线切割机的张力控制装置及线切割的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种线切割机的张力控制装置及线切割机。所述张力控制装置包括电极丝张力施加机构，其中，所述电极丝张力施加机构是自动线性张力调节机构。所述张力控制装置能够实现加工过程中连续可调地控制电极丝的张力，而且能够主动地线性调节所述张力，同时保证了工件的加工精度。本实用新型的操作更为简单，对于张力需求的响应更快，因而能够显著提高生产效率。
【专利说明】线切割机的张力控制装置及线切割机
【技术领域】
[0001]本实用新型总体上涉及线切割放电加工(WEDM)技术，特别是线切割机的张力控制装置及包括该张力控制装置的线切割机，且更具体地涉及往复式走丝线切割机在各种加工之间调整电极丝的张力的控制装置及其控制方法。
【背景技术】
[0002]目前，线切割机在制造业中的使用越来越广泛。线切割机通常分为两种类型，即:单向走丝线切割机和往复式走丝线切割机。往复式走丝线切割机在丝的张力控制方面的基本结构有两种:重锤式恒张力机构和弹簧式张力机构。
[0003]现有技术文献EP1034872B1介绍了一种用于线切割机的重锤式恒张力机构，其结构示意图如图1所示。在该机构中，重锤116经由缠绕于滑轮113的绳索与滑块111连接。因此,重锤116能够驱动滑块111沿导轨114做水平运动。重锤116由多个可拆卸的重物构成。能够通过改变重物的数量来调整重锤116的重量，从而调整作用在电极丝3上的张力。所述文献通过引用的方式并入本文以供参考。
[0004]现有技术文献CN2671732Y介绍了一种快走丝电火花线切割机用张力装置，具体是一种弹簧式张力机构，其结构示意图如图2所示。调节装置7通过调节与滑块14连接的弹簧8的张紧程度来调节作用在电极丝10上的张力。所述文献通过引用的方式并入本文
以供参考。
[0005]这两种张力机构具有的缺点之一是在加工中张力不可控制。由于采用往复式走丝线切割机，在加工中存在着电极丝放电损耗。随着加工时间的推移，电极丝的丝径逐渐减小。当电极丝损耗到一定程度的时候，在张力的作用下会出现断丝现象，从而影响电极丝的使用寿命。另外，上述张力机构中的张力不能连续调节。针对同一个加工程序，在不同的加工条件下所需的张力是不一样的。当采用大电流加工时，需要的电极丝张力较小，以便避免电极丝断丝。当进行修切加工时，需要的电极丝张力较大，以便满足加工精度的要求。
[0006]现有技术文献CN1706581A介绍了一种高速线切割机自动补偿张紧机构，如图3所示。该张紧机构采用交流齿轮减速电机调压手段进行张力控制，但是其中的电压与电机转矩成非线性关系，且调整范围有限。所述文献通过引用的方式并入本文以供参考。
[0007]此外，现有技术文献CN102416510A介绍了一种线切割钥丝张力自动控制系统及张力控制方法，如图4所示。该张力控制方法采用步进电机驱动丝杠，通过张力传感器测试电极丝的张力，在单片机计算比较后控制步进电机经丝杠驱动滑移导轮从而完成电极丝的张紧控制。但是，这种方法采用的是一种被动控制手段，其响应速度较慢，且仅能起到一个紧丝作用，不能满足变张力控制的需求。所述文献通过引用的方式并入本文以供参考。
[0008]因此，本领域中存在对于改进的张力控制装置及其控制方法的需求。
实用新型内容
[0009]为了解决上文所述的技术问题，本实用新型提供了一种改进的线切割机的张力控制装置。
[0010]根据本实用新型的一方面，提供了如下技术方案:一种线切割机的张力控制装置，所述张力控制装置包括电极丝张力施加机构，其中，所述电极丝张力施加机构是自动线性张力调节机构。
[0011]在上述技术方案中，所述自动线性张力调节机构包括用于控制张力的直流电机和与所述电机相连的张力轮，其中所述电机向所述张力轮施加线性可调的转矩。
[0012]在上述技术方案中，所述自动线性张力调节机构还包括上位机、单片机和电流检测回路，其中所述上位机通过所述单片机向所述电流检测回路输出控制电流，所述电流检测回路根据所述控制电流和来自所述电机的反馈电流向所述电机输出操作电流。
[0013]在上述技术方案中，所述电流检测回路包括比较单元和脉宽调制控制单元，其中所述比较单元将所述控制电流和所述反馈电流相比较，并且所述比较的结果通过所述脉宽调制控制单元产生脉宽调制波形。
