李東瑞,張 丹

(無錫市比奧迪科技有限公司,江蘇 無錫 214121)

目前,國內(nèi)線切割編控軟件主要是基于PC機DOS或WIN 98平臺下運行的編控系統(tǒng),在這些平臺下不支持大容量的內(nèi)存條和硬盤,無法使用當(dāng)前主流通用的硬件,也不支持直接與U盤連接,即使通過加裝專用硬件和軟件使用U盤來傳遞數(shù)據(jù),U盤的容量、型號也受到很多限制,編控系統(tǒng)軟件的更新?lián)Q代也無法趕上PC硬件的飛速發(fā)展,軟件運行平臺低,許多功能無法直接在系統(tǒng)中實現(xiàn)。

隨著模具加工技術(shù)迅速發(fā)展的需要及零件加工精度的不斷提高,對數(shù)控電火花線切割機床的加工精度和表面粗糙度提出了更高的要求,多次切割已成為數(shù)控高速走絲電火花線切割機床的必然發(fā)展方向。多次切割技術(shù)可明顯提高高速走絲機床的加工質(zhì)量,獲得滿意的表面粗糙度;還可解決單次切割時的材料變形影響,提高加工精度,消除往返切割條紋。應(yīng)用多次切割提高加工工藝指標(biāo),必須解決以下幾方面的問題:①脈沖電源應(yīng)具備窄脈寬波形輸出和高效率加工,并盡可能減小電極絲損耗;②電極絲應(yīng)保持相對穩(wěn)定;③進(jìn)一步提高機床加工精度;④提供開放的加工工藝數(shù)據(jù)庫。

1 系統(tǒng)原理

AutoCut線切割編控系統(tǒng)是基于Windows XP平臺的線切割編程控制系統(tǒng),它由運行在Windows XP系統(tǒng)下的AutoCut編程軟件、AutoCut控制軟件和基于PCI總線的四軸運動控制卡組成(圖1)。

圖1 AutoCut線切割編控系統(tǒng)構(gòu)成

首先利用CAD軟件根據(jù)產(chǎn)品要求繪制加工圖形,然后用AutoCut編程軟件對CAD圖形進(jìn)行多次切割工藝參數(shù)編程,生成線切割加工的二維或三維數(shù)據(jù)加工文件,最后由AutoCut控制軟件、運動控制卡完成產(chǎn)品加工。這種以圖形方式進(jìn)行加工的方法,是線切割領(lǐng)域內(nèi)的CAD和CAM系統(tǒng)的有機結(jié)合。在加工過程中,系統(tǒng)能智能控制加工速度和加工參數(shù),具有全閉環(huán)或半閉環(huán)加工功能,提供了開放式工藝數(shù)據(jù)庫,完成對不同加工要求的加工控制。

AutoCut運動控制卡為PCI總線插卡,PCI總線具有工作穩(wěn)定可靠、速度快等優(yōu)點,適用于當(dāng)前主流電腦。AutoCut運動控制卡內(nèi)提供電機控制信號、高頻振蕩和控制信號、變頻器控制信號、擴展I/O信號、光柵尺或編碼器信號,此控制卡的集成度高、工作穩(wěn)定可靠、外圍電路簡單且易維護(hù)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 在AutoCAD中設(shè)計多次切割工藝

首先在AutoCAD中繪制所需的加工圖形,然后進(jìn)行多次切割工藝參數(shù)的設(shè)置,依據(jù)加工材料、工件厚度、加工精度及表面粗糙度等要求,進(jìn)行加工次數(shù)和工藝余量的設(shè)置,并對偏移量、脈寬、脈間、分組、高低壓、功放、跟蹤、限速及絲速等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。參數(shù)設(shè)置完成后,根據(jù)命令行提示生成多次切割程序(.TSK),最后由AutoCut控制軟件、運動控制卡完成產(chǎn)品加工。在加工時可實時顯示加工參數(shù),依據(jù)實際加工狀況,可隨時修改高頻參數(shù)并保存加工參數(shù)。

2.2 高精度的高頻振蕩波形(階梯波等)

AutoCut運動控制卡采用MCU大規(guī)模集成電路,能輸出精準(zhǔn)的高頻振蕩方波,最小脈沖寬度可達(dá)0.5μs。方波參數(shù)的生成由軟件通過程序計算完成,波形精度由運動控制卡上的脈沖發(fā)生模塊保證,脈沖發(fā)生模塊的時鐘頻率采用的是PCI總線的33 MHz時鐘,可有效保證精度,可靠性高,抗干擾能力強。

