特種加工教案

特種加工 教案 Non Traditional Machining s Lesson plan 安徽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程系 主講 汪涌 特種加工 Non Traditional Machining Non Conventional Machining 特種加工涉及的面很寬 從授課課時和實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā) 主要從六個專題來講授 和學(xué)習(xí) 分別是 1 特種加工概論 2 電火花加工 3 電化學(xué)加工 4 高能束流加工 5 超聲加工 6 快速成形技術(shù) 生產(chǎn)和科技水平發(fā)展到現(xiàn)在的水平 對于難加工的材料 難加工的復(fù)雜形狀該怎么辦呢 第一章第一章 特種加工概論特種加工概論 第一節(jié) 特種加工的產(chǎn)生與發(fā)展 第二次世界大戰(zhàn)后 特別是進(jìn)入 20 世紀(jì) 50 年代以來 隨著生產(chǎn)發(fā)展和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的需 要 很多工業(yè)部門 尤其是國防工業(yè)部門 要求尖端科學(xué)技術(shù)產(chǎn)品向高精度 高速度 高 溫 高壓 大功率 小型化等方向發(fā)展 它們所使用的材料愈來愈難加工 零件形狀愈來 愈復(fù)雜 表面精度 粗糙度和某些特殊要求也愈來愈高 對機(jī)械制造部門提出了下列新的 要求 1 解決各種難切削材料的加工問題 如 硬質(zhì)合金 鈦合金 耐熱鋼 不銹鋼 淬火鋼等各種高硬度 高強(qiáng)度 高韌性 高脆性的金屬及非金屬材料的加工 2 解決各種特殊復(fù)雜表面的加工問題 如 噴氣渦輪機(jī)葉片 整體渦輪等的立體成型表面 各種沖模 冷拔模上特殊截面的 型孔 炮管內(nèi)膛線 噴油嘴 柵網(wǎng)等的加工 3 解決各種超精 光整或具有特殊要求的零件的加工問題 如 對表面質(zhì)量和精度要求很高的航天 航空陀螺儀 伺服閥 以及細(xì)長軸彈性元件 等低剛度零件的加工 金屬切削加工的本質(zhì)和特點(diǎn)為 一是靠刀具材料比工件更硬 二是靠機(jī)械能把工件上多 余材料切除 但是 當(dāng)工件材料愈來愈硬 加工表面愈來愈復(fù)雜的情況下 物極必反 原來行之有效的方法轉(zhuǎn)化為限制生產(chǎn)率和影響加工質(zhì)量的不利因素了 為區(qū)別現(xiàn)在的金屬 切削加工 出現(xiàn)了特種加工 國外稱作非傳統(tǒng)加工 NTM Non Tranditional Machining 或非常規(guī)機(jī)械加工 NCM Non Conventional Machining 它們與切削加工的不同點(diǎn)是 1 不是主要依靠機(jī)械能 而是主要用其它能量 如電 化學(xué) 光 聲 熱等 去 除金屬材料 2 工具硬度可以低于被加工材料的硬度 3 加工過程中工具和工件之間不存在顯著的機(jī)械切削力 正因?yàn)樘胤N加工工藝具有上述特點(diǎn) 所以就總體而言 特種加工可以加工任何硬度 強(qiáng)度 韌性 脆性的金屬或非金屬材料 且專長于加工復(fù)雜 微細(xì)表面和低剛度零件 同 時 有些方法還可用以進(jìn)行超精加工 鏡面光整加工和納米級 原子 加工 第二節(jié)特種加工的分類 按能量來源和作用形式以及加工原理可分為 特種加工方法能量來源及形式作用原理英文縮寫 電火花成形加工電能 熱能熔化 氣化EDM電火花加工 電火花線切割加工電能 熱能熔化 氣化WEDM 電解加工電化學(xué)能金屬離子陽極溶解ECM EL M 電解磨削電化學(xué) 機(jī)械能陽極溶解 磨削EGM EC G 電解研磨電化學(xué) 機(jī)械能陽極溶解 研磨ECH 電鑄電化學(xué)能金屬離子陰極沉積EFM 電化學(xué)加工 涂鍍電化學(xué)能金屬離子陰極沉積EPM 激光切割 打孔光能 熱能熔化 氣化LBM 激光打標(biāo)記光能 熱能熔化 氣化LBM激光加工 激光處理 表面改進(jìn)光能 熱能熔化 相變LBT 電子束加工切割 打孔 焊接電能 熱能熔化 氣化EBM 離子束加工蝕刻 鍍覆 注入電能 動能原子撞擊IBM 等離子弧加工切割 噴鍍 電能 熱能熔化 氣化 涂鍍 PAM 超聲加工切割 打孔 雕刻聲能 機(jī)械能磨料高頻撞擊USM 化學(xué)銑削化學(xué)能腐蝕CHM 化學(xué)拋光化學(xué)能腐蝕CHP化學(xué)加工 光刻光 化學(xué)能光化學(xué)腐蝕PCM 液相固化法SL 粉末燒結(jié)法SLS 快速成形紙片疊層法 光 化學(xué)能 增材法加工LOM 熔絲堆積法光 機(jī)械能 電 熱 機(jī)械能 FDM 第三節(jié) 特種加工對材料可加工性和結(jié)構(gòu)工藝性的影響 由于上述各種特種加工工藝的特點(diǎn)以及逐漸廣泛的應(yīng)用 引起了機(jī)械制造工藝技術(shù)領(lǐng) 域內(nèi)的許多變革 例如 1 提高了材料的可加工性 以往認(rèn)為金剛石 硬質(zhì)合金等很難加工 現(xiàn)在可以用電火 花 電解 激光等多種方法加工它們 2 改變了零件的典型工藝路線 不受工件硬度的影響 而且為了免除加工后再淬火熱處 理引起變形 一般都先淬火 后加工 3 特種加工改變了試制新產(chǎn)品的模式 可以直接加工出各種標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)直齒輪 微 型電動機(jī)定子 轉(zhuǎn)子硅鋼片 各種變壓器鐵芯 各種特殊 復(fù)雜的二次曲面體零件 可以 省去設(shè)計(jì)和制造相應(yīng)的刀 夾 量具 模具及二次工具 大大縮短了試制周期 4 特種加工對產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來很大的影響 5 對傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工藝性的好與壞 需要重新衡量 6 特種加工已經(jīng)成為微細(xì)加工和納米加工的主要手段 第二章第二章 電火花加工電火花加工 EDM Electrical Discharge Machining 1 什么是電火花加工 電火花加工在 20 世紀(jì) 40 年代開始研究并逐步應(yīng)用于生產(chǎn) 它是在加工過程中 使工 具和工件之間不斷產(chǎn)生脈沖性的火花放電 靠放電時局部 瞬時產(chǎn)生的高溫把工件材料蝕 除下來 因放電過程中可見到火花 故稱之為電火花加工 日本 英 美稱之為放電加工 前蘇聯(lián)及俄羅斯也稱為電蝕加工 2 1 電火花加工的基本原理及分類 一 電火花加工的基本原理 1 原理 基于工具和工件 正 負(fù)電極 之間脈沖性火花放電時的電腐蝕現(xiàn)象來蝕除多余的金屬 