纸芯过滤器TW-40(300*59*300mm)2个数控电源箱： 外形尺寸（L*W*H） 1320*620*1930 重量： 600kg数控功能： 数控轴 X、Y、U、V、Z同时控制轴数 22轴指令代码 3B或ISO(M、G代码)任意输入方式 键盘、电子盘、软盘、RS232通讯指令值范围 99999.999 mm线径补偿范围 9.999 mm指令方式 增量值、绝对值运行方式 手动、自动最小移动单位 0.001mm/脉冲最小设定单位 0.001mm比例缩放自动定位螺距误差补偿反向间隙补偿正割/倒割镜象手动进给实时位置显示自动回原点自动回起始点回退控制自动编程3 机床的组成 本机床主要由机床主机、控制电源箱、工作液系统组成（见图3.1）。 图3.1 机床外形图3.1 主机的主要结构本机床是在参考吸收国外先进技术的基础上,自行设计研制的精密型线切割机。该机床造型端庄美观，结构先进，动静态精度高，结构刚性大，热稳定性好，适合国内生产及用户需要。主机采用单立柱正面走丝结构，机床结构对称，有利于热平衡与机床刚性的提高。3.2 主机设计要点3.2.1 机床具有较好的热稳定性 由于要求机床加工精度达到微米级，因此在主机结构设计中必须考虑温度变形。机床在使用过程中，由于电器元件的发热及放电蚀除产生的热量，使主机不可避免地热变形。设计研制中采取了以下措施降低热变形量。 3.2.1.1 对称结构设计这是有利于热平衡的比较有效的设计。机床床身工作台，立柱，头机架，线架相对于电极丝而言处于对称位置，使放电热量对主机，特别是工作台产生的热变形，在左右方向上互相抵消。3.2.1.2 热隔离措施 对于放电蚀除产生的热量，将上下导向器固定在非金属陶瓷隔热块上，以阻隔放电热量对Z轴滑枕和下线臂的传递。用PVC管将下线臂与被放电加热的工作液隔离以防止热导入，引起热变性。在工作台安装板与拖板之间连接，设计用大理石材料，以减少工件对工作台热变形造成的位移。所有交流伺服电机均用环氧板与机座作隔热固定，防止电机热量导入。3.2.1.3 强制冷却放电蚀除和泵产生的热量将使工作液有较大温升影响主机精度，降低加工精度。因此配置了自动温控冷水机它能使工作液温度保持与机床温度相同，差值2。3.2.2 高精度的结构特点 围绕实现精密加工，该主机结构设计有下列特点:3.2.2.1 床身拖板、立柱头架床身拖板、立柱头架等主要铸件均采用箱体结构六面筋布置，高牌号铸铁，刚性高，稳定性好，具有较高的几何精度。电机直拖无齿隙。支承采用NSK精密配对轴承，旋转精度高，寿命长。传动丝杠，均选用高精密C0级大直径滚珠丝杠，特别是X、Y轴丝杠直径达32 mm，具有较高的数控精度。头架上移设计，大大增加了它的结构空间，因而头架的各个铸件、丝杠、导轨、支撑可以设计得和X、Y轴相当。 结构刚性大大提高，完全满足大流量、高压力喷流加工对头架刚性的要求； U、V、Z轴行程大，可实现大锥度大厚度切割； 因体积与X、Y轴相当，所以热变形接近相互抵消。恒张力、恒速度走丝，具有电流负反馈的磁粉制动器做作为张力控制元件，有利于张力的稳定。具有闭环控制的交流伺服电机作为运丝速度控制元件，有利于丝速的稳定。3.2.2.2 精密导向器导向采用整体封闭式金刚石圆导向器，可使电极丝在各个方向上导向精度一致。3.2.2.3 工作液系统选用防腐蚀的全塑磁力驱动泵，精密电导率仪自动检测工作液的电导率，自动控制去离子过程。工作液主泵采用世界名牌格兰富不锈钢多级离心泵，输出水压高达1.6Mpa。为适应放电加工过程中不同加工规准对压力、流量要求，使用变频器通过计算机数控调节泵的转速。4、高性能数控系统4.1数控系统硬件本装置由计算机系统、机床床身、数控工作台、运丝机构、脉冲电源、工作液系统等六大部分组成。