1、 电火花线切割加工工艺设计及试验 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生： 沙伟卫 指导教师： 朱永伟 完成日期： 2015.5.25 扬州大学机械工程学院 I 摘要 阐述了电火花线切割加工设备的组成部分、功能、工作原理及操作方法。论述了电火花线切割加工的基本原理。通过工厂电火花线切割加工试验，熟悉其加工特性，掌握线切割加工工艺。研究开发了能实现复杂曲面零件电火花线切割加工的加工工艺。阐明了其加工原理、特点、组成及运动规律 ,并对各种主要硬件装 置进行阐述和开发 .从而拓宽了电火花线切割加工的工艺范围，从根本上解决了复杂曲面零件的加工难题，具有很强的应用和推广价值。 关键词： 电火花加工，
2、线切割加工， 加工工艺， 复杂型面 II Abstract This paper expounds the parts, functions, working principle and operation method of the electrical discharge machining equipment. The basic principle of EDM wire cutting is described. Through the factory electrical discharge machining experiment, familiar with the machi
3、ning characteristics, cutting process technology. The research and development of the machining process of the EDM wire for complex curved surface parts is developed. To clarify the machining principle, characteristics, composition and the law of motion of the, and the main hardware device carries o
4、n the elaboration and development. So as to broaden the electric spark wire cutting machining range of, fundamentally solves the problem of machining complex curved surface parts, has strong application and popularization value. Key words: EDM, wire cutting, machining process, complex surface 沙伟卫 电火
5、花线切割加工工艺设计及试验 III 目录 摘要 . I 第一章 引言 . 1 1.1 特种加工技术的概念及其意义 . 1 1.2 特种加工技术的类别及其应用范围 . 1 1.2.1 机械特种加工 . 1 1.2.2 电气特种加工 . 1 1.2.3 热特种加工 . 2 1.2.4 化学特种加工 . 2 1.3 特种加工技术现状及实际应用 . 2 1.3.1 机械特种加工 . 2 1.3.2 电气特种加工 . 2 1.3.3 热特种加工 . 2 1.3.4 化学特种加工 . 3 1.4 电火花线切割加工的发展及现状 . 3 1.4.1 电火花线切割加工技术的发展趋势与工艺进展 . 3 第二章 电
6、火花线切割加工的机理及应用 . 7 2.1 电火花线切割加工基本原理 . 7 2.1.1 低速走丝线切割加工基本原理 . 8 2.1.2 高速走丝线切割加工基本原理 . 9 2.2 电火花线切割加工物理过程 . 10 2.3 电火花线切割加工的特点 . 15 2.3.1 电火花线切割加工与电火花成形加工的特性比较 . 15 2.4 电火花线切割加工的局限性 . 17 2.5 电火花线切割加工的应用 . 17 2.6 电火花线切割加工工艺及机床 . 18 2.7 本章小节 . 25 第三章 电火花加工实验设备 . 26 3.1 机床传动系统 . 27 3.1.1 工作台的传动路线 . 27 3.
7、1.2 运丝部件的传动路线 . 28 3.1.3 线架 . 28 3.2 机床搬运和安装 . 29 3.3 机床操作和调整 . 29 3.3.1 提前准备工作 . 29 3.3.2 工作台调整 . 30 3.3.3 调整线架 . 30 沙伟卫 电火花线切割加工工艺设计及试验 IV 3.3.4 钼丝绕装 . 30 3.3.5.工件装夹 . 31 3.3.6.机床操作步骤 . 31 3.3.7 机床的维护与故障的排除 . 32 3.4 机床控制系统 . 33 3.4.1 操作面板 . 33 3.4 本章小结 . 36 第四章 加工试验及分析 . 37 4.1 试验方式 . 37 4.2 试验设备