以達(dá)到對零件的尺寸 形狀及表面質(zhì)量預(yù)定的加工要求 2 主要原因 電火花放電時火花通道中瞬時產(chǎn)生大量的熱 達(dá)到很高的溫度 足以使任何金屬材料 局部熔化 氣化而被蝕除掉 形成放電凹坑 3 基本條件 1 必須使工具電極和工件被加工表面之間經(jīng)常保持一定的放電間隙 這一間隙隨加工條件 而定 通常約為幾微米至幾百微米 如果間隙過大 極間電壓不能擊穿極間介質(zhì) 因而不 會產(chǎn)生火花放電 如果間隙過小 很容易形成短路接觸 同樣不能產(chǎn)生火花放電 2 火花放電必須是瞬間的脈沖性放電 放電延續(xù)一段時間后 需停歇一段時間 放電延續(xù) 時間一般是 1 1000 這樣才能使放電所產(chǎn)生的熱量來不及傳導(dǎo)擴(kuò)散到其余部分 把每s 一次的放電蝕除點(diǎn)分別局限在很小的范圍內(nèi) 否則像持續(xù)電弧放電那樣 會使表面燒傷而 無法作尺寸加工 3 火花放電必須在有一定絕緣性能的液體介質(zhì)中進(jìn)行 如 煤油 皂化液等 液體介質(zhì)稱 工作液 它們必須具有較高的絕緣強(qiáng)度 以利于產(chǎn)生脈沖性的火花放電 二 設(shè)備基本組成 工件 1 4 分別與脈沖電源 2 的兩輸出端相聯(lián)接 自動進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置 3 使工具和工 件間經(jīng)常保持一很小的放電間隙 當(dāng)脈外電壓加到兩極之間 便在當(dāng)時條件下相對某一間 隙最小處或絕緣強(qiáng)度最低處擊穿介質(zhì) 在該局部產(chǎn)生火花放電 瞬時高溫使工具和工件表 面部蝕除掉一小部分金屬 各自形成一個小凹坑 脈外放電結(jié)束后 經(jīng)過一段間隔時間 即 脈沖間隔 使工作液恢復(fù)絕緣后 第二個脈沖電壓又加到兩極上 又會在當(dāng)時極間距離 0 t 相對最近或絕緣強(qiáng)度最低處擊穿放電 又電蝕出一個小凹坑 這樣隨著相當(dāng)有的頻率 連 續(xù)不斷地重復(fù)放電 工具電極不斷地向工件進(jìn)給 就可將工具的形狀復(fù)制在工件上 加工 出所需要的零件 整個加工表面將由無數(shù)個小凹坑所組成 三 電火花加工的特點(diǎn) 1 脈沖放電的能量密度高 便于加工用普通的機(jī)械加工方法難于加工或無法加工的特 殊材料和復(fù)雜形狀的工件 不受材料硬度影響不受熱處理狀況影響 1 脈沖放電持續(xù)時間極短 放電時產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)擴(kuò)散范圍小 材料受熱影響范圍小 2 加工時工具電極與工件材料不接觸 兩者之間宏觀作用力極小 工具電極材料不需 比工件材料硬 因此工具電極制造容易 3 直接利用電能加工 便于實(shí)現(xiàn)加工過程的自動化 4 可以改革工件結(jié)構(gòu) 簡化加工工藝 提高工件使用壽命 降低工人勞動強(qiáng)度 四 電火花加工的局限性 1 主要用于加工金屬等導(dǎo)電材料 但在一定條件下也可以加工半導(dǎo)體和非導(dǎo)體材料 2 一般加工速度較慢 因此通常安排工藝時多采用切削來去除大部分余量 然后再進(jìn)行電 火花加工以求提高生產(chǎn)率 但最近已有新的研究成果表明 采用特殊水基不燃性工作液進(jìn) 行電火花加工 其生產(chǎn)率甚至不亞于切削加工 3 存在電極損耗 由于電極損耗多集中在尖角或底面 影響成形精度 但最近的粗加工已 能將電極相對損耗比降至 0 1 以下 甚至更小 五 電火花加工的應(yīng)用 由于電火花加工具有許多傳統(tǒng)切削加工所無法比擬的優(yōu)點(diǎn) 因此其應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大 目前已廣泛應(yīng)用于機(jī)械 特別是模具制造 宇航 航空 電子 電機(jī)電器 精密機(jī)械 儀 器 儀表 汽車拖拉機(jī) 輕工等行業(yè) 以解決難加工材料及復(fù)雜形狀零件的加工問題 加工范 圍 已達(dá)到小至幾微米的小軸 孔 縫 大到幾米的超大型模具和零件 六 電火花加工的工藝類型 按照工具電極和工件相對運(yùn)動的方式和用途的不同 大致可以分為以下幾種 工 藝 類 型 2 2 電火花加工的機(jī)理 火花放電時 電極表面的金屬材料究竟是怎樣被蝕除的 這一微觀的物理過程即所謂電 火花加工的機(jī)理 也就是電火花加工的物理本質(zhì) 了解這一微觀過程 有助于掌握電火花 加工的基本規(guī)律 才能對脈沖電源 進(jìn)給裝置 機(jī)床設(shè)備等提出合理的要求 從大量實(shí)驗(yàn) 資料來看 每次電火花腐蝕的微觀過程是電動力 磁力 熱力 流體動力 電化學(xué)和膠體 化學(xué)等綜合作用的過程 這一過程大致可分為以下幾個連續(xù)的階段 極間介質(zhì)的電離 擊 穿 形成放電通道 介質(zhì)熱分解 電極材料溶化 氣化熱膨脹 電極材料的拋出 極間介 質(zhì)的消電離 電火花蝕除過程分以下四個階段 一 極間介質(zhì)的電離 擊穿形成放電通道 當(dāng)脈沖電壓施加于工具電極與工件之間時 兩極之間立即形成一個電場 隨著極間電 壓的升高或極間距離的減小 極間電場強(qiáng)度也將隨著增大 由于工具電極和工件的微觀表 面是凸凹不平的 極間距離又很小 因而極間電場強(qiáng)度是很不均勻的 兩極間離得最近的 突出點(diǎn)或尖端處的電場強(qiáng)度一般為最大 二 介質(zhì)熱分解 電極材料熔化 氣化 熱膨脹 極間介質(zhì)一旦被電離 擊穿 形成放電電源使通道間的電子高速奔向正極 正離子奔 向負(fù)極 電能變成動能 動能通過碰撞又轉(zhuǎn)變成熱能 三 電極材料的拋出 通道和正負(fù)極表面放電點(diǎn)瞬時高溫使工作液氣化和金屬材料熔化 氣化 熱膨脹產(chǎn)生 很高的瞬時壓力 通道中心的壓力最高 使氣化了的氣體體積不斷向外膨脹 形成一個擴(kuò) 張的 氣泡 氣泡上下 內(nèi)外的瞬時壓力并不相等 壓力高處的熔融金屬液體和蒸汽 就 被排擠 拋出而進(jìn)入工作液中 四 極間介質(zhì)的消電離 一次脈沖放電結(jié)束后 應(yīng)有一段間隔時間 使間隙介質(zhì)消電離 即放電通道中帶帶電 里粒子復(fù)合為中性粒子 恢復(fù)本次放電通道處間隙介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度 以免總是重復(fù)在同一 處發(fā)生放電而導(dǎo)致電弧放電 這樣可以保征兩極相對最近處或電阻率最小處形成下一擊穿 放電通道 2 3 電火花加工中的一些基本規(guī)律 一 影響材料放電腐蝕的主要因素 1 極性效應(yīng) 在電火花加工過程中 無論是正極還是負(fù)極 都會受到不同程度的電蝕 即使是相同 材 料 例如鋼加工鋼 正 