第七章 慢走絲線切割機(jī)床

1、相城中等專業(yè)學(xué)校 機(jī)電工程部教 案 授課日期授課班級13數(shù)控模具授課地點一樓西教學(xué)內(nèi)容（標(biāo)題）71 線切割原理教學(xué)目標(biāo)掌握線切割加工的原理重點難點金屬絲為電極絲教學(xué)形式理論課 實踐課 現(xiàn)場實訓(xùn) 社會調(diào)查 其它教學(xué)手段普通講授 多媒體 演示模型 展示掛圖 實物教學(xué) 其它板書設(shè)計7.1 線切割原理1.線切割加工機(jī)發(fā)展史2.線切割放電加工基本原理3.電火花加工的物理原理如下 講授 主 要 內(nèi) 容 7.1 線切割原理線切割加工機(jī)發(fā)展史 20世紀(jì)中期, 蘇聯(lián)拉扎林科夫婦研究開關(guān)觸點受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因時發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時高溫可以使局部的金屬熔化氧化而被腐蝕掉從而開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工方法, 線切

2、割放電機(jī)也于1960年發(fā)明于蘇聯(lián)。當(dāng)時以投影器觀看輪廓面前后左右手動進(jìn)給工作臺面加工其實認(rèn)為加工速度雖慢卻可加工傳統(tǒng)機(jī)械不易加工的微細(xì)形狀。代表的實用例子是化織噴嘴的異形孔加工。當(dāng)時使用之加工液用礦物質(zhì)性油(燈油)。絕緣性高極間距離小加工速度低于現(xiàn)在械械實用性受限。 將之NC化在脫離子水(接近蒸餾水)中加工的機(jī)種首先由瑞士放電加工機(jī)械制造廠在1969年巴黎工作母機(jī)展覽會中展出改進(jìn)加工速度確立無人運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的安全性。但NC紙帶的制成卻很費(fèi)事若不用大型計算機(jī)自動程序設(shè)計對使用者是很大的負(fù)擔(dān)。在廉價的自動程序設(shè)計裝置(Automatic Programed Tools APT)出現(xiàn)前普及甚緩。 日本制

3、造廠開發(fā)用小型計算機(jī)自動程序設(shè)計的線切割放電加工機(jī)廉價加速普及。線切割放電加工的加工形狀為二次元輪廓。自動程序裝置廣用簡易形APT(APT語言比正式機(jī)型容易)簡易形APT的出現(xiàn)為線切割放電機(jī)發(fā)展的重要因素線切割放電加工基本原理 線切割放電加工以銅線作為工具電極在銅線與銅鋼或超硬合金等被加工物材料之間施加60300V的脈沖電壓并保持550um間隙間隙中充滿煤油純水等絕緣介質(zhì)使電極與被加工物之間發(fā)生火花放電并彼此被消耗腐蝕.在工件表面上電蝕出無數(shù)的小坑通過NC控制的監(jiān)測和管控伺服機(jī)構(gòu)執(zhí)行使這種放電現(xiàn)象均勻一致從而達(dá)到加工物被加工使之成為合乎要求之尺寸大小及形狀精度的產(chǎn)品.加工的物理原理如下 為了在

4、2個電極之間產(chǎn)生電火花這2個電極之間的電壓必須高于間隙(電極-工件之間)擊穿電壓取決于1) 電極和工件之間的距離2) 電介液的絕緣能力(水質(zhì)比電阻)3) 間隙的污染狀況(腐蝕廢物)。放電首先在電場最強(qiáng)的點發(fā)生這是個復(fù)雜的過程；自由正離子和電子在場中積累很快形成一個被電離的導(dǎo)電通道；在這個階段兩板間形成電流。導(dǎo)致粒子間發(fā)生無數(shù)次碰撞形成一個等離子區(qū)并很快升高到8000到12000度的高溫在兩導(dǎo)體表面瞬間熔化一些材料同時由于電極和電介液的汽化形成一個氣泡并且它的壓力規(guī)則上升直到非常高；然后電流中斷溫度突然降低引起氣泡內(nèi)向爆炸產(chǎn)生的動力把溶化的物質(zhì)拋出彈坑然后被腐蝕的材料在電介液中重新凝結(jié)成小的球體

