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线切割机


第 6 章 数控电加工机床编程与操作 第 6 章 数控电加工机床编程与操作 6.1 数控电火花线切割机床简介 6.1.1 概述 如图 6.1 所示,为精密冷冲模具。其零件材料硬度高、结构微细、形状复杂、表面质量高,用前面介绍 的数控铣床及加工中心加工比较困难,采用电加工的方法进行加工比较合适。

图 6.1 精密冷冲模具 所谓电加工又称为电火花加工、电蚀加工或放电加工,是利用电极间隙脉冲放电产生局部瞬间高温,对 金属材料进行蚀除的一种加工方法。它不受加工材料硬、软的限制,能方便地加工出各种复杂形状的型 面、小孔、窄缝,能加工低刚度工件等。电加工方法可分为电火花线切割、电火花成型加工、电火花磨 削、电火花同步回转加工和电火花表面强化与刻字等。其中以电火花线切割与电火花成型加工应用最为 广泛。 6.1.2 数控电火花线切割机床的加工原理 数控电火花线切割又称线切割,是利用细金属线(常用的如钼、黄铜、紫铜等)作为负极,工件作为 正极,在线电极和工件之间加以高频的脉冲电压,并置于乳化液或者去离子水等工作液,使其不断产生 火花放电,工件不断地被电蚀,从而达到对工件进行加工的目的。如图 6.2 所示,为数控电火花线切割 加工的原理图。

图 6.2 数控电火花线切割加工原理 加工过程中, 线电极穿过工件上的穿丝孔, 在走丝机构的带动下经过导向轮相对于工件不断往复运动 (快 走丝机床)或单向运动(慢走丝机床) 。工件安装在十字工作台上并与其绝缘,工作台在数控装置的控制 下沿 x、y 轴方向按要求的加工轨迹运动,完成加工任务。 6.1.3 数控电火花线切割机床的分类 1.按走丝速度分 根据电极丝运动的方式可将数控电火花线切割机床分为两大类,即快走丝线切割机床和慢走丝线切割机 床。 (1)快走丝线切割机床 快走丝线切割机床是我国在 20 世纪 60 年代研制成功的,其主要特点是电极丝运行速度快(300~700 m/min) ,加工速度较高,排屑容易,机构比较简单,价格相对便宜,因而在我国应用广泛。但由于走丝 速度快,容易引起机床的较大振动,丝的振动也大,从而影响加工精度。它的一般加工精度为±0.015~ 0.02 mm, 所加工表面的表面粗糙度 R a1.25~2.5 ?m。快走丝线切割机床一般采用钼丝作为电极,双向 循环往复运动,电极丝直径为 Ф0.1~0.2mm,工作液常用乳化液。如图 6.3 所示,为快走丝线切割机床 的结构简图。 1-床身; 2-工作台; 3-导丝架; 4-储丝筒; 5-紧丝装置; 6-工作液循环系统; 7-控制箱; 8-程控机头; 9-脉冲电源; 10-驱动电源

图 6.3 DK7725d 型快走丝数控电火花线切割机床 电火花线切割机是以线电极作为刀具对工件进行放电加工的,因此,使线电极移动的走丝系统就是电火 花线切割机结构上的特有部分,它使电极丝以一定的速度运动并保持一定的张力。 如图 6.4 所示,为快走丝数控电火花线切割机床的走丝系统示意图。

1-绝缘底板; 2-工件; 3-脉冲电源; 4-导向轮; 5-钼丝; 6-储丝筒 图 6.4 快走丝线切割机床走丝机构 一定长度的钼丝(电极丝)平整地卷绕在储丝筒上,储丝筒通过联轴节与驱动电动机相连。为了重复使 用该段电极丝,驱动电动机由专门的换向装置控制作正反向交替运转。走丝速度等于贮丝筒周边的线速 度,通常为 8~10 m/s。在运动过程中,电极丝由丝架支撑,并依靠导轮保持电极丝与工作台垂直或倾斜 一定的几何角度(锥度切割时) 。 (2)慢走丝线切割机床 如图 6.5 所示, 为慢走丝线切割机床的结构简图。 它的走丝速度一般为 3~5 m/min 左右, 最高 15 m/min。 电极丝采用黄铜、紫铜等,直径为 0.03~0.35mm,电极丝单向运动且为一次性使用,这使电极丝尺寸一 致性好,加工精度相对较高。 1-床身; 2-工作台; 3-下导向架; 4-上导向架; 5-电容箱; 6-走丝机构; 7-机械操作盘; 8-数控柜; 9-绘图装置; 10-去离子水流量计

图 6.5 HC-6CNC 慢走丝线切割机床 如图 6.6 所示,为慢走丝线切割机床的走丝系统示意图。 1-送线盘; 2-传动轮; 3-卷线盘; 4-丝进给轮; 5-压紧轮; 6-上导轮; 7-上导向工作台; 8-上 导向器; 9-压板; 10-电极丝; 11-工件安装台; 12-下导向器; 13-下导向轮; 14-横臂; 15-制动轮; 16-滚轮; 17-丝导向器; 18-导向轮; 19-断丝检测杆; 20-工件; 21-导向轮

图 6.6 慢走丝线切割机床走丝机构 慢走丝线切割机床的走丝系统较复杂,能够设定并调整丝的张力,导向装置灵活,能进行断丝检测等。 最新的线切割机床还有自动穿丝和自动切断丝功能。慢走丝线切割机床加工精度可达±0.001 mm,所加 工表面的表面粗糙度可达 Ramax0.3?m,工作液主要采用去离子水和煤油,切割速度能达 350 mm2/min。 2.按控制轴的数量分 (1)x、y 两轴控制,该机床只能切割垂直的二维工件。 (2)x、y、u、v 四轴控制,该机床能切割带锥度的工件。 3.按机床的控制系统分 (1)只有控制功能,如使用单板机或单片机的控制机。 (2)编程控制一体化,它既有微机编程功能,又能用程序来控制线切割机床的逆行切割加工。 4.按步进电动机到工作台丝杠的驱动方式分 (1)经减速齿轮驱动丝杠,减速齿轮的传动误差会降低工作台的移动精度,从而使脉 冲当量的准确度降低。 (2)由步进电动机直接驱动丝杠,采用“五相十拍”的确步进电动机直接驱动丝杠,可避免用减速齿轮所 带来的传动误差,提高脉冲当量的精度,而且进给平稳,噪声低。 5.按丝架结构形式分 (1)固定丝架,切割工件的厚度一般不大,而且最大切割厚度不能调整。 (2)可调丝架,切割工件的厚度可以在最大允许范围内进行调整。 6.1.4 数控电火花线切割机床的主要技术参数 线切割机床主要由机械装置(包括床身、 移动工作台、走丝系统等) 、脉冲电源、数控装置、工作液供 给装置等组成。线切割机床的主要技术参数及功能举例说明如下: 1.主要技术参数 DK7725d 型 HC-6CNC 型 工作台最大行程 250 mm×350 mm 200×350 mm 最大切削厚度 100 mm,120 mm 100 mm 最大工件重量 120 Kg 80kg 加工表面粗糙度 Ra≤2.5?m Ra≤0.8?m 电极丝最大直经 0.25 mm 0.25 mm 电极丝速度 10~12 m/s <5.5 m/min 工作液 乳化液 去离子水

