錐度裝置是數(shù)控中走絲線切割機(jī)床的關(guān)鍵部件及核心技術(shù)之一。隨著中走絲機(jī)床產(chǎn)品的不斷升級(jí)，對(duì)錐度切割精度提出了更高的要求。為此，設(shè)計(jì)了高精度錐度裝置，從結(jié)構(gòu)性能上解決了剛性、可靠性、傳動(dòng)精度和防護(hù)等問(wèn)題。通過(guò)應(yīng)用和驗(yàn)證，其幾何精度、數(shù)控運(yùn)動(dòng)精度均得到穩(wěn)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(guó)防科技及模具工業(yè)的飛速發(fā)展，模具制造正在不斷地升級(jí)換代，配套零件的尺寸精度和表面質(zhì)量要求也越來(lái)越高，普通往復(fù)走絲線切割機(jī)床已不能滿足精密模具制造的要求，促使數(shù)控中走絲線切割機(jī)床產(chǎn)業(yè)化及技術(shù)日益提升。
作為中走絲線切割機(jī)床核心部件之一的錐度裝置，其各項(xiàng)指標(biāo)都比普通往復(fù)走絲機(jī)床錐度裝置的要求更高。最新發(fā)布實(shí)施的JB/T11999.1-2014《數(shù)控往復(fù)走絲型多次切割電火花線切割機(jī)床第1部分：精度檢驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：U(V)軸運(yùn)動(dòng)對(duì)X(Y)軸運(yùn)動(dòng)在垂直和水平面內(nèi)的平行度允差分別為0.030mm和0.015mm，均比普通往復(fù)走絲線切割機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的0.040mm和0.020mm有所提高；且加工檢驗(yàn)中的錐度加工檢查項(xiàng)目規(guī)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(fù)走絲線切割機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的0.030mm和1’30"有所提高。由此看來(lái)，精度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求的提高，實(shí)質(zhì)就是對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的控制和對(duì)技術(shù)提升的推動(dòng)。如何進(jìn)一步提高錐度切割精度和多次切割精度，已成為廣大業(yè)內(nèi)技術(shù)人員的新課題和研發(fā)方向。
1、錐度加工原理及關(guān)聯(lián)要素
往復(fù)走絲線切割機(jī)床錐度加工是通過(guò)U、V坐標(biāo)移動(dòng)并配合X、Y坐標(biāo)移動(dòng)，使電極絲在上、下兩個(gè)主導(dǎo)輪間沿中心軸線產(chǎn)生空間位移軌跡，實(shí)現(xiàn)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(zhì)量的主要因素有X、Y、U、V坐標(biāo)的定位精度、導(dǎo)輪的旋轉(zhuǎn)精度及其V型槽的導(dǎo)向精度。在錐度加工時(shí)，鑒于V型槽開(kāi)放性的導(dǎo)向缺陷，會(huì)引起電極絲切點(diǎn)的變化，從而帶來(lái)不可避免的錐度切割誤差；此外，更重要的是U、V坐標(biāo)的位移和重復(fù)定位，這對(duì)錐度加工和多次切割起著決定性的作用。
2、錐度裝置結(jié)構(gòu)及加工誤差分析
普通往復(fù)走絲線切割機(jī)床的錐度裝置一般采用十字滑板結(jié)構(gòu)(圖1)，剛性滾珠導(dǎo)軌，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速齒輪、小螺距微型絲杠實(shí)現(xiàn)位移。由于兩層滑板厚度相對(duì)較薄，導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)是沿鋼球兩個(gè)切點(diǎn)形成的直線，垂直面的受力完全落在鋼珠上，所以導(dǎo)軌的剛性和承載能力較差，微型小螺距滑動(dòng)絲杠的精度及間隙也很難控制;再加上步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)特性，使UV軸的定位精度低，傳遞扭矩小，無(wú)螺距和間隙補(bǔ)償功能，累計(jì)傳動(dòng)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(qū)域，防護(hù)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(shè)計(jì)
3.1高精度錐度裝置總體結(jié)構(gòu)
設(shè)計(jì)思路是將錐度裝置設(shè)計(jì)成獨(dú)立的整體，避開(kāi)加工區(qū)域安裝，解決防護(hù)問(wèn)題，采用精密直線導(dǎo)軌、精密滾珠絲杠和專用軸承，交流伺服電機(jī)直聯(lián)驅(qū)動(dòng)，保證有足夠的剛性，實(shí)現(xiàn)高精度傳動(dòng)。
3.2機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述
該錐度頭裝置為T(mén)字滑臺(tái)式結(jié)構(gòu)(圖2)。UV軸滑座采用箱式精密鑄件，互成90°連接。直線導(dǎo)軌的安裝應(yīng)用了數(shù)控龍門(mén)銑床橫梁導(dǎo)軌的安裝方式，兩條直線導(dǎo)軌分別安裝在互為垂直的兩個(gè)平面，使連接導(dǎo)輪座或其他部件時(shí)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(jī)通過(guò)聯(lián)軸器直聯(lián)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，連接可靠，傳動(dòng)精度準(zhǔn)確。
該裝置可作為獨(dú)立的部件進(jìn)行裝配和在平臺(tái)上進(jìn)行幾何精度、運(yùn)動(dòng)精度的測(cè)試，因此，生產(chǎn)制造和精度調(diào)整極為方便。另外，整體安裝在主機(jī)的主軸頭部前方，遠(yuǎn)離放電區(qū)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(hù)性能得到改善。
3.3提高控制和修復(fù)能力
通過(guò)改進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)和軟件控制功能，對(duì)滾珠絲杠的螺距、反向間隙誤差進(jìn)行補(bǔ)償，消除了絲杠本身精度誤差和裝配過(guò)程中產(chǎn)生的人為誤差因素，提高了UV軸的定位精度和重復(fù)定位精度，在錐度加工、多次切割控制方面，數(shù)控系統(tǒng)和軟件也作了相應(yīng)的電路改進(jìn)及技術(shù)提升，從而使錐度加工精度得到穩(wěn)定提高。
通過(guò)公司全交流伺服驅(qū)動(dòng)中走絲系列產(chǎn)品十多個(gè)批次的檢測(cè)驗(yàn)證，幾何精度的U(V)軸運(yùn)動(dòng)對(duì)X(Y)軸運(yùn)動(dòng)在垂直和水平面內(nèi)的平行度允差分別低于0.015mm和0.010mm;UV軸數(shù)控精度的測(cè)量值為：:雙向定位精度≤0.015mm，單向重復(fù)定位精度≤0.008mm，反向間隙≤0.005mm(測(cè)量長(zhǎng)度≤100mm)。在加工40mm厚的40Cr時(shí)，平均切割效率為3200mm
2/h;加工直八方的精度為±0.005mm，加工正八棱臺(tái)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(dú)立懸掛滑臺(tái)式錐度裝置在我單位全交流伺服驅(qū)動(dòng)中走絲系列產(chǎn)品上得到應(yīng)用，裝配和調(diào)試易掌握，維護(hù)保養(yǎng)非常方便。通過(guò)半年來(lái)的驗(yàn)證，工人反映良好。實(shí)踐證明伺服錐度裝置傳動(dòng)定位精度高，加工穩(wěn)定可靠，錐度加和多次切割精度較步進(jìn)錐度裝置有大幅提升。
