电火花线切割加工技术.doc

精 密 与 特 种 加 工 技 术 论 文姓 名 学 号 院 系 专 业 年 级 指导教师 年 月 日机 电 工 程 学 院电火花线切割加工技术摘要：随着在我国国民经济的飞速发展，特别是工业技术飞速发展的新形势下，急需发展模具加工技术，而数控电火花切割技术正是模具加工工艺领域中的一种关键技术。目前在电机，仪表等行业新产品的研制开发过程中，常采用数控电火花线切割方法直接切割出零件，大大缩短了研制周期，并降低了成本。在众多工业产品的生产过程中，都用到了数控电火花切割机床，如飞机制造、汽车模具制造、手机零部件的生产等，因此电火花机床的研究与改进是我国国内市场的需要，也能为我国的工业的发展起一定的作用。电火花线切割，其基本工作原理是利用连续移动细金属丝（成为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。本次论文以电火花线切割为主线，综合了线切割的发展，电火花线切割机床，电火花线切割加工质量及其影响因素，电火花线切割加工程序编制等。关键词：工业生产 电火花线切割 发展史 加工质量 程序编制第一章 电火花线切割的介绍1.电火花线切割的发展20世纪中期，苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法，线切割放电机也于1960年发明于苏联。当时以投影器观看轮廓面前后进给工作台面加工，其实认为加工速度虽慢，却可加工传统机械不易加工的微细形状。代表的实用例子是化织喷嘴的异型孔加工。国内五十年代，电火花加工开始被认识，电火花机床开始进入加工领域，虽然当时只能解决硬度问题，打些丝锥钻头之类。但这是电加工在模具行业大行其道的开始。这时人们已经认识到如果“钢丝锯” 加上“电火花”，“锯”有硬度的淬火钢应是可能的。于是，让一个轴上储的大量铜丝经两个导向轮缠绕到另一个储丝轴上，两个导向轮间放上工件，工件接RC电源的正极，铜丝接RC电源的负极，就实现了火花切割。尽管当时两个储丝轴像电影片盘一样的更换，尽管当时以各种摩擦方式制造丝的张力，也尽管当时以防锈防臭的磨床冷却液做加工液，必竟实现了“线电极火花切割”。六十年代初期，某些军工企业和模具行业骨干厂以技术革新、自制自用的形式开始制造“线切割”。大多是用铜丝、丝速25米/分、RC电源，至多是电子管脉冲源，控制方式业多是手摇和靠模。就这样切出的如山字形矽钢片和电子管极板冲模仍是另人瞩目。国外的线切割机初始于六十年代末期，并首先在日本、瑞士产业化，商品化。一开始他们的基本模式是这样的：依托PC机的强大功能资源，精密机械制造的传统优势，力求高精度、自动化。用铜丝，0。30。35mm丝径，一次性使用，丝速26米/分，无害化的去离子水。早期的慢走丝与快速往复走丝相比，精度、光洁度占优，而速度、切厚能力、内尖角的清根能力和操作方便均不及。快慢走丝呈相互拟补，相互竞争，相互促进，各具特色，各展所长，将是长期共存的局面。快走丝不经铺垫直接卖到国外的可能很小，慢走丝也不可能把快走丝淘汰出局。凭借快走丝的廉价和实用，用示范推广的办法首先介绍到国外的某个地区，被认识和采用的可能也是有的。2.电火花线切割机床的类型（一）按电极丝运行速度分：高速电火花线切割机床、低速线切割机床、立式回转电火花线切割机床。高速电火花线切割机床的走丝速度为612 m/s，是我国独创的机种。往复走丝线切割机床不能对电极丝实施恒张力控制，故电极丝抖动大，在加工过程中易断丝。由于电级丝是往复使用，所以会造成电极丝损耗，加工精度和表面质量降低。