加工电源电流 0~5 A 0~39.5 A 加工电源空载电压 90~100 V 15 挡 脉冲当量 0.001 mm 0.001 mm 电极丝偏移量 0~9999 ?m 0~±99.999 mm 圆弧最大控制半径 500 mm 指令±99999.99 mm 供电电源消耗功率 三相 AC (380±10%)V 三相 AC(200/380/550±10%)V 50Hz, ≤1.5KW 50Hz, 5KVA 2.控制功能 控制轴数 x、y 轴 x、y、u、v 轴 插补方式 直线、圆弧 直线、圆弧 输入方式 键盘、纸带 MDI、纸带 磁盘、自动编程机 图形变换加工 旋转、对称 旋转、镜像 缩小、放大 缩小、放大 加工中功能 自动找中心 自动找中心 短路回退 自动找端面 断丝回到起始点 短路回退 机械锁住 6.1.5 数控电火花线切割机床的加工特点 线切割可以加工用一般切削加工方法难以加工或无法加工的硬质合金和淬火钢等高硬度、复杂轮廓形状 的板状金属工件,特别是对冲材(落料)模具中的凸凹模尤其适用。数控线切割加工是机械制造中不可 缺少的一种先进的加工方法,特点如下: (1)加工范围宽,只要被加工工件是导体或半导体材料,无论其硬度如何,均可进行加工。 (2)由于电火花线线切割加工线电极损耗极小,所以加工精度高。 (3)除了电极丝直经决定的内侧角部的最小半径 (电极丝半径+放电间隙)R 的限制外,任何复杂形状 的零件,只要能编制加工程序就可以进行加工。该方法特别适于小批量和试制品的加工。 (4)能方便调节加工工件之间的间隙,如依靠线径自动偏移补偿功能,使冲模加工的凸凹模间隙得以保 证。 (5)采用四轴联动可加工上、下面异型体、扭曲曲面体、变锥度体等工件。 6.2 数控电火花线切割机床的编程 线切割加工通常是工件整个加工中的最后一道工序,所以加工质量尤为重要。一般线切割加工的加工过 程如图 6.7 所示。

图 6.7 线切割机床一般加工过程 编程是数控电火花线切割加工的一项重要工作,其方法有手工编程和自动编程。手工编程实现切割工作 者的基本功,一般简单形状的线切割加工可以采用手工编程。本章只介绍手工编程的方法。 我国数控线切割机床常用的手工编程格式为 3B、4B 和 ISO 等。下面以国产快走丝 DK7725d 型与 FANUC-SUDES HC-6CNC 型线切割机床为例介绍其编程方法。 6.2.1 慢走丝数控电火花线切割机床编程方法

1. 3B 程序格式及编程方法 3B 格式是数控线切割机床上最常用的程序格式,在该程序格式中无间隙补偿,但可通过机场的数控装置 或一些自动编程软件自动实现补偿。其格式为 B X B Y B J G Z 其中:B ——分割符,表示一段程序的开始,并用其将 X、Y 和 J 隔离。 X,Y ——直线或圆弧的相对坐标值。编程时均取绝对值,以 ?m 为单位,?m 以下四舍五入,X、Y 的 数值不超过 6 位。加工直线时,X、Y 表示终点相对起点的坐标值,且可以用两者的比值表示。加工圆 弧时,X、Y 表示圆弧起点相对于圆心的坐标值,但不可以用两者的比值表示。若为0可以不写。当直 线平行于 x 轴或 y 轴时,X、Y 值均取为 0。 J ——记数长度,以 ?m 为单位,不超过 6 位数值,且取绝对值。其确定方法为:当加工直线时,J 值为 该直线在计数方向上投影长度;当加工圆弧时,J 值为各段圆弧(按象限划分)在计数方向上的投影长 度之和(如图 6.8 所示) 。 G ——计数方向(如图 6.9 所示) 。分 Gx 与 Gy 两种,它确定在加工直线或圆弧时按哪一坐标轴方向 取计数长度值。对于直线,其终点的坐标值在哪一个方向的数值大,就取该坐标轴方向为计数方向,即 |X|>|Y|时取 Gx,|X|<|Y|时取 Gy,当|X|=|Y|时,第一、 三象限直线取 Gy,第二、四象限取 Gx。圆弧的规定 与直线相反,圆弧终点坐标中绝对值较小的轴向为计数方向。 a)直线计数方向的确定 b)圆弧计数方向的确定

图 6.8 圆弧计数长度的确定 图 6.9 计数方向的确定 Z——加工指令,分为直线 L 与圆弧 R 两大类共 12 种, 指明加工直线或圆弧的类型。直线按走向和终 点所在象限分为 L1,L2,L3,L4 四种;圆弧走向的分为 SR(顺时针圆弧)和 NR(逆时针圆弧) ,再按 圆弧起点所在象限分为 SR1~SR4 和 NR1~NR4。如图 6.10 所示。

图 6.10 直线和圆弧的加工指令 例 6.1 用 3B 代码编制加工如图 6.11 所示零件的线切割加工程序。图中 A 点为穿丝孔,加工方向沿 A—B—C—D—…—G—B—A 进行。 解 (1)分别计算各段曲线的坐标值。 (2)按 3B 格式编写程序清单,程序如表 6.1 所示。

表 6.1 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9

例 6.1 零件加工的 3B 程序 加工段 A-B B-C C-D D-E E-F F-G G-B B-A B B B B B B B B B MJ X 0 0 0 0 30000 0 30000 0 B B B B B B B B B Y 2000 10000 10000 10006 8040 23920 8040 2000 B B B B B B B B B J 2000 10000 20000 10000 30000 23920 30000 2000 G Gy Gy Gx Gy Gx Gy Gx Gy Z L2 L2 NR4 L2 L3 L4 L4 L4 结束语句 注释 加工程序 可与上句合并

图 6.11 例 6.1 编程零件图 2.间隙补偿问题 在实际加工中,电火花线切割数控机床是通过控制电极丝的中心轨迹来加工的,也就是用电极丝作为工 具电极来加工的。因为电极丝有一定的直径 d,加工时又有放电间隙 δ(或称单边放电间隙) ,使电极丝 中心运动轨迹与给定图线相差距离 l,如图 6.12 所示,l=d/2+δ。加工凸模类零件时,电极丝中心轨迹应 放大;加工凹模类零件时,电极丝中心轨迹应缩小,如图 6.13 所示。

a)凸模加工 b)凹模加工 图 6.12 电极丝直径与放电间隙的关系 图 6.13 电极丝中心运动轨迹与给定图线的关系 一般数控装置都具有刀具补偿功能,不需要计算刀具中心运动轨迹,只需要按零件轮廓编程即可。但用 3B 或 4B 格式进行手工编程时,需要考虑电极丝直径及放电间隙,即要设置问隙补偿量 JB。 JB=±(d/2+δ) 加工凸模时取“+”值,加工凹模时取“-”。 在线切割加工时,在工件的凹角处不能得到“清角”,而是半径等于 l 的圆弧。对于形状复杂的精密冲模,

