快走丝线切割脉宽与间隙对加工质量影响分析.pdf

T e ch n 0 10 g y Q n d T e s t I 艺与检测 快走丝 线切 割脉宽与 间隙对加工质量影 响分析 傅贵兴 门延会 宜宾职业技术学院 四川 宜宾 6 4 4 0 0 3 摘要 通过一 系列的实验得 出脉冲宽度或脉冲间隔与 j r 表面粗糙度 精度 机床型号的关系 总结出放电 电路能量及 电流脉冲宽度 脉冲间隔对线切割电火花精加工表面粗糙度的影响规律 在实际生产加 工中 结合实际清况 选择合适的脉冲宽度 脉冲间隔比 调节出合适的 j n r 速度 这样能有效地控制 工件的表面粗糙度 提高加工效率 实验结论可为提高线切割加工质量找出一条新途径 也为今后 高频电源的开发 加工技术的提高提供重要参考依据 关键词 快走丝线切割脉冲间隔脉冲宽度加工质量 中图分类号 T G 6 6 1 文献标识码 A F a s t W EDM p u l s e wi d t h c l e a r a n ce o n p r o ce s s in g q u a l i t y i mp a ct a n a l y s i s FU Gu ix i n g MEN Ya n h ui Y ib in V o ca t i o n a l a n d T e ch n ica l C o l l e g e Y i b i n 6 4 4 0 0 3 C H N Abs t r a ct Th r o u g h a s e r i e s o f e x p e r ime n t p ul s e wid t h a n d p u l s e in t e r v a l a n d ma ch in in g s u r f a ce r o u g h ne s s t h e p r e cis io n a n d t h e ma ch in e t y p e o f r e l a t io n s h i p s u ms u p t h e d is ch a r g e cir cu it e n e r g y a n d cu r r e n t pu l s e wid t h p u l s e i n t e r v a l t o wi r e cut t in g e l e ct r ica l d is ch a r g e ma ch in in g s u r f a ce r o ug h n e s s in fl ue n ce l a w I n t h e a ct u a l pr o d u ct io n a n d pr o ce s s in g b a s e d o n t h e a ct u a l q in g r e g ime ch o o s e t h e r i g h t p u l s e wid t h p u l s e w i d t h r a t io a d j u s t t h e p r o p e r p r o ce s s in g s p e e d t h is ca n e f f e ct iv e l y co n t r o l t h e s u rf a ce r o u g h n e s s o f t h e wo r k p ie ce a n d t h e impr o v e me n t o f t he ma chi n in g e ffi cie ncy Th e e x pe r i me n t co n cl us io n s ca n im pr o v e t he wi r e cu t t in g q u a l i t y t o fi n d o u t a n e w wa y b u t a l s o pr o v id e imp o r t a n t r e f e r e n ce f o r f u t u r e h ig h fre q u e n cy p o we r s u p p l y d e v e l o p me n t a nd p r o ce s s in g t e chn o l o g y i mpr o v e me n t Ke y w o r d s F a s t WE D M P u l s e I n t e r v a l P u l s e Wid t h P r o ce s s in g Q u a l it y 高频脉冲电源在 电火花线切割加工设备中 其作 用是在工件与钼丝之间产生一个经功率放大了的方波 脉冲电源 是线切割机床加工的能源 脉 冲电源的波 形及其电参数 对加工效果影响极大 它 的质量优劣 直接决定加工设备的稳定性和生产效率的高低 也直 