第十二届中国国际机床展览会特种加工机床评述(二)

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第十二届中国国际机床展览会特种加工机床评述(二)

On 五月 18, 2013, Posted by , in 行业信息, With No Comments
2  电火花线切割机床
2.1  国外单向走丝电火花线切割机床
国外单向走丝电火花线切割机床的技术发展着重针对电火花线切割加工特点及应用情况,在脉冲电源、自动控制及主机结构等影响线切割加工主要指标的几个关键功能部件有所创新,且在实用性、稳定性、可靠性以及各功能模块的自适应控制性能等方面有所提升。
2.1.1  脉冲电源技术
高效电火花脉冲电源是单向走丝线切割机床的核心单元,高频脉冲电源的自适应控制策略的优劣对单向走丝线切割的加工效率、加工精度以及加工表面粗糙度的影响至关重要。
在高效加工方面,国外各公司推出了各自的系列高效自适应控制电源,强化自适应能力、缩短放电时间,增大峰值电流的方法,优化放电能量,脉宽仅几十纳秒,峰值电流1 000 A以上,形成气化蚀除,表面质量大大提高。日本三菱电机公司的FA系列机床采用高速V电源,用直径0.25 mm的电极丝即可达到360 mm2/min的高效加工。日本牧野公司采用H.E.A.T高能量技术,在上/下喷水嘴不能贴紧工件的情况下,实现直径0.25 mm电极丝120 mm2/min的高速加工,加工速度比以往提高了25%~75%。
在高精度加工方面,日本三菱电机公司的FA10S和FA20S ADVANCE床可选配V-PACKAGE高速电源,装备了新开发的形状控制电源(Digital-AEⅡ),通过控制上下进电块进电能量的配比,对放电位置进行控制,可有效减小加工零件的鼓肚或凹心,在粗、中、精加工中实现零件的高直线度。
在微细加工方面,日本三菱电机公司推出的超微细精加工电源(Digital-FS),不用专门卡具,工件直接装卡在工作台上,可实现Ra0.03 μm的镜面加工(硬质合金材料,10 mm厚),可实现直径0.05 mm的细丝加工。日本牧野公司推出SPGII电源,实现油基放电加工,最低表面粗糙度可达Ra0.022 μm。瑞士阿奇夏米尔公司继续推出其独创的双丝自动交换技术,实施在一台机 床上用不同直径的电极丝进行粗、精切割加工。粗加工时使用加工效率高的直径0.2~0.25 mm的粗丝,精加工时自动切换为适合于微细形状加工的直径0.02~0.15 mm的细丝,可将加工时间缩短30%~60%。
2.1.2  自动控制功能
2.1.2.1  变截面加工技术
瑞士阿奇夏米尔公司的CUT系列机床采用的数字IGP放电电源,具有适时检测工件截面变化、实时优化放电功率功能,实现高效变截面加工。日本三菱电机公司、日本沙迪克公司和瑞士阿奇夏米尔公司将3维数据引入数控系统,在加工机床的数控系统内装备有CAD/CAM系统,加工机可方便读入3D和2D数据,在CAD/CAM系统的基础上,利用加工机内的CAD/CAM系统解析3维数据,自动识别加工工件毛坯形状特征。加工机可知道加工任意时刻电极丝在加工工件毛坯中的位置、毛坯工件的厚度以及周围毛坯的具体形状,并根据这些信息进行电源参数、进给伺服以及工作液流量等自适应控制,提高变截面加工的加工精度。
2.1.2.2  防止断丝技术
偶发的电极丝断丝现象是引起加工误差甚至失败的重要原因。日本三菱电机公司开发的PM控制就是加工过程中实时检测出工件厚度、工作液流通状况,并按其自动生成加工条件来控制加工能量,实现了变截面加工等加工环境下最大速度的无断丝加工。日本牧野公司UPV系列机床的PVG功能通过监控放电脉冲加工情况,感应探测异常电火花状态,实时控制脉冲参数,使其处于不会导致断丝的最佳状态。
2.1.3  其他实用功能
2.1.3.1  自动穿丝功能
国外线切割机床全部配置了自动穿丝机构,穿丝成功率和自动化程度都很高。自动穿丝的可靠性是长期无人检测操作成功的关键。瑞士阿奇夏米尔公司的CUT系列机床设计了开放式导嘴,即使丝径非常细小(直径0.03 mm),也能更加方便地通过导嘴。推出的智能穿丝系统在即使实际穿丝孔与编程穿丝孔稍有偏移的情况下,也能自动探测所偏移的穿丝孔,自动穿丝和修正加工起始点。
2.1.3.2  热变形控制技术
