一种恒张力运丝装置及测力方法制造方法及图纸

一种恒张力运丝装置及测力方法，包括储丝筒、电极丝、上排丝轮、下排丝轮、紧丝机构、上导轮及下导轮；其特征在于：还包括上测力轮、上测力传感器、下测力轮、下测力传感器以及张力控制电路；紧丝机构包括连接板、连接板驱动装置、上紧丝轮、上减振器、下紧丝轮以及下减振器；在电极丝的运丝路径上，上测力轮位于上紧丝轮与上导轮之间，下测力轮位于下紧丝轮与下导轮之间；在连接板移动过程中，电极丝与上测力轮接触的包角以及电极丝与下测力轮接触的包角保持不变；放电加工区上端的电极丝张力通过上测力轮传递至上测力传感器；放电加工区下端的电极丝张力通过下测力轮传递至下测力传感器，两部分张力相加，作为控制电极丝恒张力闭环控制的依据。

A kind of constant tension wire transporting device and force measuring method

A constant tension wire feeding device and force measuring method, including wire storage cylinder, electrode wire, upper wire wheel, lower wire wheel, wire tightening mechanism, upper guide wheel and lower guide wheel, which are characterized in the following features: the upper force wheel, the upper force sensor, the lower force wheel, the lower force sensor and the tension control circuit, and the wire tightening mechanism, including the connecting plate, and the tension control circuit. The connecting plate driving device, the upper wire wheel, the upper damper, the lower wire wheel and the lower shock absorber; on the wire route of the electrode wire, the force wheel is located between the upper wire wheel and the upper guide wheel, the lower measuring wheel is located between the lower wire wheel and the lower guide wheel, and the angle of the contact between the electric wire and the force wheel during the movement of the connecting plate and the angle of the contact between the electric pole and the force wheel. The angle of the electrode wire contact with the lower force wheel remains unchanged; the wire tension of the upper end of the discharge machining zone passes through the upper force wheel to the force measuring sensor; the wire tension of the electrode wire at the lower end of the discharge processing area passes through the lower force wheel to the lower force sensor, and the two part of tension is added to control the constant tension of the wire tension control of the electrode wire. Basis\u3002

