特種加工設(shè)備

1、 第第11章章 特種加工設(shè)備特種加工設(shè)備11.1概概 述述 特種加工方法也稱為現(xiàn)代加工方法，是指采用除特種加工方法也稱為現(xiàn)代加工方法，是指采用除機(jī)械能以外的電能、化學(xué)能、聲能、光機(jī)械能以外的電能、化學(xué)能、聲能、光 能、磁能等能、磁能等進(jìn)行加工的方法。進(jìn)行加工的方法。 這種加工方法在加工過程中，不使用普通刀具來這種加工方法在加工過程中，不使用普通刀具來切削工件材料，而是切削工件材料，而是直接利用能量來進(jìn)行加工直接利用能量來進(jìn)行加工。 特種加工的特點(diǎn)是：特種加工的特點(diǎn)是： （1）切除材料的能量不單純依靠機(jī)械能，主要）切除材料的能量不單純依靠機(jī)械能，主要依靠電能、化學(xué)能、聲能、光能等；依靠電能、化學(xué)

2、能、聲能、光能等； （2）有的使用工具，有的則不使用工具。在加）有的使用工具，有的則不使用工具。在加工過程中，工具和工件之間不存在顯著的機(jī)械切工過程中，工具和工件之間不存在顯著的機(jī)械切削力，工具材料的硬度可低于工件材料的硬度。削力，工具材料的硬度可低于工件材料的硬度。 特種加工方法的分類見表特種加工方法的分類見表11-1所示。所示。 能量類型能量類型金屬切削機(jī)理金屬切削機(jī)理傳遞介質(zhì)傳遞介質(zhì)能源能源方法方法機(jī)械能機(jī)械能沖擊沖擊高速粒子高速粒子高壓流體高壓流體水射流加工水射流加工磨料射流加工磨料射流加工超聲波加工超聲波加工超聲波超聲波剪切剪切直接接觸直接接觸切削工具切削工具普通機(jī)械加工普通機(jī)械加工

3、電化學(xué)能電化學(xué)能離子轉(zhuǎn)移離子轉(zhuǎn)移電介質(zhì)電介質(zhì)大電流大電流電化學(xué)加工電化學(xué)加工電化學(xué)磨削電化學(xué)磨削化學(xué)能化學(xué)能燒蝕燒蝕易反應(yīng)的周圍介質(zhì)易反應(yīng)的周圍介質(zhì) 腐蝕劑腐蝕劑化學(xué)加工化學(xué)加工電熱能電熱能離子撞擊離子撞擊離子流離子流離子源離子源離子束加工離子束加工熔化、氣化熔化、氣化電子束電子束電子槍電子槍電子束加工電子束加工激光激光激光器激光器激光加工激光加工高溫離子流高溫離子流等離子電弧等離子電弧等離子電弧加等離子電弧加工工電火花電火花脈沖電源脈沖電源電火花加工電火花加工表表11 -1 特種加工方法的分類特種加工方法的分類 11.2數(shù)控電火花線切割機(jī)床數(shù)控電火花線切割機(jī)床 11.2.1 概述概述 1.

4、電火花線切割加工的基本原理電火花線切割加工的基本原理（如圖（如圖11-1所示）所示）圖圖11-1 電火花線切割原理電火花線切割原理1絕緣底板 2工件 3脈沖電源 4鉬絲 5導(dǎo)向輪 6支架 7貯絲筒 基本工作原理：基本工作原理： 電火花線切割（電火花線切割（Wire Cut EDM，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱WEDM）的基本原理是利用連續(xù)移動(dòng)的細(xì)金屬絲（銅絲或鉬的基本原理是利用連續(xù)移動(dòng)的細(xì)金屬絲（銅絲或鉬絲）作為工具電極，并在金屬絲與工件之間通以脈絲）作為工具電極，并在金屬絲與工件之間通以脈沖電流（工具沖電流（工具(線線)電極與電源的負(fù)極相接，工件與電極與電源的負(fù)極相接，工件與電源的正極相接），利用它們之間的脈

5、沖火花放電電源的正極相接），利用它們之間的脈沖火花放電效應(yīng)，使金屬熔化或氣化，并通過電極絲與工件的效應(yīng)，使金屬熔化或氣化，并通過電極絲與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，對(duì)工件進(jìn)行切割成型。電火花線切割也相對(duì)運(yùn)動(dòng)，對(duì)工件進(jìn)行切割成型。電火花線切割也簡(jiǎn)稱為線切割。簡(jiǎn)稱為線切割。 2. 數(shù)控線切割機(jī)床的分類數(shù)控線切割機(jī)床的分類 根據(jù)電極絲的運(yùn)行速度和運(yùn)轉(zhuǎn)方式，數(shù)控線切割機(jī)根據(jù)電極絲的運(yùn)行速度和運(yùn)轉(zhuǎn)方式，數(shù)控線切割機(jī)床可分為以下三類：床可分為以下三類： 高速走絲線切割機(jī)床（高速走絲線切割機(jī)床（WEDMHS） 這類機(jī)床的電極絲作高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，也稱為往復(fù)走這類機(jī)床的電極絲作高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，也稱為往復(fù)走絲或快走絲線切割機(jī)，一

