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線切割機床及編程簡介
2011-2-15 17:18:39

   數控電火花線切割機床及編程簡介

      數控電火花線切割機床既是數控機床,又是特種加工機床,它區別于傳統機床部分是: 
      1.數控裝置和伺服系統,
      2.不是依靠機械能通過刀具切削工件,而是以電、熱能量形式來加工。
      電火花加工在特種加工中是比較成熟的工藝。
      在民用,國防生產部門和科學研究中已經獲得了廣泛應用,其機床設備比較定型,且類型較多,但按工藝過程中工具與工件相對運動的特點和用途等來分,大致可以分為六大類,其中應用最廣,數量較多的是電火花成型加工機床和電火花線切割機床。我們這里介紹電火花線切割機床。
      電火花線切割加工是在電火花加工基礎上用線狀電極(鉬絲或銅絲)靠火花放電對工件進行切割,故稱為電火花線切割,有時簡稱線切割。
      控制系統是進行電火花線切割加工的重要組成部分,控制系統的穩定性、可靠性、控制精度及自動化程度都直接影響到加工工藝指標和工人的勞動強度。 

      一、數控加工和特種加工機床的種類 

      數控加工機床分類有兩種方法:
      1.按控制系統分類有點位控制、直線控制、連續控制三種,
      2.按伺服系統分類有開環、半閉環、閉環控制系統。
      傳統的切削加工方法主要依靠機械能來切除金屬材料或非金屬材料。隨著工業生產和科學技術的發展,產生了多種利用其他能量形式進行加工的特種加工方法,主要是指直接利用電能、化學能、聲能和光能等來進行加工的方法。在此,機械能以外的能量形式的應用是特種加工區別于傳統加工的一個顯著標志。

      新的能量形式直接作用于材料,使得加工產生了諸多特點,例如,加工用的工具硬度不必大于被加工材料的硬度,這就使得高硬度、高強度、高韌性材料的加工變得容易;又如,在加工過程中,工具和工件之間不存在顯著的機械切削力,從而使微細加工成為可能。正是這些特點,促使特種加工方法獲得了很大的發展,目前已廣泛應用于航空航天、電子、動力、電器、儀表、機械等行業。

      特種加工種類主要按其能量來源和工作原理的不同分類,主要有:
          電、熱能:電火花加工,電子束加工,等離子束加工;
          電、機械能:離子束加工;
          電、化學能:電解加工、電解拋光;
          電、化學、機械能:電解磨削、電解珩磨、陽極機械磨削;
          光、熱能:激光加工;
          化學能:化學加工、化學拋光;
          聲、機械能:超聲波加工;
          機械能:磨料噴射加工、磨料流加工、液體噴射加工。
          電子束和離子束加工以及同時用幾種加工方式的復合加工。 

      二、電火花線切割加工原理和必備條件 

      電火花線切割加工是利用工具電極(鉬絲)和工件兩極之間脈沖放電時產生的電腐蝕現象對工件進行尺寸加工。電火花腐蝕主要原因:兩電極在絕緣液體中靠近時,由于兩電極的微觀表面是凹凸不平,其電場分布不均勻離得最近凸點處的電場度最高,極間介質被擊穿,形成放電通道,電流迅速上升。在電場作用下,通道內的負電子高速奔向陽極,正離子奔向陰極形成火花放電,電子和離子在電場作用下高速運動時相互碰撞,陽極和陰極表面分別受到電子流和離子流的轟擊,使電極間隙內形成瞬時高溫熱源,通道中心溫度達到10000度以上。以致局部金屬材料熔化和氣化。
 
     電火花線切割加工能正常運行,必須具備下列條件:
      1.  鉬絲與工件的被加工表面之間必須保持一定間隙,間隙的寬度由工作電壓 、加工量等加工條件而定。
      2.  電火花線切割機床加工時,必須在有一定絕緣性能的液體介質中進行,如煤油、皂化油、去離子水等,要求教高絕緣性是為了利于產生脈沖性的火花放電,液體介質還有排除間隙內電蝕產物和冷卻電極作用。鉬絲和工件被加工表面之間保持一定間隙,如果間隙過大,極間電壓不能擊穿極間介質,則不能產生電火花放電;如果間隙過小,則容易形成短路連接,也不能產生電火花放電。

      3。  必須采用脈沖電源,即火花放電必須是脈沖性、間歇性,圖1中ti為脈沖寬度、to為脈沖間隔、tp為脈沖周期。在脈沖間隔內,使間隙介質消除電離,使下一個脈沖能在兩極間擊穿放電。 

