资源简介

模块十二 电火花加工
教学目标 知识目标：掌握所用电火花成形机床的主要结构及组成；了解电火花成形加工必须具备的条件。 了解电火花成形加工工具电极的设计与安装找正；掌握编程代码及指令格式。 了解电火花线切割加工的特点；了解电火花线切割加工的工艺范围；掌握机床坐标轴和运动方向知识。 了解电火花线切割机床的基本操作步骤；掌握3B编程代码及指令格式。 技能目标：能进行开机和关机操作；能用手控盒移动机床工作台；正确维护与调整所用电火花成形机床。 能手工编制简单程序；正确维护与调整所用电火花成形机床。 能进行开机和关机操作；能用手控盒移动机床工作台；正确维护与调整所用电火花线切割机床。 能手工编制简单的3B程序；能用编程软件编制加工程序；正确维护与调整所用电火花线切割机床。
教学重点 掌握掌握3B编程代码及指令格式，能手工编制简单的3B程序。
教学难点 在教师辅助下，能够独立进行电火花加工的相关操作。
教学手段 实物演示；教学板书；录像插件；电子课件。
教学学时 20学时
教 学 内 容 与 教 学 过 程 设 计 注 释
模块十二 电火花加工 利用火花放电时产生的腐蚀现象对材料进行尺寸加工的方法称为电火花加工。电火花加工是与机械加工完全不同的一种新工艺。随着工业生产的发展和科学技术的进步，具有高熔点、高硬度、高强度、高脆性、高黏性和高纯度等性能的新材料不断出现，具有各种复杂结构与特殊工艺要求的工件越来越多，这就使得传统的机械加工方法不能加工或难于加工。因此，人们除了进一步发展和完善机械加工法之外，还努力寻求新的加工方法。电火花加工法能够适应生产发展的需要，并在应用中显示出很多优异性能，因而得到了迅速发展和日益广泛的应用。电火花加工包括电火花成形加工和电火花线切割加工。 课题一 电火花成形加工 1.电火花成形加工 利用具有特定几何形状的放电电极（EDM 电极）在金属（导电）部件上烧灼出电极的几何形状的加工称为电火花成形加工。 具体加工特点如下。 （1）目前电极材料多采用纯铜或石墨，因此，工具电极较容易加工。 （2）可以加工形状复杂的表面，由于可以简单地将工具电极的形状复制到工件上，所以特别适用于复杂表面形状工件的加工。 （3）可以加工有特殊要求的零件。 （4）由于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，所以适宜加工低刚度工件及微细加工。 2.电火花成形加工工艺范围 电火花成形加工采用纯铜、石墨、钢、铜钨合金等电极材料，能对碳素钢、工具钢、淬火钢、硬质合金及其他高硬度金属材料进行放电加工，可加工冲压模（落料模、复合模、级进模等）、型腔模（精锻模、压铸模、压延模、注塑模等）以及各种零件的坐标孔及复杂的异形曲面，还可以加工直径0.1 mm以上的小孔和宽度0.2 mm以上的窄缝，广泛应用于电动机、仪表、汽车、航天、轻工、军工、模具等行业。 实训一 操作电火花成形机床 一、实训内容 根据电火花成形机床的操作过程分组进行机床操作训练。 二、工艺知识 1.电火花成形加工必须具备的条件 电火花成形加工必须具备的条件有：采用脉冲电源；采用自动进给调节装置，以保持工具电极与工件电极间微小的放电间隙；火花放电必须在具有一定绝缘强度的液体介质中进行。 2.电火花成形机床主要结构及组成 机床主机主要由主轴箱、工作台、工作液槽、电源控制柜、床身、立柱等组成。 1）主轴箱 主轴伺服系统采用交流伺服电动机拖动，通过圆弧同步齿形带减速及滚珠丝杠副传动，驱动主轴做上下伺服运动。 2）工作台 工作台和鞍座的导轨均采用直线滚动导轨，工作台的纵、横（X轴、Y轴）运动采用交流伺服电动机通过联轴节直接驱动滚珠丝杠来完成。工作台上有三条T形槽，用于夹紧副工作台或工件。 