毕业设计方案线切割加工工艺分析.docx

1、毕业设计方案线切割加工工艺分析郑州轻院轻工职业学院专科毕业设计论文）题 目快走丝线切割加工在模具制造中的应用学生姓名 郭纹甫 专业班级10模具设计与制造一班学号 10105072 系别 轻化工程系 指导教师职称）李宏兵讲师）完成时间2018年4月10日摘 要本论文是围绕线切割加工工艺来讲述的，首先简单的介绍了线切割加工，线切割加工作为一门特殊的加工方法，具有加工精度高、速度快、操作控制简便以及方便地加工复杂零件等特点，是机床数控技术的重要应用领域之一。文中描述了线切割加工的整个过程：1）分析图样，明确加工要求；2）对工件已加工表面进行分析，确定工艺基准；3）根据工艺基准选择定位方法； anal

2、ysis, clear pattern processing requirements, (2 the surface of workpiece machining, the paper analyzes technology standards, (3 according to the technical standards selection method, According to the results of analysis (4, the reasonable choice of cutting line and processing speed. In the process o

3、f production and processing of common problems, the paper analyzes the main problems in clamping workpiece, cutting line, the choice of electrode wire on the choice of firmness and electrical impulses. Summarize the experience, and formulate measures. Because wire-cutting processing is often last pr

4、ocedure, if the deformation will cause irreparable damage. So in wire-cutting processing process must be formulated.Keywords:Wire electrode, CNC technology, wire-cutting processing前 言1第一章初识电火花线切割2第一节 电火花线切割的行业归属2第二节 电火花线切割的工作原理2第三节 电火花线切割加工分类及其控制方式3第四节 控制介质3第五节 电火花线切割的加工工艺3第二章 电火花线切割工艺分析4第一节 工艺分析及切割

5、路线的确定4第二节 加工速度分析6第三节 电极丝的选择及使用方法7第四节 线切割的控制过程10一、工件(零件的平移控制10二、走丝系统的功能10三、高频电源的选择10四、自适应控制11第五节 脉冲电源对线切割的影响12第六节 加工表面粗糙度的影响因素及非电参数的影响12第三章电火花线切割工艺的改进13第一节 对图样进行分析和审核13第二节 装丝技巧13第三节 改进切割方法14第四节 选择合理的工艺参数15第五节 编程注意事项15一、冲模间隙和过渡圆半径的确定15二、计算和编写加工程序16结 论17参考文献18附 录.1920致 谢21前 言传统的机械加工已经有很久的历史，它对于人类的生产技术和

6、物质文明起了极大的作用。但随着人类科技的进步复杂的工艺生产又严重制约了生产力的发展。直到1943年前苏联拉扎林柯夫才摆脱了传统的切削加工方法。利用电能来切削金属。它是通过带负电荷的工具电极和带正电荷的工件之间产生一次火花放电，产生瞬时的高温，使局部的金属熔化、气化而被蚀除掉，获得“以柔克刚”的效果。线切割作为一门特殊的加工工艺，具有加工精度高、速度快、操作控制简便以及方便地加工复杂零件等特点，是机床数控技术的重要应用领域之一。解决了不少传统加工方式难以解决的问题，使许多问题简单化，大大降低了复杂零件的加工难度和加工成本，更保证了许多精密零件的加工精度在。尤其在模具制造中得到广泛应用。然而线切割

7、加工也有其缺点，比如加工速度慢，在线切割的瞬时高温和工作液的快速冷却作用下，零件表面经线切割后会形成变质层，使表面硬度下降，并产生显微裂纹等弊病，严重影响零件的制造质量和使用寿命，应引起足够重视。而且线切割机床的操作及零件加工的编程、加工路线的选着都对加工零件的精度有影响，本文是自己在加工过程中的经验及通过对象相关资料的查阅做出的一些总结。第一章 初识电火花线切割第一节电火花线切割的行业归属传统的机械加工已经有很久的历史，它对于人类的生产技术和物质文明起了极大的作用。但随着人类科技的进步复杂的工艺生产又严重制约了生产力的发展。直到1943年前苏联拉扎林柯夫才摆脱了传统的切削加工方法。从此电加工

