特种加工实验指导书

精密与特种加工技术综合实验指导书 预习题 了解数控电火花线切割、电火花成型加工机床的工作原理、工艺特点及应用范围。 一、实验目的 1、了解数控电火花线切割、电火花成型加工机床的工作原理、工艺特点及应用范围。 2、了解数控电火花线切割、电火花成型加工机床的基本组成及各部分作用。 3、了解放电加工中的主要影响因素。 4、掌握数控电火花线切割、电火花成型加工工艺及操作方法，并能编制一般零件的数控程序。 二、实验仪器 DK7740、DK7750数控电火花线切割，D540电火花成型加工机床 三、实验原理 （一） 电火花加工简介 电火花加工也叫放电加工，是利用电能和热能进行加工，靠工具电极和工件电极之间的脉冲性火花放电，在工件电极表面产生局部瞬间的高温，来蚀除多余金属的工艺方法。 1940年前后，苏联科学家拉扎连柯夫妇发现，电器开关通断电时产生的火花，造成烧毛甚至损毁的现象。之后经过一系列的研究，苏联在上世纪50年代末发展出利用电火花来进行加工的新工艺。 目前，电火花加工主要包括电火花线切割加工和电火花成型加工两大类，多采用数控技术，主要用来加工硬质合金、淬火钢等难以加工的材料，以及复杂表面和有特殊要求的零件。 （二） 电火花线切割加工 电火花线切割的工作原理是利用移动的细金属丝（铜丝或钼丝）作为工具电极，对工件进行脉冲火花放电，切割成形。 1、电火花线切割加工原理 电火花线切割加工的基本原理如图1所示，被切割的工件作为工件电极，电极丝作为工具电极。工件接脉冲电源的正极，当来一个电脉冲时，在电极丝和工件之间就可能产生一次火花放电，在放电通道中瞬时可达到5000℃以上高温使

工件局部金属熔化，甚至少量汽化，高温也使电极和工件之间的工作液部分产生汽化，并且有爆炸特性。靠这种热膨胀和局部微爆炸，抛出熔化和汽化了的金属材料而实现对工件材料进行电蚀切割加工。 2、电火花线切割机的分类 根据电极丝的移动速度即走丝速度，电火花线切割即通常分为两大类：走丝速度低于0.2m/s的低速走丝电火花线切割机，也叫慢走丝；走丝速度为8~10m/s的高速走丝电火花线切割机，也叫快走丝。国内的电火花线切割机床大多是快走丝，其价格低，采用的工具电极钼丝可以往复使用，但加工精度低，穿丝困难；慢走丝加工精度高，穿丝容易，但价格较高，而且所用的加工电极黄铜丝都是一次性使用，造成加工成本远高于快走丝。 表 1 电火花线切割机的工艺参数 工艺指标 机型 工具电极 走丝速度 m∕s 加工精度 ／μm 表面粗糙度 （Ra）∕μm 最大加工速度 ㎜²∕min

低速走丝 黄铜丝，一次性使用 ≤0.2 0.2 0.1 300 高速走丝 钼丝，可以往复使用 8～10 1.5 2.5 120 3、DK7750高速走丝线切割机床的组成部分 高速走丝电火花线切割机DK7750的机床型号及主要技术参数含义如下：

图1 电火花线切割加工原理 高速走丝线切割机主要由机床、脉冲电源、控制系统三大部分和工作液循环系统组成如图2所示。

（1）机床本体 机床本体由床身、走（运）丝装置、工作台和丝架等组成。 ①床身 用于支承和连接工作台、运丝装置等部件和工作液循环系统。 ②走（运）丝装置 电机通过连轴节带动储丝筒交替作正、反向运动，钼丝整齐地排列在储丝筒上，并经过丝架作往复高速移动。 ③工作台 用于安装并带动工件在水平面内作X、Y两个方向的移动。工作台分上、下两层，分别与X、Y向丝杠相连，由两个步进电机分别驱动。步进电机每接受到计算机发出的一个脉冲信号，其输出轴就旋转一个步距角，再通过一对变速齿轮带动丝杠转动，从而使工作台在相应的方向上移动0.001㎜。工作台的有效行程为550㎜×650㎜。 ④丝架 丝架的主要功能是在电极丝按给定丝速度运动时，对电极丝起支撑

D K 7 7 50 基本参数代号（工作台横向行程500㎜） 型别代号（高速走丝线切割机床） 组别代号（电火花加工机床） 机床特性代号（数控） 机床类别代号（电加工机床）

