毕业设计数控线切割加工工艺研究.docx

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毕业设计数控线切割加工工艺研究

毕业设计（论文）

（说明书）

题目：

电机支架线切割加工

姓名：

李田

编号：

12号

指导老师：

张涛

年月

毕业设计（论文）任务书

毕业设计（论文）题目：

电机支架线切割加工

专业：

数控技术姓名：

李田

毕业设计（论文）工作起止时间2011年1月9日至2011年6月20日

毕业设计（论文）的内容提要：

（1）分析零件的加工难点

（2）零件的工艺分析

（3）编写数控加工工艺过程卡片

（4）编写数控加工工序卡片

（5）编写数控加工程序

个

指导教师：

张涛老师

河北机电职业技术学院现代制造工程系

毕业设计开题报告

论文题目:

电机支架线切割加工

学生姓名:

李田

学号:

12号

专业班级:

数控0606班

指导教师:

填表时间:

年月日

一、课题背景及意义

二、论文题目及内容

三、课题研究进度计划

四、指导教师意见（对本课题深度、广度及工作量的意见）

指导教师:

年月日

五、系审查意见

系主任签字（或盖章）:

年月日

联系方式:

前言

目前，数控设备已经大量进入制造业，作为特种加工家庭的一员，数控电火花线切割加工时对传统机械加工方法的有力补充和延伸，现已成为模具和工具行业不可缺少的重要加工方法，并向着精密化智能化方向发展同时也成为设计制造中实现奇妙构思所不可缺少的工艺方法。

本论文讲解线切割机床的工艺制定及应用，语言通俗易懂，知识实用。

以实际操作经验为主，包括快走丝与慢走丝知。

本论文主要介绍了一下线切割的应用范围及原理特点还有一些工艺的制定与工艺指标的影响还有影响一些参数的选择等一些内容，最后以两个零件为主体现了线切割的先进技术与应用。

摘　要

原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法。

电火花线切割机按走丝速度可分为高速往复走丝电火花线切割机（ReciprocatingtypeHighSpeedWirecutElectricalDischargeMachining俗称“快走丝）、低速单向走丝电火花线切割机（LowSpeedone-waywalkWirecutElectricalDischargeMachining俗称“慢数控电火花线切割机（WirecutElectricalDischargeMachining简称WEDM），属电加工范畴，是由前苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和走丝”）和立式自旋转电火花线切割机（VerticalWireElectricalDischargeMachiningmachinetoolWithRotationWire）三类。

又可按工作台形式分成单立柱十字工作台型和双立柱型（俗称龙门型）。

关键词：

数控电火花线切割机床；高速往复走丝；低速单向走丝；立式自旋转

摘要　……………………………………………………………………7

第一章数控线切割的绪论　…………………….....................................…....11

1.1数控电火花线切割加工及发展历程.........................................................................11

1.2数控电火花线切割加工的应用范围......................................................................11

1.3电火花线切割技术的应用现状及发展趋势..................................................................11

1.4数控线切割加工的应用.....................................................................................................12

第二章典型零件的数控线切割加工工艺分析　　……………..……....13

2.1冷冲模加工………………………………………………………………......13

2.2零件加工………………………………………………………………......15

第三章电机支架加工工工艺的制定　　…………………………........…..16

3.1零件图的工艺分析………………………………………………………....16

3.2工艺准备……………………………………………………………………...17

3.3穿丝孔的确定……………………………………………...........……………...…20

3.4工件的装夹和位置的校正…………………………………………….……..21

3.5电极参数的选择………………………………………………………….....24

3.6加工工艺的指标...............................................................................................30

第四章影响电机支架加工工艺指标的主要因素　…………........….……..31

3.1主要工艺指标……………………………………………………………..31

4.2影响工艺指标的主要因素………………………………………………..…31

第五章典型零件加工　　…………………………………………………...35

5.1数字冲裁凹模镶嵌的加工……………………………………………………35

5.2大·中型冷冲模加工………………………………….....…………………38

致谢　.....................................................................................................................................50