6、般走絲速度為絲或快走絲線切割機(jī)，一般走絲速度為810m/s，為，為我國獨(dú)創(chuàng)，也是我國生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種；我國獨(dú)創(chuàng)，也是我國生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種； 低速走絲線切割機(jī)床（低速走絲線切割機(jī)床（WEDMLS） 這類機(jī)床的電極絲作低速單向運(yùn)動(dòng)，故也稱為單這類機(jī)床的電極絲作低速單向運(yùn)動(dòng)，故也稱為單向走絲或慢走絲線切割機(jī)，一般走絲速度低于向走絲或慢走絲線切割機(jī)，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。，這是國外生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種。 自旋轉(zhuǎn)式數(shù)控線切割機(jī)床自旋轉(zhuǎn)式數(shù)控線切割機(jī)床 這類機(jī)床的電極絲在作直線運(yùn)動(dòng)這類機(jī)床的電極絲在作直線運(yùn)動(dòng)(20120mm/s)的同時(shí)繞自身軸線做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

7、的同時(shí)繞自身軸線做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(10003000r/min)，為我國首創(chuàng)。，為我國首創(chuàng)。 11.2.2 數(shù)控線切割機(jī)床的組成數(shù)控線切割機(jī)床的組成 如圖如圖11 -2和圖和圖11 -3所示，數(shù)控線切割機(jī)床所示，數(shù)控線切割機(jī)床主要由機(jī)床本體、脈沖電源、工作液循環(huán)系主要由機(jī)床本體、脈沖電源、工作液循環(huán)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床附件等組成。統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床附件等組成。 圖圖11 -2 高速走絲線切割裝置示意圖高速走絲線切割裝置示意圖 1脈沖電源;2噴嘴;3、8步進(jìn)電動(dòng)機(jī);4電極絲;5導(dǎo)輪;6儲(chǔ)絲筒; 7坐標(biāo)數(shù)控裝置;9工件;10絕緣板;11工作液箱;12泵 圖圖11 -3 低速走絲線切割裝置示意圖低速走絲

8、線切割裝置示意圖 1脈沖電源;2工件;3工作液箱;4去離子水;5泵;6放絲筒; 7坐標(biāo)工作臺(tái);8 X軸電動(dòng)機(jī);9數(shù)控裝置;10Y軸電動(dòng)機(jī);11收絲筒 1. 機(jī)床本體機(jī)床本體 機(jī)床本體由床身、坐標(biāo)工作臺(tái)、走絲機(jī)構(gòu)、絲架、機(jī)床本體由床身、坐標(biāo)工作臺(tái)、走絲機(jī)構(gòu)、絲架、工作液箱、附件和夾具等組成。工作液箱、附件和夾具等組成。（1）床身）床身 床身是坐標(biāo)工作臺(tái)、儲(chǔ)絲機(jī)構(gòu)及絲架的支承和固床身是坐標(biāo)工作臺(tái)、儲(chǔ)絲機(jī)構(gòu)及絲架的支承和固定基礎(chǔ)，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，一般采用箱式定基礎(chǔ)，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度，一般采用箱式結(jié)構(gòu)的鑄件。結(jié)構(gòu)的鑄件。 床身內(nèi)部可安置電源及工作液箱。床身內(nèi)部可安置電源及工作液箱。 （2

9、）坐標(biāo)工作臺(tái)）坐標(biāo)工作臺(tái) 坐標(biāo)工作臺(tái)用來安置工件，并根據(jù)控制要求，對(duì)坐標(biāo)工作臺(tái)用來安置工件，并根據(jù)控制要求，對(duì)電極絲做預(yù)定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。它包括拖電極絲做預(yù)定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。它包括拖 板、導(dǎo)軌、絲板、導(dǎo)軌、絲桿運(yùn)動(dòng)副及驅(qū)動(dòng)裝置等。桿運(yùn)動(dòng)副及驅(qū)動(dòng)裝置等。 （3）走絲機(jī)構(gòu)）走絲機(jī)構(gòu) 走絲機(jī)構(gòu)的作用是使電極絲保持一定的張力，以走絲機(jī)構(gòu)的作用是使電極絲保持一定的張力，以一定的速度平穩(wěn)運(yùn)行，并使電極絲整齊地纏繞在儲(chǔ)絲一定的速度平穩(wěn)運(yùn)行，并使電極絲整齊地纏繞在儲(chǔ)絲筒上。筒上。 低速走絲機(jī)構(gòu)低速走絲機(jī)構(gòu) 如圖如圖11-4所示，低速走絲是單方向一次用絲，所示，低速走絲是單方向一次用絲，電極絲從放絲筒出絲，經(jīng)導(dǎo)向滑輪、

10、張緊裝置、導(dǎo)電極絲從放絲筒出絲，經(jīng)導(dǎo)向滑輪、張緊裝置、導(dǎo)向裝置，穿過工件等到達(dá)卷絲筒，在卷絲筒的轉(zhuǎn)動(dòng)向裝置，穿過工件等到達(dá)卷絲筒，在卷絲筒的轉(zhuǎn)動(dòng)下以一定的張力下以一定的張力(225N)和較低的速度和較低的速度(通常在通常在0.2m/s以下以下)平穩(wěn)移動(dòng)。平穩(wěn)移動(dòng)。1放絲筒;2、5、6、11、18導(dǎo)向滑輪; 3制動(dòng)輪;4、12斷絲檢測(cè)微動(dòng)開關(guān); 7卷絲筒;8放絲筒; 9壓緊輪;10抬絲輪;13、17引電板;14、16導(dǎo)向器;15工件圖圖11 -4 低速走絲機(jī)構(gòu)示意圖低速走絲機(jī)構(gòu)示意圖 為了減小電極絲的振動(dòng)，通常在工件的上、下裝有可上為了減小電極絲的振動(dòng)，通常在工件的上、下裝有可上下調(diào)節(jié)（適應(yīng)厚度

