特种加工实训指导书.docx
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特种加工实训指导书
《特种加工实训指导书》
广东松山职业技术学院机械工程系
2007年10月
第一部分 线切割
第一章 线切割加工相关理论知识
第一节线切割设备的组成及加工原理
1、数控电火花线切割的加工原理
电火花线切割是利用移动着的细线状金属丝作为工作电极,并在金属丝与工件间通以脉冲电流,利用两极间脉冲放电的电蚀作用对工件进行切割加工。
由于所采用的工具电极是一根像线一样很细、很长的金属丝(钼丝、铜丝等),所以称之为“线切割”。
如下图所示为电火花线切割的加工示意图。
工件5通过绝缘板6固定在工作台8上,并与脉冲电源7的正极相连,电极丝经导轮4穿过工件5预先钻好的小孔,并于脉冲电源7的负极相连,电极丝3由贮丝筒2带动做反复交替移动,工作液泵10将工作液经由过滤器9喷射到电极丝与工件的加工区内。
当电极丝与工件之间的间隙合适时,两者间产生火花放电进而开始切割工件,两台步进电机控制工作台在水平面上沿x、y两个坐标方向移动,并合成用户指定的曲线轨迹,从而最终将工件切割成指定的形状。
2、电火花线切割机床的组成
电火花线切割机床主要由3大部分组成,分别是机床本体、脉冲电源和控制器。
(1)机床主体
机床主体是电火花线切割机床的主要部分,由工作台、走丝机构、丝架、床身和工作液循环系统组成。
(2)脉冲电源:
作用是将普通50HZ的交流电转换成高频单向脉冲电源。
(3)控制器:
电火花线切割控制器是电火花线切割机床的重要组成部分,一般由输入线路、输出线路、主控器、及运算器等部分组成。
控制程序可由键盘、磁盘输入,微机是核心部分,将有关加工指令转换为X、Y方向的信号输出。
3、电火花线切割的特点
电火花线切割除具有电火花加工所具有的特点外,还具有如下特点。
(1) 电火花线切割的工具电极为电极丝,电极丝为标准化部件,可以直接向市场购买,因此它不需要制造成型电极,减少了辅助生产的时间,同时节约了成型电极的生产成本。
(2) 由于电极丝非常细小,因此能加工窄逢、小孔和各种复杂形状的工件。
(3) 电火花线切割一般采用“正极性”接线法,即工件接脉冲电源的正极,电极丝接脉冲电源负极,所用的脉冲宽度较窄,而窄脉冲的加工精度较高,因此电火花线切割属于中、精加工范畴。
(4) 采用长金属丝做电极,单位长度的电极丝损耗小,加工精度高。
(5) 采用水基乳化液作为工作液,而非煤油,因此安全程度高,同时加工成本降低。
4、电火花线切割的分类和加工精度
电火花线切割按电极丝走丝速度分为高速(快)走丝方式和低速(慢)走丝方式两种。
高速走丝方式的走丝速度达7~11m/s,加工精度在0.01~0.02mm左右,表面粗糙度达Ra1.6um,是我国独有的电火花线切割方式;低速走丝方式的走丝速度一般低于0.25m/s,加工精度可达0.002~0.005mm,表面粗糙度一般可达Ra1.25um,是国外常采用的电火花线切割方式,也是国内的线切割发展趋势。
5、电火花线切割机床的型号
例如型号为DK7730的数控电火花线切割机,其各字符含义如下。
DK7730
D------机床类别代号(电加工机床)
K------机床特征代号(数控机床)
7------组别代号(电火花加工机床)
7------型别代号(线切割机床)
30------基本参数代号(工作台横向行程为300mm)
6、电火花线切割设备的性能及主要技术指标
线切割设备的性能和主要技术指标包括机床的加工范围,工件大小,所用电极丝、脉冲电源的参数、数控系统的功能等。
(DK7730为例)
