第五章数控电加工工艺

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章 数控电加工工艺,第一节 概述,第二节 数控电火花成形加工工艺,第三节 数控线切割加工工艺,第一节 概述,一、数控电加工的概念,1,电加工的定义,电加工主要是指利用电的各种效应,(,如电能、电化学能、电热能、电磁能、电光能等,),进行金属材料加工的一种方式。电加工包括电蚀加工,(,电火花成形加工和线切割加工,),、电子束加工、电化学加工,(,电抛光等,),及电热加工,(,导电磨削、电热整平,),等。,2,电加工的特点,（,1,）加工过程中，工具和工件之间不存在明显的机械切削力，且在多数情况下，工具不与工件直接接触。,（,2,）加工用的工具硬度可以低于工件材料的硬度。,（,3,）工件材料可以是任何硬度的金属材料，还可以是磁性材料等。,第一节 概述,第一节 概述,二、数控电加工工艺方法的分类及应用,电火花加工工艺方法分类、特点及用途,第一节 概述,一、数控电加工的概念,1.,电加工的定义,2.,电加工的特点,二、数控电加工工艺方法的分类及应用,课后小结,第二节 数控电火花成形加工工艺,一、数控电火花成形加工,1,数控电火花成形加工原理,电火花成形加工也称为放电加工、电蚀加工或电脉冲加工，是基于脉冲放电的蚀除原埋，直接利用电能和热能进行加工的新工艺。,a,）电火花成形加工机床,b,）电火花成形加工机床加工原理图,电火花成形加工,2,电火花成形加工的条件,（,1,）脉冲放电必须具有足够大的能量密度，使工件材料局部熔化和汽化。,（,2,）放电应当是脉冲式的,(,脉宽一般在,0.2,1 000s,之间,),（,3,）放电过程的电蚀产物及热量应及时从微小的放电间隙中排出。,（,4,）加工装置的进给系统必须及时调整两极间的距离，使之始终保持最佳的击穿放电间隙。,第二节 数控电火花成形加工工艺,第二节 数控电火花成型加工工艺,3,电火花成形加工装置,脉冲电源,机床主体,控制系统,工作液装置,电火花成形加工装置,第二节 数控电火花成型加工工艺,二、数控电火花成形加工特点及应用范围,1,加工特点,（,1,）,采用成,形,电极进行无切削力加工,。,（,2,）,电极相对工件做简单或复杂的运动,。,（,3,）,工件与电极之间的相对位置可手动控制或自动控制,。,（,4,）,加工一般浸在,液体介质,中进行,。,（,5,）,一般只能用于加工金属等导电材料，只有在特定条件下才能加工半导体和,绝缘体,材料,。,（,6,）,加工速度一般较慢，效率较低，且最,小圆角,半径有限制,。,2,应用范围,（,1,）,高硬脆材料,。,（,2,）,各种导电材料的复杂表面,。,（,3,）,微细结构和形状,。,（,4,）,高精度加工,。,（,5,）,高表面质量加工,。,电火花成形加工的局限性：,仅适用于加工金属等导电材料。,加工速度一般低于切削加工。,工件与工具电极的损耗直接影响零件的成形精度。,难以清角加工。,第二节 数控电火花成形加工工艺,第二节 数控电火花成型加工工艺,三、极性效应与覆盖效应,1,极性效应,在电火花加工时，相同材料,(,如用钢电极加工钢,),两电极的被腐蚀量是不同的。其中一个电极比另一个电极的蚀除量大，这种现象叫做,极性效应,。,“正极性”接线法,“负极性”接线法,第二节 数控电火花成型加工工艺,2,覆盖效应,在材料放电腐蚀过程中，一个电极的电蚀产物转移到另一个电极表面上，形成一定厚度的覆盖层，这种现象叫做,覆盖效应,。