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1、第五章数控电火花机床 主编第一节概述一、数控电火花机床的基本组成1.床身 床身是坐标工作台、绕丝机构及丝架的支承和固定基础。床身通常采用箱式结构，应有足够的强度和刚度。床身内部安置电源和工作液箱。考虑电源的发热和液压泵的振动，有些机床将电源和工作液箱移出床身外另行安放。2.坐标工作台 坐标工作台由步进电动机、滚珠丝杠和导轨组成。其作用是将电动机的旋转运动转化为工作台的直线运动，带动工件实现X、Y两个坐标方向各自的进给运动，可合成获得各种平面图形和曲线轨迹。3.走丝机构 通过与储丝筒同轴的走丝电动机的正反旋转，使电极丝往复运行并保持一定的张力，储丝筒在旋转的同时作轴向移动。4.工作液循环系统 工
2、作液循环系统是电火花机床的重要组成部分，它包括液压泵、工作液箱、过滤器及管路等。其作用是向加工区域输送干净的工作液，以满足电火花加工对液体介质的要求，同时根据加工的要求，实现各种冲抽液方式。5.锥度切割装置 电极丝由丝架支承，通过两个导轮使电极丝工作部分与工作台保持一定的几何角度。直壁切割时，电极丝与工作台面垂直；需要锥度切割时，采用偏移上下导轮的方法，可使电极丝倾斜一定的几何角度，其加工锥度一般较小。6.脉冲电源 脉冲电源提供工件和电极丝之间的放电加工能量，对加工质量和加工效率有直接的影响。受工件表面粗糙度和电极丝允许承载电流的限制，线切割加工脉冲电源的脉冲宽度较窄(260s),单个脉冲能量
3、、平均电流一般较小，所以线切割加工总是采用正极性加工。7.数控装置 数控装置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丝相对工件的运动轨迹和进给速度来实现对工件形状和尺寸的加工。二、数控电火花机床的工作原理1.电火花加工原理 在加工过程中，通过电极和工件之间不断产生高频脉冲电火花放电，靠放电时局部或瞬间产生的高温、高压使金属熔化或气化，从而把工件上的金属电蚀掉。2.数控电火花成形机床的工作原理 电火花成形机床的工作原理如图5-1所示。工件3与成形电极头2(以下简称电极)分别与脉冲电源上两个不同极性的输出端相接，伺服进给系统使工件和电极间保持确定的放电间隙。1.电火花加工原理图
4、5-1数控电火花成形机床的工作原理1主轴进给系统2电极3工件4工作液5脉冲电源3.数控电火花线切割机床的工作原理图5-2数控电火花线切割机床的工作原理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工作台数控线切割加工是利用金属(纯铜、黄铜、钨、钼和各种合金)丝或各种镀层金属丝作为负电极，以导电或半导电材料的工件作为正电极，并对其进行电蚀加工，如图5-2所示。三、数控电火花机床的特点1.数控电火花加工的特点1)加工过程中， 电极与工件之间不存在明显的机械切削力，且电极不与工件直接接触，这给工件的装夹带来了极大的方便。2)电极的硬度可以低于工件材料的硬度，使电极的选材更为容易。
5、3)工件材料可以是任何硬度的金属材料，只要是导电材料或半导电材料均可加工。2.数控电火花成形加工的特点1)便于加工用机械方法难以或无法加工的材料，如淬火钢、硬质合金、耐热合金等。2)由于电极和工件在加工过程中不接触，两者间的宏观作用力很小，便于加工小孔、深孔、窄缝零件，而不受电极和工件刚度的限制；对于各种型孔、立体曲面、复杂形状的工件，均可采用成形电极一次加工。3)电极材料不必比工件材料硬，故电极制造比较容易。4)直接利用电、热能进行加工，便于实现加工过程的自动控制。3.数控电火花线切割加工的特点1)不需要制作电极，直接用线状的电极丝作电极，可节约电极设计、制造费用。2)能方便地加工复杂截面的
