特種加工設備演示文稿

特種加工設備演示文稿當前第1頁\共有58頁\編于星期二\12點特種加工設備當前第2頁\共有58頁\編于星期二\12點特種加工的特點是：（1）切除材料的能量不單純依靠機械能，主要依靠電能、化學能、聲能、光能等；（2）有的使用工具，有的則不使用工具。在加工過程中，工具和工件之間不存在顯著的機械切削力，工具材料的硬度可低于工件材料的硬度。特種加工方法的分類見表11-1所示。

當前第3頁\共有58頁\編于星期二\12點能量類型金屬切削機理傳遞介質能源方法機械能沖擊高速粒子高壓流體水射流加工磨料射流加工超聲波加工超聲波剪切直接接觸切削工具普通機械加工電化學能離子轉移電介質大電流電化學加工電化學磨削化學能燒蝕易反應的周圍介質腐蝕劑化學加工電熱能離子撞擊離子流離子源離子束加工熔化、氣化電子束電子槍電子束加工激光激光器激光加工高溫離子流等離子電弧等離子電弧加工電火花脈沖電源電火花加工表11-1特種加工方法的分類當前第4頁\共有58頁\編于星期二\12點11.2數控電火花線切割機床11.2.1概述1.電火花線切割加工的基本原理（如圖11-1所示）圖11-1電火花線切割原理1—絕緣底板2—工件3—脈沖電源4—鉬絲5—導向輪6—支架7—貯絲筒當前第5頁\共有58頁\編于星期二\12點基本工作原理：電火花線切割（WireCutEDM，簡稱WEDM）的基本原理是利用連續(xù)移動的細金屬絲（銅絲或鉬絲）作為工具電極，并在金屬絲與工件之間通以脈沖電流（工具(線)電極與電源的負極相接，工件與電源的正極相接），利用它們之間的脈沖火花放電效應，使金屬熔化或氣化，并通過電極絲與工件的相對運動，對工件進行切割成型。電火花線切割也簡稱為線切割。當前第6頁\共有58頁\編于星期二\12點

2.數控線切割機床的分類根據電極絲的運行速度和運轉方式，數控線切割機床可分為以下三類：⑴高速走絲線切割機床（WEDM－HS）這類機床的電極絲作高速往復運動，也稱為往復走絲或快走絲線切割機，一般走絲速度為8～10m/s，為我國獨創(chuàng)，也是我國生產和使用的主要機種；當前第7頁\共有58頁\編于星期二\12點⑵低速走絲線切割機床（WEDM－LS）這類機床的電極絲作低速單向運動，故也稱為單向走絲或慢走絲線切割機，一般走絲速度低于0.2m/s，這是國外生產和使用的主要機種。⑶自旋轉式數控線切割機床這類機床的電極絲在作直線運動(20～120mm/s)的同時繞自身軸線做高速旋轉運動(1000～3000r/min)，為我國首創(chuàng)。當前第8頁\共有58頁\編于星期二\12點11.2.2數控線切割機床的組成如圖11-2和圖11-3所示，數控線切割機床主要由機床本體、脈沖電源、工作液循環(huán)系統(tǒng)、數控系統(tǒng)和機床附件等組成。當前第9頁\共有58頁\編于星期二\12點

圖11-2高速走絲線切割裝置示意圖1—脈沖電源;2—噴嘴;3、8—步進電動機;4—電極絲;5—導輪;6—儲絲筒;7—坐標數控裝置;9—工件;10—絕緣板;11—工作液箱;12—泵當前第10頁\共有58頁\編于星期二\12點

圖11-3低速走絲線切割裝置示意圖1—脈沖電源;2—工件;3—工作液箱;4—去離子水;5—泵;6—放絲筒;7—坐標工作臺;8—X軸電動機;9—數控裝置;10—Y軸電動機;11—收絲筒當前第11頁\共有58頁\編于星期二\12點1.機床本體

機床本體由床身、坐標工作臺、走絲機構、絲架、工作液箱、附件和夾具等組成。（1）床身

床身是坐標工作臺、儲絲機構及絲架的支承和固定基礎，應具有足夠的強度和剛度，一般采用箱式結構的鑄件。床身內部可安置電源及工作液箱。當前第12頁\共有58頁\編于星期二\12點

