线切割机床电极丝振动控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术在金属的电蚀加工技术领域里公开了一种线切割机床电极丝振动控制方法及装置，该控制方法由丝振检测、信息处理、反馈控制三部分组成，该控制装置是以弹性过渡件为基体将丝振检测元件、作动元件分别复合在它的正、反两面上，形成一种机敏结构，耐磨块固定在弹性过渡件的一面或一端，弹性过渡件固定在支架上。本发明专利技术实现了丝振检测与控制一体化，使丝振控制效果处于最佳状态，可广泛应用于各种快走丝及慢走丝线切割机床。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属的电蚀加工
，特别涉及一种线切割机床电极丝振动控制方法及相应的装置。在电火花线切割加工中，电极丝的低频振动和偏移对加工稳定性和加工精度十分不利。为此，国内外生产厂家和研究人员历来都非常重视这一问题，研制了各种电极丝定位限幅装置。例如，日本JAPAX公司的专利(专利号GB2067947，GB3340388)和前苏联专利(专利号952500)等，它们适用于慢速走丝线切割机。我国独创的快速走丝线切割机床，丝速比慢速走丝高出约两个数量级，走丝方式采用往复循环式。因而，在高速运行中不但电极丝的张力变化较大，而且引起导轮的跳动和凹槽的磨损也较大，加上丝筒的动不平衡及其换向冲击等因素的影响，电极丝的振动和偏移要比慢速走丝大一倍以上。目前，国内也已专利技术了不少快丝机定位限幅器专利，如CN86200210U，CN86200502U，CN2076000U和CN2114530U等。它们的共同点是(1)在上下两导轮之间增加至少两套刚性支承件作为电极丝的导向定位装置，并以此来限制电极丝的振幅;(2)导向定位件采用耐磨材料，它们与电极丝是刚性接触。这些限幅器对于提高快丝机的加工稳定性和工件精度、表面粗糙度起到了良好作用，但是总的效果还不尽如人意，尤其是没有从根本上解决快丝机上实施多次切割加工时的丝振问题。其主要原因是(1)上述定位限幅器从原理上既不可能完全隔离外部振动对加工区内的干扰，也无法抑制加工区内的各种激励所引起的电极丝振动;(2)不能根据实际工况条件自动调节到最佳效果，因而对操作人员的操作调整技术要求较高。本专利技术提出了一种电极丝振动控制方法及装置，目的在于克服现有定位限幅器的上述缺点，充分抑制电极丝的低频振动和偏移，并使精密线切割加工所必需的多次切割工艺易于在快丝机上实施。本专利技术关于电极丝振动控制方法由丝振检测、信息处理、反馈控制三部分组成，具体步骤如下首先，采用高灵敏度的丝振检测器通过轻压接触的方式拾取电极丝的振动信息。所谓“轻压接触”是指检测器应始终与电极丝保持接触状态，而接触压力不应对电极丝张力产生显著影响，即由接触力引起的电极丝张力增量不超过原来张力(一般为6～10牛顿)的百分之十。然后，将检测到的丝振信息传送到控制单元进行信息处理。考虑到对加工品质影响最大的主要是电极丝的低频高幅振动，而高频微幅丝振对加工过程的影响往往利大于弊。所以，控制单元仅对需要控制的中低频振动信息进行处理，依照相位抵消原理进行运算，得出控制信息。最后，将控制信号经功率放大电路输送给作动器，作动器则仍以轻压接触方式对电极丝施加一个反相作用力来抑制丝振。关于实现上述方法的丝振控制装置为一种由丝振检测元件、作动元件、弹性过渡件、耐磨块及支架组成的丝振检测控制器，弹性过渡件固定在支架上，以弹性过渡件为基体将丝振检测元件和作动元件分别复合在它的正反两面上，形成一种机敏结构，耐磨块固定在弹性过渡件的一面或一端。本专利技术的优点是(1)通过弹性件对电极丝轻压接触，可将丝振信息准确传递给机敏检测元件，克服了因乳化状工作液对光的反射或因放电加工产生强烈电磁场干扰而使非接触式光学或电学测量方法无法在加工状态下测丝振的缺点，同时弹性件本身对电极丝兼有限幅抑振作用。(2)按照所需的控制信号通过作动器对弹性过渡件施加适当的作用力，可以充分抑制电极丝的振动。(3)采用机敏结构(SmartStructure)使丝振检测控制一体化。具有质量轻，体积小，响应快，可控性好，简单可靠的特点。(4)采用本专利技术所述的方法，从原理上已证明只需一套控制装置就可在全频段内对丝振进行控制。