第七章慢走丝线切割机床DOC.docx

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第七章慢走丝线切割机床DOC

教案

授课日期

授课班级

13数控模具

授课地点

一楼西

教学内容

（标题）

7．1线切割原理

教学

目标

掌握线切割加工的原理

重点

难点

金属丝为电极丝

教学形式

理论课□实践课□现场实训□社会调查□其它□

教学手段

普通讲授□多媒体□演示模型□展示挂图□实物教学□其它□

板

书

设

计

7.1线切割原理

1.线切割加工机发展史

 2.线切割放电加工基本原理

 3.电火花加工的物理原理如下﹕   

讲

授

主

要

内

容

7.1线切割原理

线切割加工机发展史

  20世纪中期,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,线切割放电机也于1960年发明于苏联。

当时以投影器观看轮廓面前后左右手动进给工作台面加工﹐其实认为加工速度虽慢﹐却可加工传统机械不易加工的微细形状。

代表的实用例子是化织喷嘴的异形孔加工。

当时使用之加工液用矿物质性油（灯油）。

绝缘性高﹐极间距离小﹐加工速度低于现在械械﹐实用性受限。

 将之NC化﹐在脱离子水（接近蒸馏水）中加工的机种首先由瑞士放电加工机械制造厂在1969年巴黎工作母机展览会中展出﹐改进加工速度﹐确立无人运转状况的安全性。

但NC纸带的制成却很费事﹐若不用大型计算机自动程序设计﹐对使用者是很大的负担。

在廉价的自动程序设计装置（AutomaticProgramedToolsAPT）出现前﹐普及甚缓。

 日本制造厂开发用小型计算机自动程序设计的线切割放电加工机廉价﹐加速普及。

线切割放电加工的加工形状为二次元轮廓。

自动程序装置广用简易形APT（APT语言比正式机型容易）﹐简易形APT的出现为线切割放电机发展的重要因素

线切割放电加工基本原理

 线切割放电加工以铜线作为工具电极﹐在铜线与铜﹑钢或超硬合金等被加工物材料之间施加60~300V的脉冲电压﹐并保持5~50um间隙﹐间隙中充满煤油﹑纯水等绝缘介质﹐使电极与被加工物之间发生火花放电﹐并彼此被消耗﹑腐蚀.在工件表面上电蚀出无数的小坑﹐通过NC控制的监测和管控﹐伺服机构执行﹐使这种放电现象均匀一致﹐从而达到加工物被加工﹐使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品.

加工的物理原理如下﹕   

为了在2个电极之间产生电火花﹐这2个电极之间的电压必须高于间隙（电极-工件之间）击穿电压取决于﹕

1） 电极和工件之间的距离﹔

2） 电介液的绝缘能力（水质比电阻）﹔

3） 间隙的污染状况（腐蚀废物）。

放电首先在电场最强的点发生﹐这是个复杂的过程；自由正离子和电子在场中积累﹐很快形成一个被电离的导电通道；在这个阶段﹐两板间形成电流。

导致粒子间发生无数次碰撞﹐形成一个等离子区﹐并很快升高到8000到12000度的高温﹐在两导体表面瞬间熔化一些材料﹐同时﹐由于电极和电介液的汽化﹐形成一个气泡﹐并且它的压力规则上升直到非常高；然后电流中断﹐温度突然降低﹐引起气泡内向爆炸﹐产生的动力把溶化的物质抛出弹坑﹐然后被腐蚀的材料在电介液中重新凝结成小的球体﹐并被电介液排走；对于电极及工件腐蚀对不对称的问题﹐主要取决于电极热传导性﹐材料的熔点,持续时间以及放电密度﹐发生在电极上称作损耗﹐发生在工件上称作去除材料.

教案

授课日期

授课班级

13数控模具

授课地点

一楼西

教学内容

（标题）

7.1线切割原理

教学

目标

了解插补

重点

难点

直线插补、圆弧插补

教学形式

理论课□实践课□现场实训□社会调查□其它□

教学手段

普通讲授□多媒体□演示模型□展示挂图□实物教学□其它□

板

书

设

计

插补：

1.直线插补

2.圆弧插补

讲

授

主

要

内

容

1.直线插补

所谓直线插补就是只能用于实际轮廓是直线的插补方式（如果不是直线,也可以用逼近的方式把曲线用一段段线段去逼近,从而每一段线段就可以用直线插补了）.首先假设在实际轮廓起始点处沿x方向走一小段（一个脉冲当量）,发现终点在实际轮廓的下方,则下一条线段沿y方向走一小段,此时如果线段终点还在实际轮廓下方,则继续沿y方向走一小段,直到在实际轮廓上方以后,再向x方向走一小段,依次循环类推.直到到达轮廓终点为止.这样,实际轮廓就由一段段的折线拼接而成,虽然是折线,但是如果我们每一段走刀线段都非常小（在精度允许范围内）,那么此段折线和实际轮廓还是可以近似地看成相同的曲线的--------这就是直线插补.

