闭环张力动态控制的电火花线切割机运丝机构制造技术

一种闭环张力动态控制的电火花线切割机运丝机构，放电加工区电极丝张力经上、下第一换向轮、第一换向臂施加到固定在立柱的力传感器上，力传感器把电极丝的张力转换成电量信号，经电子电路处理和放大，控制电机，再经由丝杠、螺母、第二换向臂进而控制上、下第二换向轮的运动，调整从贮丝筒上拽引出环状封闭电极丝的周长，利用电极丝的弹性变形来调整其张力。调整后的张力又经力传感器反馈到电子电路处理，再次控制电机，从而实现对电火花线切割机电极丝张力的闭环动态控制。本实用新型专利技术提高往复高速走丝型电火花线切割机脉冲电火花放电加工的稳定性，解决此类机床由电极丝张力周期性变化造成切割工件表面出现周期性“换向条纹”的顽症。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电火花线切割机，具体涉及往复走丝型电火花线切割机使用的一种闭环张力动态控制的运丝机构。
技术介绍
电火花线切割机的高频脉冲电源的正极接到固定定位的工件上，负极接到运动中 的电极丝上，利用电极丝与工件间在工作液中脉冲电火花放电产生的电蚀效应进行线切割 加工。电极丝一般采用耐高温的钼丝，并且要求放电加工区的钼丝必须处在一个稳定张力 作用之下被拉直，这样高速运动的柔性钼丝与工件之间才能实现稳定的脉冲电火花放电， 才能获得较高的线切割精度和切割表面质量。因此，电火花线切割机对电极丝张力控制的 能力直接决定着机床的切割加工质量，目前生产的机床采用多种结构的运丝机构以控制电 极丝的张力。 附图1所示的运丝机构为目前在电火花线切割机上使用面最广的一种运丝机构 方案，图中1为贮丝筒，14为环状封闭电极丝，152为上导轮、151为下导轮，222为上排丝 轮、221为下排丝轮。该运丝机构利用钼丝具有弹性变形的特点，在完成贮丝筒预排钼丝之 后，进行紧丝工序。采用原始手工紧丝的方法，凭操作工的手感和经验对已排列在贮丝筒 表面的钼丝进行一次或多次手工紧丝，使得钼丝以一定预张力排列在贮丝筒1的表面。经 测试发现此方案受贮丝筒，及其导轨的制造和装配中存在公差的影响，放电加工区实际钼 丝张力随着贮丝筒运转的换向呈周期性波动，造成切割工件表面有往复走丝型电火花线切 割机加工特有的周期性换向条纹的顽症。另外，在电火花脉冲放电加工产生的长时间持 续高温冲击的情况下，钼丝在张力作用下会发生永久性蠕变伸长，此方案无法对加工中钼 丝蠕变伸长造成张力的减小进行补偿；上述原因造成此类机床加工精度和切割表面质量不 稳定。另外，手工紧丝方法使此类机床无法符合国际安全标准的要求。为此，该类机床只能 用于低档模具的切割加工和作为下料使用的初级加工机床。 附图2所示的是部分电火花线切割机使用的重锤式恒张力运丝机构。图中1为贮 丝筒，31为左换向轮，32为右换向轮，9为张紧轮，14为环状封闭电极丝，152为上导轮、151 为下导轮，19为立柱，21为重锤，222为上排丝轮、221为下排丝轮，23为垂直导轨副，25为 绳索。该机构中，垂直导轨副23的滑块上设置一只张紧轮9，在滑块上用绳索25悬垂一重 锤21，利用重锤21的重力使环状封闭电极丝14的张力恒定。此技术方案在静态时，环状封 闭电极丝14的张力约等于重锤21和垂直导轨付23上滑块重力之和的50%。此技术方案 虽然可以补偿钼丝的蠕变伸长，但在电火花线切割加工时，需要重锤上、下移动来调整钼丝 张力动态变化，因为重锤的惯性较大，又采用柔性绳索与垂直导轨副的滑块连接，因此，该 机构的频率响应速度很低，在电极丝以线速度为8-12米/秒高速运丝情况下，该机构无法 响应由于运丝机构部件制造和装配中公差造成动态张力的变化。在这样的情况下，环状封 闭电极丝14上的动态张力已不再是静态情况下的张力。