《现代制造中的机电系统应用 教学课件 ppt 作者 王孙安 Ch08 第8章 》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代制造中的机电系统应用 教学课件 ppt 作者 王孙安 Ch08 第8章 （35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、现代制造中的 机电系统应用,第8章 特种加工,2,8.1 特种加工的产生及发展,1943年，前苏联拉扎林柯夫妇研究开关触点遭受火花放电腐蚀损坏的现象和原因，发现电火花的瞬时高温可使局部的金属熔化、气化而被蚀除掉，开创和发明了电火花加工方法。 特种加工具有切削加工所不具有的本质和特点。 与切削加工的不同点是： (1) 不是主要依靠机械能，而是主要用其它能量（如电、化学、光、声、热等）去除金属材料。 (2) 工具硬度可以低于被加工材料的硬度。 (3) 加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力。,3,8.2 特种加工的分类,特种加工的分类还没有明确的规定，一般按能量来源和作用形式以及加工原理可
2、分为表8-1所示的形式。,表8-1 常用特种加工方法分类表,4,特种加工的分类,在特种加工范围内还有一些属于减小表面粗糙度值或改善表面性能的工艺，前者如电解抛光、化学抛光、离子束抛光等，后者如电火花表面强化、镀覆、刻字，激光表面处理、改性，电子束曝光，离子束注入掺杂等。 特种加工工艺引起了机械制造工艺技术领域内的许多变革： (1) 提高了材料的可加工性 (2) 改变了零件的典型工艺路线 (3) 试制新产品时，大大缩短了试制周期 (4) 特种加工对产品零件的结构设计带来很大的影响 (5)工艺安排灵活性更大,5,8.3 电火花线切割加工,电火花线切割加工（Wire Cut EDM，简称WEDM）是
3、在电火花加工基础上于上个世纪50年代末最早在前苏联发展起来的一种新的工艺形式。 电火花线切割加工是用线状电极（钼丝或铜丝）靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割，有时简称线切割 。 目前国内外的线切割机床已占电加工机床的60%以上。,6,8.3.1 电火花线切割加工原理、特点及应用范围,电火花线切割的基本原理是利用移动的细金属导线（铜丝或钼丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电、切割成形。根据电极丝的运行速度，电火花线切割机床通常分为高速走丝电火花线切割机床和低速走丝电火花线切割机床。,1贮丝筒 2支架 3导向轮4钼丝 5脉冲电源 6工件 7绝缘底板 图8-1 电火花线切割原理,7,线切割加
4、工的应用范围,加工模具 适用于各种形状的冲模。 加工电火花成形加工用的电极 用线切割加工电火花成形电极特别经济，同时也适用于加工微细复杂形状的电极。 加工零件 在试制新产品时，可大大缩短制造周期、降低成本 修改设计、变更加工程序比较方便 可用于加工品种多，数量少的零件，特殊难加工材料的零件、刀具等 还可进行微细加工，异形槽和标准缺陷的加工等,8,8.3.2 电火花线切割控制系统和编程技术 线切割控制系统,控制系统是进行电火花线切割加工的重要环节。控制系统的稳定性、可靠性、控制精度及自动化程度都直接影响到加工工艺指标和工人的劳动强度。 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
5、控制电极丝相对工件的运动轨迹和进给速度，来实现对工件的形状和尺寸加工。 电火花线切割机床控制系统的具体功能包括： (1) 轨迹控制 (2) 加工控制,9,数字程序控制电火花线切割的控制原理,把图样上工件的形状和尺寸编制成程序指令输给电子计算机，计算机根据输入指令控制驱动电动机，由驱动电机带动精密丝杠，使工件相对于电极丝作轨迹运动。,图8-2数字程序控制过程框图,10,轨迹控制原理,常见的工程图形都可分解为直线和圆弧或及其组合。用数字控制技术来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等。 采用逐点比较法时，X或Y每进给一步，每次插补过程都要进行以下四个节拍：