AutoCut可同時提供8路脈沖信號,并可進(jìn)行脈寬0.5μs的波形疊加,還可提供多路繼電器控制信號,根據(jù)要求產(chǎn)生矩形波、矩形分組波、階梯波等各種用途的高頻波形(圖2)。試驗表明階梯波對降低鉬絲損耗有顯著效果,故可用于多次加工時的第一刀加工。

2.3 采用光柵尺、編碼器反饋進(jìn)行閉環(huán)控制

由于線切割機床定位精度在很大程度上會受滾珠絲杠精度的影響,即使采用精度高的滾珠絲杠,各種原因的積累誤差始終存在。要消除積累誤差,提高機床定位精度,必須采用帶螺距誤差補償功能的半閉環(huán)控制或直接采用帶有光柵尺的全閉環(huán)控制功能,利用數(shù)控系統(tǒng)對機床的定位誤差進(jìn)行補償與修正。同時,長期使用會造成機械磨損,重復(fù)定位精度也同步下降。利用半閉環(huán)或全閉環(huán)控制可進(jìn)行定期檢測與補償,保證線切割機床在長期使用過程中重復(fù)定位精度的穩(wěn)定性,延長機床的使用壽命。

(1)AutoCut的閉環(huán)控制

運動控制卡內(nèi)自帶光柵信號的解碼器,無需第三方解碼卡,實時性和可靠性得到了有效保證。AutoCut運動控制卡內(nèi)解碼器最大解碼速度可達(dá)1 M以上,完全滿足應(yīng)用于配置伺服電機的電火花線切割機床。

(2)AutoCut的半閉環(huán)控制

對滾珠絲杠螺距產(chǎn)生的誤差進(jìn)行誤差補償。螺距誤差補償原理是對線切割機床運動軸的指令坐標(biāo)位置與高精度測量系統(tǒng)所得的實際坐標(biāo)位置相比較,計算出在全程上的誤差,并分別繪制其曲線,再將該誤差曲線數(shù)值化并以表格的形式輸入數(shù)控系統(tǒng)中。螺距誤差補償形式分為單向螺距誤差補償和雙向螺距誤差補償兩種,單向補償為進(jìn)給軸正反向移動采用相同的數(shù)據(jù)補償,雙向補償為進(jìn)給軸正反移動分別采用各處不同的數(shù)據(jù)補償。AutoCut采用雙向螺距誤差補償,可消除機床的反向間隙誤差,在半閉環(huán)控制時,可達(dá)到滿意的重復(fù)定位精度。

對于超大行程的線切割機床的制造及裝配的要求都很高,機床的定位精度很難保證。因此,在超大行程機床的制造精度不能得到很好保證的情況下,采用AutoCut光柵全閉環(huán)或帶螺距補償功能的半閉環(huán)控制功能,可明顯改善加工精度。

2.4 提供開放式工藝數(shù)據(jù)庫

AutoCut編程系統(tǒng)提供了開放式工藝數(shù)據(jù)庫,可根據(jù)切割材料的型號、厚度、表面粗糙度等要求選擇對應(yīng)的加工參數(shù),包含工廠數(shù)據(jù)庫和用戶數(shù)據(jù)庫。由于不同廠家的機床運行參數(shù)不盡相同,工廠數(shù)據(jù)庫用于保存機床生產(chǎn)廠家對機床運行狀況、長期試驗所積累的經(jīng)驗參數(shù);用戶數(shù)據(jù)庫是用戶在長期使用過程中,保存用戶根據(jù)產(chǎn)品要求、生產(chǎn)經(jīng)驗總結(jié)出的經(jīng)驗參數(shù)。AutoCut工藝數(shù)據(jù)庫的每一條記錄包含一套完整的加工工藝,即加工次數(shù)、偏移量、高頻參數(shù)、高低壓、絲速、跟蹤、限速等加工參數(shù)。

3 結(jié)論

AutoCut編程控制系統(tǒng)運行于操作簡單實用的Windows XP系統(tǒng)下,完全脫離DOS平臺,可配置主流電腦。AutoCut控制軟件是32位編程,其加工數(shù)據(jù)幾乎不受代碼行數(shù)限制,系統(tǒng)中的高頻信號由控制卡輸出,與傳統(tǒng)高頻板相比更簡單可靠,并有效降低了電極絲損耗。AutoCut運動控制卡的集成度高,工作穩(wěn)定可靠,具有外圍接線簡單、易維護(hù)等優(yōu)點。AutoCut編控系統(tǒng)采用光柵尺全閉環(huán)控制或編碼器反饋的具有螺距補償功能的半閉環(huán)控制,有效提高了機床加工精度,并提供開放式的工藝數(shù)據(jù)庫,其線切割工藝設(shè)計可完全嵌入到AutoCAD中。

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