線切割機的張力控制裝置及線切割的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種線切割機的張力控制裝置及線切割機。所述張力控制裝置包括電極絲張力施加機構，其中，所述電極絲張力施加機構是自動線性張力調節機構。所述張力控制裝置能夠實現加工過程中連續可調地控制電極絲的張力，而且能夠主動地線性調節所述張力，同時保證了工件的加工精度。本實用新型的操作更為簡單，對于張力需求的響應更快，因而能夠顯著提高生產效率。
【專利說明】線切割機的張力控制裝置及線切割機
【技術領域】
[0001]本實用新型總體上涉及線切割放電加工(WEDM)技術，特別是線切割機的張力控制裝置及包括該張力控制裝置的線切割機，且更具體地涉及往復式走絲線切割機在各種加工之間調整電極絲的張力的控制裝置及其控制方法。
【背景技術】
[0002]目前，線切割機在制造業中的使用越來越廣泛。線切割機通常分為兩種類型，即:單向走絲線切割機和往復式走絲線切割機。往復式走絲線切割機在絲的張力控制方面的基本結構有兩種:重錘式恒張力機構和彈簧式張力機構。
[0003]現有技術文獻EP1034872B1介紹了一種用于線切割機的重錘式恒張力機構，其結構示意圖如圖1所示。在該機構中，重錘116經由纏繞于滑輪113的繩索與滑塊111連接。因此,重錘116能夠驅動滑塊111沿導軌114做水平運動。重錘116由多個可拆卸的重物構成。能夠通過改變重物的數量來調整重錘116的重量，從而調整作用在電極絲3上的張力。所述文獻通過引用的方式并入本文以供參考。
[0004]現有技術文獻CN2671732Y介紹了一種快走絲電火花線切割機用張力裝置，具體是一種彈簧式張力機構，其結構示意圖如圖2所示。調節裝置7通過調節與滑塊14連接的彈簧8的張緊程度來調節作用在電極絲10上的張力。所述文獻通過引用的方式并入本文
以供參考。
[0005]這兩種張力機構具有的缺點之一是在加工中張力不可控制。由于采用往復式走絲線切割機，在加工中存在著電極絲放電損耗。隨著加工時間的推移，電極絲的絲徑逐漸減小。當電極絲損耗到一定程度的時候，在張力的作用下會出現斷絲現象，從而影響電極絲的使用壽命。另外，上述張力機構中的張力不能連續調節。針對同一個加工程序，在不同的加工條件下所需的張力是不一樣的。當采用大電流加工時，需要的電極絲張力較小，以便避免電極絲斷絲。當進行修切加工時，需要的電極絲張力較大，以便滿足加工精度的要求。
[0006]現有技術文獻CN1706581A介紹了一種高速線切割機自動補償張緊機構，如圖3所示。該張緊機構采用交流齒輪減速電機調壓手段進行張力控制，但是其中的電壓與電機轉矩成非線性關系，且調整范圍有限。所述文獻通過引用的方式并入本文以供參考。
[0007]此外，現有技術文獻CN102416510A介紹了一種線切割鑰絲張力自動控制系統及張力控制方法，如圖4所示。該張力控制方法采用步進電機驅動絲杠，通過張力傳感器測試電極絲的張力，在單片機計算比較后控制步進電機經絲杠驅動滑移導輪從而完成電極絲的張緊控制。但是，這種方法采用的是一種被動控制手段，其響應速度較慢，且僅能起到一個緊絲作用，不能滿足變張力控制的需求。所述文獻通過引用的方式并入本文以供參考。
[0008]因此，本領域中存在對于改進的張力控制裝置及其控制方法的需求。
實用新型內容
[0009]為了解決上文所述的技術問題，本實用新型提供了一種改進的線切割機的張力控制裝置。
[0010]根據本實用新型的一方面，提供了如下技術方案:一種線切割機的張力控制裝置，所述張力控制裝置包括電極絲張力施加機構，其中，所述電極絲張力施加機構是自動線性張力調節機構。
[0011]在上述技術方案中，所述自動線性張力調節機構包括用于控制張力的直流電機和與所述電機相連的張力輪，其中所述電機向所述張力輪施加線性可調的轉矩。
[0012]在上述技術方案中，所述自動線性張力調節機構還包括上位機、單片機和電流檢測回路，其中所述上位機通過所述單片機向所述電流檢測回路輸出控制電流，所述電流檢測回路根據所述控制電流和來自所述電機的反饋電流向所述電機輸出操作電流。
[0013]在上述技術方案中，所述電流檢測回路包括比較單元和脈寬調制控制單元，其中所述比較單元將所述控制電流和所述反饋電流相比較，并且所述比較的結果通過所述脈寬調制控制單元產生脈寬調制波形。
