工件在数控机床上的装夹课件.ppt
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1、数控电火花线切割机床数控电火花线切割机床及线切割加工工艺及线切割加工工艺 实训中心制作实训中心制作一、一、数控电火花线切割机床简介数控电火花线切割机床简介 二、二、数控电火花线切割加工工艺基础数控电火花线切割加工工艺基础 三、三、数控线切割加工工艺的拟订数控线切割加工工艺的拟订四、四、典型零件的数控线切割加工工艺分典型零件的数控线切割加工工艺分 析析一、一、数控电火花线切割机床简介数控电火花线切割机床简介 电火花加工(Electrical Discharge Machining)属于特种加工的一种方法,该项技术在二十世纪四十年代开始研究并逐步应用于生产。随着电火花加工技术的发展,在成形加工方面
2、逐步形成两种主要加工方式:电火花成形加工和电火花线切割加工。数控电火花线切割加工(Wire Cut EDM,简称WEDM)也称数控线切割加工,它是在电火花成形加工基础上发展起来的一种新的工艺形式,因其由数控装置控制机床的运动,采用线状电极(铜丝或钼丝)靠火花放电对工件进行切割,故称为电火花线切割加工,有时简称线切割加工。线切割加工自二十世纪五十年代末诞生以来,获得了极其迅速的发展,已逐步成为一种高精度和高自动化的加工方法。在模具制造、成形刀具加工、难加工材料和精密复杂零件的加工等方面获得了广泛应用。1.1 数控电火花线切割加工原理、特点及应用数控电火花线切割加工原理、特点及应用1 1数控电火花
3、线切割加工原理数控电火花线切割加工原理 图图11 电火花线切割原理电火花线切割原理 (a)工件及其运动方向 (b)电火花线切割加工装置原理图 1-绝缘底板 2-工件 3-脉冲电源 4-电极丝(钼丝或铜丝)5-导向轮 6-支架 7-储丝筒2数控电火花线切割加工的特点数控电火花线切割加工的特点 (1)直接利用线状的电极丝作工具电极,不需要像电火花成形加工一样的成形工具电极,可节约电极制造时间和电极材料,降低制造成本,缩短了生产周期。(2)可以加工用一般切削加工方法难以加工或无法加工的微细异形孔、窄缝和形状复杂的零件,尺寸精度可达0.010.02mm,表面粗糙度值Ra可达1.25m。(3)传统的车、
4、铣、钻加工中,刀具硬度必须比工件硬度大,而数控电火花线切割机床的电极丝不必比工件材料硬,所以可以加工硬度很高或很脆,用一般切削加工方法难以加工或无法加工的材料。在加工中作为刀具的电极丝无须刃磨,可节省辅助时间和刀具费用。(4)利用电蚀原理加工,加工中工具电极和工件不直接接触,没有像机械加工那样的切削力,因而工件的变形很小,电极丝、夹具不需要太高的强度,适宜于加工低刚度工件及细小零件。(5)由于电极丝比较细,切缝很窄,只对工件材料进行“套料”加工,实际金属去除量很少,轮廓加工时所需余量也少,故材料的利用率很高,能有效地节约贵重材料。(6)由于采用移动的长电极丝进行加工,使单位长度电极丝的损耗较小
5、,从而对加工精度的影响比较小,特别在低速走丝线切割加工时,电极丝一次使用,电极损耗对加工精度的影响更小。(7)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。依靠锥度切割功能,有可能实现凹凸模一次加工成形。(8)对于粗、半精、精加工,只需调整电参数即可,操作方便,自动化程度高。采用乳化液或去离子水的工作液,不必担心发生火灾,可以昼夜无人值守连续加工。3数控线切割加工的应用数控线切割加工的应用 (1)加工模具加工模具 适用于各种形状的冲裁模,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、凹模固定板、凹模卸料板等,模具配合间隙、加工精度一般都能达到要求。