6、第一拍：偏差判别。 第二拍：进给。 第三拍：偏差计算。 第四拍：终点判断。,11,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，并有不断增强的趋势，这对节省准备工作量、提高加工质量很有好处，主要有下列几种。 1) 进给控制 2) 短路回退 3) 间隙补偿 4) 图形的缩放、旋转和平移 5) 适应控制 6) 自动找中心 7) 信息显示,12,线切割数控编程,线切割机床的控制系统是按照人的命令去控制机床加工的。因此必须事先把要切割的图形，用机器所能接受的“语言”编排好命令，并告诉控制系统。这项工作叫做数控线切割编程，简称编程。 数控线切割编程，是根据图样提供的数据，经过分析和计算，编写出
7、线切割机床能接受的程序单。数控编程可分为人工编程和自动编程两类。 人工编程采用各种数学方法，使用一般的计算工具（包括电子计算器），人工地对编程所需的数据进行处理和运算。,13,自动编程原理,自动编程使用专用的数控语言及各种输入手段，向计算机输入必要的形状和尺寸数据，编写出数控加工程序。 数控自动编程语言的处理程序主要分为两部分： (1) 主处理程序 (2)后置处理程序,图8-3自动编程过程,14,自动编程,数控编程语言 自动编程中的应用软件（编译程序）是针对数控编程语言开发的，所以研制合适的语言系统是重要的先决条件。 自动编程机的主要功能 1) 处理直线、圆弧、非圆曲线和列表曲线所组成的图形
8、2) 能以相对坐标和绝对坐标编程 3) 能进行图形旋转、平移、对称（镜像）、比例缩放、加线径补偿量、偏移、加过渡圆和倒角等 4) 操作方便 5) 输出方式多,15,影响线切割工艺指标的因素,线切割加工的主要工艺指标 1) 切割速度 2) 表面粗糙度 3) 电极丝损耗量 4) 加工精度 电参数的影响 1) 脉冲宽度ti 2) 脉冲间隔t0 3) 开路电压 4) 放电峰值电流 5) 放电波形,16,非电参数的影响,1)电极丝及其移动速度对工艺指标的影响 2) 工件厚度及材料对工艺指标的影响 3) 预置进给速度对工艺指标的影响 此外，机械部分精度（例如导轨、轴承、导轮等磨损、传动误差）和工作液（种类
9、、浓度及其脏污程度）都会对加工效果产生相当的影响。当导轮、轴承偏摆，工作液上下冲水不均匀，会使加工表面产生上下凹凸相间的条纹，恶化工艺指标。,17,BKDC电火花线切割机床控制机,BKDC控制机的外形图。,图8-4 BKDC控制机外形图,18,BKDC控制机的菜单,BKDC控制机的菜单采用树状结构，从上往下，最上层是系统主菜单,图8-5 主菜单,图8-6测试电源菜单,19,DK7725e型电火花线切割机床,DK7725e电火花线切割机床外形,图8-7 机床外形图,20,DK7725e型电火花线切割机床的结构和走丝机构,图8-8电火花线切割机系统的硬件结构框图,图8-9电火花线切割机走丝机构的结
10、构图,21,WAP-2000线切割编程系统,WAP-2000采用图形交互方法进行线切割编程，直观、方便，具有丰富完备的CAD功能。 轨迹生成 1) 用鼠标左键点取“轨迹生成”菜单条，填写参数表。 2) 依参数表里确定的加工次数填写每次加工丝的偏移量。 3) 拾取轮廓线 4) 轮廓线拾取方向 5) 选择加工的侧边 6) 指定穿丝点位置及丝最终切到的位置,图8-10轨迹生成,22,轨迹仿真与G代码,轨迹仿真 对加工切削过程进行动态或静态的仿真。以线框形式表达的丝沿着指定的加工轨迹遍历一周，模拟实际加工过程中切削工件的情况。 G代码 G代码处理功能就是结合特定机床把系统生成的加工轨迹转化成机床代码G
11、指令，生成的G指令可以直接输入数控机床用于加工，这是本系统的最终目的。 后置生成就是按照当前机床类型的配置要求，把已经生成的加工轨迹转化生成G代码数据文件，即CNC数控程序，有了数控程序就可以直接输入机床进行数控加工。,23,8.4 快速成形,快速成形技术（Rapid Prototyping，简称RP）是二十世纪八十年代末九十年代初兴起并迅速发展起来的新的先进制造技术，是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维物理实体的技术总称，其基本过程是： 设计出所需零件的计算机三维模型 根据工艺要求，按照一定的规律将该模型离散为一系列有序的单元 根据每个层片的轮廓信息，输入加工参数，自动生成数控代
