特種加工實(shí)驗(yàn).ppt

1、特種加工實(shí)驗(yàn),激光加工實(shí)驗(yàn),電火花成型加工實(shí)驗(yàn),超聲波旋轉(zhuǎn)加工,激光加工實(shí)驗(yàn),激光加工實(shí)驗(yàn),一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解激光加工的原理、特點(diǎn)和應(yīng)用,以及LWS-400激光加工機(jī)床編程方法和格式。 了解計(jì)算機(jī)輔助加工的概念和加工過程。 了解LWS-400激光加工機(jī)床的操作方法。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 激光加工的原理、特點(diǎn)和應(yīng)用以及加工范圍。 激光焊接演示。 LWS-400激光加工機(jī)床編程格式講解。 簡單圖形手工編程練習(xí)。,三、激光加工簡介 激光加工的特點(diǎn) 激光有四大特性：高亮度、高方向性、高單色性和高相干性。由于激光具有的寶貴特性，給激光加工帶來如下一些其它方法所不具備的可貴特點(diǎn)： 無接觸加工。激光束的能量及其移

2、動速度均可調(diào)，因此可以實(shí)現(xiàn) 多種加工目的； 它可以對多種金屬、非金屬加工，特別是加工高硬度、高脆性及高熔點(diǎn)的材料； 激光加工過程中無“刀具”磨損，無“切削力”作用于工件 。,激光加工過程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，對非激光照射部位沒有或影響極小。因此，其熱影響區(qū)小，工件熱變形小，后續(xù)加工量小。 它可通過透明介質(zhì)對密閉容器內(nèi)的工件進(jìn)行各種加工。 由于激光束易于導(dǎo)向、聚焦實(shí)現(xiàn)作各方向變換，極易與數(shù)控系統(tǒng)配合，對復(fù)雜工件進(jìn)行加工，因此它是一種極為靈活的加工方法。 生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益好。,1.工業(yè)電視攝像頭2.可調(diào)整式擴(kuò)束鏡3.半反射鏡4.聚光腔6.

3、全反射鏡7.He-Ne激光準(zhǔn)直器8.托架9.導(dǎo)光頭10.噴嘴及聚光透鏡11.棱鏡12.透鏡13.鍍金反射鏡14.光閘15.部分反射鏡16.工作物質(zhì)17.激光器18.聚光器19.全反射鏡20.光泵（氙燈）21.工件22.工作臺,固體激光器工作原理,LWS-400激光加工機(jī)床,激光焊接樣品,激光打標(biāo)樣品,LWS-400激光加工機(jī)床簡介,數(shù)控系統(tǒng)簡介：系統(tǒng)軟件有主控模式、手動模式、編輯模式等三種模式。系統(tǒng)上電后的第一屏為主控模式，在主控模式按F8鍵可進(jìn)入手動模式。在主控模式按F9鍵可進(jìn)入編輯模式。 主控模式：控制系統(tǒng)上電后進(jìn)入主控模式。主控模式界面由圖形顯示區(qū)，參數(shù)顯示區(qū)，菜單和快捷鍵提示區(qū)組成。主

4、控模式下，操作者可根據(jù)F功能鍵及屏幕菜單來完成各種操作。在主控模式按F8鍵可進(jìn)入手動模式。 手動模式：在主控模式按F8鍵可進(jìn)入手動模式。手動模式為操作者手動控制機(jī)床提供方便，在手動模式下有XY軸點(diǎn)動、回零點(diǎn)、增量等操作，按F9鍵可返回到主控模式。 編輯模式：在主控模式按F9鍵可進(jìn)入編輯模式。編輯模式主要為操作者編輯G代碼文件提供方便。該編輯器是多窗口編輯器，可同時(shí)打開8個(gè)文件進(jìn)行編輯（如果內(nèi)存足夠）。,LWS-400激光加工機(jī)床,無論在什么時(shí)候都可按該鍵返回到主畫面（主控模式）。在三種模式下按F1鍵均可得到幫助。在幫助窗口用戶按ESC鍵可返回到原模式。 使用步驟 進(jìn)入數(shù)控系統(tǒng)，此時(shí)為主控模式。