2.圆弧插补

圆弧插补（Circula:

Interpolation）这是一种插补方式，在此方式中，根据两端点间的插补数字信息，计算出逼近实际圆弧的点群，控制刀具沿这些点运动，加工出圆弧曲线。

数控机床中圆弧插补只能在某平面进行，因此若要在某平面内进行圆弧插补加工，必须用G17、G18、G19指令将该平面设置为当前加工平面，否则将会产生错误警告，空间圆弧曲面的加工，事实上都是转化为一段段的空间直线后平面圆弧而进行的。

教案

授课日期

授课班级

13数控模具

授课地点

一楼西

教学内容

（标题）

7.1线切割原理

教学

目标

了解线切割的加工特点

重点

难点

比较线切割和电火花的特点异同

教学形式

理论课□实践课□现场实训□社会调查□其它□

教学手段

普通讲授□多媒体□演示模型□展示挂图□实物教学□其它□

板

书

设

计

一、电火花线切割特点比较：

1、电极丝

2、工作液

3、放电

4、电极丝与工件之间存在着“疏松接触”式轻压放电现象。

5、方便

6、电极丝较细，能方便地加工复杂截面的型柱、型孔、大小孔、和窄缝等；只对工件进行图形加工，所以余料还可以利用

7、由于电极丝是运动着的长金属丝，单位长度电极丝损耗较小，所以当切割面积的周边长度不长时对加工精度影响较小

8、自动化程度二、应用：

讲

授

主

要

内

容

一、电火花线切割特点比较：

1、由于电极丝较细，故脉冲电源加工电流较小，脉冲宽度较窄，属于中、精加工（使用正极性加工，正极接工件），一般一次加工成型，一般不要中途转换规准。

2、工作液是水基工作液，不易引发火灾

3、一般没有稳定电弧放电，因为运丝高速运动，间隙状态一般认为有三种状态，火花放电、开路、短路，单个脉冲里有多种放电状态，微开路、微短路。

4、电极丝与工件之间存在着“疏松接触”式轻压放电现象。

5、不需要制造成型电极，工件材料预加工量小

6、电极丝较细，能方便地加工复杂截面的型柱、型孔、大小孔、和窄缝等；只对工件进行图形加工，所以余料还可以利用

7、由于电极丝是运动着的长金属丝，单位长度电极丝损耗较小，所以当切割面积的周边长度不长时对加工精度影响较小

8、自动化程度相对较高，操作方便，加工周期短、成本低、安全性高

二、应用：

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，主要应用于一下几个方面：

1、加工模具

2、切割电火花成形加工用电极

3、加工零件

教案

授课日期

授课班级

13数控模具

授课地点

一楼西

教学内容

（标题）

7.2线切割机床7.2.1主机

教学

目标

了解机床结构

重点

难点

机床结构

教学形式

理论课□实践课□现场实训□社会调查□其它□

教学手段

普通讲授□多媒体□演示模型□展示挂图□实物教学□其它□

板

书

设

计

7.2.1主机

（1）床身

（2）工作台

（3）走私系统

（4）坐标轴

讲

授

主

要

内

容

1．机床本体

　　机床本体由床身、坐标工作台、运丝机构和丝架（线架）组成。

　　1）床身

床身一般为铸件，是坐标工作台、运丝机构及丝架的支承和固定基础。

床身通常采用箱式结构，具有足够的强度和刚度。

床身上安装有上丝开关和紧急停止开关，还安装有运丝电机。

2）坐标工作台

电火花线切割机床是通过坐标工作台（X轴和Y轴）与电极丝的相对运动来完成工件加工的。

一般都用由X轴方向和Y轴方向组成的“＋”字拖板，由步进电机带动滚动导轨和丝杆将工作台的旋转运动变为直线运动，通过两个坐标方向各自的进给运动，可组合成各种平面图形轨迹。

