1、,第11章 特种加工设备 11.1 概 述特种加工方法也称为现代加工方法，是指采用除机械能以外的电能、化学能、声能、光 能、磁能等进行加工的方法。这种加工方法在加工过程中，不使用普通刀具来切削工件材料，而是直接利用能量来进行加工。,特种加工的特点是： （1）切除材料的能量不单纯依靠机械能，主要依靠电能、化学能、声能、光能等； （2）有的使用工具，有的则不使用工具。在加工过程中，工具和工件之间不存在显著的机械切削力，工具材料的硬度可低于工件材料的硬度。 特种加工方法的分类见表11-1所示。,表11 -1 特种加工方法的分类,11.2 数控电火花线切割机床 11.2.1 概述 1. 电火花线切割加
2、工的基本原理(如图11-1所示),图11-1 电火花线切割原理 1绝缘底板 2工件 3脉冲电源 4钼丝 5导向轮 6支架 7贮丝筒,基本工作原理：电火花线切割(Wire Cut EDM，简称WEDM)的基本原理是利用连续移动的细金属丝(铜丝或钼丝)作为工具电极，并在金属丝与工件之间通以脉冲电流(工具(线)电极与电源的负极相接，工件与电源的正极相接)，利用它们之间的脉冲火花放电效应，使金属熔化或气化，并通过电极丝与工件的相对运动，对工件进行切割成型。电火花线切割也简称为线切割。,2. 数控线切割机床的分类根据电极丝的运行速度和运转方式，数控线切割机床可分为以下三类： 高速走丝线切割机床(WEDM
3、HS)这类机床的电极丝作高速往复运动，也称为往复走丝或快走丝线切割机，一般走丝速度为810m/s，为我国独创，也是我国生产和使用的主要机种；, 低速走丝线切割机床(WEDMLS)这类机床的电极丝作低速单向运动，故也称为单向走丝或慢走丝线切割机，一般走丝速度低于0.2m/s，这是国外生产和使用的主要机种。 自旋转式数控线切割机床这类机床的电极丝在作直线运动(20120mm/s)的同时绕自身轴线做高速旋转运动(10003000r/min)，为我国首创。,11.2.2 数控线切割机床的组成如图11 -2和图11 -3所示，数控线切割机床主要由机床本体、脉冲电源、工作液循环系统、数控系统和机床附件等组
4、成。,图11 -2 高速走丝线切割装置示意图 1脉冲电源;2喷嘴;3、8步进电动机;4电极丝;5导轮;6储丝筒; 7坐标数控装置;9工件;10绝缘板;11工作液箱;12泵,图11 -3 低速走丝线切割装置示意图 1脉冲电源;2工件;3工作液箱;4去离子水;5泵;6放丝筒; 7坐标工作台;8 X轴电动机;9数控装置;10Y轴电动机;11收丝筒,1. 机床本体 机床本体由床身、坐标工作台、走丝机构、丝架、工作液箱、附件和夹具等组成。 （1）床身 床身是坐标工作台、储丝机构及丝架的支承和固定基础，应具有足够的强度和刚度，一般采用箱式结构的铸件。床身内部可安置电源及工作液箱。,（2）坐标工作台 坐标工
5、作台用来安置工件，并根据控制要求，对电极丝做预定的相对运动。它包括拖 板、导轨、丝杆运动副及驱动装置等。 （3）走丝机构 走丝机构的作用是使电极丝保持一定的张力，以一定的速度平稳运行，并使电极丝整齐地缠绕在储丝筒上。, 低速走丝机构如图11-4所示，低速走丝是单方向一次用丝，电极丝从放丝筒出丝，经导向滑轮、张紧装置、导向装置，穿过工件等到达卷丝筒，在卷丝筒的转动下以一定的张力(225N)和较低的速度(通常在0.2m/s以下)平稳移动。,1放丝筒; 2、5、6、11、18导向滑轮; 3制动轮; 4、12断丝检测微动开关; 7卷丝筒; 8放丝筒; 9压紧轮; 10抬丝轮; 13、17引电板; 14
6、、16导向器; 15工件 图11 -4 低速走丝机构示意图,为了减小电极丝的振动，通常在工件的上、下装有可上下调节(适应厚度的变化)的蓝宝石V形导向器或圆孔金刚石模导向器，其附近装有引电板。工作液一般通过引电区和导向器再进入加工区，可使电极丝的通电部分全部冷却。有的机床上还装有自动穿丝机构，能使电极丝经过导向器穿过工件上的穿丝孔被送到另一个导向器，并在必要时能自动切断。 为了使工作可靠，走丝机构中通常装有断丝检测微动开关，断丝时能自动停车并报警。,快走丝机构 快走丝机构通过电动机传动储丝筒做高速正、反转，使电极丝保持一定的张力，以较高的速度(810m/s)平稳运行，并通过丝杠螺母传动推板随同储