,碳素层的生成条件：,（,1,）有足够高的温度。,（,2,）有足够多的电蚀产物，尤其是介质的热解产物,碳粒子。,（,3,）有足够的时间，以便在这一表面上形成一定厚度的碳素层。,（,4,）一般采用负极性加工，因为碳素层易在阳极表面生成。,（,5,）必须在油类介质中加工。,第二节 数控电火花成形加工工艺,第二节 数控电火花成型加工工艺,四、电火花成型加工工艺的制订,电火花成形加工的加工过程,1,电极准备,（,1,）电极材料,第二节 数控电火花成形加工工艺,第二节 数控电火花成型加工工艺,（,2,）影响电极损耗的主要因素,1,）电极材料对电极损耗影响极大。,2,）电参数对电极损耗影响也较大。,3,）极性。,4,）黑膜对电极损耗的影响也不容忽视。,5,）实践表明：当冲油压力增大时，电极损耗将随之增大。,（,3,）电极结构,1,）整体式电极,2,）组合电极,3,）镶拼式电极,第二节 数控电火花成型加工工艺,（,4,）技术要求,对电极的要求是：尺寸精度应不低于,IT7,级，公差一般小于工件公差的,1/2,，并按入体原则标注；各表面平行度在,100mm,长度上小于,0.01mm,；表面粗糙度,Ra,小于,1.25m,。,（,5,）电极的尺寸,1,）长度尺寸,2,）截面尺寸,第二节 数控电火花成型加工工艺,2,电极装夹,整体式电极装夹。,a,）应用图,b,）结构图,带垂直度调节装置的夹头,1,锥柄,2,调节螺钉,3,绝缘垫,4,电极固定板,5,球头螺钉,标准套筒夹具,1,套筒,2,电极,钻夹头,1,钻夹头,2,电极,螺纹夹头,多电极通用夹具,第二节 数控电火花成形加工工艺,1,电极板,2,连接板,3,螺栓,4,黏合剂,连接板夹具,第二节 数控电火花成形加工工艺,3,工件的准备,（,1,）工件材料和尺寸形状,（,2,）工件的预加工,（,3,）基准面,（,4,）冲液孔,（,5,）回火处理,（,6,）除锈、去磁,4,工件的装夹,一般情况下，工件被安装在工作台上，与电极互相定位后，用压板和螺钉压紧即可，但需注意保持与电极的相互位置。,第二节 数控电火花成形加工工艺,第二节 数控电火花成型加工工艺,5,校正与定位,（,1,）校正,1,）利用精密角尺校正。,1,电极,2,精密角尺,3,工件,4,工作台,2,）利用百分表校正。,1,电极,2,工件,3,百分表,第二节 数控电火花成形加工工艺,（,2,）定位,1,）划线法 。按图样在工件两面划出型孔线，再沿线打冲眼，根据冲眼确定电极位置。该方法主要适用于定位要求不高的工件。,第二节 数控电火花成形加工工艺,2,）量块角尺法,1,工件,2,电极,3,量块,4,角尺,第二节 数控电火花成形加工工艺,3,）测定器量块定位法,用测定器、量块和百分表定位,1,工件,2,电极,3,量块,4,测定器,5,百分表,第二节 数控电火花成形加工工艺,4,）接触感知定位法。数控电火花机床均具有自动找正定位功能。,接触感知代码自动定位。,编制数控程序自动定位。,第二节 数控电火花成形加工工艺,6,加工参数的选择,（,1,）电加工参数的选择,1,）常用电加工参数,脉冲宽度,t,i,（,s,）,脉冲间隔,t,0,（,s,）,电流脉宽,t,e,（,s,）,开路电压或峰值电压,u,i,（,V,）,峰值电流,i,e,（,A,）,第二节 数控电火花成形加工工艺,2,）电规准的选择,粗基准,中基准,精基准,3,）正、负极性加工。工件接脉冲电源正极,(,高电位端,),，称为正极性加工；反之，工件接电源负极,(,低电位端,),，则称为负极性加工。