在凸凹模设计图纸上应注明拐角处的过渡圆弧半径 R。 加工凹角时 R1 ≥ l = d/2+δ 加工尖角时 R2 = R1 –? 式中,R1 为凹角圆弧半径;R2 为尖角圆弧半径;? 为凸凹模配合间隙。 例 6.2 用 3B 代码编制加工如图 6.14(a)所示凸模状零件的线切割加工程序。已知线切割加工用的电极丝 直径为 0.18 mm, 单边放电间隙为 0.01 mm, 图中 A 点为穿丝孔, 加工方向沿 A—B—C—D—…—H—B—A 进行。

a)零件图 b)电极丝轨迹图 图 6.14 例 6.2 线切割图形 解 (1) 分别计算各段曲线的坐标值。 实际加工中由于电极丝半径和放电间隙的影响, 电极丝中心实际运行的轨迹形状如图 6.12(b)中虚线所示, 即 加 工 轨 迹 与 零 件 图 相 差 一 个 补 偿 量 , 补 偿 量 的 大 小 JB= 电 极 丝 的 半 径 d/2+ 单 边 放 电 间 隙 δ=0.09+0.01=0.1 mm。 圆弧 E′F′的坐标计算: 圆弧 E′F′的圆心为坐标原点,建立直角坐标系,可得 E′点的坐标为:YE′=0.1 mm, X E′= =19.900 mm。由于对称性,得 F′的坐标为(-19.900,0.1)。 根据上述计算可知圆弧 E′F′的终点坐标 Y 的绝对值小,所以计数方向取 Gy。 圆 弧 E′F′ 在 一 、 二 、 三 、 四 象 限 向 Y 轴 投 影 得 到 长 度 分 别 为 0.1 , 19.9 , 19.9 , 0.1 mm , 故 J=100+1900+1900+100=40000。 圆弧 E′F′首先在第一象限顺时针切割, 故加工指令 Z 为 SR1。 由上可知圆弧 E′F′的 3B 代码为: B19900 B100 B40000 Gy SRl。 (2)按 3B 格式编写程序清单,程序如表 6.2 所示。 表 6.2 例 6.2 凸模零件加工的 3B 程序 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 加工段 A -B′ B′-C′ C′-D′ D′-E′ E′-F′ F′-G′ G′-H′ H′-B′ B′-A B B B B B B B B B B MJ X 0 40100 0 20200 19900 20200 0 40100 0 B B B B B B B B B Y 2900 0 40200 0 100 0 40200 0 2900 B B B B B B B B B J 2900 40100 40200 20200 40000 20200 40200 40100 2900 G Gy Gx Gy Gx Gy Gx Gy Gx Gy Z L2 L1 L2 L3 SR1 L3 L4 L2 L2 结束语句 注释 加工程序 可与上句合并

3.4B 程序格式及编程方法 4B 程序格式为:B X B Y B J B R G(D 或 DD) Z 其中:B、X、Y、J、G、Z 与 3B 相同。 R——所要加工圆弧的半径或公切园半径。对于加工图形的尖角,一般取 R=0.1 mm 的过渡圆弧编程。半 径增大时为正补偿,减少时为负补偿。 D 或 DD——为曲线形式,决定补偿方向。D 为凸圆弧;DD 为凹圆弧. 例 6.3 用 4B 代码编制加工如图 6.15 所示凸模状零件的线切割加工程序。已知线切割加工用的电极丝直 径 为 0.14 mm , 单 边 放 电 间 隙 为 0.01 mm , 图 中 O 点 为 穿 丝 孔 , 加 工 方 向 沿 O—A—B—C—D—…—J—A—O 进行。

图 6.15 例 6.3 线切割图形 解 (1) 分别计算各段曲线的坐标值。 间隙补偿 R=0.14/2+0.01=0.08 mm (2)按 4B 格式编写程序清单,程序如表 6.3 所示。 表 6.3 例 6.3 凸模零件加工的 4B 程序 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 加工段 0-A A-B B-C C-D D-E E-F F-G G-H H-I I-J J-A A-O B B B B B B B B B B B B B X 0 30000 0 12500 0 12500 0 30000 0 0 10000 0 B B B B B B B B B B B B B Y 8000 0 12500 0 22783 7217 7500 0 10000 15000 0 8000 B B B B B B B B B B B B B J 8000 30000 12500 12500 22783 12500 7500 30000 10000 15000 10000 8000 B B B B B B B B B B B B B 10000 8000 10000 7500 R 8000 G Gy Gx Gy Gx Gy Gx Gy Gx Gy Gy Gx Gy D DD D Z D (DD) DD L2 L1 L2 L3 L2 L1 L2 L3 NR2 L4 NR3 L4

6.2.2 慢走丝数控电火花线切割机床编程方法 下面以 FANUC-SUDES HC-6CNC 慢走丝数控电火花线切割机床为例介绍其编程方法。 该线切割机床 采用日本 FANUC 6M 数控系统,精度高,功能多。电极丝使用 φ0.05~φ0.25?m 的黄铜丝,工作液用去 离子水,程序输入用纸带阅读机和 MDI 方式。数控系统具有随时监控和诊断、自动停电恢复和自动电源 切断功能,可实现无人操作。同时控制四轴(x、y、u、v)联动,可加工锥度和异形曲面的工件。该机

床编程采用 ISO 和 EIA 两种代码, 程序段格式为字地址可变程序段格式, 数值采用绝对坐标和增量坐标, 且可以小数形式输入,其编程特点是直观、方便、灵活。 1.程序段格式及说明 该线切割机床程序段格式为 / N4 G2 X±53 Y±53 I±53 J±53 F22 D2 T±13 M3 其中/为跳步指令,表示后面的程序段无效(应与控制面板上开关相配合) ;N4 为程序段序号字,用 4 位数表示;G2 为准备功能指令;X±53,Y±53 为直线插补或圆弧插补时的终点坐标指令,其数值带正、 负号,小数点前最多可有 5 位,小数点后最多有 3 位,没有小数点最多可输入 8 位数值;I±53,J±53 为 圆弧插补时,以起点为原点的圆心坐标值(I,J 坐标下) ;F22 为设定线切割速度指令(mm/min),小数点 前最多可有 2 位,小数点后最多可有 2 位;D2 为电极丝半径补偿的地址号,用 2 位数表示,由 D00~ D15;T±13 为锥度加工时电极丝倾斜角大小指令,用 4 位数表示,小数点前 1 位,小数点后 3 位,单位 为度;M2 为辅助功能指令。 2.编程实例 加工如图 6.16 所示凹模,设 O 为加工起点,电极丝直径 0.20mm,单边放电间隙 0.02mm,切割速度 4mm/min,加工程序如表 6.4。

图 6.16 凹模加工零件图 表 6.4 凹模加工程序 加工程序 O0010 N0001 G92 X0 Y0 ; 说 明 程序编号 设定坐标系

N0002 G42 G91 G01 X6. Y8. F400 D01;引入程序,建立丝径补偿,补偿值在 D01 地址中,应 为 0.2/2+0.02=0.12mm 加工斜线 N0003 X7; N0004 G02 X0 Y-32 I0 J-16; N0005 G01 X-7; N0006 X-6 Y8; N0007 G02 X-12 Y0 I-6 J8 ; N0008 G01 X-6 Y-8; N0009 X-7 ; N0010 G02 X0 Y32 I0 J16 ; 加工直线 加工 R16 圆弧 加工直线 加工斜线 加工下 R10 圆弧 加工斜线 加工直线 加工左 R16 圆弧

N0011 G01 X-7 ; N0012 X6 Y-8 ; N0013 G02 X12 Y0 I6 J-8 ; N0014 G01 G40 X-6 Y-8 ; N0015 M02 ;

加工直线 加工斜线 加工上 R10 圆弧 回起点,取消丝径补偿 程序结束

例 6.4 如图 6.17 所示落料模,取电极丝直径为 0.12 mm,单边放电间隙为 0.01 mm,编制凹模的加工程 序。

a) 凹模零件图 b) 凹模刃口轮廓图 图 6.17 例 6.4 凹模零件图 因该模具是落料模,冲下零件的尺寸由凹模决定,模具配合间隙在凸模上扣除,故凹模的间隙补偿量为 JB= d/2+δ=0.12/2+0.01=0.07 mm,即要求间隙补偿量为 0.07 mm。 按平均尺寸绘制凹模刃口轮廓图,以 O 为坐标原点建立坐标系,如图 6.17 所示。然后计算凹模刃口轮廓 节点和圆心坐标值,如表 6.5 所示。 穿丝孔设在 O 点,按 O—A—B—C—D—E—F—G—H—A—O 的顺序加工。 表 6.5 凹模刃口轮廓节点和圆心坐标值 节点和圆心 O O1 A B C X 0 -60 3.4270 -14.6976 -50.025 Y 0 0 9.4157 16.0125 16.0125 节点和圆心 D E F G H X -50.025 -50.025 -50.025 -14.6976 3.4270 Y 9.7949 -9.7949 -16.0125 -16.0125 -9.4157

