特种加工第三章.ppt

第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备3.1电火花加工机床结构电火花加工机床结构一一.机床型号、规格、分类机床型号、规格、分类我国型号：如我国型号：如 D7132，DK7132按其大小可分为：按其大小可分为：小型小型 中型中型 大型大型(D7125以下以下)(D7125D7163)(D7163以上以上)；按数控程度分为：按数控程度分为：非数控、单轴数控、三轴数控非数控、单轴数控、三轴数控第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备二二.电火花加工机床结构电火花加工机床结构组成组成:机床本体机床本体脉冲电源脉冲电源自动进给调节系统自动进给调节系统工作液过滤和循环系统工作液过滤和循环系统数控系统等数控系统等第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备1.机床本体机床本体有：主轴头，床身，立柱，工作台，工作液槽及附件等有：主轴头，床身，立柱，工作台，工作液槽及附件等床身和立主床身和立主：足够的刚度，一定垂直度要求，导轨良好：足够的刚度，一定垂直度要求，导轨良好的耐磨性和消除材料内应力。的耐磨性和消除材料内应力。工作台工作台：纵横向移动带有坐标装置，有刻度手轮，光学：纵横向移动带有坐标装置，有刻度手轮，光学坐标读数、磁尺数显等。坐标读数、磁尺数显等。主轴头主轴头（最关键部件，执行机构）（最关键部件，执行机构）组成：进给系统，导向防扭机构，电极装夹及调节环节组成：进给系统，导向防扭机构，电极装夹及调节环节要求：结构简单，传动链短，传动间隙小，热变形小，要求：结构简单，传动链短，传动间隙小，热变形小，足够的精度和刚度。足够的精度和刚度。第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备平动：平动：使电极在一个平面内进行平行运动，电极上每个使电极在一个平面内进行平行运动，电极上每个点围绕着原始位置作小圆周运动，在粗、中、精不同点围绕着原始位置作小圆周运动，在粗、中、精不同加工规准时，运动半径不断扩大，以补偿粗、精加工加工规准时，运动半径不断扩大，以补偿粗、精加工放电间隙差，达到型腔侧面修光的目的。放电间隙差，达到型腔侧面修光的目的。运动轨迹实现方法：运动轨迹实现方法：匀速圆周运动法匀速圆周运动法（机械式平动头机械式平动头）数控插补法（数控插补法（数控平动头数控平动头）附件：附件：可调节工具电极角度的可调节工具电极角度的夹头夹头、平动头平动头、油杯油杯等等第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备2.脉冲电源脉冲电源 把把工频交流电源工频交流电源转换成一定频率的转换成一定频率的单向肪冲电单向肪冲电源源，以供给电极放电间隙所需要的能量来蚀除金属。，以供给电极放电间隙所需要的能量来蚀除金属。第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备电火花成形加工脉冲电源要求：电火花成形加工脉冲电源要求：脉冲波形基本是单向的脉冲波形基本是单向的，最大限度地利用极性效应，有利，最大限度地利用极性效应，有利于减小电极损耗。于减小电极损耗。脉冲电压波形的前后沿应该较陡脉冲电压波形的前后沿应该较陡，减少电极间隙的变化及，减少电极间隙的变化及油污程度等对脉冲放电宽度和能量等参数的影响，使工艺过油污程度等对脉冲放电宽度和能量等参数的影响，使工艺过程稳定。程稳定。脉冲的主要参数脉冲的主要参数如：如：ie,ti,t0等应等应能在很宽的范围内可以调能在很宽的范围内可以调节节，以满足粗、中、精加工的要求。，以满足粗、中、精加工的要求。脉冲电源的脉冲电源的性能应稳定可靠性能应稳定可靠，力求结构简单，操作维修方，力求结构简单，操作维修方便，体积小还要节能。便，体积小还要节能。第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备脉冲电源的分类脉冲电源的分类：按主回路中按主回路中主要元件主要元件种类种类RC线路弛张式、晶体管式、线路弛张式、晶体管式、晶闸管式晶闸管式按输出脉冲按输出脉冲波形波形矩形波、梳状波分组脉冲、阶梯波、矩形波、梳状波分组脉冲、阶梯波、高低压复合脉冲高低压复合脉冲按按间隙状态间隙状态对脉冲参数的对脉冲参数的影响影响非独立式，独立式非独立式，独立式按工作回路的按工作回路的数目数目单回路，多回路单回路，多回路第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备1)弛张式脉冲电源弛张式脉冲电源工作原理：工作原理：利用电容利用电容器充电储存电能，而器充电储存电能，而后瞬时放出，形成火后瞬时放出，形成火花放电来蚀除金属花放电来蚀除金属 由由2个回路组成：个回路组成：充电回路充电回路：E，C，R 放电回路放电回路：C，1，2特性特性电容器容量和限流电阻值对电容器容量和限流电阻值对脉冲参数脉冲参数的影响极大。的影响极大。