8、. 37 4.3 试验过程 . 37 4.4 实验记录 : . 37 4.5 试验结论 . 49 4.5.1 电参数的影响 . 51 4.5.2 合理选择电参数 . 52 4.6 电火花线 切割制作电极工具头 . 53 4.6.1 电火花线切割技术加工微凸起工具电极 . 53 4.3 本章小结 . 56 第五章 试验总结 结论 体会及展望 . 57 5.1 实验总结 . 57 5.2 体会 . 58 5.3 前景 . 59 5.4 本章小节 . 59 致 谢 . 60 参考文献 . 61 附录 . 62 1 第一章 引言 1.1 特种加工技术的概念及其意义 特种加工是一种利用化学能、电能、声能
9、、机械能以及光能和热对金属或非金属材料进行加工的方法。它具有传统加工无法比拟的优点 :1) 能量密度高 ,能加工常规切削方法难以加工的材料 ;2) 作用时间短 ,热影响小 ,工件不易变形 ;3) 可进行细小精密零件加工 ;4) 无切屑或者粉末状切屑 ,易于自动处理 ;5) 加工过程易于自动化。 随着科学技术迅猛地发展 ,新型材料不断地涌现出来 ,而有些材料对工件制造的精度要求越来越高 ,因而对切削加工提出了新的要求。由于受刀具材料性能、结构、设备加工能力的限制 ,使用传统的切削方法难以完成对高强度、高韧性、高硬度、高脆性、耐高温和磁性等新材料 ,以及精密复杂或难以处理的形状的加工。为了解决这些
10、加工的难题 ,目前国内外正在不断开发研究或采用的特种加工技术和方法 ,并已攻克和解决了一些难以加 工的技术关键问题 ,推动了科技进步 ,提高了生产效率和产品质量 ,在工作上发挥了较好的作用。 1.2 特种加工技术的类别及其应用范围 1.2.1 机械特种加工 机械特种加工不同于传统的切削加工方法 ,而是用机械能或者间接用声能、热能进行加工。可分磨料流动加工、磨料喷射加工、液力加工、低应力磨削、热辅助加工、超声波加工、全成型加工、喷水加工等 8种方法。它适用于切割、穿孔、研磨、抛光、去毛刺、蚀刻、磨削、拉削、镗削和套料等加工范畴。 1.2.2 电气特种加工 电气特种加工是将被加工的金属工件置于直流
11、电场和电解液中产生阴 极溶解的电化学反应而对金属材料进行加工的一种方法。通常称为电化学加工 (电解加工 ) 。它有电解液冲刷加工、成型管电解加工、电化学削平加工、电化学珩磨加工、电化学车削加工、电化学去毛刺加工、电化学放电磨削加工、电化学加工、沙伟卫 电火花线切割加工工艺设计及试验 2 电化学抛光加工等 10 种方法。它适用于磨削、成型、去毛刺、车削、珩磨、抛光等加工范畴。 1.2.3 热特种加工 热特种加工是用电子束、激光束、等离子束、电火花放电产生热量来熔蚀金属而达到加工目的。它有电子束加工、电火花磨削、电火花成型加工、电火花切割、电火花线切割、激光加工、等离子束加工等 8 种方法。它适用
12、于钻孔、成型、磨削、车削、切割、开割、划线等加工范畴。 1.2.4 化学特种加工 化学特种加工是用热化学方法、化学腐蚀方法进行加工的。它有化学加工、光化学加工、热化学加工、电抛光等 4 种方法。它适用于削平、抛光、腐蚀、去毛刺和飞边等加工范畴。 1.3 特种加工技术现状及实际应用 1.3.1 机械特种加工 在一般采用金属切削刀具难以加工的场合 ,采用机械特种加工。它是借助于水、磨料、超声波、热能等 ,实施对工件进行的精密加工。 1.3.2 电气特种加工 电气特种加工又称为电解加工。它是特种加工技术中 重要的方法之一 ,是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解来将工件加工成形的。电解加工成功应用于锻
13、模、齿轮、花键、高温合金叶片等机械零件成型加工 ,采用电解液冲刷加工和成型管电解加工可以加工孔径 0. 2 mm 5 mm ,也可以加工异型孔的小深孔机械零件。 1.3.3 热特种加工 电子束、激光束、等离子束、电火花放电加工等热特种加工 ,是特种加工应用较为普通的一种技术 ,电火花放电加工更为成熟更为普及 ,也是机械加工不可缺少的一项技术。 沙伟卫 电火花线切割加工工艺设计及试验 3 1.3.4 化学特种加工 化学特种加工是一种使用面较窄的特种加工技术 ,它是在工件表面 产生化学反应 ,使用金属腐蚀溶解而改变工件尺寸和形状 ,具有加工周期短、变换产品快、工艺性能好等特点 ,它主要用于印刷线路
14、板制造 ,这种使用场合称为化学铣切。另一种化学加工方法是把工件暴露在高温、腐蚀性气体中来切除材料。 1.4 电火花线切割加工的发展及现状 电火花线切割加工（ Wire Cut Electro-discharge Machine,，简称 WEDM ）是在电火花加工基础上于 20 世纪 50 年代末最早在前苏联发展起来的一种工艺形式，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。它已获得广泛的应用，目前国内外的线切割机床已占电加工机床的 60%以上。 1.4.1 电火花线切割加工技术的发展趋势与工艺进展 目前电火花线切割加工技术的研究与发展趋势主要表现在