負(fù)電極的電蝕量也是不同的 這種單純由于正 負(fù)極性不同而彼 此電蝕量不一樣的現(xiàn)象叫做極性效應(yīng) 如果兩圾材料不同 則極性效應(yīng)更加復(fù)雜 在生產(chǎn) 中 我國通常把工件接脈沖電源的正極 工具電極接負(fù)極 時 稱 正圾性 加工 反之 工件按脈沖電源的負(fù)極 工具電極接正極 時 稱 負(fù)極性 加工 又稱 反極性 加工 2 電參數(shù)對電蝕量的影響 在電火花加工過程中 無論正極或負(fù)極 部存在單個脈沖的蝕除量 q 與單個脈沖能量 W 在一定范圍內(nèi)成正比的關(guān)系 某一段時間內(nèi)的總蝕除量 q 約等于這段時間內(nèi)各單個有效 m 脈沖蝕除量的總和 故正 負(fù)極的蝕除速度 與單個脈沖能量 脈沖頻率成正比 3 金屬材料熱學(xué)常數(shù)對電蝕量的影響 每次脈沖放電時 通道內(nèi)及正 負(fù)電極放電點(diǎn)都瞬時獲得大量熱能 而正 負(fù)電極放 電點(diǎn)所獲得的熱能 除一部分由于熱傳導(dǎo)散失到電極其它部分和工作液中外 其余部分將 依次消耗在 1 使局部金屬材料溫度升高直至達(dá)到熔點(diǎn) 而每克金屬材料升高 1 或 1K 所需之熱 量即為該金屬材料的比熱容 2 每熔化 1g 材料所需之熱量即為該金屬的熔化熱 3 處熔化的金屬液體繼續(xù)升溫至沸點(diǎn) 每克材料升高 l 所需之熱量即為核熔融金屬的 比熱容 4 使熔融金屬氣化 每氣化 1g 材科所需的熱量稱為該金屬的氣化熱 5 使金屬蒸氣繼 續(xù)加熱成過熱蒸氣 每克金屬蒸氣升高 1 所需的熱量為該蒸氣的比熱容 4 工作液對電蝕量的影響 在電火花加工過程中 工作液的作用是 形成火花擊穿放電通道 并在放電結(jié)束后迅 速恢復(fù)間隙的絕緣狀態(tài) 對放電通道產(chǎn)生壓縮作用 幫助電蝕產(chǎn)物的拋出和排除 對工具 工件的冷卻作用 因而對電蝕量也有較大的影響 介電性能好 密度和粘度大的工作液有 利于壓縮放電通道 提高放電的能量密度 強(qiáng)化電蝕產(chǎn)物的拋出效應(yīng) 但粘度大不利于電 蝕產(chǎn)物的排出 影響正常放電 目前電火花成型加工主要采用油類作為工作液 5 其它因素 首先是加工過程的穩(wěn)定性 加工過程不穩(wěn)定將干擾以致破壞正常的火花放電 使有效 脈沖利用率降低 隨著加工深度 加工面積的增加 或加工型面復(fù)雜程度的增加 都不利 于電蝕產(chǎn)物的排出 影響加工穩(wěn)定性 降低加工速度 嚴(yán)重時將造成結(jié)碳拉弧 使加工難 以進(jìn)行 為了改善排屑條件 提高加工速度和防止拉弧 常采用強(qiáng)迫沖油和工具電極定時 抬刀等措施 二 電火花加工的加工速度和工具的損耗速度 1 加工速度 電火花加工時 工具和工件同時遭到不同程度的電蝕 單位時間內(nèi)工件 的電蝕量稱之為加工速度 亦即生產(chǎn)率 一般采用體積加工速度 來表示 m 3 mmmin 即被加工帶的體積 V 除以加工時間 t V t 有時為了測量方便 也采用質(zhì)量加工速度 m 來表示 單位為 g min m 2 工具相對損耗 單位時間內(nèi)工具的電蝕量稱之為損耗速度 它們是一個問題的兩個方 面 在生產(chǎn)實(shí)際中用來衡量工具電極是否耐損耗 不只是看工具損耗速度 還要看同時 E 能達(dá)到的加工速度 因此 采用相對損耗或稱損耗比作為衡量工具電極耐損耗的指 w 標(biāo) 即 100 WE 在電火花加工過程中 降低工具電極的損耗具有重大意義 因此 一直是人們努力追求 的目標(biāo) 為了降低工具電極的相對損耗 必須很好地利用電火花加工過程中的各種效應(yīng) 這些效應(yīng)主要包括 極性選擇 吸附效應(yīng) 傳熱效應(yīng) 材料選擇等 這些效應(yīng)又是相互影 響 綜合作用的 具體應(yīng) 正確選擇極性和脈寬 一般在短脈沖精加工時采用正極性加工 即工件接電源正極 而在長脈沖寬度和粗加工 時采用負(fù)極性加工 利用吸附效應(yīng) 在用煤油之類的碳?xì)浠衔镒鞴ぷ饕簳r 在放電過程中將發(fā)生熱分解 而產(chǎn)生大量的碳 還能和金屬結(jié)合形成金屬碳化合物的微粒 即膠團(tuán) 利用傳熱效應(yīng) 對電極表面溫度場分布的研究表明 電極表面放電點(diǎn)的瞬時溫度不僅與瞬時放電的總熱量 有關(guān) 而且與放電通道的截面積有關(guān) 還與電極材料的導(dǎo)熱性能有關(guān) 要減少工具電極損耗 還應(yīng)選用合適的材料 鎢 鉬的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)較高 損耗小 但其機(jī)械加工性能不好 價格有貴 所以除線切割外 很少采用 三 影響加工精度的主要因素 和通常的機(jī)械加工一樣 機(jī)床本身的各種誤差 以及工件和工具電極的定位 安裝誤 差 都會影響到加工精度 這里主要討論與電火花加工工藝有關(guān)的因素 影響加工精度的主要因素有放電間隙的大小及其一致性 工具電極的損耗及其穩(wěn)定性 電火花加工時 工具電極與工件之間存在著一定的放電間隙 如果加工過程中放電間 能保持不變 則可以通過修正工具電極的尺寸對放電間隙進(jìn)行補(bǔ)償 以獲得較高的加工精 度 然而 放電間隙的大小實(shí)際上是變化的 影響著加工精度 放電間隙可用下列經(jīng)驗(yàn)公式來表示 mMRiu SWKuKS 4 0 式中 S 放電間隙 指單面放電間隙 m 開路電壓 V i u 常數(shù) 與加工材料有關(guān) 一般易熔金屬的值較大 R K 與工作液竭 u K 工具電極的損耗對尺寸精度和形狀精度都有影響 電火花穿孔加工時 電極可以貫穿 型孔而補(bǔ)償電極的損耗 型腔加工時則無法采用這一方法 精密型孔加工時可采用更換電 極的方法 影響電火花加工形狀精度的因素還有 二次放電 二次放電是指已加工表面上由于 電蝕產(chǎn)物等的介入而再次進(jìn)行的非正常放電 集中反映在加工深度方向產(chǎn)生斜度和加工棱 角棱邊變鈍方面 四 電火花加工的表面質(zhì)量 電火花加工的表面質(zhì)量主要包括表面粗糙度 表面變質(zhì)層 表面力學(xué)性能三部分 1 表面粗糙度 電火花加工表面和機(jī)械加工的表面不同 它是由無方向性的無數(shù)小坑和硬凸邊所組成 特別有利于保存潤滑油 而機(jī)械加工表面則存在著切削或磨削刀痕 具有方向性 兩者相 比 在相同的表面粗糙度和有潤滑油的情況下 表面的潤滑性能和耐磨損性能均比機(jī)械加 工表面好 與切削加工一樣 電火花加工表面粗糙度通常用微觀平面度的平均算術(shù)偏差 R 表示 0 也有用平面度的最大高度值 R表示的 對表面粗糙度影響最大的是單個脈沖能量 因?yàn)?max 脈沖能量大 每次脈沖放電的蝕除量也大 放電凹坑既大又深 從而使表面粗糙度惡化 2 表面變質(zhì)層 電火花加工過程中 在火花放電的瞬時高溫和工作液的快速冷卻作用下 