8、走进了人们的视线。电加工是利用电能来切削金属。它是通过带负电荷的工具电极和带正电荷的工件之间产生一次火花放电，产生瞬时的高温，使局部的金属熔化、气化而被蚀除掉来达到加工目的的加工方式。随着电加工的发展，电加工形成了一种独立的加工体系。根据放电加工原理及能量作用大致可分为：电火花加工、电化学加工、电子束加工、离子束加工、等离子弧加工等。电火花加工又称放电加工，简称EDM，是通过工具电极和工件之间不断产生脉冲性的火花放电，靠放电时局部瞬时产生高温把金属蚀除下来的一种加工方法。电化学加工是通过电解溶液与金属离子溶解加工。电子束加工是焊接过程中的一种溶化、气化加工。离子束加工是蚀刻注入进行原子撞击的一

9、种动能加工。等离子弧加工是喷镀过程通过涂覆热能熔化的一种加工方法。电火花线切割就是电火花加工的一种，它易于加工复杂、精密和高硬度工件，特别是薄壁、窄缝工件。所以，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中占有极其重要的地位，也成为电加工技术中的一个重要分支。第二节 电火花线切割的工作原理线切割加工的基本原理是利用移动的细小金属导线铜丝或钼丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电，通过计算机进给控制系统。配合一定浓度的水基乳化液进行冷却排屑，就可以对工件进行图形加工。线切割机的“线”是指直径为001mlTl左在的钼丝长约200m 绕在一个圆筒上。把钼丝通入直流电源的正极，将被加工的零件

10、通及直流电源的负极当零件接触钼丝时会产生短路电流从而将零件接触处绕开一个缺口。如果固定钼丝。莲缍的接一定规律移动零件，在零件上就将割开一条细缝曲线，这就是得用“线”来切割零件的原理。第三节 电火花线切割加工分类及其控制方式电火花线切割按照不同的方式有不同的分类方法，常用的以下两种：1、按控制方式分为：靠模仿型控制、光电跟踪控制、数字程序控制、微机控制等。2、按走丝速度分为：低速走丝方式俗称慢走丝）和高速走丝方式俗称快走丝）。现代的电加工设备已经很少靠模仿型控制和光电跟踪控制方式。快走丝线切割主要是台式单板机和柜式工控机两种。台式单板机主要以3B程序控制。个别的还用4B或5B格式。柜式工控机是近

11、代网络化的必然产物。采用的是国际标准化程序ISO代码。以CPU为依据的控制系统方式。慢走丝线切割的控制方式是以柜式工控机为主。极个别的是全智能化操作系统。国产的慢走丝一般是半自动控制方式。而国外进口机大部分都是全自动操作方式。采用去离子水作工作液，只有在特殊精加工时才采用绝缘性能较好的煤油。快走丝线切割的电极丝广泛采用0.06-0.25mm的钼丝作高速往复运动，它的运动速度为7-10M/秒。可控加工精度在0.005-0.015m左右。慢走丝线切割的电极丝一般采用0.2mm的铜丝作低速单向运动。它的运动速度低于0.2M/秒。可控加工精度在0.002-0.005mm左右。也就是一条头发丝的1/10

12、到1/20。第四节 控制介质数控线切割机床的控制系统是根据人的“命令”控制加工的。所以必须先将要进行线切割加工的图形用线切割控制系统所能接受的“语言”编制好命令。这种“命令”也就是加工程序。编程对于线切割加工来说是重中之重的技术核心部分。是产品尺寸达标与否、模具配合的主要控制手段。现在流行采用的程序格式主要有3B个别扩充为4B或5B）格式，ISO格式。EIA美国电子工业协会）格式。我国的数控线切割快走丝机床主要采用统一的五指令3B格式。第五节 电火花线切割的加工工艺在电加工的技术角度来说，最重要的是在于它的工艺技术和技巧，只有工艺合理，才能高效率地加工出质量好的工件，分析图样是保证工件质量和工

13、件综合技术指标的第一步，其中加工路线和正确装夹方法最为重要。加工操作主要在于电极丝的垂直度，脉冲电源的电参数调整，变频进给速度控制等是表面粗糙度和加工精度的重要标志。第二章 电火花线切割工艺分析电火花线切割机床的加工工艺与普通机床的加工工艺有许多相同之处，也有许多不同之处，在电火花线切割机床加工的零件多为加工复杂、精密和高硬度工件，特别是薄壁、窄缝工件，线切割加工要使工件达到图纸要求的尺寸、精度和粗糙度等各项指标，加工前必须做好准备工作，对零件认真进行分析，合理安排加工路线和选定加工参数。图2-1是数控线切割加工工艺设计的主要步骤：图2-1 数控线切割加工工艺设计过程第一节工艺分析及切割路线的

