数控电火花课件.ppt

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1、1,数控电火花,第八章 数控电火花和线切割加工工艺,数控电火花,2,8.1电火花成型加工的概述,1电火花加工的基本原理 电火花成型加工的原理是将工件和工具电极分别接上正负脉冲电源，通过两极间的放电腐蚀，从而达到加工工件的一种加工方法。,数控电火花,3,1电火花加工的基本原理,要实现电火花成型加工必须具备以下条件： 使工具电极与工件被加工表面之间保持一定的放电间隙； 电火花加工必须采用脉冲电源； 火花放电要在具有一定绝缘性能的液体介质中进行。,数控电火花,4,2数控电火花成型机床的组成,由主轴头、脉冲电源、数控系统、工作液循环过滤系统、伺服进给系统、基础部件等组成。 1)主轴头 主轴头是数控电火

2、花成型加工机床的一个关键部件，用来安装电极并控制电极与工件之间的放电间隙。,数控电火花,5,2数控电火花成型机床的组成,2)脉冲电源 脉冲电源的作用是把工频交流电转换成一定频率的单向脉冲电流，以供给火花放电间隙 所需要的能量来蚀除金属。 3)工作液循环过滤系统：放电结束后恢复放电间隙的绝缘状态(消电离)，以便下一个脉冲电压再次形成火花放电。为此，要求工作液有一定的绝缘强度。,数控电火花,6,2数控电火花成型机床的组成,3)工作液循环过滤系统：使电蚀产物较易从放电间隙中悬浮、排泄出去，以防止放电间隙严重污染，导致火花放电点不分散而形成有害的电弧放电。冷却工具电极和降低工件表面瞬时放电产生的局部高

3、温，否则，表面会因局部过热而产生结炭、烧伤并形成电弧放电。 工作液还可压缩火花放电通道，增加通道中压缩气体、等离子体的膨胀及爆炸力，以抛出更多熔化和气化了的金属，增加蚀除量。,数控电火花,7,2数控电火花成型机床的组成,4)伺服进给：目的在于通过改变、调节进给速度，使进给速度接近并等于蚀除速度，以维持一定的“平均”放电间隙，保证电火花加工正常而稳定地进行，获得较好的加工效果。 5)工作台、床身和立柱： 床身和立柱是基础结构，由它确保电极与工作台、工件之间的相互位置。,数控电火花,8,3.数控电火花成型加工的特点及应用,在电火花成型加工过程中，工件和电极间存在着放电间隙，电极与工件不直接接触，因

4、此，对电极的机械性能要求不高，电极制造比较容易。 在电火花加工中，工件的形状主要由成型电极实现，因此，可采用成型电极对各种型孔、立体曲面、复杂形状等工件进行仿形加工。 电火花成型加工是直接利用电、热能进行加工，控制方便，工件可以在同台机床一次装夹的情况下，连续进行粗加工、半精加工和精加工，实现加工过程的自动化。 一般只能用于加工金属等导电材料，只有在特定条件下才能加工半导体和非导电材料。,数控电火花,9,82 数控电火花成型加工工艺,821 数控电火花成型加工的主要工艺指标 (1)加工速度:一种是以单位时间内工件的体积蚀除量来表示的，称为体积加工速度，用Vv表示；另一种是以单位时间内工件质量的

5、蚀除量来表示的，称为质量加工速度，用Vm表示。 (2)加工精度:电火花成型加工的精度一般可达001005 mm，微精加工时的精度可达到00020004mm。 (3)加工表面质量:电火花成型加工的表面粗糙度Ra一般可达到063032 m，微精加工表面粗糙度及Ra可达到032004 m。,数控电火花,10,822 影响工艺指标的主要因素与参数选择,(1)影响加工速度的主要因素 影响加工速度的主要因素包括电参数(脉冲宽度、脉冲间隔、峰值电流)、工件材料、工作液三个方面。 1)电参数对加工速度的影响 2)工件材料对加工速度的影响 3)工作液对加工速度的影响,数控电火花,11,822 影响工艺指标的主要