15、以下几个方面 : (1)在稳定发展高速走丝机的同时，重视低速走丝电火花线切割的开发和发展 1）高速走丝机仍然稳步发展 高速走丝电火花线切割机是我国的发明创造。由于高速走丝有利于改善排屑条件，适合于大厚度和大电流高速切割，加工性能价格比优异，是我国电加工行业的主要发展机型。 2）重视低速走丝电火花线切割的开发和发展 低速走丝电火花线 切割机由于电极丝移动平稳，易获得较高精度和表面粗糙度看，适于精密模具和高精度零件加工。现在需要加强对低速走丝机的深入研究，开发新的规格品种，为市场提供更多的国产低速走丝电火花线切割机。于此同时，还要在大量实验研究的基础上，建立完整的工艺数据库，完善其 CAD/CAM
16、 软件。 (2)完善机床设计，改进走丝机构 1）为使机床结构更加合理，必须用先进的技术手段对机床总体结构进行分析。应用陷阱的计算机有限元分析模拟软件对机床的结构进行力学和热稳定性分析。还应注重造型设计，在保证机床技术性能和清洁加工的前提下，使机床结构合理， 操作沙伟卫 电火花线切割加工工艺设计及试验 4 方便，外形新颖。由于电火花加工中工具电极与工件之间没有宏观作用力 ,因此 ,将电火花加工装置、尤其是电极驱动机构进行微小型化 ,使电极进给驱动系统的惯性得以大幅度减小 ,必将更好地发挥电火花加工技术的工艺特点。 2）机床上的坐标工作台大多采用十字滑板结构，为了提高它的精度，除考虑热变形及先进的
17、导向结构外，还应采用丝距误差补偿和间隙补偿技术，以提高机床的运动精度。对于大型线切割机来说，采用十字滑板工作台结构就不够合理，而南昌江南电子仪器厂开发的 DK77100 型龙门式机床则值得研究。龙门式机床的工作台只作Y 方向运动 ， X方向运动在龙门架上完成，上下导轮座挂于横架上，可以分别控制。这不仅增加了丝架的刚性，而且工作台只作 Y方向运动，省去了 X 方向滑板，有助于提高工作台的承重能力，降低整机总重量。 3）高速走丝电火花线切割机的走丝机构，是影响其加工质量及加工稳定性的关键部件，目前存在的问题较多。目前巳开发的恒张力装置及可调速的走丝系统，应在进一步完善的基础上推广应用。 （ 3）推
18、广多次切割工艺，提高综合工艺水平 切割速度与加工表面质量是一种矛盾，欲想在一次切割过程既获得很高的切割速度，又要获得很好的加工质量是困难的。提高电火花线 切割的综合工艺水平，采用多次切割是一种有效方法，即用较大的电规准进行第一次切割，以获得较高的切割速度，然后依次减小电规准，进行第二次、第三次切割，逐步修光，以获得满意的加工表面粗糙度和加工精度。 高速走丝电火花线线切割机采用多次切割工艺不仅是必要的，而且是可行的。 （ 4） 发展 PC 机控制系统，扩充线切割机的控制功能 目前国内已有的基于 PC机电火花线切割机数控系统主要用于加工轨迹的编程和控制， PC 机的资源并没有得到充分开发利用，今后
19、的趋势是将在以下几个方面进行深人开发研究： 1）开发和完善开放式的数控系统。目前高速走 丝电火花线切割机所用的数控软件是在 DOS 基础上开发的，有很大的局限性，难于进一步扩充其功能。现在应加速向以 pc 机为基础的开放式、多任务管理与控制系统发展，以便充分开发 PC机的资源，扩充数控系统功能。 沙伟卫 电火花线切割加工工艺设计及试验 5 2）继续完善数控电火花线切割加工的计算机绘图、自动编程、加工规机控制及其缩放等功能，扩充自动定位、自动找中心、低速走丝及自动穿丝、高速走丝及自动紧缩等功能，提高电火花线切割加工的自动化程度。 3）研究放电间隙状态数值检测技术，建立伺服控制模型，开发加工过程伺
20、服进给自适应控制系统。为了提高加工精度，还应对传动系统 的丝距误差及传动间隙进行精确检测，并利用 PC 机进行自动补偿。 4）开发和完善数值脉冲电源，并在工艺试验基础上建立工艺数据库，开发加工参数优化选取系统，以帮助操作者根据不同的加工条件和要求合理选用加工参数，充分发挥机床潜力。 5）深人研究电火花线切割加工工艺规律，建立加工参数的控制模型，开发加工参数自适应控制系统，提高加工稳 定性。 6）进一步开发有自主版权的电火花线切割 和人工智能软件。 积极采用现代技术，促进电火花线切割技术发展今后的电火花线切割技术开发研究将会涉及到：用激光测量技术来分析研究机床零部件的 制造质量；用有限元技术来分析机床结构的力学性能和热稳定性；用陶瓷等新材料来制造机床的关键零部件及其工夹具；用模糊控制技术来开发伺服进给和加工参数控制系统；用人工神经网络技术来研究各种复杂系统的输入量与输出量之间的关系 .并建立相关的神经网络模型；用数值模拟（计算机仿真）技术 ;上过程的各种疑难问题，并预测其结果；用专家系统或人工智能系统来控制加工过程等。 1.4 本章小节 本章节主要是对电火花线切割的发展介绍，了解电火花线切割的未来发展和目前电火花线切割加工技术的研究与发展趋势。了解电火花线切割机床的 分类以及加工环境，为以后的加工提供理论的支持。
