数控加工编程与操作第六章线切割加工幻灯片.ppt
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1、编制:曾绍平2007-2008学年第二学期学年第二学期 page 1数控加工编程与操作第六章线切割加工第1页,共77页,编辑于2022年,星期六6.1.1 6.1.1 线切割机床的加工原理与特点线切割机床的加工原理与特点一、加工原理一、加工原理 电火花线切割加工简称线切割,它是利用移动的细金属丝(电极丝)作为工具电极,并在电极丝与工件间加以脉冲电压,利用脉冲放电的腐蚀作用对工件进行切割加工的,其工作原理如图所示。第2页,共77页,编辑于2022年,星期六线切割加工工作原理图第3页,共77页,编辑于2022年,星期六 过程:加工时,电极丝接脉冲电源的负极,经导丝轮在走丝机构的控制下沿电极丝轴向作
2、往复或单向移动;工件安装在与床身绝缘的工作台上,接脉冲电源的正极,并随由控制电动机驱动的工作台沿加工轨迹移动。第4页,共77页,编辑于2022年,星期六 在正负极之间施加脉冲电压,并不断喷注具有一定绝缘性能的工作液,当两电极间的间隙小到一定程度时,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,极间液体介质被击穿,形成放电通道,电流迅速上升,形成火花放电,使电极间隙内形成瞬时高温热源,通道中心温度可达到10000以上,以致局部金属材料熔化和气化。气化后的工作液和工件材料蒸气瞬间迅速膨胀,并具有爆炸的特性。在这种热膨胀、热爆炸以及工作液冲压的共同作用下,熔化和气化了
3、的工件材料被抛出放电通道,至此完成一次火花放电过程。此时两极间又产生间隙,工作液也恢复绝缘强度。第5页,共77页,编辑于2022年,星期六实现放电加工必须具备下列几个条件:实现放电加工必须具备下列几个条件:(1)必须使用脉冲电源,即须是间歇性脉冲火花放电(2)电极丝与工件被加工表面之间必须保持一定间隙(3)必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行第6页,共77页,编辑于2022年,星期六二、加工特点二、加工特点(1)它是以很细的金属丝为工具电极,可加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件。(2)不需要制造特定形状的电极,降低了工具电极的设计和制造费用,缩短了生产准备时间,加工周期短。(3)电极丝的损耗
4、较少,加工精度高,无须刃磨刀具,缩短辅助时间。(4)所需加工的余量小,能有效节约贵重的材料。(5)采用乳化液或去离子水的工作液,不易引燃起火,可实现安全无人运转,但工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。第7页,共77页,编辑于2022年,星期六(6)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。(7)利用四轴联动,可加工上、下面异形体,形状扭曲曲面体,变锥度和球形体等零件。(8)加工后表面产生变质层,在某些应用中须进一步去除。(9)加工速度较慢,大面积切割时花费工时长,不适合批量零件的生产。第8页,共77页,编辑于2022年,星期六6.1.26.1.2线切割机
5、床的组成线切割机床的组成 主要由机械装置、走丝机构、脉冲电源、工作液供给装置、数控装置和锥度切割装置等组成。第9页,共77页,编辑于2022年,星期六1、机械装置:主要由床身、坐标工作台、工作液箱、附件和夹具等几部分组成。(1)床身 机床主机的基础部件,作为工作台、立柱、储丝筒等部件的支撑基础。(2)工作台 由工作台面、中拖板和下拖板组成。工作台面用以安装夹具和切割工件,中拖板和下拖板组成一个X向、Y向坐标驱动系统,完成工件切割的成形运动。第10页,共77页,编辑于2022年,星期六2、走丝机构走丝机构是电火花线切割机床的重要组成部分,用于控制电极丝沿Z轴方向进入与离开放电区域,根据走丝速度可
6、分为快走丝机构和慢走丝机构。(1)快走丝机构主要由储丝筒、走丝滑座、走丝电动机、张丝装置、丝架和导轮等部件组成,如图所示。第11页,共77页,编辑于2022年,星期六快走丝机构的张丝装置,由紧丝重锤、张紧轮和张丝滑块等构成,如图所示。紧丝重锤在重力作用下带动张丝滑块和张紧轮沿导轨产生预紧力作用,从而使加工过程中电极丝始终处于拉紧状态,防止电极丝因松弛、抖动造成加工不稳定或脱丝。第12页,共77页,编辑于2022年,星期六快走丝机构的储丝筒,如图所示。是缠绕并带动电极丝做高速运动的部件,安装在走丝滑座上,电极丝一般采用钼丝。第13页,共77页,编辑于2022年,星期六(2)慢走丝机构主要由供丝绕