参考文献　　……………………………………………………………………………..51

第1章数控线切割的绪论

1.1数控电火花线切割加工及发展历程

　电火花线切割机（Wire cut Electrical Discharge Machining简称WEDM），属电加工范畴，是由前苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法。

线切割机也于1960年发明于前苏联，我国是第一个用于工业生产的国家。

1.2数控电火花线切割加工的应用范围

线切割加工为新产品试制、精密零件加工及模具制造等开辟了一条新的工艺途径，主要应用于以下几个方面：

1.试制新产品及零件加工

在新产品开发过程中需要单件的样品，使用线切割直接切割出零件，例如试制切割特殊微电机硅钢片定转子铁芯，由于不需另行制造模具，可大大缩短制造周期，降低成本。

2.加工特殊材料

切割某些高硬度、高熔点的金属时，使用机加工的方法几乎是不可能的，而采用线切割加工既经济有能保证精度

3.加工磨具零件

电火花线切割加工主要应用于冲模、挤压模、塑料模、电火花型腔模的电极加工等。

电火花线切割加工机床加工速度和精度的迅速提高，目前已达即可与坐标镗床相竞争的程度。

1.3电火花线切割技术的应用现状及发展趋势

随着模具等制作业的快速发展，近年来我国电火花线切割加工机床的的生产和技术创新得到了飞速发展，同时也对电火花线切割机床提供了更高的要求，促使我国电火花线切割生产企业积极提采用现代研究手段和先进深入开发研究，向信息化、智能化和绿色化方向不断发展，以满足市场的需要，未来的发展将主要表现在以下几个方面：

1.稳步发展高速走丝线切割加工机床的同时，重视低速走丝电火花线切割机床的开发。

2.进一步完善机床结构设计，改进走丝机构

3.积极推广多次切割工艺，提供综合工艺说水平

1.4数控线切割加工的应用

数控线切割加工为新产品的试制、精密零件及模具加工开辟了一条新的途径，主要应用于以下几个方面：

1.加工模具适用于各种形状的冲模，调整不同的间隙补偿量，只需一次编程就可以切割凸凹模，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，还可以加工挤压模、粉末冶金模、弯曲模、塑压模等通常带锥度的模具。

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，对于铜钨、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.加工零件在试制新产品时，用线切割在板料上直接加工出零件，例如切割特殊微电机硅钢片定转子铁芯。

由于不需另行制造模具，可大大缩短制造周期、降低成本。

同时修改方便、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、成型刀具，同时还可以进行微细加工和异型槽加工等。