5、 進(jìn)入編輯模式，建立新文件，錄入編好的程序并進(jìn)行編輯。 保存程序文件（文件名:學(xué)號.l01）。 返回主控模式，利用菜單命令調(diào)出零件程序，（G代碼文件）。 進(jìn)行加工預(yù)覽：在實(shí)際加工前一般應(yīng)先進(jìn)行加工預(yù)覽，這樣可預(yù)先知道X、Y軸的運(yùn)動軌跡，驗(yàn)證加工軌跡是否正確。 對于零件加工程序（G代碼文件），用戶可反復(fù)編輯修改,LWS-400激光加工機(jī)床,操作要領(lǐng)： F2：屏幕模擬顯示激光加工軌跡 F3：圖形放大 F4：圖形縮小 ：屏幕右移 ：屏幕左移 ：屏幕上移 ：屏幕下移 G代碼說明 G代碼的功能：G代碼是驅(qū)動數(shù)控機(jī)床進(jìn)行對零件加工的計(jì)算機(jī)命令的用應(yīng)用較為廣泛的一種，包括驅(qū)動命令和輔助功能命令等。 G代碼詳

6、述： 快速定位G00 機(jī)床快速定位命令，表示將機(jī)床快速移動到X，Y點(diǎn) 程序格式 G00 X（ ） Y（ ）,直線進(jìn)給G01 機(jī)床進(jìn)給命令，表示將機(jī)床直線移動到X，Y點(diǎn)，F(xiàn)為移動速度 程序格式 G01 X（ ） Y（ ） F（ ） 圓弧進(jìn)給 G02/ G03 機(jī)床進(jìn)給命令，表示將機(jī)床沿圓弧移動到X，Y點(diǎn)，I，J為起點(diǎn)到圓心的坐標(biāo)增量值，F(xiàn)為移動速度 程序格式 G02 X（ ） Y（ ） I（ ） J（ ） F（ ）（順時(shí)針） 或 G02 X（ ） Y（ ） I（ ） J（ ） F（ ）（逆時(shí)針）,絕對和增量坐標(biāo)編程 G90 絕對坐標(biāo)編程方式，程序中的X，Y值均為該點(diǎn)的絕對坐標(biāo) G91相對坐標(biāo)編程

7、方式，程序中的X，Y值均為終點(diǎn)坐標(biāo)相對于起點(diǎn)坐標(biāo)的增量 程序段循環(huán) G78/G79 程序格式： G78 循環(huán)體 G79 L（ ） 循環(huán)次數(shù) M代碼（輔助功能碼） M03 開激光閘 M05 關(guān)激光閘 M02 程序結(jié)束,九、編程練習(xí) 編制如下圖形程序,返回,電火花成型加工實(shí)驗(yàn),一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1. 了解電火花成型加工的原理、特點(diǎn)和應(yīng)用。 2. 了解電火花成型加工機(jī)床的操作方法。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 講解電火花成型加工機(jī)床的組成、原理、特點(diǎn)及應(yīng)用。 2. 演示電火花成型加工機(jī)床的加工過程。 3. 學(xué)生上機(jī)操作。了解電火花成型加工機(jī)床加工零件的過程。 4. 演示平動加工和多工位加工。 5. 演示旋轉(zhuǎn)電火

8、花加工機(jī)床加工平面。,電火花加工放電的基本原理 電火花加工機(jī)床： 電火花成型加工機(jī)床 線切割加工機(jī)床 電火花小孔加工機(jī) 電火花成型加工基本原理：被加工的工件做為工件電極，紫銅（或其它導(dǎo)電材料如石墨）做為工具電極。脈沖電源發(fā)出一連串的脈沖電壓，加到工件電極和工具電極上，此時(shí)工具電極和工件均被淹沒在具有一定絕緣性能的工作液(絕緣介質(zhì))中 。,電火花加工原理及裝置,在軸伺服系統(tǒng)的控制下，工具電極慢慢向工件電極進(jìn)給，當(dāng)工具電極與工件電極的距離小到一定程度時(shí)，在脈沖電壓的作用下，兩極間最近點(diǎn)處的工作液(絕緣介質(zhì))被擊穿，工具電極與工件之間形成瞬時(shí)放電通道，產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，使金屬局部熔化甚至汽化而被蝕除下來