5、并被電介液排走；對于電極及工件腐蝕對不對稱的問題主要取決于電極熱傳導(dǎo)性材料的熔點,持續(xù)時間以及放電密度發(fā)生在電極上稱作損耗發(fā)生在工件上稱作去除材料.教 案 授課日期授課班級13數(shù)控模具授課地點一樓西教學(xué)內(nèi)容（標(biāo)題）7.1 線切割原理教學(xué)目標(biāo)了解插補(bǔ)重點難點直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)教學(xué)形式理論課 實踐課 現(xiàn)場實訓(xùn) 社會調(diào)查 其它教學(xué)手段普通講授 多媒體 演示模型 展示掛圖 實物教學(xué) 其它板書設(shè)計插補(bǔ)：1.直線插補(bǔ)2.圓弧插補(bǔ)講授 主 要 內(nèi) 容 1.直線插補(bǔ)所謂直線插補(bǔ)就是只能用于實際輪廓是直線的插補(bǔ)方式(如果不是直線,也可以用逼近的方式把曲線用一段段線段去逼近,從而每一段線段就可以用直線插補(bǔ)了).首

6、先假設(shè)在實際輪廓起始點處沿x方向走一小段(一個脈沖當(dāng)量),發(fā)現(xiàn)終點在實際輪廓的下方,則下一條線段沿y方向走一小段,此時如果線段終點還在實際輪廓下方,則繼續(xù)沿y方向走一小段,直到在實際輪廓上方以后,再向x方向走一小段,依次循環(huán)類推.直到到達(dá)輪廓終點為止.這樣,實際輪廓就由一段段的折線拼接而成,雖然是折線,但是如果我們每一段走刀線段都非常小(在精度允許范圍內(nèi)),那么此段折線和實際輪廓還是可以近似地看成相同的曲線的-這就是直線插補(bǔ).2.圓弧插補(bǔ)圓弧插補(bǔ)（Circula : Interpolation）這是一種插補(bǔ)方式，在此方式中，根據(jù)兩端點間的插補(bǔ)數(shù)字信息，計算出逼近實際圓弧的點群，控制刀具沿這些點

7、運(yùn)動，加工出圓弧曲線。數(shù)控機(jī)床中圓弧插補(bǔ)只能在某平面進(jìn)行，因此若要在某平面內(nèi)進(jìn)行圓弧插補(bǔ)加工，必須用G17、G18、G19指令將該平面設(shè)置為當(dāng)前加工平面，否則將會產(chǎn)生錯誤警告，空間圓弧曲面的加工，事實上都是轉(zhuǎn)化為一段段的空間直線后平面圓弧而進(jìn)行的。教 案 授課日期授課班級13數(shù)控模具授課地點一樓西教學(xué)內(nèi)容（標(biāo)題）7.1 線切割原理教學(xué)目標(biāo)了解線切割的加工特點重點難點比較線切割和電火花的特點異同教學(xué)形式理論課 實踐課 現(xiàn)場實訓(xùn) 社會調(diào)查 其它教學(xué)手段普通講授 多媒體 演示模型 展示掛圖 實物教學(xué) 其它板書設(shè)計一、電火花線切割特點比較：1、電極絲2、工作液3、放電4、電極絲與工件之間存在著“疏松接

8、觸”式輕壓放電現(xiàn)象。5、方便6、電極絲較細(xì)，能方便地加工復(fù)雜截面的型柱、型孔、大小孔、和窄縫等；只對工件進(jìn)行圖形加工，所以余料還可以利用7、由于電極絲是運(yùn)動著的長金屬絲，單位長度電極絲損耗較小，所以當(dāng)切割面積的周邊長度不長時對加工精度影響較小8、自動化程度二、應(yīng)用：講授 主 要 內(nèi) 容 一、電火花線切割特點比較：1、由于電極絲較細(xì)，故脈沖電源加工電流較小，脈沖寬度較窄，屬于中、精加工（使用正極性加工，正極接工件），一般一次加工成型，一般不要中途轉(zhuǎn)換規(guī)準(zhǔn)。2、工作液是水基工作液，不易引發(fā)火災(zāi)3、一般沒有穩(wěn)定電弧放電，因為運(yùn)絲高速運(yùn)動，間隙狀態(tài)一般認(rèn)為有三種狀態(tài)，火花放電、開路、短路，單個脈沖里有