各部分的协调运行由计算机统一管理，以实现准确、可靠加工控制。4.1.1 计算机主机采用工业控制计算机，数据显示界面采用高分辨率彩色显示器。由计算机统一控制脉冲电源、运丝系统、数控工作台及工作液泵协调工作。计算机接口电路是计算机主机控制驱动部件以及受控部件工作状态反馈给主机的桥梁，亦是抗干扰设计的关键所在。其功能如下：、断电记忆，数据存储功能，在加工过程中随意断电，不会丢失加工数据。、控制工作液系统的工作及各交流伺服电机控制器的接口。、脉冲电源参数控制接口。、脉冲电源状态输入，加工间隙状态输入以及工作台绝对位置信号输入接口。、硬件抗干扰电路。、定时时钟和中断控制电路。 4.1.2 运动轴的伺服控制运动轴的伺服稳定性直接影响到加工过程的稳定性及加工精度，经过对比筛选，各运动轴均采用了松下交流伺服电机及驱动，该系统定位精度高，响应速度快，为机床的高速、高精度加工提供了可靠的保障，此外我们在工作台每个轴上都安装了绝对零位检测器，将丝杆的非线性误差及传动部件的反向回差经激光检测后输入计算机，由计算机作螺距补偿和反向回差补偿，进一步提高了运动轴的控制精度。4.1.3运丝系统的伺服控制运丝系统采用松下交流伺服电机作恒速控制元件，丝速稳定；张力控制元件则采用进口磁粉离合器，研发的恒流控制电路可保证加工过程中张力的恒定。4.1.4工作液系统控制工作液系统采用GRUNDFOS水泵，配变频器，保证加工过程中水压的平稳控制。工作液电导率的变化会导致切割加工效果偏离工艺数据库所示结果，影响工件加工精度的一致性，采用单片机数控电导率仪，对工作液自动进行离子交换，保证工作液电导率在需要的范围。水温的变化对切割加工精度影响很大，因而采用冷水机对工作液进行温度控制，将温度对加工精度的影响降至最低。4.2 数控系统软件设计系统软件运行于DOS平台，稳定、快捷和实时性强，由二大功能模块组成：自动编程和数控程序。4.2.1 自动编程采用图形菜单互动方式输入图纸数据，简洁明了。除可实现常规的图形的自动编程外，还可对各类标准和变位齿轮、内外摆线齿轮以及输入参数方程或点位数据进行快捷自动编程。可生成ISO数控代码或3B数控代码，供数控程序无缝调用。4.2.2 数控程序 数控程序除具有一般数控机床的共性功能外，还必需具有能满足低速走丝线切割正常加工的特殊功能。主要功能如下：线切割加工程序，每次最多可达10000条，并且有完备的屏幕编辑功能，对源程序进行编辑，3B代码或ISO代码均可。具有电极丝偏移补偿功能。具有齿隙补偿和螺距补偿功能。具有旋转、倒切割功能。具有自动对中心、对边线，自动回最近穿丝点，自动回原点功能。工作台快速移动，自动回机械零点功能。短路自动按原轨迹退回，短路消除后自动恢复继续加工。停电记忆功能，能自动恢复断电前的加工参数，上电即可继续加工。具有本段暂停加工，本段延时切入等功能，以便解决跳步穿丝，消除电极丝滞后现象等工艺问题。具有脱机模拟切割，图形显示跟踪，切割速度显示，当前切割程序段指示等辅助功能。具有拐角控制功能，可提高工件尖角等部位的切割精度。5、自适应高效防电解无电阻脉冲电源电火花脉冲电源是低速走丝线切割机床的核心部件，其性能的优劣对低速走丝线切割的加工效率、加工精度以及加工表面粗糙度的影响至关重要。超窄高峰值电流脉冲技术是提高加工效率的重要手段，间隙平均加工电压为零的交变脉冲又是提高加工表面质量防止对工件加工表面电解侵蚀的有效方法，本机床采用了当今线切割电源最新技术：高效防电解无电阻超窄高峰值电流脉冲电源，极大的提升了线切割加工性能。脉冲电源的结构框图如图5.1所示。因其超窄的脉冲和极高的峰值电流特点，对主功率电路的超压保护、以及抗干扰技术更为重要和复杂。