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1、先进制造技术概论,第三讲 电加工技术,特种加工技术综述电火花、线切割加工的基本原 理及特点、用途电火花加工机床简介线切割加工机床简介,一、特种加工产生的背景和概念二、特种加工对传统机械制造的影响三、特种加工的分类,特种加工技术综述,1）解决各种难切削材料的加工问题。如硬质合金、钛合金、不锈钢、金刚石、石英等高硬度、高强度、高韧性、高脆性材料的加工。,一、特种加工产生的背景和概念,产生的背景,2）解决各种特殊复杂型面的加工问题。,3）解决各种超精密、光整零件的加工问题。如航空航天陀螺仪、精密光学透镜、高灵敏度的红外传感器等零件的精细、光整零件的加工。,4）特殊零件的加工问题。如大规模集成电路、光
2、盘基片、细长轴、薄壁件等低刚度零件的加工。,车削细长轴,利用机、光、电、声、热、化学、磁、原子能等能源进行加工的非传统方法。,特种加工的概念,车削加工,激光加工,二、特种加工对传统机械制造的影响,1）提高了材料的可加工性； 2）改变了零件的典型工艺路线；,3）大大缩短了新产品试制周期； 4）对产品零件的结构设计产生很大影响；,键槽结构,异型孔,三、特种加工的分类,特种加工的分类没有明确的规定，一般按能量来源和作用形式以及加工原理分为：,1）电加工技术；,电火花加工原理,电化学加工原理,2）高能束加工；,3）物料切蚀加工；,电子束加工原理,超声波加工原理,4）化学加工；,5）复合加工。,化学铣削
3、加工原理,电解磨削加工原理,电加工技术,电火花,线切割,电加工技术,一、电火花加工的基本原理二、电火花加工、电火花加工的特点及用途,一、电火花加工的基本原理,物理本质,电火花加工基于电火花腐蚀原理，是在工具电极与工件电极相互靠近时，极间形成脉冲性火花放电，在电火花通道中产生瞬时高温，使金属局部熔化，甚至气化，从而将金属蚀除下来。,电火花加工原理,电火花加工的原理是工件和工具点极之间脉冲性火花放电，依靠电火花局部、瞬间产生的高温把金属融化蚀除下来，以达到对零件的尺寸、形状和表面质量要求的加工方法。因此是脉冲性放电，所以在某种场合也叫“电脉冲加工”，也可以统称之为“电蚀加工”。,电火花间隙局部放大
4、图,电火花的加工特点,1.脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。不受材料硬度影响，不受热处理状况影响。 2.脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围小。 3.加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极小。工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易。4.可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。,加工过程,一次火花放电过程大致分为以下几个阶段：,(1)极间介质的电离、击穿，形成放电通道(如图3.2(a)所示)。,电火花一次放电过程,加工过程,一次火花放电过程大致
5、分为以下几个阶段：,(2)电极材料的熔化、气化热膨胀(如图3.2(b)、(c)所示)。,图3.2 电火花一次放电过程,加工过程,一次火花放电过程大致分为以下几个阶段：,(3)电极材料的抛出(如图3.2(d)所示)。,图3.2 电火花一次放电过程,加工过程,一次火花放电过程大致分为以下几个阶段：,(4)极间介质的消电离(如图3.2(e)所示)。,图3.2 电火花一次放电过程,电火花的主要用途,制造冲模、塑料模、锻模和压铸模。加工小孔、畸形孔以及在硬质合金上加工螺纹螺孔。（电火花穿孔机）在金属板材上切割出零件。（电火花刻字笔）加工窄缝。磨削平面和圆面。强化金属表面，取出折断的工具，在淬火件上穿孔，
6、直接加工型面复杂的零件等。,电火花成型加工零件,无轨电车爪手模具 精密冷冲模具,具有微细结构、窄缝、复杂型面和曲线的零件,激发身体的电火花,电火花疗法,舞动电火花,线切割,加工工艺基础,丝线操作,工件装夹：平、正、稳,上丝,调丝,松紧,垂直度,线切割加工原理,绕在运丝筒上的电极丝沿运丝筒的回转方向以一定的速度移动，装在机床工作台上的工件由工作台按预定控制轨迹相对与电极丝做成型运动。脉冲电源的一极接工件，另一极接电极丝。在工件与电极丝之间总是保持一定的放电间隙且喷洒工作液，电极之间的火花放电蚀出一定的缝隙，连续不断的脉冲放电就切出了所需形状和尺寸的工件。,线切割加工的特点,它以0.030.35m