[0014]在上述技术方案中，所述电流检测回路还包括功率放大器，所述脉宽调制波形被所述功率放大器放大。
[0015]在上述技术方案中，所述张力控制装置包括设置在线切割机的立柱上的滑动导轨或丝杠以及设置在所述滑动导轨或丝杠上的滑块，其中所述张力轮经连接装置与所述滑块相连。
[0016]在上述技术方案中，所述张力控制装置还包括设置在所述立柱上的定导轮、设置在所述滑块上的动导轮、以及设置在从所示立柱伸出的上臂和下臂上的臂导轮，其中由线切割机的电极丝经由所述定导轮、所述动导轮和所述臂导轮形成闭合回路。
[0017]在上述技术方案中，所述定导轮设置于所述动导轮和所述臂导轮之间。
[0018]在上述技术方案中，所述张力轮为一对设置在所述滑动导轨的左右两侧的轮，所示定导轮为一对设置在所述滑动导轨的上下两侧的轮，所述动导轮为一对设置在所示滑块的两端的轮，所述定导轮在水平方向上设置于所述动导轮和所述臂导轮之间。
[0019]在上述技术方案中，所述自动线性张力调节机构是液压系统。
[0020]在上述技术方案中，所述张力控制装置包括设置在线切割机的立柱上的滑动导轨或丝杠以及设置在所述滑动导轨或丝杠上的滑块，其中所述液压系统与所述滑块相连。
[0021]在上述技术方案中，所述张力控制装置还包括设置在所述立柱上的定导轮、设置在所述滑块上的动导轮、以及设置在从所述立柱伸出的上臂和下臂上的臂导轮，其中线切割机的电极丝经由所述定导轮、所述动导轮和所述臂导轮形成闭合回路。
[0022]在上述技术方案中，所述定导轮设置于所述动导轮和所述臂导轮之间。
[0023]在上述技术方案中，所述定导轮为一对设置在所述滑动导轨的上下两侧的轮，所述动导轮为一对设置在所述滑块的两端的轮，所述定导轮在水平方向上设置于所述动导轮和所述臂导轮之间。
[0024]根据本实用新型的另一方面，还提供了如下技术方案:一种线切割机，其中，所述线切割机包括根据前述技术方案中任一种所述的张力控制装置。
[0025]与现有技术相比，本实用新型的线切割机的张力控制装置所具备的有益效果是:所述张力控制装置能够实现加工过程中连续可调地控制电极丝的张力，而且能够主动地线性调节所述张力，同时保证了工件的加工精度。此外，本实用新型的操作更为简单，对于张力需求的响应更快，因而能够显著提高生产效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]在下文结合附图来更详细地描述本实用新型的优选实施例。
[0027]图1-4分别示出了现有技术中的各种张力控制机构。
[0028]图5是本实用新型的张力控制装置的示意性功能框图。
[0029]图6是本实用新型的张力控制装置的构造的示意性侧视图。
[0030]图7是本实用新型的张力控制曲线图。
[0031]图8是本实用新型的张力控制装置的构造的另一实施例的示意性侧视图。
【具体实施方式】
[0032]参考附图5-8来详细说明本实用新型的具体实施例。仅作为示例，将结合双向走丝或往复式走丝线切割机(也称为快走丝线切割机)来介绍本实用新型。
[0033]参考图5，示出了根据本实用新型的示例性实施例的张力控制装置的示意性功能框图。本实用新型的张力控制装置是以直流电机转矩控制理论为基础。具体地，本实用新型的张力控制装置具有电极丝张力施加机构。该电极丝张力施加机构是一种自动线性张力调节机构，其主要包括上位机(PC)、单片机(μρ)、电流检测回路、控制张力的直流电机M2以及与电机M2相连的张力轮2 (如图6所示)。在所述调节机构中，上位机给出张力指令，单片机用作接收张力指令及控制张力的平台，并且电流检测回路向电机M2输出操作电流。如图5所示，上位机将加工参数经过串口总线或本领域已知的其它适当总线传送给单片机。单片机优选以查表方式确定张力控制电流Ig。电流检测回路可以包括比较单元，其将张力控制电流Ig与反馈电流If相比较。电流检测回路还可以包括脉宽调制(PWM)控制单元，所述比较的结果可通过PWM控制单元产生PWM波形。电流检测回路还可以包括功率放大器，所产生的PWM波形可经该功率放大器放大以产生用于电机M2的电枢中的恒定电流。电机M2优选是永磁直流电机。