(1)线切割 ISO 加工程序: G90 G92 X0 Y0 G41 D70 G01 X3427 Y9416 Y-14697 Y16012 X-50025 Y9795 G02 X-50025 Y-9795 I-9975 J-9795

G01 X-50025 Y-16013 X-14697 Y-16013 X3427 Y-9416 G03 X3427 Y9416 I-3427 J9416 G40 G01 X0 Y0 M02 (2)线切割 4B 加工程序: B3427 B9416 B9416 GY L1 B18124 B6597 B18124 GX L2 B35328 B0 B35328 GX L3 B0 B6218 B6218 GY L4 B9975 B9795 B1 9590 B13980 GY DD SRl B0 B6217 B6217 GY L4 B35328 B0 B35328 GX L1 B18124 B6596 B18124 GX L1 B3427 B9416 B13186 B10020 GX D N’R4 B3427 B9416 B9416 GY L3 说明:“间隙补偿量 0.070 mm”且为“凹模加工”这两条信息,可单独送入数控系统。 6.3 数控电火花线切割机床操作 6.3.1 控制面板及功能键 如图 6.18 所示,为 DK7725d 型线切割机床控制面板,主要由数字显示窗口和键盘组成。主要功能键有: 工作状态转换键 GOOD、磁带、纸带信息输入键 INPUT 、输入切割加工程序键 EDIT 、存储单元检查 键 DISPLAY 、输入切割加工程序增量键 EOB 、磁带、纸带信息输出键 OUTPUT 、退格键 CE 、复 位键 RESET 、检查下一个存储单元键 NEXTSTEP 、执行键 EXEC 、程序输入结束键 F FINISH 。 1-键盘; 2-自动变频开关; 3-进给调节旋钮; 4-点动按钮; 5-切割加工开关; 6-暂停按钮; 7-x、y 轴进给开关; 8-控制系统电源开关; 9-脉冲电源开关; 10-y 轴步进电机进给指示灯; 11-x 轴步进电机进给指示灯; 12 -进给速度电压指示表; 13-急停按钮; 14-数字显示窗口

图 6.18 控制面板及功能键 6.3.2 程序的输入及编辑操作 程序输入有键盘、纸带、磁带及自动编程机联机输入等四种输入方式,主要介绍键盘输入,DK7725d 型线切割机床最多可输入 2860 段程序。 1.键盘输入程序 将已编写好的程序单按顺序通过键盘逐段输入,具体操作如下: (1)在 GOOD 状态下,按 EDIT 键,显示 P; (2)输入 4 位程序段序号,显示为 P××××; (3)输入第一段“3B”格式程序内容; (4)按 EOB 键,继续输入下一段程序(段号自动加 1) ,直到全部程序输完; (5)输入完最后一段程序的加工指令后接着按一下 2 键,显示为×××E 。 (6)按 EOB 、F FINISH 键,显示 GOOD。 若在输入程序过程中输错数据或多输入了“B”等,可按 CE 键清除,再重新输入。可根据需要在任意一 段的加工指令后加入指令特征“1”,即表示暂停。在输入暂停符后,加工完该段程序会自动暂停,若要继 续加工可按 CUT 键。程序最后一段必须送入指令特征“2”,表示全部程序结束,否则将会运行内存中保 存的其他程序。 3.程序的检索 若要检查已输入的程序是否正确,或进行修改、删除、插入等编辑工作,则首先要进行检索操作。具 体方法如下: (1)按 RESRT 复位键,显示 - - ; (2)按 GOOD 键,显示 GOOD ; (3)按 EDIT 键,显示 P; (4)输入需检索的程序段号,显示键 P×××× ; (5)连续按 DISPLAY 键,按顺序显示 X 值、Y 值、J 值。计数方向、加工指令、指令特征,接着 显示下一段程序段号,重复操作可继续显示内容; (6)按 F FINISH 键,结束检查。

若在检查时发现错误,可进行修改、删除、插入等操作。 3.程序的修改 当检查发现某程序段有错误,需进行修改操作: (1)按 RESET 复位键,显示 - - ; (2)按 GOOD 键,显示 GOOD ; (3)按 EDIT 键,显示 P; (4)输入需修改的程序段号,显示 P××××; (5)重新输入正确的程序; (6)按 EOB 键(显示下一段程序号) 。 若还需修改可继续重新输入,否则按 F FINISH 键结束修改。 4.程序的删除 其操作方法同程序的修改,只是在输入要删除的程序段号后,按 D 键即可。执行删除操作后,使其 后的程序段号都减 1。 5.程序的插入 依次按下 RESET 、GOOD 、EDIT 键后,输入要插入的程序段号,再按 E 键。输入要插入的程序 段内容,按 EOB 键(显示下一段程序号) ,如要结束插入按下 F FINISH 。 6.3.3 线切割加工时的操作方法 1.有关功能与参数设置 程序输入结束后就可以进入切割加工。为了正确地进行切割加工,还需进行有关控制功能和参数的设 置。DK7725d 型线切割机床具有坐标变换、图形缩放、齿隙补偿、锥度加工、电极丝自动偏移及加工结 束自动停机等功能,根据加工需要在程序执行前要将这些功能设置好。控制机对坐标变换、图形缩放、 齿补及锥度加工等功能可以进行停电保护。如果下次加工需要的上述功能初始化状态与上一次相同,只 需顺次按 RESET、GOOD 键即可,否则需重新设置。 (1)图形缩放设置操作 ① 按 RESET 键,显示 - - ; ② 按 2 、0 、0 、1 、DISPLAY 键; ③ 按某一缩放比例数字键×、0 、GOOD 键,其中× 是指 0 、1 或 2 中的某一键,数字“0”表示不 缩放,“1”表示图形缩小一倍,“2”表示图形放大一倍,若不是这些数,按 GOOD 键后会出现出错的符 号。 (2)电极丝自动偏移设置 在每次切割加工前根据需要设置相应的电极丝偏移量, 切割凹槽时偏移量 JB=d/2+δ 为电极丝直经, (d δ 为单边放电间隙,约为 0.01mm) ,切割凸模时 JB= d/2+δ-?(? 为凸凹模配合单边间隙) 。偏移量设置 仅一次有效,程序运行完毕或按 RESET 键后被清除。具体设置方法为: ① 按 GOOD 键; ② 按 A 键,顺次输入偏移量(4 位数)表示的、偏移特征 B 或 C; ③ 按 EOB 键结束设置。 偏移特征的取法为: 对于外偏移顺时针取“C”, 逆时针取“B”; 对于内偏移顺时针取“B”, 逆时针取“C”。 2.切割加工的操作 (1)加工程序的执行 上述初始化设置和程序输入完成后即可进行加工程序的执行和切割加工,具体操作如下: 在 GOOD 状态下,若从第一段程序开始执行,则按 CUT 键即可,否则应先输入起始程序段号,按 EDIT 键和 4 位程序段号数值键,再顺序按 F FINISH 、CUT 键。 如果在某一段的程序后面加入了暂停符“1”(此暂停符可在输入程序时输入) ,则系统运行完程序段后 进入自动暂停状态,若要继续加工需再按一次 CUT 键。

(2)放电加工操作 进行切割加工时,加工程序的执行必须同控制面板开关、脉冲电源面板开关和机床电器操作面板按钮 相配合。 将控制面板上 X - Y 进给开关 7、自动变频开关 2、 脉冲电源开关 9 和切割开关 5 拨至“1”位置,按下 机床电器操作面板(如图 6.19 所示)上的走丝电机启动按钮 1 和工作液泵启动按钮 2,将脉冲电源开关 8 旋至“1”位置,即可开始放电加工。调节控制面板上的进给速度旋钮 3, 使放电进给过程稳定。 1-走丝按钮; 2-工作液泵按钮; 3-机床总电源按钮; 4-机床电压表;