【技术实现步骤摘要】
一种恒张力运丝装置及测力方法
本专利技术涉及一种往复运丝型数控电火花线切割机，具体涉及一种由三个两类不同功能机构以串联形式，组成一种具有电极丝恒张力控制和稳定运丝两项特性的运丝装置。
技术介绍
电火花线切割机是用细金属丝为线电极与工件之间发生电火花脉冲放电，利用脉冲放电所产生的电蚀效应，来进行切割加工的一种特种加工机床。恒定的线电极张力和稳定的运丝，是此类机床获得较高加工效率和较优加工质量的二项必要条件。国外仅生产单向低速运丝型电火花线切割机，它采用线电极单方向运丝并且一次性使用，走丝速度低于0.2m/sec，较容易地同时满足此二项运丝的必要条件。使用成本较低的国产往复高速运丝型电火花线切割机床，使用耐高温的电极丝为线电极，在一次切割加工时，电极丝以8-15m/sec高速运丝；为了实现用一根有限长度的电极丝完成对一个工件的长时间切割加工，需要频繁地往复改变其运丝方向。在往复和高速运丝的特殊环境下，该机床要同时满足上述二项必要条件，并且能够长期稳定可靠工作，存在着许多技术上的困难。目前已有多种电极丝张力控制装置，但是真正能批量生产投放市场，目前主要有弹簧式张力控制机构和电极丝张力闭环控制机构二种。公告号为CN203254023U弹簧式电极丝张力可调运丝机构是一种典型的使用弹簧变形产生的弹力控制电极丝张力的运丝机构。在这些装置中，在上、下丝臂或立柱上各固定安装一套弹簧张力可调装置，利用装置中弹簧弹性变形产生的弹力，分别施加在环状电极丝的上、下两个部位上，来控制往复运丝时电极丝张力。实际切割加工中，在张力的拉伸下反复参加电火花局部温度高达一万度左右脉冲放电的电极丝会自行伸长。电极丝张力越大，则电极丝的伸长速度越快。对于从储丝筒缠绕众多电极丝中引出的一个环状电极丝来讲，电极丝的伸长则造成张力的降低。而完成一个模具的切割加工，往往需要短则整天，长则几周的连续切割加工。这样的机构随着弹簧变形其弹性力下降造成电极丝张力的同步下降，从而需要操作工人经常地去调整弹簧变形长度来控制电极丝张力不至于下降过大。在切割加工中每次调整弹簧的弹性变形都会造成电极丝张力从小到大的一次突变，从而在工件表面产生一条阶梯状的不平痕迹。这种利用弹簧弹性变形来调节电极丝张力的机构，只能减少环状电极丝张力下降的速度，不能真正解决在整个加工过程中电极丝张力恒定的技术难题。申请人于2009年申报并获授权的一项技术专利《闭环张力动态控制的电火花线切割运丝机构》（申请号2009202348875），已经批量生产和投放市场多年。与前者对电极丝张力控制原理不同，它把电极丝本身作为一个弹性体，利用胡克定律弹性变形的原理，通过改变其弹性变形长度来直接控制其张力。在施加额定张力情况下，该机构连续切割48小时左右，环状电极丝伸长达到1000mm（第二换向臂移动250mm）时，才需要人工干预将第二换向臂平台移还至起始点。由于伺服闭环控制机构在工作中能将力传感器测到的代表电极丝张力大小的电压，始终调节到与机床数控计算机预置电压值相同，实现了对电极丝张力的闭环控制。这样将第二换向臂平台移动到初始位置的调整，这种调节前后电极丝张力相同，因而不会在切割工件表面留下痕迹。该装置具有长时间无人操作自动控制电极丝张力的优点。但是经大量用户使用后发现该机构存在以下三个缺点：1.存在电极丝张力测量误差：实际电极丝张力大于测力传感器计量标定值，并且实际张力值随着往复运丝方向的改变而有一定变化。