專利名稱：高精度電火花數(shù)控快走絲線切割機(jī)床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種數(shù)控線切割機(jī)床，屬于數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前相關(guān)的產(chǎn)品有根據(jù)電火花數(shù)控線切割機(jī)床的走絲方式不同，分為數(shù)控快走絲線切割機(jī)床和數(shù)控慢走絲即低速走絲線切割機(jī)床，快走絲線切割機(jī)床是中國特色的機(jī)床，慢走絲線切割機(jī)床是外國特色的機(jī)床，慢走絲線切割機(jī)床具有動(dòng)靜態(tài)精度技術(shù)指標(biāo)高，絲杠副具有螺距補(bǔ)償和反向倍隙的補(bǔ)償，切割工件光潔度高，但是，它相對快走絲線切割機(jī)床而言的制造成本和使用成本均很高，快走絲線切割機(jī)床與慢走絲線切割機(jī)床相比，機(jī)床的動(dòng)靜態(tài)精度技術(shù)指標(biāo)就比較差，有很大的原因之一是因?yàn)榭熳呓z線切割機(jī)床的絲杠副沒有螺具補(bǔ)償和反向倍隙的補(bǔ)償，但是，快走絲線切割機(jī)床具有制造成本低和使用成本低的優(yōu)勢，在一些要求不是太高的模具加工和產(chǎn)品加工中被廣泛使用，但是，隨著國家對數(shù)控機(jī)床的大力發(fā)展，數(shù)控機(jī)床從一個(gè)進(jìn)口國家要向出口國發(fā)展，因而國家對數(shù)控機(jī)床貫徹的標(biāo)準(zhǔn)要求也越來越高，特別是我國特種加工機(jī)床協(xié)會(huì)，如電加工機(jī)床協(xié)會(huì)提出對數(shù)控快走絲線切割機(jī)床的各數(shù)控軸的精度檢測按新標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收，其中之一的定位精度、重復(fù)定位精度和反向倍隙不能用現(xiàn)在等螺距的方法來檢測，要用非等螺距的方法來檢測，如果國家正式執(zhí)行該標(biāo)準(zhǔn)，那么，我國的快走絲線切割機(jī)床將都可能判為不合格產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于針對數(shù)控快走絲線切割機(jī)床存在的不足以及結(jié)合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，提供一種使用51系列的單片機(jī)對數(shù)控快走絲線切割機(jī)床實(shí)現(xiàn)了各數(shù)控軸螺距的等螺距、非等螺距和反向倍隙補(bǔ)償?shù)母呔入娀鸹〝?shù)控快走絲線切割機(jī)床。
本實(shí)用新型的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的，它主要由主控裝置，坐標(biāo)工作臺，貯絲筒，線架，床身及機(jī)床主機(jī)，其中坐標(biāo)工作臺至少由拖板、導(dǎo)軌、絲杠及聯(lián)軸器組成，所述的絲杠通過連軸器與步進(jìn)電機(jī)直接連接，至少一單片機(jī)控制裝置單獨(dú)安裝在機(jī)床主機(jī)上并與步進(jìn)電機(jī)連接。
所述的導(dǎo)軌采用滾珠與導(dǎo)軌點(diǎn)接觸并構(gòu)成一自封式滾動(dòng)導(dǎo)軌。
所述的絲杠運(yùn)動(dòng)副采用合金工具鋼精密三角螺紋絲杠。
所述的單片機(jī)控制裝置主要由8051單片機(jī)組成，它通過光電隔離和整形電路與線切割主控裝置相連并接收三相六拍或五相十拍步進(jìn)電機(jī)環(huán)分信號，經(jīng)8051單片機(jī)內(nèi)存軟件的運(yùn)算將輸入信號轉(zhuǎn)換成方向信號和脈沖信號輸出，并通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)相接。
所述的光電隔離和整形電路至少由U8(A-F)、U9(A-F)兩反相器和U10(A-D)、U11(A-D)、U12(A-D)光隔離器組成，其輸出端接于8051單片機(jī)U1的P0口輸入端，U1的P1端輸出接至步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端。