11、的變化）的藍(lán)寶石下調(diào)節(jié)（適應(yīng)厚度的變化）的藍(lán)寶石V形導(dǎo)向器或圓孔金形導(dǎo)向器或圓孔金剛石模導(dǎo)向器，其附近裝有引電板。剛石模導(dǎo)向器，其附近裝有引電板。 工作液一般通過引電區(qū)和導(dǎo)向器再進(jìn)入加工區(qū)，可使電工作液一般通過引電區(qū)和導(dǎo)向器再進(jìn)入加工區(qū)，可使電極絲的通電部分全部冷卻。有的機(jī)床上還裝有自動(dòng)穿絲機(jī)極絲的通電部分全部冷卻。有的機(jī)床上還裝有自動(dòng)穿絲機(jī)構(gòu)，能使電極絲經(jīng)過導(dǎo)向器穿過工件上的穿絲孔被送到另構(gòu)，能使電極絲經(jīng)過導(dǎo)向器穿過工件上的穿絲孔被送到另一個(gè)導(dǎo)向器，并在必要時(shí)能自動(dòng)切斷。一個(gè)導(dǎo)向器，并在必要時(shí)能自動(dòng)切斷。 為了使工作可靠，走絲機(jī)構(gòu)中通常裝有斷絲檢測(cè)微動(dòng)開為了使工作可靠，走絲機(jī)構(gòu)中通常裝有斷絲

12、檢測(cè)微動(dòng)開關(guān)，斷絲時(shí)能自動(dòng)停車并報(bào)警。關(guān)，斷絲時(shí)能自動(dòng)停車并報(bào)警。 快走絲機(jī)構(gòu)快走絲機(jī)構(gòu) 快走絲機(jī)構(gòu)通過電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)儲(chǔ)絲筒做高速正、反快走絲機(jī)構(gòu)通過電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)儲(chǔ)絲筒做高速正、反轉(zhuǎn)，使電極絲保持一定的張力，以較高的速度轉(zhuǎn)，使電極絲保持一定的張力，以較高的速度（810m/s）平穩(wěn)運(yùn)行，并通過絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)推板）平穩(wěn)運(yùn)行，并通過絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)推板隨同儲(chǔ)絲筒的正、反轉(zhuǎn)而做往復(fù)移動(dòng)，使電極絲整隨同儲(chǔ)絲筒的正、反轉(zhuǎn)而做往復(fù)移動(dòng)，使電極絲整齊、均勻地纏繞在儲(chǔ)絲筒上。齊、均勻地纏繞在儲(chǔ)絲筒上。 走絲機(jī)構(gòu)與床身、工作臺(tái)必須保持良好的絕緣。走絲機(jī)構(gòu)與床身、工作臺(tái)必須保持良好的絕緣。 （4）絲架）絲架 絲架的作用是通過絲

13、架上的兩個(gè)導(dǎo)輪對(duì)電極絲進(jìn)絲架的作用是通過絲架上的兩個(gè)導(dǎo)輪對(duì)電極絲進(jìn)行支承和導(dǎo)向，并且能使電極絲的工作部分與工作行支承和導(dǎo)向，并且能使電極絲的工作部分與工作臺(tái)保持一定的角度，以便實(shí)現(xiàn)錐度切割。臺(tái)保持一定的角度，以便實(shí)現(xiàn)錐度切割。 雙坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)絲架是在絲架上增加了雙坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)絲架是在絲架上增加了 u、v兩個(gè)驅(qū)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，通過程序控制來實(shí)現(xiàn)錐度切割。動(dòng)電動(dòng)機(jī)，通過程序控制來實(shí)現(xiàn)錐度切割。 2. 脈沖電源脈沖電源 脈沖電源的作用是把工頻交流電流轉(zhuǎn)換成一定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，以供給工件和電極絲放電頻率的單向脈沖電流，以供給工件和電極絲放電間隙所需的電能來蝕除金屬。

14、間隙所需的電能來蝕除金屬。 脈沖電源的性能直接影響加工速度、表面質(zhì)量、脈沖電源的性能直接影響加工速度、表面質(zhì)量、加工精度及電極絲的損耗等。加工精度及電極絲的損耗等。 正極性加工正極性加工 受加工表面粗糙度和電極絲允許承載電流的限制，受加工表面粗糙度和電極絲允許承載電流的限制，線切割加工電源的脈寬較窄（線切割加工電源的脈寬較窄（260s），單個(gè)脈），單個(gè)脈沖能量、脈沖峰值電流較小，一般為沖能量、脈沖峰值電流較小，一般為1535A，所，所以線切割加工總是采用以線切割加工總是采用正極性加工（即工件接正正極性加工（即工件接正極）。極）。因采用窄脈寬時(shí)，電子質(zhì)量小、慣性小、易因采用窄脈寬時(shí)，電子質(zhì)量小、