接影响机床的加工速度 工件表面质量 钼丝损耗情况 等 目前 国内众多线切割机床生产厂家的快速走丝线 切割高频电源波形基本上采用适合于高速度和大厚度 工件加工 且线路结构简单 便于维修的矩形波 对于线切割精加工而言 由于精加工表面是 由大 量放电坑堆积而成 放电坑 的形状和尺寸决定了表面 粗糙度 的大小 而放电坑的形成与高频脉冲电源 的放 电电流直接相关 因此可 以通过缩短脉冲宽度来减小 放 电能量进 而减小 表 面粗糙度 值 但到 目前为 止 关于放 电电流的许多 因素如加工极性 等对加工表 面粗糙度的影响规律还不太 明确 因此 本 文的主要 一2 0 75耋 目的是通过实验运行分析 比较系统地总结 高频 电源 的设计方法和思路 总结放电电路能量及 电流脉冲宽 度对线切割电火花精加工表面粗糙度 的影响规律 从 而为如何提高线切割加工质量找出一条新途径 1 放 电电流能量 的影响 电火花线切割加工的表面质量与每次放电的去除 量有关 每次放 电的去除量取决于单个脉 冲能量的大 小 其计算公式为 J 广 f 0 E J M i d 式中 t o 为脉 冲放 电时问 M t 为间隙电压 i t 为间隙 电流 E为单个脉冲放电能量 在线切割加工过程 中 每次放电的电压基本保持 不变 因此单个脉 冲能量 的大小主要 由脉 冲宽度 和电 流幅值两个 因素决定 93 工艺与检测 T e c h n 0 Io g y a n d T e s t 2 脉冲宽度对 j n r 质量 的分析 1 实验 一 本实验所用的是 D K 7 7系列 D K 7 7 2 5型快走丝 电 火花数控线切割机床 该机床主要用 于高精密零件 的 加工 同时广泛用于精密机械 汽车 电子 仪器仪表行 业 采用 了独特的脉 冲电源设计 在加工 中不易发生 烧丝现象 工作台行程 5 0 0 m mx 4 0 0 i T l m 工作 台面尺 寸 7 9 0 mmx 4 9 0 mm 工作 台最 大承载 2 0 0 k g 最大切 割厚度 3 0 0 mm 最 大切割速度 1 2 0 m m rai n 加工锥 度 3 加工 表面粗 糙度 R 1 2 m 加工 精度 0 0 1 mm 钼 丝直径 0 1 0 2 4 m lT l 脉 冲 当量 0 0 0 1 m m 脉冲电源脉宽 2 5 0 s 分 级可调 加工电流 0 2 4 5 A平均电流连续可调 主要试件 的厚度为5 0 m m的凸模 采用 S R T 一 2型 表面粗糙度仪测 量 实验 中用 去离子水作 为加工介 质 采用浸没式加工 实验过程是 首先用机床对工件 进行粗加工和前两次精加工 形成实验所需的基础 面 粗糙度约为 R 0 4 tx m 之后再 根据需要设定加 工 条件 在基础面上进行加工实验 所得脉宽间隙与加工 质量的关系如下表 1 所示 表 1 脉 宽间隙与N r 质量的关 系 1 序号 l 2 3 4 5 工件名称 凸模 一 0 0 0 5 尺寸精度 m m 0 0 3 T件材料 C r l 2 Mo V 脉 冲宽度 s 2 3 4 5 6 R 0 8 0 0 8 0 O 9 2 1 0 7 1 2 4 加T情况 ra m 一 0 0 1 5 一 O O 1 5 0 0 1 6 0 0 1 6 0 0 1 8 符 合程 度 好 好 好 好 好 在这个范围内 加工精度符合技术要求 一致性较 好 表 明粗糙度控制较好 但速度稍慢 2 实验二 本实验加工一精度公差 带为 mm 的工件 取 钼丝直径 与前试验相 同 取 0 1 m m 材料 同实验 一 分 6档依次选择不同的脉 冲宽度和间隔 得到 的数据 如表 2所示 从实验数据可以看出 随着脉冲宽度的增加 切割 速度加快 虽然尺寸仍在控制范围内 但粗糙度值已经 明显增大 从精加工 半精加工滑到了粗加工的范 围 为了进一步摸清影响的情况 将脉冲宽度作进一 步的细分 实验时 当进一步加大脉 冲宽度时 大于 4 0 9 4 s 电蚀物出现 因过多来不及排走现象 这时加工稳 定性变差 尺 值迅速增大 加工速度反而受到影响 表 2 脉 冲宽度与N r 质量的关 系 2 序号 1 2 3 4 5 6 脉冲宽度 s 8 1 O 1 4 l 6 2 O 2 5 R l L m 1 2 5 1 5 0 1 8 2 2 1 5 2 4 8 3 0 精度 m 0 0 1 2 0 0 1 2 0 0 l 3 0 0 1 4 0 0 1 8 0 0 2 4 加工速度 设备 D K 7 7 2 5 由实验一和实验二所得 的数据可看出 在 电流幅 值 相同的情况下 表面粗糙度 精度和加工速度随脉 冲 宽度或脉冲间隔的增加逐渐增大 在脉 冲宽度增加 的 初期 加工速度增大较 明显 这是 由于脉宽 的增大意 味着放电的作用时间增加 脉冲能量随之增大 而在一 定的放电时间内 电流幅值的提高也将使脉 冲能量增 大 