7、丝筒的正、反转而做往复移动，使电极丝整齐、均匀地缠绕在储丝筒上。 走丝机构与床身、工作台必须保持良好的绝缘。,（4）丝架 丝架的作用是通过丝架上的两个导轮对电极丝进行支承和导向，并且能使电极丝的工作部分与工作台保持一定的角度，以便实现锥度切割。双坐标联动丝架是在丝架上增加了 u、v两个驱动电动机，通过程序控制来实现锥度切割。,2. 脉冲电源 脉冲电源的作用是把工频交流电流转换成一定频率的单向脉冲电流，以供给工件和电极丝放电间隙所需的电能来蚀除金属。脉冲电源的性能直接影响加工速度、表面质量、加工精度及电极丝的损耗等。,正极性加工受加工表面粗糙度和电极丝允许承载电流的限制，线切割加工电源的脉宽较窄
8、(260s)，单个脉冲能量、脉冲峰值电流较小，一般为1535A，所以线切割加工总是采用正极性加工(即工件接正极)。因采用窄脉宽时，电子质量小、惯性小、易加速，且冲向正极表面，所以电能、动能转化为热量而蚀除金属;,负极性加工若采用负极性加工，因采用的脉宽窄，且离子质量较大、惯性较大、起动加速较慢，有一大部分离子尚未到达工件(负极)表面，脉冲就结束了，所以蚀除金属速度低。因此，负极性加工只适于长脉冲粗加工。 常用的脉冲电源脉冲电源的品种很多，常用的有晶体管矩形波脉冲电源、高频分组脉冲电源、并联电容型脉冲电源和低损耗脉冲电源等。,3. 工作液 工作液在加工时起绝缘、洗涤、排屑、冷却作用，对切割速度、
9、表面粗糙度、加工精度等工艺指标影响很大。因此，对工作液的性能有以下要求： （1）具有一定的绝缘性火花放电必须在工作液中进行，要求放电间隙击穿时即能压缩放电通道，形成瞬时、局部高温，熔化、气化金属，又能在放电后迅速恢复放电间隙为绝缘状态。,绝缘性太低，将产生电解而不能形成火花放电;绝缘性太高，则放电间隙将减小，排屑困难，使切割速度降低。一般要求工作液的电阻率为103 10 4 cm。 （2）具有较好的洗涤性能与工件材料有较大的亲和附着力，渗透性强，去油污能力强，排屑效果好，使切割后的表面光亮清洁。,（3）冷却性能好。 （4）对环境无污染，对人体无危害。 （5）价格低，稳定性好，使用存储安全方便，
10、寿命长等。低走丝线切割机床的工作液大多采用去离子水，只有在特殊精加工时才采用绝缘性较高的煤油。高走丝线切割机床的工作液采用乳化液。,4.数控系统 数控系统的主要作用是在电火花线切割加工过程中，按加工程序要求自动控制电极丝与工件的相对运动轨迹和进给速度，实现自动加工。 数控系统的主要功能: （1）轨迹控制功能 通过插补运算，驱动步进电动机实现工作进给，精确控制电极丝与工件的相对运动轨 迹，切割出符合形状、尺寸要求的零件。,（2）加工控制功能 主要包括对伺服进给速度、电源装置、走丝机构、工作液循环系统以及其他操作的控制。 进给控制 根据加工间隙的平均电压或放电状态的变化，通过取样、变频电路，不定期
11、地向计算机发出中断申请，自动调整伺服进给速度，保持某一平均放电间隙，使加工稳定，并提高切割速度和加工精度。,短路退回 经常记忆电极丝的经过路线，发生短路时，改变加工条件并使电极丝沿原路快速后退，消除短路，防止断丝。,间隙补偿 由于加工程序是按电极丝中心的移动轨迹来进行编制的，因此，必须补偿电极丝的半径和放电间隙： 加工凸模时，电极丝中心轨迹应向原图形之外偏移，进行“间隙补偿”； 加工凹模时，电极丝中心轨迹应向原图形内偏移，进行“间隙补偿”。,图形的缩放、旋转和平移 利用图形的任意缩放功能可以加工出任意比例的相似图形； 利用任意角度的旋转功能可大大简化如齿轮、电动机定子和转子等旋转对称类零件的编
12、程； 利用平移功能则可大大简化复杂模具的编程。,适应控制 在工件厚度变化时，改变规准之后，能自动改变预置进给速度或电参数(包括加工电流、脉冲宽度和间隔)，不用人工调节就能自动进行高效率、高精度的加工。,自动找中心 可使工件孔中的电极丝自动进行中心找正，并停止在中心处。 信息显示 可动态显示程序号、计数长度等轨迹参数，采用CRT还可显示电规准参数和切割轨迹图形等。 自诊断功能等。,11.3.1电火花成型加工原理如图11 -5所示。 在工具电极4和工件1之间接一脉冲电源2，利用自动进给调节装置3使工具电极与工件始终保持一很小的放电间隙，在脉冲电流的作用下，产生火花放电。,11.3数控电火花成型机床,图11 - 5电火花成型加工原理 1工件;2脉冲电源;3自动进给调节装置; 4工具电极;5工作液;6过滤器;7工作液泵,在工件和电极表面上的凸峰处电流密度大，产生局部高温，因此凸峰将首先被熔化、气化，形成微小的凹坑，这又会形成新的凸峰，下次脉冲放电时，又会在新的凸峰处蚀除金属。熔化的金属以粉末状散布于工作液中被带走并过滤掉。这样不断的脉冲放电，就可将工具电极的形状复制在工件上，实现成型加工。,