第二章电机支架切割加工工艺分析

前已述及，电机支架切割加工主要应用于加工模具的零件和各种特殊的微细、薄片类零件。

下面分别举例说明以线切割加工为主的典型零件线切割加工工艺路线以及应注意的一些工艺问题。

2.1冷冲模加工

数控线切割加工应用最广的是冷冲模加工，其加工工艺路线与加工顺序的安排分析如下：

2.1.1.加工工艺路线

1.凸模类型工件的工艺路线凸模工件。

其加工工艺路线安排为：

下料——反复或异向锻造——退火——钳工钻传丝孔——淬火与回火——磨上下平面——线切割加工成形——钳工修整。

对于一定批量或常规生产的小型模件可以在一件坯件分别依次加工成形。

2.凹模类型工件的工艺路线凹模工件。

其加工工艺路线为：

下料——反复或异向锻造——退火——刨六面——磨上下平面和基面——淬火与回火——线切割加工成形——钳工修配。

本例中，磨削基面的目的是为了线切割加工时找正，基面一般选择工件侧面的一组直角边。

另由于工件上有小槽加工，其穿丝孔与孔直径不能大，为了保证穿丝孔与定位面的垂直度，以免影响电极丝与穿丝孔的正确定位，钻削穿丝孔前应对工件的定位和找正基面进行磨削。

安排两次磨削也有利于保证上下平面的平行度。

3.加工顺序冲模一般主要有凸模、凹模、凸模固定板、卸料板、侧刃、侧导板等部件组成。

在线切割加工时，安排加工顺序的原则是线切割卸料板、凸模固定板等非主要件，然后再切割凸模、凹模等主要件。

这样，在切割主要件之前，通过对非主要件的切割，可检验操作人员在编程过程中是否存在错误，同时也能检验机床和控制系统的工作情况，若有问题可及时得到纠正。

在加工中也可用圆柱销将固定板、凹模、卸料板组合起来一次加工。

这要求冲裁的材料厚度最好在0.5mm以下，如果冲裁的材料厚度大于0.5mm，凹模和卸料板可一起切割。

2.2零件加工

加工零件的特点

1.品种多，批量大小不定。

2.具有薄件、窄槽、异型孔等复杂结构图形。

3.不仅有直线和圆弧组成的图形，还有阿基米德螺旋线、抛物线、双曲线等特殊曲线的图形。

4.图形大小和材料厚度有很大的差别。

技术要高，特别是在精加工和表面粗糙度方面有着不同的要求。

第三章数控线切割加工原理、特点及应用

2.1数控线切加工原理

数控线切加工的基本原理是利用移动的细金属导线（铜丝或钼丝等）作负电极对导电或半导电材料的工件（作为正电极）进行脉冲火花放电而进行所要求加工。

线切割加工时，线电极一方面相对工件不断地往上（下）移动（慢速走丝是单向移动，快速走丝时往返移动）；另一方面，装夹工件的十字工作台，由数控伺服电动机驱动，在X、Y轴方向实现切割进给，使线电极沿加工图形的轨迹，对工件进行切割加工。

图2-1是数控切割加工的原理图。

这种切割是依靠电火花放电作用实现的，它是在线电极和工件之间加上脉冲电压，同时在线电极和工件之间浇注工作液，不断产生电火花放电，使工件不断地被电蚀，从而可控制地完成工件的尺寸加工。

图2-1线切割加工原理

2.2数控线切割加工的特点

1.他是以金属线为工具电极，大大降低了成型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。

2.除了金属丝直径决定的内侧角部的最小半径R（金属丝半径+放电间隙）受限制外，任何微细、异形孔，窄缝和复杂形状的零件，只要编制出加工程序就可以进行加工，其加工周期短、应用灵活，因而很适合于小批量零件和石试制品的加工。

3.无论被加工工件的硬度如何，只要是导电体或半导电体的材料都能进行加工。

由于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，因此，也适宜于加工低刚度工件及细小零件。

4.由于电极丝比较细，切缝很窄，只对工件材料进行“套料”加工，实际金属去除量很小，轮廓加工所需余量也少，故材料的利用率很高，能有效地节约贵重材料。

5.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，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，点击损耗对加工精度的影响更小。