（2）坐標工作臺

坐標工作臺用來安置工件，并根據控制要求，對電極絲做預定的相對運動。它包括拖板、導軌、絲桿運動副及驅動裝置等。（3）走絲機構走絲機構的作用是使電極絲保持一定的張力，以一定的速度平穩(wěn)運行，并使電極絲整齊地纏繞在儲絲筒上。當前第13頁\共有58頁\編于星期二\12點①低速走絲機構如圖11-4所示，低速走絲是單方向一次用絲，電極絲從放絲筒出絲，經導向滑輪、張緊裝置、導向裝置，穿過工件等到達卷絲筒，在卷絲筒的轉動下以一定的張力(2～25N)和較低的速度(通常在0.2m/s以下)平穩(wěn)移動。當前第14頁\共有58頁\編于星期二\12點1—放絲筒;2、5、6、11、18—導向滑輪;3—制動輪;4、12—斷絲檢測微動開關;7—卷絲筒;8—放絲筒;9—壓緊輪;10—抬絲輪;13、17—引電板;14、16—導向器;15—工件圖11-4低速走絲機構示意圖

當前第15頁\共有58頁\編于星期二\12點為了減小電極絲的振動，通常在工件的上、下裝有可上下調節(jié)（適應厚度的變化）的藍寶石V形導向器或圓孔金剛石模導向器，其附近裝有引電板。工作液一般通過引電區(qū)和導向器再進入加工區(qū)，可使電極絲的通電部分全部冷卻。有的機床上還裝有自動穿絲機構，能使電極絲經過導向器穿過工件上的穿絲孔被送到另一個導向器，并在必要時能自動切斷。為了使工作可靠，走絲機構中通常裝有斷絲檢測微動開關，斷絲時能自動停車并報警。當前第16頁\共有58頁\編于星期二\12點

②快走絲機構快走絲機構通過電動機傳動儲絲筒做高速正、反轉，使電極絲保持一定的張力，以較高的速度（8～10m/s）平穩(wěn)運行，并通過絲杠螺母傳動推板隨同儲絲筒的正、反轉而做往復移動，使電極絲整齊、均勻地纏繞在儲絲筒上。走絲機構與床身、工作臺必須保持良好的絕緣。

當前第17頁\共有58頁\編于星期二\12點（4）絲架絲架的作用是通過絲架上的兩個導輪對電極絲進行支承和導向，并且能使電極絲的工作部分與工作臺保持一定的角度，以便實現(xiàn)錐度切割。雙坐標聯(lián)動絲架是在絲架上增加了u、v兩個驅動電動機，通過程序控制來實現(xiàn)錐度切割。當前第18頁\共有58頁\編于星期二\12點2.脈沖電源

脈沖電源的作用是把工頻交流電流轉換成一定頻率的單向脈沖電流，以供給工件和電極絲放電間隙所需的電能來蝕除金屬。脈沖電源的性能直接影響加工速度、表面質量、加工精度及電極絲的損耗等。當前第19頁\共有58頁\編于星期二\12點正極性加工受加工表面粗糙度和電極絲允許承載電流的限制，線切割加工電源的脈寬較窄（2～60μs），單個脈沖能量、脈沖峰值電流較小，一般為15～35A，所以線切割加工總是采用正極性加工（即工件接正極）。因采用窄脈寬時，電子質量小、慣性小、易加速，且沖向正極表面，所以電能、動能轉化為熱量而蝕除金屬;當前第20頁\共有58頁\編于星期二\12點負極性加工若采用負極性加工，因采用的脈寬窄，且離子質量較大、慣性較大、起動加速較慢，有一大部分離子尚未到達工件（負極）表面，脈沖就結束了，所以蝕除金屬速度低。因此，負極性加工只適于長脈沖粗加工。常用的脈沖電源脈沖電源的品種很多，常用的有晶體管矩形波脈沖電源、高頻分組脈沖電源、并聯(lián)電容型脈沖電源和低損耗脈沖電源等。當前第21頁\共有58頁\編于星期二\12點

