《特種加工技術》課件 項目四 線切割加工五角星線

《特種加工技術》項目四線切割加工五角星圖案項目四線切割加工五角星圖案日常生活中有很多形狀復雜的裝飾品圖案，如心形、奔馬、動物圖案等（如圖4-1），這些圖案的特點是：邊緣輪廓表面粗糙度較好，零件厚度薄，圖案較復雜，尺寸精度一般。如何在一塊金屬板上加工出如此精美漂亮的圖案呢？通常，用電火花線切割機床切割是加工該類圖案的最佳方法之一。本項目以一個簡單的五角星形圖案加工為例，介紹線切割加工的基本過程及基本原理。

圖4-1工藝美術圖案圖4-2五角星圖案項目四線切割加工五角星圖案學習任務一認識電火花線切割加工線切割機床基本操作學習任務二知識目標1.掌握電火花線切割加工原理及特點2.了解電火花線切割加工應用范圍3.掌握電火花線切割機床的分類、型號及結(jié)構(gòu)4.掌握工件的裝夾和找正方法能力目標素質(zhì)目標1.能熟練操作電火花線切割機床操作面板2.能熟練啟動、關閉機床3.能初步進行工件裝夾和找正1.培養(yǎng)安全規(guī)范生產(chǎn)意識2.培養(yǎng)嚴謹認真的工作作風電火花線切割加工（WireCutEDM，簡稱WEDM）是在電火花加工的基礎上發(fā)展起來的一種新興工藝形式，最早起源于20世紀50年代末的前蘇聯(lián)。它采用線狀電極（通常為鉬絲或黃銅絲），利用火花放電對工件進行切割，故稱為電火花線切割。目前，電火花線切割技術已獲得廣泛的應用，國內(nèi)外的線切割機床已占電加工機床的70%以上。下面讓我們來認識一下電火花線切割加工吧。任務導入任務一認識電火花線切割加工