材料的表面 層發(fā)生了很大的變化 粗略地可把它分為熔化凝固層和熱影響層 1 熔化凝固層 位于工件表面最上層 它被放電時瞬時高溫熔化而又滯留下來 受 工作液快速冷卻而凝固 2 熱影響層 它介于熔化層和基體之間 熱影響層的金屬材料并沒有界限 只是 受到高溫的影響 使材料的金相組織發(fā)生了變化 它和基體材料之間并沒有明顯的界限 3 顯微裂紋 電火花加工表而由于受到瞬時高溫作用并迅速冷卻而產(chǎn)生拉應(yīng)力 往 往出現(xiàn)顯微裂紋 實(shí)驗(yàn)表明 一般裂紋僅在熔化層內(nèi)出現(xiàn) 只有在脈沖能量很大情況下 粗 加工時 才有可能擴(kuò)展到熱影響層 3 表面力學(xué)性能 硬度 耐磨性 殘余應(yīng)力 耐疲勞性能 1 顯微硬度及耐磨性 電火花加工后表面層的硬度一般均比較高 但對某些摔火訊 也可能稍低于基體硬度 2 殘余應(yīng)力 電火花加工表面存在著由于瞬時先熱后冷作用而形成的殘余應(yīng)力 而 且大部分表現(xiàn)為拉應(yīng)力 殘余應(yīng)力的大小和分布 主要和材料在加工前的熱處理狀態(tài)及加 工時的脈沖能量有關(guān) 因此 對表面層要求質(zhì)量較高的工件 應(yīng)盡量避免使用較大的加工 規(guī)準(zhǔn) 3 耐疲勞性能 電火花加工表面存在著較大的拉應(yīng)力 還可能存在顯微裂紋 因此 其 耐疲勞性能比機(jī)械加工表面低許多倍 采用回火處理 噴九處理等 有助于降低殘余應(yīng)力 或使殘余拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力 從而提高其耐疲勞性能 2 4 電火花加工用的脈沖電源 電火花加工用的脈沖電源的作用是把工頻交流電流轉(zhuǎn)換成一定頻率的單向脈沖電流 以供給電極放電間隙所需要的能量來蝕除金屬 脈沖電源對電火花加工的生產(chǎn)率 表面質(zhì) 量 加工精度 加工過程的穩(wěn)定性和工具電極損耗等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有很大的影響 應(yīng)給予足夠 的 重視 一 電加工對脈沖電源的要求 總的要求 1 有較高的加工速度 不但在粗加工時要有較高的加工速度 10mm min A 在精加工肘也應(yīng)有較高的 m 3 加工速度 精加工時表面粗糙度 R 應(yīng)小于 1 25m a 2 工具電極損耗低 粗加工時應(yīng)實(shí)現(xiàn)電極低損耗 相對損耗 1 中 精加工時也要使電極損耗盡可能 低 3 加工過程穩(wěn)定性好 在給定的各種脈沖參數(shù)下能保持穩(wěn)定加工 抗干擾能力強(qiáng) 不易產(chǎn)生電弧放電 可靠 性高 操作方便 4 工藝范圍廣 不僅能適應(yīng)粗 中 精加工的要求 面且要適應(yīng)不同工件材料的加工 以及采用不同 工具電極材料進(jìn)行加工的要求 對脈沖電源的具體要求 1 單向脈沖 所產(chǎn)生的脈沖應(yīng)該是單向的 沒有負(fù)半波或負(fù)半波很小 這樣才能最大限度地利用極 性效應(yīng) 提高生產(chǎn)率和成少工具電極的損耗 2 脈沖波形前后沿要陡 這樣才能減少電極間隙的變化及油污程度等對脈沖放電寬度和能量等參數(shù)的影響 使 工藝過程較穩(wěn)定 因此一般常采用矩形波脈沖電源 3 脈沖參數(shù)可調(diào) 脈沖的主要參數(shù)如峰值電流 脈沖寬度 脈沖間隔等應(yīng)能在很寬的范圍內(nèi)可以調(diào)節(jié) 以滿足粗 中 精加工的要求 4 節(jié)能 脈沖電源應(yīng)工作穩(wěn)定可靠 成本低 壽命長 操作維修方便和體積小等 還要考慮 節(jié)省電能 二 脈沖電源的分類 按主回路中主要元件種類 RC 線路馳張式 晶體管式 大功率集成器件式 按輸出脈沖波形 矩形波 階梯波 高低壓復(fù)合波 按間隙狀態(tài)對脈沖參數(shù)的影響 獨(dú)立式 非獨(dú)立式 按工作回路數(shù) 單回路 多回路 三 RC 線路脈沖電源 這類脈沖電源有各種不同的線路結(jié)構(gòu) 但共同的工作原理都是利用電容器充電儲存電能 而后瞬時放出 形成火花放電來蝕除金屬 因?yàn)殡娙萜鲿r而充電 時而放電 一弛一張 故又稱 弛張式 脈沖電源 RC 線路是馳張式脈沖電源中最簡單最基本的一種 它由兩個回路組成 一個是充電回 路 由支流電源 E 充電電阻 R 可調(diào)節(jié)充電速度 同時限流以防電流過大及轉(zhuǎn)變成電弧 放電 故又稱限流電阻 和電容器 C 儲能元件 所組成 另一回路是放點(diǎn)回路 由電容 器 C 工具電極和工件及其間的放電間隙所組成 RC 線路脈沖電源的最大優(yōu)點(diǎn) 1 結(jié)構(gòu)簡單 工作可靠 成本低 2 在小功率時可以獲得很窄的脈寬和很小的單個脈沖能量 可用作光整加工和精微加 工 RC 線路脈沖電源的缺點(diǎn)是 1 電能利用效率很低 最大不超過 36 因大部分電能經(jīng)過電阻 R 時轉(zhuǎn)化為熱能損失 掉了 這在大功率加工時是很不經(jīng)濟(jì)的 2 生產(chǎn)效率低 因?yàn)殡娙萜鞯某潆姇r間 比放電時間長 50 倍以上 脈沖間歇系 c t e t 數(shù)太大 3 工藝參數(shù)不穩(wěn)定 因?yàn)檫@類電源本身并不 獨(dú)立 形成和發(fā)生脈沖 而是靠電極間 隙中工作液的擊穿和消電離使脈沖電流 導(dǎo)通和切斷 所以間隙大小 間隙中電蝕產(chǎn)物的污 染程度及排出情況等 都影響脈沖系數(shù) 因此脈沖頻率 寬度 單個脈沖量都不穩(wěn)定 而 且放電間隙經(jīng)過限流電阻始終和直流電源直接聯(lián)通 沒有開關(guān)元件使之隔離開來 所以隨 時都有放電的可能 并容易轉(zhuǎn)為電弧放電 RC 線路脈沖電源主要用于小功率的精微加工或簡式電火花加工機(jī)床中 四 晶體管式脈沖電源 晶體管式脈沖電源是利用功率晶體管作為開關(guān)元件而獲得單向脈沖的 它具有脈沖頻 率高 脈沖參數(shù)容易調(diào)節(jié) 脈沖波形較好 易于實(shí)現(xiàn)多回路加工和自適應(yīng)控制等自動化要 求的優(yōu)點(diǎn) 所以應(yīng)用非常廣泛 特別在中 小型脈沖電源中 都采用晶體管式電源 近年來隨著電火花加工技術(shù)的發(fā)展 為進(jìn)一步提高有效脈沖利用率 達(dá)到高速 低耗 穩(wěn)定加工以及一些特殊需要 在晶閘管或晶體管式脈沖電源的基礎(chǔ)上 派生出不少新型電 源和線路 如高 低壓復(fù)合脈沖電源 多回路脈沖電源以及多功能電源等 自振式晶體管脈沖電源框圖 五 各種派生脈沖電源 1 高低壓復(fù)合脈沖電源 在每個工作脈沖電壓 60 80V 波形上再疊加一個小能量的高壓脈沖 300V 左右 使電極間隙先擊穿引燃而后再放電加工 大大提高了脈沖的擊穿率和利用率 并使放電間 隙變大 排屑良好 