数控加工工艺

　　数控火花线切割加工(EDM，简称WEDM)也称数控线切割加工，它是在电火花成形加工基础上发展起来的一种新的工艺形式，因其由数控装置控制机床的运动，采用线状电极(铜丝或钼丝)靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割加工，有时简称线切割加工。线切割加工自二十世纪五十年代末诞生以来，获得了极其迅速的发展，已逐步成为一种高精度和高自动化的加工方法。在模具制造、成形刀具加工、难加工材料和精密复杂零件的加工等方面获得了广泛应用。8.1.1数控电火花线切割加工原理、特点及应用1．数控电火花线切割加工原理2．数控电火花线切割加工的特点（1）直接利用线状的电极丝作工具电极，不需要像电火花成形加工一样的成形工具电极，可节约电极制造时间和电极材料，降低制造成本，缩短了生产周期。（2）可以加工用一般切削加工方法难以加工或无法加工的微细异形孔、窄缝和形状复杂的零件，尺寸精度可达0.01～0.02mm，表面粗糙度值Ra可达1.25μm。（3）传统的车、铣、钻加工中，刀具硬度必须比工件硬度大，而数控电火花线切割机床的电极丝不必比工件材料硬，所以可以加工硬度很高或很脆，用一般切削加工方法难以加工或无法加工的材料。在加工中作为刀具的电极丝无须刃磨，可节省辅助时间和刀具费用。（4）利用电蚀原理加工，加工中工具电极和工件不直接接触，没有像机械加工那样的切削力，因而工件的变形很小，电极丝、夹具不需要太高的强度，适宜于加工低刚度工件及细小零件。（5)由于电极丝比较细，切缝很窄，只对工件材料进行“套料”加工，实际金属去除量很少，轮廓加工时所需余量也少，故材料的利用率很高，能有效地节约贵重材料。（6）由于采用移动的长电极丝进行加工，使单位长度电极丝的损耗较小，注塑模毕业设计。从而对加工精度的影响比较小，特别在低速走丝线切割加工时，电极丝一次使用，电极损耗对加工精度的影响更小。（7）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。依靠锥度切割功能，有可能实现凹凸模一次加工成形。（8）对于粗、半精、精加工，只需调整电参数即可，操作方便，自动化程度高。采用乳化液或去离子水的工作液，不必担心发生火灾，可以昼夜无人值守连续加工。3．数控线切割加工的应用(1)加工模具适用于各种形状的冲裁模，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、凹模固定板、凹模卸料板等，模具配合间隙、加工精度一般都能达到要求。此外，还可加工挤压模、粉末冶金模、弯曲模、塑压模等各种类型的模具。(2)加工电火花成形加工用的电极一般穿孔加工的电极以及带锥度型腔加工的电极，若采用铜钨、银钨合金之类的材料，用线切割加工特别经济，同时也适用于加工微细、复杂形状的电极。(3)加工新产品试制及难加工零件在试制新产品时，用线切割在板料上直接割出零件，由于不需另行制造模具，可大大缩短制造周期、降低成本。同时修改设计、变更加工程序比较方便，加工薄件时还可多片叠在一起加工。在零件制造方面，可用于加工品种多，数量少的零件，特殊难加工材料的零件，材料试验样件，各种型孔、凸轮、样板、成形刀具，同时还可以进行微细加工和异形槽加工等。8.1.2数控电火花线切割机床的分类根据电极丝的运行速度不同，电火花线切割机床通常分为两大类：一类是高速走丝电火花线切割机床(WEDM—HS)，这类机床的电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为8～12m／s；另一类是低速走丝电火花线切割机床(WEDM-LS)，这类机床的电极丝作低速单向运动，一般走丝速度为0.2m／s。表8—1高速与低速走丝电火花线切割机床的主要区别8.1.3数控电火花线切割机床的基本组成（1）床身一般为铸件，是坐标工作台、绕丝机构及丝架的支承和固定基础，通常采用箱式结构，应有足够的强度和刚度。床身内部安置电源和工作液箱，考虑电源的发热和工作液泵的振动，有些机床将电源和工作液箱移出床身外另行安放。（2）坐标工作台由步进电动机、滚珠丝杠和导轨组成。带动工件实现X、Y两个坐标方向各自的进给运动，可合成获得各种平面图形曲线轨迹。