9、，使局部形成電蝕凹坑。這樣以很高的頻率連續(xù)不斷地重復(fù)放電，工具電極不斷地向工件進(jìn)給，就可以將工具電極的形狀復(fù)制到工件上，加工出需要的型面來 。,電火花加工過程,電火花成型加工的特點(diǎn)：,由于脈沖放電的能量密度高，使其便于加工用普通的機(jī)械加工難于加工或無法加工的特殊材料和復(fù)雜形狀的零件，并不受材料及熱處理狀況的影響。 工具電極與工件材料不接觸，兩者之間宏觀作用力極小，工具電極不需要比加工材料硬，即可以柔克剛，故電極制造更容易。 電火花成型加工的應(yīng)用：加工各種高硬度、高強(qiáng)度、高韌性、高脆性的導(dǎo)電材料，并且常用于模具的制造過程中。,電火花加工樣品,返回,旋轉(zhuǎn)超聲波加工,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解旋轉(zhuǎn)超聲加工的

10、原理、特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。 了解旋轉(zhuǎn)超聲加工機(jī)床各主要部件及其功能。 熟悉旋轉(zhuǎn)超聲加工機(jī)床的操作方法 。 三、旋轉(zhuǎn)超聲加工的原理特點(diǎn)和應(yīng)用范圍 超聲波的基本特性是什么？ 超聲波加工的基本特點(diǎn) 超聲波加工的應(yīng)用范圍 旋轉(zhuǎn)超聲加工是近年來發(fā)展起來的一種新的特種加工方法。它用于加工導(dǎo)電和不導(dǎo)電的硬、脆材料。許多硬、脆導(dǎo)電材料可采用線切割、電火花成型和電解等方法加工。但對于非導(dǎo)電材料，上述加工方法都無能為力。,超聲波加工具有如下特點(diǎn)： （1）適宜加工各種硬脆材料，尤其是利用電火花和電解加工難以加工的不導(dǎo)電材料和半導(dǎo)體材料，如玻璃、陶瓷、寶石以及鍺、硅等。 （2） 由于超聲波加工中的宏觀機(jī)械力小，因此能獲得

11、良好的加工精度和表面粗糙度，尺寸精度可達(dá)0.02-0.01mm，表面粗糙度Ra值可達(dá)0.8-0.1m。,超聲波的基本特性 聲波：波源所激發(fā)的縱波頻率在1616000Hz，能引起人耳的聽覺，在這個(gè)頻率范圍內(nèi)的振動叫做聲振動，此時(shí)產(chǎn)生的波動就叫聲波。 超聲波：當(dāng)頻率范圍低于16赫茲或高于16千赫時(shí)，人的耳朵無法感覺到。為了與聲波加以區(qū)別，頻率低于16Hz的振動波稱為次聲波，頻率高于16千赫時(shí)則稱為超聲波 次聲波、聲波與超聲波，都是振動在介質(zhì)中的傳播過程，其實(shí)質(zhì)是彈性介質(zhì)的機(jī)械振動。,超聲波的基本特點(diǎn) 科學(xué)試驗(yàn)和生產(chǎn)應(yīng)用表明，頻率高于16千赫的聲波，當(dāng)其強(qiáng)度很高時(shí)，不是為聽覺服務(wù)的一些特性和作用表現(xiàn)