6、此外,还可加工挤压模、粉末冶金模、弯曲模、塑压模等各种类型的模具。(2)加工电火花成形加工用的电极加工电火花成形加工用的电极 一般穿孔加工的电极以及带锥度型腔加工的电极,若采用铜钨、银钨合金之类的材料,用线切割加工特别经济,同时也适用于加工微细、复杂形状的电极。(3)加工新产品试制及难加工零件加工新产品试制及难加工零件 在试制新产品时,用线切割在板料上直接割出零件,由于不需另行制造模具,可大大缩短制造周期、降低成本。同时修改设计、变更加工程序比较方便,加工薄件时还可多片叠在一起加工。在零件制造方面,可用于加工品种多,数量少的零件,特殊难加工材料的零件,材料试验样件,各种型孔、凸轮、样板、成形刀
7、具,同时还可以进行微细加工和异形槽加工等。1.2 数控电火花线切割机床的分类数控电火花线切割机床的分类 根据电极丝的运行速度不同,电火花线切割机床通常分为两大类:一类是高速走丝电火花线切割机床(WEDMHS),这类机床的电极丝作高速往复运动,一般走丝速度为812ms;另一类是低速走丝电火花线切割机床(WEDM-LS),这类机床的电极丝作低速单向运动,一般走丝速度为0.2ms;表表11 高速与低速走丝电火花线切割机床的主要区别高速与低速走丝电火花线切割机床的主要区别 项目高速走丝电火花线切割机床低速走丝电火花线切割机床走丝速度8 12 ms-11 15 mmin-1走丝方向 往复 单向工作液 线
8、切割乳化液、水基工作液 去离子水电极丝材料 钼、钨钼合金 黄铜、铜、钨、钼电源 晶体管脉冲电源,开路电压80100V,工作电流15A 晶体管脉冲电源,开路电压300V左右,工作电流132A放电间隙 0.01mm 0.020.05mm切割速度 20 160 mm2min-1 20 240 mm2min-1表面粗糙度 3.2 1.6 m 1.6 0.8 m加工精度 0.01 0.02 mm 0.005 0.01 mm电极丝损耗 加工(310)104 mm2时损耗0.01 mm 不计重复精度 0.01 0.0021.3 数控电火花线切割机床的基本组成数控电火花线切割机床的基本组成 (1)床身)床身
9、一般为铸件,是坐标工作台、绕丝机构及丝架的支承和固定基础,通常采用箱式结构,应有足够的强度和刚度。床身内部安置电源和工作液箱,考虑电源的发热和工作液泵的振动,有些机床将电源和工作液箱移出床身外另行安放。(2)坐标工作台)坐标工作台 由步进电动机、滚珠丝杠和导轨组成。带动工件实现X、Y两个坐标方向各自的进给运动,可合成获得各种平面图形曲线轨迹。(3)走丝机构)走丝机构 通过与储丝筒同轴的走丝电机的正反旋转使电极丝往复运行并保持一定的张力,储丝筒再旋转的同时做轴向移动。(4)锥度切割装置锥度切割装置 电极丝是由丝架支撑,当直壁切割时,电极丝与工作台面垂直。需要锥度切割时,采用偏移上下导轮的方法,可
10、使电极丝倾斜一定的几何角度,如图12。(5)脉冲电源脉冲电源 提供工件和电极丝之间的放电加工能量。线切割加工总是用正极性加工。(6)数控装置)数控装置 主要作用是在电火花线切割加工过程中,按加工要求自动控制电极丝相对工件的运动轨迹和进给速度来实现对工件的形状和尺寸加工。图图12 偏移上下导轮偏移上下导轮 1.4 数控电火花线切割机床示例数控电火花线切割机床示例 图图13 DK7725型数控线切割机床型数控线切割机床1-软盘驱动器 2-电源总开关 3-键盘 4-开机按钮 5-关机按钮 6-急停按钮 7-彩色显示器 8-电压表 9-电流表 10-机床电器按钮 11-运丝机构 12-丝架 13-坐标