3）工作液槽 工作液槽固定在工作台上，用来存放工作液，下端有回油盘，当打开时油沿着回油盘通过回油管流回油箱。 4）电源控制柜 电源控制柜内设有脉冲电源及控制系统、主轴伺服控制系统、机床电器安全及保护系统。 5）床身、立柱 床身、立柱支撑其他部件的安装及运动。 三、电火花成形机床的实训操作 1.开机 闭合电源控制柜总开关，脱开急停按钮（蘑菇头按箭头方向旋转），按下启动键，机床启动。 2.手动移动工作台 用手控盒移动机床主轴和工作台，掌握正确的移动方向，能调整移动速度。 3.关机 按下急停按钮，关闭机床电源。 四、注意事项 (1)机床的零部件不允许任意拆卸，以免其丧失精度。 (2)开机后，加工软件未启动时，不要按任何键。 (3)严禁两人同时操作。 (4)严禁操作者在机床运转过程中离开机床。 (5)关机后应擦拭机床，滑润机床属于日常保养，应每日进行。 五、评分标准 填写该实训评分表。 实训二 电火花成形零件加工 一、实训内容 根据电火花成形机床加工操作过程加工零件。 二、工艺知识 1.工具电极的设计 电火花成形加工时，常用的工具电极材料有石墨和纯铜两种，工具电极的形状与被加工零件的形状相匹配，工具电极尺寸＝工件内腔尺寸-2×火花间隙。 2.工具电极的安装找正 1）工具电极安装 工具电极安装时，可借助电极套筒、电极柄、钻夹头、U形夹头、管状电极夹头等辅助工具将不同类型的工具电极相应地夹紧在电火花成形机床的主轴上。 2）工具电极找正 工具电极安装完毕后，必须对工具电极进行找正，确保电极的轴线与工件保持垂直。工具电极的找正方法有以下几种。 （1）用精密刀口角尺找正工具电极。 （2）用百分表找正工具电极。 （3）用划线盘找正工具电极。 （4）用工件模板找正工具电极。 3.编程代码及指令格式 表12-1为电火花成形加工编程常用代码、常用辅助代码及指令格式一览表。 三、电火花成形零件加工实训操作 以去除断在工件中的钻头和丝锥的电火花加工方法为例进行分析。 1.加工分析 钻削小孔和用小丝锥攻螺纹时，刀具由于硬且脆，其抗弯、抗扭强度较低，所以往往被折断在加工孔中。为了避免工件报废，可采取电火花加工方法去除断在工件中的钻头和丝锥。 2.工具电极的设计与制作 1）工具电极的设计 工具电极的直径可根据钻头和丝锥的直径来设计。 2）工具电极的制作 工具电极为圆柱形，可在车床上一次加工成形。通常制作成阶梯轴，装夹大端，有利于提高工具电极的强度。 3.安装与找正工具电极 工具电极可用钻夹头固定在主轴夹具上，用精密刀口角尺找正，使工具电极与工作台X轴和Y轴方向垂直。 4.安装与找正工件 有定位要求的工件，一定要做出一对直角基准面，在工件固定以前应分别用百分表找正，使两基准面与工作台纵、横坐标移动方向平行，根据工件精度要求，一般为0.005～0.01 mm。 5.编程并选择合理的加工参数 根据加工要求编辑程序,并选择合理的加工参数。 6.工作液面的调整 为了加工安全，工作液面必须高出工件加工面一定高度，通过液面高度调整手轮，一般情况下液面至少高出加工面50 mm左右。 7.放电加工 进入加工界面，选择加工按键后按下回车键，实现放电加工。 8.机床维护 完成加工后，清理机床。 四、注意事项 (1)在进行移动、加工等操作时，对话框中的默认单位是μm。 (2)在程序编辑中，输入的坐标数值的默认单位是μm，加上小数点后表示的单位是mm。 (3)加工时应关闭机床门。 五、评分标准 填写该实训评分表。 课题二 电火花线切割加工 电火花线切割加工的基本原理与电火花成形加工一样，也是利用工具电极对工件进行脉冲放电时产生的电腐蚀现象来加工的。