6依靠数控系统的线径偏移补偿功能，使冲模加工的凸凹模间隙可以任意调节。

7.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。

8.采用四轴联动控制时，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。

第三章数控线切割加工工艺的制定

电机支架切割加工，一般作为工件加工的最后一道工序，使共建达到图样规定的尺寸、形位精度和表面粗糙度。

下面就是电机支架切割加工中的有关技术做一介绍。

3.1零件图的工艺分析

主要分析电机支架的凹角和尖角是否符合线切割加工的工艺条件，零件的加工精度、表面粗糙度是否在线切割加工所能达到的经济精度范围内。

1.凹角和尖角的尺寸分析因线电极具有一定的直径d，加工时有放电间隙ε，使线电极中心的运动轨迹与加工面相距l,即l=d/2+ε,如图4-3所示。

因此，加工凸模类零件时，线电极中心轨迹应放大；加工凹模类零件时，线电极中心轨迹应缩小。

在线切割加工时，在工件的凹角处不能得到“清角”而是圆角。

对于形状复杂的精密冲模，在凸、凹模设计图样上应说明拐角处的过度圆弧半径R。

同一副模具的凸、凹模中，R值要符合下列条件，才能保证加工的实现和模具的正确配合。

对凹角，R1>=l=d/2+ε

对尖角，R2=R1-△

式中R1------凹角圆弧半径；

R2------尖角圆弧半径；

△-------凸、凹模的配合间隙。

2.表面粗糙度及加工精度分析电火花线切割加工表面和机械加工的表面不同，它是又无方向性的无数小坑和硬凸边所组成，特别又利于保存他润滑油；而机械加工表面则存在着切削或磨削刀痕，具有方向性。

两者相比，在相同的表面粗糙度和又润滑油的情况下，其表面润滑性能和耐磨性能均比机械加工表面好。

所以，在确定就爱个面表面粗糙度Ra值时要考虑到此项因素。

合理确定线切割加工表面粗糙度Ra值是很重要的。

因为Ra值的大小线切割速度Vwi影响很大，Ra值降低一个档次将使线切割速度Vwi幅度下降。

所以，要检查零件图样上是否有过高的表面粗糙R度要求。

此外，线切割的加工所能达到的表面粗糙度Ra值是有限的，譬如欲达到优于Ra0.32um的要求还较困难，因此，若不是特殊需要，零件上标注的Ra值尽可能不要太小，否则，对生产率影响太大。

同样，也要分析零件图上的加工精度是否在数控线切割机床加工精度所能达到的范围内，根据加工精度要求的高低来合理确定线切割加工的有关工艺参数。

3.2工艺准备

工艺准备主要包括线电极准备、工件准备和工件液配制

3.2.1线电极准备

1.线电极材料的选择目前线电极材料的种类很多，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线等。

表4-1是常用线电极材料的特点，可供选择时参考。

一般情况下，快速走丝机床常用钼丝作线电极，钨丝或其他昂贵金属丝因成本高而很少用，其它线材因抗拉强度低，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、专用合金丝及镀层（如镀锌等）的电极丝。

表3-1各种线电极的特点

材料

线径

特点

纯铜

0.1~0.25

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

黄铜

0.01~0.30

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

专用黄铜

0.05~0.35

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

钼

0.06~0.25

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

钨

0.03~0.10

由于抗拉强度高，可用于各种窄缝的微细加工，但价格昂贵

2.电极的直径的选择线极丝直径d应根据工件加工的切缝宽窄、工件厚度及拐角处尺寸大小来选择。

由图4-5可知，线电极直径d与拐角半径R的关系为d<=2（R-ε）。

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，担线径太细，能够加工的工件厚度也将会受到限制。

表4-2列出线径与拐角和工件厚度的极限的关系。

表3-2路径与拐角和工件厚度的极限

线电极直径d

拐角极限Rmin

切割工件厚度钨

钨0.05

0.04~0.07

0~10

钨0.07

0.05~0.10

0~20

钨0.10

0.07~0.12

0~30

黄铜0.15

0.10~0.16

0~50

黄铜0.20

0.12~0.20

0~100以上

黄铜0.25

0.15~0.22

0~100以上

3.2.2工件准备

1.工件材料的选定和处理工件材料的选择是由图样设计时确定的。

作为模具，在加工前毛坯需经锻打和热处理。

锻打后在锻打方向与垂直方向会有不同的残余应力；淬火后也会出现残余应力。

加工过程中残余应力的释放会使工件变形，从而达不到加工尺寸精度要求，淬火不当的工件还会在加工过程中出现裂纹，因此，工件需经二次以上回火或高温回火。

另外，加工前还会进行消磁处理及去除表面氧化皮和锈斑等。

例如，以线切割加工为主要工艺时，钢件的加工工艺路线一般为：

下料—锻造—退火—机械粗加工—淬火与高温回火—磨加工—线切割加工—钳工修整。

为了避免或减少上述情况，应选择锻造性能好、淬透性好、热处理变形小的材料，如以线切割为主要工艺的冷冲模具，尽量选用CrWMn、Cr12Mo、GCr15等合金工具钢，并要正确选择热加工方法和严格执行热处理规范。