高生产率、低损耗粗加工时，常用负极性长脉宽加工。,第二节 数控电火花成形加工工艺,第二节 数控电火花成型加工工艺,（,2,）非电加工参数的选择,1,）冲液,运动冲液。在加工过程中，电极的运动包括抬刀、平动、旋转，可以满足冲液的要求。,电极的运动,a,）自动抬刀,b,）平动抬刀,c,）旋转抬刀,运动冲液示意图,b,）冲液嘴冲液,第二节 数控电火花成形加工工艺,a,）运动冲液,受控冲液,a,）冲液,b,）吸液,第二节 数控电火花成形加工工艺,2,）平动加工。平动加工效果较好，它辅助冲液，使得损耗均匀，几何精度高，并且节省电极的损耗。,平动加工示意图,第二节 数控电火花成形加工工艺,a,）精加工和凹槽加工,b,）圆形平动,3,）工作液压力 。在进行穿孔和加工形状复杂或型腔较深的型腔模时，必须向放电间隙冲液。或者抽出放电间隙的气体和混浊的工作液，并且注意调节工作液循环的压力，粗加工小些，精加工大些；开始加工小些，正常加工大些。,第二节 数控电火花成形加工工艺,4,）主轴的定时抬刀。采用定时抬刀装置，使主轴定时抬起，能帮助间隙中蚀除物的排出。为保证加工的稳定性，抬刀时间应是可调的。,第二节 数控电火花成形加工工艺,五、典型零件的加工工艺,1,冷冲模电火花加工,-,简单方孔冲模的电火花加工,凹模尺寸为,25mm25mm,，深,10mm,，通孔尺寸公差等级为,IT7,，表面粗糙度,Ra,为,1.252.5,m,，工件材料为,40Cr,。设采用高低压复合型晶体管脉冲电源加工。,模具图,第二节 数控电火花成形加工工艺,电火花加工前的工件、工具电极图,a),模具加工出预孔,b),工具电极,第二节 数控电火花成形加工工艺,电极装夹在机床主轴头的夹具中进行精确找正，使电极对机床工作台面的垂直度小于,0.01mm/100mm,。工件安装在油杯上，工件上、下端面保持与工作台面平行。,加工类型,脉冲宽度,(,s,),电压,(V),电流,(A),脉冲间歇,(,s,),冲油压力,(,kPa,),加工深度,(mm),高压,低压,高压,低压,高压,低压,粗加工,12,25,250,60,1,9,30,9.8,15,精加工,7,2,200,60,O.8,1.2,25,19.6,20,加工参考标准,第二节 数控电火花成形加工工艺,2,电机转子冲孔落料模的电火花加工,工件材料：淬火,40Cr,，工件尺寸要求如图所示。凸凹模具配合间隙：,0.040.07mm,。工具电极,(,即冲头,),材料：淬火,Crl2,。,工件,第二节 数控电火花成形加工工艺,（,1,）工具电极在电火花加工之前的工艺路线,1,）准备定位心轴。,2,）粗车冲头外形，精车上段吊装内螺纹，,6mm,孔留磨量。,3,）热处理。,4,）磨。,5,）线切割。,6,）钳加工。,7,）化学腐蚀,(,酸洗,),。,8,）钳加工。,工具电极,(,冲头,),和定位心轴,第二节 数控电火花成形加工工艺,（,2,）工艺方法,（,3,）使用设备,（,4,）装夹、校正、固定,1,）工具电极,2,）工件,（,5,）加工参考标准,1,）粗加工,2,）精加工,（,6,）加工效果,第二节 数控电火花成形加工工艺,3,电火花穿孔加工实例,图中所示为中夹板落料凹模，工件材料为,Crl2,钢，配合间隙为,0.08mm,0.10mm,，热处理淬火硬度为,62,64HRC,。