上等兵
- 注册时间
- 2008-9-20
- 金币
- 96 个
- 威望
- 0 个
- 荣誉
- 0 个
尚未签到
|
裂缝天线的线切割加工方法
NEWS.C-CNC.COM 2007-1-11 来源: 阅读:304次
??摘 要:介绍用电火花数控线切割机床来加工裂缝天线的方法,包括机床的改装、波导管的装夹、导轮补偿、ISO代码编程等。
关键词:电火花数控线切割机;波导管;导轮补偿;ISO代码
1引言
船用导航雷达上用的裂缝天线,是在标准波导管的侧面,按一定的要求开许多方向不一的裂缝(槽),用来发射和接收电磁波,裂缝天线外形见图1。
裂缝天线原先是外协用数控铣床加工的,成本高,加工变形较大,成品率低,随着本公司船用导航雷达销量的逐年增加、天线品种的增多,该加工方法已不能满足公司发展的需要,考虑到本公司生产电火花数控线切割机床,而且线切割加工基本没有切削力,因此采用线切割机床来加工。?
2线切割加工的可行性分析
裂缝天线上的裂缝主要参数有:缝深Hn,缝宽Wn,缝倾斜角θn(最大角度为25°),缝间距Tn,割缝表面粗糙度Ra要求不大于2.5μm。在长方体上割直缝是很容易实现的,如果把原来垂直的钼丝倾斜一个角度,就能割出斜缝,所以问题的关键是怎样用程序来控制钼丝的倾斜角度。
钼丝的倾斜角度是通过锥度头来调整上下导轮之间的偏距形成的,为方便控制,同时考虑到裂缝天线的倾斜角较大,采用上、下悬臂都加锥度头,根据加工的实际情况,只要控制上、下锥度头的U轴向就行了。根据这个思路改装了一台裂缝波导专用大角度锥度机床,原X-Y轴保持不变,另将上、下锥度头都用同路U轴信号控制,仅将下悬臂上锥度头的U信号反接,当程序驱动U信号步进时,上、下悬臂将以相反方向同时步进,从而达到了上、下导轮等速平移、方向相反的目的。因此理论上来说,只要保证了工件高度方向上中心与上、下导轮的中心一致,就保证了程序中工件在X方向走的缝间距与天线的实际缝间距一致(暂不考虑补偿),并且调整到某一角度时U轴走的距离是单个锥度头时的二分之一,节省了时间(见图2)。?
由于待割裂缝天线长度为550mm,因此选择DK7732(X方向行程大于320mm)机床、在允许换位装夹一次的情况下行程已够。
其次,设计切割夹具,夹具固定在机床台板上,用来装夹待割波导管(见图3),波导管由側面及端面定位,用紧固螺钉通过垫板压紧波导管,并保证波导管能移动一次(靠夹具定位),移动前、后两次切割应能保证切割完波导管全长。调整上导轮(悬臂)高度,保证裂缝波导管高度中心在上、下导轮的中心,为线切割加工作好准备。?
3切割编程
由于此类机床的独特性,带来了加工指令编制的问题。考虑到线切割通用的3B代码在锥度方面的局限性,最终决定使用在数控机床中应用极为广泛的ISO代码,而目前较流行的、编控一体的YH绘图式线切割自动编程系统可使用ISO代码及3B代码。设计思路如下:
首先,完成该算法的前提条件是:工件必须放置在上下导轮之间且中间的位置。工作原理便是先将钼丝倾斜至欲加工的缝的角度,再空走到缝的割入位置,(见图4),割入工件,走出一个凹槽,最后割出并走向下一条缝。?
由于裂缝天线种类较多,同一种天线的缝相当多,而且每条缝的间距,缝宽,缝深,倾角都不尽相同,计算量相当大,手工计算是很不经济的,考虑到目前的线切割自动编程系统都不适用于此类特殊机床,因此决定自行设计一套专用于此类裂缝天线的、根据其参数自行产生ISO加工代码的线切割自动编程软件。图5是系统流程框图。?
本系统按照处理层次可分为三个模块(见图6),最底层为文件处理模块,用以处理底层的文件输入输出工作;中间层为中间数据计算层,用以计算出各缝的理论值;最顶层为补偿计算层,用以计算钼丝补偿、导轮补偿,并结合理论值产生最终数据,以供给文件处理层产生最终的ISO代码。现简述一下中间数据计算层的工作原理:?