随着线切割机床加工精度越来越高,机床受环境温度影响而产生的精度变化越显重要。日本牧野公司在机床本体内部,通过使机床内部温度与通过加工液冷却装置控制的加工液温度相同,以降低本体铸件的热变形对机床精度的影响。并通过增加机床热防护罩壳,使通过温度控制的气体在加工区内循环,以保证整个机床避免因环境温度影响而产生热变形,有利于长时间的加工以及高精度孔距加工。外部气温变化引起的机床轴偏移量能对X轴控制到1 .2 μm/3 ℃,Y轴控制到2.4 μm/3 ℃。瑞士阿奇夏米尔公司的CUT系列机床所有的散热元件都是通过水循环进行冷却,包括脉冲电源和所有泵都配有各自的冷却系统,这样所有部件都得到热稳定性保护,有助于保证机床极高的精度。
2.1.3.3  节能和保护技术
为了控制生产成本,节约能源已成为很多用户考虑的问题。瑞士阿奇夏米尔公司CUT200机床的Econnwatt电力使用管理模块,当机床加工完成或中断时,机床电源损耗会降低到最小。日本三菱电机公司的WARK UP模式是合理安排工作时间段的新节能控制模式,大幅度削减了电力消耗。
瑞士阿奇夏米尔公司机床的5个运动轴都通过ICP防撞系统进行保护,可避免由编程错误或误操作引起的碰撞,该系统完全内置于运动控制部件,可检测出微小的异常力,并在工件或电极丝导向系统受损之前自动停机,其机械能量吸收系统能有效防护速度3m/min的碰撞。
2.1.3.4  自动化操作
随着机床加工数据制作的自动化、简易化、加工条件的自动设定、自动穿丝、自动升降液槽、远程信息和报警传递、机床保养检测信息提示,都极大地提高了线切割机床的自动化运行程度,减小了对操作者技术经验的依赖。
2.1.3.5  人性化操作及其他
许多厂家不仅注重提升机床的加工性能,还从操作的方便性、安全性、节能等方面加以强化。比如日本牧野公司的SP系列机床采用双片“V”型导丝嘴,日常维护只需几分钟即可完成,且清洗完成后不再需要进行垂直度的矫正。
瑞士阿奇夏米尔公司的CUT2000,日本牧野公司的U32J,日本沙迪克公司的AG600L等机型都采用了整体液槽自动升降技术,三面完全开放的工作台机床使工件的安装以及加工区的维护管理等每天重复进行的作业变得轻松。
瑞士阿奇夏米尔公司的FI系列机床对加工液槽的进液,只需30 s即可浸没一个200 mm高的工 件,有效缩短了辅助操作时间。其最大切割锥度能力也很有特色,不论工件高度(最高可达 510 mm)如何,切割锥度都可达到45°。
2.2  国内单向走丝电火花线切割机床
国内共有3家单位展出单向走丝电火花线切割机床,相对于上一次展会国内数控单向走丝线切割机床的技术水平已有很大提升。苏州电加工机床研究所有限公司展出的DK7632单向走丝电火花线切割机床,获得国家“863”项目的支持;苏州三光科技有限公司展览的LB600单向走丝线切割机床和北京安德建奇数字设备有限公司展览的AW310TA单向走丝线切割机床,都获得国家科技重大专项的支持。通过对国家“863”项目和国家科技重大专项的实施,课题承担单位在单向走丝电火花线切割技术上都取得了很大进步。3家的单向走丝电火花线切割机床都达到了项目技术指标要求,加工精度±2 μm、最佳加工表面粗糙度Ra<0.2 μm,最高加工效率达350 mm2/min。其中LB600和AW310TA机床还配置了带自动穿丝系统,提升了国内品牌数控单向走丝电火花线切割机床的自动化技术水平。
2.3  国内往复走丝电火花线切割机床
此次参展的往复走丝电火花线切割机床厂家有10多家,这只是线切割机床生产厂商的一部分。但这些厂家的展品代表了我国往复走丝电火花线切割机床的发展水平和特点,在市场方面占据往复走丝电火花线切割机床的中高端市场。
2.3.1  中高档机床注重精度保持性
具有多次切割功能的往复走丝电火花线切割机床(中走丝电火花线切割机床)的推出,主要实现了对工件的多次切割,提高了加工效率、精度和工件的表面质量,所以市场上的中走丝机床都为实现这3个主要的指标而努力。为实现多次切割,现各个品牌的中走丝机床大多用变频器控制丝筒电机进行调速,以适应切割过程中不同的运丝速度。
许多厂家在部分机床上选用名牌导轨和丝杠,伺服系统采用交流伺服,可以达到较高的定位控制精度。为使机床精度能长期保持,定位高一点的机床都普遍采用“C”形机械结构。如:苏州新火花机床有限公司和江苏冬庆数控机床有限公司的机床主体都采用C型全支承铸造高刚性机床主体结构,机床X、Y轴采用高精度直线导轨、滚珠丝杠、伺服电机驱动及反馈驱动系统,整体形成具有较高精度保持性的高精度中走丝电火花线切割机床主机。
2.3.2  机床加工试件表面质量趋于稳定
参展的大多数机床加工试件的最佳表面质量可达到表面粗糙度Ra1.0~1.2 μm,个别厂家宣称可达到Ra0.8 μm左右,但需要更多次切割,如北京凝华科技有限公司的机床需要切割次数大于4次以上。对于大多数机床,一般使用多为切割3次或4次。表面粗糙度这项指标对于任一机床厂家已没有绝对的优势,切割效果水平相当。