另一方面，也要合理安排线切割加工工艺（后述）。

2.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以致常见的有以下两种形式：

（1）以外形和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。

（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。

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经准备好了。

工件淬硬后，若基面变形很小，可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。

3.3穿丝孔的确定

1.切割凸模类零件，此时为避免将坯件外形切断引起变形，通常在坯件内部外形附近制穿丝孔（3-3c）。

2.切割凹模、空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）的边角处时，切割过程中无用的轨迹最短；而穿孔位置已选在已知坐标尺寸的交点处则有利于尺寸推算；切割孔类尺寸时，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丝孔的位置。

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￠3～10㎜如果预制孔可用车削等方法加工，则穿丝孔径也可大些。

4.切割路线的确定线切割加工工艺中，切割起始点和切割路线的确定是否合理，将影响工件变形的大小，从而影响加工精度。

图3-1所示的由外向内顺序的切割路线，通常在加工凸模零件时采用。

其中，图3-1a所示的切割路线是错误的，因为当切割完第一边，继续加工时，由于主要连接的部位被割离，余下材料与夹持部分的连接较少，工件的刚度大为降低，容易产生变形而影响加工精度。

如按图3-1c所示的切割路线加工，可减少由于材料隔离后残余应力重新分布而引起的变形。

所以，一般情况下，最好将工件与夹持部分分割的线段安排在切割路线的末端。

对于精度要求较高的零件，最好采用如图3-1b所示的方案，电极丝不由坯件外部切入，而是将切割起点取在预制的穿丝孔中，这种方案可使工件的变形最小。

图3-3切割凸模时加工穿丝孔与否的比较

5.结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。

这个突尖的大小取决于电极线经过赫尔放电间隙。

在快速走丝的加工中，用细的线电极加工，突尖一般很小，在慢速走丝加工中就比较大，必须将它去除。

下面介绍去除突尖的方法：

（1）利用拐角的方法凸模在拐角位置线切割路线的突尖比较小，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掉下来的部分，有固定板固定起来，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测靠近，如图4-12所示。

（3）用多次切割的方法工件切断后，对突尖精心多次切割精加工。

一般分三次进行性，第一次为粗加工，第二次为半精加工，第三次为精加工。

也有采用粗、精二次切割法去除突尖，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的。

改变偏移量的大小，可使线电极靠近或远离工件。

第一次比原加工路线增加大约0.04mm，的偏移量，使线电极远离工件开始加工，第二次、第三次、逐渐靠近工件加工，一直到突尖全部被除掉为止。

一般为了避免过切，应留0.01mm左右的余量供手工精修。

3.3.1工作液的准备

根据线切割机床的类型和加工对象，选择工作液的种度类、浓度及导电率等。

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，普通使用去离子水。

适当添加某些导电液有利于提高切割速度。

以便使用电阻率为2X10Ω∙㎝左右的工作液，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。

3.4工件的装夹和位置校正

3.4.1对工件装夹的基本要求

1.工件的装夹基准面应清洁应清洁无毛刺，经过热处理的工件，在传丝孔或凹模类工件扩孔的台阶处，应清理热处理的渣物及氧化膜表面。

2.夹具精度要高。

工件至少有两个侧面固定在夹具或工作台上。

3.装夹工件的位置要有利于工件的找正，并能满足加工行程的需要，工作台移动时，不得与丝架相碰。

4.装夹工件的作用力要均匀，不得使工件变形或翘起。

5.批量零件加