脉冲电源采用了脉冲前后沿陡度控制技术、高峰值电流关断反压的高速保护以及快速能量回馈技术、ns级脉冲电源的适时检测及其自适应控制技术、AC防电解电源技术、高表面质量控制技术、拐角控制技术等多项先进技术。主振电路采用了超大规模集成电路可编程逻辑器件CPLD，实现了所需的波形要求，器件的高度集成化，大大避免了高频振荡电路因长长的板内引线带来的干扰。为进一步强化抗干扰性能，采用了多项抗干扰措施，保证主振电路的可靠工作。放电状态检测电路采用高速器件检测加工间隙的放电状态，并将放电状态信号及时传送至主振电路和计算机，供主振电路产生正确有序的适应控制的脉冲波形，计算机则据此控制加工速度以及对主振电路作宏观自适应控制。功放电路输出的最窄脉冲可达50ns，主回路不加限流电阻，既加大了峰值电流，提高了加工效率，又大大降低了功放电路的功率损耗，最大平均加工电流可达30安培。对VMOS功率器件的高速保护采用了快速能量回馈技术以及能耗吸收双重保护技术，达到保护VMOS功率器件的目的。SCR主功率电源稳压电路主振电路能量回馈及能耗超压保护电路功放电路间隙状态高速检测电路 加 工间隙AE防电解辅助电路PWM高压稳压电路图5. 1 防电解无电阻脉冲电源结构框图加工主回路没有能耗电阻，且放电回路中线路电感中的高频关断能量可无损耗地回馈至供电端供再生利用，因而本脉冲电源电能的损耗比老式的有限流电阻的电源大大降低，具有明显的节能效果。为了提高加工表面质量，本脉冲电源内置了防电解电源，该电源与高峰值超窄脉冲主电源的有机匹配，可达到加工中防止对工件加工表面的电解侵蚀的效果。6、工艺技术低速走丝线切割技术是一种工艺性极强的技术，即使有很好的机床，如果没一套与之相配的工艺数据，也不能得到满意的结果。影响线切割加工效果的因数很多，且相互之间互有关联，诸如高频脉冲电源参数、电极丝材料、运丝速度、张力大小、工作液流量、压力、电导率等都对加工结果产生重大影响。因此，我们投入了很多精力进行一系列的工艺试验，尽最大可能不断充实工艺数据库。6.1各工艺参数对加工指标基本规律图6.1脉冲宽度对加工效率的影响 图6.2脉冲宽度对加工电流的影响图6.3脉冲宽度对加工表面粗糙度的影响图6.4脉冲停歇对加工效率的影响 图6.5脉冲停歇对加工电流的影响图6.6供电电压对加工效率的影响 图6.7供电电压对加工电流的影响6.2 影响加工精度和表面质量因素分析及对策在保证机床主机及数控精度的前提下，切割加工时的工艺参数对加工精度和表面质量影响极大，加工间隙中放电时的爆炸力和高压水在加工缝隙中向加工路径后方的压差推力对电极丝的滞后影响较大，加工电流越大，加工间隙中放电时的爆炸力就越强，对电极丝的反向推力亦越大；水压越高，加工缝隙中向加工路径后方的压差推力也越大。这种滞后作用最明显地体现在切割小圆弧时实际圆弧直径偏小、加工拐角处出现塌角；此外，放电产物被高压水流冲汇至放电区域的中部，导致中间部位二次放电几率增加，加上电极丝在中间部位振幅最大，在加工表面会产生中凹现象，影响到加工质量和精度。上述现象与各种工艺参数有着千丝万缕的联系，比如，增大张力，可减小电极丝的振幅，减缓电极丝的滞后，但又受到电极丝的承受能力和大电流密度对电极丝损耗及热软化作用而强度降 低 的限制；减小电流，可降低放电时的爆炸力，但会大幅降低加工效率；降低水压，可减小加工缝隙中向加工路径后方的压差推力，但对加工缝隙中的冲刷和冷却作用随之减弱，亦会影响到电流密度的提高从而影响到加工效率。不同材料不同厚度的切割加工，对各种工艺参数的要求不尽相同。提高加工精度和加工表面质量行之有效的方法有： 多次切割工艺针对上述影响加工精度和表面质量的诸因素，我们花费了大量的精力进行了不同材料不同厚度切割加工的工艺试验，积累了大量的多次切割工艺数据，可保证加工精度控制在0.005。 