另外，由于上、下导轮间的那段钼 丝在往复二个方向运丝时，所要驱动的排丝轮、张紧轮和换向轮的数量是不同的，从而使这3种运丝机构在放电加工区的钼丝张力波动量较上述第一种现有技术还要大，为此该技术方 案的恒张力控制实际效果不好，切割工件表面有较深的周期性换向条纹，目前采用这种 运丝机构的机床已越来越少。 专利号为ZL97249695. 5，名称为《对称张紧丝的电火花线切割机》的中国技术 专利公开了一种运丝机构，如附图3所示，1为贮丝筒，33为上换向轮，34为下换向轮，35为 绳索换向轮，8为张紧轮臂平台，92为上张紧轮，91为下张紧轮，10为张紧轮臂，14为环状 封闭电极丝，152为上导轮、151为下导轮，19为立柱，21为重锤，24为水平导轨副，25为绳 索。用物理运动学分析这种重锤经绳索来牵引水平放置的张紧轮臂运动的机构，在重锤上、 下运动来松丝和紧丝两种情况下，张紧轮臂运动的加速度是不同的。另外该机构也 属于张力静态控制的运丝机构，也存在上述现有技术相同的缺点，也不能彻底解决往复走 丝型电火花线切割机特有的切割工件表面呈现周期性换向条纹的顽症。
技术实现思路
本技术提供一种闭环张力动态控制的电火花线切割机运丝机构，目的是解决 现有几种运丝机构的不足，实现对电极丝张力的动态精密控制，提高往复高速走丝型电火 花线切割机的加工性能、加工精度和切割工件的表面质量。 为达到上述目的，本技术采用的技术方案是一种闭环张力动态控制的电火花线切割机运丝机构，包括环形封闭电极丝、贮丝筒以及分列于线切割机上、下线架端部的上、下导轮，还包括沿竖直方向布置且相互平行的第一换向臂和第二换向臂，该第一换向臂和第二换向臂相对线切割机的立柱沿水平方向滑动连接，且第一换向臂和第二换向臂的上下对称中心线相重合；所述贮丝筒和第二换向臂以第一换向臂轴线为界分列于两侧；所述第一换向臂和第二换向臂中，一者由电机驱动，另一者抵靠于一相对线切割机立柱固定的力传感器上，或者经一力传感器与线切割机的立柱连接；所述第一换向臂两端支撑有上、下第一换向轮，所述第二换向臂两端支撑有上、下第二换向轮，该上、下第二换向轮之间的距离小于上、下第一换向轮之间的距离；所述环形封闭电极丝是从贮丝筒表面缠绕的众多电极丝匝圈中拽引出封闭的半圈电极丝，先后经上第二换向轮、上第一换向轮、上导轮、下导轮、下第一换向轮、下第二换向轮，最后返回至贮丝筒上电极丝的原匝圈内，且所述力传感器(5)采集的信号经由一闭环控制电路处理放大后用于控制所述电机(16)输出，以此构成闭环张力动态控制的运丝机构。 上述技术方案中的有关内容解释如下 1、上述方案中，线切割机的立柱沿水平方向设有相互平行的上、下导轨，其上设有滑动的两对滑块，该两对滑块分别与所述第一换向臂和第二换向臂固定连接。 2、上述方案中，线切割机的立柱沿水平方向设有一直线导轨，其上设有滑动的二块滑块，该二块滑块分别与所述第一换向臂和第二换向臂固定连接。 3、上述方案中，所述上第一换向轮的正上方设有上第三换向轮，该上第三换向轮 相对线切割机的立柱沿竖直方向滑动连接且通过一拨叉定位；所述环形封闭电极丝是从贮 丝筒表面缠绕的众多电极丝匝圈中拽引出封闭的半圈电极丝，先后经上第二换向轮、上第 一换向轮、上第三换向轮、上导轮、下导轮、下第一换向轮、下第二换向轮，最后返回至贮丝 筒上电极丝的原匝圈内，以此构成闭环张力动态控制的运丝机构。 4、上述方案中，所述电机为直线电机。 5、上述方案中，所述电机为伺服电机，该伺服电机通过传动连接部件与丝杠、螺母 连接后，再与第一换向臂或第二换向臂传动连接。 6、上述方案中，所述的上、下导轨与两对滑块为二组包括滚珠花键、从动轴承和平 面滚子轴承在内的直线导轨副。 