浅谈特种加工技术

浅谈特种加工技术【摘要】随着现代科技的不断发展以及社会的需求，对于工业上的要求在不断的改变中，而特种加工技术的发展给工业上的要求提供了极大的帮助。特种加工应用范围广，能够为一些加工提供很大的帮助【关键词】激光加工数控电火花线切割激光加工技术的应用激光束具有单色性好、能量密度高、空间控制性和时间控制性良好等一系列优点,目前它已广泛应用于材料加工等领域。激光加工的行业包括汽车制造、航天航空、电子、化工、包装、医疗设备等。与计算机数控技术相结合,激光加工技术已成为工业生产自动化的关键技术,拥有普通加工技术所不能比拟的优势。例如激光加工为激光束具有单色性好、能量密度高、空间控制性和时间控制性良好等一系列优点,目前它已广泛应用于材料加工等领域。激光加工的行业包括汽车制造、航天航空、电子、化工、包装、医疗设备等。与计算机数控技术相结合,激光加工技术已成为工业生产自动化的关键技术,拥有普通加工技术所不能比拟的优势。例如激光加工为非接触式加工、速度快、无噪声、可实现各种复杂形状的高精度加工目的,且无通常意义上的刀具磨损,无需更换刀头。我国激光加工市场前景广阔,预计平均每年以20-30%的速率递增。一、多支PCB激光微通道打孔技术近年来,激光技术已经广泛应用于高密度印刷线路板微通道打孔及芯片封装设备中,最新的世界微通道打孔信息显示,每年有超过300,000万平方米的高密度多层印刷线路板是用激光来打孔的。用于PCB微通道打孔的早期激光打孔设备是单头的UVYAG激光器或单头的C02激光器随着微通道打孔产量的要求不断提高,许多生产厂家开始研制双头激光打孔设备。目前市场上主要的三种双头激光打孔设备:双头C02激光系统、双头UV激光系统、混合激光系统(UV和C02)。有两种比较经济实用的激光技术用于PCB板的微通道打孔;C02激光,波长在远红外区域,打孔直径〉100微米。W激光波长在紫外区域,广泛用打孔的直径〈100微米,甚至孔径缩小到〈50微米的情况。在紫外激光技术中,半导体泵浦UV激光器已经成为工业用标准激光器,它可提高传输到工件表面的单脉冲能量。二、激光焊接塑料1.激光焊接塑料的优点随着塑料在汽车、医疗设备及电子等行业的零部件设计、制造上日趋广泛的使用大功率光纤激光塑料焊接系统可完全满足塑料制品的加工过程中快速有效干净的塑料的使用,大功率光纤激光塑料焊接系统可完全满足塑料制品的加工过程中快速、有效、干净的塑料焊接方式。目前国内市场上普遍使用的塑料焊接技术主要有振动摩擦焊接、热板式塑料焊接及超声波焊接等。主要用于连接敏感性塑料制品(含有线路板)、具有复杂几何形状的塑料件以及有严格洁净要求的塑料制品(医药设备)等等。光纤激光焊接塑料技术主要有以下几方面的优点：(1)能生成精密、牢固和密封(不透气和不漏水)的焊接,树脂降解少、产生的碎屑少。(2)易于控制,具有良好的适应性,可焊接尺寸小或外形结构复杂的工件。(3)极大地减小了制品的振动应力和热应力。(4)能够将许多种类不同的材料焊接在一起。激光塑料焊接技术在欧美等发达国家已经得到了一定的应用,我国在这方面尚是空白。2.塑料激光焊接用的焊接方法激光焊接塑料的基本原理是,两种塑料在低压力下被夹紧在一起,激光穿过一个制品,然后被另外一个制品吸收,吸收激光能量的制品将光能转化为热能,在塑料的接触面熔化,形成一个焊接区。常用的焊接方法主要有：a.激光束沿着焊缝处快速扫描,达到焊接的目的。b.通过光学元件将激光束整形,同时在焊缝处产生热量。c.照射掩膜焊接,激光束仅加热制品上没有被掩膜遮住的部分,可以快速焊接复杂的焊缝。d.激光束固定,塑料工件置于受程序控制的多维可移动的工作台上。三、大功率光纤激光器在船舶制造业中的应用1.激光加工技术在造船工业中应用的优势造船工业中激光加工主要优点：(1)船舰载重量日益坛加,要求使用非常薄的平板,激光焊接避免了加工时的热影响;(2)激光可以采用光纤等灵活的输出方式,因此甲板、船体等大表面尺寸的工件加工可以不受工作台尺寸的影响。(3)力日工非接触,速度快,边缘光滑,高度自动化,大大降低造船成本及时间。2.