工作液绝缘性能和电极间隙工作液绝缘性能和电极间隙对对脉冲参数脉冲参数的影响也很大。的影响也很大。电能利用率电能利用率低低。第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备改善电路：改善电路：RCRLCRLCLRLC-LCRC线路电源的最大优点：线路电源的最大优点：结构简单、工作可靠、结构简单、工作可靠、成本低；成本低；在小功率时可以获得很在小功率时可以获得很窄的脉宽（小于窄的脉宽（小于0.1us）和）和很小的单个脉冲能量，可很小的单个脉冲能量，可作光整加工和精微加工。作光整加工和精微加工。第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备2)晶体管式脉冲电源晶体管式脉冲电源 脉冲脉冲频率频率高，脉冲高，脉冲参数参数容易调节，易实现多回路加工和容易调节，易实现多回路加工和自适应控制等优点，特别适用于自适应控制等优点，特别适用于100A以下的脉冲电源。以下的脉冲电源。组成框图：（组成框图：（用功率晶体管作为开关元件用功率晶体管作为开关元件）整个功率级由几十只整个功率级由几十只大功率晶体管大功率晶体管分为若干分为若干路并联路并联，精加工时精加工时只用只用其中一路或二路。其中一路或二路。第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备3)可控硅脉冲电源可控硅脉冲电源 电参数调节范围宽，功率大，效率高，过载能电参数调节范围宽，功率大，效率高，过载能力强，特别是在大、中型电火花成形加工设备中，力强，特别是在大、中型电火花成形加工设备中，应用更广泛。应用更广泛。基本组成框图：基本组成框图：触发电路触发电路直流电流直流电流可控硅主回路可控硅主回路放电间隙 为提高有效脉冲利用率，达到高速、低耗、稳定加工以为提高有效脉冲利用率，达到高速、低耗、稳定加工以及一些特殊需要，在此基础上，派生出不少新型电源和线路。及一些特殊需要，在此基础上，派生出不少新型电源和线路。第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备(1)高高低低压压复复合合脉脉冲冲电电源源4)各各种种派派生生脉脉冲冲电电源源 提高了提高了脉脉冲击穿率冲击穿率和和利用率利用率，并，并使使放电间隙放电间隙变大，变大，排屑排屑良好，良好，加工加工稳定。稳定。（高高压压引引燃燃回回路路）（加加工工回回路路）第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备 能自动保持脉冲电流宽度相等，用相同的脉冲能能自动保持脉冲电流宽度相等，用相同的脉冲能量进行加工，从而可以保证一定表面粗糙度情况下，量进行加工，从而可以保证一定表面粗糙度情况下，进一步提高加工速度进一步提高加工速度。(2)等等脉脉冲冲电电源源第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备(3)高高频频分分组组和和梳梳形形脉脉冲冲电电源源(4)（Ra小小，VW高高）一定程度上具有高频脉冲加一定程度上具有高频脉冲加工表面粗糙度小和低频脉冲加工工表面粗糙度小和低频脉冲加工速度高的双重优点。速度高的双重优点。低的正电压，当中、精规准负极低的正电压，当中、精规准负极性精加工时，使正极工具能吸附碳性精加工时，使正极工具能吸附碳黑膜，获得更低的损耗。黑膜，获得更低的损耗。第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备(4)多回路脉冲电源多回路脉冲电源 可以不依靠增大单个脉冲放电能量，即不使表面粗糙度值可以不依靠增大单个脉冲放电能量，即不使表面粗糙度值变大可以提高生产率，在大面积、多工具、多孔加工时很有必变大可以提高生产率，在大面积、多工具、多孔加工时很有必要，一般常采用二至四个回路。要，一般常采用二至四个回路。在加工电源的功率级并联分割出相互隔离绝缘的多在加工电源的功率级并联分割出相互隔离绝缘的多个输出端，可以同时供给多个回路的放电加工。个输出端，可以同时供给多个回路的放电加工。第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备(5)自选加工规准电源和智能化、自适应控制电源自选加工规准电源和智能化、自适应控制电源数据库数据库+脉冲电源脉冲电源 把不同材料、粗、中、精的电加工参数规准做成把不同材料、粗、中、精的电加工参数规准做成曲线表格曲线表格，作为，作为数据库写入数据库写入“只读存储器只读存储器”集成芯片内，作为脉冲电源的一个组成部集成芯片内，作为脉冲电源的一个组成部分。操作人员分。操作人员“输入输入”工具电极、工件材料和表面粗糙度等加工条件，工具电极、工件材料和表面粗糙度等加工条件，通过内部通过内部“查表查表”，电源就可，电源就可“输出输出”较佳的加工规准参数（脉宽、较佳的加工规准参数（脉宽、脉间、峰值电流、电压、极性等）成为具有自选加工规准的脉冲电源。脉间、峰值电流、电压、极性等）成为具有自选加工规准的脉冲电源。