電火花加工的產(chǎn)生和加工原理畢業(yè)論文.doc

湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)第1頁目錄1緒論.11.1電火花加工的產(chǎn)生和加工原理.11.1.1電火花加工的來源.11.1.2電火花加工的物理本質(zhì)和工作原理.11.2電火花加工的現(xiàn)狀及發(fā)展.41.2.1電火花線切割加工的現(xiàn)狀.41.2.2電火花線切割機的發(fā)展策略.51.2.3設(shè)計過程.62工作臺設(shè)計方案及其分析.72.1數(shù)控電火花線切割機床的機構(gòu)組成及其作用.72.2坐標(biāo)工作臺的組成.82.3主要參數(shù).92.4方案確定.92.4.1床身結(jié)構(gòu).92.4.2X-Y工作臺.92.5坐標(biāo)工作臺的的傳動精度對工藝指標(biāo)的影響.113結(jié)構(gòu)設(shè)計.123.1工作臺外形尺寸及重量計算.123.2滾珠絲杠副的設(shè)計計算.133.3導(dǎo)軌的確定.153.4步進電機的選用.173.5軸承的設(shè)計計算.183.6X向齒輪副的選用.193.7Y向齒輪副的選用.25湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)第2頁結(jié)論.30致謝.31參考文獻.32第一章.緒論1.1電火花加工的產(chǎn)生和加工原理電火花加工是一種新的加工技術(shù)，自五十年代以來，我國開始研究和試用。經(jīng)過不斷發(fā)展，已得到日益廣泛的應(yīng)用，成為加工各種模具和零件的有效方法。1.1.1電火花加工的產(chǎn)生電火花加工是利用兩極見脈沖放電時產(chǎn)生的電腐蝕現(xiàn)象，對材料進行加工的方法。早在十九世紀(jì)，人們就發(fā)現(xiàn)了電器開光的觸點開閉時，以為放電，使接觸部位燒蝕，造成接觸面的損壞。這種放電引起的電極燒蝕現(xiàn)象叫做電腐蝕。起初，電腐蝕被認為是有害的，為減少和避免這種有害的電腐蝕，人們一直在研究電副食產(chǎn)生的原因和防止的辦法。當(dāng)人們掌握了它的規(guī)律之后，便創(chuàng)造條件，轉(zhuǎn)害為益，把電腐蝕用于生產(chǎn)中。研究結(jié)果表明，當(dāng)兩極產(chǎn)生放電的過程中，放電通道瞬時產(chǎn)生大量的熱，足以使電極材料表面局部熔化或汽化，并在一定條件下，熔化或汽化的部分能拋離電極表面，形成放電腐蝕的坑穴。二十世紀(jì)四十年代初，人們進一步認識到，在液體介質(zhì)中進行重復(fù)性脈沖放電時，能夠?qū)?dǎo)電材料進行尺寸加工，因此，創(chuàng)立了“電火花加工法”。電火花加工是與機械加工性質(zhì)完全不同的一種新工藝、新技術(shù)。機械加工是通過機床部件的相對運動，用比工件材料硬的刀具去切除工件上多余的部分，來得到成品零件的。但隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，具有高熔點、高硬度、高強度、高脆性、高粘性、高韌性、高純度等性能的新材料不斷出現(xiàn)，具有各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)與特殊工藝要求的工件越來越多，仍然采用機械加工法，有時是難于加工或無法加工的。因此，人們除了進一步發(fā)展和完善機械加工法之外，還努力尋求新的加工法。電火花加工法能夠適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要，并在應(yīng)用中顯出很多優(yōu)異性能，因此得到了迅速發(fā)展和日益廣泛的應(yīng)用。1.1.2.電火花加工的物理本質(zhì)和工作原理電火花線切割加工是基于在液體介質(zhì)中小間隙脈沖放電時材料的電腐蝕的切割加工，它是相當(dāng)復(fù)雜的瞬變的微觀物理過程，大致可分為介質(zhì)擊穿和通道形湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)第3頁成，能量轉(zhuǎn)換和傳遞，電蝕產(chǎn)物的拋出和消電離四個階段。