7、上述方案中，所述的上、下导轨与两对滑块为由二根导向轴和二对直线衬套 (又称为自循环滚珠导套)组成的二组圆柱形滚动直线导套副。 8、上述方案中，所述的一直线导轨和二块滑块为一组包括滚珠花键、从动轴承和 平面滚子轴承在内的直线导轨副。 9、上述方案中，环形封闭电极丝的张力经换向轮(上、下第一换向轮或上、下第二换向轮)、换向臂(第一换向臂或第二换向臂)施加到固定在立柱的力传感器上，力传感器把环形封闭电极丝的张力转换成电量信号，经电子电路处理和放大，控本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种闭环张力动态控制的电火花线切割机运丝机构，包括环形封闭电极丝（１４）、贮丝筒（１）以及分别位于线切割机上、下线架（１３，１８）端部的上、下导轮（１５２，１５１），其特征在于：还包括沿竖直方向布置且相互平行的第一换向臂（４１）和第二换向臂（４２），该第一换向臂（４１）和第二换向臂（４２）相对线切割机的立柱（１９）沿水平方向滑动连接，且第一换向臂（４１）和第二换向臂（４２）的上下对称中心线相重合；所述贮丝筒（１）和第二换向臂（４２）以第一换向臂（４１）轴线为界分列于两侧；所述第一换向臂（４１）和第二换向臂（４２）中，一者由电机（１６）驱动，另一者抵靠于一相对线切割机立柱（１９）固定的力传感器（５）上，或者经一力传感器（５）与线切割机的立柱（１９）连接；所述第一换向臂（４１）两端支撑有上、下第一换向轮（３６、３７），所述第二换向臂（４２）两端支撑有上、下第二换向轮（３８，３９），该上、下第二换向轮（３８，３９）之间的距离小于上、下第一换向轮（３６、３７）之间的距离；所述环形封闭电极丝（１４）从贮丝筒（１）开始，先后经上第二换向轮（３８）、上第一换向轮（３６）、上导轮（１５２）、下导轮（１５１）、下第一换向轮（３７）、下第二换向轮（３９）、最后再返回至贮丝筒（１）；且所述力传感器（５）采集的信号经由一闭环控制电路处理放大后用于控制所述电机（１６）输出，以此构成闭环张力动态控制的运丝机构。...

【技术特征摘要】
一种闭环张力动态控制的电火花线切割机运丝机构，包括环形封闭电极丝(14)、贮丝筒(1)以及分别位于线切割机上、下线架(13，18)端部的上、下导轮(152，151)，其特征在于还包括沿竖直方向布置且相互平行的第一换向臂(41)和第二换向臂(42)，该第一换向臂(41)和第二换向臂(42)相对线切割机的立柱(19)沿水平方向滑动连接，且第一换向臂(41)和第二换向臂(42)的上下对称中心线相重合；所述贮丝筒(1)和第二换向臂(42)以第一换向臂(41)轴线为界分列于两侧；所述第一换向臂(41)和第二换向臂(42)中，一者由电机(16)驱动，另一者抵靠于一相对线切割机立柱(19)固定的力传感器(5)上，或者经一力传感器(5)与线切割机的立柱(19)连接；所述第一换向臂(41)两端支撑有上、下第一换向轮(36、37)，所述第二换向臂(42)两端支撑有上、下第二换向轮(38，39)，该上、下第二换向轮(38，39)之间的距离小于上、下第一换向轮(36、37)之间的距离；所述环形封闭电极丝(14)从贮丝筒(1)开始，先后经上第二换向轮(38)、上第一换向轮(36)、上导轮(152)、下导轮(151)、下第一换向轮(37)、下第二换向轮(39)、最后再返回至贮丝筒(1)；且所述力传感器(5)采集的信号经由一闭环控制电路处理放大后用于控制所述电机(16)输出，以此构成闭环张力动态控制的运丝机构。2. 根据权利要求1所述的闭环张力...

【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：实用新型
国别省市：32[中国|江苏]