5-机床电流表; 6-上丝开关; 7-张力调节旋钮; 8-脉冲电源开关 图 6.19 机床电器操作面板 加工过程中,要在不中断加工的前提下检查工作状态,分别按控制面板上的 0 ~5、7 和 F 键,可显示 X 坐标即时值、Y 坐标即时值、J 计数长度即时值、F 偏差值、计数方向、加工指令和加工特征、电极丝 偏移量和偏移特征,以及加工程序段号等。 (3)点动的操作方法 ① 将控制面板上的加工开关 5 拨至“0”位置,关掉变频; ② 按点动按钮 4,每按一下步进电机根据运算结果相应地运行一步。 3.脉冲电源参数的选择 脉冲电源是数控电火花线切割机床最重要的组成部分,脉冲电源参数的选择直接影响到切割速度、表面 粗糙度、尺寸精度、加工表面的状况和线电极的损耗等。 (1)脉冲波形的选择 脉冲电源提供了矩形脉冲(共分 4 档)和分组脉冲两种波形。当表面粗糙度要求特别高时应选用分组脉 冲,保证精加工时电极丝损耗较小。为获得较高的切割速度可选用矩形脉冲。 (2)脉冲宽度的选择 脉冲宽度越宽则单个脉冲的能量就越大,放电间隙加大,切割效率也越高,加工越稳定,但加工的表面 粗糙度会降低。较小的脉冲宽度能提高表面粗糙度,但由于放电间隙较小,加工稳定性较差,因此要根 据不同工件的加工要求选择合适的脉冲宽度。一般要求脉冲宽度小于 60?s。如表 6.6 所示为表面的粗糙 度与脉宽的关系。 表 6.6 脉冲宽度 ti 与表面粗糙度的关系 Ra /?m ti /?s (3)脉冲间隔的选择 2.0 5 2.5 10 3.2 20 4.0 40

脉冲间隔小相当于提高脉冲频率, 增加单位时间内的放电次数, 使切割速度提高,但会给排屑带来困难 (尤 其对较厚的工件) ,使加工间隙的绝缘度来不及恢复,从而引起加工不稳定。脉冲间隔大使排屑有充裕的 时间,可防止断丝,但减小了单位时间的放电次数,使切割速度下降。一般要求脉冲间隔与工件厚度成 正比,如表 6.7 所示。 表 6.7 工件厚度(H)与脉冲间隔(t0)的关系 H / mm t0 / ti 10 ~ 40 4 50 5 60 6 70 7 80 ~ 100 8

6.3.4 线切割加工工艺 线切割加工工艺是保证切割质量的重要环节,下面就线切割加工的几个工艺问题作以介绍。 1.工件材料的选择 线切割加工一般是大面积去除金属和切断加工。如果工件材料选择不当加上热处理不合适,会使材料内 部产生较大内应力,致使在加工过程中,剩余内应力释放,会使工件变形,破坏零件的加工精度,严重 甚至在切割过程中,材料出现裂纹。因此,要线切割加工的工件,应选择锻造性能好,淬透性好、内部 组织均匀,热处理变形小的材料,并采用合适的热处理方法,达到加工后变形小,精度高的目的。尽量 选用 Cr12、CrWMn、Cr12MoV、GCr15 等。 2.表面粗糙度和加工精度分析 线切割加工表面是由无数的小坑和凸起组成的,粗细较均匀,特别有利于保存润滑油;而机械加工表面 则存在切削或磨削刀痕并具有方向性。在相同表面粗糙度的情况下,其耐磨性比机械加工的表面好。因 此,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。此外,如果线切割 加工的表面粗糙度等级提高一级,则切割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。 线切割加工所能达到的最好粗糙度是有限的。若无特殊需要,对表面粗糙度的要求不能太高。同样,加 工精度的给定也要合理,目前,绝大多数数控线切割机床的脉冲当量一般为每步 0.001 mm,由于工作台 传动精度所限,加上走丝系统和其他方面的影响,切割加工精度一般为 6 级左右,如果加工精度要求很 高,是难以实现的。 3.切割路线的选择 (1)切割路线开始应从远离夹具的方向开始进行加工,最后在转向工件夹具的方向。其中,图 6.20a、c 所示的切割路线是错误的,如果按此路线加工,第一段切割加工就将主要的连接部位割断,余下材料与 夹持部分连接较少,工件刚度降低,易产生变形。所以,一般情况下,最好将工件与其夹持部分分割的 线段安排在切割路线的末端。 (2) 尽量避免从工件外侧端面开始向内切割, 而采用从工件上预制穿丝孔, 再从孔开始加工, 如图 6.20c、 d 所示。图 6.20a、b 不打穿丝孔,从外切入工件,切第一边时使工件的内应力失去平衡而产生变形,在 加工其他边时,误差就会增大。 对精度要求较高的零件,最好采图 6.20c 所示的方案,电极丝不是由坯件外部切入,而是将切割起始点 取在坯件预制的穿丝孔中,这种方案可使工件的变形最小。

a)

b)

c)

d)

图 6.20 切割路线的选择 (3)切割孔槽类工件时可采用多次切割法,以减少变形,保证加工精度,如图 6.21 所示,第一次粗加 工型孔时留 0.1~0.5 mm 的精加工余量,以补偿变形,第二次精加工要达到精度要求。

1-第一次切割路线; 2-第一次切割后的变形图形; 3-第二次切割的形状 图 6.21 多次切割示意图 (4)在一块毛坯上,切割出两个(或两个以上)工件时,应从不同的预制孔开始加工,而不应连续一次 切割出来,如图 6.22 所示。

b)不正确 图 6.22 一块毛坯上加工多个工件的切割路线 4.加工条件的确定 线切割加工时,主要确定的加工条件有:空载电压、峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔、放电电流、电 极丝张力、走丝速度、电极丝直经、工作液电阻率以及进给速度等。下面介绍几个主要加工条件的确定 原则。 (1)空载电压的选择 空载电压直接影响放电间隙的大小, 进而引起切割速度和加工精度的变化,对断丝也影响较大。当电极 丝直径小(0.1 mm)、切缝较窄,要减小加工面腰鼓形时,应选较低的空载电压;当要改善表面粗糙度, 减小拐角的塌角时,应选较高的空载电压。一般快走丝机床的空载电压选 100 V,慢走丝机床选 150 V 以下。图 6.23 所示为切缝与空载电压的关系曲线,切缝的变化会影响加工表面的平直度和形状精度。图 6.24 为空载电压与切割速度的关系曲线。

a)正确

图 6.23 空载电压与切缝的关系 图 6.24 空载电压与切割速度的关系 (2)峰值电流选择 峰值电流会影响切割速度及断丝,一般在进行试切时限定峰值电流的大小。快走丝线切割机床的峰值电 流大约范围为 15~40 A,慢走丝机床峰值电流约为 100~500A,最大可达 1000 A。峰值电流与加工速度 的关系就是单个脉冲能量与加工速度的关系,图 6.25 所示为单个脉冲能量与切割速度的关系。 (3)电极丝材料和直径的选择 目前电极丝材料的种类很多,主要有纯铜丝、黄铜丝、专用黄铜丝、钼丝、钨丝、各种合金丝及镀层金 属丝等。常用电极丝材料及其特点见表 6.8。 表 6.8 常用电极丝材料及其特点 材料 纯铜 黄铜 线径/mm O.1~O.25 O.1~O.30 特点 适合于切割速度要求不高或精加工时用,丝不易卷曲,抗拉强度 低,容易断丝 适合于高速加工,加工面的蚀屑附着少,表面粗糙度和加工面的 平直度也较好 适合于高速、高精度和理想的表面粗糙度加工以及自动穿丝,但 价格高 由于它的抗拉强度高,一般用于快速走丝,在进行微细、窄缝加 工时,也可用于慢速走丝 由于抗拉强度高,可用于各种窄缝的微细加工,但价格昂贵