加工穩(wěn)定 在 鋼打鋼 時顯出很大的優(yōu)越性 2 多回路脈沖電源 在加工電源的功率級并聯(lián)分割出相互隔離絕緣的多個輸出端 可以同時供給多個回路 的放電加工 3 等脈沖電源 每個脈沖在介質(zhì)擊穿后所釋放的單個脈沖能量相等 對于矩形波脈沖電流來說 由于 每次放電過程的電流幅值基本相同 因而所謂等脈沖電源 也即意味著每個脈沖放電電流 持續(xù)時間相等 4 高頻分組脈沖和梳形波脈沖電源 這兩種波形在一定程度都具有高頻脈沖加工表面粗糙度值小和低頻脈沖加工速度高 雙重優(yōu)點(diǎn) 得到普遍的重視 梳形脈沖波不同于分組脈沖波之處在于大脈寬期間電壓不過 零 始終加有一較低的正電壓 其作用為當(dāng)中 精規(guī)準(zhǔn)負(fù)極性精加工時 使正極工具能吸 附碳膜獲得低損耗 5 智能脈沖電源 2 5 電火花加工的自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)電火花加工的自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng) 一 自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用 要求 和分類 1 什么是自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng) 2 自動進(jìn)給調(diào)節(jié)的作用 要求 分類 1 作用 2 要求 范圍 靈活 穩(wěn)定 1 有較廣的進(jìn)度調(diào)節(jié)跟蹤范圍 在電火花加工過程小 加工規(guī)準(zhǔn) 加工面積等條件的 變化 都會影響其進(jìn)給速度 調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)有較的調(diào)節(jié)范圍 以適應(yīng)加工的需要 2 有足夠的靈敏度和快速性 放電加工的頻率很高 放電間隙的狀態(tài)瞬息萬變 要 求進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)間隙狀態(tài)的微弱信號能相應(yīng)地快速凋節(jié) 為此整個系統(tǒng)的不靈敏區(qū) 時間常數(shù) 可動部分的質(zhì)量等慣性要求要小 放大倍數(shù)應(yīng)足夠 過渡過程應(yīng)短 3 有必要的穩(wěn)定性 電蝕違度一般不高 加工進(jìn)給量也不必過大 所以應(yīng)有很好的低 速性能 均勻 穩(wěn)定地進(jìn)給 避免低速爬行 超調(diào)量要小 傳動剛度應(yīng)高 抗干擾能力要 強(qiáng) 此外 自動進(jìn)始裝置還要求體積小 結(jié)構(gòu)簡單可靠及維修操作方便等 3 分類 電液式 步進(jìn)電機(jī) 寬調(diào)速力矩電機(jī) 直陀伺服電機(jī) 交流伺服電機(jī) 二 自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本組成部分 放大驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)對象 測量環(huán)節(jié) 比較環(huán)節(jié) 1 測量環(huán)節(jié) 直接測量電極間隙及其變化是很難的 采用測量與放電間隙成比例關(guān)系的電參數(shù)來間 接反映放電間隙的大小 常用的信號檢測方式有兩種 一種是平均值測量法 另一種是利 用穩(wěn)壓管來測量脈沖電壓的峰值信號 對于弛張式脈沖電源 一般可采用平均值檢測法 獨(dú)立式脈沖電源則采用峰值檢測法 因?yàn)樵诿}沖間歇期間 兩極間電壓總是為零 放平均電壓很低 對極間距離變化的反映不 及峰值電壓靈敏 2 比較環(huán)節(jié) 比較環(huán)節(jié)用以根據(jù) 設(shè)定值 來調(diào)節(jié)進(jìn)給速度 以適應(yīng)粗 中 精不同的加工規(guī)準(zhǔn) 3 放大驅(qū)動環(huán)節(jié) 由測量環(huán)節(jié)獲得的信號 一般都很小 難于驅(qū)動執(zhí)行元件 必須要有一個放大環(huán)節(jié) 通 常稱它為放大器 4 執(zhí)行環(huán)節(jié) 執(zhí)行環(huán)節(jié)也稱執(zhí)行機(jī)構(gòu) 常采用不同類型的伺服電動機(jī) 它能根據(jù)控制信號的大小及時 地調(diào)節(jié)工具電極的進(jìn)給速度 以保持合適的放電間隙 從而保證電火花加工正常進(jìn)行 5 調(diào)節(jié)對象 工具電極和工件之間的放電間隙 就是調(diào)節(jié)對象 應(yīng)控制放電間隙在 0 1 0 01mm 之間 2 6 電火花加工機(jī)床 電火花加工在特種加工中是比較成熟的工藝 在民用 國防生產(chǎn)部門和科學(xué)研究中已 經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用 它相應(yīng)的機(jī)床設(shè)備比較定型 并有好些專業(yè)工廠從事生產(chǎn)制造 電火花成形加工機(jī)床組成部分 床身 立柱 主軸頭 工作液循環(huán)系統(tǒng) 電源 控制系統(tǒng)等 2 7 電火花穿孔成形加工 電火花穿孔成型加工是利用火花放電腐蝕金屬的原理 用工具電極對工件進(jìn)行復(fù)制加上 的工藝方法 其應(yīng)用范圍可們納為 1 電火花穿孔加工 2 電火花型腔加工 3 小孔電火花加工 4 異形孔的電火花加工 5 工藝擴(kuò)展 一 電火花穿孔加工 沖模的電火花加工 已經(jīng)被線切割所代替 沖模是生產(chǎn)上應(yīng)用較多的一種模具 由于形狀復(fù)雜和尺寸精度要求高 所以它的制造 已成為生產(chǎn)上關(guān)鍵技術(shù)之一 特別是凹模 應(yīng)用一般的機(jī)械加工是困難的 在某些情況下 甚至不可能 沖模采用電火花加工工藝比機(jī)械加工有如下優(yōu)點(diǎn) 1 可以在工件淬火后進(jìn)行加工 避免了熱處理變形的影響 2 沖模的配合間隙均勻 刃口耐磨 提高了模具質(zhì)量 3 不受材料硬度的限制 可以加工硬質(zhì)合金等沖模 擴(kuò)大了模具材料的選用范圍 4 對于中 小型復(fù)雜的凹?？