14、确定工艺分析首先是对零件图进行分析，明确加工要求。其次对工件已加工表面进行分析，确定哪些面可以作为工艺基准，采用什么方法定位。分析零件的形状及材料热处理后状态，考虑会不会在加工过程中发生变形，哪些部位最容易变形。由于线切割加工往往是最后一道工序，如果发生变形难以弥补。应在加工中采取措施，从而制定出合理的切割路线。分析选择主要定位基准，以保证将工件正确、可靠地装夹在机床或夹具上，应尽量使定位基准和设计基准重合。选择某些工艺基准作为电极丝的定位基准，用来将电极丝调整到相对于工件正确的位置。对于以底平面作主要定位基准的工件，当其上具有相互垂直而且又同时为底平面的相邻侧面时，应选择这两个侧面作为电极丝

15、的定位基准。加工时，工件内部应力的释放会引起工件的变形，选择切割路线时应尽量避免破坏工件或毛坯结构刚性。因此必须注意以下几点：1、避免从工件端面由外向里开始加工，防止坏工件的强度，引起变形。2、不能沿工件端面加工，这样放电时电极丝单向受电火花冲击力，使电极丝运行不稳定，难以保证尺寸和表面精度。3、加工路线端面应大于5mm，以保证工件结构强度少受影响，不发生变形。4、加工路线应向远离关键夹具的方向进行加工，以避免加工中因内应力释放引起工件变形。待最后再转向工件夹具处进行加工。5、一块毛坯上要切出两个以上零件，不应连续次切割，而应从不同穿丝孑L开始加工。图2-2、图2-3是烟机动、静叶片加工所用的

16、样板图，也是确定切割路线的几种具体实例。图2-2a中切割完第一条边后，原来主要连接部位被剥离，余下的材料与夹持部分连接较少，工件刚度大为降低，容易产生变形而影响加工精度。如按图2-2b的切割路线加工样板，可减少由于材料剥离后残余应力重新分布而起来的变形。所以一般最好将工件与夹持部分分割的线段安排在切割总程序的末端。a）错误 b）正确图2-2 切割路线的确定图2-3所示的由外向内顺序的切割路线，毛坯材料被割离，会在很大程序上破坏材料内应力平衡状态，材料变形。图2-3a是不正确的方案，图2-3b安排较合理，但仍存在变形。因此，对电火花线切割设计精度要求较高的零件，最好采用图3c的方案，电极丝不由毛

17、坯的外部切人，而是将切割的起始点取在毛坯件预制的穿丝孑L中。一般采用第三种加工方法，效果很好。可用方案W单个脉冲蚀出量(mm3F 脉冲频率(Hz放电效率由此可见，加工速度是一个多元函数，下面分别分析各种因素的影响。(1线切割加工的伺服进给应取一个合适的进给速度。进给速度过低会降低切割效率，过高会引起短路频繁甚至烧丝。进给速度合适时，屏幕显示步进频率大致恒定，控制面板上电压表电流表指针稳定。一般来说，当系统的加工电流达到加工电源短路电流的75一80时，加工进给比较恰当。(2脉宽ti和峰值电流Ip以及平均加工电流是影响加工速度的几个最重要的电参数，也决定着单个放电脉冲的能量。通常ti加大时加工速度

18、提高而表面粗糙度变差。一般情况下，ti=26s，在分组脉冲及光整加工时，ti可小至05us以下。峰值电流和平均加工电流增大时，切割速度提高，表面粗糙度变差，电极丝损耗比加大甚至断丝。峰值电流越大，单脉冲能量越大，放电间隙越大，加工稳定性和加工速度越好。脉冲间隔to增大时脉冲频率会减小，平均电流也会减小，会降低加工速度。to减小时平均电流增大，切割速度加快。但to不能过小，以免引起电弧和断丝，一般取t。=(48t1。同时，脉冲间隙越大，排屑越充分，在刚切人或大厚度加工时，间隙应较大。切割速度V与进给速度Vf、工件厚度H、切割面积A、切割时间t、切割轨迹长度L之间的关系可用下式表示V=VfH=A/

19、t=HL/t选择切割速度时要综合考虑工件材料、脉冲电源参数、工作液的浓度及水质等因素。第三节 电极丝的选择及使用方法电极丝作为电火花线切割的重要组成部分，选择合适的电极丝材料不仅能提高工作效率，还能提高产品精度。因此合理选择正确电极丝在线切割工艺中非常重要，现阶段我国线切割行业中多采用钼丝作为电极丝。因为其具有很好的抗拉强度，及导电放电性能。在线切割加工过程中，断丝是我们经常会遇到的情况，有时是电极丝达到寿命极限的正常断丝，有时是因为其他可控制因素导致的非正常断丝，如何能尽量减少断丝的发生成为了质的探讨的问题。一般情况下，影响电极丝寿命的因素有以下几种：1、选择合理的电极丝张力。电极丝(钼丝具

