数控电加工工艺课件.ppt

1、第三节第三节第二节第二节第一节第一节概述概述数控电火花成形加工工艺数控电火花成形加工工艺数控线切割加工工艺数控线切割加工工艺1一、数控电加工的概念一、数控电加工的概念 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。第一节第一节 概述概述1电加工的定义电加工的定义 2（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。2电加工的特点电加工的特点（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

2、，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。3二、数控电加工工艺方法的分类及应用二、数控电加工工艺方法的分类及应用 按工具电极和工件相对运动的方式与用途不同,电加工工艺方法大致可分为电火花穿孔成形加工、电火花线切割、电火花磨削和镗磨、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花表面强化与刻字六大类。电火花加工工艺方法分类、特点及用途见表61。各种电火花加工机床的照片4第三节第三节第二节第二节第一节第一节概述概述数控电火花成形加工工艺数控电火花成形加工工艺数控线切割加工工艺数控线切割加工工艺5一、数控电火花成形加工一、数控电火花成形加工 1数控电火花成形加工原理数

3、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 电火花成形加工电火花成形加工第二节第二节 数控电火花成形加工工艺数控电火花成形加工工艺1主轴头 2工具电极 3工作液槽 4工件电极 5床身工作台6工作液装置 7脉冲电源6(1)电离、电离、放电放电(2)高温熔化高温熔化a)电离、放电b)高温熔化7(3)汽化、汽化、金属抛出金属抛出(4)消电离消电离e)消电离 c)汽化 d)金属抛出8 2电火花成形加工的条件电火花成形加工的条件 （1）脉冲放电必须具有足够

4、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0.21 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。93电火花成形加工装置电火花成形加工装置机床主体脉冲电源脉冲电源控制系统控制系统机床主体机床主体工作液装置工作液装置电火花成形电火花成形加工装置加工装置1234104.数控电火花成形加工的特点数控电火花成形加工的特点(1)优点优点1)适用于难切削材料的成形加工2)可加工特殊的、形状复杂的零件电火花成形加工典型工件a)化纤喷丝板型孔b)弯曲轴线孔 c)薄壁环

5、结构113)适用于镜面加工。4)加工的放电脉冲参数可以任意调节。5)有助于改进和简化产品的结构设计与制造工艺。121)它仅适用于加工金属等导电材料，不像切削加工那样可以轻松地加工塑料、陶瓷等绝缘材料。2)在一般情况下，电火花成形加工的加工速度要低于切削加工。3)由于电火花成形加工是靠电极间的火花放电去除金属的，直接影响了电火花成形加工的成形精度。4)最小圆角半径有限制,难以完成清角加工。(2)缺点缺点13二、极性效应与覆盖效应二、极性效应与覆盖效应 1极性效应极性效应 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

6、。“正极性”接线法“负极性”接线法142覆盖效应覆盖效应 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。15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。16三、三、电火花成形加工工艺基本规律电火花成形加工工艺基本规律1.非电参数对加工速度的影响非电参数对加工速度的影响 电火花成形加工的加工速度是指在一定电规准下，单位时间t 内工件被蚀除的体积V或

7、质量m。非电参数对电极损耗有影响的主要因素包括加工面积、排屑方式、电极材料和加工极性、工件材料和工作液等，它们对加工速度的影响见表62。172.电参数对加工速度的影响电参数对加工速度的影响(1)脉冲宽度对加工速度的影响脉冲宽度对加工速度的影响脉冲宽度与加工速度的关系18(2)(2)脉冲间隔对加工速度的影响脉冲间隔对加工速度的影响脉冲间隔与加工速度的关系(3)(3)峰值电流对加工速度的影响峰值电流对加工速度的影响193.非电参数、非电参数、电参数对电极损耗的影响电参数对电极损耗的影响电极损耗是电火花成形加工中的重要工艺指标。非电参数对电极损耗有影响的主要因素有加工面积、冲油或抽油方式、电极的形状

