數控線切割多軸加工工藝研究

鄭向周 劉豐慧

(①運城職業技術學院，山西 運城 044000；②永濟市貝特電氣機械有限公司，山西 永濟 044502)

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數控線切割多軸加工工藝研究

鄭向周①劉豐慧②

(①運城職業技術學院，山西 運城 044000；②永濟市貝特電氣機械有限公司，山西 永濟 044502)

以多軸聯動切削在數控線切割機床上的應用展開論述，對企業中存在大量多齒回轉類工件加工，從原來的銑削加工，改用具有回轉加工功能的數控線切割進行加工，并進行了實例編程和工藝分析，使加工效率大大提高。再結合錐度工件的線切割加工工藝，以及四軸半聯動線切割錐齒輪的加工原理，主要演繹了數控回轉軸在線切割機床上的應用及編程方法，為線切割機床拓寬加工工藝范圍，提高加工效率和加工速度提供了有效途徑。

數控線切割；回轉軸；多軸聯動；錐度加工

線切割機床通常以二軸聯動切割平面輪廓工件為主，但現代工業產品形狀越來越復雜，特殊要求也越來越多，使普通二維線切割往往不能完成這類工件的加工。譬如在機械加工中經常遇到多工位回轉加工的工件，如圓周分布的齒、槽,以及具有錐度特征的工件等等。本文根據筆者實際加工的經驗，介紹使用回轉軸、多軸線切割加工解決上述問題的方法，提高了線切割機床的加工能效、精度及加工工藝范圍。

1 線切割機床加工多工位回轉工件

1.1 傳統加工方法

電機轉子壓板、測速齒輪、泵轉子葉片等工件多為回轉多齒狀結構。在高鐵動車牽引電動機、地鐵電動機等裝備制造企業、此類工件的加工數量非常大，如圖1所示。傳統上加工該類工件采用以下方法：(1)普通銑削加工，需要根據齒槽形狀定制專用銑刀，使用分度頭等分加工。此方法加工效率低，且精度不易保證。(2)數控機床加工，加工精度能保證，但是對于產品多品種、小批量需求情況下，仍然顯得加工能效低。

1.2 線切割加工方法

線切割加工此類工件，可靈活切割不同齒形，不需要特制刀具。 如果僅使用X、Y軸聯動加工時會存在以下問題：(1)復雜的多齒路徑，使切割過程中故障率加大并且精度降低。(2)對尺寸較大工件，受工作臺行程、工裝干涉等因素影響不能加工。因此，在工作臺上安裝數控分度頭，使機床具有圍繞Z軸旋轉的W軸，兩軸聯動完成一個齒槽的切割后，W軸回轉一個齒的角度，再進行相同的切割運動，依次循環實現機床二軸半聯動加工。相比二軸聯動切割，可使程序編制簡單，運行路線簡化。分度頭回轉精度為±0.000 5°，保證了產品精度。根據工件厚度，可在胎心上疊裝多個工件進行切割，提高了加工效率，如圖2所示。

1.3 加工實例

如圖3所示為一種動車牽引電動機測速齒輪簡圖，加工工藝方案制定如下：

(1)通過中心孔在胎芯上定位，找平并找正回轉中心，夾緊。

(2)對刀，定工件X、Y零點為外圓靠近切割絲最高點，如圖3所示A點。

(3)回轉軸不設定原點，分度頭每轉動一次，角度清零一次。

完整的加工程序編制如下：

(wi-PRO i-ONE)

(02-20-2016 15：00：41)

G90 G69 G09； (初始化)

H001=35； (設定齒數)

H003=-720000/H001 ； (設定每齒回轉發出脈沖數)

G93 W； (回轉軸清零)

G54； (調工件坐標原點)

H006=-000100； (設定切割絲補償)

M98 P100 L35； (調用子程序)

M02； (程序結束)

N100；(Machining from Start (子程序開始)

M05 G00 WH003； (工件旋轉)

G93 W； (回轉軸清零)

G00 X-4. Y0； (D點)

G42 H006； (加刀補)

M05 G00 X-4.Y-3.； (E點)

G01 X5.1 Y-3.； (F點)

G01 X5.1 Y3.； (G點)

G01 X-4. Y3.； (H點)

G40； (去刀補)

M05 G00 Y0； (D點)

M99； (子程序結束并返回)