      三、電火花線切割和成型機區別 

      1.電火花線切割的工具電極是沿著電極絲軸線移動著的線電極,成型機工具電極是成型電極,與要求加工出的零件有相適應的截面或形狀。
 
      2.線切割加工時工具和工件在水平兩個方向同時有相對伺服進給運動,成型機工件和工具只有一個相對的伺服進給運動。 

      四、電火花線切割機床組成 

      1.機床主體:床身、絲架、走絲機構、X—Y數控工作臺
      2.工作液系統 
      3.  高頻電源:產生高頻矩形脈沖,脈沖信號的幅值、脈沖寬度可以根據不同工作狀況調節。
      4.  數控和伺服系統 

      五、線切割加工的應用 

       1.廣泛應用于加工各種沖模。
        2.可以加工微細異形孔、窄縫和復雜形狀的工件
        3.加工樣板和成型刀具。
        4.加工粉末冶金模、鑲拼型腔模、拉絲模、波紋板成型模
        5.加工硬質材料、切割薄片,切割貴重金屬材料。
        6.加工凸輪,特殊的齒輪。
        7.適合于小批量、多品種零件的加工,減少模具制作費用,縮短生產周期。 

      六、編  程 

      在數控機床中編輯程序有兩種方式,一種是手工編程,另一種是自動編程。人工編程采用各種數學方法,使用一般的計算工具,人工地對編程所需的數據進行處理和運算。為了簡化編程工作,利用電子計算機進行自動編程是必然趨勢。自動編程使用專用的數控語言及各種輸入手段向計算機輸入必要的形狀和尺寸數據,利用專門的應用軟件即可求得各交切點坐標及編寫加工程序所需的數據。 

      1.手工編程 
      線切割機床編程格式是用3B指令格式:編程格式如表1所示,表中B為分隔符,它的作用是把X、Y、J這些數碼分開,便于計算機識別。當程序往控制器輸入時,讀入第一個B后它使控制器作好接受J值的準備,讀入第二個B后作好接受Y軸坐標值的準備。讀入第三個B后作好接受J值的準備。加工斜線時,程序中X、Y必須是該斜線段終點相對起點的坐標值。加工圓弧時,程序中X、Y必須是圓弧起點相對其圓心的坐標值。X、Y、J的數值均以um為單位。
      (1).記數方向G和記數長度J
      為保證所要加工的圓弧或線段能按要求的長度加工出來,一般線切割機床是通過控制從起點到終點某個工作臺進給的總長度來達到的。因此在計算機中設立了一個J記數器來進行記數,即把加工該線段的工作臺進給總長度J的數值預先置入J計數器中,加工時當被確定為記數長度這個坐標的工作臺每進給一步,J計數器就減1。這樣,當J計數器減到零時,則表示該圓弧或直線已加工到終點。加工斜線段時必須用進給距離比較長的一個方向作進給控制,若線段的終點為A(Xe,Ye),當|
      Xe |>| Ye
      |,記數方向取Gx,反之,記數方向取Gy,如果兩個坐標值一樣時,則兩個記數方向均可。當圓弧終點坐標靠近Y軸時,計數方向取Gx,靠近X軸時,計數千方向取Gy,既圓弧取終點坐標絕對值小的為記數方向。如圖3所示。
      記數長度是直線或圓弧在記數方向坐標軸上投影長度總和。對斜線段,
      當|Xe |>| Ye |時,取J=| Xe |,反之,則取J=| Ye
      |,對于圓弧,它可能跨越幾個象限,如圖,圓弧都是從A到B,后圖記數方向為Gx,J=Jx1+Jx2+Jx3, 
      記數方向為Gy,J=Jy1+Jy2+Jy3。
      (2).加工指令Z
      Z是加工指令總括符號,它共有12種,如圖4所示,其中圓弧指令有8種,SR表示順圓,NR表示逆圓,字母后面的數字表示該圓弧的起點所在象限,如SR1表示為該圓弧為順圓,起點在第一象限。對于直線加工指令用L表示,L后面的數字表示該線段所在的象限。對于和坐標重合的直線,正X軸為L1正Y軸為L2負X軸L3為負Y軸為L4。
      編程時,同學們要注意,線切割編程坐標系和數控車床、數控銑床坐標系的區別,線切割編程坐標系只有相對坐標系,每加工一條線段或圓弧,都要把坐標原點移到直線的起點或圓弧的圓心上。 