6、因素与参数选择,(2)影响加工精度的主要因素 1)放电间隙对加工精度的影响:电火花成型加工时，工件和电极之间存在定的放电间隙，放电间隙的大小及一致性直接影响电火花成型加工的精度。 2)电极损耗对加工精度的影响:损耗后的电极形成锥度，从而造成加工误差。,数控电火花,12,(2)影响加工精度的主要因素,3)加工稳定性对加工精度的影响 电参数的选择不当； 电极对工件的进给速度不能大于蚀除速度，否则加工不稳定； 冲、吸油压力必须合适，否则会使加工稳定性降低； 极性接线方法不当会影响加工的稳定性； 电极材料对加工稳定性也有影响； 加工形状越复杂，加工稳定性越差； 加工深度越深，加工稳定性越差；电极和工件

7、安装松动，加工稳定性差。,数控电火花,13,(2)影响加工精度的主要因素,4)工件和电极的装夹定位对加工精度的影响 电火花成型加工中工件和电极安装的相互位置在确保加工精度中起着举足轻重的作用。工件基准与丝杠x、y轴走向的平行度要求，电极相对于工件在z轴向的垂直度要求以及相对于工件的位置度要求，再加上工件装夹是否牢固等，都将直接影响加工的精度。,数控电火花,14,(3)影响表面质量的因素,1)表面粗糙度:根据电火花成型加工的特性可知，电火花成型加工的表面由无数个放电后留下的小凹坑组成，俗称“橘皮组织”. 影响表面粗糙度主要是脉冲宽度和峰值电流乘积，即单个脉冲的能量的大小，单个脉冲的能量越大，放电

8、腐蚀的小坑大而深，表面粗糙度变差。电火花成型加工时，被加工工件的侧面的表面粗糙度往往好于底面的表面粗糙度。,数控电火花,15,(3)影响表面质量的因素,2)表面变质层:电火花成型加工中，工件的表面由于火花放电产生瞬时的高温熔化、气化，后又因消电离再由工作液快速冷却，从而造成工件表面的材料结构发生了很大变化，工件表层材料结构发生变化的部分，称为表面变质层。,数控电火花,16,(3)影响表面质量的因素,3)表面机械性能 电火花成型加工后，金属表面受表面变质层的影响，硬度和耐磨性都有较大的提高。又由于电火花成型加工表层是经过迅速热胀又迅速冷却而成，其金属材料内部形成的拉应力和压应力不等，最终较大的残

9、余拉应力留在了工件的表面，使工件材料抗疲劳强度下降，甚至会造成表面裂纹。,数控电火花,17,823 数控电火花成型加工工艺,1零件图的工艺分析 2选择工艺方法 电火花成型加工主要包括穿孔加工和型腔加工。 （1）穿孔加工的工艺方法 穿孔加工的工艺方法有直接配合法、间接配合法和阶梯电极加工法等。,数控电火花,18,2选择工艺方法,(2)型腔加工的工艺方法 型腔加工的工艺方法有：单电极平动法、多电极更换法、分解电极加工法等。,数控电火花,19,3电加工工艺参数的选定,(1)电极极性的选择。工具电极极性一般选择原则是：铜电极对钢：选“+极性；铜电极对铜：选“一”极性；铜电极对硬质合金：“+”、“一”极

10、性都可以；石墨电极对铜：选“一”极性；石墨电极对硬质合金：选“一”极性；石墨电极对钢：加工Rmax为15m以下孔，为“一”极，加工Rmax为15m以上孔，为“+”极性；钢电极对钢：选“+”极性。,数控电火花,20,3电加工工艺参数的选定,(2)加工峰值电流和脉冲宽度的选择。加工峰值电流和脉冲宽度主要影响加工表面粗糙度、加工宽度。选择好这一对参数很重要，这要靠加工经验以及机床的电源特性。一般来说，机床制造厂家会提供一个电源指标范围，如最大加工峰值电流，最小加工峰值电流，最大加工脉冲宽度，最小脉冲宽度，这样就可以把这些加工峰值电流及脉冲宽度分为三个区域，即粗加工区，半精加工区，精加工区,数控电火花