知識能力

技能能力

素質(zhì)能力掌握電火花線切割加工原理和特點了解電火花線切割加工的應用范圍掌握電火花線切割加工的常用術語123培養(yǎng)分析問題解決問題的能力能夠初步編制電火花線切割加工工藝任務一認識電火花線切割加工任務目標電火花線切割加工的基本原理是利用移動的金屬線（黃銅絲或鉬絲）作為電極（負極），工作臺作為正極，在線電極和工件之間施加高頻的脈沖電壓，并置于乳化液或者去離子水等工作液中，使其不斷產(chǎn)生火花放電，工件不斷被電蝕，從而達到對工件進行加工的目的。它具有“以不變應萬變”切割成形的特點，可切割各種二維、三維和多維表面。任務一認識電火花線切割加工知識鏈接一、電火花線切割加工的原理任務一認識電火花線切割加工圖4-3電火花線切割加工原理示意圖1-絕緣底板2-工件3-脈沖電源4-鉬絲5-導向輪6-支架7-貯絲筒任務一認識電火花線切割加工02040301點擊輸入標題電極絲與工件之間必須保持一定的放電間隙。放電必須是短時間的脈沖放電。必須使兩個電脈沖之間有足夠的間隔時間。必須在有一定絕緣性能的液體介質(zhì)中進行加工。二、電火花線切割加工的必備條件04050102060307加工過程工件材料被蝕除量很少。自動化程度高、操作使用方便安全。目前都實現(xiàn)了數(shù)字程序控制，整個加工過程按事先編好的加工程序自動完成，而且機床大都附有圖形編程系統(tǒng)，使復雜零件的編程變得容易。能獲得較好的工藝效果。電火花線切割發(fā)展到現(xiàn)在質(zhì)量都比較穩(wěn)定，工藝也日趨成熟，一般均能獲得較好的工藝效果。加工與工件材料的力學性能無關。由于電火花線切割加工是利用脈沖放電時的電火花腐蝕現(xiàn)象進行加工的，加工過程不存在機械切削力的作用，能加工傳統(tǒng)方法難于加工或無法加工的高硬度、高強度、高脆性、高韌性等導電材料及半導體材料。加工過程工具電極與工件不直接接觸。電火花線切割加工過程中的工具電極絲始終與工件保持一定的間隙而不直接接觸，二者之間不存在明顯的相互作用力，電極絲很細長，因此適宜加工低剛度工件、細微異形孔、窄縫和各種復雜的零件。工件被加工表面受熱影響小，也適合于加工熱敏感性材料。不需要制作復雜的成型工具電極。電火花線切割加工是用一根細長(φ0.03mm~φ0.35mm)的金屬絲作工具電極，通過數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動工作臺使工件相對工具電極絲按預定軌跡運動，從而切割出所需的復雜零件，不必像電火花成形加工那樣制作精密的成型電極電極絲絲徑損耗對加工精度影響小。由于采用的電極絲很長，因此單位長度的電極絲損耗較少，電極絲絲徑損耗對加工精度的影響較小。加工后的材料還可以繼續(xù)使用，有助于節(jié)省能量，提高加工效率，材料的利用率很高任務一認識電火花線切割加工三、電火花線切割加工的特點任務一認識電火花線切割加工020301適用于加工各種形狀的沖模。此外，還可以加工擠壓模、粉末冶金模、彎曲模、塑壓模以及帶錐度的模具。加工模具一般穿孔加工用的電極和帶錐度型腔加工用的電極，以及鎢銅、銀鎢合金之類的電極材料，用電火花線切割加工特別經(jīng)濟，同時也適用于加工微細、形狀復雜的電極。切割電火花穿孔成形加工用的電極在試制新產(chǎn)品時，用線切割的方法在坯料上直接切割出零件。在零件制造方面，可用于加工品種多、數(shù)量少的零件，特殊難加工材料的零件，材料試驗樣件以及各種型孔、型面、特殊齒輪、凸輪、樣板和成形刀具。有些具有錐度切割功能的線切割機床，可以加工出上下異形面的零件。線切割還可以進行微細加工、異形槽和“標準缺陷”的加工等。加工零件010203三、電火花線切割加工的應用范圍任務一認識電火花線切割加工任務實施電火花線切割加工一般按圖所示步驟進行。任務一認識電火花線切割加工電火花線切割加工過程主要包括：線切割加工的準備工作、加工、檢驗。本任務要用線切割加工五角星，根據(jù)線切割加工原理和流程，可初步確定加工過程，如表4-1所示。任務拓展蘇聯(lián)學者于1955年提出了電火花線切割機床設計方案，并于1956年制造出第一臺電氣靠模仿形電火花線切割機床，1958年在蘇聯(lián)國內(nèi)公開展出。為了改善電火花線切割的加工軌跡控制，捷克機械及自動化研究所于1958年研制出光電控制的電火花線切割機床；蘇聯(lián)于1965年又研制出數(shù)字程序控制電火花線切割機床；我國也在1964年開發(fā)高速走絲電火花線切割機床的基礎上于1969年研制成數(shù)控高速走絲電火花線切割機床，曾在國際上形成了一個富有中國特色的一類數(shù)控電火花線切割產(chǎn)品。到20世紀80年代初，電火花線切割的工藝水平已發(fā)展到相當高的地步。20世紀80年代后期和90年代是電火花線切割技術不斷完善和穩(wěn)步發(fā)展時期。任務一認識電火花線切割加工一、電火花線切割加工技術發(fā)展歷程任務一認識電火花線切割加工切割速度快速走絲線切割（WEDM-HS）低速走絲線切割（WEDM-LS）線徑補償進給速度0102030405多次切割錐度切割0607在保持一定表面質(zhì)量的切割過程中，單位時間內(nèi)電極絲中心線在工件上掃過的面積的總和(mm2/min)。電極絲高速往復運動的電火花線切割加工，一般走絲速度為8～10m/s，電極絲可重復使用，加工速度較高。電極絲低速單向運動的電火花線切割加工，一般走絲速度低于0.2m/s，電極絲放電后不再使用，工作平穩(wěn)、均勻、抖動小、加工質(zhì)量較好。又稱間隙補償或鉬絲偏移。為獲得所要求的加工輪廓尺寸，數(shù)控系統(tǒng)通過對電極絲運動軌跡輪廓進行擴大或縮小來進行偏移補償。加工過程中電極絲中心沿切割方向相對于工件的移動速度（mm/min）。同一表面先后進行兩次或兩次以上的切割，以改善表面質(zhì)量及加工精度的切割方法。鉬絲以一定的傾斜角進行切割的方法。二、電火花線切割加工常用術語要完成線切割加工五角星圖案，必須要用電火花線切割機床，線切割機床由哪些部分組成？它與電火花加工機床有何不同？應該如何進行操作？任務導入任務二線切割機床基本操作