进一步分析发现：在往复双向运动时，处于收丝状态电极丝段的动态张力大于处于放丝状态电极丝段的动态张力，由于环状电极丝的上、下两部分不断交替变化着收丝和放丝两种状态，因此在第一换向臂41两端安装的上第一换向轮36、下第一换向轮37之间，始终存在一个随运丝方向改变而交替改变方向的电极丝张力差，经过力学分析它与第一换向臂的1/2长度相乘会形成一个力矩；在此结构中，由上导轨111、下导轨112上随之产生的反扭矩自动平衡该力矩；因此上、下两部分电极丝张力没有全部施加到测力传感器31上，从而造成测量误差。该机构力传感器测到的电极丝张力，实际上始终接近上、下两部分电极丝中那个处于放丝状态较小电极丝动态张力的四倍，从而不能真正实现电极丝张力精确控制。2.存在着有时会发生机床共振的技术难题：作为运丝动力的储丝筒1不可避免存在制造和装配允差，在其高速旋转时，如“储丝筒径向跳动和全跳动”等精度允差造成了电极丝上叠加疏密状的纵波振动。这种纵波振动的频率与储丝筒转速即运丝速度成正比；纵波振动的强度总体上主要与电极丝张力的大小有关；处于收丝状态电极丝上的纵波振动强于处于放丝状态电极丝上的纵波振动。电极丝的纵波振动造成测力传感器输出电压信号上叠加了振动电压波形，当电极丝张力与计算机设定值时相同时，即处于恒张力状态时，电子控制电路输出电压信号不是零电平，而是纵波振动的交流信号。在储丝筒调到某一转速的条件下，这种纵波振动频率接近机床的固有频率时，就会引起整个机床的共振。3.存在电极丝使用寿命短的缺陷：经过大量用户长期使用后的统计发现：对比张力不受控的普通机床，装有该机构的机床上电极丝使用寿命比较短。普通机床在切割加工中，其电极丝张力是不受控制的。据分析：由于在张力的拉伸作用下经反复电火花脉冲放电电极丝的长度会伸长，造成加工前一次性预紧新电极丝的张力很快下降；随着张力的下降，环状电极丝伸长会减小，这种伸长的减小，又会减缓张力的下降……直至最后两者获得一种动态的平衡，即机床处在很小电极丝张力的状态下长时间地切割加工。由于有张力闭环控制机构的机床上电极丝始终施加了大小适度且恒定的张力，所以后者的电极丝张力远远大于前者的平均张力。这种疏密状纵波振动造成电极丝一直处于高频率的弹性伸缩状态，从而形成了一种低于电极丝材料屈服极限的交变应力。反复参加电火花脉冲放电电极丝表面逐渐布满微小的电蚀坑穴，纵波振动长久施加在这种表面有越来越严重缺陷的电极丝上，这种施加了较大张力的电极丝就会发生疲劳破坏，即发生了早期断丝现象。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有往复运丝型电火花线切割机床运丝装置存在的不足，提供由三个两类不同功能机构以串联形式组成一种具有电极丝恒张力控制和稳定运丝两项特性的运丝装置。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种恒张力运丝装置，包括储丝筒、电极丝、上排丝轮、下排丝轮、紧丝机构、位于加工区两端的上导轮及下导轮；在电极丝的运丝路径上，所述上排丝轮位于储丝筒与紧丝机构之间，下排丝轮也位于储丝筒与紧丝机构之间；其创新在于：所述恒张力运丝装置还包括上测力轮、上测力传感器、下测力轮、下测力传感器以及张力控制电路；所述上测力传感器和下测力传感器均为单轴向测力传感器，且均具有第一连接面和第二连接面，上测力轮转动支撑于上测力传感器的第一连接面，上测力传感器的第二连接面相对于机床的立柱上部位置固定，下测力轮转动支撑于下测力传感器的第一连接面，下测力传感器的第二连接面相对于机床的立柱下部位置固定；所述紧丝机构包括连接板、连接板驱动装置、上紧丝轮、上减振器、下紧丝轮以及下减振器；所述上减振器和下减振器均具有第一连接端和第二连接端，第一连接端与第二连接端仅有一个沿减振轴向运动的自由度，上紧丝轮转动支撑于上减振器的第一连接端，上减振器的第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种恒张力运丝装置，包括储丝筒（1）、电极丝（11）、上排丝轮（5）、下排丝轮（22