加工精度:
≤0.015 表面粗糙度:
≤2.5um 工作台行程:
360×300
最高生产率:
≥80mm2/min 贮丝筒尺寸:
Φ150×200
钼丝直径:
Φ0.12~Φ0.18 电极丝速度:
11m/s 切割锥度:
3º~6º
第二节 线切割编程基础
1、3B代码程序格式
3B代码程序格式是目前国产快走丝数控线切割机床采用最广泛的编程格式其一般格式为“BXBYBJGZ”,各项含义解释如下。
·B:
分隔符,表示一段程序开始,并将X、Y、J的数值分隔开。
·X:
X轴坐标值,以um为单位,um以下四舍五入。
·Y:
Y轴坐标值,以um为单位,um以下四舍五入。
·J:
记数长度,它等于加工线段在选定坐标轴上的投影长度。
·G:
记数方向,有Gx和Gy两种,表示计数长度J是取X轴还是Y轴上的投影。
·Z:
加工指令,包括直线、顺圆弧和逆圆弧各4种,共12种指令。
2、斜线(直线)编程
在采用3B代码程序格式进行斜线(直线)编程时,格式“BXBYBJGZ”中各项含义解释如下。
·X、Y:
指被加工直线段终点对起点的坐标值,但在编程中直线的X、Y值允许把它们同时放大或缩小相同的倍数,主要其比值保证不变即可。
·J:
记数长度由线段终点的坐标值中较大的值来确定,若∣Xe∣>∣Ye∣,则J=∣Xe∣,若∣Xe∣<∣Ye∣,则J=∣Ye∣。
·G:
计数方向由线段终点的坐标值中较大的值来确定,若∣Xe∣>∣Ye∣,取Gx,若∣Xe∣<∣Ye∣,取Gy。
当被加工直线段终点到两坐标轴距离相等(斜线正好在45°分界线)时,则Ⅰ、Ⅲ象限应选取Gy,Ⅱ、Ⅳ象限选取Gx。
·Z:
加工指令用L来表示,L后面的数字表示该直线段所在的象限(见图1所示),当直线段与坐标轴重合时,规定在X轴正半轴上为L1,Y轴正半轴上为L2,X轴负半轴上为L3,Y轴负半轴上为L4(见图2所示)。
3、圆弧编程
在采用3B代码程序格式进行斜线(直线)编程时,格式“BXBYBJGZ”中各项含义解释如下。
·X、Y:
是指圆或圆弧起点对其圆心的坐标值。
·G:
记数方向由圆弧终点坐标值中较小的值来确定,若∣Xe∣>∣Ye∣,取Gy,若∣Xe∣<∣Ye∣,取Gx。
·J:
记数长度是圆弧在计数方向坐标轴上投影长度的总和,对于圆弧,它可能跨越几个象限,如图3所示,圆弧从A点加工到B,终点B的x轴坐标值小于y轴坐标值,故计数方向为Gy,则J=Jx1+Jx2。
·Z:
加工指令由圆弧起点所在象限决定,用SR表示顺圆,NR表示 逆圆。
其中顺圆有4种,第一象限0°<α≤90°取SR1,第二象限90°<α≤180°取SR2,第三象限180°<α≤270°取SR3,第四象限270°<α≤360°取SR4,如图4所示。
其中逆圆有4种,第一象限0°≤α<90°取NR1,第二象限 90°≤α<180°取NR2,第三象限180°≤α<270°取NR3,第四象限270°≤α<360°取NR4,如图5所示。
5、公差编程的尺寸计算与间隙补偿
(1)公差编程的尺寸计算
加工零件时,对有公差要求的零件加工后的实际尺寸大部分是在公差带的中值附近。
因此对注有公差的尺寸,应采用中差尺寸编程。
编程尺寸=中差尺寸=基本尺寸+(上偏差+下偏差)/2
(2)3B代码编程中的补偿
数控线切割机床的电极丝在实际加工中所走的加工轨迹并不是工件的外形轮廓,还应包含一个补偿量。
因此,在进行线切割编程时应将补偿量考虑在内,否则加工出来的工件达不到加工要求。
线切割的补偿量一般包括电极丝的半径和电极丝与工件间的放电间隙两部分。
对于有配合间隙要求的工件还应包括工件间的配合间隙。
如上图所示为电极丝的半径和放电间隙补偿量示意图。