知識能力

技能能力

素質(zhì)能力了解線切割機床的分類、型號和結(jié)構(gòu)組成掌握工件的裝夾和找正方法123培養(yǎng)安全規(guī)范操作機床的能力培養(yǎng)嚴謹認真的工作作風能夠進行工件的裝夾與校正能夠熟練操作高速電火花線切割機床完成加工任務目標任務二線切割機床基本操作根據(jù)電極絲的走絲速度不同，電火花線切割機床分為高速走絲電火花線切割機床（WEDM-HS）和低速走絲電火花線切割機床（WEDM-LS）兩類，如圖4-5和圖4-6所示，這也是電加工行業(yè)普遍采用的分類方法。知識鏈接任務二線切割機床基本操作圖4-5高速走絲電火花線切割機床

圖4-6低速走絲電火花線切割機床一、電火花線切割機床的分類按走絲速度分類1任務二線切割機床基本操作按工作液供給方式，電火花線切割機床可分為沖液式機床和浸液式機床兩種。沖液式電火花線切割機床采用沖液（上、下兩股射流）沿電極絲輸送工作液，高速走絲電火花線切割機床都是采用沖液方式。我國生產(chǎn)的大部分低速走絲電火花線切割機床也是采用沖液方式。浸液式電火花線切割機床的放電加工是在工作液中進行，先進的低速走絲電火花線切割機床多屬于浸液式。在浸液狀態(tài)下，工件在工作區(qū)域恒定的溫度下加工可獲得更高的加工精度，并有良好的工件防銹效果。按工作液的供給方式分類2任務二線切割機床基本操作按電火花線切割機床按其軌跡控制方法不同可分為靠模仿形電火花線切割機床、光電跟蹤電火花線切割機床、數(shù)控電火花線切割機床三大類?？磕７滦坞娀鸹ň€切割機床光電跟蹤電火花線切割機床數(shù)控電火花線切割機床靠模仿形控制是最初采用的控制方法，它是將一塊薄銅片做成與被加工零件形狀尺寸完全一致的靠模板，電極絲就是這樣在控制系統(tǒng)作用下，沿著這塊靠模板邊緣“時而接觸時而離開”地實現(xiàn)仿形加工。光電跟蹤控制原理是利用光電頭把放大了的圖紙信號（一般放大為工件的5倍、10倍、50倍）轉(zhuǎn)換成電信號，使加工軌跡按圖紙所畫的圖形軌跡運動。數(shù)控電火花線切割機床控制系統(tǒng)是由一臺專用計算機構(gòu)成的。它根據(jù)使用者預先編制好的加工程序來自動控制電火花線切割的加工過程，可以切割X、Y平面上由直線和圓弧組成的圖形，在一定精度要求下可用若干段直線或圓弧來近似加工非圓曲線或列表點曲線。按加工軌跡的控制方式分類3任務二線切割機床基本操作電火花線切割機床按電極絲位置可分為立式和臥式兩種。立式電火花線切割機床的電極絲是垂直方向進行加工的。臥式電火花線切割加工機床的電極絲是水平方向進行加工的。（1）X、Y兩軸控制，該機床只能切割垂直的二維工件。（2）X、Y、U、V四軸控制，該機床能切割帶錐度的工件。（1）經(jīng)減速齒輪驅(qū)動絲杠。（2）由步進電動機直接驅(qū)動絲杠。按電極絲的位置分類4按步進電動機到工作臺絲杠的驅(qū)動方式分類6按控制軸的數(shù)量分類5任務二線切割機床基本操作（1）固定絲架。切割工件的厚度一般不大，而且最大切割厚度不能調(diào)整。（2）可調(diào)絲架。切割工件的厚度可以在最大允許范圍內(nèi)進行調(diào)整。按脈沖電源形式，電火花線切割機床有RC電源機床、晶體管電源機床、分組脈沖電源機床及自適應控制電源機床等，RC電源機床現(xiàn)已基本不用。按加工特點，電火花線切割機床有大、中、小型機床，以及普通直壁切割型機床與錐度切割型機床等。按絲架結(jié)構(gòu)形式分類7按脈沖電源形式分類8按加工特點分類5任務二線切割機床基本操作我國電火花線切割機床型號是根據(jù)《特種加工機床型號編制方法》（JB/T7445.21998）的規(guī)定編制的，機床型號由漢語拼音字母和阿拉伯數(shù)字組成，表示機床的類別、特性和基本參數(shù)。二、電火花線切割機床的型號任務二線切割機床基本操作電火花線切割加工設備主要由機床本體、脈沖電源、控制系統(tǒng)、工作液循環(huán)系統(tǒng)和機床附件等幾部分組成。