）、紧丝机构、位于加工区（14）两端的上导轮（13）及下导轮（15）；在电极丝（11）的运丝路径上，所述上排丝轮（15）位于储丝筒（1）与紧丝机构之间，下排丝轮（22）也位于储丝筒（1）与紧丝机构之间；其特征在于：所述恒张力运丝装置还包括上测力轮（8）、上测力传感器（9）、下测力轮（19）、下测力传感器（18）以及张力控制电路；所述上测力传感器（9）和下测力传感器（18）均为单轴向测力传感器，且均具有第一连接面和第二连接面，上测力轮（8）转动支撑于上测力传感器（9）的第一连接面，上测力传感器的第二连接面相对于机床的立柱（23）上部位置固定，下测力轮（19）转动支撑于下测力传感器（18）的第一连接面，下测力传感器（18）的第二连接面相对于机床的立柱（23）下部位置固定；所述紧丝机构包括连接板（10）、连接板驱动装置、上紧丝轮（3）、上减振器（2）、下紧丝轮（20）以及下减振器（21）；所述上减振器（2）和下减振器（21）均具有第一连接端和第二连接端，第一连接端与第二连接端仅有一个沿减振轴向运动的自由度，上紧丝轮（3）转动支撑于上减振器（2）的第一连接端，上减振器（2）的第二连接端固定在连接板（10）的上部；下紧丝轮（20）转动支撑于下减振器（21）的第一连接端，下减振器（21）的第二连接端固定在连接板（10）的下部；所述连接板（10）定位于一个直线滑动导轨中，所述连接板驱动装置为一伺服直线驱动机构，该伺服直线驱动机构由张力控制电路控制，伺服直线驱动机构的驱动端作用于连接板（10），并使连接板（10）沿所述直线滑动导轨来回移动，连接板（10）的移动方向定义为张力大小调节方向，张力大小调节方向与上减振器（2）及下减振器（21）的减振轴向同向；在电极丝（11）的运丝路径上，所述上测力轮（8）位于上紧丝轮（3）与上导轮（13）之间，下测力轮（19）位于下紧丝轮（20）与下导轮（15）之间；所述上排丝轮（5）的转轴与下排丝轮（22）的转轴平行设置，上紧丝轮（3）的转轴与下紧丝轮（20）的转轴平行设置，上测力轮（8）的转轴与下测力轮（19）的转轴平行设置；所述上紧丝轮（3）的转轴轴线与下紧丝轮（20）的转轴轴线所在的平面定义为基准平面，上排丝轮（5）的转轴轴线与下排丝轮（22）的转轴轴线所在的平面定义为第一平面，第一平面平行于所述基准平面，上测力轮（8）的转轴轴线与下测力轮（19）的转轴轴线所在的平面定义为第二平面，第二平面平行于所述基准平面；所述电极丝（11）在上测力轮（8）上的切点与电极丝（11）在上紧丝轮（3）上的切点之间的电极丝（11）平行于张力大小调节方向，电极丝（11）在下测力轮（19）上的切点与电极丝（11）在下紧丝轮（20）上的切点之间的电极丝（11）也平行于张力大小调节方向，在连接板（10）移动过程中，电极丝（11）与上测力轮（8）接触的包角保持不变，以及电极丝（11）与下测力轮（19）接触的包角保持不变。...

【技术特征摘要】
1.一种恒张力运丝装置，包括储丝筒（1）、电极丝（11）、上排丝轮（5）、下排丝轮（22）、紧丝机构、位于加工区（14）两端的上导轮（13）及下导轮（15）；在电极丝（11）的运丝路径上，所述上排丝轮（15）位于储丝筒（1）与紧丝机构之间，下排丝轮（22）也位于储丝筒（1）与紧丝机构之间；其特征在于：所述恒张力运丝装置还包括上测力轮（8）、上测力传感器（9）、下测力轮（19）、下测力传感器（18）以及张力控制电路；所述上测力传感器（9）和下测力传感器（18）均为单轴向测力传感器，且均具有第一连接面和第二连接面，上测力轮（8）转动支撑于上测力传感器（9）的第一连接面，上测力传感器的第二连接面相对于机床的立柱（23）上部位置固定，下测力轮（19）转动支撑于下测力传感器（18）的第一连接面，下测力传感器（18）的第二连接面相对于机床的立柱（23）下部位置固定；所述紧丝机构包括连接板（10）、连接板驱动装置、上紧丝轮（3）、上减振器（2）、下紧丝轮（20）以及下减振器（21）；所述上减振器（2）和下减振器（21）均具有第一