,第二节 数控电火花成形加工工艺,（,1,）电加工前的工艺路线,在电火花加工前，应利用铣床、磨床等机械加工机床先把除凹模型孔以外的尺寸加工出来，并应用铣床对凹模型孔进行预加工，单面留电加工余量,0.3mm0.5mm,。然后进行热处理淬火，使硬度达到,6264HRC,。最后平磨上、下两平面。,（,2,）工具电极准备,针对此模具特点，可以利用凸模作为工具电极，采用,“,钢打钢,”,的方法进行加工。所以在进行电火花加工前，应先利用机械加工方法或电火花线切割加工出凸模。,（,3,）电火花加工工艺方法,利用凸模加工凹模时，要将凹模底面朝上进行加工，这样可以利用,“,二次放电,”,产生的加工斜度，作为凹模的漏料口，即通常所说的,“,反打正用,”,。,第二节 数控电火花成形加工工艺,（,4,）工件的装夹、校正及安装固定,1,）将工具电极,(,即凸模,),用电极夹柄紧固，校正后予以固定在主轴头上。,2,）将工件,(,凹模,),放置在电火花加工机床的工作台上，调整工具电极与工件的位置，使两电极中心重合。,3,）用压板将工件凹模压紧固定。,（,5,）加工工艺参数,采用低压脉宽,2s,，间隔,20s,；低压,80V,，加工电流,3.5A,；高压脉宽,5s,，高压,173V,，加工电流,0.6A,；加工极性为负；下冲油方式；加工深度,30mm,。,（,6,）加工效果,加工时间约,10,小时；加工斜度为,0.03mm(,双边,),；凸凹模配合间隙,0.08mm(,双边,),；表面粗糙度,Ra,2.25m,。,第二节 数控电火花成形加工工艺,一、数控电火花成形加工,1.,数控电火花成形加工原理,2.,电火花成形加工装置,二、数控电火花成形加工特点及应用范围,1.,加工特点,2.,应用范围,三、极性效应与覆盖效应,1.,极性效应,2.,覆盖效应,第二节 数控电火花成形加工工艺,课后小结,四、电火花成形加工工艺的制定,1.,电极准备,2.,电极装夹,3.,工件的准备,4.,工件的装夹,5.,校正与定位,6.,加工参数的选择,五、典型零件的加工工艺,第三节 数控线切割加工工艺,一、电火花线切割加工原理,电火花线切割是指在工具电极,(,电极丝,),和工件间施加电压，使电压击穿间隙产生火花放电的一种工艺方法。,1,工作液箱,2,储丝筒,3,电极丝,4,供液管,5,进电块,6,工件,7,夹具,8,脉冲电源,9,工作台拖板,a),a,）机床实物图,b,）加工原理图,电火花线切割,第三节 数控线切割加工工艺,二、数控电火花线切割机床的分类及用途,1,分类,2,应用范围,（,1,） 模具加工,（,2,）新产品试制,（,3,）难加工零件,（,4,）贵重金属下料,第三节 数控线切割加工工艺,第三节 数控线切割加工工艺,三、数控线切割加工工艺的制订,数控线切割加工的流程图,1,零件图的工艺分析,（,1,）凹角和尖角的尺寸分析,线电极与工件加工面的位置关系,线电极中心轨迹的偏移,第三节 数控线切割加工工艺,a,）加工凸模类零件,b,）加工凹模类零件,在凸、凹模设计图样上应说明拐角处的过渡圆弧半径,R,。同一副模具的凹、凸模中，,R,值要符合下列条件，才能保证加工的实现和模具的正确配合。,对凹角,R,1,Z,=,d,/2+,对尖角,R,2,=,R,1,式中,R,1,凹角圆弧半径；,R,2,尖角圆弧半径；,凹、凸模的配合间隙。,第三节 数控线切割加工工艺,a,）加工凸模类零件,b,）加工凹模类零件,第三节 数控线切割加工工艺,（,2,）表面粗糙度及加工精度分析,合理确定线切割加工表面粗糙度值是非常重要目的，要检查零件图样上是否有过高的表面粗糙度要求。