12、得很突出，并已獲得大量應(yīng)用。因此，隨著超聲技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展，現(xiàn)在已把不是為人的聽覺服務(wù)的聲頻范圍內(nèi)的聲波的應(yīng)用，也列入超聲技術(shù)應(yīng)用范疇，統(tǒng)稱為超聲應(yīng)用,超聲波與聲波相比較，具有兩個(gè)特點(diǎn)：1 頻率高、波長短：因此方向性好，易于形成聲束。在介質(zhì)中傳播時(shí)，與光波相似，遵循幾何光學(xué)的基本規(guī)律，具有反射、折射、聚焦等特性。2 強(qiáng)度大：在空氣中傳播的一般人耳剛能聽到的1000赫茲頻率的聲波，其聲壓約為10-10大氣壓；在10-4大氣壓以上，人耳就感到疼痛。而在液體和固體中傳播的超聲波，其聲壓可達(dá)1到幾十個(gè)大氣壓。超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)獲得的加速度可以比重力加速度大幾萬倍。超聲波在液體介質(zhì)中傳播，當(dāng)聲

13、強(qiáng)超過某一定值時(shí)，液體中還會產(chǎn)生“空化”。超聲的許多應(yīng)用（例如清洗、浸錫、乳化、粉碎 等）都是基于“空化”作用的結(jié)果。,產(chǎn)生超聲的方法： 采用流體動力型超聲發(fā)生器，例如液體和氣體兩種類型的笛和哨。 采用電聲型換能器，例如壓電式和磁致伸縮式換能器。在電子工業(yè)中應(yīng)用的超聲設(shè)備中，大都采用電聲型換能器。 超聲技術(shù)應(yīng)用：應(yīng)用歷史雖然比較短，但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對于超聲本身的特性，產(chǎn)生和接收超聲的方法（包括各種換能器和換能器的材料的研究），超聲傳播過程的各種規(guī)律，超聲可能有的各種用途，超聲作用機(jī)理以及各種應(yīng)用方法的研究，已取得相當(dāng)進(jìn)展因此，超聲在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科學(xué)研究、醫(yī)藥衛(wèi)生等方面都己獲得了日

14、益廣泛的應(yīng)用，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。,超聲應(yīng)用： 超聲檢測：利用比較弱的超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)的聲學(xué)特性對超聲波傳播的影響來探查物體和進(jìn)行測量，例如探傷、測厚、以及人體病變的診斷等。此外，利用超聲波可進(jìn)行電信號延遲、激光調(diào)制、聲成象等等。 超聲加工處理。,超聲加工處理設(shè)備及裝置：根據(jù)超聲加工處理設(shè)備的特點(diǎn)，不論其復(fù)雜或簡易程度如何，大都包括以下三部分： 超聲電源（超聲發(fā)生器）：它是供給超聲換能器超聲頻電能的能源。其功能是將50赫茲交流電轉(zhuǎn)換為超聲頻電功率輸出。 聲學(xué)部分：其功能是實(shí)現(xiàn)電聲能量轉(zhuǎn)換以及把超聲能傳遞給加工、處理對象。聲學(xué)部分的組成元件，視超聲加工、處理設(shè)備類型的不同而異。例

15、如在超聲加工機(jī)中聲學(xué)部分是指由超聲換能器、變幅桿和工具組成的整個(gè)超聲振動系統(tǒng)，在超聲清洗機(jī)中，一般指超聲換能器、聲耦合板及清洗槽。 機(jī)械部分及附屬裝置：此部分隨超聲設(shè)備類型的不同，差異較大。,聲學(xué)部分是超聲加工處理設(shè)備的核心，其性能優(yōu)劣直接決定著超聲設(shè)備的工作性能。由于超聲技術(shù)還在不斷發(fā)展；加之換能器、以及超聲振動系統(tǒng)的電聲性能測量，目前在小信號下的測量較為成熟，我們現(xiàn)在研制的這臺旋轉(zhuǎn)超聲加工機(jī)床，是在充分調(diào)研國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，由傅水根教授主持研究完成的，該課題得到了211工程項(xiàng)目和“985”項(xiàng)目資助。 對于非導(dǎo)電材料傳統(tǒng)加工方法是磨削，效率很低。超聲旋轉(zhuǎn)加工是將超聲加工和旋轉(zhuǎn)磨削相結(jié)合