[0014]在上述技術方案中，所述電流檢測回路還包括功率放大器，所述脈寬調制波形被所述功率放大器放大。
[0015]在上述技術方案中，所述張力控制裝置包括設置在線切割機的立柱上的滑動導軌或絲杠以及設置在所述滑動導軌或絲杠上的滑塊，其中所述張力輪經連接裝置與所述滑塊相連。
[0016]在上述技術方案中，所述張力控制裝置還包括設置在所述立柱上的定導輪、設置在所述滑塊上的動導輪、以及設置在從所示立柱伸出的上臂和下臂上的臂導輪，其中由線切割機的電極絲經由所述定導輪、所述動導輪和所述臂導輪形成閉合回路。
[0017]在上述技術方案中，所述定導輪設置于所述動導輪和所述臂導輪之間。
[0018]在上述技術方案中，所述張力輪為一對設置在所述滑動導軌的左右兩側的輪，所示定導輪為一對設置在所述滑動導軌的上下兩側的輪，所述動導輪為一對設置在所示滑塊的兩端的輪，所述定導輪在水平方向上設置于所述動導輪和所述臂導輪之間。
[0019]在上述技術方案中，所述自動線性張力調節機構是液壓系統。
[0020]在上述技術方案中，所述張力控制裝置包括設置在線切割機的立柱上的滑動導軌或絲杠以及設置在所述滑動導軌或絲杠上的滑塊，其中所述液壓系統與所述滑塊相連。
[0021]在上述技術方案中，所述張力控制裝置還包括設置在所述立柱上的定導輪、設置在所述滑塊上的動導輪、以及設置在從所述立柱伸出的上臂和下臂上的臂導輪，其中線切割機的電極絲經由所述定導輪、所述動導輪和所述臂導輪形成閉合回路。
[0022]在上述技術方案中，所述定導輪設置于所述動導輪和所述臂導輪之間。
[0023]在上述技術方案中，所述定導輪為一對設置在所述滑動導軌的上下兩側的輪，所述動導輪為一對設置在所述滑塊的兩端的輪，所述定導輪在水平方向上設置于所述動導輪和所述臂導輪之間。
[0024]根據本實用新型的另一方面，還提供了如下技術方案:一種線切割機，其中，所述線切割機包括根據前述技術方案中任一種所述的張力控制裝置。
[0025]與現有技術相比，本實用新型的線切割機的張力控制裝置所具備的有益效果是:所述張力控制裝置能夠實現加工過程中連續可調地控制電極絲的張力，而且能夠主動地線性調節所述張力，同時保證了工件的加工精度。此外，本實用新型的操作更為簡單，對于張力需求的響應更快，因而能夠顯著提高生產效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]在下文結合附圖來更詳細地描述本實用新型的優選實施例。
[0027]圖1-4分別示出了現有技術中的各種張力控制機構。
[0028]圖5是本實用新型的張力控制裝置的示意性功能框圖。
[0029]圖6是本實用新型的張力控制裝置的構造的示意性側視圖。
[0030]圖7是本實用新型的張力控制曲線圖。
[0031]圖8是本實用新型的張力控制裝置的構造的另一實施例的示意性側視圖。
【具體實施方式】
[0032]參考附圖5-8來詳細說明本實用新型的具體實施例。僅作為示例，將結合雙向走絲或往復式走絲線切割機(也稱為快走絲線切割機)來介紹本實用新型。
[0033]參考圖5，示出了根據本實用新型的示例性實施例的張力控制裝置的示意性功能框圖。本實用新型的張力控制裝置是以直流電機轉矩控制理論為基礎。具體地，本實用新型的張力控制裝置具有電極絲張力施加機構。該電極絲張力施加機構是一種自動線性張力調節機構，其主要包括上位機(PC)、單片機(μρ)、電流檢測回路、控制張力的直流電機M2以及與電機M2相連的張力輪2 (如圖6所示)。在所述調節機構中，上位機給出張力指令，單片機用作接收張力指令及控制張力的平臺，并且電流檢測回路向電機M2輸出操作電流。如圖5所示，上位機將加工參數經過串口總線或本領域已知的其它適當總線傳送給單片機。單片機優選以查表方式確定張力控制電流Ig。電流檢測回路可以包括比較單元，其將張力控制電流Ig與反饋電流If相比較。電流檢測回路還可以包括脈寬調制(PWM)控制單元，所述比較的結果可通過PWM控制單元產生PWM波形。電流檢測回路還可以包括功率放大器，所產生的PWM波形可經該功率放大器放大以產生用于電機M2的電樞中的恒定電流。電機M2優選是永磁直流電機。