3.工作液工作液在加工時起絕緣、洗滌、排屑、冷卻作用，對切割速度、表面粗糙度、加工精度等工藝指標影響很大。因此，對工作液的性能有以下要求：（1）具有一定的絕緣性火花放電必須在工作液中進行，要求放電間隙擊穿時即能壓縮放電通道，形成瞬時、局部高溫，熔化、氣化金屬，又能在放電后迅速恢復放電間隙為絕緣狀態(tài)。當前第22頁\共有58頁\編于星期二\12點絕緣性太低，將產生電解而不能形成火花放電;絕緣性太高，則放電間隙將減小，排屑困難，使切割速度降低。一般要求工作液的電阻率為103～104Ω·cm。（2）具有較好的洗滌性能與工件材料有較大的親和附著力，滲透性強，去油污能力強，排屑效果好，使切割后的表面光亮清潔。

當前第23頁\共有58頁\編于星期二\12點（3）冷卻性能好。（4）對環(huán)境無污染，對人體無危害。（5）價格低，穩(wěn)定性好，使用存儲安全方便，壽命長等。

低走絲線切割機床的工作液大多采用去離子水，只有在特殊精加工時才采用絕緣性較高的煤油。

高走絲線切割機床的工作液采用乳化液。

當前第24頁\共有58頁\編于星期二\12點4.數控系統(tǒng)

數控系統(tǒng)的主要作用是在電火花線切割加工過程中，按加工程序要求自動控制電極絲與工件的相對運動軌跡和進給速度，實現(xiàn)自動加工。數控系統(tǒng)的主要功能:

（1）軌跡控制功能通過插補運算，驅動步進電動機實現(xiàn)工作進給，精確控制電極絲與工件的相對運動軌跡，切割出符合形狀、尺寸要求的零件。當前第25頁\共有58頁\編于星期二\12點（2）加工控制功能

主要包括對伺服進給速度、電源裝置、走絲機構、工作液循環(huán)系統(tǒng)以及其他操作的控制。①進給控制根據加工間隙的平均電壓或放電狀態(tài)的變化，通過取樣、變頻電路，不定期地向計算機發(fā)出中斷申請，自動調整伺服進給速度，保持某一平均放電間隙，使加工穩(wěn)定，并提高切割速度和加工精度。當前第26頁\共有58頁\編于星期二\12點②短路退回經常記憶電極絲的經過路線，發(fā)生短路時，改變加工條件并使電極絲沿原路快速后退，消除短路，防止斷絲。當前第27頁\共有58頁\編于星期二\12點③間隙補償由于加工程序是按電極絲中心的移動軌跡來進行編制的，因此，必須補償電極絲的半徑和放電間隙：加工凸模時，電極絲中心軌跡應向原圖形之外偏移，進行“間隙補償”；加工凹模時，電極絲中心軌跡應向原圖形內偏移，進行“間隙補償”。當前第28頁\共有58頁\編于星期二\12點④圖形的縮放、旋轉和平移利用圖形的任意縮放功能可以加工出任意比例的相似圖形；利用任意角度的旋轉功能可大大簡化如齒輪、電動機定子和轉子等旋轉對稱類零件的編程；利用平移功能則可大大簡化復雜模具的編程。當前第29頁\共有58頁\編于星期二\12點⑤適應控制在工件厚度變化時，改變規(guī)準之后，能自動改變預置進給速度或電參數（包括加工電流、脈沖寬度和間隔），不用人工調節(jié)就能自動進行高效率、高精度的加工。當前第30頁\共有58頁\編于星期二\12點⑥自動找中心可使工件孔中的電極絲自動進行中心找正，并停止在中心處。⑦信息顯示可動態(tài)顯示程序號、計數長度等軌跡參數，采用CRT還可顯示電規(guī)準參數和切割軌跡圖形等。⑧自診斷功能等。當前第31頁\共有58頁\編于星期二\12點11.3.1電火花成型加工原理如圖11-5所示。在工具電極4和工件1之間接一脈沖電源2，利用自動進給調節(jié)裝置3使工具電極與工件始終保持一很小的放電間隙，在脈沖電流的作用下，產生火花放電。11.3數控電火花成型機床