脈沖放電的原始階段是電極間介質(zhì)的擊穿，介質(zhì)擊穿過程非常迅速，一般為0.1-Ills。介質(zhì)一旦被擊穿，便形成放電通道，間隙電流迅速上升，電流密度可高達101_108A/cm2。介質(zhì)擊穿后，脈沖電源通過放電通道瞬時釋放能量，把電能轉(zhuǎn)換為熱能、動能、磁能、光能、聲能及電磁波輻射能等。其中大部分轉(zhuǎn)化為熱能，使兩極放電點局部熔化和氣化，并且使通道中的介質(zhì)氣化和熱分解。還有一些熱量在傳遞、輻射過程中消耗掉。一次脈沖放電產(chǎn)生一個放電痕，在高速走絲電火花線切割加工中，因電極絲相對工件快速運動，使放電通道也相應(yīng)移動，所以單個脈沖的放電痕呈卵圓形。材料的拋出可以呈液相、氣相、固相。材料的拋出是熱爆炸力、電動力、流體動力等綜合作用的結(jié)果。一次脈沖放電后，還應(yīng)有一段間隔時間，使間隙介質(zhì)消電離，即通道中帶電粒子復(fù)合為中性粒子，恢復(fù)液體介質(zhì)的絕緣強度，以待下次脈沖擊穿放電。電火花線切割加工又叫線電極電火花加工(WEDM)，它是一種用線狀電極作工具的電火花加工。其特點是電極絲做單向低速(對于WEDM-LS)或往復(fù)高速(對于WEDM-HS)走絲運動，工件相對電極做X.Y向的任意軌跡運動。后者可以用靠模、光電、特別是數(shù)字來控制。如果電極絲再作某些輔助運動，還可以切割帶斜度的復(fù)雜工件。實現(xiàn)電火花加工條件：11.工具電極和工件電極之間必須維持合理的距離在該距離范圍內(nèi)，既可以滿足脈沖電壓不斷擊穿介質(zhì)，產(chǎn)生火花放電，又可以適應(yīng)在火花通道熄滅后介質(zhì)消電離以及排出蝕除產(chǎn)物的要求。若兩電極距離過大，則脈沖電壓不能擊穿介質(zhì)、不能產(chǎn)生火花放電，若兩電極短路，則在兩電極間沒有脈沖能量消耗，也不可能實現(xiàn)電腐蝕加工。2.兩電極之間必須充入介質(zhì)在進行材料電火花尺寸加工時，兩極間為液體介質(zhì)(專用工作液或工業(yè)煤油)；在進行材料電火花表面強化時，兩極間為氣體介質(zhì)。3.輸送到兩電極間的脈沖能量密度應(yīng)足夠大在火花通道形成后，脈沖電壓變化不大，因此，通道的電流密度可以表征通道的能量密度。能量密度足夠大，才可以使被加工材料局部熔化或氣化，從而在被加工材料表面形成一個腐蝕痕(凹坑)，實現(xiàn)電火花加工。因而，通道一般必須有105-106A1em電流密度。放電通道必須具有足夠大的峰值電流，通道才可以在脈沖期間得到維持。一般情況下，維持通道的峰值電流不小于2A.4.放電必須是短時間的脈沖放電脈沖。放電持續(xù)時間一般為10-1-10-3s。由于放電時湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)第4頁間短，使放電時產(chǎn)生的熱能來不及在被加工材料內(nèi)部擴散，從而把能量作用局限在很小范圍內(nèi)，保持火花放電的冷極特性。5.脈沖放電需重復(fù)多次進行，并且多次脈沖放電在時間上和空間上是分散的這里包含兩個方面的意義:其一時間上相鄰的兩個脈沖不在同一點上形成通道；其二，若在一定時間范圍內(nèi)脈沖放電集中發(fā)生在某一區(qū)域，則在另一段時間內(nèi)，脈沖放電應(yīng)轉(zhuǎn)移到另一區(qū)域。只有如此，才能避免積碳現(xiàn)象，進而避免發(fā)生電弧和局部燒傷。6.脈沖放電后的電蝕產(chǎn)物能及時排放至放電間隙之外，使重復(fù)性放電順利進行在電火花加工的生產(chǎn)實際中，上述過程通過兩個途徑完成。一方面，火花放電以及電腐蝕過程本身具備將蝕除產(chǎn)物排離的固有特性；蝕除物以外的其余放電產(chǎn)物如介質(zhì)的氣化物)亦可以促進上述過程；另一方面，還必須利用一些人為的輔助工藝措施，例如工作液的循環(huán)過濾，加工中采用的沖、抽油措施等等。圖1.1中脈沖電源的正極接工件，負極接電極絲。電極絲以一定的速度往復(fù)運動。在電極絲和工件間注入具有一定量的液體介質(zhì)，使電極絲和工件之間發(fā)生脈沖放電，再加上有效地控制電極絲和工件在水平面內(nèi)的相對運動軌跡和速度，當(dāng)兩極達到一定距離時，極間的液體介質(zhì)被擊穿，