7、线轴、伺服电动机恒张力控制装置、电极丝导向器和电极丝自动卷绕机构等组成,如图所示。第14页,共77页,编辑于2022年,星期六3、脉冲电源 线切割机床最为关键的设备之一,对线切割加工的表面质量、加工速度、加工过程的稳定性和电极丝损耗等都有很大影响,采用脉冲电源是因为放电加工必须是脉冲性、间歇性的火花放电,而不能是持续性的电弧放电,如图所示。第15页,共77页,编辑于2022年,星期六4、工作液供给装置工作液的主要作用是:及时排除其间的电蚀产物,冷却电极丝和工件,对放电区消电离,冲刷导轮及导电块上的堆积物。工作液种类很多,常见的有乳化液、去离子水、煤油等。快走丝线切割时采用的工作液一般是油酸钾皂
8、乳化液,慢走丝线切割时一般采用去离子水做工作液,即将自来水通过离子交换树脂净化器去除水中的离子后供使用。第16页,共77页,编辑于2022年,星期六5、数控装置 机床完成轨迹控制和加工控制的主要部件。从进给伺服系统的类型来说,快走丝电火花线切割机床大多采用较简单的步进电动机开环系统,慢走丝电火花线切割机床统则大多是伺服电动机加码盘的半闭环系统,仅在一些少量的超精密线切割机床上采用伺服电动机加磁尺或光栅的全闭环系统。第17页,共77页,编辑于2022年,星期六6、锥度切割装置 用于加工某些带锥度工件的内外表面,比较常见的是数控四轴联动锥度切割装置。它是由位于立柱头部的两个步进电动机直接与两个滑动
9、丝杠相连带动滑板做U向、V向坐标移动,与坐标工作台的X、Y轴驱动构成数控四轴联动,使电极丝倾斜一定的角度,从而达到工件上各个方向的斜面切割和上下截面形状异形加工的目的。第18页,共77页,编辑于2022年,星期六6.1.3 6.1.3 线切割机床的分类与加工对象线切割机床的分类与加工对象1、分类按电极丝的运行速度快慢:快走丝线切割机床 慢走丝切割机床按电极丝位置:分为立式线切割机床 卧式线切割机床按电极丝倾斜状态:直壁线切割机床 锥度线切割机床按工作液供给方式:冲液式线切割机床 浸液式线切割机床第19页,共77页,编辑于2022年,星期六(1 1)快走丝线切割机床)快走丝线切割机床 这种机床采
10、用钼丝(直径0.080.2mm)或铜丝(0.3mm左右)作电极。电极丝在贮丝筒的带动下通过加工缝隙作往复循环运动,一直使用到断线为止,其走丝速度快。(2 2)慢走丝线切割机床)慢走丝线切割机床 这种机床的走丝速度一般为3m/min,最高为15m/min。可使用紫铜、黄铜、钨、钼等作为丝电极,其直径约为0.030.35mm。相对慢走丝线切割机床而言,快走丝线切割机床结构简单,价格低廉,且加工生产率较高,精度能满足一般要求,目前在我国生产、使用较为广泛。第20页,共77页,编辑于2022年,星期六快走丝与慢走丝线切割机床快走丝与慢走丝线切割机床比较比较第21页,共77页,编辑于2022年,星期六2
11、 2、加工对象、加工对象 线切割加工在新产品试制、精密零件加工及模具制造中应用广泛,具体有以下方面:(1)加工模具:适用于加工各种形状的冲模!通过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、凹模及卸料板等。(2)能加工电火花成形加工用的电极,而且比较经济(3)加工零件:各种特殊材料和复杂形状零件的加工第22页,共77页,编辑于2022年,星期六6.2 6.2 数控电火花线切割加工工艺与工装数控电火花线切割加工工艺与工装 电火花线切割加工,一般是作为工件加工中最后工序。要达到加工零件的加工要求,应合理控制线切割加工的各种工艺因素,同时配合选择合适工装。1、工艺分析 首先对零件
12、图进行分析以明确加工要求。其次是确定工艺基准,采用什么方法定位。2、切割路线的确定 在加工中,工件内部残余应力的相对平衡受到破坏后,会引起工件的变形,所以在选择切割路线时,须注意以下方面。第23页,共77页,编辑于2022年,星期六(1)应将工件与其夹持部分分割的部分安排在切割路线的末端,如图所示。图(a)先切割靠近夹持的部分,使主要连接部位被割离,余下材料与夹持部分连接较少,工件刚性下降,易变形而影响加工精度;图(b)图的切割路线才是正确的。第24页,共77页,编辑于2022年,星期六(2)切割路线应从坯件预制的穿丝孔开始,由外向内顺序切割 如图所示。图(a)采用从工件端面开始由内向外切割的