當前第32頁\共有58頁\編于星期二\12點圖11-5電火花成型加工原理1—工件;2—脈沖電源;3—自動進給調節(jié)裝置;4—工具電極;5—工作液;6—過濾器;7—工作液泵當前第33頁\共有58頁\編于星期二\12點在工件和電極表面上的凸峰處電流密度大，產生局部高溫，因此凸峰將首先被熔化、氣化，形成微小的凹坑，這又會形成新的凸峰，下次脈沖放電時，又會在新的凸峰處蝕除金屬。熔化的金屬以粉末狀散布于工作液中被帶走并過濾掉。這樣不斷的脈沖放電，就可將工具電極的形狀復制在工件上，實現(xiàn)成型加工。

當前第34頁\共有58頁\編于星期二\12點11.3.2數控電火花成型加工機床

數控電火花成型加工機床是一種高精度的自動化加工機床。如圖11-6所示，它由機床本體、脈沖電源、數控系統(tǒng)、工作液循環(huán)系統(tǒng)等組成。當前第35頁\共有58頁\編于星期二\12點圖11-6數控電火花成型加工機床示意圖當前第36頁\共有58頁\編于星期二\12點機床主軸上裝有工具電極（正極），工件（負極）固定在工作臺上，在CNC系統(tǒng)控制下，Z向伺服電動機通過滾珠絲杠帶動主軸上、下運動，使工具電極與工件之間保持穩(wěn)定的放電間隙，實現(xiàn)電蝕加工過程。X、Y兩坐標工作臺由伺服電動機通過滾珠絲杠實現(xiàn)X、Y向進給運動，完成指定的軌跡加工。ATC是電極的自動更換裝置，可根據需要更換不同形狀的電極，以加工所需形狀的。當前第37頁\共有58頁\編于星期二\12點11.4激光切割機11.4.1概述1.光的物理概念電磁學說認為：光是一種在一定波長范圍內的電磁波。波長λ、頻率γ、光速c具有下列關系:λ=c/γ當前第38頁\共有58頁\編于星期二\12點可見光：可見的紅、橙、黃、綠、藍、青、紫光的波長范圍為0.4～0.76μm；紫外光：波長小于0.4μm的光稱為紫外光或紫外線；紅外光：波長大于0.76μm的光稱為紅外光或紅外線。

當前第39頁\共有58頁\編于星期二\12點量子學說認為：光是一種以光速運動且具有一定能量的粒子流。這種具有一定能量的粒子稱為光子，光子的能量E與光的頻率成正比，即：E=hγ式中，h為普朗克常數。因此，光是一種具有波粒二相性的物質，即光既具有波動性，又具有粒子性。當前第40頁\共有58頁\編于星期二\12點2.原子發(fā)光的兩種形式（1）自發(fā)輻射原子內部的電子，可以通過與外界交換能量而從一種運動狀態(tài)改變?yōu)榱硪环N運動狀態(tài)，對于每一種運動狀態(tài)，原子內部都有某一確定的能量值，即能級。習慣上把能量值大的叫高能級，把能量值小的叫低能級，最小的能級叫基態(tài)。當前第41頁\共有58頁\編于星期二\12點一般，能級越高，電子的數目就越少。如圖11-7所示為氫原子的能級示意圖，其中，處于E2、E3、…、E8等高能級的電子很不穩(wěn)定，總是力圖回到較低的能級。因此，高能級的電子為激發(fā)態(tài)。圖11-7氫原子的能級示意圖

當前第42頁\共有58頁\編于星期二\12點電子從高能級向低能級運動的過程稱為躍遷，當電子從高能級躍遷到低能級或基態(tài)時，常以發(fā)出光子的形式輻射出能量，這種發(fā)光過程稱為自發(fā)輻射。如日光燈、氙燈等光源都是自發(fā)輻射發(fā)光，自發(fā)輻射發(fā)光時的頻率γ與躍遷能量差En-E1、普朗克常數h遵循下列關系:γ=（En-E1）/h由于各個受激原子自發(fā)躍遷返回基態(tài)時，輻射時間不一致，躍遷的能級多，因此，頻率、波長不同。故這類光源強度低、單色性差。