其补偿量为:
JB=W/2=±(Φ/2+δ电)
式中:
·JB:
补偿量符号。
·Φ:
电极丝直径。
·δ电:
放电间隙,通常取0.01mm。
加工凸模时,补偿量JB取“+”值,即电极丝中心轨迹应在所加工图形的外面;加工凹模时,JB取“-”值,即电极丝中心轨迹应在所加工图形的里面。
补偿量中的工件配合间隙补偿值,根据模具种类的不同所赋予的方式也不同。
·加工冲孔模具时(即冲孔后要求保证孔的尺寸),凸模尺寸由孔的尺寸确定,因此,配合间隙补偿值应在凹模上扣除,即凸模补偿量JB=Φ/2-δ电,凹模补偿量JB=(Φ/2+δ电)-δ配。
·加工落料模时(即冲后要求保证冲下的工件尺寸),凹模尺寸由工件的尺寸确定,因此,配合间隙补偿值在凸模上扣除,凸模补偿量JB=(Φ/2+δ电)-δ配,凹模补偿量JB=Φ/2-δ电。
6、自动编程(“HL”线切割编程控制系统)
自动编程时,仅需绘制加工零件的几何图形,再利用“HL”线切割编程控制系统提供的各种加工方法和线切割参数,通过合理选择和配置将其赋予几何图形,由编程系统自动给出加工零件的线切割NC程序。
(1)系统简介:
本系统是目前国内较先进的线切割机床控制系统,它的功能强大、可靠性高、抗干扰能力强、切割跟踪稳定。
本系统软硬件及接口电路全部集中在一块插卡上,结构紧凑、安装接线简单、维修方便。
系统对配置要求不高,使用486/586即可,不用硬盘、软盘也能运行。
(2)主要功能(重点功能)
·一控多功能:
可在一部电脑上同时控制多达四部机床切割不同的工件,可一边加工一边编程。
·锥度加工:
可做一般锥度加工、变锥、上下异形面加工。
·模拟加工:
可快速显示加工轨迹特别是锥度及上下异形面的上下面加工轨迹,并显示终点坐标结果。
·可将AUTOCAD的DXF格式及ISOG格式作数据转换。
·断电保护:
如加工过程中突然断电,复电后,自动恢复各台机床的加工状态。
系统内储存的文件可长期保留。
·实时显示加工图形进程,通过切换画面,可同时监视四台机床的加工状态,并显示相对坐标X、Y、J和绝对坐标X、Y、U、V等变化数值。
(3)操作使用
包括文件调入、模拟切割、正式切割、格式转换、锥度切割及上下异形面切割等操作方法。
(4)AUTOP系统概述、操作
1)概述:
AUTOP是中文交互式图形线切割自动编程软件,它采用鼠标器进行图形操作,全中文对话,用户不需要学习任何语言,只要看懂零件图纸,就可以编出线切割程序。
AUTOP将屏幕分成四部分,即图形显示区、可变菜单区、固定菜单区、会话区。
2)AUTOP操作:
绘图与自动编程(见“HL”线切割编程控制系统使用说明书)。
第二章 线切割设备操作及注意事项
1、相关工艺知识
(1)运行前的准备工作
1)为了保证各部分运动灵活轻便,减少零件磨损,机床上凡有相对运动的表面之间都必须用润滑剂进行润滑。
2)检查设备的电器连接,接插装点是否有松动现象及电源线是否有漏电。
3)检查贮丝筒、导轮传动、工作台往复运动是否灵活或是否松动。
4)按要求配好工作液。
(2)机床操作程序
1)上下线架距离的调整:
根据工件厚薄调整好上、下线架的距离。
2)手动安装钼丝:
用手摇柄将贮丝筒移至靠近身体的一端后停止,把钼丝一端紧固在贮丝筒上,钼丝从上到下经丝架导轮拉紧钼丝后用手摇柄反向转动贮丝筒,这样钼丝排列紧密、均匀的缠绕在贮丝筒上。
当钼丝缠绕到贮丝筒的另一端停止转动贮丝筒并固定钼丝的另一端。
3)手动调整运丝系统的行程挡块:
用手摇柄转动丝筒并调整行程开关挡块,使往复行程不能超过钼丝在贮丝筒上缠绕的距离。
最好在往复极限的基础上有5~8mm宽的贮丝量,这样贮丝筒才能正常运行而不断丝。