国内外的发展现状欧美及日本主要的大型船厂已大量采用激光加工技术。目前美国、欧洲等地区正在进行大功率光纤激光工业加工设备的开发,正在开发的有2KW、6KW输出的工业级光纤激光器的加工设备的二次开发。我国已开发出了中小功率系列工业光纤激光设备,但大功率光纤激光器工业加工应用尚是空白,在我国造船工业中几乎还没有使用激光加工技术。数控电火花线切割一：数控电火花线切割机床及编程简介数控电火花线切割机床既是数控机床，又是特种加工机床，它区别于传统机床部分是：1.数控装置和伺服系统，2.不是依靠机械能通过刀具切削工件，而是以电、热能量形式来加工。电火花加工在特种加工中是比较成熟的工艺。在民用，国防生产部门和科学研究中已经获得了广泛应用，其机床设备比较定型，且类型较多，但按工艺过程中工具与工件相对运动的特点和用途等来分，大致可以分为六大类，其中应用最广，数量较多的是电火花成型加工机床和电火花线切割机床。我们这里介绍电火花线切割机床。电火花线切割加工是在电火花加工基础上用线状电极(钼丝或铜丝)靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割，有时简称线切割。控制系统是进行电火花线切割加工的重要组成部分，控制系统的稳定性、可靠性、控制精度及自动化程度都直接影响到加工工艺指标和工人的劳动强度。一．数控加工和特种加工机床的种类数控加工机床分类有两种方法：1.按控制系统分类有点位控制、直线控制、连续控制三种，2.按伺服系统分类有开环、半闭环、闭环控制系统。传统的切削加工方法主要依靠机械能来切除金属材料或非金属材料。随着工业生产和科学技术的发展，产生了多种利用其他能量形式进行加工的特种加工方法，主要是指直接利用电能、化学能、声能和光能等来进行加工的方法。在此，机械能以外的能量形式的应用是特种加工区别于传统加工的一个显著标志。新的能量形式直接作用于材料，使得加工产生了诸多特点，例如，加工用的工具硬度不必大于被加工材料的硬度，这就使得高硬度、高强度、高韧性材料的加工变得容易；又如，在加工过程中，工具和工件之间不存在显著的机械切削力，从而使微细加工成为可能。正是这些特点，促使特种加工方法获得了很大的发展，目前已广泛应用于航空航天、电子、动力、电器、仪表、机械等行业。特种加工种类主要按其能量来源和工作原理的不同分类，主要有：电、热能：电火花加工，电子束加工，等离子束加工；电、机械能：离子束加工；电、化学能：电解加工、电解抛光；电、化学、机械能：电解磨削、电解珩磨、阳极机械磨削；光、热能：激光加工；化学能：化学加工、化学抛光；声、机械能：超声波加工；机械能：磨料喷射加工、磨料流加工、液体喷射加工。电子束和离子束加工以及同时用几种加工方式的复合加工。二．电火花线切割加工原理和必备条件电火花线切割加工是利用工具电极（钼丝）和工件两极之间脉冲放电时产生的电腐蚀现象对工件进行尺寸加工。电火花腐蚀主要原因：两电极在绝缘液体中靠近时，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，极间介质被击穿，形成放电通道，电流迅速上升。在电场作用下，通道内的负电子高速奔向阳极，正离子奔向阴极形成火花放电，电子和离子在电场作用下高速运动时相互碰撞，阳极和阴极表面分别受到电子流和离子流的轰击，使电极间隙内形成瞬时高温热源，通道中心温度达到10000度以上。以致局部金属材料熔化和气化。电火花线切割加工能正常运行，必须具备下列条件：1.钼丝与工件的被加工表面之间必须保持一定间隙，间隙的宽度由工作电压、加工量等加工条件而定。2.电火花线切割机床加工时，必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，如煤油、皂化油、去离子水等，要求教高绝缘性是为了利于产生脉冲性的火花放电，液体介质还有排除间隙内电蚀产物和冷却电极作用。钼丝和工件被加工表面之间保持一定间隙，如果间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，则不能产生电火花放电；如果间隙过小，则容易形成短路连接，也不能产生电火花放电。