这将导致放 电坑直径 和深度 的增加 从而使表 面 粗糙度值增大 可见 随着单个脉冲能量的增大 每次 放电的去除量相应增加 加工速度虽然可以得到提高 但是表面粗糙度将 随之恶化 因此 对于线切割精加 工而言 要改善表面粗糙度 必须控制单个脉冲能量的 大小 3 脉 冲 间隙 的影 响 脉冲间隙反映了两个脉冲之间的间隔 间隔时间 减少 在其他条件保持不 变的情况下等于将脉冲的频 率提高 为了便于衡量 脉冲间隙对表面粗糙度和精 度 的影响 实验时仍采用与实验一和实验二 中的相 同的 条件 只改变脉冲间隔 得到表 3的实验数据 表 3 脉冲 间隙对 l j r 质量的影晌 序号 1 2 3 4 5 工件名称 凸模 0 0 0 5 尺寸精度 r am 一 O O3 工件材料 T 8 脉 冲间隔 IX S 3 5 9 1 5 2 O R tz m 0 8 O 0 8 O 0 8 2 0 8 5 0 8 7 加工情况 m m 一 0 0 1 5 一 O O 1 5 0 0 1 6 0 O 1 6 0 0 1 8 符合程度 好 好 好 好 好 从表 3试验结果可 以发现 脉 冲间隔对加工速度 影响较大 而对表 面粗糙度影 响较小 脉 冲间隔选择 越小 切割越快 反之就慢 通过以上的试验可以得出 在线切割机床加工 中 高频脉 冲电源是影响加工表面质量的主要 因素 脉冲 晒 K U 等 t 一 l 宽度的增加 切割进 给速度提高 表面粗糙 度值会增 大 脉 冲间隔的减小 切割进给速度增大 而表面粗糙 度值增大不多 但脉 冲间隔对加工速度的影响大 而对 表面粗糙度 的影n r J 减小脉冲间隔可以提高加工速 度 但脉冲问隔不能 太小 否则对消除电离不充分 电 蚀物来不及排除 将使加工变得不稳定 容易烧伤工件 并断丝 脉冲间隔太大也会导致 不能连续进给 使加 工变得不稳定 但在实际 的生产加工中 应结 合实际 情况 选择合适 的脉 宽 脉问 比 调节 出合适 的加工速 度 变频跟踪速度 从而有效地控制工件 的表面粗糙 度 脉冲宽度决定单脉冲能量 脉宽越大单 脉冲能量 越大 加工粗糙度值增大但易于稳定加工 脉冲间隔 要根据切割工件的厚度来选定 厂家会对此 给出相应 的参数 根据实际情况进行设置 从而提高线切割加工 质量 一般对于厚度在 4 5 mm以下钢材工件都容易 满足技术指标和工艺要求 容易通过适度减小脉宽提 高加工质量 减小脉 冲间隔以提高切割速度 从切割流畅考虑 切割厚度在 4 5 1 0 0 m m之 问 的钢 脉宽要大 于 2 0 s 脉冲间隙要大于 6倍脉宽 厚度在 1 0 0 2 0 0 m m之间工件 脉宽要大于 4 O s 脉 冲间隙要大于 1 0倍脉宽 这样单个脉冲既保证有足够 的能量 也有足够的时间排除蚀物 以上试验是针对钢材工件加工试验得 出 实 际上 也可以作为其他金属材料如铝材切割 的参考 不过 由于锅材的特性原因 需要在辅助配置和参数设置方 面做一些个别改进才能满足工艺要求 4 结语 T e e h n o l0I g y a n d r o s ZZ与检测 以上分析实验结果可为现有 的电火花线切割机床 的高频 电源改造提供一定的现实依据 借助成熟 的单 片机及串行通信技术 5 J 研制一种可精确调整 电参数 的高频脉冲电源 来实现脉冲宽度 放电间隙的 自适应 控制 提高线切割加工 的质量和效率 有利于提高电 火花线切割的质量 有利于保证线切割的正常加工速 度 充分发挥线切割机的巨大潜力 有利于减少钼丝损 耗 最大限度降低成本 参考文献 1 霍孟友 艾兴 张建华 放 电脉 冲时间参数可编程调控 的一 种新方法 J 电加工 与模具 2 0 0 6 2 3 1 3 2 2 张晨亮 刘晓青 吕栋腾 快走丝线切割机床表面粗糙度影 响因素分 析 J 现 代机械 2 0 1 1 4 2 3 2 4 3 蒋军 韩福柱 放电电流对 电火花线切 割精加工表 面粗糙度 的影响 规律研究 J 电加工与模具 2 0 0 6 1 1 2 1 5 4 万华 李林喜 范文学 快走丝电火花线切割对铝材加工技术的改进 J 制造技术与机床 2 0 1 2 6 1 4 2 1 4 5 5 李庭贵 单片机应用技术及项 目 化训练 M 成都 西南交通大学出 版礼 2 0 0 9 第一作者 傅贵兴 男 1 9 5 7年生 高级工程师 主 要研 究 方向 为机 电控 制技 术 编 辑余捷 收稿 日期 2 0 1 3 0 5 1 7 文章编号 1 3 0 9 2 9 如果您想发表对本文的看法 请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置 上 接 第 5 0页 转 测试双摆铣头 的最大 的发热量 堵转 半小 时 每 1 0 S 进行一次温度测试 测得铣头关键点温度变化如 图 1 6所 示 由温度变化 曲线可 知 当直 驱双摆 铣头