11、,21,3电加工工艺参数的选定,(3)脉冲间隙时间选择。脉冲间隙时间影响加工效率，但过短的间隙时间会引起放电异常，所以选择时重点考虑排屑情况，以保证正常加工。,数控电火花,22,4预加工,(1)工件预加工。在电火花加工中去除金属余量，直接影响加工效率，所以在电加工前必须使工件有恰当的加工余量。原则上电加工余量越少越好，只要能保证加工成形即可。 (2)蚀出物去除。电加工中产生的蚀出物的去除情况好坏，直接影响加工质量，所以在加工中要保证有良好的排屑环境。,数控电火花,23,排屑方法有以下三种： 冲液法。在工件或电极上开加工液孔，让工作液从中流过。 抽液法。和冲液法相反。 在工件或电极不能开加工液孔

12、时，可用喷射法，,数控电火花,24,数控电火花,25,5加工方式选定,(1)放射运动。 (2)多边形运动。 (3)任意轨迹运动。 (4)圆弧运动。(5)自动扩大加工。 (6)螺旋式。,数控电火花,26,6加工实例纪念币模具加工,(1)零件的工艺分析 纪念币的纹路细，要求电极损耗小，另外要求光泽好。纪念币尺寸：40mm，型腔深12mm，,数控电火花,27,6加工实例纪念币模具加工,(2)选择设备 根据加工要求选择机床：三菱M25C6G15型。 (3)加工工艺安排 电极：选用电铸电极。电极极性：“+”。 工件预加工：模板上下面平磨，四边平面用作定位面。电极安装：以9mm铜柄作装夹柄并调整其垂直度，

13、要求倾斜度小于0007mm。排屑方法：两边喷射，压力03MPa。电条件选择：分粗、半精、精、光整四次加工。 粗加工： 峰值电流 10A 脉冲宽度 90s 脉冲间隙 60s,数控电火花,28,6加工实例纪念币模具加工,加工深度 10mm 半精加工：峰值电流 5A 脉冲宽度 32s 脉冲间隙 32s 加工深度 11mm 精加工： 峰值电流 2A 脉冲宽度 16s 脉冲间隙 16s 加工深度 116mm 光整加工：峰值电流 lA 脉冲宽度 4s 脉冲间隙 4s 加工深度 12mm,数控电火花,29,8.3 数控线切割加工工艺,831 电火花线切割加工的原理,数控电火花,30,831 电火花线切割加工

14、的原理,数控线切割机床按电极丝的运行速度分成线切割慢速走丝(简称慢走丝)和线切割快速走丝(简称快走丝)两种。,数控电火花,31,832 电火花线切割加工的特点,(1)它以003035 mm的金属丝为电极工具，不需要制造特定形状的电极。 (2)任何形状复杂的平面都可以加工，当然必须考虑金属丝直径决定的内侧最小直径及(金属丝半径+放电间隙)的限制。 (3)轮廓加工所需加工的余量少，能有效节约贵重的材料。 (4)加工精度高。尤其慢速走丝线切割采用单向连续供丝，在加工区总是保持新电极丝加工。 (5)依靠微型计算机控制电极丝轨迹和间隙补偿功能，加工模具的凹、凸模时，间隙可任意调节。 (6)由于采用了乳化

15、液或去离子水的工作液，不会发生起火现象，因此可以实现昼夜无人的连续加工。 (7)凡是导体或半导体的材料都能实现加工，尤其适合淬硬钢等难加工材料的加工。 (8)加工程序编制灵活，因而很适合小批量零件和试制品的生产加工。 (9)若配合四轴联动，可加工上、下面异形体，形状扭曲的曲面体、变锥度和球形体等零件。,数控电火花,32,833 电火花线切割加工的应用,1试制新产品 2加工淬硬钢材料 3加工模具零件,数控电火花,33,84 数控线切割加工工艺指标及影响因素,841 线切割加工主要工艺指标 1线切割加工速度vx 2线切割加工精度 线切割快走丝的加工精度可达到001 mm，常规为015002 mm；