连接端和第二连接端，第一连接端与第二连接端仅有一个沿减振轴向运动的自由度，上紧丝轮（3）转动支撑于上减振器（2）的第一连接端，上减振器（2）的第二连接端固定在连接板（10）的上部；下紧丝轮（20）转动支撑于下减振器（21）的第一连接端，下减振器（21）的第二连接端固定在连接板（10）的下部；所述连接板（10）定位于一个直线滑动导轨中，所述连接板驱动装置为一伺服直线驱动机构，该伺服直线驱动机构由张力控制电路控制，伺服直线驱动机构的驱动端作用于连接板（10），并使连接板（10）沿所述直线滑动导轨来回移动，连接板（10）的移动方向定义为张力大小调节方向，张力大小调节方向与上减振器（2）及下减振器（21）的减振轴向同向；在电极丝（11）的运丝路径上，所述上测力轮（8）位于上紧丝轮（3）与上导轮（13）之间，下测力轮（19）位于下紧丝轮（20）与下导轮（15）之间；所述上排丝轮（5）的转轴与下排丝轮（22）的转轴平行设置，上紧丝轮（3）的转轴与下紧丝轮（20）的转轴平行设置，上测力轮（8）的转轴与下测力轮（19）的转轴平行设置；所述上紧丝轮（3）的转轴轴线与下紧丝轮（20）的转轴轴线所在的平面定义为基准平面，上排丝轮（5）的转轴轴线与下排丝轮（22）的转轴轴线所在的平面定义为第一平面，第一平面平行于所述基准平面，上测力轮（8）的转轴轴线与下测力轮（19）的转轴轴线所在的平面定义为第二平面，第二平面平行于所述基准平面；所述电极丝（11）在上测力轮（8）上的切点与电极丝（11）在上紧丝轮（3）上的切点之间的电极丝（11）平行于张力大小调节方向，电极丝（11）在下测力轮（19）上的切点与电极丝（11）在下紧丝轮（20）上的切点之间的电极丝（11）也平行于张力大小调节方向，在连接板（10）移动过程中，电极丝（11）与上测力轮（8）接触的包角保持不变，以及电极丝（11）与下测力轮（19）接触的包角保持不变。2.根据权利要求1所述的恒张力运丝装置，其特征在于：所述上排丝轮（5）与下排丝轮（22）的直径和厚度的尺寸相同，上测力轮（8）和下测力轮（19）的直径和厚度的尺寸相同，上紧丝轮（3）与下紧丝轮（20）直径和厚度的尺寸相同，从而使电极丝（11）上、下两部分上的各对应轮的数量和转动惯量对称和相同；所述上紧丝轮（3）转轴和下紧丝轮（20）转轴之间的间距大于或等于电极丝（11）伸长调节量的1/4、上减振器（2）的垂直高度、上紧丝轮（3）直径、下排丝轮（23）与下测力轮（19）两者中直径较大者的直径四者之和；所述上排丝轮（5）转轴和下排丝轮（22）转轴之间的间距大于或等于上紧丝轮（3）转轴和下紧丝轮（20）转轴之间的间距；所述上测力轮（8）转轴和下测力轮（19）转轴之间的间距大于或等于上紧丝轮（3）转轴和下紧丝轮（20）转轴之间的间距；所述下测力轮（19）转轴与下排丝轮（22）转轴距机床床身（17）的高度相等，两者之间的间距大于或等于下紧丝轮（3）直径、下排丝轮（22）半径和下测力轮（19）半径的三者之和；所述上测力轮（8）转轴与上排丝轮（5）转轴在水平方向投影的间距与下测力轮（19）转轴与下排丝轮（19）转轴的间距相同；所述下紧丝轮（20）向上移动的最大高度满足以下要求：下紧丝轮（20）转轴的垂直高度不高于下排丝轮（22）转轴的垂直高度减去下紧丝轮（20）半径及下排丝轮（22）与下测力轮（19）两者中直径较大者的半径之和。3.根据权利要求1所述的恒张力运丝装置，其特征在于：所述张力控制电路包括上测力传感器（9）、上前置放大器、上微分电路、上反相器、上功率放大器、上主动减振器线性运动电机、下测力传感器（19）、下前置放大器、下微分电路、下反相器、下功率放大器、下主动减振器线性运动电机、加法器、减法器、机床数控计算机、D/A转换电路、伺服方向鉴别与速度控制电路、电机驱动器；其中：所述上测力传感器（9）...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾元章，
申请(专利权)人：顾元章，
类型：发明
国别省市：江苏,32