6、型柱、型孔、大孔、小孔和窄缝等。3)脉冲电源的加工电流较小，脉冲宽度较窄，属中、精加工范畴。4)由于电极是运动着的长金属丝，单位长度电极丝损耗较小，所以当切割面积的周边长度不长时，对加工精度影响较小。5)只对工件进行图形加工，故余料还可以使用。6)工作液使用水基乳化液，而不是煤油，既环保又安全。7)自动化程度高，操作方便，加工周期短，成本低，较安全。第二节数控电火花线切割机床的基本操作 主编一、机床基本操作1.开机步骤1)接通电源总开关总闸。2)打开计算机，双击启动YH数控系统。3)旋转松开急停开关按钮(红色)。4)按下储丝筒按钮(绿色)，开启储丝筒。5)按下切削液按钮(绿色)，开启液压泵。6
7、)接通相应管数，调整脉冲宽度、脉冲间隙至合理的脉冲参数(建议最佳工作电流为22.5A)。.关机步骤1)按下急停开关按钮(红色)。2)关闭脉冲电源开关。3)关闭液压泵，按下关闭开关(红色)。4)关闭储丝筒，按下关闭开关(红色)。5)关闭YH数控系统，关闭计算机。6)断开电源开关。3.手轮操作1)摇动机床横向的手轮，可对机床X轴进行手动移动。2)摇动机床纵向的手轮，可对机床Y轴进行手动移动。3)线切割机床无Z轴手轮，因为无需Z向高度移动。4)X轴、Y轴手轮上每一小格对应为0.1mm。二、机床的控制面板的操作1.储丝筒操作面板()断丝检测开关此开关用来控制断丝检测回路，通过运丝路径上两个与电极丝接触
8、的导电块作为检测元件。()张丝电动机开关上丝操作时开启此开关，丝盘在上丝电动机带动下产生恒定反转矩将丝张紧，使电极丝能均匀、整齐并以一定的张力缠绕在储丝筒上。()储丝筒启、停按扭控制储丝筒的开启和停止。()储丝筒调速开关储丝筒电动机的五挡转速，用此旋钮调挡可使电极丝速在2.59.2m/s之间转换。1.储丝筒操作面板图5-3储丝筒操作面板1断丝检测开关2张丝电动机开关3储丝筒停止按钮4储丝筒开启按钮5调整开关2.机床数控系统的基本操作图5-4加工主菜单画面(YH控制屏幕)(1)显示窗口该窗口显示加工工件的图形轮廓、加工轨迹或相对2.机床数控系统的基本操作坐标、加工代码等信息。(2)间隙电压指示该
9、窗口显示放电间隙的平均电压波形(也可设定为指针式电压表方式)。(3)电动机开关状态在电动机标志右边有状态指示标志，ON(红色)或OFF(黄色)。(4)高频开关状态在脉冲波形图符右侧有高频电压指示标志。(5)工作台点动按钮屏幕右侧中部有四个箭标按钮，可用来控制机床点动运行。(6)原点INIT用光标点取该按钮(或按I键)，进入回原点功能。(7)加工WORK用光标点取该按钮(或按W键)，进入自动加工方式。2.机床数控系统的基本操作(8)暂停PAUS用光标点取该按钮(或按P键)，或数字小键盘区的Del键，系统将中止当前的功能(如加工、单段、控制、定位、回退)。(9)复位REST用光标点取该按钮(或按R
10、键)，将中止当前的一切工作，清除数据，关闭高频和电动机(注：加工状态，复位功能无效)。(10)单段STEP用光标点取该按钮(或按S键)，系统自动打开电动机、高频，进入插补工作状态，加工至当前代码段结束，自动停止运行，关闭高频。(11)检查TEST用光标点取该按钮(或按T键)，系统以插补方式运行一步，若电动机处于ON状态，机床拖板将作相应的一步动作。2.机床数控系统的基本操作(12)模拟DRAW用光标点取该按钮(或按D键)，系统以插补方式运行当前的有效代码，显示窗口绘出其运行轨迹。(13)定位CENT用光标点取该按钮(或按C键)，系统可作对中心、定端面的操作。(14)读盘LOAD用光标点取该按钮
11、(或按L键)，可读入数据盘上的ISO或3B代码文件，快速画出图形。(15)回退BACK用光标点取该按钮(或按B键)，系统作回退运行，至当前段退完时停止；若再按该键，继续前一段的回退。(16)跟踪调节器该调节器用来调节跟踪的速度和稳定性。(17)段号显示此处显示当前加工的代码段号，也可用光标点取该处，在弹出屏幕小键盘后，键入需要起割的段号(注：锥度切割时，不能任意设置段号)。2.机床数控系统的基本操作(18)局部观察窗该按钮可在显示窗口的左上方打开一局部窗口，显示放大十倍的当前插补轨迹。(19)图形显示调整按钮(20)坐标显示屏幕下方坐标部分显示X、Y、U、V的绝对坐标值。(21)效率此处显示加