[0034]由于采用的電機M2是永磁直流電機，因此根據直流電機理論，作用在電機M2的軸上的轉矩為:
[0035]M=Cm0Ia (Nm)
[0036]其中，Cm為轉矩常數；0為每極的磁通；Ia為電樞電流。
[0037]因為永磁直流電機的特性參數Cm和0均為常數，所以轉矩M與電樞電流Ia成正比關系。通過給定不同的電樞電流Ia，就能得到相應的輸出轉矩M。因此，提供給電機M2的電樞電流Ia是線性可調的，因此電機M2的輸出轉矩M也是線性可調的。
[0038]本實用新型就是根據這一原理來實現。在加工過程中，可以根據不同的加工條件以及加工狀態變化，通過單片機給出相應的張力控制電流Ig來實時地進行電極絲的張力控制和調整。
[0039]圖6示出了用于本實用新型的線切割機的電極絲的張力控制裝置I的示意性機械結構圖。所述張力控制裝置I優選地設置在線切割機的床身(未示出)上。在如圖6中的側視圖所示的優選實施例中，張力控制裝置I具有如上所述的電極絲張力施加機構。所述張力控制裝置I優選地包括:滑動導軌3 ;滑塊4 ;設置在床身的立柱(未示出)上的定導輪5 ；設置在滑塊4上的動導輪9 ;以及，設置在從床身或立柱伸出的上臂(未示出)和下臂(未示出)上的臂導輪10。所述線切割機還包括優選設置在床身上的儲絲筒8以及與儲絲筒8相連的儲絲筒電機Ml。
[0040]在張力控制裝置I中，電機M2優選地設置在床身的立柱上，其通過張力輪2經皮帶11或類似的連接裝置(例如繩索、線纜等)與滑塊4相連。滑動導軌3也優選地設置在所述立柱上。滑動導軌3優選地被水平地定位，并且優選地定位成使其中心平面與儲絲筒8的軸線位于同一平面。滑動導軌3可以是雙面或單面滾動導軌。滑塊4被設置在滑動導軌3上從而能夠沿滑動導軌3滑動。所述張力輪2優選為一對設置在滑動導軌3的左右兩側的輪。定導輪5優選為一對設置在滑動導軌3的上下兩側的輪。所述定導輪5優選地在水平方向上設置于動導輪9和臂導輪10之間。所述定導輪5優選地相對于滑動導軌3對稱地設置。動導輪9優選為一對設置在滑塊4的兩端的輪。電極絲7由儲絲筒8導出，并且經由定導輪5、動導輪9和臂導輪10形成閉合回路。位于上臂和下臂上的臂導輪10之間的電極絲7對工件6實施線切割放電加工。應當理解，張力控制裝置I中的各種部件的數量可以根據具體應用來適當地選擇，而不局限于所述的具體實施例。此外，張力控制裝置I中的各個部件的相對位置關系也可以根據需要而相應地變化。
[0041]在另一個實施例中，電機M2可以與絲杠機構(未示出)相連，從而絲杠機構驅動例如滑塊4來線性地調節電極絲7的張力。
[0042]當電機M2產生線性可調的轉矩M時，所述轉矩M經由張力輪2通過皮帶11對滑塊4施加拉力Fb，該拉力Fb為:
[0043]Fb=2M/D,
[0044]其中D為張力輪2的直徑。
[0045]在滑塊4上的動導輪9的作用下，在電極絲7上產生相應的張力F(N)，該張力為:
[0046]F(N) = Fb/4 = M/ (2D) = Cm0Ia/(2D),
[0047]該等式表明張力F(N)與電樞電流Ia成正比，并且與張力輪2的直徑D成反比。
[0048]在一個實施例中，本實用新型的永磁式直流電機的額定轉矩優選為2Nm，額定電流優選為5A，張力輪的直徑D優選為0.09m。當電樞電流在O到5A的范圍內時，電極絲7的張力F(N)的控制范圍在O到11牛(即約1.1kg的質量產生的重力),如圖7所示。圖7示出了張力控制曲線圖，圖中的橫坐標代表通過電極絲7的電流(單位:A)，縱坐標代表電極絲7的張力(單位:N)。從圖7可以看出，在本實用新型實施的加工過程中，可以精確地線性調節電極絲的張力。
[0049]參考圖8，示出了根據本實用新型替代性實施例的線切割機的電極絲的張力控制裝置I的示意性機械結構圖。圖8所示的構造與圖6所示的構造相似，其中相同的部件由相同的附圖標記標出。在圖8所示的構造中，如前所述的電極絲張力施加機構具體由液壓系統來實現，即:圖6所示構造中的張力輪2和電機M2被替換為液壓系統12。該液壓系統12可以是本領域常見類型的液壓系統。滑塊4例如可以連接到液壓系統的液壓缸13中的活塞桿14。液壓控制回路可以根據上位機給出的控制指令來實時地線性調整施加于活塞桿14上的壓力，從而實現對滑塊4的線性驅動，進而實現對電極絲7的張力的線性調整。應當理解，存在各種液壓系統或液壓控制回路。本領域技術人員能夠根據實際應用的需要來合理地選擇液壓系統的【具體實施方式】。由于采用了液壓技術，因此張力控制裝置具有良好的控制性能，能夠以很高的響應速度正確地進行控制，因而具有優良的響應特性。