7、m的金属线为电极工具，不需要制造特定形状的电极。虽然加工的对象主要是平面形状，但是除了有金属丝直径决定的内侧脚的最小直径R（金属线半径+放电间隙）这样的限制外，任何的限制外，任何复杂的开头都可以加工。,轮廓加工所需加工的余量少，能有效地节约贵重的材料。可无视电极丝损耗（高速走丝切割采用低损耗脉冲电源；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），加工精度高依靠微型计算机控制电极丝轨迹和间隙补偿功能，同时加工凹凸两种模具时，间隙可任意调节。,采用乳化液或去离水的工作液，不必担心发生火灾，可以昼夜无人连续加工。无论被加工工件的硬度如何，只要是导体或半导体的材料都能实现加工。 任何
8、复杂开头的零件，只要能编制加工程序就可以进行加工，因而很适合小批零件和试制品的生产加工，加工周期短，应用灵活。采用四轴联动，可加工上，下面异形体，形状扭曲曲面体，变锥度和球形等零件。,线切割的应用范围,加工模具适用于各种形状的冲压模具和直通的模具型腔。加工电极 加工电火花成型用的电极，也适用于加工微细复杂形状的电极加工零件 在试制新产品时，可用线切割在板料上直接割出零件。修改设计，只需要变更加工程序。可加工品种多，数量少的零件；特殊难加工的零件；材料实验样件；各种型孔，凸轮，样板成型刀具等。,操作线切割的安全事项,拆装工件时，断开高频，送上高频后不可同时触碰加工电源的两极以防触电。加工前确认工
9、件安装位置正确，以防加工时发生碰撞。加工是时禁止触摸钼丝。操作计算机时，保证双手干净，干燥。工作结束，切断电源，清洁机床。,电火花加工、电火花线切割加工的相同和不同点,共同特点,(1)二者的加工原理相同，都是通过电火花放电产生的热来熔化去除金属的，所以二者加工材料的难易与材料的硬度无关，加工中不存在显著的机械切削力。,(2)二者加工的生产率、表面粗糙度等工艺规律基本相似，可以加工一切导电材料。,(3)最小角部半径有限制。电火花加工中最小角部半径为加工间隙，线切割加工中最小角部半径为电极丝的半径加上加工间隙。,不共同特点,(1)工具电极不同（工具电极结构、材料）。,电火花加工,线切割加工,(2)
10、工具电极损耗不同。,电火花加工,线切割加工,(3)应用侧重点不同。,线切割加工,一、机床型号与分类,二、电火花加工机床结构(1),电火花加工机床简介,一、机床型号与分类,型号,D-类别代号(代表电加工机床);K-特性代号(代表数控);7-组别代号(电火花加工机床)；1型别代号(成型机床)；-主参数代号,两位数表示工作台面宽度的1/10表示。,国家标准GB5375-1997金属切削机床型号编制方法规定：电火花成型机床型号用“DK71”表示。,例如：DK7125、 DK7132、 DK7163。,分类,按大小,小型（D7125以下）,中型（D7125D7163）,大型（D7163以上）,按数控程度
11、,非数控,单轴数控,三轴数控,二、电火花加工机床结构,电火花机床的组成：机床本体、脉冲电源、自动进给调节系统、工作液过滤和循环系统、数控系统等部分组成。,电火花机床的组成,机床本体,机床本体主要由床身、立柱、主轴头及附件、工作台等部分组成，是用以实现工件和工具电极的装夹固定和运动的机械系统。,电火花机床与传统机床,脉冲电源,作用：把工频正弦交流电流转变成频率较高的单向脉冲电流，向工件和工具电极间的加工间隙提供所需要的放电能量，以蚀除金属。,正弦交流电转换为单向脉冲电,脉冲电源输入为380V、50Hz的交流电，其输出应满足如下要求：,(3)脉冲波形是单向的，以便充分利用极性效应，提高加工速度和降
12、低工具电极损耗。,(2)火花放电必须是短时间的脉冲性放电。,(4)脉冲波形的主要参数(峰值电流、脉冲宽度、脉冲间歇等)有较宽的调节范围，以满足粗、中、精加工的要求。,(5)有适当的脉冲间隔时间，使放电介质有足够时间消除电离并冲去金属颗粒。,(1)要有一定的脉冲放电能量，否则不能使工件金属气化。,脉冲电源种类：,1)弛张式脉冲电源,RC线路脉冲电源,2) 闸流管脉冲电源,3) 晶体管脉冲电源,自动进给调节系统,电火花成型加工的自动进给调节系统，主要包含伺服进给系统和参数控制系统。,电火花机床的组成,1）伺服进给系统的作用,电火花成型加工中，电极与工件必须保持一定的放电间隙。,1-工件 2-脉冲电
13、源 3-自动进给调节系统4-工具电极 5-工作液 6-过滤器 7-泵,电火花加工原理示意图,2）电液式伺服进给系统,喷嘴挡板式电液压自动调节器工作原理,电火花加工机床结构,工作液过滤和循环系统,蚀除产物形态：球状微粒，直径一般为几微米。,蚀除产物的危害：短路和二次放电。,去除方法：振动法和工作液强迫循环过滤法。,电火花蚀除产物,二次放电是指在已加工表面上由于电蚀物的介入而再次进行的非必要的放电。,二次放电,1）振动法,既能实现抽油又能实现冲油，强迫工作液从电极和工件的缝隙中通过。,2）工作液强迫循环过滤法,工作液循环系统油路图,数控系统,1）数控电火花机床的类型,数控机床的坐标系：采用右手笛卡
