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1、第五章数控特种 加工设备及其程序编制,第一节数控电火花线切割机床 第二节数控电火花成型加工机床 第三节数控激光加工机,第一节数控电火花线切割机床,一、数控线切割机床的组成 数控线切割机床主要由机床本体、脉冲电源、数控系统、工作液循环系统和机床附件等几部分组成。 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几部分组成，图5-1所示为DK7740的机床本体。,下一页,返回,第一节数控电火花线切割机床,(1)床身床身作为坐标工作台、储丝机构及丝架的装配基础，必须具有与使用要求相适应的精度和足够的刚度。为方便操作，一般趋向于低床身结构，置工作液循环过滤、脉冲电源于床身
2、外，以减少热变形和振动。 (2)坐标工作台坐标工作台的功能是装载被加工工件，且按控制的要求对电极丝作预定轨迹的相对运动。它由拖板、导轨、丝杆运动副及带有变速机构的驭动齿轮4部分组成。,上一页,下一页,返回,第一节数控电火花线切割机床,拖板分别担负X, Y向的移动功能。拖板是沿着导轨移动的，因此要求高拖敏度。丝杆传动副的齿形多采用梯形螺纹或圆弧螺纹，并通过滚珠丝杆副传动，使拖板的往复运动轻巧灵活。电机与丝杆之间一般是通过齿轮系进行传动的，数控线切割机的驭动元件采用步进电机。,上一页,下一页,返回,第一节数控电火花线切割机床,(3)走丝机构走丝机构的作用是让电极丝以一定的张力和平稳的速度进行走丝，
3、从而得到稳定的放电加工，并使电极丝整齐地绕在卷丝筒上。 图5 -2为单丝筒快走丝机构传动示意图，它由电机传动储丝筒作高速正反向转动，通过齿轮副、丝杠螺母带动推板往复移动，电极丝均匀地卷绕在储丝筒上。为了降低工作的粗糙度，走丝机构中有恒张力装置，以保证切割时电极丝的张力趋于稳定。储丝筒在加工中必须用。走丝机构与床身、工作台必须绝缘良好。为了保证加工精度和加工稳定性，对储丝筒的轴向窜动和径向跳动都有较高的精度要求。 (4)丝架丝架的作用是通过丝架上的两个导轮对工具电极丝移动时的路径实行支承和导向，且使电极丝工作部分与工作台保持一定的几何角度:切割直壁时，电极丝与工作台,上一页,下一页,返回,第一节
4、数控电火花线切割机床,面垂直;切割带锥度的斜壁时，电极丝与工作台面保持一定角度的倾斜。 往复走丝线切割机床的丝架一般分为固定丝架、可调丝架和锥度丝架三类，其丝架结构一般为悬臂式。 2.脉冲电源 脉冲电源是影响线切割加工工艺指标的关键。在一定条件下，加工工艺的好坏主要取决于脉冲电源的性能。 3.工作液循环系统 在线切割加工中，工作液对切割速度、表面粗糙度、加工精度等工艺指标影响很大。慢走丝线切割机床大多采用离子水作为工作液。高速走丝线切割机床使用的工作液是专用的乳化液。,上一页,下一页,返回,第一节数控电火花线切割机床,4.锥度切割装置 线切割系统一般都具有锥度切割功能，锥度切割如图5 -3所示
5、。钥丝相对于工件的左右运动(即工作台纵向运动)为X轴坐标运动，钥丝相对于工件的前后运动(即工作台横向运动)为Y轴坐标运动。坐标轴正方向的规定如图所示。进行锥度切割时，下丝架不动，而上丝架上的十字拖扳将做左右、前后移动，其中平行于X轴的左右移动为1l轴坐标运动，平行于Y轴的前后移动为V轴坐标运动。Il, V轴运动将使电极丝倾斜，而X, Y, W, V四轴联动就可以切割出各种锥度要求的工件。,上一页,下一页,返回,第一节数控电火花线切割机床,二、数控电火花线切割机床的型号及参数 数控电火花线切割机床的主要技术参数包括:工作台行程(纵向行程X横向行程)、最大切割厚度、加工表面粗糙度、加工精度、切割速