16、使工效提高數(shù)倍。 超聲波換能器裝在旋轉(zhuǎn)的主軸內(nèi)，換能器產(chǎn)生的超聲波震動能量通過中間變幅桿和末端變幅桿傳輸?shù)焦ぞ邨U上。這一套系統(tǒng)必須與換能器諧振才能將超聲波震動的能量傳輸?shù)焦ぞ邨U的工作端。因此工作前應(yīng)仔細(xì)調(diào)節(jié)超聲波系統(tǒng)的震動頻率。,機(jī)床部分： 機(jī)床本體：支撐機(jī)床各部件。 底座：工作臺和立柱安裝其上。 工作臺：用于裝卡工件。工作臺可在X、Y方向作直線運(yùn)動。 立柱：支撐橫梁，橫梁由電機(jī)和絲杠帶動沿立柱導(dǎo)軌上下移動。 橫梁：支撐旋轉(zhuǎn)頭，旋轉(zhuǎn)頭可作相對于橫梁上下微小移動。 旋轉(zhuǎn)頭：主要工作部件。內(nèi)裝主軸、換能器、中間變幅桿。外裝驅(qū)動電機(jī)、末端變幅桿和工具桿。,旋轉(zhuǎn)超聲加工機(jī)床,電控柜 超聲電源：將50

17、Hz交流電通過逆變器轉(zhuǎn)換成20KHz高頻交流電。 旋轉(zhuǎn)頭電源：將交流電轉(zhuǎn)換成直流電向直流調(diào)速電機(jī)供電。 計(jì)算機(jī)：設(shè)置工作狀態(tài)。 步進(jìn)電機(jī)電源：向步進(jìn)電機(jī)提供脈沖電源。 配電箱：向各用電部分供電，裝有安全保險(xiǎn)裝置。 循環(huán)水系統(tǒng)：由儲水箱、管道泵、上水管和回水管組成。,超聲旋轉(zhuǎn)加工必備條件： 換能器、中間變幅桿、末端變幅桿和工具桿之間的連接必須緊密，使整個(gè)系統(tǒng)處于諧振狀態(tài)。（圖2） 水冷卻。水在冷卻的同時(shí)還起到排屑的作用。 有控制主軸進(jìn)給和進(jìn)給力 大小的機(jī)構(gòu)。,超聲換能器，如果按其使用的材料分，可劃分為兩大類：磁致伸縮換能器和壓電換能器。 壓電陶瓷換能器：其基本原理是多晶陶瓷經(jīng)過強(qiáng)電場極化后具有壓

18、電效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械振動能之間的相互轉(zhuǎn)換。 壓電陶瓷，特別是各種類型的鋯鈦酸鉛材料，具有優(yōu)異的性能，能夠適用于各種不同需要，應(yīng)用范圍越來越廣泛，因此居于優(yōu)勢地位。 對于超聲加工用的大振幅換能器，要求在換能器的頂端產(chǎn)生大振速振幅，應(yīng)使用低功耗的壓電陶瓷材料，并且在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上應(yīng)盡可能地降低換能器的結(jié)構(gòu)阻尼，以提高換能器的電聲效率，這種換能器的機(jī)械品質(zhì)因數(shù)一般較高。,工具桿的端部燒結(jié)有細(xì)小的金剛石顆粒。工作時(shí)工具桿不僅高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在軸向有高頻的往復(fù)振動。使金剛石顆粒由原來簡單的圓周運(yùn)動變成復(fù)雜的曲線運(yùn)動。這樣就產(chǎn)生了在微小的面積上聚集了很大能量的效果，使工件表面產(chǎn)生微裂紋。由于每一個(gè)振動周期只有50微秒，作用到工件上的時(shí)間只有幾個(gè)微秒。因此工件表面受到的作用力來不及相內(nèi)部傳播，使裂紋集中在毫微米的深度。工具桿不斷撞擊磨削工件表面，使碎屑從工件表面脫落。由于碎屑非常細(xì)小，使工件表面質(zhì)量很高。,圖3 燒結(jié)金剛石的工具桿 復(fù)合