8、和尺寸、工具电极材料等，电参数中对电极损耗有影响的主要因素包括脉冲宽度、峰值电流、加工面积、加工极性、电极材料、工件材料、工作液、排屑条件和二次放电等,具体见表63。电极损耗长度204.影响表面粗糙度的主要因素影响表面粗糙度的主要因素 电火花成形加工表面粗糙度是由若干电蚀小凹坑组成的，能存润滑油，其耐磨要好。表面粗糙度值大小简单地看成与电蚀凹坑的深度成正比，则电火花成形加工表面粗糙度值随单个脉冲能量的增加而增大。当峰值电流一定时，脉冲宽度越大，单个脉冲的能量就大，放电腐蚀的凹坑也越大、越深，所以表面粗糙度值就越大。在脉冲宽度一定的条件下，随着峰值电流的增加，单个脉冲能量也增加，表面粗糙度值就变

9、大。工具电极表面粗糙度值的大小也影响工件的表面粗糙度值。215.影响加工精度的主要因素影响加工精度的主要因素电加工精度包括尺寸精度和仿形精度(或形状精度)(1)(1)放电间隙放电间隙 间隙大小对形状精度也有影响，间隙越大,则复制精度越低，特别是对形状复杂的加工表面影响更大。还必须尽可能使加工过程稳定。放电间隙在精加工时一般为0.010.1mm,粗加工时可达0.5mm以上(单边)。22(2)加工斜度加工斜度(3)工具电极的损耗工具电极的损耗电火花加工时产生斜度的情况1电极无损耗时工具轮廓线2电极有损耗而不考虑二次放电时的工件轮廓线3工具电极 4实际工件轮廓线 5工件工具电极的损耗锥度1工具电极

10、2工件23四、电火花成型加工工艺的制订定四、电火花成型加工工艺的制订定电火花成形加工的加工过程241电极准备电极准备（1）电极材料）电极材料 25（2）影响电极损耗的主要因素）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）电极结构 1）整体式电极 2）组合电极 3）镶拼式电极 26 （4）技术要求）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0.01m

11、m；表面粗糙度Ra小于 1.25m。（5）电极的尺寸）电极的尺寸 1）长度尺寸 27电极的截面尺寸原则上与工件截面尺寸仅相差一个火花间隙。冲裁模中的凹模尺寸完全取决于冲件尺寸，加工凹模的电极尺寸即可按前述原则在冲件尺寸的基础上缩小一个(单面)火花间隙值。如果采用单电极加工，其截面尺寸还应将电极损耗量加到火花间隙值中，一并进行考虑。精确的电极尺寸对加工精密工件来说是必不可少的，而且由于环境、系统、操作者的影响，工件的精度总比生产中所用的电极精度差。因此,正常情况下电极公差是工件公差的一半。2）截面尺寸282电极装夹电极装夹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

12、4电极固定板 5球头螺钉 整体式电极装夹。29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301电极板 2连接板 3螺栓 4黏合剂 连接板夹具自己用到的电极采用的是哪种装夹方式?31 3工件的准备工件的准备（1）工件材料和尺寸形状 应注意以下几点：1)工件应均匀,形状误差应合适。2)工件应进行退火。3)硬质合金中碳化钛和碳化钽的含量应较低。4)耐热钢应进行盐浴硬化。5)大工件的加工应采用合适的制冷措施。6)加工窄缝和深槽时应采用合适的冲液措施。32（4）冲液孔1)如果工件是没有经过热处理的钢件，应钻孔。2)如果工件是热处理后的钢件，应使用管状电极进行电火花成形加工或用

13、金刚石钻头钻孔。3)如果工件是硬质合金件，应使用管状电极进行电火花成形加工或预先烧结。（5）回火处理（6）除锈、去磁 （2）工件的预加工（3）基准面334工件的装夹工件的装夹 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。345校正与定位校正与定位（1）校正）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352）利用百分表校正。1电极 2工件 3百分表36 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。（2）定位）定位 2）量块角尺法1工件 2电极 3量