11、工作台 14-床身 1机床工作台结构机床工作台结构 图图14 DK7725工作台结构工作台结构 1-手轮 2-刻度盘 3-上拖板 4-轴承座 5-内外隔板 6-轴承 7-丝杠 8-螺母座 9-调整螺母 10-限位开关挡块 11-V形导轨 12-限位开关 13-轴承 14-精密双齿轮 15-端盖 16-步进电机 17-上V形导轨 18-限位开关 19-接线柱 20-平导轨 21-下拖板 22-电机座 23-小齿轮 2储丝走丝部件的结构储丝走丝部件的结构 图图15 DK7725机床的储丝走丝部件机床的储丝走丝部件 1-V形导轨 2-电机 3-电机架 4-联轴器 5-左轴承座 6-轴承 7-储丝筒
12、8-轴 9-调整螺母 10-底座 11-丝杆 12-拖板 13-齿轮(Z=34)14-大齿轮(Z=102)15-小齿轮(Z=34)16-齿轮(Z=95)17-上底座 3线架、导轮部件的结构线架、导轮部件的结构 图图16 DK7725机床的线架、导轮部件机床的线架、导轮部件 1-防护罩 2-锁紧手柄 3-上线架 4-冷却液调节阀 5-护板 6-下线架 7-立柱 8-丝杆 9-螺母 10-轴承 11-法兰盖 12-螺帽 13-轴承座 14-圆螺母 15-压紧螺母 16-小圆螺母 17-轴承 18-导轮座 19-前导轮 20-接线柱 21-高频进线 22-后导轮 23-过渡轮 4传动系统传动系统(1
13、)工作台传动系统)工作台传动系统 图图17 工作台传动工作台传动系统示意图系统示意图 1、2、3、4-齿轮 5、6-螺母(2)运丝装置传动系统)运丝装置传动系统 图图18 运丝装置传动系统示意图运丝装置传动系统示意图 1-电动机 2-联轴器 3、4、5、6 齿轮(3)电极丝传动系统)电极丝传动系统 图图19 电极丝传动系统示意图电极丝传动系统示意图1-储丝筒 2-电极丝 3-排丝轮 4-导电轮 5导轮 6、7-下导轮 5工作液系统工作液系统 图图110 线切割机床工作液系统图线切割机床工作液系统图 1-过渡器 2-回液管 3-工作台 4-下丝臂进液管 5-上丝臂进液管 6-流量控制阀 7-进液
14、管 8-工作液泵 9-工作液箱 二、二、数控电火花线切割加工工艺基础数控电火花线切割加工工艺基础 2.1 线切割加工的主要工艺指标线切割加工的主要工艺指标 (1)切割速度)切割速度 在保持一定表面粗糙度的切割加工过程中,单位时间内电极丝中心在工件上切过的面积总和称为切割速度,单位为mm2min-1。切割速度是反映加工效率的一项重要指标,通常高速走丝线切割速度为4080 mm2min-1,慢速走丝线切割速度可达350 mm2min-1。(2)表面粗糙度)表面粗糙度 线切割加工中的工件表面粗糙度通常用轮廓算术平均值偏差Ra值表示。高速走丝线切割的Ra值一般为1.252.5m,最低可达0.631.2
15、5m;慢速走丝线切割的Ra值可达0.3m。(3)切割精度)切割精度 线切割加工后,工件的尺寸精度、形状精度和位置精度的总称。快速走丝线切割精度可达0.0lmm,一般为0.0150.02mm;慢速走丝线切割精度可达0.001mm左右。2.2 影响线切割工艺指标的若干因素影响线切割工艺指标的若干因素1电参数对工艺指标的影响电参数对工艺指标的影响 (1)放电峰值电流放电峰值电流ip ip是决定单脉冲能量的主要因素之一。ip增大时,单个脉冲能量亦大,线切割速度迅速提高,但表面粗糙度变差,电极丝损耗比加大甚至容易断丝。粗加工及切割厚件时应取较大的放电峰值电流,精加工时取较小的放电峰值电流。(2)脉冲宽度