9、多種放電狀態(tài)，微開路、微短路。4、電極絲與工件之間存在著“疏松接觸”式輕壓放電現(xiàn)象。5、不需要制造成型電極，工件材料預(yù)加工量小6、電極絲較細(xì)，能方便地加工復(fù)雜截面的型柱、型孔、大小孔、和窄縫等；只對工件進(jìn)行圖形加工，所以余料還可以利用7、由于電極絲是運(yùn)動著的長金屬絲，單位長度電極絲損耗較小，所以當(dāng)切割面積的周邊長度不長時對加工精度影響較小8、自動化程度相對較高，操作方便，加工周期短、成本低、安全性高二、應(yīng)用：線切割加工為新產(chǎn)品試制、精密零件加工及模具制造等開辟了一條新的工藝途徑，主要應(yīng)用于一下幾個方面：1、加工模具2、切割電火花成形加工用電極3、加工零件教 案 授課日期授課班級13數(shù)控模具授課

10、地點一樓西教學(xué)內(nèi)容（標(biāo)題）7.2 線切割機(jī)床 7.2.1 主機(jī)教學(xué)目標(biāo)了解機(jī)床結(jié)構(gòu)重點難點機(jī)床結(jié)構(gòu)教學(xué)形式理論課 實踐課 現(xiàn)場實訓(xùn) 社會調(diào)查 其它教學(xué)手段普通講授 多媒體 演示模型 展示掛圖 實物教學(xué) 其它板書設(shè)計7.2.1 主機(jī)（1）床身（2）工作臺（3）走私系統(tǒng)（4）坐標(biāo)軸講授 主 要 內(nèi) 容 1機(jī)床本體機(jī)床本體由床身、坐標(biāo)工作臺、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)和絲架(線架)組成。1) 床身床身一般為鑄件，是坐標(biāo)工作臺、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)及絲架的支承和固定基礎(chǔ)。床身通常采用箱式結(jié)構(gòu)，具有足夠的強(qiáng)度和剛度。床身上安裝有上絲開關(guān)和緊急停止開關(guān)，還安裝有運(yùn)絲電機(jī)。2) 坐標(biāo)工作臺電火花線切割機(jī)床是通過坐標(biāo)工作臺(X軸和Y軸)與

11、電極絲的相對運(yùn)動來完成工件加工的。一般都用由X軸方向和Y軸方向組成的“”字拖板，由步進(jìn)電機(jī)帶動滾動導(dǎo)軌和絲桿將工作臺的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動，通過兩個坐標(biāo)方向各自的進(jìn)給運(yùn)動，可組合成各種平面圖形軌跡。3) 運(yùn)絲機(jī)構(gòu)、絲架在機(jī)床上，將一定長度的電極絲平整地卷繞在儲絲筒上，采用恒張力裝置控制絲的張力。恒張力裝置一方面控制上絲時的鉬絲張力，另一方面控制機(jī)床加工一段時間后電極絲由于伸長造成的鉬絲的張力變化，防止鉬絲在加工時出現(xiàn)抖動。儲絲筒是通過聯(lián)軸器與運(yùn)絲電機(jī)相連的。為了往復(fù)使用電極絲，電機(jī)必須是可以正反轉(zhuǎn)的直流電機(jī)，運(yùn)用換向機(jī)構(gòu)控制其正反轉(zhuǎn)，如圖所示。 在運(yùn)動過程中，電極絲通過上、下絲架支撐，依靠上、

12、下導(dǎo)輪保持電極絲與工作臺的垂直或傾斜一定的幾何角度(錐度切割時)，通過安裝在上、下絲架上的導(dǎo)電塊來導(dǎo)電。錐度切割時，下絲架往往固定不動，而上絲架允許沿X軸方向、Y軸方向移動一定距離。這就形成了U軸(沿X軸方向移動一定距離)和V軸(沿Y軸方向移動一定距離)，組成了四軸聯(lián)動的電火花線切割機(jī)床，如圖所示。教 案 授課日期授課班級13數(shù)控模具授課地點一樓西教學(xué)內(nèi)容（標(biāo)題）7.2.2 電介液裝置教學(xué)目標(biāo)了解機(jī)床結(jié)構(gòu)重點難點機(jī)床結(jié)構(gòu)教學(xué)形式理論課 實踐課 現(xiàn)場實訓(xùn) 社會調(diào)查 其它教學(xué)手段普通講授 多媒體 演示模型 展示掛圖 實物教學(xué) 其它板書設(shè)計1、水箱 分為污水箱和凈水箱2、水泵 有過濾泵、高壓泵和循環(huán)