专用黄铜 O.05~O.35 钼 钨 O.06~O.25 O.03~O.10

, 一般情况下,快速走丝机床常用钼丝作电极丝,钨丝或其他昂贵金属丝因成本高而很少使用,其他丝材 因抗拉强度低,在快速走丝机床上不能使用。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。 电极丝的直径 d 应根据工件加工的切缝宽度、工件厚度、拐角大小及切割速度的要求等选取。由图 6.26 可知,电极丝直径 d 与拐角半径尺的关系为 d≤2(R-δ)。所以,在拐角要求小的微细线切割加工中,需要 选用线径细的电极。但线径太细,能够加工的工件厚度也将会受到限制。一般范围为 φ0.03~φ0.35 mm 范围。表 6.9 列出了不同材料、不同直径电极丝的拐角 R 和加工工件厚度的极限值。

图 6.25 单个脉冲放电能量与切割速度的关系 图 6.26 电极丝直径与拐角半径的关系 表 6.9 电极丝直径与拐角和工件厚度的极限 电极丝直径/mm 0.15(黄铜) 0.25(黄铜) 拐角 R 极限/mm 0.10 ~ 0.16 0.15 ~ 0.22 工件厚度/ mm 0 ~ 50 0 ~ 100(100 以上) 0 ~ 20 0 ~ 30

<, P align=center>0.07 0.05 ~ 0.10 (钨) 0.10(钨) 0.07 ~ 0.12

(4)电极丝张力选择 电极丝的张力越大切割速度越高, 表面质量要好,图 6.27 所示为线电极张力与切割速度的关系。但电 极丝张力过大会引起断丝。一般电极丝的张力为 8 N 左右,某些慢走丝线切割机床专用电极丝的张力可 达 15~20 N。

图 6.27 电极丝张力与切割速度的关系 (5)进给速度选择 常见的线切割机床进给方式有恒速进给和伺服进给两种,一般快走丝线切割机床采用伺服进给,而慢速 走丝切割机床采用恒速进给。 进给速度太快易产生短路和断丝, 进给速度太慢则加工表面腰鼓形会增大, 但表面粗糙度会改善。一般取试切时进给速度的 80%~90%作为正式加工的进给速度。 (6)走丝速度选择

电极丝的走丝速度影响到电极丝在加工区的逗留时间和承受的放电次数。一般应使走丝速度尽量快些, 以便有利于冷却、排屑和减小电极损耗,提高加工精度(尤对厚的工件) 。走丝速度应根据工件厚度和切 割速度选择,慢走丝线切割机床的走丝速度常在 3~12 m/min 之间选取。 5.工件加工基准的选择 为了便于线切割加工,根据工件外形和加工要求,应准备相应的校正和加工基准,并且此基准应尽量与 图样的设计基准一致,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 6.28 所示)。 (2)以外形为校正基准,内孔为加工基准。无论是矩形、圆形还是其他异形工件,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 6.29 所示(外形一侧边为 校正基准,内孔为加工基准) 。在大多数情况下,外形基面在线切割加工前的机械加工中就已准备好了。 工件淬硬后,若基面变形很小,稍加打光便可用线切割加工;若变形较大,则应当重新修磨基面。

图 6.28 矩形工件的校正和加工基准 图 6.29 加工基准的选择 6.穿丝孔的确定 (1)切割凸模类零件 为避免将坯件外形切断引起变形(工件内应力失去平衡造成)而影响加工精度,通常在坯件内部外形附近 预制穿丝孔(见图 6.20c、d)。 (2)切割凹模、孔类零件 此时可将穿丝孔位置选在待切割型腔(孔)内部。当穿丝孔位置选在待切割型腔(孔)的边右处时,切割过程 中无用的轨迹最短;而穿丝孔位置选在已知坐标尺寸的交点处则有利于尺寸推算;切割孔类零件时,若 将穿丝孔位置选在型孔中心可使编程操作容易。因此,要根据具体情况来选择穿线孔的位置。 (3)穿丝孔大小 穿丝孔大小要适宜。一般不宜太小,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 φ(3~1O) mm。如果预制孔可用 车削等方法加工,则穿丝孔径也可大些。 7.电极丝的定位 在数控线切割中,需要确定电极丝相对于工件的基准面、基准线或基准孔的坐标位置,可按下列方法进 行。 (1)目视法 对加工要求较低的工件,确定电极丝和工件有关基准线和基准面的相互位置时,可直接目视或借助于 2 倍~8 倍的放大镜来进行观测。 ①观测基准面 工件装夹后,观测电极丝与工件基面初始接触位置,记下相应的纵横坐标,如图 6.30 所 示。但此时的坐标并不是电极丝中心和基面重合的位置,两者相差一个电极丝半径。 ②观测基准线 利用钳工或镗工等在工件的穿丝孔处划上纵、横方向的十字基准线,观测电极丝与十字 基准线的相对位置,如图 6.31 所示。摇动纵或横向丝杠手柄,使电极丝中心分别与纵、横方向基准线重 合,此时的坐标就是电极丝的中心位置。

图 6.30 观测基准面(确定电极丝位置) 图 6.31 观测基准线(确定电极丝位置) (2)火花法 该方法是利用电极丝与工件在一定间隙下发生放电的火花来确定电极丝坐标位置的,如图 6.32 所示。摇 动拖板的丝杠手柄,使电极丝逼近工件的基准面,待开始出现火花时,记下拖板的相应坐标。该方法简 便、易行,但电极丝逐步逼近工件基准面时,开始产生脉冲放电的距离往往并非正常加工条件下电极丝 与工件间的放电距离。 (3)自动找中心法 目的是为了让电极丝在工件的孔中心定位。具体方法是:移动横向床鞍,使电极丝与孔壁相接触,记下 坐标值 x1,反向移动床鞍至另一导通点,记下相应坐标 x2,将拖板移至戈,与 x2 的绝对值之和的一半 处。同理,移动纵向床鞍,记录下坐标值 y1、y2,将拖板移至 y1 与 y2 的绝对值之和的一半处,即可找 到电极丝与基准孔中心相重合的坐标,如图 6.33 的所示。

图 6.32 火花法确定电极丝位置 图 6.33 找电极丝中心 8.短路、断丝的处理 切割加工中出现电极丝短路、断丝的现象,应采取下述措施处理: (1)短路可能因为进给速度太快、脉冲电源参数选择不当等原因造成。应降低进给速度,增加峰值 电流,加大加工能量,同时加大电极丝的张力,减小工作液的电阻率。 (2)发生断丝的原因可能是脉冲电源参数选取不当、工作液浓度不合适、工件变形、进给速度不合适、 走丝系统不正常等。应首先检查电极丝断丝的位置并判别原因,减小峰电流,降低空载电压和进给速度, 减小电极丝张力或增大冷却喷嘴的工作液流量等。 6.4 数控电火花成形机床简介 6.4.1 问题的引出 如图 6.34 所示零件, 其表面复杂、要求的表面加工质量高,尤其是型腔较深的模具零件,若采用数控铣