3.必须采用脉冲电源，即火花放电必须是脉冲性、间歇性，图1中ti为脉冲宽度、to为脉冲间隔、tp为脉冲周期。在脉冲间隔内，使间隙介质消除电离，使下一个脉冲能在两极间击穿放电。三．电火花线切割和成型机区别1．电火花线切割的工具电极是沿着电极丝轴线移动着的线电极，成型机工具电极是成型电极，与要求加工出的零件有相适应的截面或形状。2．线切割加工时工具和工件在水平两个方向同时有相对伺服进给运动，成型机工件和工具只有一个相对的伺服进给运动。四．电火花线切割机床组成1．机床主体：床身、丝架、走丝机构、X—Y数控工作台2．工作液系统图1—脉冲波形3.高频电源：产生高频矩形脉冲，脉冲信号的幅值、脉冲宽度可以根据不同工作状况调节。4.数控和伺服系统五．线切割加工的应用1．广泛应用于加工各种冲模。2．可以加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件3．加工样板和成型刀具。4．加工粉末冶金模、镶拼型腔模、拉丝模、波纹板成型模5．加工硬质材料、切割薄片，切割贵重金属材料。6．加工凸轮，特殊的齿轮。7．适合于小批量、多品种零件的加工，减少模具制作费用，缩短生产周期。六．编程在数控机床中编辑程序有两种方式，一种是手工编程，另一种是自动编程。人工编程采用各种数学方法，使用一般的计算工具，人工地对编程所需的数据进行处理和运算。为了简化编程工作，利用电子计算机进行自动编程是必然趋势。自动编程使用专用的数控语言及各种输入手段向计算机输入必要的形状和尺寸数据，利用专门的应用软件即可求得各交切点坐标及编写加工程序所需的数据。1．手工编程线切割机床编程格式是用3B指令格式：编程格式如表1所示，表中B为分隔符，它的作用是把X、Y、J这些数码分开，便于计算机识别。当程序往控制器输入时，读入第一个B后它使控制器作好接受J值的准备，读入第二个B后作好接受Y轴坐标值的准备。读入第三个B后作好接受J值的准备。加工斜线时，程序中X、Y必须是该斜线段终点相对起点的坐标值。加工圆弧时，程序中X、Y必须是圆弧起点相对其圆心的坐标值。X、Y、J的数值均以um为单位。(1)．记数方向G和记数长度J为保证所要加工的圆弧或线段能按要求的长度加工出来，一般线切割机床是通过控制从起点到终点某个工作台进给的总长度来达到的。因此在计算机中设立了一个J记数器来进行记数，即把加工该线段的工作台进给总长度J的数值预先置入J计数器中，加工时当被确定为记数长度这个坐标的工作台每进给一步，J计数器就减1。这样，当J计数器减到零时，则表示该圆弧或直线已加工到终点。加工斜线段时必须用进给距离比较长的一个方向作进给控制，若线段的终点为A（Xe，Ye）,当|Xe|﹥|Ye|,记数方向取Gx，反之，记数方向取Gy，如果两个坐标值一样时，则两个记数方向均可。当圆弧终点坐标靠近Y轴时，计数方向取Gx，靠近X轴时，计数千方向取Gy，既圆弧取终点坐标绝对值小的为记数方向。如图3所示。记数长度是直线或圆弧在记数方向坐标轴上投影长度总和。对斜线段，如图２，当｜Xe|﹥|Ye|时，取Ｊ＝|Xe|，反之，则取Ｊ＝|Ye|，对于圆弧，它可能跨越几个象限，如图，圆弧都是从Ａ到Ｂ，如图３所示，后图记数方向为Ｇx，Ｊ＝Ｊx1＋Ｊx2＋Ｊx3,前图记数方向为Ｇy，Ｊ＝Ｊy1＋Ｊy2＋Ｊy3。(2)．加工指令ＺＺ是加工指令总括符号，它共有１２种，如图４所示，其中圆弧指令有８种，ＳＲ表示顺圆，ＮＲ表示逆圆，字母后面的数字表示该圆弧的起点所在象限，如ＳＲ１表示为该圆弧为顺圆，起点在第一象限。对于直线加工指令用Ｌ表示，Ｌ后面的数字表示该线段所在的象限。对于和坐标重合的直线，正Ｘ轴为Ｌ1正Ｙ轴为Ｌ2负Ｘ轴Ｌ3为负Ｙ轴为Ｌ4。编程时，同学们要注意,线切割编程坐标系和数控车床、数控铣床坐标系的区别，线切割编程坐标系只有相对坐标系，每加工一条线段或圆弧，都要把坐标原点移到直线的起点或圆弧的圆心上。2．自动编程为了把图样中的信息和加工路线输入计算机，要利用一定的自动编程语言(数控语言)来表达，构成源程序。源