梢圆挥描偲唇Y(jié)構(gòu) 而采用整體式 簡化了模具的結(jié)構(gòu) 提 高了模具強(qiáng)度 二 電火花型腔加工 1 加工工藝 2 電極設(shè)計(jì) 加工型腔模時的工具電極尺寸 一方面與模具的大小 形狀 復(fù)雜程度有關(guān) 而且與 電極材料 加工電流 深度 余量及間隙等因素有關(guān) 當(dāng)采用平動法加工時 還應(yīng)考慮所 選用的平動量 三 小孔電火花加工 小孔加工也是電火花成型加工的一種應(yīng)用 小孔加工的特點(diǎn)是 加工面積小 深度大 直徑一般為 深徑比達(dá) 20 以上 小孔加工均為盲孔加工 排屑困難 05 0 mm2 小孔加工由于工具電極截面積小 容易變形 不易散熱 排屑又困難 因此電極損耗大 四 異形孔的電火花加工 電火花加工不但能加工圓形小孔 而且能加工多種異形小孔 加工微細(xì)而又復(fù)雜的異形小孔 加工情況與圓形小孔加工基本一樣 關(guān)鍵是異形電極的制 造 其次是異形電極的裝夾 制造異形小孔電極 主要有下面幾種方法 1 冷拔整體電極法 采用電火花線切割加工工藝并配合鉗工修磨制成異形電極的硬質(zhì) 合金拉絲模 然后用該模具拉制成 Y 形 十字形等異形截面的電極 2 電火花線切割加工整體電極法 利用精密電火花線切割加工制成整體異形電極 這種 方法的制造周期短 精度和剛度較好 適用于單件 小批試制 3 電火花反拷加工整體電極法 用這種方法制造的電極定位裝夾方便且誤差小 但生 產(chǎn)效率較低 問題 1 電火花穿孔成型加工中 工具電極和工件的相對運(yùn)動方式怎樣 2 高阻抗材料如何用電火花加工 3 你所見過的內(nèi)孔磨削加工 最小孔徑可以小到多少 如果是 1 5mm 的內(nèi)孔 砂輪外徑為 1 0mm 磨削需要的線速度為 15m s 則砂輪的轉(zhuǎn)速為 30 萬轉(zhuǎn) min 普通的磨 床可以實(shí)現(xiàn)嗎 2 8 其它電火花加工 1 工具電極相對工件采用不同組合運(yùn)動方式的電火花加工 如 如電火花磨削 電火花共 軛回轉(zhuǎn)加工 電火花展成銑削家工等 2 工具電極和工件在氣體介質(zhì)中進(jìn)行放電的電火花加工 如金屬電火花表面強(qiáng)化 電火花 刻字 3 工件為非金屬材料的加工 如半導(dǎo)體與高阻抗材料聚晶金剛石 立方氮化硼餓加工等 一 電火花磨削加工 1 磨削的運(yùn)動方式 問題 電火花磨外圓時 會出現(xiàn)什么問題 2 磨削的加工工藝 3 小孔電火花磨削加工 二 電火花同向同步回轉(zhuǎn)加工螺紋 過去在淬火鋼或硬質(zhì)合金上電火花加工內(nèi)螺紋 是利用導(dǎo)向螺母使工具電極在旋轉(zhuǎn)的 同時作軸向進(jìn)給 這種方法生產(chǎn)效率極低 而且只能加工出帶錐度的粗糙螺紋孔 電火花加工內(nèi)螺紋的新方法綜合了電火花加工和機(jī)械加工方面的經(jīng)驗(yàn) 采用工件與電 極同向同步旋轉(zhuǎn) 工件作徑向進(jìn)給來實(shí)現(xiàn) 和用滾壓法加工螺紋的方法有些類似 這種加工方法的優(yōu)點(diǎn)是 1 由于電極貫穿工件 且兩軸線始終保持平行 因此加工出來的內(nèi)螺紋沒有通常用 電 火花攻螺紋 如前述方法 所產(chǎn)生的喇叭口 2 因?yàn)殡姌O外徑小于工件內(nèi)徑 而且放電加工一直只在局部區(qū)域進(jìn)行 加上電極與工 件同步旋轉(zhuǎn)時對工作液的攪拌作用 非常有利于電蝕產(chǎn)物的排除 所以能得到好的幾何精 度 和表面粗糙度 維持高的穩(wěn)定性 3 可降低對電極設(shè)計(jì)和制造的要求 對中徑和外徑尺寸精度無嚴(yán)格要求 另外 由于 電極外徑小于工件內(nèi)徑 使得在同向同步回轉(zhuǎn)中 電極與工件電蝕加工區(qū)域的線速度不等 存在微量差動 對電極螺紋表面局部的微量缺損有均勻化的作用 故減輕了對加工質(zhì)量的 影響 干具電極材料使用純銅或黃銅比較合適 純銅電極比黃銅電極損耗小 但在相同電規(guī) 準(zhǔn) 下 黃銅電極可得到較好的表面粗糙度 電火花共軛回轉(zhuǎn)加工的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大 目前主要應(yīng)用于以下幾方面 1 各類螺紋規(guī)及塞規(guī) 特別適于硬質(zhì)合金材料及內(nèi)螺紋的加工 2 精密的內(nèi) 外齒輪加工 特別使用于非標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)齒輪加工 3 精密的內(nèi)外錐螺紋 內(nèi)錐面油槽等的加工 4 靜壓軸承油腔 回轉(zhuǎn)泵體的高精度成形加工 5 梳刀 精密斜齒條的加工 三 高阻抗材料的電火花加工 聚晶金剛石被廣泛用作拉絲模 刀具 磨輪等材料 它的硬度僅次于天然金剛石 金剛 石雖是碳的同素異形體 但天然金剛石幾乎不導(dǎo)電 聚金剛石是將人造金剛石微粉用銅 鐵粉等導(dǎo)電材料作為粘結(jié)劑 攪拌 混合后加壓燒結(jié)而成 因此整體仍有一定的導(dǎo)電性能 可以用電火花加工 電火花加工聚晶金剛石的要點(diǎn)是 1 要采用 400 500V 較高的峰值電壓 使有較大的放電間隙 易于排削 2 要用較大的峰值電流 一般瞬時電流需在 50A 以上 電火花加工聚晶金剛石的原理是靠火花放電時的高溫將導(dǎo)電的粘結(jié)劑熔化 氣化蝕 除掉 同時電火花高溫使金剛石微粉 碳化 成為可加工的石墨 也可能因粘結(jié)劑被蝕除 掉后整個金剛石微粒自行脫落下來 四 表面處理 刻字等 電火花表面強(qiáng)化層具有如下特性 j 當(dāng)采用硬質(zhì)合金作電極材料時 硬度可達(dá) 1100 1400HV 約 70HRc 以上 或更高 2 當(dāng)使用鉻錳 鎢鉻鉆合金 硬質(zhì)合金作工具電極強(qiáng)化 45 鋼時 其耐磨性比更表層提高 2 5 倍 3 用石墨作電極材料強(qiáng)化 45 鋼 用食鹽水作腐蝕性試驗(yàn)時 其耐腐蝕性提高 90 用 WC CrMn 作電極強(qiáng)化不銹鋼時 耐蝕性提高 3 5 倍 4 耐熱性大大提高 提高了工件使用壽命 5 疲勞強(qiáng)度提高 2 倍左右 6 硬化層厚度約為 0 01 一 0 3mm 電火花強(qiáng)化工藝方法簡單 經(jīng)濟(jì) 效果好 因此廣泛應(yīng)用于模具 刃具 量具 凸輪 和禍輪機(jī)葉片的表面強(qiáng)化 電火花表面強(qiáng)化的原理也可用于在產(chǎn)品上刻字 打印記 五 五軸聯(lián)動簡單棒狀電極電火花加工 混粉電火花加工機(jī)理及應(yīng)用 3 電火花線切割加工電火花線切割加工 電火花線切割加工 Wire Cut EDM 簡稱 wEDM 是在電火花加工基礎(chǔ)上于 50 年代末最 早在原蘇聯(lián)發(fā)展起來的一種新的工藝形式 是用線狀電極 銅絲或銅絲 靠火花放電對工件 進(jìn)行切割 故稱為電火花線切割 有時簡稱線切割 它已獲得廣泛的應(yīng)用 目前國內(nèi)外的 線切割機(jī)床已占電加工機(jī)床的 60 以上 3 1 電火花線切割加工原理 特點(diǎn)及應(yīng)用 一 加工原理 1 原理 電火花線切割加工的基本原理是利用移動的細(xì)金屑導(dǎo)線 銅絲或銅絲 作電 極對工件進(jìn)行脈沖火花放電 切割成型的 電火花切割原理圖 1 絕緣板 2 工件 3 脈沖電源 4 鉬絲 5 