4)工件安装:
夹具、工件、工作台需要仔细做好清洁工作、紧固夹具、校正工件、最后夹紧工件。
5)穿丝:
如工件上有预留孔,将此孔对准上、下线架的喷水孔,取下上下线架的盖板,通过预留孔缠绕钼丝。
钼丝穿过喷水孔一般使用钢针,以免难以穿过。
6)紧丝:
每次新安装完钼丝后或钼丝过松,在加工前都要紧丝。
紧丝时先操作控制柜,使丝筒移至身体对面一侧后停止,用左手握紧紧丝器,拉紧钼丝;启动贮丝筒,把钼丝均匀反向移动到另一端后紧固钼丝。
最后转动贮丝筒使缠绕的钼丝在行程开关的行程范围内即可。
(3)机床的开关机顺序
1)机床的开机顺序:
先按走丝按钮,使钼丝高速运转→按工作液泵按钮,使工作液顺利循环,并调整好工作液流量→按高频电源按钮,当工件与钼丝靠得很近时能产生火花放电切割工件。
2)机床的关机顺序:
关高频电源按钮→关工作液按钮→最后关走丝按钮
(4)JZGD-8脉冲电源的使用说明
1)JZGD-8脉冲电源操作面板示意图(见图1、图2)。
2)脉冲电源的操作方法。
·电源开关(K16):
合上电源开关指示灯亮。
电压表指示高压直流电压值。
·电压选择开关(K301):
电压选择开关选择60V、70V、80V和90V。
·脉冲宽度选择:
K1是一互锁按键开关,用作脉宽基数选择,8421四键按下任一键则脉宽基数为该键值所示的数,如按下4,脉宽基数为4。
K2为四档自锁倍率选择开关,倍率为所按键的和,如按下4和1,则倍率为5;8421全部按下时的倍率为15。
总的脉宽为K1和K2的乘积,单位是us。
如K1按下的是4,K2按下的是4和1,总的脉宽为4×(4+1)=20us。
·脉冲间隔选择:
脉冲间隔选择是由另一自锁8421开关K3控制,用来选择脉冲间隔与脉冲宽度之比,其中0和1无输出,数值为各按键值按下数值之和。
·功率管选择:
K6~K13为功率选择开关,用户可根据不同的加工要求打开适当数量。
·高频开关(K5):
该开关是一个方形开关,处于弹出位置时切断高频输出(即高频关),处于按下位置时接通高频输出(即高频开)
·加工/对中开关(K14):
可实现加工和对中操作,正常加工时打在加工位置。
·自检开关(K15):
K15按下时(至少有一个功率管合上),上方发光管亮表示高频输出基本正常。
(5)电参数的选择和注意事项
1)脉冲宽度(ti)的选择
·根据表面粗糙度Ra值要求选择:
当Ra值要求≤1.25um时,脉冲宽度一般选择在2~8us;当Ra值要求≤2.5um时,脉冲宽度一般选择在8~20us;当Ra值要求在2.5~5um时,脉冲宽度一般选择在20~40us。
·根据工件厚度选择脉冲宽度:
当工件厚度在10mm以内脉冲宽度应≤30us;当工件厚度在1~2mm甚至更薄时,脉冲宽度应≤20us;当被加工零件只考虑加工速度,而其它工艺指标可忽略,此时应采用较大的脉冲宽度,但最大也不应超过100us。
·脉冲宽度越宽,单个脉冲的能量越大,切削效率越高,但表面粗糙度值增大。
2)脉冲间隔(t0)的选择
·由于厚度大的工件排屑困难,因此就需要适当加大脉冲间隔时间,这样一方面给排屑有一定的充裕时间,另一方面少生成一些电蚀物,防止断丝,使得加工较稳定。
·脉冲间隔的大小取决于脉冲宽度,一般取t0=(4~8)ti。
3)功放管个数选择
·功放管是并联使用的,功放管选择得越多,加工电流就越大,加工效率也高一些。
在同一脉冲宽度下,加工电流越大,表面粗糙度也就越差。
为保证加工的稳定性,如果加工工件厚度大时投入功放管应多一些。
因为功放管较少时,单个脉冲能量较少,这样容易发生短路,无法稳定加工。
如果只要求高速而表面粗糙度要求不高时,也可投入较多的功放管进行加工。