16、线切割慢走丝的加工精度则为0001 mm左右。 3线切割加工表面粗糙度 线切割快走丝时，表面粗糙度Ra可达06325 m；慢走丝时，Ra一般为03 m左右。,数控电火花,34,842 影响电火花线切割加工速度的主要因素,1脉冲电源对切割速度的影响 1)峰值电流的影响 峰值电流的影响就是单个脉冲能量对切割速度的影响。切割速度是与峰值电流的14次方成正比的， 2)平均加工电流的影响 平均加工电流是指在放电时间内，放电电流的算术平均值。切割速度大致跟平均加工电流成正比例增加， 3)脉冲电流上升时间的影响 脉冲电流上升速度越快，即脉冲电流上升时间越小，切割速度越快。 4)脉冲电源空载电压对切割速度的影

17、响 5)脉冲间隔对切割速度的影响 6)脉宽对切割速度的影响,数控电火花,35,2电极丝对切割速度的影响,1)电极丝材料对切割速度的影响 在低速走丝线切割工艺中，一般都使用铜、铁金属丝和各种合金丝或镀层的电极丝。线切割加工的电极丝，其切割速度主要取决于电极丝表面层的状态。 2)电极丝直径对切割速度的影响 电极丝直径越粗，切割速度越快，而且有利于厚度较大工件的加工 3)电极丝张力对切割速度的影响 电极丝张力越大，切割速度越快。 4)电极丝的走丝速度对切割速度的影响 电极丝通过加工间隙的走丝速度会影响电极丝在加工区的逗留时间，以及在这一逗留时间内的放电次数。 5)电极丝振动对切割速度的影响 当电极丝

18、在加工中振幅很小时，可提高切割速度。,数控电火花,36,3工作液对切割速度的影响,1)不同的工作液对切割速度的影响 不同的工作液有不同的切割速度。为了提高切割速度，在加工中，有时加入有利于提高切割速度的导电液。工作液的导电率降低，切割速度会有增加的倾向，这是因为电阻率低，放电间隙增大，加工稳定。2)工作液压力对切割速度的影响 提供适当的工作液压力，可以有效地排除加工屑，同时可以增强对电极丝的冷却效果，有利于切割速度的提高。,数控电火花,37,4工件对切割速度的影响,1)工件材质对切割速度的影响 不同材质的工件，切割速度有很大差别。如切割铝合金的速度比较高，而切割硬质合金、石墨和聚晶等材料的速度

19、就比较低。 2)工件厚度对切割速度的影响 对电火花线切割加工来说，面积效应有利于提高切割速度。工件越厚，在进给方向的加工面积就越大，但是当工件厚度增大到一定程度后，切割速度反而会下降，这是由于随着工件厚度的增加，排屑条件变差，迫使一般性能的电火花线切割机床的切割速度下降。 若在加工中采用自适应控制的进给方式，那么可根据工件的不同厚度自动地进行参数的转换，使得厚度变化时对切割速度的影响变得很小。,数控电火花,38,5进给方式对切割速度的影响,1)恒速进给方式 这种进给方式按设定的某个速度进给，而无视加工间隙状态的变化，因而在加工中只能以较低的切割速度进给。 2)伺服进给方式 这种方式根据加工间隙

20、加工状态的变化，不断地自动修正进给速度，因而能保持较佳的进给状态，加工比较稳定，切割速度较高。 3)自适应控制方式 这种方式能根据加工的几个形状，由数控系统自动地改变进给速度，脉冲电源中的电流、脉宽、间隔、工作液的喷射强度，以及走丝部分的参数，因而有较高的切割速度。 4)模糊控制方式 通过对电火花线切割间隙状态的分析，可利用放电间隙状态的平均电压及其变化状况来判别加工状态优劣的方法，采用间隙状态模糊控制器来实现进给速度控制。,数控电火花,39,843 影响电火花线切割加工精度的主要因素,数控电火花线切割加工的加工精度大致可分为四个方面，即加工面的尺寸精度、间距尺寸精度、定位精度和角部形状精度。