（3）走丝机构通过与储丝筒同轴的走丝电机的正反旋转使电极丝往复运行并保持一定的张力，储丝筒再旋转的同时做轴向移动。（4）锥度切割装置电极丝是由丝架支撑，当直壁切割时，电极丝与工作台面垂直。需要锥度切割时，采用偏移上下导轮的方法，可使电极丝倾斜一定的几何角度，如图8—2。（5）脉冲电源提供工件和电极丝之间的放电加工能量。线切割加工总是用正极性加工。（6）数控装置主要作用是在电火花线切割加工过程中，按加工要求自动控制电极丝相对工件的运动轨迹和进给速度来实现对工件的形状和尺寸加工。8.1.4数控电火花线切割机床示例1．机床工作台结构，2．储丝走丝部件的结构，3．线架、导轮部件的结构，4．传动系统，5．工作液系统8．2数控电火花线切割加工工艺基础8.2.1线切割加工的主要工艺指标（1）切割速度在保持一定表面粗糙度的切割加工过程中，单位时间内电极丝中心在工件上切过的面积总和称为切割速度，单位为mm2•min-1。切割速度是反映加工效率的一项重要指标，通常高速走丝线切割速度为40—80mm2•min-1，慢速走丝线切割速度可达350mm2•min-1。（2）表面粗糙度线切割加工中的工件表面粗糙度通常用轮廓算术平均值偏差Ra值表示。高速走丝线切割的Ra值一般为1.25～2.5μm，最低可达0.63～1.25μm；慢速走丝线切割的Ra值可达0.3μm。（3）切割精度线切割加工后，工件的尺寸精度、形状精度和精度的总称。快速走丝线切割精度可达0.0lmm，一般为±0.015～0.02mm；慢速走丝线切割精度可达±0.001mm左右。8.2.2影响线切割工艺指标的若干因素1．电参数对工艺指标的影响2.非电参数对工艺指标的影响课题二十：数控线切割加工工艺的拟订与典型零件工艺分析8．3数控线切割加工工艺的拟订电火花线切割加工是实现工件尺寸加工的一种技术。图8—12所示为数控线切割加工工艺准备和工艺过程。8.3.1零件图的工艺性分析1．凹角和尖角的尺寸分析2．表面粗糙度及加工精度分析合理确定线切割加工表面粗糙度Ra值是很重要的。采用线切割加工时，工件表面粗糙度的要求可以较机械加工法减低半级到一级；同时，线切割加工的表面粗糙度等级提高一级，加工速度将大幅度地下降。所以，图纸中要合理地给定表面粗糙度。线切割加工所能到达的最好粗糙度是有限的，如欲达到优于Ra0.32μm的要求还较困难。因此，若无特殊需要，对表面粗糙度的要求不能太高。8.3.2工艺准备1．工件准备（1）毛坯准备毛坯的准备是指零件在线切割加工之前的全部加工工序。以线切割加工为主要工艺时，钢的加工线是：下料一锻造一退火一机械粗加工一淬火与高温回火一磨削加工（退磁）一线切割加工一钳工修整。这种工艺线的特点之一是工件在加工的全过程中会出现两次较大的变形。工件需经二次以上回火或高温回火。另外，加工前还要进行消磁处理及去除表面氧化皮和锈斑等。（2）工件加工基准的选择应准备相应的校正和加工基准，并且此基准应尽量与图纸的设计基准一致，常见的有以下两种形式：①以外形为校正和加工基准外形是矩形状的工件，一般需要有两个相互垂直的基准面，并垂直于工件的上、下平面，如图8—15所示。②以外形为校正基准，内孔为加工基准无论是矩形、圆形还是其它异形的工件，都应准备一个与工件的上、下平面保持垂直的校正基准，此时其中一个内孔可作为加工基准，如图8—16所示。2．工艺参数的选择（1）电脉冲参数的选择要求获得较好的表面粗糙度时，所选用的电参数要小；若要求获得较高的切割速度，脉冲参数要选大一些，但加工电流的增大受排屑条件及电极丝截面积的，过大的电流易引起断丝。（2）电极丝准备①电极丝材料的选择一般情况下，快速走丝机床常用钼丝作电极丝，慢速走丝机床上则可用各种铜丝、铁丝，专用合金丝以及镀层(如镀锌等)的电极丝。②电极丝直径的选择电极丝直径d应根据工件加工的切缝宽窄、工件厚度及拐角尺寸大小等来选择。由图8—17可知，电极丝直径d与拐角半径R的关系为d≤2(R—δ)。所以，在拐角要求小的微细线切割加工中，需要选用直径小的电极丝，但直径太小，能够加工的工件厚度也将会受到。加工带尖角、窄缝的小型模具零件宜选用较细的电极丝；若加工大厚度工件或大电流切割时应选较粗的电极丝。3．工作液配制对快速走丝线切割加工，一般常用质量分数为10％左右的乳化液，此时可达到较高的线切割速度。