      編程舉例 

      加工輪廓,其中O點為起刀點,走刀路線可以從OA—AB—BC—CD—DE—EF—FA—AO,也可以從OA—AF—FE—ED—DC—CB—BA—AO,按OA—AB—BC—CD—DE—EF—FA—AO路線編程如下:
        走直線OA:B0 B20000 B20000 GY L2
        走直線AB:B40000 B0 B40000 GX L1
        走直線BC:B30000 B30000 B30000 GX L1
        走直線CD:B0 B20000 B20000 GY L2
        走圓弧DE:B35000 B0 B70000 GY NR1
        走直線EF:B0 B20000 B20000 GY L4
        走圓弧FA:B0 B15000 B30000 GX SR2
        走直線AO:B0 B20000 B20000 GY L4
        請同學們試著思考沿著OA—AF—FE—ED—DC—CB—BA—AO路線如何編程。 

      2.自動編程
      為了把圖樣中的信息和加工路線輸入計算機,要利用一定的自動編程語言(數控語言)來表達,構成源程序。源程序輸入后,必要的處理和計算工作則依靠應用軟件(針對數控語言的編譯程序)來實現。我們這里的數控編程語言的處理程序主要分為三部分:(1)輸入代碼直接加工;(2)畫圖轉化為代碼加工;
      (3)掃描圖形轉化為代碼加工。
      自動編程根據編程信息的輸入與計算機對信息的處理方式不同,分為以自動編程語言為基礎的自動編程方法和以計算機繪圖為基礎的自動編程方法。以語言為基礎的自動編程方法,在編程時編程人員是依據所用數控語言的編程手冊以及零件圖樣,以語言的形式表達出加工的全部內容,然后在把這些內容輸入到計算機中進行處理,制作出可以直接用于數控機床的NC加工程序。以計算機繪圖為基礎自動編程方法,編程人員先自動編程軟件的CAD功能,構建出幾何圖形,其后利用CAM功能,設置好幾何參數,才能制作出NC加工程序。
      現在比較常用的CAD/CAM軟件有Mastercam、Pro/e、UG等,金工中心線切割機床自動編程軟件則用國產CAXA。 

1、工件材料及毛坯
   模具工作零件一般采用鍛造毛坯,其線切割加工常在淬火與回火后進行。由于受材料淬透性的影響,當大面積去除金屬和切斷加工時,會使材料內部殘余應力的相對平衡狀態遭到破壞而產生變形,影響加工精度,甚至在切割過程中造成材料突然開裂。為減少這種影響,除在設計時應選用鍛造性能好、淬透性好、熱處理變形小的合金工具鋼(如Cr12、Cr12MoV、CrWMn)作模具材料外,對模具毛坯鍛造及熱處理工藝也應正確進行。
 2、模坯準備工序
   模坯的準備工序是指凸模或凹模在線切割加工之前的全部加工工序。
 (1)凹模的準備工序
 1) 下料 用鋸床切斷所需材料。
 2) 鍛造 改善內部組織,并鍛成所需的形狀。
 3) 退火 消除鍛造內應力,改善加工性能。
 4) 刨(銑) 刨六面,并留磨削余量0.4~0.6mm。
 5) 磨 磨出上下平面及相鄰兩側面,對角尺。
 6) 劃線 劃出刃口輪廓線和孔(螺孔、銷孔、穿絲孔等)的位置。
 7) 加工型孔部分 
 當凹模較大時,為減少線切割加工量,需將型孔漏料部分銑(車)出,只切割刃口高度;對淬透性差的材料,可將型孔的部分材料去除,留3~5mm切割余量.
 8) 孔加工 加工螺孔、銷孔、穿絲孔等。
 9) 淬火 達設計要求。
 10) 磨 磨削上下平面及相鄰兩側面,對角尺。
 11) 退磁處理
 (2)凸模的準備工序
   凸模的準備工序,可根據凸模的結構特點,參照凹模的準備工序,將其中不需要的工序去掉即可。但,應注意以下幾點:
 1) 為便于加工和裝夾,一般都將毛坯鍛造成平行六面體。對尺寸、形狀相同,斷面尺寸較小的凸模,可將幾個凸模制成一個毛坯。
 2) 凸模的切割輪廓線與毛坯側面之間應留足夠的切割余量(一般不小于5mm)。毛坯上還要留出裝夾部位。
 3) 在有些情況下,為防止切割時模坯產生變形,要在模坯上加工出穿絲孔。切割的引入程序從穿絲孔開始。

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