床或加工中心,刀具很难进入加工;对于非通孔零件也不适合采用电火花线切割加工,采用另外一种电 加工的方法——电火花成形加工即比较合适。

a)汽车车灯模具 b)模具型腔 图 6.34 电火花成形加工零件 6.4.2 数控电火花成形机床的加工原理、基本构成、分类和加工特点 1. 数控电火花成形机床的加工原理及分类 如图 6.35 所示,数控电火花成形加工的工作原理类似于电火花线切割,它是利用导电材料(常用的如石 墨、钢、铜等)作为工具电极,被加工的金属导体材料做成工件电极,在电极和工件之间通入绝缘液体 介质,并在电极和工件上接入高频脉冲电源,对工件进行连续的、周期性的电火花放电的电腐蚀加工。 1-电极; 2-主轴头;3-主轴头座; 4-脉冲电源;5-储油箱; 6-油杯; 7-工件; 8-油泵; 9-工作液箱;10-过滤器; 11-输油管; 12-回油管

图 6.35 电火花成形加工原理图 电火花成形机一般先进行工具电极的成型加工,再利用工具电极对其他金属导电材料的工件进行电火花 仿形加工,使得工件与工具电极成相似型或相同,从而完成对各种各样的复杂模具和复杂零件的仿形加 工。 早期我国生产的电火花成形机分为电火花穿孔加工机床和电火花成形加工机床。20 世纪 80 年代后,我 国开始大量采用晶体管脉冲电源,电火花成形机既可用作穿孔加工又可作成形加工,故统称为电火花成 形机床。 电火花成形机按数控程度可分为非数控、单轴数控及三轴数控。随着科学技术的进步,目前已经涌现了 三坐标数控电火花机床,以及带工具电极库能按程序自动更换电极的电火花加工中心等高档电火花成形 机床。 2. 数控电火花成形机床的基本构成和主要参数 如图 6.36 所示,为 SE1 型精密数控电火花成形机床的基本组成。主要由主机、工作油箱、数控电源柜等 部分组成。主机包括床身、滑座、工作台、底座、滑枕、主轴头、工作液槽、机床端子箱等部分组成。 主轴头上装有电极夹头,是用来装夹及调整电极的装置,如图 6.37 所示,为最普通的电极夹头。通常情

况下, 用直角尺或百分表找正电极与工作台面垂直,调节调整螺钉 4、5 时电极在垂直面 30°范围内转动; 用 2、3、6、7 调节电极在 Y、Z 平面,X、Z 平面的垂直;用 1 夹紧电极。 1-床身; 2-工作液槽; 3-手控盒; 4-控制台; 钉; 5-数控电源柜; 6-滑枕; 7-底座; 8-主轴头; 9-油箱; 10-机床垫铁 1-电极夹紧螺钉; 2,7-电极前后水平调整螺 3,6-电极左右水平调整螺钉; 4,5-电极旋转角度调整螺钉;

图 6.36 SE1 型数控电火花成形机床的组成 图 6.37 普通电极夹头 SE1 型数控电火花成形机床的主要技术参数及功能举例说明如下: (1)主要技术参数 500mm×320mm 工作台尺寸 电源 三相 AC (380±10%)V 150 L 10 kV·A 工作液容量 数控电源容量 320 mm 3.3 kV·A 工作台左右 辅助电源容量 260 mm 移动距离主轴行程 工艺指标 主轴端面与工作台距离 250 mm 加工电流 50A/1OOA 1000 kg ≤0.7?m 工作台最大承载质量 加工粗糙度 lOO kg 主轴头最大承载质量 电极体积相对损耗 ≤1% 0.01 mm x 轴定位精度 0.01 mm y 轴定位精度 0.01 mm z 轴定位精度 (2)控制功能 控制轴数 x、y、z 轴 插补方式 直线、圆弧 输入方式 键盘、自动编程机 图形变换加工 旋转、对称、缩小、放大 加工中功能 自动找中心、液面保护、接触感知、电极摇动 3.数控电火花成形机床的加工特点 数控电火花成形机床适合于加工各种中小型冲裁模(落料模、复合模和级进模),型腔模(精密压铸、压延、 塑料、玻璃制品、粉末冶金和胶木等),各种超硬度材料,异型曲面零件,坐标孔零件及成型零件。 ①电火花成形加工过程中,电极与工件不直接接触(工件和电极间存在着放电间隙),所以电极的材料不

必比工件硬。 ②电火花成形加工是直接利用电、热能进行加工,控制较方便,其电参数可以任意调节,可以在同一台 机床上,工件一次装夹的情况下,连续进行粗加工、半精加工和精加工,便于保证加工精度,实现加工 过程的自动化。 ③电火花加工中,工件的形状主要由成形电极成形,因此可采用成形电极对各种型孔、立体曲面、复杂 形状等工件进行仿型加工。 ④电火花成形加工,在精加工时,精度可达到 0.01 mm,表面粗糙度为 Rа=0.63?m;微精加工时,精度 可达 0.004~0.002 mm,表面粗糙度为 Rа=0.32~0.16?m。 电火花成形加工与金属切削加工比有其独特的优点,但在某些方面也存在以下一些局限性: 电火花成形加工只能用于加工金属等导电体,一定条件下也可加工半导体和非导体材料。一般加工速度 较慢,为改善这些问题,提高生产率,通常可以先用切削加工去除大部分余量,再用电火花成形加工将 其加工到位。 存在电极的损耗,电火花成形加工过程中,工件和电极都有腐蚀,而电极的腐蚀损耗会直接影响到加工 的精度,且电极的损耗都集中在尖角和底部,尤其影响工件的成形精度。 6.4.3 数控电火花成形机床的编程与操作 加工方法选择: ①单工具电极直接成型法 ②多电极更换法 ③分解电极加工法 ④手动侧壁修光法 电极的设计与制作: ①材料选择 ②电极设计 ③电极制造 电极的安装及校正 工件的安装及校正 参数的选择、加工条件的选择

分析零件图纸 电火花成形加工 在电火花成形加工过程中,必须综合考虑机床的性能、加工方法、加工质量等各个方面的因素对加工的 影响。从总体上讲,电火花加工机床加工零件的过程一般按如下步骤进行。

图 6.38 电火花成形机床一般加工过程 1.加工方法的选择 根据加工对象、精度及表面粗糙度等要求和机床的性能确定加工方法。电火花成形加工的加工方法通常 有以下几种。 (1)单工具电极直接成型法 单工具电极直接成型法采用同一个工具电极完成模具型腔的粗加工、中加工及精加工。单电极平动法加 工时,工具电极只需一次装夹定位,避免了因反复装夹带来的定位误差。但对于棱角要求高的型腔,加 工精度难以保证。 (2)多电极更换法 多电极更换法采用几个不同尺寸的工具电极完成一个型腔的粗、中及精加工。在加工时首先用粗加工电 极蚀除大量金属,然后更换电极进行中、精加工;对于加工精度高的型腔,往往需要较多的电极来精修 型腔。此方法的优点是仿型精度高,尤其适用于尖角、窄缝多的型腔模加工。缺点是需要制造多个电极, 对电极的重复制造精度要求高,且要考虑电极更换时的重复定位精度。 (3)分解电极加工法 分解电极加工法是根据型腔的几何形状,把电极分解成主型腔电极和副型腔电极,分别制造。先用主型 腔电极加工出主型腔,后用副型腔电极加工尖角、窄缝等部位的副型腔。此方法的优点是能根据主、副 型腔不同的加工条件,选择不同的加工规准,有利于提高加工速度和改善加工表面质量,同时还可简化 电极制造,便于电极修整。缺点是主型腔和副型腔间的精确定位较难解决。 2.电极的设计与制作 电极的设计与制作是电火花加工中的关键步骤之一,要考虑的主要因素有:电极材料的选择、电极的尺 寸和个数、电极上是否要开设冲液孔、电极定位的基准面、电极的制作方法等。 常用的电极材料为石墨和紫铜。一般精加工电极或小电极的材料为紫铜,粗加工电极材料为石墨。 (1)电极设计 电极设计是电火花加工中的关键点之一。在设计中,首先详细分析产品图纸,确定电火花加工位置;其 次根据现有设备、材料、拟采用的加工工艺等具体情况确定电极的结构形式;最后根据不同的电极损耗、 放电间隙等工艺要求对照型腔尺寸进行缩放。 ①电极的结构形式 根据型孔或型腔的尺寸和复杂程度,根据电极的加工工艺来确定电极的结构形式。如图 6.38 所示,常用 的有 3 种形式。

