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中走絲機床高精度錐度裝置
來源:未知 時間:2020-03-16 15:54 點擊次數:
錐度裝置是數控中走絲線切割機床的關鍵部件及核心技術之一。隨著中走絲機床產品的不斷升級,對錐度切割精度提出了更高的要求。為此,設計了高精度錐度裝置,從結構性能上解決了剛性、可靠性、傳動精度和防護等問題。通過應用和驗證,其幾何精度、數控運動精度均得到穩定提高,能完成高精度錐度切割和多次切割的加工。

隨著航空航天、國防科技及模具工業的飛速發展,模具制造正在不斷地升級換代,配套零件的尺寸精度和表面質量要求也越來越高,普通往復走絲線切割機床已不能滿足精密模具制造的要求,促使數控中走絲線切割機床產業化及技術日益提升。
作為中走絲線切割機床核心部件之一的錐度裝置,其各項指標都比普通往復走絲機床錐度裝置的要求更高。最新發布實施的JB/T11999.1-2014《數控往復走絲型多次切割電火花線切割機床第1部分:精度檢驗》標準中規定:U(V)軸運動對X(Y)軸運動在垂直和水平面內的平行度允差分別為0.030mm和0.015mm,均比普通往復走絲線切割機床精度標準所規定的0.040mm和0.020mm有所提高;且加工檢驗中的錐度加工檢查項目規定的大端尺寸差和錐度偏差分別為0.020mm和1’,也比普通往復走絲線切割機床精度標準所規定的0.030mm和1’30"有所提高。由此看來,精度檢驗標準要求的提高,實質就是對產品質量的控制和對技術提升的推動。如何進一步提高錐度切割精度和多次切割精度,已成為廣大業內技術人員的新課題和研發方向。

1、錐度加工原理及關聯要素
往復走絲線切割機床錐度加工是通過U、V坐標移動并配合X、Y坐標移動,使電極絲在上、下兩個主導輪間沿中心軸線產生空間位移軌跡,實現錐度切割加工和上下異面加工。
影響錐度加工精度及表面質量的主要因素有X、Y、U、V坐標的定位精度、導輪的旋轉精度及其V型槽的導向精度。在錐度加工時,鑒于V型槽開放性的導向缺陷,會引起電極絲切點的變化,從而帶來不可避免的錐度切割誤差;此外,更重要的是U、V坐標的位移和重復定位,這對錐度加工和多次切割起著決定性的作用。
2、錐度裝置結構及加工誤差分析
普通往復走絲線切割機床的錐度裝置一般采用十字滑板結構(圖1),剛性滾珠導軌,步進電機驅動減速齒輪、小螺距微型絲杠實現位移。由于兩層滑板厚度相對較薄,導軌運動是沿鋼球兩個切點形成的直線,垂直面的受力完全落在鋼珠上,所以導軌的剛性和承載能力較差,微型小螺距滑動絲杠的精度及間隙也很難控制;再加上步進電機的驅動特性,使UV軸的定位精度低,傳遞扭矩小,無螺距和間隙補償功能,累計傳動誤差大,故只能滿足精度在0.05mm左右的錐度加工。此外,整體安裝在靠近加工區域,防護性能、精度保持性和使用壽命都受到影響。


3、高精度錐度裝置設計
3.1高精度錐度裝置總體結構
設計思路是將錐度裝置設計成獨立的整體,避開加工區域安裝,解決防護問題,采用精密直線導軌、精密滾珠絲杠和專用軸承,交流伺服電機直聯驅動,保證有足夠的剛性,實現高精度傳動。
3.2機械結構簡述
該錐度頭裝置為T字滑臺式結構(圖2)。UV軸滑座采用箱式精密鑄件,互成90°連接。直線導軌的安裝應用了數控龍門銑床橫梁導軌的安裝方式,兩條直線導軌分別安裝在互為垂直的兩個平面,使連接導輪座或其他部件時的垂直受力得到分解,可獲得較大的載荷和抗扭能力。伺服電機通過聯軸器直聯驅動滾珠絲杠,連接可靠,傳動精度準確。


該裝置可作為獨立的部件進行裝配和在平臺上進行幾何精度、運動精度的測試,因此,生產制造和精度調整極為方便。另外,整體安裝在主機的主軸頭部前方,遠離放電區域,有效防止了水霧、放電氧化霧氣、切削液等蝕除物的污染,綜合防護性能得到改善。
3.3提高控制和修復能力
通過改進數控系統和軟件控制功能,對滾珠絲杠的螺距、反向間隙誤差進行補償,消除了絲杠本身精度誤差和裝配過程中產生的人為誤差因素,提高了UV軸的定位精度和重復定位精度,在錐度加工、多次切割控制方面,數控系統和軟件也作了相應的電路改進及技術提升,從而使錐度加工精度得到穩定提高。
通過公司全交流伺服驅動中走絲系列產品十多個批次的檢測驗證,幾何精度的U(V)軸運動對X(Y)軸運動在垂直和水平面內的平行度允差分別低于0.015mm和0.010mm;UV軸數控精度的測量值為::雙向定位精度≤0.015mm,單向重復定位精度≤0.008mm,反向間隙≤0.005mm(測量長度≤100mm)。在加工40mm厚的40Cr時,平均切割效率為3200mm2/h;加工直八方的精度為±0.005mm,加工正八棱臺的大端尺寸差為0.002mm,錐度偏差為36";最佳表面粗槌度為Ra0.78μm。
這款獨立懸掛滑臺式錐度裝置在我單位全交流伺服驅動中走絲系列產品上得到應用,裝配和調試易掌握,維護保養非常方便。通過半年來的驗證,工人反映良好。實踐證明伺服錐度裝置傳動定位精度高,加工穩定可靠,錐度加和多次切割精度較步進錐度裝置有大幅提升。

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