数控编程与操作第4章数控电加工机床编程与操作1

第四章数控电加工机床编程与操作4.1.1数控电火花线切割机床的分类数控电火花线切割机床是直接利用电能，按预定轨迹对工件进行切割加工的特种加工机床。根据电极丝运行速度不同，数控电火花线切割机床可分为快走丝（也称高速走丝）电火花线切割机床（WEDM-HS）和慢走丝（也称低速走丝）电火花线切割机床（WEDM-LS）两大类。第四章数控电加工机床编程与操作第四章数控电加工机床编程与操作表4-2快、慢走丝线切割机床加工工艺水平比较第四章数控电加工机床编程与操作4.1.2数控电火花线切割机床的组成数控电火花线切割机床由工作台、走丝机构、供液系统、脉冲电源、控制系统等组成，如图4-1所示。第四章数控电加工机床编程与操作1.主机由工作台、运丝装置、丝架、锥度装置、夹具、操纵盒、工作液箱、床身、防水罩等组成。工作台和锥度装置均可在水平面内移动，工作台的移动轴称为X轴、Y轴，锥度装置的移动轴称为U轴、V轴。切割带锥度工件时，工作台和锥度装置必须同时移动，从而使电极丝相对于工件有一定的倾斜。把X、Y、U、V四轴同时移动称作四轴联动。操纵盒上设有机床的常用开关。第四章数控电加工机床编程与操作2.数控装置数控装置作为机床的编程、控制系统，其内配备有486以上的微机，装有线切割专用软件，通过操作线切割加工软件，能够实现绘制线切割加工轨迹图、进行自动编程并对线切割加工的全过程进行自动控制。也可以利用“AutoCAD”或“电子图板”等常用绘图软件绘制线切割加工轨迹图。第四章数控电加工机床编程与操作3.脉冲电源装置1）工作台。工作台又称切割台，由工作台面、中拖板和下拖板组成。2）走丝机构。走丝机构主要有储丝筒、走丝电动机、丝架和导轮等部件组成。3）供液系统。供液系统为机床的切割加工提供足够、合适的工作液。4）脉冲电源。脉冲电源就是产生脉冲电流的能源装置。5）控制系统。机床的控制系统存放于控制柜中，对整个切割加工过程和切割轨迹作数字程序控制。第四章数控电加工机床编程与操作4.1.3数控电火花线切割加工原理和必备条件将工件正确装夹在工作台面上，脉冲电源的正极接工件，负极接工具电极（钼丝），钼丝与工件之间施加足够的、具有一定绝缘性能的工作液。在控制系统的控制下，电极丝在储丝筒的作用下作正反向交替（或单向）运动。脉冲电源发出一连串的脉冲电压，加到工件电极和工具电极上，当钼丝与工件的距离小到一定程度时，在脉冲电压的作用下，工作液被击穿，钼丝与工件之间形成瞬时高温，使金属局部熔化甚至气化而被蚀除下来。在机床数控系统的控制下，工作台相对电极丝按预定的程序运动，从而切割出需要的工件形状。只要有效地控制钼丝相对工件运动的轨迹和速度，就能切割出一定形状和尺寸的工件。第四章数控电加工机床编程与操作数控电火花线切割加工能正常运行，必须具备下列条件：1）钼丝与工件的被加工表面之间必须保持一定间隙，间隙的宽度由工作电压、加工量等加工条件而定。2）电火花线切割机床加工时，必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，钼丝和工件被加工表面之间保持一定间隙。3）必须采用脉冲电源，即火花放电必须是脉冲性、间歇性。在脉冲间隔内，使间隙介质消除电离，使下一个脉冲能在两极间击穿放电。4）脉冲放电能量应足够大。放电通道要有很大的电流密度，脉冲放电能量产生的热量应足以使金属局部熔化或气化。第四章数控电加工机床编程与操作4.1.4数控电火花线切割加工的特点和应用1.电火花线切割加工的特点1）加工一般切削方法难以加工或无法加工的形状复杂的工件。2）采用直径不等的细金属丝作工具电极。3）利用计算机辅助自动编程软件，可方便地加工形状复杂的直纹表面。4）由于电极丝极细，切缝很窄，这样不仅有利于材料的充分利用，而且可以加工用传统切削加工方法难以加工或无法加工的细微异形孔、窄缝和形状复杂的零件。