数据库数据库+控制系统控制系统+脉冲电源脉冲电源 根据某一目的连续不断地检测放电加工状态，并与最佳模型进行根据某一目的连续不断地检测放电加工状态，并与最佳模型进行比较运算，然后按其计算结果控制有关参数，获得最佳加工效果。比较运算，然后按其计算结果控制有关参数，获得最佳加工效果。第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备3.自动进给调节系统自动进给调节系统1)作用作用第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备2）对自动进给调节系统的一般要求：）对自动进给调节系统的一般要求：有较宽的速度调节跟踪范围；有较宽的速度调节跟踪范围；有足够的灵敏度和快速性；有足够的灵敏度和快速性；有较高的稳定性和抗干扰能力。有较高的稳定性和抗干扰能力。第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备3）分类（按执行元件分）分类（按执行元件分）电液压式电液压式（喷嘴（喷嘴-挡板式）：已停生产挡板式）：已停生产步进电动机：步进电动机：价廉，调速性能稍差价廉，调速性能稍差宽调速力矩电动机：宽调速力矩电动机：价高，调速性能好价高，调速性能好直流伺服电动机：直流伺服电动机：大多数电火花成形加要机床大多数电火花成形加要机床交流伺服电动机：交流伺服电动机：力矩大，寿命长力矩大，寿命长直线电动机：直线电动机：速度快，惯性小，伺服性能好，但价高速度快，惯性小，伺服性能好，但价高第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备4）自动进给调节系统的基本组成部分）自动进给调节系统的基本组成部分放大驱动放大驱动执行机构执行机构调节对象调节对象测量环节测量环节比较环节比较环节 进给速度进给速度设定值设定值(1)测量环节测量环节 采用测量与放电间隙成比例关系的电参数来间采用测量与放电间隙成比例关系的电参数来间接反映放电间隙的大小。接反映放电间隙的大小。电参数有：电参数有：间隙电压间隙电压第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备常用信号检测方法：常用信号检测方法：平均间隙电压测量法平均间隙电压测量法 用稳压管来测量脉冲电压的峰值信号用稳压管来测量脉冲电压的峰值信号 对于对于弛张式脉冲电源弛张式脉冲电源，一般可采用平均值检测法；，一般可采用平均值检测法；第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备对于对于独立式脉冲电源独立式脉冲电源，则采用峰值检测法。，则采用峰值检测法。突出了空载峰值电压的控制作用，常用于需加工稳定，尽突出了空载峰值电压的控制作用，常用于需加工稳定，尽量减少短路率、宁可欠进给的场合。量减少短路率、宁可欠进给的场合。第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备(2)比较环节比较环节 用以根据用以根据“设定值设定值”预值进给速度预值进给速度（实际上是伺（实际上是伺服参考电压服参考电压Sv）或）或预置平均放电间隙预置平均放电间隙来调节进给速度，来调节进给速度，以适应粗、中、精不同的加工规准。以适应粗、中、精不同的加工规准。（3）执行环节）执行环节 要求：机电时间常数尽可能小；要求：机电时间常数尽可能小；机械传动间隙和磨擦力应尽量小；机械传动间隙和磨擦力应尽量小；具有较宽的调速范围。具有较宽的调速范围。（4）调节对象：）调节对象：放电间隙放电间隙 （0.10.01mm）第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备4工作液循环、过滤系统工作液循环、过滤系统第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备5.数控系统数控系统1）数控电火花机床的类型）数控电火花机床的类型2）数控指令系统）数控指令系统第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备G92 G54 X0 Y0；G00 X20.Y30.；G92 G55 X0 Y0；1）定义工作坐标系）定义工作坐标系2）G80:含义：接触感知。含义：接触感知。格式：格式：G80 轴方向轴方向第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备3）G82：含义：移动到原点和当前位置一半处。含义：移动到原点和当前位置一半处。格式：格式：G82轴轴4）M05：含义：忽略接触感知，只在本段程序起作用含义：忽略接触感知，只在本段程序起作用如：如：G80 X；G90 G92 X0 Y0；M05 G00 X10.第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备G80 Y+；G92 Y0；M05 G00 Y2.；G91 G00 Z10.；G90 G00 X50.Y28.G80 X+;G90 G92 X0;M05 G00 X-10.