首先为了条理清晰,可以将每条缝视为一个图块,每块独立分析,力求做到块与块之间的联系越小越好,这样一方面可以为下一步操作提供方便,又可以最大限度地避免累积误差。
每一图块封装了6段指令, 从切割的截面看(见图7)可以看到有a、b、c、d四段,从图中可以看到,a是一段空走,它起点为上一图段的结束位置,终点即为本缝的割入位置;b段有一部份在工件外作为割入的引长距离,另一部分在工件内的即是缝深;c段即为缝宽;d段是b段的逆过程,割出工件准备进行下一图段的处理。
另外,在钼丝割入工件前必须有个角度,因此在a段与b段之间还须插入一条锥度指令,控制U轴走u距离,见图4(a)。
u=tan(θn)×(0.5h)
设θn为当前缝与90°铅垂线之间的夹角,h为上、下导轮中心高度。
为了保证图块的独立性,在d段完成后应当在U轴再走一段-u,让锥度回到零位,避免下个图块受到影响。至此一图段结束。
当所有图段完成后,理论数据均已产生,但这些数据与实际加工数据还有一段距离。钼丝直径,导轮半径都对加工数据有较大的影响,因此必须对这些方面另行补偿。
已经有较多文献详细论述过钼丝补偿问题,在此就讨论一下导轮补偿问题:
首先说明一下导轮半径误差形成的起因,理论计算都是认为钼丝与导轮切点是不变的。然而事实上,这只适用于无锥度功能的普通线切割机床。因为一旦有了张角,钼丝与导轮的切点将随着角度的变大产生位移。通过对图4(a)与图4(b)的比较,可直观地看出这种情况。而图8则放大了这一现象,从图中可以看出L1为理论计算的钼丝与导轮切线,L2为实际切线,由于切点位置的下移,带来了一段误差γ。因此加工时,X向会比理论值超前γ距离,当缝与铅垂线夹角较小时,此误差极小,但角度越大,误差也随之越大,象裂缝波导此类加工精度要求较高且角度变化较大的工件则必须进行专门补偿计算,计算公式如下:
设β为当前缝与90°铅垂线之间的夹角,α=90°-β,R为导轮半径。
将补偿量加入中间数据计算过程中产生的图块数据中后,所有的加工数据计算部分便已完备。
实际操作中,只要按一定格式编制一个ASCⅡ文件,内容为上下导轮中心距、导轮直径、钼丝直径以及裂缝波导参数缝深、缝宽、缝斜角、缝间距,然后用本系统对该文件进行编译、处理,最终产生所需ISO代码。?
4注意事项
为保证加工出的裂缝天线达到设计要求,线切割加工时还需注意以下事项:
(1)第一次切割钼丝必须校垂直。
(2)为保证裂缝的精度及表面粗糙度要求,对波导管这样的薄壁、窄缝工件的加工,必须保证电极丝导向机构良好,钼丝要适当张紧。因为从大角度切割到小角度直至直缝切割,钼丝从斜边变为直角边,钼丝可能会变松,从而钼丝振幅变大,并且在加工过程中受放电压力的作用而弯曲变形,结果钼丝切割轨迹落后并偏离工件轮廓,严重时钼丝运转时容易跳出导轮槽。
(3)进给跟踪必须稳定,且要严格控制短路,工作液浓度要大些,喷流方向要包住上下钼丝进口,流量适中。
(4)因表面粗糙度要求较高,所以应选用分组波脉冲电源,电参数宜采用小的峰值电流和小的脉宽,根据经验脉冲宽度可选<10μs,脉冲幅值60V,功率管3个,加工电流0.8A,切割速度约每分钟15~20平方毫米。
(5)根据实际情况,还可以对加工数据再作进一步的优化处理。比如:实际加工中发现,工件相邻裂缝角度方向相反,加工时大部分时间花费在调整切割角度上(通过锥度头调整导轮)。为了进一步提高加工效率,可以考虑通过改变切割路径的方法来调整。对工件实行二次切割,一次先割完所有的正向缝,再次割完其余逆向缝。实践证明此方案效率提升了近50%左右。
5切割程序
G92 X0 Y0 (以相对坐标方式设定加工坐标起点)
G27 (设定XY/UV平面联动方式)
G01 X5160 Y0 (钼丝移到第一个直缝起割处)
G01 X0 Y-5300 (割入到缝深要求)
G01 X1820 Y0 (割到缝宽要求)
G01 X0 Y5300 (割离工件)
G01 X0 Y0U14922V0 (调整钼丝倾角)
G01 X10574 Y0 (移到第二个斜缝起割处)
G01 X0 Y-5440 (割入到缝深要求)
G01 X1815 Y0 (割到缝宽要求)
G01 X0 Y5440 (割离工件)
G01 X0 Y0U-14922V0 (钼丝回到垂直位置)
G01 X209 Y0 (补偿)
G01 X0 Y0U-11718V0 (调整钼丝倾角)
G01 X20265 Y0 (移到第三个斜缝起割处)
G01 X0 Y-5530 (割入到缝深要求)
(重复第一缝步骤,略)
M00 (程序停止)
M02 (程序结束)
6结束语
采用以上方法,已成功切割出多种裂缝天线,经测试完全达到图纸要求,在导航雷达整机使用中,天线性能良好,一致性较好。目前,该加工方法正为公司广泛使用。 |
|