电火花切割技术doc.docx

资源描述

电火花切割技术doc.docx

《电火花切割技术doc.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电火花切割技术doc.docx（45页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

电火花切割技术doc.docx

电火花切割技术doc

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（300～700m/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±0.015～0.02mm，所加工表面的表面粗糙度Ra1.25～2.5μm。

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8~10m/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3～5m/min左右，最高15m/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±0.001mm，所加工表面的表面粗糙度可达Ramax0.3μm，工作液主要采用去离子水和煤油，切割速度能达350mm2/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 250mm×350mm 200×350mm

最大切削厚度 100mm，120mm 100mm

最大工件重量 120Kg 80kg

加工表面粗糙度 Ra≤2.5μm Ra≤0.8μm

电极丝最大直经 0.25mm 0.25mm

电极丝速度 10～12m/s ＜5.5m/min

工作液乳化液去离子水

加工电源电流 0～5A 0～39.5A

加工电源空载电压 90～100V 15挡

脉冲当量 0.001mm 0.001mm

电极丝偏移量 0～9999μm 0～±99.999mm

圆弧最大控制半径　　　 500mm 指令±99999.99mm

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-SUDESHC-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μm为单位，μm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μm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 例6.1零件加工的3B程序

序号

加工段

注释

A-B

2000

加工程序

B-C

10000

可与上句合并

C-D

10000

20000

NR4

D-E

10006

10000

E-F

30000

8040

30000

F-G

23920

G-B

30000

8040

30000

B-A

2000

结束语句

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–Δ

式中，R1为凹角圆弧半径；R2为尖角圆弧半径；Δ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0.18mm，单边放电间隙为0.01mm，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=0.1mm。

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′=0.1mm，

XE′==19.900mm。

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：

B19900B100B40000GySRl。

（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

加工段

注释

A-B′

2900

加工程序

B′-C′

40100

可与上句合并

C′-D′

40200

D′-E′

20200

E′-F′

19900

100

40000

SR1

F′-G′

20200

G′-H′

40200

H′-B′

40100

B′-A

2900

结束语句

3.4B程序格式及编程方法

4B程序格式为：

BX BY BJ BR 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=0.1mm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0.14mm，单边放电间隙为0.01mm，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=0.08mm

（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

加工段

D（DD）

0-A

8000

A-B

30000

B-C

12500

C-D

12500

D-E

22783

E-F

12500

7217

12500

F-G

7500

G-H

30000

H-I

10000

NR2

I-J

15000

J-A

10000

NR3

A-O

8000

6.2.2慢走丝数控电火花线切割机床编程方法

下面以FANUC-SUDESHC-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FANUC6M数控系统，精度高，功能多。

电极丝使用φ0.05～φ0.25μm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

/N4G2X±53Y±53I±53J±53F22D2T±13M3

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

说明

O0010

程序编号

N0001

G92X0Y0；

设定坐标系

N0002

G42G91G01X6.Y8.F400D01；

引入程序，建立丝径补偿，补偿值在D01地址中，应为0.2/2+0.0

展开阅读全文