[0034]由于采用的电机M2是永磁直流电机，因此根据直流电机理论，作用在电机M2的轴上的转矩为:
[0035]M=Cm0Ia (Nm)
[0036]其中，Cm为转矩常数；0为每极的磁通；Ia为电枢电流。
[0037]因为永磁直流电机的特性参数Cm和0均为常数，所以转矩M与电枢电流Ia成正比关系。通过给定不同的电枢电流Ia，就能得到相应的输出转矩M。因此，提供给电机M2的电枢电流Ia是线性可调的，因此电机M2的输出转矩M也是线性可调的。
[0038]本实用新型就是根据这一原理来实现。在加工过程中，可以根据不同的加工条件以及加工状态变化，通过单片机给出相应的张力控制电流Ig来实时地进行电极丝的张力控制和调整。
[0039]图6示出了用于本实用新型的线切割机的电极丝的张力控制装置I的示意性机械结构图。所述张力控制装置I优选地设置在线切割机的床身(未示出)上。在如图6中的侧视图所示的优选实施例中，张力控制装置I具有如上所述的电极丝张力施加机构。所述张力控制装置I优选地包括:滑动导轨3 ;滑块4 ;设置在床身的立柱(未示出)上的定导轮5 ；设置在滑块4上的动导轮9 ;以及，设置在从床身或立柱伸出的上臂(未示出)和下臂(未示出)上的臂导轮10。所述线切割机还包括优选设置在床身上的储丝筒8以及与储丝筒8相连的储丝筒电机Ml。
[0040]在张力控制装置I中，电机M2优选地设置在床身的立柱上，其通过张力轮2经皮带11或类似的连接装置(例如绳索、线缆等)与滑块4相连。滑动导轨3也优选地设置在所述立柱上。滑动导轨3优选地被水平地定位，并且优选地定位成使其中心平面与储丝筒8的轴线位于同一平面。滑动导轨3可以是双面或单面滚动导轨。滑块4被设置在滑动导轨3上从而能够沿滑动导轨3滑动。所述张力轮2优选为一对设置在滑动导轨3的左右两侧的轮。定导轮5优选为一对设置在滑动导轨3的上下两侧的轮。所述定导轮5优选地在水平方向上设置于动导轮9和臂导轮10之间。所述定导轮5优选地相对于滑动导轨3对称地设置。动导轮9优选为一对设置在滑块4的两端的轮。电极丝7由储丝筒8导出，并且经由定导轮5、动导轮9和臂导轮10形成闭合回路。位于上臂和下臂上的臂导轮10之间的电极丝7对工件6实施线切割放电加工。应当理解，张力控制装置I中的各种部件的数量可以根据具体应用来适当地选择，而不局限于所述的具体实施例。此外，张力控制装置I中的各个部件的相对位置关系也可以根据需要而相应地变化。
[0041]在另一个实施例中，电机M2可以与丝杠机构(未示出)相连，从而丝杠机构驱动例如滑块4来线性地调节电极丝7的张力。
[0042]当电机M2产生线性可调的转矩M时，所述转矩M经由张力轮2通过皮带11对滑块4施加拉力Fb，该拉力Fb为:
[0043]Fb=2M/D,
[0044]其中D为张力轮2的直径。
[0045]在滑块4上的动导轮9的作用下，在电极丝7上产生相应的张力F(N)，该张力为:
[0046]F(N) = Fb/4 = M/ (2D) = Cm0Ia/(2D),
[0047]该等式表明张力F(N)与电枢电流Ia成正比，并且与张力轮2的直径D成反比。
[0048]在一个实施例中，本实用新型的永磁式直流电机的额定转矩优选为2Nm，额定电流优选为5A，张力轮的直径D优选为0.09m。当电枢电流在O到5A的范围内时，电极丝7的张力F(N)的控制范围在O到11牛(即约1.1kg的质量产生的重力),如图7所示。图7示出了张力控制曲线图，图中的横坐标代表通过电极丝7的电流(单位:A)，纵坐标代表电极丝7的张力(单位:N)。从图7可以看出，在本实用新型实施的加工过程中，可以精确地线性调节电极丝的张力。
[0049]参考图8，示出了根据本实用新型替代性实施例的线切割机的电极丝的张力控制装置I的示意性机械结构图。图8所示的构造与图6所示的构造相似，其中相同的部件由相同的附图标记标出。在图8所示的构造中，如前所述的电极丝张力施加机构具体由液压系统来实现，即:图6所示构造中的张力轮2和电机M2被替换为液压系统12。该液压系统12可以是本领域常见类型的液压系统。滑块4例如可以连接到液压系统的液压缸13中的活塞杆14。液压控制回路可以根据上位机给出的控制指令来实时地线性调整施加于活塞杆14上的压力，从而实现对滑块4的线性驱动，进而实现对电极丝7的张力的线性调整。应当理解，存在各种液压系统或液压控制回路。本领域技术人员能够根据实际应用的需要来合理地选择液压系统的【具体实施方式】。由于采用了液压技术，因此张力控制装置具有良好的控制性能，能够以很高的响应速度正确地进行控制，因而具有优良的响应特性。