,同样，也要分析零件图上的加工精度是否在数控线切割机床加工精度所能达到的范围内，根据加工精度要求的高低来合理确定线切割加工的有关工艺参数。,第三节 数控线切割加工工艺,2,工艺准备,（,1,）线电极准备,1,）线电极材料的选择,材料,线径,/mm,特 点,纯铜,0.1,0.25,适合于切割速度要求不高或精加工时用。丝不易卷曲，抗拉强度低，容易断丝,黄铜,0.1,0.30,适合于高速加工，加工面的蚀屑附着少。表面粗糙度和加工面的平直度也较好。,专用黄铜,0.05,0.35,适合于高速、高精度和理想的表面粗糙度加工以及自动穿丝，但价格高,钼,0.06,0.25,由于它的抗拉强度高，一般用于快速走丝，在进行微细、窄缝加工时，也可用于慢速走丝,钨,0.03,O.10,由于抗拉强度高，可用于各种窄缝的微细加工。但价格昂贵,第三节 数控线切割加工工艺,2,）线电极直径的选择。线电极直径,d,应根据工件加工的切缝宽窄、工件厚度及拐角尺寸大小等来选择。由图可知，线电极直径,d,与拐角半径,R,的关系为,d,2(,R,),。,线电极直径与拐角的关系,线电极直径,d,拐角极限,R,max,切割工件厚度,钨,0.05,0.04,0.07,0,10,钨,0.07,0.05,0.10,0,20,钨,0.10,0.07,0.12,0,30,黄铜,0.15,0.10,0.16,0,50,黄铜,0.20,0.12,0.20,0,100,以上,黄铜,0.25,0.15,0.22,0,100,以上,线径与拐角和工件厚度的极限,第三节 数控线切割加工工艺,mm,第三节 数控线切割加工工艺,（,2,）工件准备,1,）工件材料的加工前处理。模具加工前，毛坯需经锻造和热处理。加工前还要进行退磁处理及去除表面氧化皮和锈斑等。,2,）工件加工基准的选择。,以外形为校正和加工基准。外形是矩形状的工件，一般需要有两个相互垂直的基准面，并垂直于工件的上、下平面。,矩形工件的校正和加工基准,以外形为校正基准，内孔为加工基准。无论是矩形、圆形还是其他异形的工件，都应准备一个与工件的上、下平面保持垂直的校正基准，此时其中一个内孔可作为加工基准。,外形一侧边为校正基准，内孔为加工基准,第三节 数控线切割加工工艺,第三节 数控线切割加工工艺,（,3,）穿丝孔的确定,1,）穿丝孔的位置。,切割凸模类零件。通常在坯件内部外形附近预制穿丝孔 。,切割凹模、孔类零件。可将穿丝孔位置选在待切割型腔,(,孔,),内部。,2,）穿丝孔大小。一般穿丝孔常用直径为,3,10mm,。,（,4,）切割路线的确定,1,）切割路线起始点和顺序。,一般情况下，最好将工件与其夹持部分分割的线段安排在切割路线的末端。,切割起始点和切割路线的安排,二次切割孔类零件,1,第一次切割的理论图形,2,第一次切割的实际图形,3,第二次切割的图形,第三节 数控线切割加工工艺,a,）错误,b,）正确,c,）适用于,高精度工件,2,）接合突尖的去除方法。,利用拐角的方法。,切缝中插金属板的方法。,用多次切割的方法。,突尖,利用拐角去除突尖,1-,凸模,2-,外框,3-,短路用金属,4-,固定夹具,5-,黏结剂,第三节 数控线切割加工工艺,第三节 数控线切割加工工艺,（,5,）工作液的应用、配置及选用,1,）工作液的种类及选用。