3）运丝机构、丝架

在机床上，将一定长度的电极丝平整地卷绕在储丝筒上，采用恒张力装置控制丝的张力。

恒张力装置一方面控制上丝时的钼丝张力，另一方面控制机床加工一段时间后电极丝由于伸长造成的钼丝的张力变化，防止钼丝在加工时出现抖动。

储丝筒是通过联轴器与运丝电机相连的。

为了往复使用电极丝，电机必须是可以正反转的直流电机，运用换向机构控制其正反转，如图所示。

在运动过程中，电极丝通过上、下丝架支撑，依靠上、下导轮保持电极丝与工作台的垂直或倾斜一定的几何角度（锥度切割时），通过安装在上、下丝架上的导电块来导电。

锥度切割时，下丝架往往固定不动，而上丝架允许沿X轴方向、Y轴方向移动一定距离。

这就形成了U轴（沿X轴方向移动一定距离）和V轴（沿Y轴方向移动一定距离），组成了四轴联动的电火花线切割机床，如图所示。

教案

授课日期

授课班级

13数控模具

授课地点

一楼西

教学内容

（标题）

7.2.2电介液装置

教学

目标

了解机床结构

重点

难点

机床结构

教学形式

理论课□实践课□现场实训□社会调查□其它□

教学手段

普通讲授□多媒体□演示模型□展示挂图□实物教学□其它□

板

书

设

计

1、水箱分为污水箱和净水箱

2、水泵有过滤泵、高压泵和循环泵

3、过滤器易耗品，需要经常更换

4、去离子瓶也是易耗品

5、冷水机设定在18~20℃

讲

授

主

要

内

容

慢走丝常用的电介液是去离子水，它有冷却、冲洗电蚀产物、保证电极丝与工件之间有一定的绝缘的作用。

（1）水箱分为污水箱和净水箱

（2）水泵有过滤泵、高压泵和循环泵

（3）过滤器易耗品，需要经常更换

（4）去离子瓶也是易耗品

（5）冷水机设定在18~20℃

教案

授课日期

授课班级

13数控模具

授课地点

一楼西

教学内容

（标题）

7.2.3电控装置—7.3.4GRAPH图形模式界面

教学

目标

了解机床结构，操作界面

重点

难点

机床结构

教学形式

理论课□实践课□现场实训□社会调查□其它□

教学手段

普通讲授□多媒体□演示模型□展示挂图□实物教学□其它□

板

书

设

计

7.2.3电控装置

电柜、显示器、操作键盘

7.3机床操作界面

7.3.1PREP准备模式界面

用于产生工件程序、工艺文件和命令文件

7.3.2EXE执行模式界面

可以设置一系列参数，对文件进行切割模拟、切割

讲

授

主

要

内

容

7.2.3电控装置

1．脉冲电源

　电火花线切割加工脉冲电源的脉宽较窄（2～60μs），单个脉冲能量的平均峰值电流仅1～5A左右，所以电火花线切割加工通常采用正极性加工。

最为常用的是高频分组脉冲电源。

　高频分组脉冲波形如图所示，它是由矩形波派生的一种脉冲波形，即把较高频率的小脉宽和小脉间的矩形波脉冲分组成为大脉宽和大脉间输出。

2．控制系统

　目前的电火花线切割机床普遍采用数字程序控制技术。

数字程序控制器是该技术的核心部件，它是一台专用的小型电子计算机，由运算器、控制器、译码器、输入回路和输出回路组成。

快走丝线切割机床的控制系统通常采用步进电机开环控制系统，而慢走丝线切割机床的控制系统则采用伺服电机闭环控制系统。

电火花线切割机床控制系统的主要功能是：

（1）轨迹控制：

精确控制电极丝相对于工件的运动轨迹，从而保证加工出所要求的工件尺寸和形状。

（2）加工控制：

用以控制步进电机的步距角、伺服电机驱动的进给速度、脉冲电源产生的脉冲能量、运丝机构的钼丝排放、工作液循环系统的工作液流量等。

电火花线切割机床控制系统的控制方法主要有逐点比较法、数字积分法、矢量判别法和最小偏差法等。

线切割机床的控制系统通常采用逐点比较法。

即机床的X、Y轴是不能同时进给的，只能按直线的斜率或曲线的曲率交替地逼近。

因此，控制电机每进给一步，都要求控制系统完成偏差的判别、工作台拖板进给、偏差计算和终点判别，这样四个工作节拍，如图所示。

3．机床附件

电火花线切割机床附件包括导轮、导电块、电极丝挡块、导轮轴承、套筒扳手和钼丝垂直校正器等。

套筒扳手用于安装电极丝和调整丝架的高度。

丝架的高低与加工工件的厚度有关，可通过套筒扳手旋转丝架立柱内的丝杆，上升或下降上丝架。

安装电极丝时，利用套筒扳手旋转储丝筒来排列电极丝。

钼丝垂直校正器的上、下表面各安装了一个红色的发光二极管，轻轻移动工作台，将钼丝与校正器相接触，若钼丝与校正器的上表面接触时，校正器上表面的发光二极管发光，调整在上丝架的U、V轴移动距离的旋钮，使校正器上、下表面的发光二极管同时发光，此时为钼丝与工作台垂直，如图所示。

7.3机床操作界面

7.3.1PREP准备模式界面

用于产生工件程序、工艺文件和命令文件

7.3.2EXE执行模式界面

可以设置一系列参数，对文件进行切割模拟、切割