但是，电火花线切割加工不需要制作成形电极，而是用运动着的金属丝作为电极，在电极丝和工件之间注入一定量的液体介质，只需有效地控制电极丝和工件在XY水平面内的相对运动轨迹和速度，使它们之间发生脉冲放电，就可以切割出具有一定形状和尺寸的工件。 实训一 操作电火花线切割机床 一、实训内容 根据电火花线切割机床操作过程操作机床。 二、工艺知识 1.电火花线切割加工特点 （1）不需要制造成形电极，工件材料的预加工量少。 （2）只对工件材料进行图形轮廓加工，图形内外的材料都可以利用。 （3）能够方便地加工形状复杂的型孔、微孔、窄缝等。 （4）数控高速走丝电火花线切割加工，直接采用精加工或半精加工规准一次加工成形，一般不需要中途转换规准。 （5）由于采用能够移动的长电极丝进行加工，单位长度电极丝损耗较少，对加工精度影响较小。 2.电火花线切割加工主要应用领域 （1）加工冲模，包括大、中、小型冲模的凸模、凹模、固定板、卸料板等的加工。 （2）加工镶拼型腔模、粉末冶金模、弯曲模、拉丝模等。 （3）加工样板、成形刀具等。 （4）加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的零件。 （5）加工各种特殊材料和特殊结构的零件。 （6）各种导电材料，特别是稀有贵重金属的切割；各种特殊结构零件的切断等。 3.电火花线切割加工必须具备的条件 （1）电极丝与工件之间必须保持一定的放电间隙。 （2）必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，如皂化油、去离子水等。 （3）放电必须是短时间的脉冲放电。 4.电火花线切割机床主要结构及组成 电火花线切割机床按走丝速度可分为慢速走丝方式和高速走丝方式线切割机床。通常电火花线切割机床由机械本体、脉冲电源和控制系统三大部分组成。机械本体包括床身、工作台、贮丝机构、线架、工作液箱、附件和夹具等。 1）床身 床身一般为铸件，是工作台、贮丝机构及线架的固定基础。 2）工作台 工作台纵横向移动采用滚动直线导轨副，既有利于提高数控系统的响应速度和灵敏度，又能实现高定位精度和重复定位精度，有效地保证了工件的加工精度。 3）贮丝机构 贮丝机构的作用是保证电极能进行往复的高速运行，由电动机传动贮丝筒做高速正反向转动。 4）脉冲电源 脉冲电源能产生5～100 kHz的电脉冲，并将其输给工件和电极丝，当工件和电极丝间距离很小时，即可击穿工作液介质产生火花放电，使工件受到电腐蚀。 5）控制系统 控制系统分为切割轨迹控制系统与进给控制系统，此外，还有走丝机构控制系统、机床操作控制系统以及其他辅助控制系统。 三、电火花线切割机床的实训操作 1.开机（以某线切割机床为例） 将控制系统电源打开，选择进入加工状态，按回车键。 2.手动选择移动工作台 按F1键，按下面板上的“进给”键，步进电动机锁定被打开，按手控盒“＋X”、“-X”、“＋Y”、“-Y”，确定L1、L3或L2、L4方向，应以导丝架运动方向为依据，当导丝架沿正X向运动时为L1，反向为L3；当导丝架沿正Y向运动时为L2，反向为L4。 3.关机 工件切割完毕，抬起“高频”、“进给”、“加工”、“变频”键。按下红色蘑菇头，将总电源拨到“0”位置，关闭电源。 四、注意事项 (1)机床的不同部位应使用不同规格的润滑油，并根据具体情况定期注油润滑。 (2)关机后擦拭机床，润滑机床属于日常保养，应每日进行。 (3)严禁两人同时操作。 (4)严禁操作者在机床运转过程中离开机床。 五、评分标准 填写该实训评分表。 实训二 线切割零件加工 一、实训内容 利用线切割机床加工工件。 二、工艺知识 1.手工编制简单零件线切割加工程序的方法 为了便于机器接受“命令”，必须按照一定的格式来编制线切割机床用的数控程序。程序格式有3B、4B、5B及ISO和EIA等。