15、慣性小、易加速，且沖向正極表面，所以電能、動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱加速，且沖向正極表面，所以電能、動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱量而蝕除金屬量而蝕除金屬; 負(fù)極性加工負(fù)極性加工 若采用負(fù)極性加工，因采用的脈寬窄，且離子質(zhì)量較若采用負(fù)極性加工，因采用的脈寬窄，且離子質(zhì)量較大、慣性較大、起動(dòng)加速較慢，有一大部分離子尚未到大、慣性較大、起動(dòng)加速較慢，有一大部分離子尚未到達(dá)工件（負(fù)極）表面，脈沖就結(jié)束了，所以蝕除金屬速達(dá)工件（負(fù)極）表面，脈沖就結(jié)束了，所以蝕除金屬速度低。因此，負(fù)極性加工只適于長(zhǎng)脈沖粗加工。度低。因此，負(fù)極性加工只適于長(zhǎng)脈沖粗加工。 常用的脈沖電源常用的脈沖電源 脈沖電源的品種很多，常用的有晶體管矩形波脈沖電脈沖電

16、源的品種很多，常用的有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源、高頻分組脈沖電源、并聯(lián)電容型脈沖電源和低損耗脈沖電源等。脈沖電源等。 3. 工作液工作液 工作液在加工時(shí)起絕緣、洗滌、排屑、冷卻作用，工作液在加工時(shí)起絕緣、洗滌、排屑、冷卻作用，對(duì)切割速度、表面粗糙度、加工精度等工藝指標(biāo)影對(duì)切割速度、表面粗糙度、加工精度等工藝指標(biāo)影響很大。因此，對(duì)工作液的性能有以下要求：響很大。因此，對(duì)工作液的性能有以下要求： （1）具有一定的絕緣性）具有一定的絕緣性 火花放電必須在工作液中進(jìn)行，要求放電間隙擊火花放電必須在工作液中進(jìn)行，要求放電間隙擊穿時(shí)即能壓縮放電通道，形成瞬時(shí)、局

17、部高溫，熔穿時(shí)即能壓縮放電通道，形成瞬時(shí)、局部高溫，熔化、氣化金屬，又能在放電后迅速恢復(fù)放電間隙為化、氣化金屬，又能在放電后迅速恢復(fù)放電間隙為絕緣狀態(tài)。絕緣狀態(tài)。 絕緣性太低，將產(chǎn)生電解而不能形成火花放電絕緣性太低，將產(chǎn)生電解而不能形成火花放電; 絕緣性太高，則放電間隙將減小，排屑困難，使切絕緣性太高，則放電間隙將減小，排屑困難，使切割速度降低。割速度降低。 一般要求工作液的電阻率為一般要求工作液的電阻率為103 10 4 cm。（2）具有較好的洗滌性能）具有較好的洗滌性能 與工件材料有較大的親和附著力，滲透性強(qiáng)，去與工件材料有較大的親和附著力，滲透性強(qiáng)，去油污能力強(qiáng)，排屑效果好，使切割后的表

18、面光亮清潔。油污能力強(qiáng)，排屑效果好，使切割后的表面光亮清潔。 （3）冷卻性能好。）冷卻性能好。 （4）對(duì)環(huán)境無污染，對(duì)人體無危害。）對(duì)環(huán)境無污染，對(duì)人體無危害。 （5）價(jià)格低，穩(wěn)定性好，使用存儲(chǔ)安全方便，壽）價(jià)格低，穩(wěn)定性好，使用存儲(chǔ)安全方便，壽命長(zhǎng)等。命長(zhǎng)等。 低走絲線切割低走絲線切割機(jī)床的工作液大多采用去離子水，機(jī)床的工作液大多采用去離子水，只有在特殊精加工時(shí)才采用絕緣性較高的煤油。只有在特殊精加工時(shí)才采用絕緣性較高的煤油。 高走絲線切割高走絲線切割機(jī)床的工作液采用乳化液。機(jī)床的工作液采用乳化液。 4.數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)的主要作用是在電火花線切割加工過程數(shù)控系統(tǒng)的主要作用是在電火花

19、線切割加工過程中，按加工程序要求自動(dòng)控制電極絲與工件的相對(duì)中，按加工程序要求自動(dòng)控制電極絲與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡和進(jìn)給速度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工。運(yùn)動(dòng)軌跡和進(jìn)給速度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工。數(shù)控系統(tǒng)的主要功能數(shù)控系統(tǒng)的主要功能: （1）軌跡控制功能）軌跡控制功能 通過插補(bǔ)運(yùn)算，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給，通過插補(bǔ)運(yùn)算，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給，精確控制電極絲與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌精確控制電極絲與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌 跡，切割出跡，切割出符合形狀、尺寸要求的零件。符合形狀、尺寸要求的零件。 （2）加工控制功能）加工控制功能 主要包括對(duì)伺服進(jìn)給速度、電源裝置、走絲機(jī)構(gòu)、主要包括對(duì)伺服進(jìn)給速度、電源裝置、走絲機(jī)構(gòu)、工作液循環(huán)