14、块 4角尺373）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。l接触感知代码自动定位。l编制数控程序自动定位。利用实训时间，练习一下各种定位与校正方式。38 6.电火花成形加工方法的选择电火花成形加工方法的选择(1)(1)单工具电极直接成形法单工具电极直接成形法 单工具电极直接成形法a)粗加工 b)精加工型腔(左侧)c)精加工型腔(右侧)单工具电极直接成形法是指采用同一个工具电极完成模具型腔的粗、中及精加工。39(2)(2)多电极更换法多电极更换法多电极更换法a)粗加工 b)更换大电极精加工 多

15、电极更换法是指根据一个型腔在粗加工、半精加工及精加工中放电间隙各不相同的特点，采用几个不同尺寸的工具电极完成一个型腔的粗、中及精加工40 分解电极加工法是根据型腔的几何形状，把电极分解成主型腔电极和副型腔电极并分别制造。先用主型腔电极加工出主型腔，后用副型腔电极加工尖角、窄缝等部位的副型腔。(3)(3)分解电极加工法分解电极加工法411冷冲模电火花加工冷冲模电火花加工-简单方孔冲模的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1.252.5m，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 五、典型零件

16、的加工工艺五、典型零件的加工工艺42 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 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。43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12252506019309.815精加工7220060O.81.22519.620加工参考标准 改变零件尺寸重新进行加工。442电机转子冲孔落料模的电火花加工电机转子冲孔落料模的电火花加工 工件材料：淬火40

17、Cr，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45 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）磨削。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（1）工具电极在电火花加工之前的工艺路线）工具电极在电火花加工之前的工艺路线46（2）工艺方法）工艺方法（3）使用设备）使用设备（4）装夹、校正、固定）装夹、校正、固定 1）工具电极 2）工件（5）加工参考标准）加工参考标准 1）粗加工 2）精加工（6）加工效果）加工效果473电火花穿孔加工实例电火花穿孔

18、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0.08mm0.10mm，热处理淬火硬度为6264HRC。48 (1)(1)电火花成形加工前的工艺路线电火花成形加工前的工艺路线 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 2）工具电极准备）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。49

19、 （3）电火花加工工艺方法）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”。（4）工件的装夹、校正及安装固定）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。50 （5）加工工艺参数）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

20、；加工深度30mm。（6）加工效果）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Ra2.25m。改变零件尺寸重新进行加工。51第三节第三节第二节第二节第一节第一节概述概述数控电火花成形加工工艺数控电火花成形加工工艺数控线切割加工工艺数控线切割加工工艺52第三节第三节 数控线切割加工工艺数控线切割加工工艺 一、电火花线切割加工原理一、电火花线切割加工原理电火花线切割 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.电火花线切割加工原理电火花线切割加工原理531工作液箱 2储丝筒 3

21、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）机床实物图 b）加工原理图542.电火花线切割加工的主要影响因素电火花线切割加工的主要影响因素 必须保证前、后两个电脉冲之间有足够的间隔时间，恢复放电通道的绝缘性,避免在同一部位发生连续放电而导致电弧的产生。要保证电极丝在火花放电时不会被烧断，除了变换放电部位外，就是要向放电间隙中注入充足的工作液,使电极丝得到充分冷却。为了获得较高的表面质量和尺寸精度，应当选择适宜的脉冲参数，以确保电极丝和工件的放电是火花放电，而不发生电弧放电。在进行线切割加工时工件一律接脉冲电源的正极(阳极)。55二、数控电火花线切割机床的分类及用途二

22、、数控电火花线切割机床的分类及用途1分类分类56 2应用范围应用范围57三、数控线切割加工工艺的制订三、数控线切割加工工艺的制订数控线切割加工的流程图58 1零件图的工艺分析零件图的工艺分析（1）凹角和尖角的尺寸分析）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a）加工凸模类零件 b）加工凹模类零件59 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 对尖角 式中 R1凹角圆弧半径，mm；R2尖角圆弧半径，mm；凹、凸模的配合间隙，mm。60 （2）表面粗糙度及加工精度分析）表面

