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特种加工实训报告

19
2020年4月19日
文档仅供参考

特种加工实训报告

院 系： 工 学 部
专 业： 机械工程及自动化
班 级： 11机自A5班
学 号： 4817177
姓 名： 韩旭
指导老师： 杨浩泉
完成日期： 12月13日

一、电火花线切割工作原理与特点

电火花线切割工作原理：如图1a、b为往复高速走丝电火花线切割工艺及机床的示意图。利用细钼丝4作工具电极进行切割，贮丝筒7使钼丝作正反向交替移动。加工能源由脉冲电源3供给，工件接脉冲电源正极，钼丝接负极。电极丝与工件之间保持一定的轻微接触压力，才形成火花放电。加工时，在电极丝和工件之间浇注工作液介质，工作台在水平面两个坐标方向各自按预定的控制程序，根据火花间隙状态作伺服进给移动，从而合成各种曲线轨迹，把工件切割成形。
图1.工作原理 1-绝缘底板 2-工件 3-脉冲电源 4-钼丝 5-导向轮 6-支架 7-贮丝筒

电火花线切割的特点：
（1）以0.03～0.35mm的金属线为电极工具，不需要制造特定形状的电极，加工材料为导体或半导体的材料，无论硬度如何。
（2）虽然加工的对象主要是平面形状，可是除了内侧圆角（直径是金属线半径加放电间隙）等个别限制外，任何复杂的开头都能够加工。
（3）轮廓加工所需加工的余量少，能有效地节约贵重的材料。
（4）电极丝损耗小，加工精度高。（高速走丝切割采用低损耗脉冲电源，加工精度能达到0.01～0.02mm；慢速走丝线切割采用单向连续供丝，在加工区总是保持新电极丝加工，加工精度达到0.002～0.005mm）
（5）依靠微型计算机控制电极丝轨迹和间隙补偿功能，同时加工凹凸两种模具时，间隙可任意调节。
（6）采用乳化液或去离子水作工作液，不会引燃起火，能够昼夜无人连续加工。
（7）任何复杂开头的零件，只要能编制加工程序就能够进行加工，因而很适合小批零件和试制品的生产加工，加工周期短，应用灵活。
（8）采用四轴联动，可加工上，下面异形体，形状扭曲曲面体，变锥度和球形等零件。

二、所使用的电火花线切割机床

此次电火花线切割实训所使用的机床是往复高速走丝线切割机床，由北京阿奇夏米尔工业电子有限公司制造，型号是FW12P，电压是“3/PE～380V”，频率是“50/60Hz”，功率是“2kVA”，如图2所示：
图2、往复高速走丝线切割机床 FW12P

该机床设备组成部分：脉冲电源，工作液及循环系统，床身，坐标工作台，走丝机构，贮丝筒，数控装置。
脉冲电源为线切割的能源；工作液及循环系统浇注工作液，防止放电引燃工件；床身用于支撑机床的各机构；坐标工作台用于安装固定工件；走丝机构，贮丝筒及在数控装置的控制下完成切割。
图3-（1）操作界面1
数控装置的一些操作界面如图3所示：

图3-（2）操作界面2
图3-（1）界面中，“置零”对应键盘上的F1按钮，用来设定加工坐标原点；“起点”对应键盘上的F2按钮，可使当前坐标点或是当前加工位置回到坐标原点；“中心”对应于键盘上的F3按钮，可使机床的钼丝对圆形孔或是其它规则的形孔自动测查、记录并定位到孔的中心；“找正”对应于键盘上的F4按钮，可在手动操作下，将钼丝移动到工件边缘；“条件”对应于键盘上的F5按钮，一般不使用，因为“条件”中的各参数都是机床的已调好参数；“参数”对应于键盘上的F6按钮，可调节线切割的放电间隙，脉冲宽度，脉冲间隔，走丝速度等参数。

图4.零件的轮廓图
图3-（2）界面中，“装入”对应于键盘上的F1按钮，用于选取外部编好的线切割程序或是数控装置内D盘中的程序；“存盘”对应于键盘上的F2按钮，用于将外部的程序导入D盘中；其它按钮功能如其名称。