[0050]应当理解，本实用新型同样也适用于单向走丝线切割机的电极丝张力控制。
[0051]虽然已经参考附图示出和描述了本实用新型的优选实施例，但是应当理解，这样的实施例仅通过举例来提供。本实用新型不旨在受限于任何具体实施例，而是旨在涵盖落入所附权利要求的范围内的各种改型、变型和等价替换。
【权利要求】
1.一种线切割机的张力控制装置，所述张力控制装置包括电极丝张力施加机构，其特征在于，所述电极丝张力施加机构是自动线性张力调节机构。
2.根据权利要求1所述的线切割机的张力控制装置，其特征在于，所述自动线性张力调节机构包括用于控制张力的直流电机和与所述电机相连的张力轮，其中所述电机向所述张力轮施加线性可调的转矩。
3.根据权利要求2所述的线切割机的张力控制装置，其特征在于，所述自动线性张力调节机构还包括上位机、单片机和电流检测回路，其中所述上位机通过所述单片机向所述电流检测回路输出控制电流，所述电流检测回路根据所述控制电流和来自所述电机的反馈电流向所述电机输出操作电流。
4.根据权利要求3所述的线切割机的张力控制装置，其特征在于，所述电流检测回路包括比较单元和脉宽调制控制单元，其中所述比较单元将所述控制电流和所述反馈电流相比较，并且所述比较的结果通过所述脉宽调制控制单元产生脉宽调制波形。
5.根据权利要求4所述的线切割机的张力控制装置，其特征在于，所述电流检测回路还包括功率放大器，所述脉宽调制波形被所述功率放大器放大。
6.根据权利要求5所述的线切割机的张力控制装置，其特征在于，所述张力控制装置包括设置在线切割机的立柱上的滑动导轨或丝杠以及设置在所述滑动导轨或丝杠上的滑块，其中所述张力轮经连接装置与所述滑块相连。
7.根据权利要求6所述的线切割机的张力控制装置，其特征在于，所述张力控制装置还包括设置在所述立柱上的定导轮、设置在所述滑块上的动导轮、以及设置在从所述立柱伸出的上臂和下臂上的臂导轮，其中线切割机的电极丝经由所述定导轮、所述动导轮和所述臂导轮形成闭合回路。
8.根据权利要求7所述的线切割机的张力控制装置，其特征在于，所述定导轮设置于所述动导轮和所述臂导轮之间。
9.根据权利要求8所述的线切割机的张力控制装置，其特征在于，所述张力轮为一对设置在所述滑动导轨的左右两侧的轮，所述定导轮为一对设置在所述滑动导轨的上下两侧的轮，所述动导轮为一对设置在所述滑块的两端的轮，所述定导轮在水平方向上设置于所述动导轮和所述臂导轮之间。
10.根据权利要求1所述的线切割机的张力控制装置，其特征在于，所述自动线性张力调节机构是液压系统。
11.根据权利要求10所述的线切割机的张力控制装置，其特征在于，所述张力控制装置包括设置在线切割机的立柱上的滑动导轨或丝杠以及设置在所述滑动导轨或丝杠上的滑块，其中所述液压系统与所述滑块相连。
12.根据权利要求11所述的线切割机的张力控制装置，其特征在于，所述张力控制装置还包括设置在所述立柱上的定导轮、设置在所述滑块上的动导轮、以及设置在从所述立柱伸出的上臂和下臂上的臂导轮，其中线切割机的电极丝经由所述定导轮、所述动导轮和所述臂导轮形成闭合回路。
13.根据权利要求12所述的线切割机的张力控制装置，其特征在于，所述定导轮设置于所述动导轮和所述臂导轮之间。
14.根据权利要求13所述的线切割机的张力控制装置，其特征在于，所述定导轮为一对设置在所述滑动导轨的上下两侧的轮，所述动导轮为一对设置在所述滑块的两端的轮，所述定导轮在水平方向上设置于所述动导轮和所述臂导轮之间。
15.一种线切割机，其特征在于，所述线切割机包括根据前述权利要求中任一项所述的线切割机的张力控制装置。
【文档编号】B23H7/10GK203738176SQ201320593824
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2013年9月25日 优先权日:2013年9月25日
【发明者】周异明 申请人:北京阿奇夏米尔工业电子有限公司