[0050]應當理解，本實用新型同樣也適用于單向走絲線切割機的電極絲張力控制。
[0051]雖然已經參考附圖示出和描述了本實用新型的優選實施例，但是應當理解，這樣的實施例僅通過舉例來提供。本實用新型不旨在受限于任何具體實施例，而是旨在涵蓋落入所附權利要求的范圍內的各種改型、變型和等價替換。
【權利要求】
1.一種線切割機的張力控制裝置，所述張力控制裝置包括電極絲張力施加機構，其特征在于，所述電極絲張力施加機構是自動線性張力調節機構。
2.根據權利要求1所述的線切割機的張力控制裝置，其特征在于，所述自動線性張力調節機構包括用于控制張力的直流電機和與所述電機相連的張力輪，其中所述電機向所述張力輪施加線性可調的轉矩。
3.根據權利要求2所述的線切割機的張力控制裝置，其特征在于，所述自動線性張力調節機構還包括上位機、單片機和電流檢測回路，其中所述上位機通過所述單片機向所述電流檢測回路輸出控制電流，所述電流檢測回路根據所述控制電流和來自所述電機的反饋電流向所述電機輸出操作電流。
4.根據權利要求3所述的線切割機的張力控制裝置，其特征在于，所述電流檢測回路包括比較單元和脈寬調制控制單元，其中所述比較單元將所述控制電流和所述反饋電流相比較，并且所述比較的結果通過所述脈寬調制控制單元產生脈寬調制波形。
5.根據權利要求4所述的線切割機的張力控制裝置，其特征在于，所述電流檢測回路還包括功率放大器，所述脈寬調制波形被所述功率放大器放大。
6.根據權利要求5所述的線切割機的張力控制裝置，其特征在于，所述張力控制裝置包括設置在線切割機的立柱上的滑動導軌或絲杠以及設置在所述滑動導軌或絲杠上的滑塊，其中所述張力輪經連接裝置與所述滑塊相連。
7.根據權利要求6所述的線切割機的張力控制裝置，其特征在于，所述張力控制裝置還包括設置在所述立柱上的定導輪、設置在所述滑塊上的動導輪、以及設置在從所述立柱伸出的上臂和下臂上的臂導輪，其中線切割機的電極絲經由所述定導輪、所述動導輪和所述臂導輪形成閉合回路。
8.根據權利要求7所述的線切割機的張力控制裝置，其特征在于，所述定導輪設置于所述動導輪和所述臂導輪之間。
9.根據權利要求8所述的線切割機的張力控制裝置，其特征在于，所述張力輪為一對設置在所述滑動導軌的左右兩側的輪，所述定導輪為一對設置在所述滑動導軌的上下兩側的輪，所述動導輪為一對設置在所述滑塊的兩端的輪，所述定導輪在水平方向上設置于所述動導輪和所述臂導輪之間。
10.根據權利要求1所述的線切割機的張力控制裝置，其特征在于，所述自動線性張力調節機構是液壓系統。
11.根據權利要求10所述的線切割機的張力控制裝置，其特征在于，所述張力控制裝置包括設置在線切割機的立柱上的滑動導軌或絲杠以及設置在所述滑動導軌或絲杠上的滑塊，其中所述液壓系統與所述滑塊相連。
12.根據權利要求11所述的線切割機的張力控制裝置，其特征在于，所述張力控制裝置還包括設置在所述立柱上的定導輪、設置在所述滑塊上的動導輪、以及設置在從所述立柱伸出的上臂和下臂上的臂導輪，其中線切割機的電極絲經由所述定導輪、所述動導輪和所述臂導輪形成閉合回路。
13.根據權利要求12所述的線切割機的張力控制裝置，其特征在于，所述定導輪設置于所述動導輪和所述臂導輪之間。
14.根據權利要求13所述的線切割機的張力控制裝置，其特征在于，所述定導輪為一對設置在所述滑動導軌的上下兩側的輪，所述動導輪為一對設置在所述滑塊的兩端的輪，所述定導輪在水平方向上設置于所述動導輪和所述臂導輪之間。
15.一種線切割機，其特征在于，所述線切割機包括根據前述權利要求中任一項所述的線切割機的張力控制裝置。
【文檔編號】B23H7/10GK203738176SQ201320593824
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2013年9月25日 優先權日:2013年9月25日
【發明者】周異明 申請人:北京阿奇夏米爾工業電子有限公司