12、工的效率，单位为mm/s。(22)窗口切换标志光标点取该标志或按ESC键，系统转换成YH绘图式编程屏幕。第三节数控电火花线切割机床的加工工艺及编程一、数控电火花线切割加工的工艺参数1.线切割速度 在保持一定表面粗糙度的切割加工过程中，单位时间内电极丝中心在工件上切过的面积总和称为切割速度，单位为mm2/min。切割速度是反映加工效率的一项重要参数，数值上等于电极丝中心沿图形加工轨迹的进给速度乘以工件厚度。通常，快走丝线切割速度为4080mm2/min，慢走丝线切割速度可达350mm2/min。2.表面粗糙度 线切割加工中的工件表面粗糙度通常用轮廓算术平均值偏差Ra值表示。快走丝切割的Ra值一般
13、为1.252.5m，最低可达0.631.25m；慢走丝切割的Ra值可达0.3m。3.切割精度 线切割加工后，工件的尺寸精度、形状精度和位置精度的总称为切割精度。快走丝线切割精度可达0.01mm，一般为0.0150.02mm；慢走丝线切割精度达0.001mm。二、数控电火花线切割加工的程序编制 要使数控电火花线切割机床自动完成切割加工，首先必须编制加工程序。数控线切割机床编程格式以前较多使用的是3B格式，现在大多已使用符合国际标准的ISO格式。1. ISO格式 数控线切割机床的ISO格式编程与其他数控机床一样，即准备功能中的G00、G01、G02、G03及一些辅助功能(如M02等)与一般数控机床
14、的功能完全相同，下面着重介绍指令形式相同但功能有所区别的指令和数控线切割机床特有的指令。1. ISO格式1)加工起点确定G92。2)镜像加工指令G05G12。 编程格式：G05。 编程格式：G06。 编程格式：G07。图5-5X轴镜像Y轴镜像图5-6X、Y轴交换1. ISO格式 编程格式：G08。 编程格式：G09 编程格式：G10。 编程格式；G11。 编程格式：G12。3)电极丝半径和放电间隙补偿指令G41、G42、G40。 编程格式：G41D_；。 编程格式：G42D_；。2. 3B程序格式图5-7斜线计数方向的选定(1)加工斜线或直线时以终点坐标值大的拖板方向作为计数方向。(2)加工圆
15、弧时以终点坐标值小的方向作为计数方向，即当xAyA时，计数方向取GY；而当xAyA时，计数方向取GX。(3)计数长度J的确定计数长度应取从起点到终点某拖板移动的总距离。图5-8圆弧计数方向的选定2. 3B程序格式图5-9斜线示意图图5-10圆弧示意图(一)2. 3B程序格式图5-11圆弧示意图(二)2. 3B程序格式(4)加工指令加工指令Z共有12种，其中圆弧加工指令有8种，即顺时针圆弧象限和逆时针圆弧象限，用SR表示顺时针圆弧，NR表示逆时针圆弧；直线加工指令有4种，用L表示直线，以上两种情况均用数字14表示象限位置，如图5-12所示。图5-12加工指令a)圆弧加工指令b)直线加工指令3.
16、YH系统自动编程加工3. YH系统自动编程加工目前，比较常用的是用YH数控系统进行自动编程加工，它的优点是快捷方便，只需按要加工零件图样上标注的尺寸在计算机屏幕上作出该图形，就可以编出线切割用的代码程序。三、常用夹具和工件装夹方法简介1.常用夹具(1)压板夹具压板夹具主要用于固定平板式工件。图5-13压板式夹具a)悬臂支承b)双支承(2)分度夹具分度夹具主要用于加工电动机定子、转子等多型孔的回转体工件，可保证较高的分度精度。(3)磁性夹具对于一些微小或极薄的片状工件，可采用磁性工作台或用磁性表座吸牢工件进行加工。2.常见的装夹方法(1)悬臂支承悬臂支承如图5-13a所示，这种装夹方式通用性较强
17、，且结构简单，装夹方便。图5-14桥式支承2.常见的装夹方法(2)双支承双支承如图5-13b所示，当工件尺寸较大时，将两端分别固定在夹具上，支承稳定可靠，定位精度高。(3)桥式支承桥式支承如图5-14所示，它采用两条垫铁架在两端支承夹具体上，跨度宽窄可根据工件大小随意调节。(4)板式支承板式支承如图5-15所示，这种装夹方式是按工件的常规加工尺寸制造托板，托板上加工出矩形孔或圆孔，并在板上配备有X向或Y向定位基准。(5)复式支承复式支承如图5-16所示，这种方式是将桥式支承和板式支承复合，只不过板式支承的托板换成了专用夹具。(6)专用夹具在实际加工中，若遇到工件的尺寸或形状较特别时，则可采用相