拐角控制策略在加工拐角附近和小圆弧处，合理控制各个加工参数，减缓电极丝的滞后影响，提高小圆弧和拐角的加工质量。具体措施有：、 在拐角处对加工电流进行控制；、 同时对工作液压力进行控制；、 对电极丝张力进行同步控制；、 对加工速度进行同步控制； 伺服跟踪技术恒速进给加工可保证加工缝隙的一致性，从而保证工件加工的尺寸精度，但当加工变截面工件或因拐角控制改变了加工参数后，如还保持恒速进给，将会造成频繁短路或断丝，影响加工进程。为此我们进行了伺服跟踪技术的研究，在优先保证恒速进给的前提下，以加工间隙电压为控制对象作自适应伺服跟踪控制，从而既保证了工件加工的尺寸精度，又可确保变截面加工和拐角控制能顺利进行。7、加工实物7.1 防电解电源加工效果图中工件材料为钛合金板，在电火花加工条件下极易因电解而在加工表面产生蓝色晕斑，图中左半边切割缝采用本机的防电解电源加工，表面毫无电解痕迹；右半边的切割缝采用普通的低速走丝机床加工，在加工表面产生强烈的蓝色晕斑。7.2 锥度切割效果可进行各种变锥形状的切割 最大切割锥度15度/100mm/单边7.3 精度切割效果 切割精度可达0.005mm7.4 粗糙度切割效果 加工表面粗糙度达Ra0.5um8. 设备用途及技术性能8.1设备用途及总体性能低速走丝电火花线切割机床采用连续单向运行的黄铜丝作为工具电极，加工时，在电极丝与工件之间施加高频脉冲电流及高压去离子水，数控工作台在数控系统的控制下作轨迹运动。当电极丝与工件之间的液体介质被击穿后，形成火花放电，在火花通道中瞬间产生高热，使工件表层的金属局部溶化甚至汽化，加上液体介质的冷却作用，形成微小的蚀除颗粒被高压水流和运动的电极丝带离放电区域，达到蚀除金属的目的。加工中，检测环节对加工区域电极丝与工件间的放电状态进行检测，通过数控系统控制数控工作台的轨迹运动速度，从而保持正常的火花放电间隙。本机床适用于切割淬火钢、硬质合金、铜、铝等金属或半导体材料，可加工直壁或带锥度的通腔模具、样板、细缝或形状复杂的零件。8.2执行标准GB/T19361-2003 电火花线切割机（单向走丝型）精度检验JB/T6097-1992 电加工机床电气设备通用技术条件JB/T6560-1993 电火花加工机床数控系统可靠性试验规范GB13567-1998 电火花加工机床安全防护技术要求JB/T8356-1996 机床包装技术条件GB/T5226-1996 工业机械电气设备第一部分：通用技术条件注:未列出的相关机床国家标准及行业标准同时有效8.3 设备所有零部件和各种仪表计量单位均采用国际单位8.4 机床工作条件 设备在下述工作环境下应能长期稳定地保持各种性能加工精度。8.4.1.环境温度：5408.4.2相对湿度：80%8.4.3供电电源：AC三相四线、380V10%，501 HZ8.5设备安全防护 安全防护装置符合GB13567-1998电火花加工机床安全防护技术要求标准中规定的要求。三、随机技术资料3.1机床操作使用说明书（包括结构说明、设备平面布置图、电气原理图、电缆连接图）。3.2.数控系统操作手册、控制系统编程手册。3.3.配件、易损件清单。3.4.设备合格证及精度检验单。上述资料提供中文一套。四、培训负责对用户操作人员、编程人员、维修人员在供方进行免费培训，学会为止，并保证受训人员能够有效独立连续操作三个班次。 免费对用户操作人员、编程人员、维修人员的再培训。五、机床精度机床精度符合GB/T19361-2003电火花线切割机（单向走丝型）精度检验六、附件清单序号名称规格数量备注1高度圈66-3031把2导丝嘴套筒板手66-3041套3 校丝垂直块66-3051把4导电块