20、有一定的抗拉强度，钼丝的直径越大，其所具有的抗拉强度也越高。在电火花线切割过程中，电极丝保持适当的张力是十分必要的，既不能过大也不能过小。当电极丝收的过紧，张力过大，接近于电极丝的抗拉强度极限时，机床放电过程中工件被电蚀的同时，电极丝也会被电蚀出微小的凹坑和微观裂纹，在接近于抗拉强度极限的情况下，微观裂纹的应力集中效应会使裂纹迅速扩大而使电极丝出现断丝现象。但是当电极丝收的过松时张力过小，电极丝高速的运丝过程中会产生较为严重的抖丝现象，特别是在电极丝换向时，这种现象更加明显，这样在加工过程中电极丝与工件就会出现短接、断开、再短接的瞬时变化，在短接时形成短路电流，工件与电极丝之间就会出现电流熔结

21、效应，从而使电极丝熔断，出现断丝状况。而在实际加工过程中确定电极丝的张紧力还与所切割材料的力学和物理特性以及厚度都有一定的关系。当切割较薄的工件时张紧力可以适当地大些，而当切割较厚的工件时张紧力可以适当地小些。同时，在电火花加工一段时间后，电极丝有所伸长，这时应及时给予适当的紧丝，从而使电极丝始终处于最佳的张紧力状态下，保证加工顺利进行。2、给予有效的冲水条件。在电火花加工过程中，放电区域中的工作液供应不足，放电过程中产生的电蚀产物不能及时顺畅排出，也是造成断丝的重要因素之一。工作液供应不足使电极间局部区域电蚀产物浓度过高，加之放电引起的温度升高会影响加工过程的稳定性以致破坏正常的火花放电。同

22、时，由于电蚀物存在也会使实际的放电间隙变小，甚至可能存在电蚀产物附着在电极丝的表面，从而使这一区域产生脉冲能量高度的集中释放，使电极丝在这一区域被电蚀出较大的电蚀凹坑和电蚀微裂纹，随后电极丝就会出现断丝。因此，在加工过程中必须及时冲走这些电蚀产物微粒，使电火花放电加工正常进行。3、选择合适的工作液电介参数。工作液都具有一定的介电性能，它有助于产生高频脉冲火花放电通道的形成和能量转化与传递，放电结束之后又能及时恢复绝缘状态。其中工作液的电阻率是一个重要的电介参数，电阻率必须在一个适当的范围内，绝缘性能太低将会发生电解而形成不了击穿火花放电，使电火花加工不能进行；绝缘性太高则放电间隙过小排屑困难，

23、也易引起断丝。因此，在选择和配比乳化液时，要选择质量有保证的品牌，在与水的配比混合时比例要恰当。同时，要依据加工材料和加工工件的具体情况定期更换乳化液，以保证加工时乳化液具有良好的绝缘性能、洗涤性能和冷却性能，起到预防断丝的作用。4、保证运丝机构的顺畅。快走丝电火花线切割机床的运丝机构是由丝架、导丝轮、排丝轮、导电块、贮丝筒、排丝溜运丝电换向行程开关等组成。其中某一个环节出现故障都会使电极丝产生非正常的断丝。特别是贮丝筒溜板的换向间隙过大，造成电极丝在贮筒上产生相互重叠的叠丝现象，使电极丝在贮丝筒电的强大作用力下瞬时冲断。导丝轮在长期的使用过程中轴承因磨损而精度降低、导丝轮的V型槽因磨损严重使

24、导向作用下降，这些都会使高速运动的电极丝产生严重的抖丝从而使电极丝产生断丝。导电块在电极丝长期的磨擦下产生较深的沟槽，会将电极丝卡死在这些沟槽之中从而使电极丝被拉断。所有这些都是机械性的故障，如果能够在工作前对机床进行细致的设备状态检查和检测，这类故障一般能够做到预防和解决。5、恰当的调整机床电加工的电参数。线切割机床的电加工参数一般包括加工电流、加工电压、脉冲波形、脉冲宽度脉冲间隔和切割速度等。与断丝有关的电参数主要有加工电流、加工电压、脉冲宽度、脉冲间隔和切割速度等。在电火花加工过程中，电参数的选择一般要依据所加工材料的物理特性、切割厚度以及对加工表面的粗糙度要求等来确定。但是，当切割超厚