三、電火花線切割機床結(jié)構(gòu)任務二線切割機床基本操作機床本體由床身、坐標工作臺、走絲機構(gòu)、錐度切割裝置、絲架、工作液箱、附件等幾部分組成。（1）床身床身一般為鑄件，是坐標工作臺、繞絲機構(gòu)及絲架的支撐和固定基礎，通常采用箱式結(jié)構(gòu)，應有足夠的強度和剛度。床身內(nèi)部設置電源和工作液箱?？紤]到電源發(fā)熱和工作液泵的振動，有些機床將電源和工作液箱移出床身，另行安放。床身結(jié)構(gòu)一般有三種。機床本體1任務二線切割機床基本操作（2）坐標工作臺電火花線切割機床最終都是通過坐標工作臺與電極絲的相對運動來完成零件加工的，通常坐標工作臺完成X、Y方向的運動。為保證機床精度，對軌道的精度、剛度和耐磨性有較高的要求。一般都采用十字滑板、滾動導軌和絲杠傳動副將電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ髋_的直線運動。（3）走絲機構(gòu)走絲機構(gòu)是電極絲以一定的速度運動并保持一定的張力。在雙向高速走絲電火花線切割機床上，一定長度的電極絲平整地卷繞在貯絲筒上，絲的張力與排繞時的拉緊力有關（為提高加工精度，近來已研制出恒張力裝置）。貯絲筒通過聯(lián)軸器與驅(qū)動電動機相連。為了重復使用該段電極絲，電動機由專門的換向裝置控制作正反向交替運轉(zhuǎn)。走絲速度等于貯絲筒周邊的線速度，通常為8～10m/s。在運動過程中，電極絲有絲架支撐，并依靠導輪保持電極絲與工作臺垂直或傾斜一定的幾何角度（錐度切割時）。任務二線切割機床基本操作任務二線切割機床基本操作（4）錐度切割裝置為了切割有落料角的沖模和某些有錐度（斜度）的內(nèi)外表面，大部分線切割機床具有錐度切割功能，其中單向低速走絲四軸聯(lián)動錐度切割裝置如圖4-11所示。任務二線切割機床基本操作（1）晶體管矩形波脈沖電源圖4-12晶體管矩形波脈沖電壓、電流波形及其脈沖電源電火花線切割加工用的脈沖電源2任務二線切割機床基本操作（2）高頻分組脈沖電源圖4-13高頻分組脈沖電壓波形圖4-14高頻分組脈沖電源的電路原理框圖任務二線切割機床基本操作（3）節(jié)能型脈沖電源圖4-15線切割節(jié)能型脈沖電源的主回路圖和波形圖任務二線切割機床基本操作（4）單向低速走絲線切割加工的脈沖電源單向低速走絲的脈沖電源必須能提供窄脈沖寬度、大瞬時峰值電流。根據(jù)節(jié)能要求，在功放主回路中往往既無限流電阻，又無限流電感（有的利用導線本身很小的潛布電感來適當阻止加工電流過快地增長）。這類脈沖電源的基本原理是由一頻率很高（脈沖寬度0.1～1μs，可調(diào)）的開關電路來觸發(fā)、驅(qū)動功率級高頻1GBT組件，使其迅速導通。因主回路中無電阻和電感，因此瞬時流過很大的峰值電流，當達到額定值時，主振級開關電路使功率級迅速截止，然后停歇一段時間，待放電間隙消電離恢復絕緣后，再由第二個脈沖觸發(fā)功率級，如此重復循環(huán)。任務二線切割機床基本操作四、工件的裝夾線切割加工工件裝夾注意事項11465237確認工件的設計基準或加工基準面，盡可能使設計或加工的基準面與X、Y軸平行。工件的定位面要有良好的精度，棱邊倒鈍，孔口倒角工件的基準面應清潔、無飛邊。切入點要導電，經(jīng)過熱處理的工件，在穿絲孔內(nèi)及擴孔的臺階處，要清理熱處理殘物及氧化皮。熱處理件要充分回火，平磨件要充分退磁。工件的裝夾應確保加工中電極絲不會過分靠近或誤切割機床工作臺，工件的夾緊力大小要適中、均勻，不得使工件變形或翹起。對細小、精密、薄壁等工件要固定在不易變形的輔助夾具上。排量生產(chǎn)時，最好采用專用夾具，以便提高生產(chǎn)率。工件裝夾的位置應有利于工件找正，并應與機床行程相適應，夾緊螺釘高度要合適，避免干涉到加工過程，上導絲輪要壓得較低。任務二線切割機床基本操作圖4-16