图2 DK7750高速走丝线切割机床结构简图 1-储丝筒；2-走丝溜板；3-丝架；4-上工作台；5-下工作台；6-床身；7-脉冲电原及微机控制柜 作用，并使电极丝工作部分与工作台平面保持一定的几何角度。 （2）脉冲电源 脉冲电源又称高压电源，其作用是把普通的50Hz交流电转换成高频率的单向脉冲电压，加工中供给火花放电的能量。电极丝接脉冲电源负极，工件接正极。 （3）微机控制装置 微机控制装置的主要功能是轨迹控制。其控制精度为±0.001㎜，机床切割加工精度为±0.01㎜。 （4）工作液循环系统 由工作液泵、工作液箱和循环导管组成。工作液起绝缘、排屑、冷却的作用。每次脉冲放电后，工件与（钼丝）之间必须迅速恢复绝缘状态，否则脉冲放电就会转变为稳定持续的电弧放电，影响加工质量。在加工过程中，工作液可把加工过程中产生的金属微颗粒迅速从电极之间冲走，使加工顺利进行，工作液还可冷却受热的电极丝和工件，防止烧丝和工件变形。 4、电火花线切割的工艺特点 （1）不需要特定的工具电极，用简单的电极丝即可对工件进行加工。可切割各种高硬度、高强度、高韧性和高脆性的导电材料，如淬火钢、硬质合金等。 （2）电极丝比较细，而且电极丝在加工中不停的移动，基本上可以不考虑电极丝损耗对加工精度的影响，有利于加工微细的异形孔、窄缝和复杂形状的工件。尺寸精度可达0.02～0.01㎜，表面粗糙度Ra值可达1.6μm。还可以切割带斜度的模具或工件。 （3）自动化程度高，操作方便，劳动强度低。 （4）加工周期短，成本低。 （三）电火花成型加工 1、电火花成型加工原理 与电火花线切割加工不同，电火花成型加工需要根据工件的大小、形状和复杂程度，设计特定的工具电极。 从微观角度，工具电极与工件电极的表面是凸凹不平的。在脉冲电源的作用下，两个电极之间的工作液介质（通常是煤油）被击穿，形成火花放电，导致瞬间的高温。高温的作用下，工作液介质被汽化，同时也使金属材料熔化乃至汽化，这些汽化后的工作液和金属蒸汽瞬间迅速向外膨胀形成气泡，将熔化和汽化的金属向外抛出。抛出的金属遇冷凝结成小颗粒，电极的表面则形成电坑。这时可以看到放电间隙处冒出很多小的气泡，工作液变黑，并有轻微的爆炸声。随着脉冲电压下降至零，一次脉冲放电过程结束。 2、电火花成型机的分类 按用途不同，常用的电火花加工机床有电火花穿孔和成形加工机床。 按机床结构不同，分为立柱式、龙门式、滑枕式、悬臂式和台式。立柱式是最常用的结构形式，在床身上安装了立柱和工作台。工作台下是X轴和Y轴拖板，可以完成水平方向的移动。 3、DK7140电火花成形机床的组成部分 根据《特种加工机床型号编制方法》，DK7140电火花成形机的机床型号及主要技术参数含义如下：

采用立柱式机构，主要由主机、工作液循环系统和脉冲电源三大部分组成如图3所示。

D K 7 1 40 基本参数代号（工作台横向行程400㎜） 型别代号（电火花成形机床） 组别代号（电火花加工机床） 机床特性代号（数控） 机床类别代号（电加工机床） （1）主机 主机即机床的主体，由床身和立柱、工作台、主轴组成。 床身和立柱是机床的主体部分，床身一般采用刚性较好的箱体结构，立柱牢牢的固定在床身上；工作台的下部装有X轴和Y轴拖板，可以沿X轴和Y轴水平移动；主轴是电火花成形机床的关键部件，由伺服进给机构、导向机构和辅助机构组成，在主轴上安装有百分表测量移动位置。 （2）工作液循环系统 工作液循环系统由工作液泵、工作液箱、过滤器和管道组成，主要功能是对工件和工具电极降温，并对工作液进行过滤，除去加工过程中产生的杂质。 （3）脉冲电源 脉冲电源的作用是把普通的50Hz交流电转换成一定频率的单向脉冲电压，用以供给电火花放电间隙所需要的能量。工具电极接脉冲电源负极，工件接正极。 4、电火花成形机的工艺特点 （1）适合于难切削材料的加工。电火花加工是靠放电时的电热作用实现的，材料的可加工性主要取决于材料的导电性及其热学特性，而几乎与其力学性能(硬度、强度等)无关，因此电火花加工突破了传统切削加工对刀具的限制，实现了用软的工具加工硬韧的工件。 （2）可以加工特殊及复杂形状的零件。电火花加工中工具电极和工件不直接接触，没有机械加工的切削力，因此适宜加工低刚度工件及微细加工。由于可以简单地将工具电极的形状复制到工件上，因此特别适用于复杂表面形状工件的

图3 DK7140电火花成形机床 加工，如复杂型腔模具加工等。 （3）易于实现加工过程自动化。电火花加工直接利用电能加工，而电能、电参数易于数字控制，因此电火花加工适应智能化控制和无人化操作等。 （4）可以改进加工零件的结构设计，改善其结构的工艺性。例如采用电火花加工，可以将拼镶结构的硬质合金冲模改为整体式结构，从而减少了模具加工工时和装配工时，延长了模具使用寿命。 （5）需要根据加工工件的要求，定制专用的电极。 四、实验内容 （一）3B代码手工编程 线切割手工编程常用代码有3B和ISO两种，国产的快走丝机床常采用3B代码编程，而ISO代码在慢走丝机应用较广。我们以3B代码编程为例，来了解编程所需要进行的各种计算，以及编程的原理和过程。每个3B程序都由若干个程序段组成，程序段的格式见下表。 表 2 3B程序段格式

顾名思义，3B编程是指程序段中必须含有3个固定的作为分隔符的字母“B”，程序段中其他的各项数值根据加工的线段类型是直线段或者圆弧而有所不同。 1、直线段的3B代码编程 3B编程对平面坐标系的规定是这样的：面对机床，以工作台平面为坐标平面，左右方向为x轴，且向右为正；前后方向为Y轴，且向前为正。 （1）X、Y值的确定 ①以线段的起点为原点建立直角坐标系，X和Y为线段终点坐标(Xe，Ye)的绝对值。 ②在直线段的3B代码中，X、Y值主要是确定该线段的斜率，所以，可将线段终点的绝对值坐标以它们的最大公约数作为X、Y的值，以简化数值。 ③当线段与x轴或y轴重合时，为区别一般线段，x和y均可为零且可以不写，但分隔符仍须保留。 ④3B代码中要求X、Y、J值的尺寸单位是μm。 （2）计数长度J值和计数方向G的确定

B X B Y B J G Z 分隔符 X坐标值 分隔符 Y坐标值 分隔符 计数长度 计数方向 加工指令