三、零件轮廓图绘制与CNC程序
根据实训要求，经过UG或是Auto-CAD软件绘制自己的简单零件轮廓图。我所使用的是auto-CAD软件，所设计的零件轮廓图如图4所示，并将文件以“177.dxf”形式另存为。

使用Cimatron系统编写零件的线切割程序图5 打开177.dxf后的显示
。进入Cimatron系统，在“打开”菜单下选择刚才的“177.dxf”文件，如图5。
然后进入Cimatron系统CAD/CAM环境，点击工具栏右上角的“线切割”图标，进入CAM环境，如图6所示，再点击“新建路径”，按钮，新建路径对话框打开，如图7所示。

图8. 新建零件对话框
图7. 新建路径对话框
图6. CAM环境

根据图4的零件轮廓与图5的零件坐标系，并要求钼丝的引入路径L=2mm。因此，加工零件的x=-7，y=-5，z=0，单位是毫米，然后打绿色对勾确认所设置的参数，会出现图8的对话框。
图8中的参数均为默认，接下来经过“选择X，Y”框选拾取全部轮廓来新建零件，并点击Enter。那定义好零件轮廓后，还需定义引入路径。
点击“引入路径”后，打开定义引入运动窗口，如图9所示：
图9. 引入运动窗口
图10. 创立好引入路径
接受默认的定义方式，在图5左下角的竖边轮廓上选取中点，再将线的另一端点指向红色坐标的原点，这样，一条引入线就定义好了，如图10所示。

然后进入“编程”环境，点击“等锥加工”，将“Actspark2X”内的丝直径设为“0.18”mm，切割宽度为“0.2”mm，其它数据不改变。将“高级”内的“切割条件”设为“104”，补偿号是“1”。

其次，进入CAM环境，点击“计算”按钮，会在原零件轮廓外面再生成一个新的轮廓，即加工过程中钼丝的中心运动轨迹。再点击“模拟”按钮，进入模拟设置，取消“显示”喷嘴，点击播放，模拟过程如图11。
图11. 模拟过程

图12. 后处理对话框
停止模拟过程，点击“封闭”，结束计算与模拟过程。接下来点击CAM环境下的“后置处理”按钮，命名CNC程序号为 “177”，如图12所示。点击图12中的“后处理”按钮，会弹出CNC程序的记事本文件，并保存。
CNC程序如下：
H000 =+00000000;
H001 =+00000100;
H005 =+00000000;
( P001--------- );
T84 T86 G54 G90 G92 X+0Y+0;
C007;
G01X+3000Y+0;G04X0.0+H005;
G42H000;
C104;
G42H000;
G01X+4000Y+0;G04 X0.0+H005;
G42H001;
G01X+4000Y-1000;G04X0.0+H005;
G01X+9000Y-1000;G04X0.0+H005;
G01X+14000Y-1000;G04X0.0+H005;
G01X+14000Y+1000;G04X0.0+H005;
G01X+10500Y+1000;G04X0.0+H005;
G01X+10500Y+3000;G04X0.0+H005;
G01X+12500Y+3000;G04X0.0+H005;
G01X+12500Y+5000;G04X0.0+H005;
G01X+10500Y+5000;G04X0.0+H005;
G01X+10500Y+7000;G04X0.0+H005;
G03X+7500Y+7000I-1500J+ ;G04X0.0+H005;
G01X+7500Y+5000;G04X0.0+H005;
G01X+5500Y+5000;G04X0.0+H005;
G01X+5500Y+3000;G04X0.0+H005;
G01X+7500Y+3000;G04X0.0+H005;
G01X+7500Y+1000;G04X0.0+H005;
G01X+4000Y+1000;G04X0.0+H005;
G01X+4000Y+0;G04X0.0+H005;
G40H000G01X+0Y+0;
G01X+141Y+0;G04X0.0+H005;
G01X+141Y+141;G04X0.0+H005;
G01X-141Y+141;G04X0.0+H005;
G01X-141Y-141;G04X0.0+H005;
G01X+141Y-141;G04X0.0+H005;
G01X+141Y+0;G04X0.0+H005;
G01X+0Y+0;G04X0.0+H005;
T85 T87 M02;
(:: The Cutting length= 61.490MM);
关闭CNC程序的记事本，回到Cimatron系统，以“177.vcm”保存好文件，退出Cimatron系统。