目前国内使用最多的是3B格式，ISO和EIA是国际通用的格式。手工编程是数控线切割编程的基础。 3B程序格式见表12-2。 1）计数方向G和计数长度J (1）计数方向G及其选择。为保证所要加工的圆弧或线段能按要求的长度加工出来，一般线切割机床是通过控制从起点到终点某个拖板进给的总长度来达到的。因此，在计算机中设立一个J计数器来进行计数。即把加工该线段拖板进给总长度J的数值预先置入J计数器中。 （2）计数长度J的确定。当计数方向确定后，计数长度J应取在计数方向上从起点到终点拖板移动的总距离，也就是圆弧或直线段在计数方向坐标轴上投影长度的总和。 2）加工指令Z Z是加工指令的总括符号，共分12种。圆弧加工指令有8种，SR表示顺圆，NR表示逆圆，字母的下标数字表示该圆弧走第一步进入的象限。对于直线段的加工指令用L表示，L的下标数字表示该线段所在象限。对于与坐标轴重合的直线段，正X轴为L1，正Y轴为L2，负X轴为L3，负Y轴为L4。 2.手工编程实例 数控线切割编程时，应将被加工图形分解为若干圆弧段与直线段，然后按加工顺序依次编写加工程序。因为该图形由两条直线段和两条圆弧段连接组成，所以应分为4段编写加工程序。 1）加工圆弧AB 以该圆弧圆心E为坐标原点，经计算圆弧起点A的坐标得出X=0 mm,Y=10 mm。 2）加工直线段BC 以起点B为坐标原点，BC与X轴正方向重合。 3）加工圆弧CD 以该圆弧圆心F为坐标原点，经计算圆弧起点C的坐标得出X=0 mm,Y=10 mm。 4）加工直线段DA 以起点D为坐标原点，DA与X轴负方向重合。 编程时应注意如下问题。 （1）工件有公差的编程尺寸应采用中差尺寸。 （2）间隙补偿量的确定。间隙补偿量=电极丝半径±单边放电间隙。 （3）编程时还应加入引入及引出程序。 3.应用CAXA线切割软件进行线切割加工自动编程 CAXA线切割是一个面向线切割机床数控编程的软件系统，在我国线切割加工领域有广泛的应用。它可以为各种线切割机床提供快速、高效率、高品质的数控编程代码，极大地简化数控编程人员的工作。CAXA线切割可以快速、准确地完成在传统编程方式下很难完成的工作，通过自动编程工具可以使操作者以交互方式绘制需切割的图形，生成带有复杂形状轮廓的两轴线切割加工轨迹。 下面以一个零件的加工为例说明其操作过程。 1）绘制工件图形 打开CAXA线切割绘图软件，在屏幕上作图。 （1）画圆。画圆的步骤如下。 ①选择“基本曲线—圆”菜单项，用“圆心—半径”方式作圆。 ②输入(10，10)以确定圆心位置，再输入半径值8，画出一个圆。 ③继续用画圆的命令作圆，输入圆心点(50，10)，输入半径值8，画出第二个圆。 ④再继续用画圆的命令作圆，输入圆心点(30，20)，输入半径值12，画出第三个圆。 （2）画直线。画直线的步骤如下。 ①选择“基本曲线—直线”，选用“两点线”方式，系统提示输入“第一点(切点，垂足点)”位置。 ②单击空格键激活特征点捕捉菜单，从中选择“切点”。 ③然后在R8 mm的圆的适当位置上单击，此时移动鼠标可看到光标拖画出一条假想线，系统提示输入“第二点(切点，垂足点)”。 ④再次单击空格键激活特征点捕捉菜单，从中选择“切点”。 ⑤再在R12 mm圆的适当位置确定切点，即可方便地得到这两个圆的外公切线。 ⑥另两条公切线同样利用此命令轻松画出。 （3）最后编辑。选择“曲线编辑——裁剪”，选用“快速裁剪”方式，系统提示“拾取要裁剪的曲线”，注意选取被剪掉的段，回车完成图形。 2）轨迹生成 轨迹生成是在已经构造好轮廓的基础上，结合线切割加工工艺，给出确定的加工方法和加工条件，由计算机自动计算出加工轨迹的过程。 （1）选择“轨迹生成”项，在弹出的对话框中按缺省值确定各项加工参数。 （2）在本例中，加工轨迹与图形轮廓应有偏移量，加工时，电极丝加工轨迹向原图形轨迹之外偏移进行“间隙补偿”。 3）加工仿真 拾取“加工仿真”，选择“连续”与合适的步长值，系统将完整地模拟从起步到加工结束之间的全过程。 4）生成线切割加工程序 选择“生成3B 代码”项，注意存储代码的磁盘位置。然后选取生成的加工轨迹，即可生成该轨迹的加工代码。 4.工件的装夹 线切割是一种贯通加工方法，因而工件装夹后被切割区域要悬空于工作台的有效切割区域，一般采用悬臂支撑或桥式支撑方式装夹。由于线切割的加工作用力小，不像金属切削机床要承受很大的切削力，所以其装夹夹紧力要求不大，有的工件加工还可用磁力夹具夹紧。 5.工作液的使用 工作液的供给要充分，但流量不需太大，一般只要能充分包住电极丝，这样就能使工作液顺利进入加工区，达到稳定加工的效果。使用中还要注意及时更换工作液。 三、零件加工实训操作 1.开机 启动机床，进入加工界面。 2.对刀 手动选择移动工作台对刀定位，必须保证零件加工按要求轨迹完成。 3.读取加工程序 进入加工界面，根据加工程序的存储路径把要加工程序的文件调入计算机内。 4.开机后打开工作液 在进行切割前，先开走丝电动机，待导轮转动后，再打开工作液开关，切忌在导轮转动前打开工作液开关，否则工作液会因没有导轮转动离心力作用而进入轴承内，进而损伤轴承。 5.合理选择电参数 根据加工工件的材质和高度选择高频电源规准，即利用控制柜操作面板选择脉冲宽度和脉停宽度。 6.加工 按下控制柜操作面板上的“进给”、“加工”键，选择“加工电流”大小，按下“高频”键，再按“加工”键，将进给旋钮调到进给速度比较慢的位置（进给旋钮逆时针旋转），按下控制柜操作面板的“变频”键。 7.关机 工件切割完毕，抬起“高频”、“进给”、“加工”、“变频”键。先关工作液开关，稍待片刻再关掉走丝电动机，关贮丝筒电动机时最好在换向位置，这样可以减少断丝造成的钼丝浪费。按下红色蘑菇头，将总电源拨到“0”位置，关闭电源。 8.清洁维护机床 将工件取下，清理工作台，擦拭干净，并涂油防锈。 四、注意事项 (1)上电极丝时，摇柄是高速走丝线切割机床装调电极丝时必备的附件，使用时插入贮丝筒轴端，若此时贮丝筒电动机旋转，就可能使摇柄甩出伤人。因此，一定要养成习惯，用后及时拔出摇柄。 (2)电极丝尤其是钼丝都很细，易扎手，使用时要注意。废丝应及时放入规定的容器内。 (3)清洁机床时，若不需要电力驱动，要切断电源，以防触电。 (4)加工完成之后，首先要切断高频电源，之后关掉工作液开关，让电极丝运转一段时间后再停丝。 五、评分标准 填写该实训评分表。 明确该模块学习重点，在任务驱动下开始教学。 明确实训任务 讲解电火花成形加工必须具备的条件。 教师按电火花成形机床实训操作步骤进行演示并提示各个步骤要点，学生观察。 提示实训过程中需要注意的问题。 根据实训表现，填写评分表。 明确实训任务 掌握工具电极的安装找正的步骤及方法，了解编程代码及指令格式。 教师按电火花成形零件加工实训操作步骤进行演示并提示各个步骤要点，学生观察。 提示实训过程中需要注意的问题。 根据实训表现，填写评分表。 明确实训任务 了解电火花线切割加工特点、适用情境。 讲解了电火花线切割加工必须具备的条件，了解电火花线切割机床主要结构及组成。 教师按电火花线切割机床实训操作步骤进行演示并提示各个步骤要点，学生观察。 提示实训过程中需要注意的问题。 根据实训表现，填写评分表。 明确实训任务 掌握手工编制简单零件线切割加工程序的方法，并以实例加以说明。 教师按零件加工实训操作步骤进行演示并提示各个步骤要点，学生观察。 提示实训过程中需要注意的问题。 根据实训表现，填写评分表。

展开更多......

收起↑