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小心中走丝陷阱技术问答

发布时间:12-22浏览量:912

       1.精细加工表面的稳定性——中走丝机床的永恒追求


       多次切割工艺的实现,使得中走丝机床的表面加工质量有了大幅提升,Ra1.0~0.8已成过去式,目前有研发实力的中走丝机床制造商已经突破Ra0.6,这是业内纳秒级大能量高频电源核心技术的重大突破,这再次刷新了制造业对中国往复走丝线切割机床的认知,更是对中国特有的往复走丝线切割机床产业的重大贡献,然而在应对各种复杂模具及精密产品加工时,多次切割的稳定性、一致性与粗糙度本身同等重要,却往往被用户所忽视,设想一下,无论R表面质量多好,如果仅仅只能在小样件上实现,或许在特定行业可以崭露头角,如果大面积的修刀稳定性、多个零件的一致性不能突破,用户在应对各种复杂模具及精密产品加工时,必然是心中没底、投鼠忌器;


       2.精确加工尺寸的一致性——中走丝机床实用性的试金石


       低粗糙度、高精度、高一致性是中走丝机床的非常重要的技术指标,但是客户选型时往往忽略了对一致性精度的关注,目前行业标准对一致性也没有很实用的指标;


       由于拥有此技术的厂家极为有限,所以大部分的中走丝生产厂极少提及多次切割时的一致性精度,这也是造成客户忽略一致性精度的重要性的原因之一,可是用户一旦用于生产后苦不堪言、为时已晚;中走丝机床在实际应用中,常常遇到的是多次切割下多个相同零件以及多孔位跳步模的一致性精度需求,其重要性往往高于尺寸精度本身,为了方便用户确认中走丝机床的一致性误差,从中走丝的实战出发,四川深扬的企业标准规定:在无需操作人员技能干预的情况下,连续多次切割30个相同的20×20试件,要求在达到Ra≤1.0情况下,这30个试件的任意一致性误差≤0.005。


       3.中走丝机床“最大效率”的困惑


       在中走丝的技术指标中常常会看到“最大切割效率”,但是每个中走丝生产商对于“最大切割效率”的规定和理解都各有不同,与用户的直观理解更是大相径庭,目前的行业标准也没有一个准确的定义。


       中走丝机床“最大切割效率”的概念是引自于慢走丝机床行业,对于慢走丝机床而言,由于电极丝使用是一次性的,以尽量大的高频能量实现不断丝的连续加工,无论丝耗多大只要不断丝即可,此时的切割效率就是它的最大切割效率,所以他的最大效率就是他的正常工作效率。然而对于中走丝线切割机床而言,情况就完全不同了。由于电极丝是循环往复使用,丝耗的大小直接影响连续切割的时间长短,有些企业为了真实反映高频电源的性能,在时间的计算上甚至要扣除丝筒两端换向的时间,由此看来“最大切割效率”更像是生产厂家的一个实验数据,而真正评估中走丝机床的效率,前提必须要确定能连续切割不断丝的最长时间或连续切割不断丝的最大面积,在此连续的基础上效率才有实用价值,可见对于中走丝机床而言最大切割效率(简称最大效率)和正常工作的切割效率(简称工作效率)是两个完全不同的概念,根据中走丝的实际使用情况,至少能够连续切割20000mm²(2万平方毫米)的情况下最大效率才有实际意义;


       4.大锥度中走丝里的陷阱


       大锥度中走丝机床是指可以实现大锥度(60°)的多次切割加工技术,从而有效提升锥度表面的精细度,特别是在加工塑胶模的斜顶孔时,孔的粗糙度和孔的上中下腰鼓形误差直接影响模具的质量和寿命,由此可见,大锥度多次切割技术是非常重要的,由于中走丝机床高速往复走丝的特点,导丝器(眼模)的安装无论是机械结构还是理论轨迹都会直接影响加工精度,所以用户在选型时一定要有所侧重,如果既要确保尺寸精度又要确保粗糙度,就必须实现大锥度无导丝器情况下的多次切割修刀,然而这对电极丝的张力控制技术要求非常高,必须具备双传感器双向自适应张力的适时全闭环控制技术,同时还要实现UV轴与控制张紧轮的张力轴联动,这是中走丝机床特有的XYUVF(F为张力全闭环控制轴)五轴联动;