12、码 由成形机成形一系列层片并自动将它们联接起来，得到一个三维物理实体,24,8.4.1 快速成形技术原理,快速成形技术(RP)的成形原理是基于离散-叠加原理而实现快速加工原型或零件。 这里所说的快速加工原型是指能代表一切性质和功能的实验件，一般数量较少，常用来在新产品试制时作评价之用。 而这里所说的快速成形零件是指最终产品，已经具有最佳的特性，功能和经济性。,25,8.4.2 快速成形技术工艺过程,(1) 产品三维模型的构建。 (2) 三维模型的近似处理 (3) 三维模型的切片处理 (4) 成形加工 (5) 成形零件的后处理,26,8.4.3 快速成形技术特点,快速成形技术的特点是可以不需机加
13、工设备或者模具即可快速制造三维实体，因此快速成形技术具有如下特点： (1) 可以制造任意复杂的三维几何实体 (2) 快速性 (3) 高度柔性 (4) 快速成形技术实现了机械工程学科多年来追求的两大先进目标 (5) 与反求工程(Reverse Engineering)、CAD技术、网络技术、虚拟现实等相结合，成为产品快速开发的有力工具,27,8.4.4 快速成形技术分类,快速成形技术根据成形方法可分为两类：基于激光及其他光源的成形技术(LaserTechnology) 光固化成形(SLA)的工作原理 液槽中盛满液态光固化树脂。激光束在偏转镜作用下，能在液态表而上扫描，扫描的轨迹及光线的有无均由计
14、算机控制，光点打到的地方，液体就固化。 成形开始时，工作平台在液面下一个确定的深度。聚焦后的光斑在液面上按计算机的指令逐点扫描，即逐点固化。 逐层扫描固化直到整个零件制造完毕，得到一个三维实体模型。,28,光固化成形的优点,光固化成形具有以下几个方面的优点： 1) 成形过程自动化程度高 2) 尺寸精度高 3) 表面质量优良 4) 可以制作结构十分复杂的模型 5) 可以直接制作面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失模铸件,光固化成形的缺点,光固化成形还具有如下的缺点： 1) 成形过程中伴随着物理和化学变化，所以制件较易弯曲，需要支撑 2) 设备运转及维护成本较高 3) 可使用的材料种类较少 4)
15、液态树脂具有气味和毒性，并且需要避光保护 5) 需要二次固化 6) 液态树脂固化后的性能尚不如常用的工业塑料，一般较脆、易断裂，不使进行机加工,29,30,分层实体制造,LOM（LaminatedObjectManufacturing，LOM）工艺LOM工艺称叠层实体制造或分层实体制造，由美国Helisys公司的MichaelFeygin于1986年研制成功。LOM工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等。片材表面事先涂覆上一层热熔胶。 加工时，热压辊热压片材，使之与下面已成形的工件粘接。再在新层上切割截面轮廓。如此反复直至零件的所有截面粘接、切割完。最后，去除切碎的多余部分，得到分层制造的实体零件
16、。,31,选域激光粉末烧结,选域激光粉末烧结（SelectiveLaserSintering，SLS）的原理是将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平，用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面，材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部分连接。 优点是： (1) 可采用多种材料 (2) 制造工艺比较简单 (3) 材料利用率高，价格便宜，成本低 (4) 精度高 (5) 实体制造中无需设计和制作支撑，所以制作效率高、速度快、成本低,32,选域激光粉末烧结的缺点,SLS工艺也有一些缺点： (1)特别是薄壁件的抗拉强度和弹性不够好 (2)易吸湿膨胀，成形后应尽快进行表面防潮处理 (3)工件表面有台阶纹，其高度等于材料的厚度（通常为0.1mm左右）,33,8.4.5 快速成形技术应用,快速成形的应用主要体现在以下几个方面： (1) 新产品开发过程中的设计验证与功能验证。 (2) 可制造性、可装配性检验和供货询价、市场宣传，对有限空间的复杂系统的可制造性和可装配性用RP方法进行检验和设计，将大大降