实际使用中只须对有限频段内的大幅振动进行控制，通过改变控制器的低通滤波带宽可以很方便地实现这一点。(5)本专利技术可适应不同机床走丝系统的动态特性以及实际加工状况，使丝振控制效果处于最佳状态。因而可以方便可靠地在快走丝线切割机实施多次切割加工工艺，无论是采用缝内切割方式还是采用单边切割方式它都能很适用。(6)这种控制方法主要是针对快速走丝线切割机提出的，但同样适用于慢速走丝线切割机床。下面结合附图对本专利技术作进一步的描述附图说明图1是专利技术提出的电极丝控制方法主要技术方案框图。图2是采用薄片状功能材料或机敏材料构成的机敏结构示意图。图3是采用功能压电薄膜形成的机敏复合结构示意图。图4是采用PZT功能压电材料作机敏结构的一种丝振控制装置示意图。图5是丝振控制装置与丝架的连接方式示意图。如图1所示，电极丝1通过导轮6.1和6.2，并切割工件5，丝振检测器2和作动器3均与电极丝1轻压接触，检测器2将测得的丝振信号传送给控制单元4，控制单元4主要由信号放大电路，可调式低通滤波电路，积分、微分电路，移相电路和前馈补偿控制电路等组成，这可根据实际所用检测元件和作动元件的特性选用商品化控制器或专门设计。控制单元4对丝振信号进行分析处理后产生的控制信息经过功率放大电路输出给作动器3，对电极丝1实施振动控制。如图2所示，轻质弹性过渡件7一端固定在支架12上，由片状机敏材料制作的丝振检测元件9和控制丝振的作动元件8均以弹性件7为基体，它们分别粘贴在7的正反两面靠近固定端的部位，在靠近弹性件7悬伸端的一个面上固结了一个与电极丝1相接触的硬质耐磨块10，在检测元件9和作动元件8上分别引出导线11用于和控制器输入输出端相连接。如图3所示，机敏结构中选用压电薄膜PVDF做检测和作动元件。PVDF与基板可采用多重复合形式，比如采用四重复合，即用五层0.15mm不锈钢片作基体，夹四层PVDF薄膜，复合成厚度1mm左右的半环状机敏复合结构14，其中两层PVDF薄膜用于检测，另外两层用于控制。硬质耐磨块13的两端分别与两个半环状机敏复合结构14的一端相固结，机敏复合结构14的另一端固定在联接件15上，由此构成一个用于丝振检测控制的环状机敏结构。线切割加工时，用微调装置将机敏结构调整到电极丝的控制部位，从一侧将耐磨块13的V形槽轻压在电极丝1上。于是上述机敏结构可以检测到电极丝1在X-Y平面内任意方向的振动，并接收控制器的反馈控制信号作出相应的动作响应来抑制丝振。如图4所示，本丝振检测控制装置主要由机敏结构22，联结块23，开合式壳体24所组成。机敏结构22选用压电功能材料PZT-5A作检测元件和作动元件，用厚度为0.15-0.5mm的不锈钢薄板作弹性过渡件(即基板)。不锈钢基板的宽度与PZT-5A相当，长度比PZT-5A大一倍左右，表面用绝缘漆处理(也可用0.02mm的绝缘纸进行绝缘处理)。在基板一端位于全长四分之一处将板折成135°的钝角，并在其上固结一根红宝石棒，构成机敏结构22的检测控制端;在剩余四分之三基板的正反两面中间部位分别用绝缘胶粘贴一片PZT-5A，其中一片作为检测器，另一片作为作动器，它们构成压电机敏结构22的主体部分。基板的另一端固定在联结块23上，联结块23与壳体24之间采用销孔间隙配合连接。上述机敏结构共有两组，在与壳体24连接时应保证它们的主体部分在X-Y平面内相互平行，它们的检测控制部分在X-Y平面上的投影交叉成90°，使两者可以分别从X和Y方向的一侧与电极丝相接触。两组机敏结构22在Z方向布置成一上一下的形式。进行丝振检测控制时，应先用微调螺钉20、21和18、19分别对联接块2本文档来自技高网...

【技术保护点】
线切割机床电极丝振动控制方法，由丝振检测、信息处理、反馈控制三部分组成，其特征在于：首先采用高灵敏度的丝振检测器通过轻压接触的方式拾取电极丝的振动信息，再将检测到的丝振信息传送到控制单元进行信息处理，最后将控制信号经功率放大电路输送给作动器，作动器则仍以轻压接触方式对电极丝施加一个反相作用力来抑制丝振。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张升陛，陈天宁，黄协清，胡选利，唐永杰，马佳，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：61[中国|陕西]