       5. 中走丝的闭环控制有玄机


       中走丝机床的XY轴的闭环控制可分为半闭环和全闭环,虽然都属于闭环控制,但是在控制精度和技术含量上却是天壤之别,半闭环是通过伺服电机自带的编码器将丝杠的旋转信号送入驱动器,所以半闭环控制并不是直接反应工作台的运动精度,而全闭环控制是将平行于XY轴的光栅尺信号直接传入控制系统主机,所以从控制角度讲全闭环的控制精度远远高于半闭环,但是对于一般的中走丝机床,半闭环控制完全能够满足大部分市场需求,而对于全闭环控制而言,光栅尺的安装工艺是影响机床控制精度的一个重要因素,以及机床本身的内在品质,这个问题在技术问答中有更详细的探讨;


       6.中走丝机床各种暗藏玄机的张力控制


       中走丝与慢走丝的最大区别就在于中走丝机床的电极丝的高速频繁往复运动,使得高速运行的电极丝的振动、张力、直径时刻都在无规则的变化,特别是在修刀时,由于中走丝是单边放电加工,所以张力的变化将直接导致电极丝在加工过程中空间位置的改变,虽然用导丝器(眼模)虽能起到一定作用,但是无法从根本上改变,高速运行电极丝的动态张力控制,是区分中走丝性能的一个非常重要的标志,目前市场上中走丝的电极丝张力控制方式有:弹簧式、重锤式、电动式、双传感器全闭环自适应智能控制等,中走丝多次切割加工性能的稳定性,归根到底是运行中的电极丝的张力控制的稳定性和精确性,下面对是各种恒张力装置的对比分析:


       1)弹簧式恒张力控制


       将弹簧的弹力作用于张力轮上,当高速运行的电极丝变松后张力轮在弹簧力的作用下使电极丝始终处于张紧状态;虽说是恒张力控制,然而弹簧的弹力会随着张力轮的位移逐渐减小,在修刀时需要较大张力时,由于之前切割时弹簧的压缩量已经改变,修刀时紧张力反而减小,所以多次切割修刀的一致性、稳定性明显变差,名为恒张力实则越切越松。


       2)重锤式恒张力控制


       与弹簧恒张力不同,重锤式是在重力作用下,张力虽然不会越切越松,但是由于电极丝的张紧力是无规则的变化,张力轮在重锤的作用下会不断往下移动,当张力轮的移动与重力方向一致时电极丝受力小,当张力轮移动与重锤的重力方向相反时电极丝的受力就会明显增大,这与吊车提升重物和向下送重物受力不一样是一回事,可见重锤的上下移动必然导致高速运行中的电极丝受力频繁改变,且由于重锤的重力始终不变,当电极丝损耗变细后,重锤反而会将电极丝很快拉断,导致电极丝使用寿命降低。


       3)电动式恒张力控制


       通过电机设定一个自认为合适的转速拉动张力轮,使逐渐变松的电极丝收紧,而电极丝的张力实际变化情况,电机并不知道,这是典型的你有你的千变万化,我有我的一定之规,这样以自我为中心的控制,效果可想而知,这里不再赘述;其实以上三种控制都是以自我为中心的开环控制,好在弹簧和重锤在电极丝换向张力发生突变时有一定的缓冲,而电动恒张力就更是六亲不认了。


       以上三种恒张力控制的一个最大优势就是生产成本低廉。在短时间内的多次切割及修刀过程中对稳定电极丝是起作用的,特别是客户在中走丝选型试切演示时,都能获得很好的效果,这一点用户都有亲身感受,但是在之后的长时间生产使用中,在应对精细表面的稳定性以及精确尺寸多个相同件的一致性上、特别是高厚度多次切割的腰鼓形误差上如果不借助操作人员的“技能”,就完全无法胜任客户的需求了。


       4)WIDCS(威迪克斯)——电极丝智能动态控制系统


       电极丝智能动态控制系统是通过双传感器适时检测电极丝的张力变化,对双向高速运行的电极丝的动态张力运用AC伺服的快速响应进行精确控制,这是一个典型的全闭环自适应的动态控制系统,当高速运行的电极丝出现20克的张力变化时WIDCS可以在0.5秒内精确修正,这是目前中国中走丝最先进最精确的张力控制;完全摆脱了中走丝对操作人员的技能的依赖,WIDCS的深入探讨在后面的技术问答中还有详细交流……


