線切割電極絲垂直度校正裝置的設計*

袁根華

(廣州工程技術職業學院 機電工程系，廣東 廣州 510075)

0 引 言

特種電加工線切割依靠電極絲與工件間脈沖電能擊穿絕緣介質放電來加工金屬[1-2]。從工件的加工形狀來看特別適合于加工直紋的各種曲面，如圓柱及各種棱形柱體的垂直直紋面，圓錐及各種棱形錐與上下異形的傾斜直紋曲面[3]。不論加工何種曲面，電極絲在加工前必須調整其與工作臺平面(或者工件與工作臺接觸的平面及與此面平行的其它面)的垂直關系，以保證加工出的直紋曲面與工作臺面之間的準確的角度位置關系，確保加工質量[4-5]。

1 電極絲垂直度對加工質量的影響

快走絲線切割工作電極是一段在上下導輪間與工件相接觸的上下快速循環運動的直線電極，它依靠電極與工件接觸放電腐蝕金屬而加工形成直紋曲面的某一條素線，隨著數控程序控制工件相對電極在XY平面一系列的連續運動，工件上一系列連續素線就加工形成了空間直紋曲面。圖1是加工柱形曲面的示意圖，此時下導輪受機床結構固定的影響而在加工過程中始終位置不動，上導輪也保持加工前的電級調整好垂直度后的位置不變，上、下導輪間的直線電極始終要求與工作臺平面或者工件上下平面相垂直，這樣才能確保加工出來的柱形面的所有素線均與工件上下平面是垂直關系，否則加工質量就有問題。而圖2是加工錐形曲面示意圖，此時下導輪依然是受機床結構固定的影響而在加工過程中始終位置不動，但是上導輪則在數控程序的控制下進行與XY平面運動實行聯動的UV軸的運動，從而確保工件在XY平面圖形上的任意一點，上導輪在UV軸上的運動準確地傾斜出與該點相適應的角度，以便腐蝕加工形成該點圖形的Z軸上的一條素線，在錐形件與上下異形件的加工中其原理相同；為確保準確的傾斜角度，除了上導輪在UV軸的運動與XY平面上的運動實行數控聯動外，在加工開始前電極也必須調整好與工作臺平面的垂直度，否則電極起始時的傾斜角度將會疊加在四軸聯動形成的傾斜角度中，嚴重影響加工質量。

2 電極絲圓形校正儀的垂直度火花校正方法

從上面的分析中可以看出，線切割加工任意直紋曲面都必須在加工前校正垂直度，這樣才能保證加工的工件在Z軸方向的素線角度，快走絲線切割垂直度的校正方法大約有三種：上導輪標尺顯示的目測調整法，電極與檢測工具放電的火花檢測法與導電接觸顯示燈(表)的專用儀器檢測法。校正的精度等級以目測法最低，火花法與導電專用儀法檢測精度均較高。在實際加工檢測中，火花放電檢測法最常使用。

圖3是火花放電檢測圓形校正儀放置在導軌上進行X向垂直度檢測的示意圖，當帶電電極與導軌上的圓形校正儀的一條素線(經常以X向象限點素線為理想素線)接觸時會產生火花，當調整上導輪的UV軸使得圓形電極上下圓柱體的素線均有火花產生且火花均勻時，視為X向的垂直度滿足要求。

圖3 圓形垂直度校正儀校正X向垂直度軸測示意圖 圖4 圓形垂直度火花校正儀校正Y向垂直度軸測示意圖

校正Y向的垂直度必須要將圓形校正儀放置在X向的墊板上或者機床Y向運動極限位置的導軌墊鐵上面，也可以將二根導軌靠近以便圓形校正儀的底面同時放置在二導軌面上，放置在慰安墊鐵上需要手動搖動距離較長，二導軌移動靠近也不方便，因而大多選擇專用墊板的方式，圖4是圓形校正儀放置在X向墊板上進行火花校正Y軸垂直度的示意圖。

以上二種分別放置在不同位置校正電極的X、Y向的垂直度，使得校正時存在二次放置時的平面定位誤差，從而影響校正精度。為此特意設計了圖5的輔助校正定位裝置，該裝置的平面1與單根導軌的上表面平面定位接觸，平面2與導軌內側表面定位接觸，并依靠該裝置上表面鑲嵌入的均勻分布的二塊圓形磁鐵吸牢在導軌上，平面3與圓形校正儀的下表面平面定位接觸，平面4與平面5則限定圓形校正儀的XY向象限點素線位置，平面5采用單獨的零件螺釘固定，有利于平面4和平面3的一次性磨削成型保證二者之間的垂直度，提高校正儀的校正精度。