4)加工电压选择
·可根据加工工件的要求,以及外界电源的情况,选择加工电压,一般在70V~85V左右。
5)注意事项
·在打开电源开关K16前,应检查K1、K2按键位置,加工时不允许K1、K2处于悬空状态。
·加工过程中不允许随意改变电规参数,包括电压选择、电流选择。
若要改变电参数,应先关断K5脉冲电流输出控制开关或在运丝电极换向时改变。
·加工或输出短路时,出现电流表打表、蓝火花、烧钼丝等现象,一般是功放管损坏,可通过K6~K13开关找出损坏位置。
·加工过程中出现短路现象,其原因可能是:
脉冲参数选择不合理;采样变频跟踪不好;钼丝松紧不均匀;乳化液使用时间过长,排屑不好。
2、生产实习图
根据实际情况(如实习人数、时间)指导学生设计零件加工图。
3、生产实习步骤
(1) 根据零件的形状和尺寸要求,编制线切割加工程序。
(2) 安装电极丝和工件,并将工件起切点位置移到钼丝附近。
(3) 合上高频电源的电源开关,按要求选择好电参数。
(4) 按下高频开关K5,核定机床的走丝、工作液,手动移动工作台碰火花使钼丝对准起切点位置。
(5) 在控制器上按F12锁进给,F10选择自动,F11开高频开始切割。
(6) 加工结束后,依次关闭脉冲电源、液泵开关、运丝开关、最后关闭总电源。
清洗工件,清洁机床。
4、注意事项(线切割机床安全操作规程)
(1)操作者必须熟悉线切割机床的操作技术,开机前按设备润滑要求,对机床有关部位注油润滑。
(2)操作者必须熟悉线切割加工工艺,恰当地选取加工参数,按规定操作顺序操作,防止造成断丝等故障。
(3)用手摇柄操作贮丝筒应及时将手柄拔出,防止贮丝筒转动时将摇柄甩出伤人,装卸电极丝时,防止电极丝扎手,换下来的废丝要放在规定的容器内,防止混入电路和走丝系统中,造成电机短路、触电和断丝等事故。
注意防止因丝筒惯性造成断丝及传动件碰撞。
为此,在停机时要在贮丝筒刚换向后尽快按下停止按钮。
(4)正式加工工件之前,应确认工件位置已安装正确,防止碰撞丝架和因超程撞坏丝杆、螺母等传动部件。
(5)尽量消除工件残余应力,防止切割过程中,工件爆裂伤人,加工前安放好防护罩。
(6)机床附近不得放置易燃、易爆物品,防止工作液一时供应不上引起事故。
(7)在检修机床、机床电器、脉冲电源、控制系统时,应注意切断电源,防止触电或损坏电器元件。
(8)定期检查机床保护接地是否可靠,注意各部位是否漏电。
合上加工电源后,不可用手或手持导电工具同时接触脉冲电源的两输出端(床身与工件)防止触电。
(9)禁止用湿手按开关或接触电器部分,防止工作液等导电物进入电器部分。
一旦发生因电器短路造成火灾时,应首先切断电源,立即用四氯化碳灭火器灭火,不准用水灭火。
(10)停机时,应先停高频脉冲电源,后停工作液,让电极丝运行一段时间,并等贮丝筒反向后再停走丝。
工作结束后,关掉总电源,擦净工作台及夹具,并润滑机床。
第三章线切割加工实例
实例一
实例二
实例三
实例四
实例五
第二部分电火花加工
第一章 电火花加工理论基础
第一节电火花加工的概念、特点及发展概况
电火花加工技术是现代先进制造技术的一个重要组成部分,在现代模具制造业中具有重要作用。
掌握先进的电火花线切割加工技术是机电专业,特别是模具专业人才适应飞速发展的先进制造技术环境的关键。
1、电火花加工的概念
电火花加工是一种利用电能和热能进行加工的新工艺,俗称放电加工(ElectricalDischargeMachining,简称EDM)。
电火花加工与一般金属切削加工的区别在于,电火花加工时工具与工件并不接触,而是靠工具与工件间不断产生的脉冲性火花放电,利用放电时产生局部高温把金属材料逐步蚀除下来。