線切割加工工件的裝夾方式

（a）懸臂支撐方式；（b）兩端支撐方式；（c）橋式支撐方式；

（d）板式支撐方式；（e）復式支撐方式線切割工件裝夾方法2任務二線切割機床基本操作圖4-17軸向安裝的分度夾具

圖4-18端面安裝的分度夾具任務二線切割機床基本操作圖4-19線切割夾具任務二線切割機床基本操作五、工件找正圖4-20劃線法找正

圖4-21拉表法找正

圖4-22固定基面靠定法任務實施任務二線切割機床基本操作一、快走絲機床的基本操作1操作前準備工作010203將工作臺移動到中間位置。搖動儲絲筒，檢驗拖板的往復運動是否靈活，調(diào)整左右撞塊，控制拖板行程。開啟總電源，啟動走絲電動機，檢驗其運轉(zhuǎn)是否正常，檢查拖板的換向動作是否可靠，檢查換向時高頻電源是否自行切斷，并檢查限位開關是否起到停止走絲電動機的作用。04使工作臺做縱橫向移動，檢查輸入信號與移動動作是否一致。機床的啟動及關機啟動。給機床通電，旋動開關到“ON”的位置。檢查紅色的磨菇狀急停開關，確保急停開關松開。按下綠色的“啟動”按鈕，機床即開機啟動。關機。關機的方式般有兩種：一種叫硬關機，另一種叫軟關機。2機床的啟動及關機任務二線切割機床基本操作任務二線切割機床基本操作3電火花線切割機床控制面板和手控盒任務二線切割機床基本操作任務二線切割機床基本操作二、加工準備1工藝分析圖4-23零件位置圖（1）加工輪廓確定任務二線切割機床基本操作圖4-24工件的裝夾本項目采用懸臂支撐裝夾的方式。（2）裝夾方法任務二線切割機床基本操作準備一張薄鋼板，去除毛刺。由于本項目要求不高，因此采用圖4-24所示的懸臂式支撐，用螺釘和夾板直接把毛坯裝夾在臺面上，裝夾時用角尺放在工作臺橫梁邊簡單校正工件即可。（3）確定穿絲孔位置圖4-25工件的校正

任務二線切割機床基本操作在指導教師的幫助下確定穿絲孔位置。線切割加工時工件與電極絲不允許短路，否則無法加工。因此穿絲孔O離工件的GF邊的距離為1~3mm。該距離太小了，加工時電極絲抖動可能短路；該距離大了，空切割行程過大，造成浪費。本項目取為2mm，同時起割點A到GF邊的距離設計時取為2mm。這樣OA的距離為4mm。2工件準備任務二線切割機床基本操作3編制程序（1）確定加工路線和各點坐標

圖4-26圖形坐標（2）在教師幫助下編制程序任務二線切割機床基本操作4電極絲準備通過手控盒或機床操作面板將穿好并校正好的電極絲按照圖4-23所示移到工件GF邊中間，距離GF邊約2mm。由于五角星輪廓在工件毛壞上的定位要求不高，因此通過目測移動電極絲即可。三、加工啟動機床加工。加工時應注意安全，加工后注意打掃衛(wèi)生，保養(yǎng)機床。取下工件，測量相關尺寸，并與理論值相比較。任務二線切割機床基本操作任務拓展（1）模擬加工功能。（2）短路回退功能。（3）回原點功能。（4）單段加工功能。（5）暫停功能。（6）MDI功能。（7）進給控制功能。（8）間隙補償功能。（9）自動找中心功能。（10）信息顯示功能。（11）斷絲保護功能。（12）停電記憶功能。（13）斷電保護功能。（14）分時控制功能。（15）倒切加工功能。（16）平移功能。（17）跳步功能。（18）任意角度旋轉(zhuǎn)功能。（19）代碼轉(zhuǎn)換功能。（20）上下異形功能。一、電火花線切割機床主要功能任務二線切割機床基本操作二、電火花線切割加工的安全技術規(guī)程（1）操作者必須熟悉線切割機床的操作技術，開機前應按設備的潤滑要求對機床有關部位進行注油潤滑。（2）操作者必須熟悉線切割加工工藝，能夠適當?shù)剡x取加工參數(shù)，按規(guī)定的操作順序合理操作，防止斷絲、短路等故障的發(fā)生。（3）上絲用的套筒手柄使用后，必須立即取下，以免傷人。廢絲要放在規(guī)定的容器中，防止混入電路和走絲系統(tǒng)中，造成短路、觸電和斷絲事故。停機時，要在儲絲筒剛換向后盡快按下停止按鈕，防止因儲絲筒慣性造成斷絲及傳動件碰撞。（4）正式加工工件之前，應確認工件位置是否安裝正確，防止碰撞絲架和因超程撞壞絲杠、螺母等傳動部件。對于無超程限位的