低速线切割机床电极丝以铜线作为工具电极，一般以低于0.2m/s的速度作单向运动，在铜线与铜、钢或超硬合金等被加工物材料之间施加60300V的脉冲电压，并保持550um间隙，间隙中充满脱离子水(接近蒸馏水)等绝缘介质机床结构精密，技术含量高，机床价格高，因此使用成本也高。立式回转电火花线切割机的特点与传统的高速走丝和低速走丝电火花线切割加工均有不同，两套主轴头之间的区域为有效加工区域。（二）按电极丝运动轨迹的控制形式分：靠模仿形控制电火花线切割机床、光电跟踪控制电火花线切割机床、数字程序控制电火花线切割机床。靠模仿形电火花线切割机床，其在进行线切割加工前，预先制造出与工件形状相同的靠模，加工时把工件毛坯和靠模同时装夹在机床工作台上，在切割过程中电极丝紧紧的贴着靠模边缘作轨迹运动，从而切割出与靠模形状和精度相同的工件。光电跟踪控制电火花线切割机床，其在进行线切割前，先根据零件图样按一定比例描绘出一张光电跟踪图，加工时将图样置于机床的光电跟踪台上，跟踪台上的光点头始终追随墨线图形的轨迹运动，再借助于电气、机械的联动，控制机床工作台连同工件相对电极丝做相似形的运动。数字程序控制电火花线切割机床，采用先进的数字化自动控制技术，驱动机床按照加工前根据工件几何形状参数预先编制好的数控加工程序自动完成加工，不需要制作靠模样板也无需绘制放大图，比前面两种控制形式具有更高的加工精度和广阔的应用范围，目前国内外95%以上的电火花线切割人机床都以采用数字化。第二章 电火花线切割加工机理 1.脉冲电源电火花线切割的加工用的脉冲电源的作用是把工频交流电源转换成一定频率的单向脉冲电流，以供给电极放点间隙所需要的能量来蚀除金属。脉冲电源对电火花加工的生产率、表面质量、加工精度、加工过程的稳定性和工具电极损耗等技术经济指标有很大影响。电火花线切割脉冲电源的形式品种很多，如晶体管矩形波脉冲电源、高频分组脉冲电源、节能型脉冲电源等。对电火花线切割加工用脉冲总的要求是：有较高的加工速度，不但在粗加工时要有较高的加工速度，而且在精加工时也应具有较高的加工速度；工具电极损耗低；加工过程稳定性好，在给定的各种脉冲参数下能保持稳定加工，抗干扰能力强、不易产生电弧放电、可靠性强、操作方便；工艺范围广，不仅能适应粗、中、精加工的要求，而且要适应不同工件材料的加工。脉冲电源要都满足上述要求是困难的，一般来说，为了满足这些总的要求，对电火花线切割加工脉冲电源的具体要求是：所产生的脉冲应该是单向的，没有负半波或负半波很小，这样才能最大限度的利用极性效应，不过受工件表面粗糙度和电极丝允许承载电流的限制，线切割加工脉冲电源的脉宽较窄（260s）,单个脉冲能量、平均电流（15A）一般较小，所以线切割加工总是采用正极性加工。脉冲的主要参数，如峰值电流 、脉冲宽度ti 、脉冲间隔t0等应能在很宽的范围内调节，以满足粗、中、精加工的要求。脉冲电源不仅要考虑工作稳定可靠、成本低、寿命长、操作维修方便和体积小等问题，还要考虑节省电能。晶体管矩形波脉冲电源是利用功率晶体管作为开关元件而获得单向脉冲的。它具有脉冲频率高、脉冲参数容易调结、脉冲波形较好、易于实现多回路加工和自适应控制等自动化要求的有点，所以应用非常广泛，特别在中、小型脉冲电源中，都采用晶体高频分组脉冲波形，它是矩形波派生的一种波形，即把较高频率的小脉宽和小脉间的矩形波脉冲分组成为大脉宽和大脉间输出。矩形波脉冲电源对提高切割速度和减小表面粗糙度这两项指标是相互矛盾的，高频分组脉冲波形在一定程度上能解决这两者的矛盾，在相同工艺条件下，可获得较好的加工工艺效。