2.3.3  机床切割效率水平不一
厂家在样本标明的最大切割效率高低不一。有的公司机床可达180mm2/min,有的公司样本标明的最大切割效率120 mm2/min。这一般是一个极限指标,若用最大切割效率加工试件,钼丝的损耗也会相当严重。
2.3.4  运丝系统的技术进步
苏州宝玛数控设备有限公司开发了新型运丝机构控制电路,该电路不但具有钼丝张力双向伺服跟踪功能,还具有对钼丝张力微小变化进行实时处理的功能,以达到加工中控制张力的目的。电路还可根据设定的上丝张力进行自动上丝和紧丝。
北京市电加工研究所采用双向恒张力张丝机构,可极大提高运丝的稳定性,电极丝的抖动更小,即使大锥度切割也能较好地保持动态恒张力。
苏州三光科技服份有限公司的中走丝机床的穿丝方法很有特点,机床并没有采用导丝嘴,在机床的穿丝导向孔处有一条狭窄缝隙,钼丝可以很轻松从缝隙处直接装入。为防止丝在运行过程中抖动,在穿丝导向孔处有一偏心孔,用偏心孔壁去轻靠钼丝,降低丝的抖动。
江苏三星机械有限公司开发了一种有别于传统的直立式贮丝筒的结构,也是一种创新尝试。
四川深扬数控机械有限公司机床丝张力是用一电机带动张力调整轮进行张力调整,且张力可设定,能实时对张力进行监控。机床丝筒较长,带有3个换向位置开关,可设置两段丝的用途,例如粗加工用一段丝,精加工用另一段丝。可提高多次切割精度。
2.3.5  新颖导轮轴向进电装置
苏州宝玛数控设备有限公司的新颖导轮轴向进电装置,可消除因钼丝在进电块间的机械摩擦而造成的钼丝损耗、从而延长钼丝的寿命。由于采用导轮轴向进电,钼丝与旋转导轮之间接触面大,接触稳定可靠,有利于放电能量传输,并有利于减少断丝。
2.3.6  脉冲电源的技术进步
脉冲电源的性能直接影响到线切割加工的效率、电极丝的损耗率。国内相关厂家对往复走丝电火花线切割脉冲电源的技术主要从主振电路及脉冲电源主回路的创新加以提升。
2.3.6.1  数字化脉冲电源
一些厂家研发的数字化脉冲电源采用可编程逻辑器件作为高频脉冲电源的主振控制芯片,可产生多种灵活多变的脉冲波形,实现了硬件级的实时脉冲参数适应控制。如苏州新火花机床有限公司W5A系统,采用高速数字采样电路(建立在CPLD芯片上)对放电状态进行实时检测及控制,自动调整脉冲主要参数,能在微秒级时间内做出响应,可适应多次切割需求及提高大厚度加工的稳定性和加工效率,减少断丝概率。
2.3.6.2  无电阻脉冲电源
苏州三光科技股份有限公司研发的无电阻脉冲电源采用了全新的电路结构模式,主回路无限流电阻,功率管的关断能量可直接回馈至供电端,与同类产品相比电源节能达80%以上。由于主回路的电感作用,加工时的电极丝损耗极低,加工20万mm2用直径0.18 mm的电极丝,损耗仅为0.01 mm。
江苏冬庆数控机床有限公司也推出了一种新型无电阻脉冲电源,采用交流转直流开关电源模块和无电阻脉冲电源及检测伺服模块组成高效、低能耗的新型电源。
3  数控电加工专用机床
3.1  数控微孔电火花加工机床
苏州电加工机床研究所有限公司参展的SE WK007数控微孔电火花加工机床具有六轴数控的专用数控系统及软件、微孔加工的专家系统、纳秒级微能量数字脉冲电源以及微细电极纳米级微量再进给及精密导向系统等创新技术,最细电极直径0.03 mm,加工孔径精度(1 mm 板厚时)为±0.002 mm,Ra≤0.4 μm。
该机床应用于我国汽车工业中欧Ⅳ排放标准发动机喷油嘴精密喷孔高效加工以及纺织工业化纤喷丝板加工等,并可应用于航空航天、军工等高科技领域的微孔加工(如发动机中钛合金喷注盘喷注孔加工),解决了这些企业长期存在的加工难题。该机床还可广泛应用于精密模具、微型机械、医疗器械、仪器仪表、手表等工业领域。
3.2  阳极机械切割机床
苏州电加工机床研究所有限公司参展的D4635阳极机械切割机床广泛应用于各类金属材料的切割,特别是高硬度、高强度、高韧性或脆性金属材料的切割(如硬质合金、高温耐热合金、淬火钢、高铬高镍类钢、不锈钢、磁钢、钛合金等的切割加工)。其特点是切割不受材料硬度、韧性、粘性等性能影响,切割效率高,对所切割工件的热影响小,切口无毛刺、切缝窄 (一般为1.5~2.5 mm),电极材料便宜(普通软钢带等)、设备运行成本低等显著优点。主要应用于特种钢材冶炼企业和特种钢材的应用企业,如军工、航空航天、船舶、铁路轨道、模具制造等应用领域。

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