5）电极丝在加工中是移动的，不断更新或往复使用，可以完全或短时间不考虑电极丝损耗对加工精度的影响。6）依靠计算机对电极丝轨迹的控制和偏移轨迹的计算，可方便地调整凹凸模具的配合间隙；依靠锥度切割功能，有可能实现凹凸模一次加工成形。第四章数控电加工机床编程与操作4.1.4数控电火花线切割加工的特点和应用7）对于粗、半精、精加工，只需调整电参数即可，操作方便，自动化程度高，便于实现加工过程的自动化控制。8）加工对象主要是平面形状，台阶盲孔型零件还无法进行加工。当机床上能使电极丝作相应倾斜运动的功能后，可实现锥面加工。9）当零件无法从周边切入时，工件上需钻穿丝孔。10）电极丝在加工中不接触工件，两者之间的作用力很小，因而不要求电极丝、工件及夹具有足够的刚度抵抗切削变形，有利加工低刚度及细小零件。11）电极丝材料不必比工件材料硬，可以加工用一般切削方法难以加工或无法加工的金属材料和半导体材料。12）与一般切削加工相比，线切割加工的效率低，加工成本高，不适合形状简单的大批零件的加工。第四章数控电加工机床编程与操作2.数控电火花线切割加工的应用1）加工模具。2）加工电火花成形加工用的电极。3）加工零件。第四章数控电加工机床编程与操作4.1.5数控电火花线切割工艺第四章数控电加工机床编程与操作1.工件装夹和位置确定（1）工件的安装方式第四章数控电加工机床编程与操作（2）工件位置的校正方法工件位置常用的校正方法有拉表法、划线法、固定基面靠定法三种。第四章数控电加工机床编程与操作（3）电极丝位置的找正1）目视法。对加工要求较低的工件，可直接利用工件上的有关基准线或基准面，沿某一轴向移动工作台，借助于目测或2～8倍的放大镜，当确认电极丝与工件基准面接触或使电极丝中心与基准线重合后，记下电极丝中心的坐标值，再以此为依据推算出电极丝中心与加工起点之间的相对距离，将电极丝移动到加工起点上。第四章数控电加工机床编程与操作2）火花法。利用电极丝与工件在一定间隙下发生火花放电来确定电极丝的坐标位置，操作方法与对电极丝进行垂直度校正基本相同。第四章数控电加工机床编程与操作3）接触感知法。此功能是利用电极丝与工件基准面由绝缘到短路的瞬间，两者间电阻值突然变化的特点来确定电极丝接触到了工件，并在接触点自动停下来，显示该点的坐标，即为电极丝中心的坐标值。第四章数控电加工机床编程与操作2.切割路线的选择1）不能沿工件端面加工。加工路线距离端面（侧面）应大于5mm，以保证工件结构强度。2）加工路线应向远离工件夹具的方向进行，以避免加工中因内应力的释放而引起工件的变形。如图所示，加工程序引入点为A，起点为a，则走向可有：①A→a→b→c→d→e→f→a→A②A→a→f→e→d→c→b→a→A如选②走向，则在切割过程中，工件和易变形的部分相连接，会带来较大的误差；如选①走向，就可以减少或避免这种影响。第四章数控电加工机床编程与操作3）切割路线应从坯件预制的穿丝孔开始，由外向内顺序切割。穿丝孔作为工件加工的工艺孔，是电极丝相对于工件运动的起点，同时也是程序执行的起始位置。穿丝孔应选在容易找正和便于编程计算的位置。穿丝孔可采用钻、镗或电火花穿孔等方法完成。第四章数控电加工机床编程与操作4）切割孔类零件，为减少变形，采用两次切割，第一次粗加工型孔，周边留0.1～0.5mm余量，第二次切割为精加工，这样可以达到满意的效果。5）在一块毛坯上切割两个以上的零件时，不应连续一次切割，而应从该毛坯不同的预制穿丝孔开始加工。第四章数控电加工机床编程与操作3.线切割加工的主要工艺指标及影响因素（1）线切割加工的主要工艺指标线切割加工的主要工艺指标有线切割速度υwi、表面粗糙度、电极丝损耗量和加工精度。第四章数控电加工机床编程与操作（2）影响线切割加工的工艺指标的主要因素1）脉冲参数。