20、系統(tǒng)以及其他操作的控制。工作液循環(huán)系統(tǒng)以及其他操作的控制。 進(jìn)給控制進(jìn)給控制根據(jù)加工間隙的平均電壓或放電狀態(tài)的變化，通根據(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)出中斷申過取樣、變頻電路，不定期地向計(jì)算機(jī)發(fā)出中斷申請(qǐng)，自動(dòng)調(diào)整伺服進(jìn)給速度，保持某一平均放電間請(qǐng)，自動(dòng)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，并提高切割速度和加工精度。隙，使加工穩(wěn)定，并提高切割速度和加工精度。 短路退回短路退回經(jīng)常記憶電極絲的經(jīng)過路線，發(fā)生短路時(shí)，改變經(jīng)常記憶電極絲的經(jīng)過路線，發(fā)生短路時(shí)，改變加工條件并使電極絲沿原路快速后退，消除短路，加工條件并使電極絲沿原路快速后退，

21、消除短路，防止斷絲。防止斷絲。 間隙補(bǔ)償間隙補(bǔ)償由于加工程序是按電極絲中心的移動(dòng)軌跡來進(jìn)行由于加工程序是按電極絲中心的移動(dòng)軌跡來進(jìn)行編制的，因此，必須補(bǔ)償電極絲的半徑和放電間隙：編制的，因此，必須補(bǔ)償電極絲的半徑和放電間隙：加工凸模時(shí)加工凸模時(shí)，電極絲中心軌跡應(yīng)向原圖形之，電極絲中心軌跡應(yīng)向原圖形之外偏外偏移移，進(jìn)行，進(jìn)行“間隙補(bǔ)償間隙補(bǔ)償”；加工凹模時(shí)加工凹模時(shí)，電極絲中心軌跡應(yīng)向原圖形，電極絲中心軌跡應(yīng)向原圖形內(nèi)偏移內(nèi)偏移，進(jìn)行進(jìn)行“間隙補(bǔ)償間隙補(bǔ)償”。 圖形的縮放、旋轉(zhuǎn)和平移圖形的縮放、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

22、；相似圖形；利用任意角度的旋轉(zhuǎn)功能可大大簡(jiǎn)化如齒輪、電利用任意角度的旋轉(zhuǎn)功能可大大簡(jiǎn)化如齒輪、電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子等旋轉(zhuǎn)對(duì)稱類零件的編程；動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子等旋轉(zhuǎn)對(duì)稱類零件的編程；利用平移功能則可大大簡(jiǎn)化復(fù)雜模具的編程。利用平移功能則可大大簡(jiǎn)化復(fù)雜模具的編程。 適應(yīng)控制適應(yīng)控制在工件厚度變化時(shí)，改變規(guī)準(zhǔn)之后，能自動(dòng)改變?cè)诠ぜ穸茸兓瘯r(shí)，改變規(guī)準(zhǔn)之后，能自動(dòng)改變預(yù)置進(jìn)給速度或電參數(shù)（包括加工電流、脈沖寬度預(yù)置進(jìn)給速度或電參數(shù)（包括加工電流、脈沖寬度和間隔），不用人工調(diào)節(jié)就能自動(dòng)進(jìn)行高效率、高和間隔），不用人工調(diào)節(jié)就能自動(dòng)進(jìn)行高效率、高精度的加工。精度的加工。 自動(dòng)找中心自動(dòng)找中心可使工件孔中的電極絲自動(dòng)

23、進(jìn)行中心找正，并可使工件孔中的電極絲自動(dòng)進(jìn)行中心找正，并停止在中心處。停止在中心處。信息顯示信息顯示可動(dòng)態(tài)顯示程序號(hào)、計(jì)數(shù)長(zhǎng)度等軌跡參數(shù)，采可動(dòng)態(tài)顯示程序號(hào)、計(jì)數(shù)長(zhǎng)度等軌跡參數(shù)，采用用CRT還可顯示電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)和切割軌跡圖形等。還可顯示電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)和切割軌跡圖形等。 自診斷功能等。自診斷功能等。11.3.1電火花成型加工原理電火花成型加工原理如圖如圖11 -5所示。所示。在工具電極在工具電極4和工件和工件1之間接一脈沖電源之間接一脈沖電源2，利用，利用自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置3使工具電極與工件始終保持一使工具電極與工件始終保持一很小的放電間隙，在脈沖電流的作用下，產(chǎn)生火花很小的放電間隙，在

24、脈沖電流的作用下，產(chǎn)生火花放電。放電。11.3數(shù)控電火花成型機(jī)床數(shù)控電火花成型機(jī)床 圖圖11 - 5電火花成型加工原理電火花成型加工原理 1工件;2脈沖電源;3自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置; 4工具電極;5工作液;6過濾器;7工作液泵 在工件和電極表面上的凸峰處電流密度大，產(chǎn)生在工件和電極表面上的凸峰處電流密度大，產(chǎn)生局部高溫，因此凸峰將首先被熔化、氣化，形成微局部高溫，因此凸峰將首先被熔化、氣化，形成微小的凹坑，這又會(huì)形成新的凸峰，下次脈沖放電時(shí)，小的凹坑，這又會(huì)形成新的凸峰，下次脈沖放電時(shí)，又會(huì)在新的凸峰處蝕除金屬。熔化的金屬以粉末狀又會(huì)在新的凸峰處蝕除金屬。熔化的金屬以粉末狀散布于工作液中被帶走并過