       7.中走丝选型的精度困惑


       在选型时客户往往被宣传的某一孤立的精度所迷惑,其实中走丝的精度是一个完整的体系,这包括了几何精度、数控精度、加工精度、微观精度(粗糙度)等,几何精度和数控精度是保证加工精度的单项精度,也是基础精度,而中走丝的加工精度则是一组综合精度,不仅要关注某一工件的切割精度,还要高度关注多个零件的一致性精度,以及大面积粗糙度的稳定性,这是检验中走丝实用性的重要指标。


       对于中走丝多次切割修刀加工,只要工作台的机械质量不是太离谱,往往圆度精度(或八方精度)更容易实现,这是因为修刀不仅仅提高表面的精细度度,同时也会对材料切割时的变形有修正作用,所以对中走丝而言更重要的是关注在多次切割修刀工艺下工件上中下的腰鼓形误差,特别是在100~200mm厚度时的腰鼓形误差,这将直接影响塑胶模具的使用寿命,另外,无论是跳步模加工还是精密零件的大批量加工都要求通过多次切割修刀在提升表面粗糙度的同时还必须保证多个零件的一致性精度,由于在多次切割的过程中,电机丝的张力和直径都在不断的发生变化,这是中走丝与慢走丝机床的最大区别,对于慢走丝而言,电极丝是一次性使用且慢速运动,丝的直径和张力的是相对稳定的,所以一致性精度对于慢走丝而言几乎不是问题,而对于中走丝而言,由于电极丝高速往复运动反复使用,张力直径的无规则变化,使得电极丝在修刀时空间位置飘忽不定,这对工件表面的粗糙度的稳定性以及尺寸误差的一致性都是致命的。


       8.多次切割挥之不去的贯穿条纹


       中走丝机床多次切割加工的表面质量除了表面粗糙度还包含表面无规则条纹、周期性条纹、表面隐形波浪纹等,下面一一阐述:


       表面无规则条纹、周期性条纹、表面隐形波浪纹等都属于表面贯穿条纹,无论哪种贯穿条纹,都是在切割或修刀过程中加工区段的电极丝的空间位置出现微量移动,我们称之为“漂移”,无规则的“漂移”产生无规则条纹,周期性“漂移”产生周期性条纹,而第一刀切割时的周期性“漂移”是产生修刀后的隐形波浪纹的罪魁祸首(隐形波浪纹抛光后清晰可见),而“漂移”与运行中的电极丝动态张力密不可分,特别是在修刀加工过程中张力的变化直接造成电极丝的各种“漂移”, 准确的讲张力的变化是运行中的电极丝“漂移”的罪魁祸首,只要能控制住运动中的电极丝的张力变化就能控制住运行中的电极丝的“漂移”,进而从根本上解决修刀表面的各种显性的和隐形的条纹,为此,四川深扬历经十余年的深入研究,通过双传感器的实时监测,对高速运行的电极丝实现双向自适应的精确张力控制,从根本上解决了对电极丝空间位置“漂移”。填补了中国往复走丝线切割领域的空白,为此四川深扬获得了国家3项发明专利和2项国家软件著作权证书。


       9.对中走丝机床线架结构的认识误区


       中走丝机床的实质就是能够稳定的实现多次切割加工,用小能量高频对加工表面进行修刀,从而实现具有精细表面的精确加工效果,所以,精细和精确是最终目的,而快走丝的音叉式线架并不是影响精细和精确的原因,现在泰州的一些低价音叉式线架的中走丝机床,之所以切割效果差是由于音叉式线架结构无法安装电极丝的张紧机构,所以操作人员很难掌控切割过程电极丝的张力的变化,在多次切割时特别是修刀时无论是表面质量还是尺寸精度都无法满足要求,其真实原因是电极丝的动态张力无法有效控制,而现在广泛使用的弹簧式或重锤式张力控制装置,由于无法感知高速运行的电极丝在音叉式线架结构上张力的真实变化情况,这种我行我素的简单拉紧,即使安装在音叉式线架上依然无法达到稳定的精细、精确效果;然而由于低价的诱惑,还是导致很多的中小用户深受其害,致使广大用户一致误认为快走丝式音叉结构影响了多次切割的性能,其实真正影响中走丝性能的是在音叉式线架上的张力控制技术;四川深扬对高速运行的电极丝在音叉式结构上的张力控制进行了深入的研究,将电极丝智能动态控制系统的软件及硬件都进行了有针对性的个性研发,与音叉式线架完美结合,以非常低的成本、价格达到高端机的切割效果,在一致性和稳定性上已经完全超过了十几万的中走丝机床。



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