當前第43頁\共有58頁\編于星期二\12點（2）受激輻射

當一束光入射到具有大量激發(fā)態(tài)原子的系統(tǒng)中時，若這束光的頻率與該系統(tǒng)中電子躍遷所發(fā)光的頻率γ=（En-E1）/h很接近，則該系統(tǒng)中大量處于激發(fā)態(tài)的原子在這束光的激發(fā)下會向低能級躍遷，同時發(fā)出一束光，這束光與入射光有著完全相同的特性（頻率、相位、傳播方向等都相同），相當于把入射光放大了，這種發(fā)光過程稱為受激輻射。

當前第44頁\共有58頁\編于星期二\12點3.激光及其產生激光（Laser，即LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation的縮寫）意思是利用受激輻射而得到的加強光。激光的特點：具有強度高、單色性好、相干性好和方向性好的基本特性。當前第45頁\共有58頁\編于星期二\12點例如人工晶體紅寶石基本成分是氧化鋁，其中摻雜0.05%（質量分數）的氧化鉻，鉻離子就可以發(fā)射激光。當用脈沖氙燈照射紅寶石時，處于低能級E1（基態(tài)）的鉻離子被大量激發(fā)到高能級En（激發(fā)態(tài)），由于En狀態(tài)不穩(wěn)定，壽命很短，大量En狀態(tài)的鉻離子又很快躍遷到壽命較長的亞穩(wěn)態(tài)E2。當前第46頁\共有58頁\編于星期二\12點這時當用頻率為γ=（E2-E1）/h的光源去“刺激”（照射）它時，就可以產生從高能級E2到低能級E1的受激輻射躍遷，發(fā)出相同頻率γ的光子，而這些光子又會繼續(xù)“刺激”別的亞穩(wěn)態(tài)離子發(fā)出光來，這樣互為因果，連鎖反應，在極短的時間內可以使受激原子的能量以同一頻率γ的單色光輻射出來，形成能量密度很高的激光。

當前第47頁\共有58頁\編于星期二\12點4.激光的加工原理

由于激光的強度高、方向性好、顏色單純，可以通過一系列的光學系統(tǒng)把激光束聚焦成一個極小的光斑（直徑僅有幾微米到幾十微米），獲得108～1010W/mm2的能量密度和10000℃以上的高溫，從而能在千分之幾秒甚至更短的時間內，使各種物質熔化和氣化，以達到蝕除被加工工件材料的目的。當前第48頁\共有58頁\編于星期二\12點

5.激光的加工特點及應用激光加工大多數基于光對非透明體材料的作用過程，其特點如下:（1）激光的光斑小，能進行非常細微的加工。（2）激光的能量密度高，適用于用其他方法難加工的材料。當前第49頁\共有58頁\編于星期二\12點（3）激光加工時，激光槍體與工件不接觸，加工變形小，熱變形也小。（4）激光能穿過透明體進行加工。（5）激光加工與電子束加工相比，不需要真空，也不需要對X射線進行防護。因此激光裝置簡單，工作性能良好。當前第50頁\共有58頁\編于星期二\12點目前激光已用于各種加工領域，例如:（1）打孔金剛石模具、鐘表軸承、陶瓷、橡膠、塑料等非金屬以及硬質合金、不銹鋼等金屬材料。（2）激光刻錄光盤在盤面上打一系列隨信號變化的凹坑。（3）切斷各種金屬材料、紙張、布料、皮革、陶瓷、塑料等非金屬。當前第51頁\共有58頁\編于星期二\12點（4）劃線半導體材料、陶瓷等。（5）微調薄膜和厚膜電路的電阻、石英振子和音叉的頻率，以及鐘表擺輪、微型電動機、汽輪機的動平衡。（6）焊接金屬箔、板、絲、玻璃、硬質合金等。（7）表面處理表面淬火等。當前第52頁\共有58頁\編于