25、濾掉。這樣不斷的脈沖散布于工作液中被帶走并過濾掉。這樣不斷的脈沖放電，就可將工具電極的形狀復(fù)制在工件上，實(shí)現(xiàn)放電，就可將工具電極的形狀復(fù)制在工件上，實(shí)現(xiàn)成型加工。成型加工。 11.3.2數(shù)控電火花成型加工機(jī)床數(shù)控電火花成型加工機(jī)床 數(shù)控電火花成型加工機(jī)床是一種高精度的自動(dòng)化數(shù)控電火花成型加工機(jī)床是一種高精度的自動(dòng)化加工機(jī)床。如圖加工機(jī)床。如圖11 -6所示，它由機(jī)床本體、脈沖電所示，它由機(jī)床本體、脈沖電 源、數(shù)控系統(tǒng)、工作液循環(huán)系統(tǒng)等組成。源、數(shù)控系統(tǒng)、工作液循環(huán)系統(tǒng)等組成。 圖圖11 -6數(shù)控電火花成型加工機(jī)床示意圖數(shù)控電火花成型加工機(jī)床示意圖 機(jī)床主軸機(jī)床主軸上裝有工具電極（正上裝有工具電

26、極（正 極），工件（負(fù)極）極），工件（負(fù)極）固定在工作臺(tái)上，在固定在工作臺(tái)上，在CNC系統(tǒng)控制下，系統(tǒng)控制下， Z向伺服電動(dòng)向伺服電動(dòng)機(jī)通過滾珠絲杠帶動(dòng)主軸上、下運(yùn)動(dòng)，使工具電極與機(jī)通過滾珠絲杠帶動(dòng)主軸上、下運(yùn)動(dòng)，使工具電極與工件之間保持穩(wěn)定的放電間隙，實(shí)現(xiàn)電蝕加工過程。工件之間保持穩(wěn)定的放電間隙，實(shí)現(xiàn)電蝕加工過程。 X、Y兩坐標(biāo)工作臺(tái)兩坐標(biāo)工作臺(tái)由伺服電動(dòng)機(jī)通過滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)由伺服電動(dòng)機(jī)通過滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)X、Y向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，完成指定的軌跡加工。向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，完成指定的軌跡加工。 ATC是電極的自動(dòng)更換裝置，可根據(jù)需要更換不同是電極的自動(dòng)更換裝置，可根據(jù)需要更換不同形狀的電極，以加工所需形狀的。形狀的

27、電極，以加工所需形狀的。11.4 激光切割機(jī)激光切割機(jī) 11.4.1 概概 述述 1.光的物理概念光的物理概念 電磁學(xué)說認(rèn)為：電磁學(xué)說認(rèn)為：光是一種在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光是一種在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電磁波。電磁波。 波長(zhǎng)波長(zhǎng)、頻率、頻率、光速、光速c具有下列關(guān)系具有下列關(guān)系: = c / 可見光：可見光：可見的紅、橙、黃、綠、藍(lán)、青、紫光的波長(zhǎng)范可見的紅、橙、黃、綠、藍(lán)、青、紫光的波長(zhǎng)范圍為圍為0.40.76m；紫外光：紫外光：波長(zhǎng)小于波長(zhǎng)小于0.4m的光稱為紫外光或紫外線；的光稱為紫外光或紫外線；紅外光：紅外光：波長(zhǎng)大于波長(zhǎng)大于0.76m的光稱為紅外光或紅外線。的光稱為紅外光或紅外線。 量子學(xué)說認(rèn)

28、為：量子學(xué)說認(rèn)為：光是一種以光速運(yùn)動(dòng)且具有一定光是一種以光速運(yùn)動(dòng)且具有一定能量的粒子流。能量的粒子流。這種具有一定能量的粒子稱為光子，光子的能量這種具有一定能量的粒子稱為光子，光子的能量 E與光的頻率成正比，即：與光的頻率成正比，即： E = h 式中，式中， h為普朗克常數(shù)。為普朗克常數(shù)。 因此，光是一種具有波粒二相性的物質(zhì)，即光既因此，光是一種具有波粒二相性的物質(zhì)，即光既具有波動(dòng)性，又具有粒子性。具有波動(dòng)性，又具有粒子性。 2.原子發(fā)光的兩種形式原子發(fā)光的兩種形式 （1）自發(fā)輻射）自發(fā)輻射 原子內(nèi)部的電子，可以通過與外界交換能量而從原子內(nèi)部的電子，可以通過與外界交換能量而從一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變

29、為另一種運(yùn)動(dòng)狀一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變?yōu)榱硪环N運(yùn)動(dòng)狀 態(tài)，對(duì)于每一態(tài)，對(duì)于每一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，原子內(nèi)部都有某一確定的能量值，即種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，原子內(nèi)部都有某一確定的能量值，即能級(jí)。能級(jí)。習(xí)慣上把能量值大的叫高能級(jí)，把能量值小的叫習(xí)慣上把能量值大的叫高能級(jí)，把能量值小的叫低能級(jí)，最小的能級(jí)叫基態(tài)。低能級(jí)，最小的能級(jí)叫基態(tài)。一般，能級(jí)越高，電一般，能級(jí)越高，電子的數(shù)目就越少。如圖子的數(shù)目就越少。如圖11 -7所示為氫原子的能所示為氫原子的能級(jí)示意圖，其中，處于級(jí)示意圖，其中，處于 E2 、E3 、E8 等等高能級(jí)的電子很不穩(wěn)定，高能級(jí)的電子很不穩(wěn)定，總是力圖回到較低的能總是力圖回到較低的能級(jí)。因此，高能級(jí)的電級(jí)。