所述的8051單片機(jī)U1的P1和P2口接有至少由串行輸入并行輸出電路U5、U6和LED1-8、DS1-3組成的顯示和鍵掃描電路。
所述的8051單片機(jī)U1上還接有至少由開關(guān)穩(wěn)壓器U13及D2、D3、L1組成的開關(guān)穩(wěn)壓電源電路。
所述的8051單片機(jī)U1的P0和P3口接有至少由串行輸入并行輸出電路U14組成的超行程開關(guān)控制電路。
本發(fā)明采用51系列的單片機(jī)單獨(dú)裝在機(jī)床主機(jī)上，與線切割機(jī)床的主控裝置分開，這樣的好處在于可以獨(dú)立于主控裝置做機(jī)床的精度補(bǔ)償和反向倍隙的補(bǔ)償，也可通用各種控制系統(tǒng)；具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠，機(jī)械傳動(dòng)的噪音小，使用方便，加工精度高等特點(diǎn)。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)用新型的坐標(biāo)工作臺結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本實(shí)用新型的控制電路原理方框圖。
圖4是本實(shí)用新型的單片機(jī)電路原理圖。
圖5是本實(shí)用新型的顯示和鍵掃描電路原理圖。
圖6是本實(shí)用新型的光電隔離和整形電路原理圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作詳細(xì)的介紹圖1所示，本實(shí)用新型主要由主控裝置，坐標(biāo)工作臺4，貯絲筒1，線架2，床身3及機(jī)床主機(jī)組成，其中坐標(biāo)工作臺4由拖板5、導(dǎo)軌6、絲杠7及聯(lián)軸器8組成，所述的絲杠7通過連軸器8與步進(jìn)電機(jī)9直接連接，見圖2所示。至少一單片機(jī)控制裝置10單獨(dú)安裝在機(jī)床主機(jī)上并與步進(jìn)電機(jī)9連接。所述的導(dǎo)軌采用滾珠11與導(dǎo)軌6點(diǎn)接觸并構(gòu)成一自封式滾動(dòng)導(dǎo)軌。所述的絲杠運(yùn)動(dòng)副采用合金工具鋼精密三角螺紋絲杠7。
圖3所示，本實(shí)用新型所述的單片機(jī)控制裝置10主要由8051單片機(jī)12組成，它通過光電隔離和整形電路13與線切割主控裝置14相連并接收三相六拍或五相十拍步進(jìn)電機(jī)環(huán)分信號，經(jīng)8051單片機(jī)12內(nèi)存軟件的運(yùn)算將輸入信號轉(zhuǎn)換成方向信號和脈沖信號輸出，并通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器15與步進(jìn)電機(jī)16相接。與上述8051單片機(jī)12還分別相連有數(shù)碼管顯示電路17，LED指示燈18，開關(guān)穩(wěn)壓電源19，鍵盤20以及超行程開關(guān)21。
圖4、圖5、圖6所示，本實(shí)用新型所述的光電隔離和整形電路13至少由U8(A-F)、U9(A-F)兩反相器和U10(A-D)、U11(A-D)、U12(A-D)光隔離器組成，其輸出端接于8051單片機(jī)U1的P0口輸入端，U1的P1端輸出接至步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器15的輸入端。所述的8051單片機(jī)U1的P1和P2口接有至少由串行輸入并行輸出電路U5、U6和LED1-8、DS1-3組成的顯示和鍵掃描電路。所述的8051單片機(jī)U1上還接有至少由開關(guān)穩(wěn)壓器U13及D2、D3、L1組成的開關(guān)穩(wěn)壓電源電路。所述的8051單片機(jī)U1的P0和P3口接有至少由串行輸入并行輸出電路U14組成的超行程開關(guān)控制電路。