25、工件、上下异形和大锥度零件时，常常会出现断丝。这时就要适当调整电加工参数，较高能量的放电将会使得电极丝产生较大的裂纹。因此，适当地将放电脉冲宽度减小、延长脉冲间隔时间、降低脉冲电流等都是行之有效的防止断丝的措施之一。除此之外，人为因素主要包括工件的装夹、电极丝的选择和加工过程中废料的处置方法等几个方面。工件的装夹要正确、稳妥、牢固，如果在加工过程中的工件没有夹紧而出现晃动，则可能引起电极丝也跟随着晃动，脉冲能量就会因之而产生波动和集中放电，使节电极丝烧断。有时还会因工件错位而无法将工件再次找正，使之报废。所以，加工前将工件装夹正确和稳妥牢固是十分重要的。选择质量好的电极丝，目前快走丝线切割机床

26、所采用的大多是钼丝，由于钼丝生产企业众多，且良莠不齐，因而断丝与电极丝的优劣有很大关系。在选择电极丝时，要选择丝质韧性好、抗拉强度高、粗细均匀一致、在加工过程中伸长率小的电极丝，这样会使线切割加工更加经济和有效率。及时取出加工废料，当加工结束时，废料会因重力的作用从工件上落下，若不及时取出，废料有可能与电极丝直接导通，能量的集中释放从而引起断丝。或者因下落的废料将电极丝碰断，特别是在加工较大的工件时，应一边切割一边用夹板夹紧，或用垫块(非导电材料支承，或用磁性吸盘吸住废料。这样即可减少因已加工部分的重力下垂而引起的工件变形，同时也可防止加工结束时废料突然下落对电极丝产生的断丝现象出现。总之，电

27、火花线切割机床的非正常断丝原因是多种多样的，在出现非正常断丝后，应该对断丝原因由简到难地进行检查和分析，找出问题的结症，对症处理，使电火花线切割机床的优势充分发挥。第四节 线切割的控制过程一、工件(零件的平移控制怎样实现工件有规律的移动呢?我们采用一台为X 向，一台为Y方向两台步进电机同时带动一个拖板，而工件就固定在拖板口，若步进电机动，拖板就动，拖板一动导致工件运动工件相当于坐标平面上的一个动点，动点围绕着固定位置钼丝运动用计算矶通过5069板输示脉冲信号来控制x和Y方向驱动器。该装置将其信号进行功率放大后直接控制两台电机行走，从而完成了直角坐标系下动点(工件的运动轨迹。二、走丝系统的功能由

28、于直流电源两极瞬间打火会产生近5A的电流如果钼丝不运动，就可能导致钼丝瞬间烧断。为此，采用钼丝作定向运动(即往返高速旋转使短路瞬间均匀受热。我们把带动钼丝旋转的电机口做走丝电机。为了确保钼丝散热以及和工件表面接触润滑，需打入油泵冷却电机。这样一来加工一个工件，首先要打开油泵电机，然后开走丝电机接通直流电源，让计算机按人为编入的命令工作，计算机将发出一系列有规律的脉冲来控制X、Y两个方向的电机移动从而达到加工的目的三、高频电源的选择选用什么样的电源才能使工件加工的效率最高呢?在两投短路时是否要加入纯直流电源呢?我们知道在工件和钼丝短路的时候，如果通以纯直流电源会照成工件无排屑时间，钼丝长时间受高

29、热虽有走丝的冷却系统也会烧断，这里我们采用140V直流高频分组脉冲电源。最高脉冲频率为12KHZ，其分组脉冲的波形如图所示： t1：分组脉冲的工作时间 t2：分组脉冲的间歇时间 t3：工作脉冲的工作时间 t4：工作脉冲的间歇时间图 2-4 分组脉冲波形图其中t1，t2，t3，t4可在面板上调整。实践证明：这种电源的加工效率高，误差小，是当今欧洲最流行的直流高频加工电源。在工作时间内用瞬间短路来烧化工件，在间歇时间内和j用冷却油将工件的熔水冲走。如果工作时间调整过长可能钼丝受高热而断工作时间过短可能导致切削速度太慢如何调整好t1，t2，t3，t4的时间要靠操作人员实验后确定。到此为止，计算机可以按人为编制的加r_曲线控制步进电机运动选择适当的高频加工时问就可以利用线切割机切削工件。在没有构件成闭环控制系统之前我们说这样是可行的。但是问题关键在于用什么样的给定速度来使步进电机一步步工作呢?假设速度给的太快工件很厚，其结果金属还没在钼丝和工件接触处熔化之前，电机孰走一步，这会造成钼丝被强行拉断。若