2.机械系统机床是线切割加工设备的主要部分，其结构形式和制造精度都直接影响到加工性能。机床一般由床身、工作台、走丝机构、丝架、工作液循环系统等几部分组成。（一）床身： 床身为机床的支撑体，是安装其他部件的基础，通常采用箱式结构。床身内部放置机床电器。（二）工作台：工作台部件用来安放工件。由上下拖板、导轨、丝杆螺母副及变速机构4部分组成，其工作原理是驱动电动机通过变速机构将动力传递给丝杆螺母副，丝杆螺母副将传递过来的旋转运动变成沿坐标轴的直线运动，从而获得各种平面图形的曲线轨迹。    工作台的传动通常采用高精度丝杆螺母副，为保证定位精度和灵敏度，传动丝杠与螺母之间必须消除间隙。 （三）走丝机构：走丝机构可分为高速走丝机构和低速走丝机构。  高速走丝机构的电极丝做高速往复运动，一般走丝速度为810 ms,走丝速度等于储丝筒周边的线速度，在运动过程中，电极丝由丝架支撑，并依靠导轮保持电极丝与工作台垂直或倾斜一定的几何角度；低速走丝机构的电极丝做低速单向运动，一般走丝速度低于0.2 ms。（四）工作液循环：电火花线切割加工必须在工作液中进行，其方式可将被加工工件浸在工作液中，也可以采用电极丝冲液的方式。一般情况下，工作液应具有工作液应具有一定的绝缘性；有较好的冷却性能；有较好的洗涤性能；有较好的防锈性能；工作液对人体应无害，工作时，不放出有害气体等这几个方面的要求。3.断丝机理造成断丝的原因是多方面的，工件材料的不同、工作液的性能优劣、电极丝的磨损、电极丝的张紧力、机床的导丝结构以及切割工艺参数的合理性等都与稳定线切割加工过程，提高线切割加工质量和延长电极丝的使用寿命有关。第三章 电火花线切割加工质量电火花线切割加工质量也就是加工精度，主要包括：被加工工件的外形精度，位置精度及表面粗糙度。影响电火花线切割机床加工的因素主要有偏移量、取件位置、切割路线、起点、装夹与定位及引入、超出、超切、回退程序等。（一）外形精度：被加工工件的外形精度是指从XY平面看到的加工外形的平面精度（即尺寸精度），被加工表面的Z向垂直度；提高外形精度：要求切割面的线性度要小。即：被加工表面要均匀平滑，垂直度小；慢走丝线切割加工的工件多为正腰鼓形，即工件中部凹进，快走丝却相反，一般是工件中部凸出。（二）位置精度：位置精度是指所切割轮廓间的相对位置偏差；位置精度的决定因素：a.机床本身的精度，即机床的机械精度和控制精度；b.操作过程中所选用的定位方式。 （三）加工表面粗糙度：表面粗糙度是指加工后轮廓表面的微观不平度；表示粗糙度的参数主要有：R、Rz、Ry；慢走丝线切割加工的表面粗糙度用下列公式表示：Ry = kz tk0.38 Ip0.34（式中：z为常数；tk为脉冲宽度（s）；Ip为脉冲峰值电流（A）。结论：21世纪机械制造业的重要性表现在他的全球化，网络化，虚拟化，智能化以及环保协调的绿色制造等。它将使人类不仅要摆脱繁重的体力劳动，而且要从繁琐的计算、分析等脑力劳动中解放出来，以便有更多的精力从事高从此的创造性的劳动，它使生产系统具有更完善的判断力与适应能力，当然这些还需要我们进一步的努力。而线切割作为精密加工方式的一种更是现代化加工制造行业的领跑，快慢走丝呈相互拟补，相互竞争，相互促进，各具特色，各展所长，将是长期共存的局面。这些知识和技能经验需要我们以后在学习中慢慢积累，为我国社会主义建设添砖加瓦。参考文献：1.精密与特种加工技术（张国智 王中营 主编 华中科技大学出版社）2.先进制造技术导论（王润孝 主编 北京科学出版社） 3.先进制造技术（黎震 主编 北京理工大学出版社）