本實(shí)用新型所述的高精度電火花數(shù)控快走絲線切割機(jī)床是機(jī)電一體化產(chǎn)品，它由單片機(jī)控制裝置、坐標(biāo)工作臺、儲絲筒、線架、床身和機(jī)床電器幾部分組成；其中控制裝置以51系列的單片機(jī)為核心，它主要實(shí)現(xiàn)通過軟件完成對各數(shù)控軸螺距的精度補(bǔ)償和反向倍隙的補(bǔ)償，完成對各數(shù)控軸的高低速的控制，完成各數(shù)控軸絕對坐標(biāo)和相對坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換和顯示，完成與不同控制系統(tǒng)的連接，將原來控制系統(tǒng)輸出的步進(jìn)電機(jī)環(huán)分信號轉(zhuǎn)換成方向信號和脈沖信號，完成對兩項(xiàng)混合式步進(jìn)電機(jī)交流細(xì)分的控制，采用交流伺服電機(jī)的電流控制方式，實(shí)現(xiàn)了精確的正弦波細(xì)分電流輸出，徹底解決傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)在低速運(yùn)行時(shí)共振，運(yùn)行噪音大，高速扭矩小，起動(dòng)頻率低等缺點(diǎn)，使步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的性能提高到可以和交流伺服電機(jī)系統(tǒng)媲美；坐標(biāo)工作臺主要由拖板、導(dǎo)軌、絲杠運(yùn)動(dòng)副和聯(lián)軸器四部分組成，其中，拖板由底座、中拖板和工作臺面組成，采用HT200鑄件經(jīng)二次時(shí)效處理消除內(nèi)應(yīng)力，有較高的剛度和穩(wěn)定性，導(dǎo)軌采用自封式滾動(dòng)導(dǎo)軌，滾珠與導(dǎo)軌點(diǎn)接觸，動(dòng)靜摩擦力之差很小，隨動(dòng)性極好有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度，驅(qū)動(dòng)功率大幅度下降，導(dǎo)軌采用合金工具鋼20Gr表面硬化處理，具有極高的耐磨性且心部保持良好的機(jī)械性能，絲杠運(yùn)動(dòng)副采用合金工具鋼GrWMn精密三角螺紋絲杠，除結(jié)構(gòu)簡單制造方便精度易于保證外，當(dāng)與合適的消隙拉簧相配時(shí)，能長久地實(shí)現(xiàn)無間隙運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度，聯(lián)軸器，用混合式步進(jìn)電機(jī)通過自制的可調(diào)式剛性聯(lián)軸器與絲杠直接連接，消除了齒輪傳動(dòng)的所有弊端，當(dāng)電機(jī)變換旋轉(zhuǎn)方向時(shí)，絲杠能迅速得到無空程的相應(yīng)；儲絲筒和線架完成快走絲線切割機(jī)床電極絲儲存、導(dǎo)向和運(yùn)動(dòng)；床身材料為鑄件，是坐標(biāo)工作臺、儲絲筒、線架的支承和固定基礎(chǔ)，采用箱式結(jié)構(gòu)，具有足夠的強(qiáng)度和剛度；機(jī)床電器完成對儲絲筒的正反轉(zhuǎn)的控制等。
本實(shí)用新型采用51系列的單片機(jī)單獨(dú)裝在機(jī)床主機(jī)上，與線切割機(jī)床的主控制系統(tǒng)分開，這樣的好處在可以獨(dú)立于主控制系統(tǒng)做機(jī)床的精度補(bǔ)償和反向倍隙的補(bǔ)償，也可通用各種控制系統(tǒng)；本實(shí)用新型進(jìn)行的定位精度補(bǔ)償原理是以X軸誤差為正為例，從x＝0開始，以每20mm(即x＝20000微米)為一個(gè)誤差測試點(diǎn)，將x＝0即起點(diǎn)認(rèn)為誤差也為0，設(shè)第一個(gè)測試點(diǎn)的定位精度誤差為es微米，則有(20000/es)＝(x/e)………………………………………………(1)即e*20000＝x*ex或es*x-e*20000＝0 式中，x為從0點(diǎn)開始的x軸坐標(biāo)，e為x點(diǎn)的定位誤差，單位均為微米。
顯然，當(dāng)誤差e積累到1微米時(shí)，就應(yīng)該進(jìn)行補(bǔ)償。對于正誤差，應(yīng)人為地使拖板少走一步，反之應(yīng)多走一步。為了計(jì)算方便，建立誤差判別函數(shù)FF＝es*x-e*20000令x＝0時(shí)，F(xiàn)＝0，即認(rèn)為此時(shí)誤差為0。
每當(dāng)x正向進(jìn)給一步，即x+1→x，新的F應(yīng)為F(新)＝es*(x+1)-e*20000＝es*x+es-es*20000＝F(舊)+es即x每正向走一步，應(yīng)F+es→F。