30、因此，高能級(jí)的電子為激發(fā)態(tài)。子為激發(fā)態(tài)。圖圖11 -7 氫原子的能級(jí)示意圖氫原子的能級(jí)示意圖 電子從高能級(jí)向低能級(jí)運(yùn)動(dòng)的過程稱為電子從高能級(jí)向低能級(jí)運(yùn)動(dòng)的過程稱為躍遷躍遷，當(dāng)電，當(dāng)電子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)或基態(tài)時(shí)，常以發(fā)出光子的子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)或基態(tài)時(shí)，常以發(fā)出光子的形式輻射出能量，這種發(fā)光過程稱為形式輻射出能量，這種發(fā)光過程稱為自發(fā)輻射。自發(fā)輻射。如日光燈、氙燈等光源都是自發(fā)輻射發(fā)光，自發(fā)輻如日光燈、氙燈等光源都是自發(fā)輻射發(fā)光，自發(fā)輻射發(fā)光時(shí)的頻率射發(fā)光時(shí)的頻率與躍遷能量差與躍遷能量差 En - E1 、普朗克常數(shù)、普朗克常數(shù) h遵循下列關(guān)系遵循下列關(guān)系: =（ En - E1 ）/

31、h 由于各個(gè)受激原子自發(fā)躍遷返回基態(tài)時(shí)，輻射時(shí)間由于各個(gè)受激原子自發(fā)躍遷返回基態(tài)時(shí)，輻射時(shí)間不一致，躍遷的能級(jí)多，因此，頻率、波長(zhǎng)不同。不一致，躍遷的能級(jí)多，因此，頻率、波長(zhǎng)不同。 故故這類光源強(qiáng)度低、單色性差。這類光源強(qiáng)度低、單色性差。 （2）受激輻射）受激輻射 當(dāng)一束光入射到具有大量激發(fā)態(tài)原子的系統(tǒng)中時(shí)，當(dāng)一束光入射到具有大量激發(fā)態(tài)原子的系統(tǒng)中時(shí)，若這束光的頻率與該系統(tǒng)中電子躍遷所發(fā)光的頻率若這束光的頻率與該系統(tǒng)中電子躍遷所發(fā)光的頻率 =（ En - E1 ）/ h 很接近，則該系統(tǒng)中大量處于很接近，則該系統(tǒng)中大量處于激發(fā)態(tài)的原子在這束光激發(fā)態(tài)的原子在這束光 的激發(fā)下會(huì)向低能級(jí)躍遷，的激發(fā)

32、下會(huì)向低能級(jí)躍遷，同時(shí)發(fā)出一束光，這束光與入射光有著完全相同的特同時(shí)發(fā)出一束光，這束光與入射光有著完全相同的特性（頻率、性（頻率、 相位、傳播方向等都相同），相當(dāng)于把相位、傳播方向等都相同），相當(dāng)于把入射光放大了，這種發(fā)光過程稱為入射光放大了，這種發(fā)光過程稱為受激輻射。受激輻射。 3.激光及其產(chǎn)生激光及其產(chǎn)生 激光激光（Laser，即，即Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的縮寫）意思的縮寫）意思是利用受激輻射而得到的加強(qiáng)光。是利用受激輻射而得到的加強(qiáng)光。激光的特點(diǎn)：激光的特點(diǎn)：具有強(qiáng)度高、單色性好、相干性好和方向性好的

33、具有強(qiáng)度高、單色性好、相干性好和方向性好的基本特性?；咎匦?。 例如例如人工晶體紅寶石基本成分是氧化鋁，其中摻人工晶體紅寶石基本成分是氧化鋁，其中摻雜雜0.05%（質(zhì)量（質(zhì)量 分?jǐn)?shù)）的氧化鉻，鉻離子就可以發(fā)分?jǐn)?shù)）的氧化鉻，鉻離子就可以發(fā)射激光。射激光。當(dāng)用脈沖氙燈照射紅寶石時(shí)，處于低能級(jí)當(dāng)用脈沖氙燈照射紅寶石時(shí)，處于低能級(jí) E1 （基態(tài)）的鉻離子被大量激發(fā)到高能級(jí)（基態(tài)）的鉻離子被大量激發(fā)到高能級(jí)En （激發(fā)（激發(fā)態(tài)），由于態(tài)），由于 En狀態(tài)不穩(wěn)定，壽命很短，大量狀態(tài)不穩(wěn)定，壽命很短，大量 En狀狀態(tài)的鉻離子又很快躍遷到壽命較長(zhǎng)的亞穩(wěn)態(tài)態(tài)的鉻離子又很快躍遷到壽命較長(zhǎng)的亞穩(wěn)態(tài) E2 。這時(shí)當(dāng)用