；G91 G00 Y-38.；G90 G00 X50.；电电极极的的定定位位第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备3）数控摇动加工）数控摇动加工 是靠主伺服加工轴是靠主伺服加工轴以外以外的运动轴的有规律的周期的运动轴的有规律的周期的插补运动的插补运动配合配合主加工轴的伺服运动主加工轴的伺服运动和和加工规准的加工规准的变换变换实现实现工件中、精加工的方法。工件中、精加工的方法。分为分为两轴联动摇动加工两轴联动摇动加工和和三轴联动摇动加工三轴联动摇动加工。第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备摇动加工的作用是：摇动加工的作用是：(1)可以精确控制加工尺寸精度。可以精确控制加工尺寸精度。(2)可以加工出复杂的形状，如螺纹。可以加工出复杂的形状，如螺纹。(3)可以提高工件侧面和底面的表面粗糙度。可以提高工件侧面和底面的表面粗糙度。(4)可以加工出清棱、清角的侧壁和底边。可以加工出清棱、清角的侧壁和底边。(5)变全面加工为局部加工，有利于排屑和加变全面加工为局部加工，有利于排屑和加 工稳定。工稳定。(6)对电极尺寸精度要求不高。对电极尺寸精度要求不高。实例实例第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备两轴联动的摇动轨迹有圆形、方形、菱形、放射形等。两轴联动的摇动轨迹有圆形、方形、菱形、放射形等。两轴联动的摇动方法分为两轴联动的摇动方法分为：主伺服轴的主伺服轴的自由伺服、分级伺服、锁定伺服三种摇动。自由伺服、分级伺服、锁定伺服三种摇动。第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备摇动加工编程方法摇动加工编程方法:第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备(1)自由摇动自由摇动(2)主伺服加工轴独立地主伺服加工轴独立地在加工区域在加工区域的各放电点上按照加工形状的优劣的各放电点上按照加工形状的优劣进行进行自由的、随机的伺服适应自由的、随机的伺服适应.(3)使主伺服轴处于使主伺服轴处于频繁起落交替频繁起落交替的的状态，在采用此方式加工时，不会太稳状态，在采用此方式加工时，不会太稳定，当工件定，当工件图形不对称图形不对称，或，或余量不均匀余量不均匀时，不稳定尤为突出时，不稳定尤为突出.(4)例如：例如：G01 LN001 STEP30 Z-10.较快较快地修光地修光侧壁侧壁 第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备(2)步进摇动。步进摇动。将将主伺服轴的主伺服轴的伺服分为若干个阶梯，伺服分为若干个阶梯，每摇动一个周期，主伺服轴的每摇动一个周期，主伺服轴的伺服进给量伺服进给量不可超过被限制的阶梯数值不可超过被限制的阶梯数值，在分级阶梯，在分级阶梯内按照自由伺服摇动方式进行。内按照自由伺服摇动方式进行。有针对性地有针对性地解决了自由摇动加工的不解决了自由摇动加工的不稳定工艺因素稳定工艺因素。避免了加工伺服时的大起。避免了加工伺服时的大起大落现象，主伺服轴加工坐标的移动相对大落现象，主伺服轴加工坐标的移动相对稳定，有利于稳定，有利于提高精修速度和精修质量提高精修速度和精修质量。例如：例如：G01 LN101 STEP20 Z-10.用深用深孔排屑孔排屑比较困比较困难的加难的加工中工中 第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备(3)锁定摇动。锁定摇动。在选定的轴向在选定的轴向停止进给运动并锁停止进给运动并锁定定轴向位置，其他两轴进行摇动运动。轴向位置，其他两轴进行摇动运动。在摇动中，摇动半径幅度逐步扩大，在摇动中，摇动半径幅度逐步扩大，主要用于主要用于精密修扩内孔或内腔精密修扩内孔或内腔。例如：例如：G01 LN202 STEP20 Z-5.主要用于通主要用于通孔、盲孔或有底孔、盲孔或有底面的型腔模加工面的型腔模加工 第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备三轴联动摇动加工立体示意图三轴联动摇动加工立体示意图第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备6.电火花机床常见功能电火花机床常见功能(1)回原点操作功能。(2)置零功能。(3)接触感知功能。(4)其他常见功能第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备 自动进给调节系统（也称自动进给调节系统（也称伺服进给系统伺服进给系统）的任务在于）的任务在于通过改变、调节进给速度通过改变、调节进给速度vd，使进给速度，使进给速度vd接近并等于接近并等于蚀除速度蚀除速度vw，以维持一定的，以维持一定的“平均平均”放电间隙放电间隙S，保证，保证电火花加工正常而稳定进行。电火花加工正常而稳定进行。第三章第三章 电火花加工设备电火花加工设备