a)整体电极 b)组合电极 c)镶拼电极 图 6.39 电极的结构形式 图 6.39a 为整体电极,即由一整块材料制成, 。图 6.39b 为组合电极,是将若干个小电极组装在电极固定 板上,可一次性同时完成多个成形表面的电火花加工。优点是生产率高,各型孔间位置精度高;但对电 极间的定位精度要求也高。图 6.39c 为镶拼电极,是将形状复杂、制造困难的电极分成几块分别加工, 再镶拼成整体的电极。既可保证电极的制造精度,简化了电极的加工;但制造中要保证电极分块之间的 位置要准确,配合要紧密牢固。 ②电极的尺寸 首先要确定电极的公差,通常是工件公差的一半,即精加工电极公差=1/2 工件公差。粗加工电极公差可 比精加工电极公差大,最好是负边(一) 。定位误差主要是由于装夹系统引起的,同时也与电极制造有关 系。 其次要确定减寸量,即电极和欲加工型面之间的尺寸差。 当无平动加工时,精加工电极的减寸量由放电间隙(2δ0)确定,粗加工电极的减寸量由安全间隙(M) 确定。放电间隙是放电时,电极与工件间的间距,是双边放电间隙,由图 6.40 确定。无平动加工时,最 后一个电极应比要加工成型的尺寸小 2δ0。 在无平动加工时,安全间隙是所有电极尺寸比要加工型面尺寸减小的值,安全间隙确定如图 6.41 所示。 安全间隙包括:放电间隙 δ0、粗加工侧面表面粗糙度 δ2 和安全余量 δ1(安全余量来自温度影响及表面 粗糙度的测量误差值等) ,即 M = 2(δ0+δ2+δ1)

图 6.40 放电间隙确定 图 6.41 安全间隙确定 此外,还要考虑材料的公差,包括热膨胀系数和再加工余量等。 (2)电极的制造 根据电极的材料、制造精度、尺寸大小、加工批量、加工设备等选择合适的加工方法,通常采用数控铣 削、车削、线切割等加工方法来制造电极。 3.加工工件准备与装夹 选择好要加工的工件后,根据实际情况需要对工件进行适当的处理:如对工件进行去磁、去锈、热处理 等。 装夹工件时,要校正装夹好电极,然后将电极定位于要加工的地方。 4.开机加工 选择加工极性,调整机床,保持适当液面高度,调整加工参数,保持适当电流,调节进给速度、冲油压 力等。在加工中特别是加工开始要随时检查工件稳定情况,正确操作。 5.电火花机床的编程 SE1 型数控电火花成形机床采用 ISO 代码编程,包括段、顺序号、段跳过指令、G 代码、X、Y、U、V (I、J)坐标轴、M 代码、H 代码,C 代码、T 代码、子程序、关于运算、转角功能等。如表 6.10 所示, 为系统可用地址和意义。 表 6.10 系统可用地址和意义 地址 N、O G 意 义 地址 A RI、RJ S RX、RY R4 意 义 顺序号 准备功能 指定加工锥度 图形旋转的中心坐标 R 轴转速 图形或坐标旋转的角度(X、 Y 轴) 图形或坐标旋转的角度

X、Y、Z、U、V、 表示轴移动的尺寸 W I、J、K T D、H P L C 指定圆弧中心坐标 机械设备控制 偏移量指定 指定子程序调用 指定子程序调用次数 指定加工条件

PW、PG、VS、PI、 变更个别加工条件 CC SV、SF、CV EX、JP、DC OBT、STEP

M R

辅助功能 转角 R 功能

POL、ON、OFF Q 直接跳转功能

说明: (1)采用 ISO 代码编程,所有代码和功能与其他机床类似,符合 ISO 代码规定。 (2)C 代码表示加工条件号,格式为“C”后跟 3 位 10 进制数(不足三位用 0 补齐) ,是用来在程序中选 择加工条件代码的。该系统共有 1000 (C000~C999)种不同的加工条件。 (3) 系统提供了一些固定子程序, 包括定位用固循环子程序和加工用固循子程序。 N9140、 如 N9141 等 。 例 6.6 已知图 6.42a 零件,现有其毛坯如图 6.42b 所示,试设计加工该零件的精加工电极。 设计要点如下: (1)电极材料的选择 由于加工余量少,采用紫铜做电极。 (2)结构设计 该电极共分 4 个部分(如图 6.42 所示),各个部分的作用如下: 1 一该部分为直接加工部分。 2 一电极细长,为了提高强度,适当增加电极的直径。 3 一因为电极为细长的圆柱,在实际加工中很难校正电极的垂直度,故增加部分 3,其目的是方便电极的 校正。 另外,由于该电极形状对称,为了方便识别方向,特意在本电极的部分 3 设计了 5 mm 的倒角。 4 一电极与机床主轴的装夹部分。该部分的结构形式应根据电极装夹的夹具形式确定。 (3)尺寸分析 由于该电极加工部分是一锥面, 故对电极的横截面尺寸要求不高; 为了保证电极在放电过程中排屑较好, 电极的结构中第 2 部分直径不能太大, ?30 mm。 选 而长度方向, 该电极的实际加工长度虽然只有 5 mm, 但由于加工部分的位置在型腔的底部,故增加了尺寸。

a)零件图 b)毛坯图 c)电极零件图 图 6.42 锥孔加工零件图及电极零件图 复习思考题 6-1 试说明线切割机床的加工原理及组成。 6-2 线切割机床的分类及各类线切割机床的特点。 6-3 采用 3B 格式编程时,如何确定切割直线和圆弧的计数长度、计数方向和加工指令? 6-4 脉冲宽度与脉冲间隔对加工速度与加工质量有何影响? 6-5 为保证加工质量如何选择切割路线? 6-6 采用 3B 格式(不使用丝偏移)编制题 6-6 图中各等边零件的线切割程序,各边边长为 10 mm。

a) 正方形 b) 六边形 题 6-6 图 6-7 采用 3B 格式(不使用丝偏移)编制题 6-7 图中零件。 6-8 采用 3B 格式 (不使用丝偏移) 编制题 6-8 图中凸凹模零件, 电极丝直径为 0.18 mm, 放电间隙为 0.01 mm。

a) 凸模 b) 凹模 6.2 题 6-7 图 题 6-8 图 6-9 分别用 3B 和 4B 格式编制题 6-9 图所示中各个零件的线切割加工程序。

题 6-9 图 6-10 如题 6-10 图所示,采用电极丝自动偏移功能,移量为 0.07 mm。设加工起点为 S,在非光滑连接处 加 R=0.15 mm 的过渡圆弧。用 3B 格式编制程序。

题 6-10 图 6-11 分别采用 3B 格式(不使用丝偏移)和本章讲述的慢走丝线切割机床的编程格式(采用丝半径补偿) 编制题 6-11 图中各零件的线切割程序。

a) 凸 模

b) 样 板

c) 凹 模 题 6-11 图 6-12 电火花成形机床有哪些部分组成?各部分的用途是什么? 6-13 电火花成形机床德的加工方法有哪些? 6-14 如何设计制造电极?


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