6、度以及数控系统的控制功能等。表5-1为DK77系列数控电火花线切割机床的主要型号及技术参数。,上一页,下一页,返回,第一节数控电火花线切割机床,三、数控线切割的控制系统 控制系统的主要作用是在电火花线切割加工过程中，按加工要求自动控制电极LPL相对工件按一定轨迹运动时，实现进给速度的自动控制，维持正常的稳定切割加工。 1.控制过程及方式 图5 -4所示为其控制过程枢图。首先根据零件的图样和控制器规定的要求，把被加工零件的几何形状、尺寸和机床的某些动作编制成数控加工程序，且按规定的编码把程序内容转换成控制器能够识别的输入介质输入计算机，计算机根据输入程序发出控制步进电机的进给信号和各种指令，自动
7、控制机床纵横拖板作准确的移动，达到线切割的加工目的。,上一页,下一页,返回,第一节数控电火花线切割机床,2.轨迹控制原理 常见的工程图形都可分解为直线和圆弧及其组合。数控技术控制直线和圆弧轨迹的方法有逐点比较法、数字积分法、矢量判别法和最小偏差法等。高速走丝数控线切割大多采用简单易行的逐点比较法。逐点比较法的特点就是每走一步，都要将加工点的瞬间坐标位置与规定图形轨迹作一比较，进行偏差判别。若是加工点走到了图形上面(或外面)，那么下一步就要朝图形下面(或里面)走;如果加工点在图形下面(或里面)，下一步就要朝图形上面(或外面)走，以缩小偏差。这样一步一步地走下去，就可以得到一个很接近规定图形的折线
8、轨迹，而且最大偏差不超过一个脉冲当量。利用逐点比较法切割斜线和圆弧示意图如图5-5所示。,上一页,下一页,返回,第一节数控电火花线切割机床,3.加工控制功能 线切割加工控制和自动化操作方面的功能很多，主要有下列7种。 (1)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，不定期地向计算机发出中断申请，自动调节伺服进给速度，保持某一平均放电间隙，使加工稳定，提高切割速度和加工精度。,上一页,下一页,返回,第一节数控电火花线切割机床,(2)短路回退经常记忆电极丝经过的路线短路。发生短路时，改变加工条件并沿原来的轨迹快速后退，消除短路，防止断丝。 (3)间隙补偿线切割加工数控系统
9、所控制的是电极丝中心移动的轨迹。因此，加工有配合间隙冲模的凸模时，电极丝中心轨迹应向原图形之外偏移，进行“间隙补偿”，以补偿放电间隙和电极丝的半径;加工凹模时，电极丝中心轨迹应向原图形之内偏移，进行“间隙补偿”。,上一页,下一页,返回,第一节数控电火花线切割机床,(4)图形的缩放、旋转和平移利用图形的任意缩放功能，可以加工任意比例的相似图形;利用任意角度的旋转功能，可使齿轮、电机定转子等类零件的编程大大简化;而平移功能则极大地简化厂跳步模具的编程。 (5)适应控制在工件厚度变化的场合，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、间隔)，不用人工调节就能自动进行高效率、
10、高精度的加工。 (6)自动找中心使孔中的电极丝自动找正后，停止在孔中心处。 (7)信息显示动态显示程序号、计数长度等轨迹参数，较完善地采用CRT屏幕显示，还可显示电规准参数和切割轨迹图形等。,上一页,下一页,返回,第一节数控电火花线切割机床,四、数控线切割编程中的工艺处理 在电火花线切割加工中，必须合理地确定工艺路线和切割程序，包括工艺准备、工件的装夹和切割加工。工艺准备必须与编制数控程序并行进行。 1.合理确定切割起点及路线走向 (1)引入程序及起始切割点的确定在线切割加工中，通常需要一段引入点切割至程序起点的引入程序。对凹模类封闭形工件的加工，引入点必须选在材料实体之内。这就需要在切割前预
11、制穿丝孔，以便穿丝。,上一页,下一页,返回,第一节数控电火花线切割机床,对凸模类工件加工，引入点选在材料实体之外，这时就不必预制穿丝孔。但有时要把引入点选在实体之内而预制穿丝孔，这是因为坯件材料在切割时，会在很大程度上破坏材料内部应力的平衡状态，造成材料的变形，影响加工精度，甚至会夹丝，使加工无法进行。采用加工穿丝孔的方法，可使工件毛坯保持相对完整，减小变形所造成的精度误差，如图5 -7所示。,上一页,下一页,返回,第一节数控电火花线切割机床,为了控制加工过程的材料变形，应合理选择引入点和引入程序。例如，对于窄沟加工引入点的选择如图5 -8所示，图5 -8 ( a)容易引起切缝变形相接刀痕迹，