14、尔坐标系。,右手笛卡尔坐标系,图3.16 数控车床,数控铣床,按机床轴数分，数控电火花机床有以下几种：单轴、三轴联动（三轴两联动）、四轴三联动、四轴联动或五轴联动甚至六轴联动数控电火花加工机床。,三轴数控电火花机床,单轴数控电火花机床,四轴数控 电火花机床,五轴数控 电火花机床,六轴 数控 电火花机床,2）数控电火花机床编程简介,目前，绝大部分电火花数控机床采用国际上通用的ISO代码进行编程，具体见表2-1。,以上代码，绝大部分与数控铣床、车床相同，只有G54、G80、G82、M05与以前不同，其具体用法如下：,G54： 定义工作坐标系, 可以和G92一起使用。,如图所示，可以通过如下指令切换
15、工作坐标系：G92 G54 X0 Y0；G00 X20. Y30.；G92 G55 X0 Y0；,工作坐标系切换,G80:含义：接触感知。格式：G80 轴(-)方向如：G80 X；/电极将沿X轴的负方向前进，直到接触到工件，然后停在那里,G82： 含义：移动到原点和当前位置一半处。 格式：G82 轴 如：G92 X100.；/将当前点的X坐标定义为100 G82 X；/将电极移到当前坐标系X=50.的地方,M05： 含义：忽略接触感知，只在本段程序起作用。,如图所示，ABCD为矩形工件，AB、BC边为设计基准，现欲用电火花加工一圆形图案，图案的中心为O点，O到AB边、BC边的距离如图中所标。已
16、知圆形电极的直径为20 mm，请写出电极定位于O点的具体过程。,工件找正图,图3.25 走刀路线图,G92 Y0；M05 G00 Y2；/电极与工件分开，2 mm表示为一小段距离G91 G00 Z10； /将电极底面移到工件上面G90 G00 X0. Y0.； /将电极移到B点 X40.Y18. /将电极定位到O点,首先将电极移到工件AB的左边，Y轴坐标大致与O点相同，然后执行如下指令：G80 X+；G90 G92 X0；M05 G00 X10.；G91 G00 Y38.； /38.为一估计值，主要 目的是保证电极在BC边下方G90 G00 X50.；G80 Y+；,一、机床分类、型号,二、快
17、走丝线切割机床简介,三、慢走丝线切割机床简介,电火花线切割加工机床简介,一、机床分类、型号,分类,按电极丝的走丝速度分类：快走丝线切割机床和慢走丝线切割机床。,线切割加工原理,1）快走丝线切割机床,走丝速度：810 m/s；,线切割加工原理,走丝方式：双向走丝；,电极丝直径：0.100.30 mm ；,电极丝材料：钼丝、钨丝或钨钼丝；,加工精度：0.010.02 mm；,表面粗糙度Ra：1.252.5 m；,工作液：乳化液。,图3.27 电极丝,2）慢走丝线切割机床,走丝速度：低于0.2 m/s；,线切割加工原理,走丝方式：单向走丝；,电极丝直径：0.100.35 mm ；,电极丝材料：黄铜丝
18、；,加工精度：0.005 mm；,表面粗糙度Ra：0.32m；,工作液：去离子水、煤油。,型号,D-类别代号(代表电加工机床);K-特性代号(代表数控);7-组别代号(电火花加工机床)；7型别代号(快走丝线切割机床7、慢走丝线切割机床6)；-主参数代号,两位数表示工作台横向行程的1/10。,国家标准GB5375-1997金属切削机床型号编制方法规定：电火花线切割机床型号用“DK77”表示。,例如：DK7725、 DK7732、 DK7763。,二、快走丝线切割机床简介,组成：机床本体、脉冲电源、数控系统、工作液循环系统。,机床本体,1）运丝机构,快走丝线切割机床,线切割机床工作原图,2）丝架,
19、快走丝线切割机床丝架,导轮结构,锥度切割装置,为了实现锥度加工，最常见的方法是在上丝架的上导轮上加两个小步进电动机，使上丝架上的导轮作微量坐标移动。,脉冲电源,电火花线切割加工的脉冲电源与电火花成型加工作用的脉冲电源在原理上相同。,数控系统,数控系统的作用，具体体现在两方面：(1) 轨迹控制作用。(2) 加工控制。,工作液循环系统,主要包括工作液箱、工作液泵、流量控制阀、进液管、回液管和过滤网罩等。,三、慢走丝线切割机床简介,组成：机床本体、脉冲电源、数控系统、工作液循环系统。,结构特点,（1）采用桁架铸造结构，提高机床刚性。,慢走丝线切割机床,（2）采用陶瓷材料，实现高刚度和不易变形结构。,（3）采用去离子水作为工作液，提高工作液的绝缘性。,走丝系统,电极丝送丝装置,慢走丝线切割机床的电极丝在加工中是单方向运动(即电极丝是一次性使用)的。,END,