23、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。61（1）线电极准备）线电极准备 1）线电极材料的选择 材料线径/mm特 点纯铜0.10.25 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0.10.30 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0.050.35 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

24、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0.03O.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 2工艺准备工艺准备常用线电极的特点62 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d2(R)。线电极直径与拐角的关系63线电极直径d拐角极限Rmax切割工件厚度钨0.050.040.07010钨0.070.050.10020钨0.100.070.12030黄铜0.150.100.16050黄铜0.200.120.200100以上黄铜0.250.1

25、50.220100以上线径与拐角和工件厚度的极限 mm64（2）工件准备）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65 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 66（3）穿丝孔的确定）穿丝孔的确定 1）穿丝孔的位置。切割凸

26、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310mm。67（4）切割路线的确定）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a）错误 b）正确 c）适用于 高精度工件682）接合突尖的去除方法。利用拐角的方法。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69切缝中插金属板的方法。用多次切割的方法

27、。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 70（5）工作液的应用、配置及选用）工作液的应用、配置及选用 1）工作液的种类及选用。采用慢速走丝方式时，多采用油类工作液。采用快速走丝方式、矩形波脉冲电源的优点和缺点。71 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40mm2/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

28、天后就易引起断丝，须更换新的工作液。723工件的装夹和位置校正工件的装夹和位置校正（1）对工件装夹的基本要求）对工件装夹的基本要求1)工件的装夹基准面应清洁、无毛刺，对于经过热处理的工件，在穿丝孔或凹模类工件扩孔的台阶处，要清理热处理液中的残渣及氧化膜表面。工件的固定2)夹具精度要高。工件至少用两个侧面固定夹具或工作台上。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，不得与丝架相碰。734)装夹工件的作用力要均匀，不得使工件变形或翘起。5)加工批量零件时最好采用专用夹具，以提高效率。辅助工作台和夹具a)辅助工作台 b)夹具6)细小、精密、壁薄的工件应固定在辅助工作

29、台或不易变形的辅助夹具上。74（2）常用夹具简介）常用夹具简介 1）压板夹具主要用于固定平板式工件，如右图所示。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 753)磁性夹具 对于一些微小或极薄的片状工件，可采用磁力工作台或磁性表座吸牢工件进行加工。磁性夹具的工作原理1磁靴 2永久磁铁 3铜焊层76(3)常用的装夹方式常用的装夹方式1)悬臂支撑方式2)两端支撑方式悬臂支撑方式两端支撑方式773)桥式支撑方式4)板式支撑方式桥式支撑方式板式支撑方式785）复式支撑方式79小余量工件的专用夹具 6）专用特殊夹具装夹 80圆棒坯料切割专用夹具

30、 81加工多个复杂工件的夹具 身边常用的线切割机床所加工的工件是什么?采用哪种夹紧方式?82（4）工件位置的校正方法）工件位置的校正方法2）划线法 1）拉表法拉表法校正划线法校正833）固定基面靠近法84（5）线电级位置校正）线电级位置校正观测基准面校正线电极位置 观测基准线校正线电极位置 1）目视法85火花法校正线电极位置 2）火花法3）自动找中心找中心利用实训时间，练习一下各种校正方法?它们各有什么特点?86四、加工实例四、加工实例 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。异形孔喷丝板87 （1）加工穿丝孔）加工穿丝孔 （2）保证一次加工成形）保证一次加工成形 （3）选择线电极直径）选择线电极直径 （4）确定线电极线速度）确定线电极线速度 （5）保持电极运动稳定）保持电极运动稳定 （6）线切割加工参数的选择）线切割加工参数的选择宝石限位器1保持器架 2V形宝石保持器88放映放映结束！结束！无悔无愧于昨天，丰硕殷实无悔无愧于昨天，丰硕殷实的今天，充满希望的明天。的今天，充满希望的明天。89