线切割加工时，可选择的脉冲参数主要有电流峰值、脉冲宽度、脉冲间隙、空载电压、放电电流。要求获得较好的表面粗糙度时，所选用的电参数要小；若要求获得较高的切割速度，脉冲参数要选大一些，但加工电流的增大受排屑条件及电极丝截面积的限制，过大的电流易引起断丝。第四章数控电加工机床编程与操作2）进给速度。进给速度要维持接近工件被蚀除的线速度，使进给均匀平稳。进给速度太快，超过工件的蚀除速度，会出现频繁的短路现象；进给速度太慢，滞后于工件的蚀除速度，极间将偏于开路，这两种情况都不利于切割加工，影响加工速度指标。3）工件材料及其厚度。工件材料薄，工作液容易进入并充满放电间隙，对排屑和消电离有利，灭弧条件好，加工稳定。但工件太薄，金属丝易产生抖动，对加工精度和表面粗糙度不利。工件厚，工件液难于进入和充满放电间隙，加工稳定性差，但电极丝不易振动，因此精度较高、表面粗糙度值较小。第四章数控电加工机床编程与操作4）工作液的选配。工作液对切割速度，表面粗糙度，加工精度等都有较大影响。加工时应根据线切割机床的类型和加工对象，选择工作液的种类、浓度和电导率等。第四章数控电加工机床编程与操作4.1.6数控电火花切割机床的编程1.程序编制步骤1）根据相应的装夹情况和切割方向，确定相应的计算坐标系。为了简化计算，尽量选取图形的对称轴线为坐标轴。2）按选定的电极丝半径r，放电间隙，计算电极丝中心相对工件轮廓的偏移量D。3）采用3B格式编程，将电极丝中心轨迹分割成平滑的直线和单一的圆弧，计算出各段轨迹交点的坐标值；采用4B或ISO格式编程，将需要切割的工件轮廓分割成平滑的直线和单一的圆弧，按轮廓平均尺寸计算出各线段交点的坐标值。4）根据电极丝中心轨迹（或轮廓）各交点坐标值及各线段的加工顺序，逐段编制程序。5）程序检验。第四章数控电加工机床编程与操作2.3B格式程序编制3B格式编程是我国数控电火花线切割机床上最常用的程序格式，该程序格式为无间隙补偿的五指令格式。第四章数控电加工机床编程与操作各符号含义如下：1）分隔符B用它来区分隔离X、Y和J等数码，B后数字如为0，则此0可以不写。2）坐标值X、Y为直线终点或圆弧起点坐标的绝对值，单位为μm。可以使用相对坐标编程，直线终点的坐标值是以直线的起点为原点的坐标值，圆弧起点坐标值是以圆弧的圆心为原点的坐标值。当X或Y为零时，X、Y值均可不写，但分隔符B必须保留。3）计数长度J是指加工轨迹（如直线、圆弧）在规定的坐标轴上（计数方向上）投影的总和，亦以μm为单位，一般机床计数长度J应补足6位，例如计数长度J为11200μm，应写成011200。第四章数控电加工机床编程与操作4）计数方向G是指计数时选择作为投影轴的坐标轴方向。选取X方向进给总长度进行计数的称为计X，用GX表示；选取Y方向进给总长度进行计数的称为计Y，用GY表示；工作台在相应方向每走1μm，计数累减1，当累减到计数长度J=0时，该程序即加工完毕。5）加工指令Z是用来确定轨迹的形状、起点或终点所在象限和加工方向等信息的。第四章数控电加工机床编程与操作例4.1加工图4-14所示斜线OA，终点A的坐标值为（8，19），写出加工程序。加工程序为：B8000B19000B019000GyL1第四章数控电加工机床编程与操作例4.2加工图4-15所示圆弧，加工起点A（-2，9），终点为B（9，-2），试编制其加工程序。第四章数控电加工机床编程与操作4.1.7数控电火花线切割机床操作面板及其功能应用1.控制面板控制面板是完成机床操作与线切割加工主要的人—机交互界面。第四章数控电加工机床编程与操作2.手控盒面板在没有执行任何程序时，用来手动控制机床进行轴移动、运丝、开工作液泵等基本操作。第四章数控电加工机床编程与操作3.储丝筒操作面板储丝筒操作面板主要用于控制储丝筒和张丝电机的启动、制动，以及调整绕丝时电极丝的张紧力等。