,插入金属板去除突尖,l,固定夹具,2,线电极,3,金属板,4,短路用金属,二次切割去除突尖的路线,常用工作液的工作优点、缺点：,种类,优点,缺点,水类工作液（如自来水、蒸馏水、去离子水）,对放电间隙冷却效果较好，特别是在工件较厚的情况下，冷却效果更好,切割速度低，易断丝，工件表面黑脏,皂性水（水中加入少量洗涤剂、皂片等）,切割速度成倍增长，洗涤性能变好，有利于排屑,煤油工作液,受冷热变化影响小，且润滑性能好，电极丝运动磨损小，不易断丝,切割速度低,乳化型工作液,切割速度高,冷却性能介于水和煤油之间,第三节 数控线切割加工工艺,第三节 数控线切割加工工艺,2,）配制方法与比例,配制方法。,一般按一定比例将自来水加人乳化油中，搅拌后使工作液充分乳化成均匀的乳白色。,配制比例。,根据不同的加工工艺指标，一般在,5%20%,范围内,(,乳化油,5%20%,，水,95%80%),。,3,）正确使用。当加工电流约为,2A,时，其切割速度约,40mm,2,/min,，如果每天工作,8h,，新配制的工作液在使用约,2,天后效果最好，继续使用,810,天后就易引起断丝，须更换新的工作液。,第三节 数控线切割加工工艺,3,工件的装夹和位置校正,（,1,）对工件装夹的基本要求,工件的固定,辅助工作台和夹具,a),辅助工作台,b),夹具,1,）工件的装夹基准面应清洁无毛刺。,2,）夹具精度要高 。,3,）装夹工件的位置要有利于工件的找正，并能满足加工行程的需要，工作台移动时，不得与丝架碰撞。,4,）装夹工件的作用力要均匀，不得使工件变形或翘起。,5,）批量零件加工时，最好采用专用夹具，以提高效率。,6,）细小、精密、壁薄的工件应固定在辅助工作台或不易变形的辅助夹具上。,第三节 数控线切割加工工艺,第三节 数控线切割加工工艺,（,2,）常用夹具简介,1,）压板夹具。主要用于固定平板式工件，如下图所示。,悬臂支撑方式,两端支撑方式,2,）分度夹具 。主要用于加工电机定子、转子等多型孔的旋转形工件，可保证较高的分度精度。,分度夹具结构示意图,第三节 数控线切割加工工艺,3,）磁性夹具。 对于一些微小或极薄的片状工件，采用磁力工作台或磁性表座吸牢工件进行加工。,磁性夹具工作原理,第三节 数控线切割加工工艺,a),磁铁松开工件状态,b),磁铁吸牢工件状态,第三节 数控线切割加工工艺,（,3,）常用的装夹方式,1,）悬臂支撑方式,2,）两端支撑方式,5,）复式支撑方式,第三节 数控线切割加工工艺,3,）桥式支撑方式,4,）板式支撑方式,第三节 数控线切割加工工艺,小余量工件的专用夹具,6,）专用特殊夹具装夹,第三节 数控线切割加工工艺,圆棒坯料切割专用夹具,第三节 数控线切割加工工艺,加工多个复杂工件的夹具,第三节 数控线切割加工工艺,（,4,）工件位置的校正方法,1,）拉表法,第三节 数控线切割加工工艺,2,）划线法,第三节 数控线切割加工工艺,3,）固定基面靠近法,（,5,）线电级位置校正,1,）目视法,观测基准面校正线电极位置,观测基准线校正线电极位置,第三节 数控线切割加工工艺,火花法校正线电极位置,2,）火花法,第三节 数控线切割加工工艺,3,）自动找中心,找中心,第三节 数控线切割加工工艺,四、加工实例,如图所示为异形孔喷丝板，图形外接参考圆的直径在,1mm,以下，缝宽为,0.080.1mm,，孔的一致性要求很高，加工精度在,0.005mm,以下，表面粗糙度,Ra,小于,0.4m,，喷丝板的材料是不锈钢,1Cr18Ni9Ti,。,第三节 数控线切割加工工艺,（,1,）加工穿丝孔,（,2,）保证一次加工成形,（,3,）选择线电极直径,（,4,）确定线电极线速度,（,5,）保持电极运动稳定,（,6,）线切割加工参数的选择,