18、应的专用夹具。2.常见的装夹方法图5-15板式支承2.常见的装夹方法图5-16复式支承四、穿丝孔加工及其位置选择原则1.加工穿丝孔的必要性1)凹型类的封闭形工件在切割前必须有穿丝孔，才可保证工件形状的完整性。图5-17小余量工件的专用夹具1电极丝2工件3夹具块4工作台1.加工穿丝孔的必要性2)凸型类的工件在切割时，距边缘处应力大。3)对于具有自动打穿丝孔功能的慢走丝线切割机床，为了节约机床的机动工时，也有必要将众多型腔的穿丝孔预先加工出来。2.穿丝孔的位置选择原则1)当切割凸模类零件时，为避免将毛坯外形切断引起变形，通常在毛坯件内部外形附近预制穿丝孔，位置可选在加工轨迹的拐角处以简化编程。2)
19、切割凹模类和孔类零件时，将穿丝孔设置在工件对称中心时对编程计算和电极丝定位较为方便，但切入无用轨迹较长，不适合大型工件。3)在加工大型凹模类零件时，穿丝孔应设置在靠近加工轨迹边角处或选在已知坐标点上，可使编程运算简便，缩短切入无用轨迹。4)穿丝孔的直径不宜太小或太大，通常为36mm，以钻削最为简便。五、提高加工质量的途径1.减小电极丝振动1)经常检查电极丝张紧机构的张力，对手工绕丝的高速走丝装置，则应注意在绕丝过程中凭手感控制张力进行“紧丝”工作。2)注意检查导轮支承轴承和导轮上的导向槽根部圆弧R是否磨损，若磨损则应及时更换。3)加工时，工作液应将电极丝圆周均匀包围。4)加工薄片工件时，可将多
20、片坯件重叠在一起压紧后加工。2.多次切割工艺2.多次切割工艺 由于线切割加工的特殊性，工件切割后的变形不可避免，加之受工件材料及热处理等因素的影响，有时对较大轮廓可能出现芯部(凸模或废芯)被其外框变形收缩而卡死的现象。采用多次切割加工工艺，则可避免上述现象的产生，并可提高其加工精度和整体质量。3.消除突尖和避免凹坑1)在编制加工程序时，应尽量安排其交接处位于轮廓的拐角(或其他轮廓线交点位置)处，并避免在平面中间或圆滑过渡轮廓(如相切位置)上设置交接点。图5-18预留凸尖2)处理方法除可采用多次切割工艺外，还可采取预留凸尖的方法，将圆滑表面上可能产生的凹坑转移到预留的凸尖上，如图5-18所示。4
21、.完工件损伤的预防1)在坯件轮廓切割结束的下方适当位置，放入一备用的等高辅助工作台托住工件或废芯，待电极丝返回工艺孔或停机后再取出。2)在最后一条轮廓加工结束的程序段末尾，增加一个停机码。第四节数控电火花成形机床的基本操作 主编一、基本操作1.开机步骤1)打开总电源开关。2)合上电器控制柜电源开关。3)旋转松开急停开关按钮。4)打开手控盒进油开关，显示ON状态。5)开启进油阀门(有大、小进油阀门两个，位于机床左侧)。6)提拉黑色浮标杆，调整油液浮标。7)待液面达到高度后关闭手控盒进油开关OFF。8)关闭一大、一小两进油阀门(位于机床左侧)。2.关机步骤1)按下急停开关按钮。2)断开电器控制柜电
22、源开关。3)关闭总电源开关。4)向上拔起后旋转松开泄油阀门(位于机床左侧上方)。3.电极的安装、调整和校正1)将电极牢固地装在主轴的电极夹头上。2)安装时应保证电极轴线与主轴进给轴线一致。3)安装时注意使电极与工件有正确的相对位置。4.数控电火花机床的操作步骤1)装夹好电极。2)装夹好工件。3)按照开机步骤，打开手控盒进油ON开关，开启大进油阀门和小进油阀门。4)抬起浮标杆到相应液面，液面以浸没工件上方2030mm为宜。5)关闭手控盒进油OFF开关。6)按住手控盒上+Z按钮，使主轴电极向下移动(注意Z向移动方向和铣床、加工中心Z向相反)，移动速度倍率通过旋钮来控制。7)当电极碰到工件发出的鸣叫
