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为台湾加油打气专栏(27)台湾的精密机械:线切割机──李家同

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为台湾加油打气专栏(27)台湾的精密机械:线切割机──李家同

发布日期:2015-09-07 00:00 来源:http://www.accutexedm.cn 点击:

为台湾加油打气专栏(27)台湾的精密机械─线切割机
李家同
  我们国家绝对要往精密工业的方向迈进,所以我在这里介绍一种机器,叫做线切割机。这个线切割机的详细机械构造我是没有办法解释的,因为我也搞不清楚。我只能设法将它重要的原理解释给大家听。
  假设我们有一块钢板,我们要在这个钢板上挖一个圆洞,不要忘记钢板是非常硬的,挖洞的目的是要有一个钢制的圆形物体,这是用来作为模具的,所以这个圆必须非常准确。怎么做呢?请看图一。


图


  我们将一根铜线穿过钢板,假设这个铜线有切割作用,我们可以将铜线移动一个圆圈,再走回原点,这样就会得到一个钢制的圆形物体。这看起来很简单,其实我是乱讲的,因为一般的铜线绝对不会有切割的作用。为什么我们的铜线会有切割的原理呢?请看图二:
图示


  我们一开始的时候是在钢板上打了一个小洞,必须注意这是一个非常小的洞,然后将铜线穿过这个洞的中央,可是不碰到这个钢板。因为铜线有切割的作用,所以铜线附近的钢板有一部分会脱落下去。如果我们按照预定的轨迹移动铜线,在钢板上就形成了一个沟,沟的内部有一个圆,铜线走一圈回到原点,这个小圆就会掉下去,这就是我们所要的元件。
  我们要知道,如果以肉眼来看,铜线和钢板是接触的,其实不然。图三是假设我们从侧面去看,可以看出钢板被我们先用一种方法穿了一个小洞,铜线非常准确地穿过这个洞的中央,铜线和钢板是绝对不接触的。铜线与钢板的距离是30~50μm,所谓一个μm是一百万分之一公尺,这当然是非常小的距离。
图示

  为什么铜线会切割呢?乃是利用火花放电的原理。打雷时的闪电就是火花放电,我们如果在铜线上通一个很大的电流,这个电流必须是短时间的,铜线和钢板之间就会产生一种所谓的火花放电。这种火花放电会引起高热,使得金属的表面受到一些切割的力量,有一些金属的表面就会脱离金属而掉了下来。如果我们将铜线按照既定的轨迹移动,就可以产生我们所要的圆。当然我们不一定要一个圆,也可以是一个方形或者更加复杂的形状。
  我们的电流有多大呢?电流是相当大的,是五百安培。可是这个电流的时间当然是相当短的,短是0.1μsecond,长是1μsecond。每次通电以后还要有一段休养生息的时间,因为铜线吃不消一直通电的,所以这个做法是通一段时间的大电流,然后休息一段时间。我们在一秒钟内要做十万次如此的通电又休息的动作。通电又休息就表示一定有一个开关在不停地又开又关,但是这个开关的动作是要非常迅速而准确的,一秒钟内我们要开关十万次,必须注意通电和不通电的时间又是不一样的。这个开关是我们国人自己设计制造的。
  如何能够使铜线移动呢?这当然是我常常讲的控制器。线切割机也是一种工具机,当然这是非常特殊的工具机,因为它没有用到刀具。任何工具机都有一个控制器,这个线切割机的控制器又很不容易做,因为要使这个铜线移动,上端要有人推它,下端也要有人推它,而且两者的推力和方向要完全相同,否则这个铜线就会斜掉了。这种线切割机也被称为五轴工具机,为什么是五轴,以后再讲吧。大家要知道五轴工具机是比较昂贵的。
  也许有人会问,金属被切割的小片掉到哪里去了?我们的机器其实是浸在水里的,所以金属的碎屑就到了水里。
  现在要讲的是这个机器实在是不容易的,假设做得不够精确,我们的铜线走了一圈没有准确地回到原点,一切都白费了。假设电流通过的时间太短也不行,太长也不行,所以我们其实要设计得非常好,才能够使得铜线有切割的作用。还有一点,铜线的上下端移动都要控制得完全一样,这也不容易。我在此再说一次,这些控制系统都是自己设计、自己制造的。

  这个控制器的作用犹如我们开汽车,我们开车可以转弯,假设我们要左转,可是左转以后马上要右转,这是不容易的事,即使在那些乱七八糟的电影上也很少看到这种特技表演。要使一个机械左转以后在短时间内右转也是不容易的事,如果我们向外国买一个控制器,这样的切割是做不到的,可是现在我们的控制器是我们自己设计的,而且我们对于我们的机械也非常有经验,所以我们可以利用自己的经验来修改控制器的软体,这种两次急速转弯的切割也就可以完成了。
  马总统常常说,我们要有自己的面团,也就是说我们要有自己的关键性技术。要完成一个精密的机械,很多关键性的技术都必须掌握住,关键性的零组件也要能自己订做。我们应该感觉到我们国家是在进步。
  后,大家也许会问,这样一部工具机要多久才能设计出来?答案是相当久的,据我所知,很多在这些设备上工作的工程师都有二十年的经验,他们没有见异思迁,一直在设法使自己的机器越来越精确,我们应该以他们为荣。

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