[发明专利]非贯穿式弯曲线切割加工装置和方法

说明书

本发明针对现有线切割加工以直线的形式进行贯穿式切割、无法实现诸如“U”字形等半封闭结构的切割加工问题，提出一种非贯穿式弯曲线切割加工的解决方案。涉及的装置包括机床主轴、运动控制系统、电源及放电检测系统、工作液循环供给系统、第一导杆、第二导杆以及导杆间距调节机构等。本发明所述的装置和方法可将工件毛坯材料以块状、非贯穿地、整体式切割移除，特别适用于极端制造背景下，大型构件以及难加工材料在粗加工阶段的高效、低成本的材料去除。

技术领域

本发明涉及一种非贯穿式弯曲线切割加工装置和方法，属于材料加工技术领域。

背景技术

线切割加工是基于放电等离子体瞬间气化蚀除工件材料而实现的高效切割技术。自上世纪60年代发展到现阶段，线切割加工技术无论是在切割效率、切割表面质量，还是在切割装备和切割控制理论上都取得了长足的进步。现有线切割加工技术的主要特征是切割丝在上、下导轮之间以直线的形式进行切割运动，如，切割丝平行于Z轴进行常规的切割加工，或者切割丝与Z轴呈小角度并结合U/V轴的进给实现上下异型面的切割加工等，所能实现的均为上下贯穿式切割加工。

在极端制造背景下，工业领域应用到越来越多的大型化结构件，这些结构件体积大、待去除的材料体积比例高，并且其毛坯往往由高温合金、钛合金、金属基复合材料等难加工材料制成。在粗加工阶段，这类结构件一般首先采用刀具切削方式将绝大部分毛坯材料去除，为后续半精加工或精加工提供准备。由于刀具切削的原理是通过刀具和工件之间的相对运动将工件材料以连续的切屑形式剥离工件，因而大型构件及难切削材料在大余量切削要求下，采用刀具切削的加工方式往往效率低，刀具损耗严重，加工成本高昂，加工耗时长，部分大型结构件加工耗时甚至可达数月。

充分考虑到线切割加工技术的优异切割性能和大型化结构件的大余量材料去除需求，如果能在结构件的粗加工阶段引入线切割加工，尽可能地将所需去除的工件毛坯材料以块状、非贯穿式的整体切割移除（单次移除后形成类似“U”字形的半封闭特征），将极大地提高加工效率，降低加工成本。然而，现有线切割加工的直线式切割方式受结构所限，所有厚度方向的材料均受切，因此往往仅适用于毛坯件下料以及开放平面或上下贯穿结构的切割加工。目前为止，尚无法用现有线切割加工技术实现诸如“U”字形的型腔等半封闭结构的切割加工。

本发明针对现有线切割加工无法技术实现诸如“U”字形的型腔等半封闭结构的切割加工问题，提出一种非贯穿式弯曲线切割加工的解决方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可以实现诸如“U”字形等半封闭型腔结构的切割加工的非贯穿式弯曲线切割加工装置。本发明还提供一种非贯穿式弯曲线切割加工方法，该法特别适用于极端制造背景下，大型构件以及难加工材料在粗加工阶段的高效、低成本的材料移除。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：非贯穿式弯曲线切割加工装置，包括与运动控制系统通讯连接的机床主轴，所述机床主轴与导杆间距调节机构相连，第一导杆和第二导杆分别安装于所述导杆间距调节机构的左端和右端，所述第一导杆的上端和下端分别安装有第一导轮和第三导轮，所述第二导杆的上端和下端分别安装有第二导轮和第四导轮，切割丝依次绕过所述第一导轮、第三导轮、第四导轮和第二导轮形成弯曲的半封闭结构，张力传感器检测所述切割丝的张力值并通过放丝机构控制所述切割丝的收放速度，切割加工过程中工作液循环供给系统提供工作液并将工作液输运至所述第三导轮和第四导轮之间的放电切割区域，工件以及所述切割丝分别与电源及放电检测系统的正、负极相连，所述电源及放电检测系统与运动控制系统之间实时通讯连接。

所述切割丝可将所述工件上的材料从XY平面或与XY平面呈小于90°的方向上切割。

所述第一导杆和第二导杆的长度可根据切割要求分别作调整；当所述第一导杆和第二导杆长度相同时，切割丝在XY平面上切割；当所述第一导杆和第二导杆长度不同时，切割丝在与XY平面呈小于90°的方向上切割。