由于在放电过程中有可见火花产生,故称之为电火花加工。
2、电火花加工的特点
现在制造业的迅猛发展带动了新材料的不断涌现,高熔点、高硬度的材料层出不穷,,使得传统的金属切削方法很难甚至无法进行加工,而电火花加工几乎与材料的力学性能(硬度,强度)无关,其突破了传统金属切削方法对刀具的限制,同时电火花加工本身所具有的特殊性决定了其具有如下特点。
(1)电火花加工的优点
·适合难切削材料的加工,如高硬度材料,热处理后的工件等。
·特殊及复杂零件的加工,如微细零件、复杂模具型腔的加工。
·由于电火花加工是利用脉冲放电来蚀除金属材料,而脉冲电源的参数调节容易利用计算机数字控制方法进行控制,因此电火花加工易于实现数控加工。
·能改善结构设计,如将镶拼模具结构改为用电火花加工的整体结构。
(2)电火花加工的局限性
·通常只能对导电材料(如金属)进行加工,不能对塑料、陶瓷等非金属材料进行加工。
·电火花加工速度慢,生产效率较低。
因此,在安排工艺时尽可能采用一般金属切削方法加工零件,不能完全用金属切削方法加工的零件,应先采用金属切削方法对零件进行粗加工,然后再利用电火花进行精加工,提高效率。
·加工过程中存在电极损耗。
在利用电和热蚀除金属材料的同时,电极也存在损耗,且损耗常集中在尖角、边沿、底面位置,影响成型精度。
常需制造多个电极来达到加工精度要求,提高了加工成本。
·难以加工有棱角的工件,电火花加工的最小角部半径通常在0.02~0.03mm。
·被加工工件表面存在变质层(融化层和热影响层)。
对某些材料(如不锈钢)进行电火花加工后应对加工表面进行处理。
·电火花加工过程必须在工作液(如煤油)中进行,增加了加工的不安全隐患。
3、电火花加工发展概况
电火花加工中的电蚀现象早在20世纪初期就被人们发现。
如插头、开关的启闭所产生的火花对接触表面的损坏。
但真正将电蚀现象运用到实际生产加工中的是前苏联科学家拉扎连柯夫妇,1943年,他们利用电蚀原理研制出世界上第一台实用化的电火花加工装置,并在以后的推广应用中不断改进,使电火花加工技术得到空前发展。
如今,结合计算机技术的数控电火花加工设备的制造在国外已成为一个专门的行业,并且朝高精度、数控化和无人化方向发展。
我国在20世纪50年代初期开始研究电火花设备,并于60年代初期研制出第一台靠模仿形电火花线切割机床,随后研制出具有我国特色的高速(快)走丝线切割机床。
70~80年代,我国电火花加工技术得到飞速发展,如今已涌现出一批具有较高水准的电火花加工设备生产厂家,数控技术、电脑自动编程技术在电火花加工中得到普及应用,并逐步向国际标准靠拢。
第二节电火花加工的基本原理、过程及影响因素
1、电火花加工的基本原理
电火花加工是基于工件电极和加工工件相互靠近并达到一定的放电间隙后,两者之间产生脉冲性火花放电,并伴随局部瞬时的高温使金属局部融化,甚至气化的电蚀现象来蚀除金属材料。
要产生火花放电应具备一定的条件,如合适的放电间隙、一定的放电延续时间和工作在具有绝缘性能的液体介质中。
如图1-1所示为电火花加工的原理图。
工件2和工具电极3分别与脉冲电源1的两个输出端相连接,工件2和工具电极3之间的间隙由电火花加工机床的自动调节装置进行控制。
当两者之间的间隙达到放电间隙时,便在最小间隙处击穿工作液介质,产生局部瞬时高温,使工件和工具电极蚀除掉一小部分金属材料。
脉冲放电结束后,经过一段脉冲间隔时间使工件液恢复绝缘,接着第二个脉冲电压又加到工件和电极之上,形成第
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