16、脉冲宽度tw tw主要影响切割速度和表面粗糙度Ra值。tw增大时,单个脉冲能量增多,切割速度提高,但表面粗糙度变差。粗加工时取较大的脉宽,精加工时取较小的脉宽,切割厚大工件时取较大的脉宽。(3)脉冲间隔脉冲间隔t t直接影响平均电流。t减小时平均电流增大,切割速度加快,但t过小,放电产物来不及排除,放电间隙来不及充分消电离,会引起电弧和断丝。粗加工及切割厚大工件时脉冲间隔取宽些,而精加工时取窄些。(4)开路电压开路电压uo 开路电压增大时,放电间隙增大,排屑容易,提高了切割速度和加工稳定性,但易造成电极丝振动,工件表面粗糙度变差,加工精度有所降低。通常精加工时取的开路电压比粗加工低,切割大厚度
17、工件时取较高的开路电压。一般uo=60150V。(5)放电波形放电波形 电火花线切割加工的脉冲电源主要有晶体管矩形波脉冲电源和高频分组脉冲电源。在相同的工艺条件下高频分组脉冲能获得较好的加工效果,其脉冲波形如图111。图图111 高频分组脉冲波形高频分组脉冲波形 2.2.非电参数对工艺指标的影响非电参数对工艺指标的影响 (1)电极丝材料和直径的影响)电极丝材料和直径的影响 一般高速走丝时采用钼丝作电极丝,其直径一般选0.080.20mm;对于低速走丝,采用黄铜丝,直径一般选0.120.3mm之间。(2)走丝速度的影响)走丝速度的影响 走丝速度影响加工速度。高速走丝线切割加工时的走丝速度一般以小
18、于10m/s为宜。在慢速走丝线切割加工中,因为电极丝张力均匀,振动较小,因而加工稳定性、表面粗糙度及加工精度等均很好。(3)变频、进给速度变频、进给速度 即预置进给速度的调节,应紧密跟踪工件蚀除速度,如果预置进给速度调得太快,超过工件可能的蚀除速度,会出现频繁的短路现象,切割速度反而低,表面粗糙度也差,上下端面切缝呈焦黄色,甚至可能断丝;反之,进给速度调得太慢,大大落后于工件的蚀除速度,极间将偏于开路,有时会时而开路时而短路,上下端面切缝发焦黄色。(4)工件材料及厚度的影响工件材料及厚度的影响 通常切割铜、铝、淬火钢等材料比较稳定,切割速度也较快。而切割不锈钢、磁钢、硬质合金等材料时,加工不太
19、稳定,切割速度较慢。对淬火后低温回火的工件用电火花线切割进行大面积去除金属和切断加工时,会发生变化而产生很大变形,影响加工精度,甚至在切割过程中造成材料突然开裂。工件材料薄,工作液容易进人并充满放电间隙,对排屑和消电离有利,加工稳定。但工件太薄,金属丝易产生抖动,对加工精度和表面粗糙度不利。工件厚,工作液难于进入和充满放电间隙,加工稳定性差,但电极丝不易振动,因此加工精度和表面粗糙度较好。但厚度过大时,排屑条件变差,导致切割速度下降。(5)工作液的影响)工作液的影响 对加工速度的影响较大。低速走丝线切割机床大都采用去离子水作工作液,只有在特殊精加工时才采用绝缘性能较高的煤油。高速走丝线切割机床
20、大都使用专用乳化液。此外,工艺条件相同时,改变工作液的种类、浓度,就会对加工效果发生较大影响。工作液的脏污程度对工艺指标也有较大影响。并非加工效果最好,往往经过一段放电切割加工之后,脏污程度还不大的工作液可得到较好的加工效果。三、数控线切割加工工艺的拟订三、数控线切割加工工艺的拟订 电火花线切割加工是实现工件尺寸加工的一种技术。图112所示为数控线切割加工工艺准备和工艺过程。图图112 数控线切割加工的工艺准备和工艺过程数控线切割加工的工艺准备和工艺过程 3.1 零件图的工艺性分析零件图的工艺性分析1凹角和尖角的尺寸分析凹角和尖角的尺寸分析 凹角和尖角的尺寸要符合线切割加工的特点。线切割加工是
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