圖5 火花垂直度校正輔助裝置示意圖

圖6是圓形校正儀定位放置在校正輔助裝置上，而輔助校正裝置又定位吸牢夾緊在機床其中的一根導軌上的示意圖，可以一次放置就能校正X與Y向二個方向垂直度，減少了二次放置定位校正裝置的定位誤差，同時因為放置次數減少，電極手搖動的距離行程減少，使得校正電極的時間減少，從而提高了工作的效率。

圖6 圓形校正儀放置在輔助校正裝置上校正電極垂直度的示意圖

3 電極絲方形與多棱形校正儀的垂直度火花校正法的優缺點

圖7是圓形校正儀與方形校正儀在假設X向存在垂直度誤差時校正Y向的垂直度的比較示意圖，此時左邊的圓形校正儀在電極絲逐漸靠近時，假定電極絲與圓形校正儀的下邊圓柱體首先在Y向象限點上的素線上有一個點接觸先產生火花，當調整上導輪的UV軸以使得電極絲與圓形校正儀的上邊圓柱體接觸產生火花時，可以發現電極絲此時接觸點并非上圓柱體的Y向象限點上素線上的點，因而X向的垂直度誤差必定使得Y向的垂直度校正產生誤差。右邊的方形校正儀時，依然假設電極絲在X向有垂直度誤差，但是由于方形校正儀的上下均為平面，當電極絲假定依然先在下方形柱體的平面上接觸到而產生火花，后調整上導輪的UV軸以使得方形校正儀的上半部分也產生火花，這時電極絲接觸到的是上下平面，形成的是并不是點接觸而是線接觸，產生的是電極絲一條線上均勻的火花，此時Y軸的垂直度已經校正到位，因此X向垂直度的誤差不會影響到Y向垂直度的校正精度。

圖7 圓形與方形校正儀校正垂直度的比較示意圖

但是，圓形校正儀校正時，可以任意放置在導軌上或者墊鐵上，圓柱體上的每條素線都是可成為XY向象限點上的素線，而方形校正儀放置在導軌上或者墊鐵上為了準確校正，則必須要用百分表(千分表)找正其平面以使得方形校正儀的平面與XY方向形成垂直或者平行關系，此外，圓形校正儀的使用壽命要長于方形校正儀。

經過上面的分析，設計方形校正儀有利于克服XY軸彼此間誤差的互相影響，但是找正方形校正儀側表面與XY軸的平行垂直關系不易，如果與校正輔助裝置合并同時使用時，可以免除百分表(千分表)找正其平面與XY向的垂直平行關系，提高了效率。

圖8是方形校正儀放置在輔助校正裝置上進行校正的示意圖。

圖8 方形校正儀放置在輔助校正裝置上校正電極垂直度的示意圖

使用輔助校正裝置的校正儀除了圓形，方形，還適應創新設計出的8邊棱形，12邊棱形等4的倍數邊的多棱形，棱形邊數越多，加工制造成本高，但使用壽命更長。

4 結 語

電火花線切割加工各種曲面零件都必須在加工前校正電極絲與工作臺XY平面的垂直度，目前使用最廣泛的方法是利用圓形火花校正儀進行校正，通過分析發現圓形火花校正儀校正電極絲垂直度時存在二次定位誤差，以及XY向垂直度誤差會相互影響另一方向的校正誤差，為此，首先設計了校正輔助裝置來克服圓形校正儀二次放置所產生的定位誤差影響，其次設計了方形與4的倍數的多邊棱形火花校正儀克服圓形校正儀XY向垂直度誤差相互影響的問題。方形與4的倍數的多邊棱形火花校正儀與圓形火花校正儀比較，前者可以避免因為一個方向的垂直度誤差而影響到另一方向的垂直度校正誤差，提高了垂直度的校正精度，從而提高了加工曲面的質量。使用校正輔助裝置，減少了二次定位形成的定位誤差影響，不管是對于圓形電極與方形(4的倍數的多邊棱形)電極均提高了電極絲垂直度的校正精度，同時也減少了校正的時間，提高了垂直度校正的效率。