12、容易夹丝;图5 -8(b)的选择比较合理。 此外，引入点应尽量靠近程序的起点，以缩短切割时间。当穿丝孔作为加工基准时，其位置必须考虑运算和编程的方便。在锥度切割加工中，引入程序直接影响着钥丝的倾斜方向，引入点的位置不能定错。,上一页,下一页,返回,第一节数控电火花线切割机床,(2)切割路线的确定主要根据对工件产生变形的分析和预测，确定切割路线。在整块坯料上切割工件时，坯料的边角处变形大，因此，应尽量避开坯料的边角，选择距离各边角尺寸均匀处，应将工件与其夹持部分分离的切割段安排在总的切割程序末端，如图5 -9所示。 2.电火花线切割加工的工艺准备 由于电火花线切割加工工艺与通用机械加工工艺有很大
13、差别，因此数控电火花线切割编,上一页,下一页,返回,第一节数控电火花线切割机床,程有着自己的特点。编程前应细致分析零件的加工要求和特点，充分考虑零件的线切割加工工艺，做好编程前的工艺处理。 (1)电极丝的准备按照加工工件的厚度、几何形状复杂程度及机床走丝系统的要求，确定电极丝的直径大小。电极丝装绕前应当注意检查导轮与保持器，装绕时注意电极丝是否张紧和装绕路径必须正确。,上一页,下一页,返回,第一节数控电火花线切割机床,(2)工件的准备由于线切割加工多为模具或零件加工的最后一道非钳工工序，因此工件多具有规则、精确的外形。若外形有与工作台X, Y平行并垂直于工作台面的两个面，则它们可以作为校正基准
14、。若外形为非垂直面时，在允许的条件下可把加工工艺基准或以已知的型孔作为校正基准。 (3)工件的夹持余量在电火花线切割凸型工件时，工件材料必须有足够的夹持余量，以保证在装夹后让出凸型的成型部分。 (4)工件装夹与穿丝在夹紧零件毛坯前，必须校正电极丝与零件表面的垂直度。在装夹零件时，必须调整零件的基准面与机床拖板X, Y方向相平行，零件的装夹位置应保证其切割范围在机床纵、横拖板的许可行程内，应使零件与夹具在切割中不会碰到丝架的任何部位。零件位置调整好后按正确的方向引入电极丝，电极丝通过零件的穿丝孔时，应处于穿丝孔的中心，不可与孔壁接触，以免短路。,上一页,下一页,返回,第一节数控电火花线切割机床,
15、五、线切割数控编程 线切割程序格式有3B, 4B, SB, ISO和EIA等，使用最多的是3B格式和ISO代码。 1. 3B程序格式编程 (1) 3B格式3B程序格式如表5 -2所示。表中的B叫分隔符号，它在程序单上起着把X, Y和J数值分隔开的作用。当程序输入控制器时，读入第一个B后，它使控制器做好接收X坐标值的准备，读入第二个B后做好接收Y坐标值的准备，读入第三个B后做好接收J值的准备。加工圆弧时，程序中的X, Y必须是圆弧起点对其圆心的坐标值。加工斜线时，程序中的X, Y必须是该斜线段终点对其起点的坐标值，斜线段程序中的X, Y值允许把它们同时缩小相同的倍数，只要其比值保持不变即可。,上
16、一页,下一页,返回,第一节数控电火花线切割机床,“B为分割符，它将X, Y, J, G等数值分离开来，以免执行指令时混淆。 “ X, Y为坐标值，均以m为单位，尾数采用四舍五入，当X, Y值为零时可以不写，但分割符必须保留。加工圆弧时，坐标原点取在圆心，X, Y为圆弧起点的坐标值;加工针线时，坐标原点取在针线起点，X, Y为针线终点坐标值，由于此处X, Y值仅用来表示针线的角度，因此X, Y的值可按相同的比例缩小或放大，只要保持其比值不变即可;加工平行于坐标轴的直线时，应取X=Y=O,上一页,下一页,返回,第一节数控电火花线切割机床,“ G为计数方向，选取X拖板方向进给总长度来进行计数的称为计X，用、表示。选取Y,拖板方向进给总长度来进行计数的称为计Y，用、表示。为了保证加工精度，必须正确选取计数方向，它的选取可按加工针线或圆弧终点坐标(Xe , Ye)的绝对值大小来选取如图5-10所示。 对于斜线:当|Xe|Ye|时，取Gx;反之取Gy 对于圆弧:当|Xe|Ye|时，取Gy;反之取Gx 无论针线还是圆弧，当|Xe|=|Ye|时，即终点在45线上时，计数方向任取。,上一