另一方面，根據(jù)(1)式，有x＝(20000/es)*e當(dāng)誤差達(dá)到或超過1時(shí)，e＞＝1，此時(shí)x＞＝20000/es其幾何意義為當(dāng)x走了20000/es步，累積誤差e將達(dá)到1微米。
因?yàn)閤＝0時(shí)，F(xiàn)＝0。x每走一步，F(xiàn)+es→F。顯然，x走了20000/es步后，F(xiàn)應(yīng)為20000/es個(gè)es相加的和，即F＝es*(20000/es)＝20000。因此當(dāng)F＞＝20000時(shí)應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償完后將F-20000→F，開始計(jì)算下一補(bǔ)償點(diǎn)。
由于在20000微米長度內(nèi)，誤差共es微米，即必須補(bǔ)償es次。當(dāng)補(bǔ)償es次后，即轉(zhuǎn)入下一補(bǔ)償段。
同理，若x反向走時(shí)，x-1→x，令F初始值為20000，新的F應(yīng)為F-es→F，當(dāng)F＜＝0時(shí)，同樣應(yīng)使拖板少走一步，F(xiàn)+20000→F，然后轉(zhuǎn)入下一補(bǔ)償點(diǎn)，直至該段內(nèi)es個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)都補(bǔ)償完，再轉(zhuǎn)入下一補(bǔ)償段。
若誤差值為負(fù)，則無論正向或反向運(yùn)動(dòng)，到達(dá)補(bǔ)償點(diǎn)時(shí)，都應(yīng)多走一步。
本實(shí)用新型采用51系列的單片實(shí)現(xiàn)對各數(shù)控軸螺距的等螺距、非等螺距和反向倍隙的精度補(bǔ)償，螺距補(bǔ)償采用每個(gè)測量段均補(bǔ)的算法，補(bǔ)償?shù)臄?shù)據(jù)保存在單片機(jī)的EEROM內(nèi)，這樣修改和保存方便，斷電保護(hù)可靠，且硬件電路簡單，經(jīng)過對一臺舊的快走絲線切割機(jī)床的測試，在沒有對其進(jìn)行精度補(bǔ)償時(shí)，測試的定位精度是X軸0.045MM左右，Y軸0.05MM左右，反向倍隙為X軸0.004MM，Y軸0.005MM，按照國家新標(biāo)準(zhǔn)測試(用進(jìn)口的雷尼紹雙頻激光測試儀測試)，在等螺距情況下，重復(fù)測試五遍的平均直為定位精度，X軸0.004MM，Y軸0.005MM，反向倍隙，X軸0.0015MM，Y軸0.0015MM，在非螺距情況下，重復(fù)測試五遍的平均直為定位精度，X軸0.007MM，Y軸0.008MM，反向倍隙，X軸0.0015MM，Y軸0.0015MM，慢走絲線切割機(jī)床的定位精度0.005MM，反向倍隙0.001MM至0.002MM。
本實(shí)用新型采用兩相混合式步進(jìn)電機(jī)通過特制的聯(lián)軸器與絲桿直連，采用交流細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，這樣有驅(qū)動(dòng)電路簡單能耗低，機(jī)械結(jié)構(gòu)也簡單和可靠，機(jī)械傳動(dòng)的噪音小。
本實(shí)用新型所述的導(dǎo)軌采用自封式滾動(dòng)導(dǎo)軌，滾珠與導(dǎo)軌點(diǎn)接觸，動(dòng)靜摩擦力之差很小，隨動(dòng)性極好有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度，驅(qū)動(dòng)功率大幅度下降，導(dǎo)軌采用合金工具鋼20Gr表面硬化處理，具有極高的耐磨性且心部保持良好的機(jī)械性能，絲杠運(yùn)動(dòng)副采用合金工具鋼GrWMn精密螺距為1毫米的三角螺紋絲杠，除結(jié)構(gòu)簡單制造方便精度易于保證外，當(dāng)與合適的消隙拉簧相配時(shí)，能長久地實(shí)現(xiàn)無間隙運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度。
