基于时栅传感器的精密数控线切割机研发

1 引言

　　在研制开发时栅位移传感器的过程中，需要加工传感器定子线圈。它实际上是一个内齿环，对齿形无要求，但对等分性有很高的要求，设计者希望达到优于±5”的分度精度。原采用传统的线切割机慢走丝工艺，但即使在一台高精度的进口机床上依靠x-y插补逼近加工方法，最后加工出的零件分度误差也达数十角秒，且效率很低、成本很高。为此在国产普通线切割机上，加上自制的分度转台和钼丝测量系统，达到了很好实用效果。

2 高精度空心转台

　　需要加工的传感器定子线圈如图1所示，线切割机可以灵活使用，用于加工各种零件。但它走x、y直线精度虽高，圆分度却不是它的强项。

　　线切割机通常采用X、Y，逼近方法，产生的角度误差推导如下：

　　图2中的a点是理论上的定位点，用黑色实心圆点表示，r为理论点半径。△是机床的定位误差，工方向和y方向都有±△的误差，在a点四周还有8个空心的点，这些点就是由定位误差造成的。选取如图所示的b点作为分析点，由于b点产生的误差角度为Φ(因为b点产生的误差角度最大，冈此选择b点进行分析)，b点对应的半径为R。C点为辅助分析点。

　　由图中曲面可以看出随着半径的增加，产生的误差角度值在降低。同样，随着半径的减小，误差角度会变大。为了弄清楚误差角度和角度θ的关系，将图3向Y、Z平面投影，并放大局部，如图4所示。

图3误差角度和半径与角度关系

图4误差角度和角度关系

　　图中每一根曲线代表在相同半径下的误差角度曲线。此图最上面那根曲线是半径为30／n／n时对应的曲线。由此图分析可以得出：在半径相同的前提下，随着角度θ的增加，误差角度在不断变大，当θ=45°时达到最大值，然后逐渐减小。

　　经过计算，在△=3 μm时，加工半径小于350 mm(如果机床的△比较大，这个半径还要变大)时，线切割机床定位产生的角度误差将大于2.5”，随着加工半径的减小，角度误差将会变大，在加工半径为30 inIil时最大角度误差约为29”。

　　上述分析可知：线切割加工小半径工件时的分度误差相当大。

　　为了解决这个问题，专门设计增加一台高精度的圆分度转台置于机床丁作台上，机床只需走x-y直线坐标，加工完一个直齿后即退出。靠分度转台转动一个预定角度a后，再加丁第2个齿。于是内齿环工件的分度精度取决于分度转台的精度。

　　a=360°/Z(z为总的内齿数) (5)

　　但是这里有一个技术难题，如图5所示，如果采用普通的分度转台，台面是实心的，支撑工件的小立柱在转动的过程中将必然和机床的下钼丝臂发生干涉。曾采用多个小立柱支撑工件，当转动过程中快发生碰撞时，就停下来取出该立柱；当绕过下钼丝臂后义再装上。但这样做效率太低，尤其是在拆装立柱的过程中极易发生工件位移，致使工件精度丧失而报废。

图5 通实心转台工作示意

　　采用空心转台后的加工示意如图6所示，此时下钼丝臂置于整个转台之下，大立柱支撑转台但不动。钼丝自上而下穿过工件和转台中心，小立柱支撑丁件转动但整个加工过程不会发生与下钼丝臂的干涉现象。自行研发的空心转台采用了中空的轴系和自制时栅角位移传感器。其中时栅传感器精度达到±1.2”，空心转台分度精度达到±2”。

　　在图5、6中：①上钼丝臂；②下钼丝臂；③钼丝；④工件；⑤小立柱；⑥转台；⑦大立柱；⑧发生干涉的位置。

图6自制空心转台工作示意