34、頻率為這時(shí)當(dāng)用頻率為 =（ E2 - E1 ）/h 的光源去的光源去“刺激刺激”（照射）它時(shí)，就可以產(chǎn)生從高能級(jí)（照射）它時(shí)，就可以產(chǎn)生從高能級(jí) E2到到低能級(jí)低能級(jí)E1的受激輻射躍遷，發(fā)出相同頻率的受激輻射躍遷，發(fā)出相同頻率的光子，的光子，而這些光子又會(huì)繼續(xù)而這些光子又會(huì)繼續(xù)“刺激刺激”別的亞穩(wěn)態(tài)離子發(fā)出別的亞穩(wěn)態(tài)離子發(fā)出光來，這樣互為因果，連鎖反應(yīng)，在極短的時(shí)間內(nèi)光來，這樣互為因果，連鎖反應(yīng)，在極短的時(shí)間內(nèi)可以使受激原子的能量以同一頻率可以使受激原子的能量以同一頻率的單色光輻射的單色光輻射出來，出來， 形成能量密度很高的激光。形成能量密度很高的激光。 4.激光的加工原理激光的加工原理 由于

35、激光的強(qiáng)度高、方向性好、顏色單純，可以由于激光的強(qiáng)度高、方向性好、顏色單純，可以通過一系列的光學(xué)系統(tǒng)把激光束聚焦通過一系列的光學(xué)系統(tǒng)把激光束聚焦 成一個(gè)極小的成一個(gè)極小的光斑（直徑僅有幾微米到幾十微米），獲得光斑（直徑僅有幾微米到幾十微米），獲得108 1010 W/mm2 的能量密度和的能量密度和 10000以上的高溫，從以上的高溫，從而能在千分之幾秒甚至更短的時(shí)間內(nèi)，使各種物質(zhì)熔而能在千分之幾秒甚至更短的時(shí)間內(nèi)，使各種物質(zhì)熔化和氣化，以達(dá)到蝕除被加工工件材料的目的?；蜌饣?，以達(dá)到蝕除被加工工件材料的目的。 5.激光的加工特點(diǎn)及應(yīng)用激光的加工特點(diǎn)及應(yīng)用 激光加工大多數(shù)基于光對(duì)非透明體材料的

36、作用過激光加工大多數(shù)基于光對(duì)非透明體材料的作用過程，其特點(diǎn)如下程，其特點(diǎn)如下: （1）激光的光斑小，能進(jìn)行非常細(xì)微的加工。）激光的光斑小，能進(jìn)行非常細(xì)微的加工。 （2）激光的能量密度高，適用于用其他方法難）激光的能量密度高，適用于用其他方法難加工的材料。加工的材料。 （3）激光加工時(shí)，激光槍體與工件不接觸，加）激光加工時(shí)，激光槍體與工件不接觸，加工變形小，熱變形也小。工變形小，熱變形也小。 （4）激光能穿過透明體進(jìn)行加工。）激光能穿過透明體進(jìn)行加工。 （5）激光加工與電子束加工相比，不需要真空，）激光加工與電子束加工相比，不需要真空，也不需要對(duì)也不需要對(duì)X射線進(jìn)行防護(hù)。因此激光裝置簡(jiǎn)單，射線進(jìn)

37、行防護(hù)。因此激光裝置簡(jiǎn)單，工作性能良好。工作性能良好。 目前激光已用于各種加工領(lǐng)域，目前激光已用于各種加工領(lǐng)域，例如例如: （1）打孔金剛石模具、鐘表軸承、陶瓷、橡膠、）打孔金剛石模具、鐘表軸承、陶瓷、橡膠、塑料等非金屬以及硬質(zhì)合金、不銹鋼等金屬材料。塑料等非金屬以及硬質(zhì)合金、不銹鋼等金屬材料。 （2）激光刻錄光盤在盤面上打一系列隨信號(hào)變化）激光刻錄光盤在盤面上打一系列隨信號(hào)變化的凹坑。的凹坑。 （3）切斷各種金屬材料、紙張、布料、皮革、陶）切斷各種金屬材料、紙張、布料、皮革、陶瓷、塑料等非金屬。瓷、塑料等非金屬。 （4）劃線半導(dǎo)體材料、陶瓷等。）劃線半導(dǎo)體材料、陶瓷等。 （5）微調(diào)薄膜和厚膜電路的電阻、石英振子和）微調(diào)薄膜和厚膜電路的電阻、石英振子和音叉的頻率，以及鐘表擺輪、微型電動(dòng)機(jī)、汽輪音叉的頻率，以及鐘表擺輪、微型電動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)的動(dòng)平衡。機(jī)的動(dòng)平衡。 （6）焊接金屬箔、板、絲、玻璃、硬質(zhì)合金等。）焊接金屬箔、板、絲、玻璃、硬質(zhì)合金等。 （7）表面處理表面淬火等。）表面處理表面淬火等。 6.激光的種類及加工用激光器激光的種類及加工用激光器 激光根據(jù)其所用的發(fā)光材料不同，可分為固體激光根據(jù)其所用的發(fā)光材料不同，可分為固體激光、氣體激光、液體激光和半導(dǎo)體激光等。激光、氣體激光、液體激光和半導(dǎo)體激光等。表表11 -2 常見加工用激光器常見加工用激光器 11.4.2 CO2