数控加工编程与操作(第六章线切割加工)

数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]16.1数控电火花线切割机床简介数控电火花线切割加工属于特种加工，常用于加工冲压模具的凸、凹模、电火花成形机床的工具电极、工件样板、工具量规和细微复杂形状的小工件或窄缝等，并可以对薄片重叠起来加工以获得一致尺寸。特种加工：将电、磁、声、光、化学等能量或其组合施加在工件的被加工部位上，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等非传统加工方法。第六章数控电火花线切割编程及操作数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]26.1.1线切割机床的加工原理与特点一、加工原理电火花线切割加工简称线切割，它是利用移动的细金属丝（电极丝）作为工具电极，并在电极丝与工件间加以脉冲电压，利用脉冲放电的腐蚀作用对工件进行切割加工的，其工作原理如图所示。数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]3线切割加工工作原理图数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]4过程：加工时，电极丝接脉冲电源的负极，经导丝轮在走丝机构的控制下沿电极丝轴向作往复或单向移动；工件安装在与床身绝缘的工作台上，接脉冲电源的正极，并随由控制电动机驱动的工作台沿加工轨迹移动。数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]5在正负极之间施加脉冲电压，并不断喷注具有一定绝缘性能的工作液，当两电极间的间隙小到一定程度时，由于两电极的微观表面是凹凸不平，其电场分布不均匀，离得最近凸点处的电场度最高，极间液体介质被击穿，形成放电通道，电流迅速上升，形成火花放电，使电极间隙内形成瞬时高温热源，通道中心温度可达到10000以上，以致局部金属材料熔化和气化。气化后的工作液和工件材料蒸气瞬间迅速膨胀，并具有爆炸的特性。在这种热膨胀、热爆炸以及工作液冲压的共同作用下，熔化和气化了的工件材料被抛出放电通道，至此完成一次火花放电过程。此时两极间又产生间隙，工作液也恢复绝缘强度。数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]6实现放电加工必须具备下列几个条件：（1）必须使用脉冲电源，即须是间歇性脉冲火花放电（2）电极丝与工件被加工表面之间必须保持一定间隙（3）必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]7二、加工特点（1）它是以很细的金属丝为工具电极，可加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件。（2）不需要制造特定形状的电极，降低了工具电极的设计和制造费用，缩短了生产准备时间，加工周期短。（3）电极丝的损耗较少，加工精度高，无须刃磨刀具，缩短辅助时间。（4）所需加工的余量小，能有效节约贵重的材料。（5）采用乳化液或去离子水的工作液，不易引燃起火，可实现安全无人运转，但工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]8（6）依靠数控系统的线径偏移补偿功能，使冲模加工的凹凸模间隙，可以任意调节。（7）利用四轴联动，可加工上、下面异形体，形状扭曲曲面体，变锥度和球形体等零件。（8）加工后表面产生变质层，在某些应用中须进一步去除。（9）加工速度较慢，大面积切割时花费工时长，不适合批量零件的生产。数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]96.1.2线切割机床的组成主要由机械装置、走丝机构、脉冲电源、工作液供给装置、数控装置和锥度切割装置等组成。数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]101、机械装置：主要由床身、坐标工作台、工作液箱、附件和夹具等几部分组成。（1）床身机床主机的基础部件，作为工作台、立柱、储丝筒等部件的支撑基础。（2）工作台由工作台面、中拖板和下拖板组成。工作台面用以安装夹具和切割工件，中拖板和下拖板组成一个X向、Y向坐标驱动系统，完成工件切割的成形运动。数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]112、走丝机构走丝机构是电火花线切割机床的重要组成部分，用于控制电极丝沿Z轴方向进入与离开放电区域，根据走丝速度可分为快走丝机构和慢走丝机构。（1）快走丝机构主要由储丝筒、走丝滑座、走丝电动机、张丝装置、丝架和导轮等部件组成，如图所示。数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]12快走丝机构的张丝装置，由紧丝重锤、张紧轮和张丝滑块等构成，如图所示。紧丝重锤在重力作用下带动张丝滑块和张紧轮沿导轨产生预紧力作用，从而使加工过程中电极丝始终处于拉紧状态，防止电极丝因松弛、抖动造成加工不稳定或脱丝。数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]13快走丝机构的储丝筒，如图所示。是缠绕并带动电极丝做高速运动的部件，安装在走丝滑座上，电极丝一般采用钼丝。数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]14（2）慢走丝机构主要由供丝绕线轴、伺服电动机恒张力控制装置、电极丝导向器和电极丝自动卷绕机构等组成，如图所示。