權(quán)利要求1.一種高精度電火花數(shù)控快走絲線切割機(jī)床，它主要由主控裝置，坐標(biāo)工作臺，貯絲筒，線架，床身及機(jī)床主機(jī)，其中坐標(biāo)工作臺至少由拖板、導(dǎo)軌、絲杠及聯(lián)軸器組成，其特征在于所述的絲杠通過連軸器與步進(jìn)電機(jī)直接連接，至少一單片機(jī)控制裝置單獨(dú)安裝在機(jī)床主機(jī)上并與步進(jìn)電機(jī)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度電火花數(shù)控快走絲線切割機(jī)床，其特征在于所述的導(dǎo)軌采用滾珠與導(dǎo)軌點(diǎn)接觸并構(gòu)成一自封式滾動(dòng)導(dǎo)軌。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度電火花數(shù)控快走絲線切割機(jī)床，其特征在于所述的絲杠運(yùn)動(dòng)副采用合金工具鋼精密三角螺紋絲杠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度電火花數(shù)控快走絲線切割機(jī)床，其特征在于所述的單片機(jī)控制裝置主要由8051單片機(jī)組成，它通過光電隔離和整理電路與線切割主控裝置相連并接收三相六拍或五相十拍步進(jìn)電機(jī)環(huán)分信號，經(jīng)8051單片機(jī)內(nèi)存軟件的運(yùn)算將輸入信號轉(zhuǎn)換成方向信號和脈沖信號輸出，并通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)相接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高精度電火花數(shù)控快走絲線切割機(jī)床，其特征在于所述的光電隔離和整理電路至少由U8A-F、U9A-F兩反相器和U10A-D、U11A-D、U12A-D光隔離器組成，其輸出端接于8051單片機(jī)U1的P0口輸入端，U1的P1端輸出接至步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的高精度電火花數(shù)控快走絲線切割機(jī)床，其特征在于所述的8051單片機(jī)U1的P1和P2口接有至少由串行輸入并行輸出電路U5、U6和LED1-8、DS1-3組成的顯示和鍵掃描電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高精度電火花數(shù)控快走絲線切割機(jī)床，其特征在于所述的8051單片機(jī)U1上還接有至少由開關(guān)穩(wěn)壓器U13及D2、D3、L1組成的開關(guān)穩(wěn)壓電源電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高精度電火花數(shù)控快走絲線切割機(jī)床，其特征在于所述的8051單片機(jī)U1的P0和P3口接有至少由串行輸入并行輸出電路U14組成的超行程開關(guān)控制電路。
專利摘要一種高精度電火花數(shù)控快走絲線切割機(jī)床，它主要由主控裝置，坐標(biāo)工作臺，貯絲筒，線架，床身及機(jī)床主機(jī)，其中坐標(biāo)工作臺至少由拖板、導(dǎo)軌、絲杠及聯(lián)軸器組成，所述的絲杠通過連軸器與步進(jìn)電機(jī)直接連接，至少一單片機(jī)控制裝置單獨(dú)安裝在機(jī)床主機(jī)上并與步進(jìn)電機(jī)連接；所述的導(dǎo)軌采用滾珠與導(dǎo)軌點(diǎn)接觸并構(gòu)成一自封式滾動(dòng)導(dǎo)軌；所述的絲杠運(yùn)動(dòng)副采用合金工具鋼精密三角螺紋絲杠；所述的單片機(jī)控制裝置主要由8051單片機(jī)組成，它通過光電隔離和整形電路與線切割主控裝置相連并接收三相六拍或五相十拍步進(jìn)電機(jī)環(huán)分信號，經(jīng)8051單片機(jī)內(nèi)存軟件的運(yùn)算將輸入信號轉(zhuǎn)換成方向信號和脈沖信號輸出，并通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與步進(jìn)電機(jī)相接。
文檔編號B23H7/00GK2917902SQ20052011677
公開日2007年7月4日 申請日期2005年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月25日
發(fā)明者常新山, 湯競南, 徐慶炎 申請人:杭州杭機(jī)數(shù)控機(jī)床有限公司