13、方案,变形最大,不可取。图(b)也是采用从工件端面开始切割,但路线由外向内,比(a)图方案安排合理些,但仍有变形。图(c)的切割起点取在坯件预制的穿丝孔中,且由外向内,变形最小,是最好的方案。第25页,共77页,编辑于2022年,星期六(3)加工的路线,距离端面(侧面)应大于5mm。(4)两次切割法:切割孔类零件,为减少变形,采用两次切割,如图所示。第26页,共77页,编辑于2022年,星期六(5)在一块毛坯上要切出两个以上零件时,不应连续一次切割出来,而应从该毛坯的不同预制穿丝孔开始加工,如图所示。第27页,共77页,编辑于2022年,星期六3 3、电极丝初始位置的确定、电极丝初始位置的确定
14、 线切割加工前,应将电极丝调整到切割的起始位置上,可通过对穿丝孔来实现。穿丝孔位置的确定,有如下原则:(1)当切割凸模需要设置穿丝孔时,其位置可选在加工轨迹的拐角附近,以简化编程。(2)切割凹模等零件的内表面时,将穿丝孔设置在工件对称中心上,对编程计算和电极丝定位都较方便。但切入行程较长,不适合大型工件,此时应将穿丝孔设置在靠近加工轨迹边角处或选在已知坐标点上。(3)在一块毛坯上要切出两个以上零件或在加工大型工件时,应沿加工轨迹设置多个穿丝孔,以便发生断丝时能就近重新穿丝,切入断丝点。第28页,共77页,编辑于2022年,星期六 确定电极丝相对工件的基准面、基准线或基准孔的坐标位置的方法有以下
15、几种:(1)目测法(2)火花法(3)自动找中心:让电极丝在工件孔的中心自定位,其原理如图所示。第29页,共77页,编辑于2022年,星期六4、加工条件的选择 数控电火花线切割的加工条件随工件材质、板厚、丝电极和加工的要求的不同而不同。按照加工要求,使这些条件设定在稳定加工、不产生短路、不断丝的情况下,以获得较高的切割速度。(1)电参数的选择 快速走丝线切割加工电参数的选择见下表表。应应 用用脉冲宽度脉冲宽度ti(s)电流峰值电流峰值Ie(A)脉冲间隔脉冲间隔t0(s)空载电压空载电压(v)快速切割或加工大厚快速切割或加工大厚度工件度工件RaRa2.5m 2.5m 20204040大于大于121
16、2为实现稳为实现稳定定加工,一般加工,一般选择选择t t0 0/t/ti i3 34 4以上。以上。一般一般为为70709090半精加工半精加工RaRa1.251.252.5m 2.5m 6 620206 61212精加工精加工RaRa2.5m 2.5m 2 26 64.84.8以下以下第30页,共77页,编辑于2022年,星期六(2)工作液的选配:乳化液、去离子水。(3)电极丝选择:钼丝(钨丝)、铜丝(4)工件装夹及常用夹具 悬臂支撑方式装夹,如右图。两端支撑装夹,如下图。第31页,共77页,编辑于2022年,星期六 桥式支撑装夹,如图所示。板式支撑装夹,如图所示。复式支撑方式装夹 它是在桥
17、式夹具上装上专用夹具组合而成,装夹方便,适用于成批零件加工。第32页,共77页,编辑于2022年,星期六6.3 6.3 数控电火花线切割编程指令数控电火花线切割编程指令 数控电火花线切割机床所用的程序格式有3B、4B、ISO等。近年来所生产的数控电火花线切割机床使用的是计算机数控系统,采用ISO格式;而早期的机床常采用3B、4B格式。第33页,共77页,编辑于2022年,星期六6.36.3.1 ISOISO代码数控程序编制代码数控程序编制 ISO代码为国际标准化机构制定的用于数控的一种标准代码,与数控车、数控铣ISO代码一致,采用8单位补编码。1、程序格式 一个完整的加工程序由程序名、若干个程
18、序段和程序结束指令组成。其格式如下:N_ G_ X_ Y_ M 2、ISO代码及编程 我国快速走丝数控电火花切割机床常用的ISO 代码,与国际上使用的标准代码基本一致,但也存在不同之处。第34页,共77页,编辑于2022年,星期六下表是HCKX320A型机床的G、M代码功能定义。第35页,共77页,编辑于2022年,星期六(1)零点偏置指令G54G59 当工件上有多个型孔需加工,为使尺寸计算简单,可将每个型孔上便于编程的某一点设为其加工坐标系原点,建立其自有的加工坐标系。格式:G54(单列一段)(2)手动操作指令G80、G82、G84 G80接触感知指令,可使电极丝从现行位置接触工件,然后停止
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