導(dǎo)向輪 6 支架 7 駐絲筒 2 分類 根據(jù)電極絲的運(yùn)行速度 電火花線切割機(jī)床通常分為兩大類 一類是高速走絲 快走絲 電火花線切割機(jī)床 wEDM Hs 這類機(jī)床的電極絲作高速往復(fù)運(yùn)動 一般走絲速度為 8 10m s 這是我國生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種 也是我國獨(dú)創(chuàng)的電火花線切割加工模式 另一 類是低速走絲電火花線切割機(jī)床 wEDM Ls 這類機(jī)床的電極絲作低速單向運(yùn)動 一般走 絲速度低于 0 2m s 這是國外生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種 3 控制方式 二 特點(diǎn) 電火花線切割加工過程的工藝和機(jī)理 與電火花穿孔成形加工既有共性 又有特性 1 與成型加工的共同點(diǎn) 加工原理 機(jī)理 工藝 適應(yīng)材料等相同 1 線切割加工的電壓 電流波形與電火花加工的基本相似 單個脈沖也有多種形式 的放電形態(tài) 如開路 短路等 2 線切割的加工機(jī)理 生產(chǎn)率 表面粗糙度等工藝規(guī)律 材料的可加工性等也都與 電火花加工的基本相似 可以加工硬質(zhì)合金等一切導(dǎo)電材料 2 與成型加工的不同點(diǎn) 加工極性 工作液 放電狀態(tài) 接觸方式 電極形式 電極絲的加工特點(diǎn) 工具損耗等 1 由于電極工具是直徑較小的細(xì)絲 故脈沖寬度 平均電流等不能太大 加工工藝 參數(shù)的范圍較小 屬中 精正極性電火花加工 工件常接脈沖電源正極 2 采用水或水基工作液 不會引起火 容易實(shí)現(xiàn)安全無人運(yùn)轉(zhuǎn) 但由于工作液的電 阻率遠(yuǎn)比煤油小 因而在開路狀態(tài)下 仍有明顯的電解電流 3 一般沒有穩(wěn)定電弧放電狀態(tài) 因?yàn)殡姌O絲與工件始終有相對運(yùn)動 尤其是快速走 絲電火花線切割加工 因此 線切割加工的間隙狀態(tài)可以認(rèn)為是由正常電火花放 電 開路和短路這三種狀態(tài)組成 但往往在單個脈沖內(nèi)有多種放電狀態(tài) 4 電極與工件之間存在著 疏松接觸 式輕壓放電現(xiàn)象 5 省掉了成形的工具電極 大大降低了成形工具電極的設(shè)計(jì)和制造費(fèi)用 用簡單的 工具電極 靠數(shù)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的切割軌跡 縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時間 加工周期短 這不光對新產(chǎn)品的試制有意義 對大批生產(chǎn)也增加了快速性和柔性 6 由于電極絲比較細(xì) 可以加工微細(xì)異形孔 窄縫和復(fù)雜形狀的工件 7 由于采用移動的長電極絲進(jìn)行加工 使單位長度電極絲的損耗較少 從而對加工 精度的影響比較小 三 線切割加工的應(yīng)用范圍 1 加工模具 適用于各種形狀的沖模 2 加工電火花成形加工用的電極 一般穿孔加工用的電極以及帶錐度型腔加工用的電 極 用線切割加工特別經(jīng)濟(jì) 同時也適用于加工微細(xì)復(fù)雜形狀的電極 3 加工零件 在試制新產(chǎn)品時 用線切割在坯料上直接割出零件 由于不另行制造模 具 可以大大縮短周期 降低成本 3 2 電火花線切割加工設(shè)備 高速走絲線切割加工設(shè)備組成圖 1 卷絲筒 2 走絲溜板 3 絲架 4 上滑板 5 下滑板 6 床身 7 電源 控制柜 低速走絲線切割加工設(shè)備組成圖 1 脈沖電源 2 工件 3 工作液 4 去離子水 5 泵 6 新絲放絲卷筒 7 工作臺 8 x 軸電動機(jī) 9 數(shù)控裝置 10 y 軸電動機(jī) 11 廢絲卷筒 一 機(jī)床本體 床身 工作臺 走絲機(jī)構(gòu) 錐度切割裝置 床身 一般為鑄件 是坐標(biāo)工作臺 繞絲機(jī)構(gòu)及絲架的支承和固定基礎(chǔ) 通常采用箱 式結(jié)構(gòu) 應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度 工作臺 電火化線切割機(jī)床最終都是通過坐標(biāo)工作臺與電極絲的相對運(yùn)動來完成對零 件加工的 為保證機(jī)床精度 對導(dǎo)軌的精度 剛度和耐磨性有較高的要求 走絲系統(tǒng) 使電極絲以一定的進(jìn)度運(yùn)動并保持一定的張力 在高速走絲機(jī)床上 一定 長度的電極絲平整地卷繞在貯絲筒上 絲張力與排繞時的拉緊力有關(guān) 貯絲筒通過聯(lián)軸節(jié) 與驅(qū)動電機(jī)相連 低速走絲系統(tǒng)示意圖 1 廢絲卷絲輪 2 未使用的金屬絲 3 拉絲模 4 張力電動機(jī) 5 電極絲張力 調(diào)節(jié)軸 6 退火裝置 7 導(dǎo)向器 8 工件 錐度切割裝置 為了切割有落料角的沖模和某些有錐度 斜度 的內(nèi)外表面 有些線切 割機(jī)床具有錐度切割功能 實(shí)現(xiàn)錐度切割的方法有多種 下面只介紹兩種 1 偏移式絲架 主要用在高速走絲線切割機(jī)床上實(shí)現(xiàn)錐度切割 偏移式絲架實(shí)現(xiàn)錐度加工的方法圖 2 雙坐標(biāo)聯(lián)動裝置 在低速走絲線切割機(jī)床上廣泛采用 主要依靠上導(dǎo)向器作縱橫兩 助 稱 u v 軸 驅(qū)動 與工作臺的 x y 軸在一起構(gòu)成 NC 四軸同時控制 圖 3 6 這種方式 的自由度很大 依據(jù)強(qiáng)有力的軟件 可以實(shí)現(xiàn)上下異形截面形狀的加工 最大的傾斜角度 一般為 5 有的甚至可達(dá) 30 50 與工件厚度有關(guān) 二 脈沖電源 電火花線切割加工脈沖電源與電火花成型加工所用的在原理上相同 不過受加工表面 粗糙度和電極絲允許許承載電力流的限制 線切割加工脈沖電源的脈寬較窄 2 60ps 單 個脈沖能量 平均電流 1 5A 一般較小 所以線切割加工總是采用正極性加工 脈沖電源 的形式品種很多 如晶體管矩形波脈沖電源 高頻分組脈沖電源 并聯(lián)電容型脈沖電源和 低損耗電源等 1 晶體管矩形波脈沖電源 其工作方式與電火花成型加工類同 廣泛用于高速走絲線 切割機(jī)床 但在低選走絲機(jī)床上過去用得不多 因?yàn)榈退僮呓z時排屑條件差 晶體管矩形波脈沖電壓 電流波形及其脈沖電源圖 2 高頗分組脈沖電源 高頻分組脈沖波形是矩形波派生的一種波形 即把較高頻率的 小脈寬 t 和小脈間 t 的矩形波脈沖分組成為大脈寬 T 和大脈間 T 輸出 i0i0 矩形波詠沖電源對提高切割速度和減少表面粗糙度這兩項(xiàng)工藝指標(biāo)是互相矛盾的 亦 即欲提高切割速度 則表面粗糙度值大 若要求表面粗糙值小 