对于慢速走丝线切割加工，普遍使用去离子水。适当添加某些导电液有利于提高切割速度。可达到较高的切割速度。工作液的电阻率过高或过低均有降低线切割速度的倾向。8.3.3什么是数控加工工艺电火花线切割加工工件的装夹和常用典型夹具及调整1．工件的支撑装夹方式(1)悬臂支撑方式，（2）两端支撑方式，（3）桥式支撑方式，(4)板式支撑方式，（5）复式支撑方式2．常用的典型夹具（1）压板夹具（2）磁性夹具（3）分度夹具（4）3R夹具3．工件的找正方法（1）拉表法根据百分表数值相应调整工件，校正应在三个坐标方向上进行。（2）划线找工件待切割图形与定位基准相互要求不高时，可采用划线法。（3）固定基面靠定法利用通用或专用夹具纵、横方向的基准面，经过一次校正后，基准面与相应坐标方向一致。于是具有相同加工基准面的工件可以直接靠定，就了工件的正确加工。4．电极丝坐标的确定（1）目视法（2）火花法（3）自动找中心法8.3.4切割线的选择1．合理确定切割起始点和切割线。（图8—37）2．正确选择电极丝切入的。（图8—38）3．切割孔类零件时，为了减少变形，还可采用二次切割法。（如图8—39）4．不能沿工件端面加工，因为电极丝单向受电火花冲击，使电极丝运行不稳定，难以尺寸和表面精度。5．加工线距端面应大于5mm，以工件结构强度。6．在一块毛坯上切割两个以上的零件时，应从不同的穿丝孔开始加工，而不应连续一次切割。8.3.5确定穿丝孔的1．切割凸模穿丝孔可选在加工轨迹的拐角附近以简化编程。2．切割凹模、孔类等零件可将穿丝孔选在待切割型腔(孔)内部。穿丝孔选在工件待切割型孔的中心时，编程操作加工较方便。选在靠近待切割型腔（孔）的边角处时冰箱塑料鸡蛋盒注塑模具设计，切割中无用轨迹最短。选在已知坐标尺寸的交点处时，有利于尺寸的推算。因此，要根据实际情况妥善选取穿丝孔。3．加工大型工件穿丝孔应设置在靠近加工轨迹边角处或选在已知坐标点上，使计算简便，缩短切人行程。同时，还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，切人断丝点。4．确定穿丝孔的大小穿丝孔的大小要适宜。一般不宜太小汽车保险杆冲压模毕业，如果穿丝孔径太小，不但钻孔难度增加，而且也不便于穿丝。但是，若穿丝孔径太大，则会增加钳工工艺上的难度。一般穿丝孔常用直径为φ3～10mm。如果预制孔可用车削等方法加工，则在允许的范围内可加大穿丝直径。8.3.6接合突尖的去除方法由于线电极的直径和放电间隙的关系，在工件切割面的交接处，会出现一个高出加工表面的高线条，称之为突尖，如图8—40所示。(1)利用拐角的方法凸模在拐角的突尖比较小，选用图8—41所示的切割线，可减少精加工量。切下前要将凸模固定在外框上，并用导电金属将其与外框连通，否则在加工中不会产生放电。(2)切缝中插金属板的方法将切割要掉下来的部分，用固定板固定起来，在切缝中插入金属板，金属板长度与工件厚度大致相同，金属板应尽量向切落侧靠近，如图8—42所示。切割时应往金属板方向多切约一个电极丝直径的距离。(3)用多次切割的方法工件切断后，对突尖进行多次切割精加工。一般分三次进行，第一次为粗切割，第二次为半精切割，第三次为精切割。也有采用粗、精二次切割法去除突尖，如图8—43所示，切割次数的多少，主要看加工对象精度要求的高低和突尖的大小来确定。8．4典型零件的数控线切割加工工艺分析8.4.1数字冲裁模凸凹模的加工图8-44所示为数字冲裁模凸凹模图形。材料为CrWMn。凸凹模与相应凹模和凸模的双面间隙为0.01～0.02mm。8.4.2零件的加工按照技术要求，完成图8-45所示平面样板的加工。图8-45小结与复习思考题小结：本章主要介绍了以下内容：数控电火花线切割加工原理、特点及应用，线切割机床的分类、基本组成及典型机床机床示例；线切割加工的主要工艺指标和影响线切割工艺指标的若干因素；数控线切割加工工艺的拟订；典型零件的数控线切割加工工艺分析。要求了解数控线切割机床的加工原理、特点及应用，线切割机床的分类、基本组成及机床的传动系统及其主要机械结构；熟悉线切割加工的主要工艺指标和影响线切割工艺指标的若干因素。重点要求能正确分析数控线切割机床加工零件的工艺性分析；掌握数控车床加工工艺线的制订，即零件图的工艺性分析、确定装夹及走刀线及选择相关主要电参数等