第四章数控电加工机床编程与操作4.1.8数控电火花线切割机床典型零件加工【工作任务】编制如图4-16所示凸凹模的线切割加工程序。已知电极线直径为0.1mm，单边放电间隙为0.01mm。图中双点划线为坯料外轮廓。第四章数控电加工机床编程与操作【实践操作】1.编写程序利用3B格式编制参考程序如下：（1）工艺处理及计算1）工件装夹。采用两端支撑方式装夹工件。第四章数控电加工机床编程与操作2）选择穿丝孔及电极丝切入的位置。切割型孔时，在型孔中心处钻中心孔；切割外轮廓，电极丝由坯件外部切入。3）确定切割路线。图4-18中箭头所示为切割路线。先切割型孔，后切割外轮廓。4）计算平均尺寸。5）确定计算坐标系。为简单起见，直接选型孔的圆心作为坐标系原点，建立坐标系，如图4-19所示。6）确定偏移量。即第四章数控电加工机床编程与操作第四章数控电加工机床编程与操作（2）编制加工程序1）计算电极丝中心轨迹。3B格式必须按电极丝中心轨迹编程。电极丝中心轨迹见图4-19双点划线，相对工件平均尺寸偏移一垂直距离D=0.06mm。2）计算交点坐标。将电极丝中心轨迹划分为单一的直线或圆弧，可通过几何计算或CAD查询得到各点坐标。第四章数控电加工机床编程与操作3）编写程序单。切割凸凹模时，先切割型孔，然后按“从g下面距g为9.94mm的点切入→g→a→b→c→d→e→f→g→g下面距g为9.94mm的点切出”的顺序切割，采用相对坐标编程。第四章数控电加工机床编程与操作2.加工准备加工以前完成相关准备工作，包括准备工件毛坯并加工出准确的基准面、压板、夹具等装夹工具。3.数控电火花快走丝线切割机床的操作（1）开机开机，检查系统各部分是否正常，包括高频电源、工作液泵、储丝筒等的运行情况。开机步骤如下：1）检查外接线路是否接通。2）合上电源主开关，接通总电源。3）按下启动按钮，进入控制系统。机床启动后，CRT显示器上出现人—机交互画面。第四章数控电加工机床编程与操作（2）电极丝安装1）电极丝的选择。电极丝材料应具有良好的导电性、较大的抗拉强度和良好的耐电腐蚀性能，且电极丝的质量应该均匀，直线性好，无弯折和打结现象，便于穿丝。快走丝线切割机床上用的电极丝主要是钼丝和钨钼合金丝。电极丝的直径选择应根据切缝宽窄、工件厚度和拐角尺寸大小来选择。电极丝材料不同，其直径范围也不同，一般钼丝为φ0.06～0.25mm，钨钼合金丝为φ0.03～0.35mm，黄铜丝为φ0.1～0.3mm。快走丝线切割加工中一般使用φ0.12～0.20mm的电极丝。第四章数控电加工机床编程与操作2）电极丝初始位置的确定。①当切割凸模需要设置穿丝孔时，其位置可选在加工轨迹的拐角附近，以简化编程。②切割凹模等零件的内表面时，将穿丝孔设置在工件对称中心上，对编程计算和电极丝定位都较方便，但切入行程较长，不适合大型工件。切割大型工件时应将穿丝孔设置在靠近加工轨迹边角处或选在已知坐标点上。穿丝孔的大小要适宜，一般选用直径为3～10mm的电极丝。③在一块毛坯上要切出两个以上零件或在加工大型工件时，应沿加工轨迹设置多个穿丝孔，以便发生断丝时能就近重新穿丝，切入断丝点。第四章数控电加工机床编程与操作3）电极丝的安装。①绕丝。通过操纵储丝筒操作面板来进行控制。②穿丝。第四章数控电加工机床编程与操作4）电极丝位置的调整①Z轴行程的调整②电极丝垂直校正。在具有U、V轴的线切割机床上，电极丝运行一段时间、重新穿丝后或加工新工件之前，需要重新调整电极丝对坐标工作台表面的垂直度。校正时使用—个各平面相互平行或垂直的长方体，称为校正器，如图4-22所示。第四章数控电加工机床编程与操作（3）工件装夹（4）程序输入和模拟运行（5）切割加工（6）零件检测（7）关机1）关机2）紧急停机。第四章数控电加工机床编程与操作4.评分 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