数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]153、脉冲电源线切割机床最为关键的设备之一，对线切割加工的表面质量、加工速度、加工过程的稳定性和电极丝损耗等都有很大影响，采用脉冲电源是因为放电加工必须是脉冲性、间歇性的火花放电，而不能是持续性的电弧放电，如图所示。数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]164、工作液供给装置工作液的主要作用是：及时排除其间的电蚀产物，冷却电极丝和工件，对放电区消电离，冲刷导轮及导电块上的堆积物。工作液种类很多，常见的有乳化液、去离子水、煤油等。快走丝线切割时采用的工作液一般是油酸钾皂乳化液，慢走丝线切割时一般采用去离子水做工作液，即将自来水通过离子交换树脂净化器去除水中的离子后供使用。数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]175、数控装置机床完成轨迹控制和加工控制的主要部件。从进给伺服系统的类型来说，快走丝电火花线切割机床大多采用较简单的步进电动机开环系统，慢走丝电火花线切割机床统则大多是伺服电动机加码盘的半闭环系统，仅在一些少量的超精密线切割机床上采用伺服电动机加磁尺或光栅的全闭环系统。数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]186、锥度切割装置用于加工某些带锥度工件的内外表面，比较常见的是数控四轴联动锥度切割装置。它是由位于立柱头部的两个步进电动机直接与两个滑动丝杠相连带动滑板做U向、V向坐标移动，与坐标工作台的X、Y轴驱动构成数控四轴联动，使电极丝倾斜一定的角度，从而达到工件上各个方向的斜面切割和上下截面形状异形加工的目的。数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]196.1.3线切割机床的分类与加工对象1、分类按电极丝的运行速度快慢：快走丝线切割机床慢走丝切割机床按电极丝位置：分为立式线切割机床卧式线切割机床按电极丝倾斜状态：直壁线切割机床锥度线切割机床按工作液供给方式：冲液式线切割机床浸液式线切割机床数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]20（1）快走丝线切割机床这种机床采用钼丝（直径φ0.08～φ0.2mm）或铜丝（φ0.3mm左右）作电极。电极丝在贮丝筒的带动下通过加工缝隙作往复循环运动，一直使用到断线为止，其走丝速度快。（2）慢走丝线切割机床这种机床的走丝速度一般为3m/min,最高为15m/min。可使用紫铜、黄铜、钨、钼等作为丝电极,其直径约为φ0.03～0.35mm。相对慢走丝线切割机床而言,快走丝线切割机床结构简单,价格低廉,且加工生产率较高,精度能满足一般要求,目前在我国生产、使用较为广泛。数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]21快走丝与慢走丝线切割机床比较数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]222、加工对象线切割加工在新产品试制、精密零件加工及模具制造中应用广泛，具体有以下方面：（1）加工模具：适用于加工各种形状的冲模!通过调整不同的间隙补偿量，只需一次编程就可以切割出凸模、凸模固定板、凹模及卸料板等。（2）能加工电火花成形加工用的电极，而且比较经济（3）加工零件：各种特殊材料和复杂形状零件的加工数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]236.2数控电火花线切割加工工艺与工装电火花线切割加工，一般是作为工件加工中最后工序。要达到加工零件的加工要求，应合理控制线切割加工的各种工艺因素，同时配合选择合适工装。1、工艺分析首先对零件图进行分析以明确加工要求。其次是确定工艺基准，采用什么方法定位。2、切割路线的确定在加工中，工件内部残余应力的相对平衡受到破坏后,会引起工件的变形，所以在选择切割路线时，须注意以下方面。数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]24（1）应将工件与其夹持部分分割的部分安排在切割路线的末端，如图所示。图（a）先切割靠近夹持的部分，使主要连接部位被割离,余下材料与夹持部分连接较少,工件刚性下降,易变形而影响加工精度；图（b）图的切割路线才是正确的。数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]25（2）切割路线应从坯件预制的穿丝孔开始，由外向内顺序切割如图所示。图（a）采用从工件端面开始由内向外切割的方案,变形最大,不可取。图（b）也是采用从工件端面开始切割,但路线由外向内,比（a）图方案安排合理些,但仍有变形。图（c）的切割起点取在坯件预制的穿丝孔中,且由外向内,变形最小,是最好的方案。数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]26（3）加工的路线,距离端面（侧面）应大于5mm。（4）两次切割法：切割孔类零件,为减少变形,采用两次切割,如图所示。数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]27（5）在一块毛坯上要切出两个以上零件时,不应连续一次切割出来,而应从该毛坯的不同预制穿丝孔开始加工,如图所示。数控加工编程与操作编制：曾绍平2007-2008学年第二学期[e-mail]283、电极丝初始位置的确定线切割加工前，应将电极丝调整到切割的起始位置上，可通过对穿丝孔来实现。穿丝孔位置的确定，有如下原则：（1）当切割凸模需要设置穿丝孔时，其位置可选在加工轨迹的拐角附近，以简化编程。（2）切割凹模等零件的内表面时，将