23、声时，光标移动到Z坐标，按F4位置归零。4.数控电火花机床的操作步骤8)按F5输入Z深度加工值。9)按F1单节放电。10)按住手控盒上-Z按钮，使主轴电极向上抬起少许(确保电极浸没在油位中)。11)按住手控盒上放电按钮，显示放电ON状态，则开始自动加工。12)加工过程中注意根据情况调节脉宽、脉间、电流峰值等参数，使加工效果达到最佳，同时注意安全生产。二、提高工件加工精度的措施1.控制加工过程的措施(1)保持放电间隙的畅通放电间隙的大小及其变化幅度将直接影响工件的尺寸精度和加工面的平面度或与底平面的垂直度。(2)提高电极精度电火花成形加工的仿形性质，决定其电极精度必须高于被加工工件的精度，特别是
24、精加工的电极，尺寸精度一般取5m，表面粗糙度Ra0.63m。(3)减少电极损耗电极损耗使其精度降低，从而直接造成工件精度的降低，特别是在加工型腔时，其腔内尖角及棱边处容易产生放电集中现象，损耗也大，将影响到型腔的仿形精度。2.预防不正常现象的措施(1)电极损耗过大检查电极或工件的极性是否接反，如粗加工时电极应接正极，工件接负极。(2)加工电极不稳定、火花颜色异常或冒白烟可能因某只大功率管被击穿而导通，即直接输出直流电，而不是脉冲电；脉冲电源中的电路元件损坏或脱焊等造成其主参数变化失调，使脉冲间隔过小或脉冲宽度过大，仍相似于直流电在加工。(3)加工中反复出现开路、短路、甚至出现拉弧现象检查电规准
25、选择是否恰当，如脉冲峰值电流过大或脉冲间隔过小或加工面相应变小等，若是，则应重新选择；检查是否因加工面积过大而造成电蚀物堆积，未能及时排出，若是，则应增加机床主轴头(电极)的定期抬、降次数和幅度，或加大冲液压力及改变冲液方式等。第五节维 护 保 养一、数控电火花线切割机床1.使用规则1)了解机床的性能、结构，掌握操作规程和遵守安全生产制度。2)在机床的允许规格范围内进行加工，不得超重或超行程工作。3)经常检查机床的电源线、超程开关和换向开关是否安全可靠，不允许带故障工作。4)按机床说明书所规定的润滑部位，定时注入规定的润滑油或润滑脂，以保证机构运转灵活，特别是导轮和轴承，要定期检查和更换。1.
26、使用规则5)加工前检查工作液箱中的工作液是否足够，水管和喷嘴是否通畅。6)下班后清理工作区域，擦净夹具和附件等。7)定期检查机床电气设备是否受潮和可靠，并清除灰尘，防止金属物落入。8)遵守定人定机制度，定期维护保养。2.日常维护与保养(1)定期润滑线切割机床上需定期润滑的部件主要有机床导轨、丝杠螺母、传动齿轮、导轮轴承等。(2)定期调整对于丝杠螺母、导轨、电极丝挡块及进电块等，应根据使用时间、间隙大小或沟槽深浅进行调整。(3)定期更换线切割机床上的导轮、馈电电刷(有的为进电块)、挡丝块和导轮轴承等均为易损件，磨损后应更换。二、数控电火花成形机床1.维护保养1)每次加工完毕后以及每天下班时，应将
27、工作液槽的工作液放回储油箱，将工作台面擦拭干净。2)定期加注润滑油、液，防止灰尘和工作液等进入丝杠、螺母和导轨等。3)工作液过滤器在过滤阻力增大(压力增大)或过滤效果变差时，应及时更换。4)避免脉冲电源中元器件受潮。5)立式安装工作的电动机，其端部冷却风扇的进风口朝上，很易落入细小杂物，造成电动机损坏，因此要在此类立式安装电动机的进风端盖上加装网孔更小的网罩予以保护。2.安全操作规程1)电火花机床应设置专用地线，使电源箱外壳、床身及其他设备可靠接地，防止电气设备绝缘损坏而发生触电。2)操作人员必须站在耐电压20kV以上的绝缘板上进行工作，加工过程中不可碰触电极工具。3)经常保持机床电气设备清洁，防止受潮，以免降低绝缘强度而影响机床的正常工作。4)油箱要有足够的循环油量，使油温限制在安全范围内。5)加工时，工作液面要高于工件(30100mm)，如果液面过低，加工电流较大，很容易引起火灾。6)根据工作液的混浊程度，要及时更换工作液及过滤装置，并保持油路畅通。2.安全操作规程7)电火花加工车间内，应有抽气、排风等换气装置，保持室内空气的流通。8)机床周围严禁烟火。9)电火花机床的电气设备应设置专人负责，其他人员不得擅自操作。10)下班前应关断总电源，关好门窗。