21、 影响电火花线切割加工精度的因素很多，主要有脉冲电源、电极丝、工作液、工件、进给方式、机床和环境等。,数控电火花,40,1影响切缝精度的主要因素,切缝误差是影响电火花线切割加工形状尺寸精度的重要因素之一。在其它条件一定时，它与脉冲电源、电压、峰值电流、脉宽、间隔都有着密切的关系。,数控电火花,41,2影响平直度的主要因素,所谓平直度，是指沿工件高度方向的上、中、下的尺寸误差。为了减少沿高度方向的平直度，在安装工件时，应尽量使工件跟上、下导轮的距离基本一致，以减少加工工件间上、下端部的尺寸误差。,数控电火花,42,3影响间距精度的主要因素,电火花线切割加工的间距误差主要决定于机械精度、室温变化、

22、工件内部的残余应力、工作液的电阻率和电源参数的变化，在数控装置精度较高的情况下，可以忽略其影响。但在诸如连续模或复合模等间距要求高的情况下，为了获得较高的间距精度，不但要有较高精度的电火花线切割机床，而且要采取一些工艺措施。诸如采用较好的环境恒温条件，对工作液实行监控，对工件进行热处理高温回火以消除残余应力，在加工时采用多次切割等方法，以达到提高间距精度的目的。,数控电火花,43,4影响定位精度的主要因素,电火花线切割加工常以孔或端面为基准。它们都采用自动定位，由电极丝跟工件的电接触进行自动判断。工件基准面的状态、电极丝的张力及工作台的惯性都会给定位精度带来一定的影响。,数控电火花,44,5影

23、响角部形状精度的主要因素,由于电极丝的半径尺寸和放电间隙的原因，因而无法使凹模的内拐角加工成清角，加工尖角会被倒圆。同时由于放电力的作用，电极丝产生滞后，在拐角处产生塌角现象，使圆弧及拐角在加工时造成圆弧误差和拐角误差。为了克服角部加工误差，目前发展了计算机自动控制角部变化的功能，采用最佳控制加工速度和自动转换加工条件的自适应控制，可使角部误差减少到最小。,数控电火花,45,844 影响电火花线切割加工表面粗糙度的主要因素,1表面形貌 2表面变质层 (1)金相组织及元素成分。 (2)显微硬度。 (3)变质层厚度。 (4)显微裂纹和应力。 3电参数对加工工艺指标的影响,数控电火花,46,85 数

24、控线切割加工工艺,数控电火花,47,851 工艺准备,1图样工艺性分析 1)加工零件形状、尺寸等工艺性分析 (1)被加工零件的厚度必须小于丝架跨距，长、宽必须在机床x、y拖板的有效行程之内。 (2)窄缝尺寸d+2，数控线切割加工的工艺流程,数控电火花,48,(3)加工凹、凸模零件时，必须先确定线电极中心相对于被加工工件的位置补偿。加工凹模类零件时，线电极中心轨迹小于工件轮廓，,数控电火花,49,2工件的准备,1)毛坯材料的选定及处理 2)工件基准面的准备 3)穿丝孔的准备,数控电火花,50,852 加工路线的选择,1合理选择切割加工路线和起点 加工程序的起点为a，引入点为A，则切割加工路线选择

25、有两种情况； AabcdefaA； AafedcbaA。,数控电火花,51,2合理选择引入、引出程序和穿丝孔,数控电火花,52,3选择加工路线的注意事项,(1)加工的路线距离(侧面)应大于5 mm。 (2)加工路线开始应从离开工件夹具的方向进行加工(即不要一开始加工就趋近夹具)，最后再转向工件夹具的方向，如图827所示由1段至2，3，4段。 (3)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，而应从不同预孔开始加工，,数控电火花,53,数控电火花,54,853 加工参数的选择,线切割加工参数包括脉冲宽度(Pulon)、脉冲间隙与脉冲宽度比(Pratio)、分组脉冲宽度(Grpon)、分组脉冲间隙与分组脉冲宽度比(Gratio)以及最大电流(Imax)，本系统把进给速度(Speed)和走丝速度(Wsp)也包括在加工参数里面。,数控电火花,55,86 数控线切割编程与加工方法,