13、泵3、過濾器 易耗品，需要經(jīng)常更換4、去離子瓶 也是易耗品5、冷水機(jī) 設(shè)定在1820講授 主 要 內(nèi) 容 慢走絲常用的電介液是去離子水，它有冷卻、沖洗電蝕產(chǎn)物、保證電極絲與工件之間有一定的絕緣的作用。（1） 水箱 分為污水箱和凈水箱（2） 水泵 有過濾泵、高壓泵和循環(huán)泵（3） 過濾器 易耗品，需要經(jīng)常更換（4） 去離子瓶 也是易耗品（5） 冷水機(jī) 設(shè)定在1820教 案 授課日期授課班級13數(shù)控模具授課地點一樓西教學(xué)內(nèi)容（標(biāo)題）7.2.3 電控裝置 7.3.4 GRAPH 圖形模式界面教學(xué)目標(biāo)了解機(jī)床結(jié)構(gòu)，操作界面重點難點機(jī)床結(jié)構(gòu)教學(xué)形式理論課 實踐課 現(xiàn)場實訓(xùn) 社會調(diào)查 其它教學(xué)手段普通講授

14、多媒體 演示模型 展示掛圖 實物教學(xué) 其它板書設(shè)計7.2.3 電控裝置電柜、顯示器、操作鍵盤7.3 機(jī)床操作界面7.3.1 PREP準(zhǔn)備模式界面用于產(chǎn)生工件程序、工藝文件和命令文件7.3.2 EXE執(zhí)行模式界面可以設(shè)置一系列參數(shù)，對文件進(jìn)行切割模擬、切割講授 主 要 內(nèi) 容 7.2.3 電控裝置1脈沖電源電火花線切割加工脈沖電源的脈寬較窄(260 s)，單個脈沖能量的平均峰值電流僅15 A左右，所以電火花線切割加工通常采用正極性加工。最為常用的是高頻分組脈沖電源。高頻分組脈沖波形如圖所示，它是由矩形波派生的一種脈沖波形，即把較高頻率的小脈寬和小脈間的矩形波脈沖分組成為大脈寬和大脈間輸出。 2控

15、制系統(tǒng)目前的電火花線切割機(jī)床普遍采用數(shù)字程序控制技術(shù)。數(shù)字程序控制器是該技術(shù)的核心部件，它是一臺專用的小型電子計算機(jī)，由運(yùn)算器、控制器、譯碼器、輸入回路和輸出回路組成?？熳呓z線切割機(jī)床的控制系統(tǒng)通常采用步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制系統(tǒng)，而慢走絲線切割機(jī)床的控制系統(tǒng)則采用伺服電機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)。電火花線切割機(jī)床控制系統(tǒng)的主要功能是：(1) 軌跡控制：精確控制電極絲相對于工件的運(yùn)動軌跡，從而保證加工出所要求的工件尺寸和形狀。 (2) 加工控制：用以控制步進(jìn)電機(jī)的步距角、伺服電機(jī)驅(qū)動的進(jìn)給速度、脈沖電源產(chǎn)生的脈沖能量、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)的鉬絲排放、工作液循環(huán)系統(tǒng)的工作液流量等。電火花線切割機(jī)床控制系統(tǒng)的控制方法主要有逐點比較法、數(shù)字積分法、矢量判別法和最小偏差法等。線切割機(jī)床的控制系統(tǒng)通常采用逐點比較法。即機(jī)床的X、Y軸是不能同時進(jìn)給的，只能按直線的斜率或曲線的曲率交替地逼近。因此，控制電機(jī)每進(jìn)給一步，都要求控制系統(tǒng)完成偏差的判別、工作臺拖板進(jìn)給、偏差計算和終點判別，這樣四個工作節(jié)拍，如圖所示。 3機(jī)床附件電火花線切割機(jī)床附件包括導(dǎo)輪、導(dǎo)電塊、電極絲擋塊、導(dǎo)輪軸承、套筒扳手和鉬絲垂直校正器等。套筒扳手用于安裝電極絲和調(diào)整絲架的高度。絲架的高低與加工工件的厚度有關(guān)，可通過套筒扳手旋轉(zhuǎn)絲架立柱內(nèi)的絲桿，上升