則切割速度下降很多 而 高頻分組脈沖波形在一定程度上能解決這兩者的矛盾 在相同工藝條件下 可獲得較好的 加工工藝效果 因而得到了越來越廣泛的應(yīng)用 高頻分組脈沖電源的電路原理框圖 3 并聯(lián)電容型脈沖電源 這是實(shí)現(xiàn)短放電時間高峰值電流的一種方法 常用于低速走絲線切割機(jī)床中 并聯(lián)電容型脈沖電源 4 低損耗電源 一般認(rèn)為 減小放電電流的上升率可降低電極絲的損托 這樣不但可以提高加工精度 還可提高重復(fù)使用的電極絲的壽命 這對快速走絲線切削加工是很有意義的 三 工作液循環(huán)系統(tǒng) 在線切割加工中 工作液對加工工藝指標(biāo)的影響很大 如對切割速度 表面粗糙度 加工精度等都有影響 低速走絲線割機(jī)床多采用去離子水作工作液 只有在特殊精加工時 才采用絕線性能較高的煤油 高速走絲線切割機(jī)床使用的工作液是專用乳化液 目前供應(yīng) 的乳化核有好多種 各有其特點(diǎn) 有的適于精加工 有的通用于大厚度切割 也有的是在 原來工作液中添加某些化學(xué)成分來提高其切割速度或增加防銹能力等 3 3 電火花線切割控制系統(tǒng)和編程技術(shù)電火花線切割控制系統(tǒng)和編程技術(shù) 一 線切割控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是進(jìn)行電火花線切割加工的重要環(huán)節(jié) 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性 可線性 控制精 度及自動化程度都直接影響到加工工藝指標(biāo)和工人的勞動強(qiáng)度 控制系統(tǒng)的主要作用是在電火花線切割加工過程中 1 按加工要求自動控制電極絲相對工件的運(yùn)動軌跡 2 自動控制伺服進(jìn)給速度 來實(shí)現(xiàn)對工件的形狀和尺寸加工 亦即當(dāng)控制系統(tǒng)使電 極絲相對于工件按一定軌跡運(yùn)動時 同時還應(yīng)該實(shí)現(xiàn)伺服進(jìn)給速度的自動控制 以維持正常 的放電間隙和穩(wěn)定切割加工 電火花線切割機(jī)床控制系統(tǒng)的控制功能 1 軌跡控制 即精確控制電極絲相對于工件的運(yùn)動軌跡 以獲得所需的形狀和尺寸 軌跡控制原理 常見的圖形都可分解為直線和圓弧或及其組合 用數(shù)字控制技術(shù)來控制直線和圓弧軌跡的 方法 有逐點(diǎn)比較法 數(shù)字積分法和最小偏差法等等 每種插補(bǔ)方法各有其特點(diǎn) 高速走 絲數(shù)控線切割大多采用簡單易行的逐點(diǎn)比較法 此法的線切割數(shù)控系統(tǒng) X Y 兩個方向 不能同時進(jìn)給 只能按直線的斜度或圓弧的曲率來交替地一步一個微米地分步 插補(bǔ) 進(jìn) 給 采用逐點(diǎn)比較法時 X 或 Y 進(jìn)給一步 每次插補(bǔ)過程都要進(jìn)行以下四個節(jié)拍 第一拍 偏差判別 判別加工坐標(biāo)點(diǎn)對規(guī)定幾何軌跡的偏離位置 然后決定拖板的走向 第二拍 進(jìn)給 根據(jù) F 值控制坐標(biāo)工作臺沿 X 向或 X 向 或 Y 向或 Y 向進(jìn)給一步 向規(guī)定的軌跡靠攏 縮小偏差 第三拍 偏差計(jì)算 按照偏差計(jì)算公式 計(jì)算和比較進(jìn)給一步后新的坐標(biāo)點(diǎn)對規(guī)定軌跡的 偏差 F 值 作為下一步判別走向的依據(jù) 第四拍 終點(diǎn)判斷 根據(jù)計(jì)數(shù)長度判斷是否到達(dá)程序規(guī)定的加工終點(diǎn) 2 加工控制 線切割加工控制和自動化操作方面的功能很多 并有不斷增強(qiáng)的趨勢 這對節(jié)省準(zhǔn)備工作 量 提高加工質(zhì)量很有好處 主要有下列幾種 1 進(jìn)給速度控制 能根據(jù)加工間隙的平均電壓或放電狀態(tài)的變化 通過取樣 變頻電路 不定期地向計(jì)算機(jī)發(fā)出中斷申請 自動調(diào)整伺服進(jìn)給速度 保持某一平均放電間隙 使加 工穩(wěn)定 提高切割速度和加工精度 2 短路回退 經(jīng)常記憶電極絲經(jīng)過的路線 發(fā)生短路時 減少加工規(guī)準(zhǔn)并沿原來的軌跡 快速后退 消除短路 防止斷絲 3 間隙補(bǔ)償 線切割加工數(shù)控系統(tǒng)所控制的是電極絲中心移動的軌跡 4 圖形的縮放 旋轉(zhuǎn)和平移 利用圖形的任意縮放功能可以加工出任意比例的相似圖形 利用任意角度的旋轉(zhuǎn)功能可使齒輪 電機(jī)定轉(zhuǎn)子等類零件的編程大大簡化而平移功能則極 大地簡化了跳步模具的編程 5 適應(yīng)控制 在工件厚度變化的場合 改變規(guī)準(zhǔn)之后 能自動改變預(yù)置進(jìn)結(jié)速度或電 參數(shù) 包括加工電流 脈沖寬度 間隔 不用人工調(diào)節(jié)就能自動進(jìn)行高效率 高精度的加 工 6 自動找中心 使孔中的電極絲自動找正并停止在孔中心處 7 信息顯示 可動態(tài)顯示程序號 計(jì)數(shù)長度等軌跡參數(shù) 較完善的采用計(jì)算機(jī) CRT 屏幕 顯示 還可以顯示電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)和切割軌跡圖形等 此外 線切剔加工控制系統(tǒng)還具有故障安全和自診斷等功能 二 線切割數(shù)控編程 線切割機(jī)床的控制系統(tǒng)是按照人的 命令 去控制機(jī)床加工的 因此必須事先把要切 割的圖形 用機(jī)器所能接受的 語言 編排好 命令 并告訴控制系統(tǒng) 這項(xiàng)工作叫做數(shù) 控線切割編程 簡稱編程 為了便于機(jī)器接受 命令 必須按照一定的格式來編制線切割機(jī)床的數(shù)控程序 目 前高速走絲線切割機(jī)床一般采用 3B 個別擴(kuò)充為 4B 或 5B 格式 而低速走絲線切割機(jī)床通 常采用國際上通用的 ISO 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 或 EIA 美國電子工業(yè)協(xié)會 格式 為了便于國際 交流和標(biāo)準(zhǔn)化 已建議我國生產(chǎn)的線切割控制系統(tǒng)逐步采用 ISO 代碼 以下介紹我國高超走絲線切割機(jī)床應(yīng)用較廣的 3B 程序的編程要點(diǎn) 1 程序格式 Bx By Bj G Z B 分隔符 用它來區(qū)分 隔離 x y 和 J 等數(shù)碼 B 后的數(shù)字如 0 零 則此 0 可以 不寫 x y 直線的終點(diǎn)或圓弧起點(diǎn)的坐標(biāo)值 編程時均取絕對值 以為單位 m J 計(jì)數(shù)長度 亦以為單位 以前編程時必須填寫滿六