2 四軸聯動線切割加工具有錐度特征工件

現代數控線切割機床具有使切割絲線繞X軸和Y軸傾斜的伺服驅動功能，從而使機床具備X、Y、U、V四軸聯動能力，可以加工具有錐度特征的輪廓工件。

2.1 使用G51、G52指令進行固定錐度工件加工

如果工件的上下表面輪廓路徑相仿，僅僅是具有固定錐度的傾斜的線切割加工，可以使用錐度切削代碼G51、G52來完成切割。

沿切割行進方向看， G51為切割絲左傾斜、G52為右傾斜，G50為取消傾斜，A為傾斜度數。

2.2 加工實例

如圖4所示具有圓角特征的四棱椎體工件，運用線切割進行加工，取上加工面為主程序面，A點為編程零點，程序編制如下：

(wi-PRO i-ONE)

(05-24-2016 10：00：01)

H001=000100； (設定切割絲補償)

G92 X-10. Y0； (設定原點)

G01X-8. YO ；

G41H001 (加刀補)

G52 A3.5 G90 G01 X0； (切割絲右傾斜3.5°)

G01 Y5.； (走輪廓)

……

G40 G50 G01 X-10.； (取消傾斜,取消刀補)

M02；

切割絲行進路線如圖4中所示。

可見對于上下面輪廓形狀相仿的固定錐度加工，加工時需要設定一個平面為主程序平面，程序編制時依照主程序面輪廓進行。為了能夠進行錐度加工，系統還需要設定一些參數，如圖5所示：其中上下導輪中心距、導輪半徑、工作臺高度為系統固定值，設定主程序面輪廓Z軸高度位置后可進行U、V坐標計算，加工中由G51或者G52指令控制錐度加工。為了在機床上看到較真實的圖形以及避免機床提示的過切報警，也可以設定工件高度值，但并不影響加工尺寸與錐度精度。

2.3 上、下面異形變錐度工件線切割加工

對于上下輪廓所形成的變錐度，或者上下輪廓幾何元素形狀相異，如圖6所示情況，需要系統合成程序，包括以下幾個步驟：

(1)主、副程序面輪廓確定：分別繪制上下兩個輪廓圖形，進行關鍵點劃分，使上、下兩面圖形關鍵點數相同, 保證兩個程序具有相同數目的程序段，并使加工走向相同, 然后對上下輪廓進行獨立編程并保存。

(2)參數設置：除了上述上下導輪中心距、導輪半徑、工作臺高度等系統固定值需設置外，機床加工時根據2個程序面與Z軸位置坐標進行U、V坐標計算，與工件高度有直接的關系，所以和固定錐度加工不同，應設定工件高度參數項。

(3)參數輸入后，后處理程序系統便可以根據上下兩個輪廓的程序自動生成上下異形件的加工程序。

系統各個軸的插補速度則由系統行程協調函數來控制。通過對上下表面的加工步數進行對

比分析, 反饋到行程協調函數中, 控制X、Y、U、V四軸的運動, 使得上下表面軌跡的插補速度協調一致, 達到加工的需要。

2.4 用四軸半聯動進行錐齒輪線切割加工

如果加工帶錐度多工位回轉類工件，在四軸聯動加工錐度特征的基礎上，在工作臺上增加回轉數控軸，使機床運動軸數增加到五軸。如圖7所示。其加工過程和加工原理和兩軸半加工相同，只是一個工位的加工通過四軸聯動來完成，每完成一個工位的切割，系統數控回轉工作臺旋轉一個工位，進行下一次的切割，構成了五軸系統的四軸半切割加工，提高了線切割加工的靈活性和適用性，也進一步能拓寬了線切割加工的工藝范圍。

3 結語

通過對線切割機床配備數控分度頭形成回轉W軸，并和X、Y軸聯動進行多工位回轉工件加工，提高了線切割加工的靈活性和適用性。再結合機床4軸聯動切割錐度的功能，使線切割具備五軸加工的能力，對加工較復雜的多工位回轉類工件、錐齒輪工件等提出了解決方法，并在生產中得到推廣使用。

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Multiple axis WEDM processing technological research

ZHENG Xiangzhou①, LIU Fenghui②

(①Yuncheng Professional Technology College, Yuncheng 044000, CHN;②Yongji Better Electric Machinery Co., Ltd., Yongji 044502, CHN)

Based on discussion on the application of multi-axis machining in NC WEDM machine, a lot multi-tooth rotational parts machining in enterprises change from milling to NC WEDM with rotary processing function, and an example program and process analysis, process efficiency is greatly improved. Combined wire cutting technology of taper parts, and half a line of four axes machining principle for bevel gear cutting, mainly interpret the application and programming methods of CNC rotary axis on WEDM machine tool, provides an effective way to broaden the scope of processing technology of WEDM machine tool, and improve machining efficiency and speed.

WEDM; rotary axis; multi-axis synchronous; taper machining

TH164

A

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.11.023

鄭向周， 男， 1972年生，碩士，講師，工程師，機電工程系專業教師，研究方向為數控加工、CADCAM技術，已發表論文6篇。

(編輯 李 靜)

2016-05-03)

161130