四、用FW12P往复高速走丝线切割机床加工过程

图13自动界面
首先关闭机床，用数据线将笔记本电脑与机床的数控装置连接好，然后重新启动数控装置。在图3-（2）界面，经过“装入”按钮，从F盘选取“177”的CNC程程文件，enter确认，存入内存缓冲区。再经过“存盘”按钮，将内存中的程序文件存入数控装置的 D盘。再点击“装入”按钮，从D盘里面选取程序文件，enter确认。
然后点击“自动”的F9按钮，进入另一个界面，如图13所示，按“F3模拟”按钮，使其“on”再点enter确认，开始模拟。模拟加工，确认无误后，按F10回到手动界面，如图3-（1）。再使用“找正”按钮，将钼丝移动到工件边缘，停止运丝，置零，点x键与y键。
其次使用手控盒（如图14），将钼丝在x负方向移动，离开板边缘一毫米内的距离，再按“模拟”，使其off，按enter确认，即开始自动加工。

现场的加工过程及获得的成品如图15所示：

图15.
图14.手控盒

五、穿丝过程及注意事项

图16.穿丝示意图
1.主导轮 2.电极丝 3.辅助导轮 4.直线导轨 5.工作液旋钮 6.上丝盘 7.张紧轮 8.移动板 9.导轨滑块 10.贮丝筒 11.定滑轮12.绳索 13.重锤 14.导电块

穿丝:
(1)按一下互锁开关的小柱，置位互锁保护功能。将定位销轴穿入移动板8及立柱的定位孔内，使其不能左右移动。
(2)拉动电极丝头，依次从上至下绕接各导轮、导电块至贮丝筒（见图16与图17），将丝头拉紧并用丝筒的螺钉固定,调节贮丝筒下一端螺钉，使其对准相应一侧的光感限位。然后手动转动贮丝筒，使钼丝运动到另一端，同样使另一端的螺钉对准另一侧的光感限位。光感限位如图18。
图17. 钼丝经过上下导轮，导电块

(3)拔出移动板8上的定位销轴，转丝筒向中间移动约10mm。
(4)将左右撞块向中间各移动5～8mm，使贮丝筒上的丝能完全利用，又要保证预留一定的安全换向间距，取下丝筒摇把。
(5)机动操作丝筒往复运行二次，使张力均匀。至此整个穿丝过程结束。
图18. 黄颜色的光感限位

穿丝注意事项:
（1）穿丝前检查导轨滑块移动是否灵活，若有阻卡现象，可拆下移动板8(二个M8螺钉)，拆下直线导轨4(三个M6螺钉)，用汽油或煤油清洗，使滑块移动灵活，清洗干净后，注入润滑机油，重新装上。
（2）机动运丝前，须将丝筒上罩壳盖上，关闭立柱侧门，防止工作液甩出，并
确保安全。
（3）在使用操作面板上的运丝开关运丝时，或用遥控盒上的运丝开关丝时，断丝保护开关(在立柱内)、立柱侧门互锁开关和丝筒罩的互锁开关均起保护作用。
（4）穿丝前，检查导电块，若其上切缝过深，可松掉M5螺钉，将导电块转90°使用，使用中应经常保持导电块清洁，接触导电良好。
（5）在上主导轮1与上张紧轮7之间新安装了夹丝机构，在从上至下穿丝时，在夹丝处可先将电极丝夹住，然后继续穿丝至主导轮、下导轮至贮丝筒。穿丝完毕，一定要将电极丝从夹丝机构中取出。
（6）当丝筒互锁开关和立柱侧门互锁开关的小柱被拉出时，其互锁作用失效。在这种情况下，如果丝筒装有电极丝或摇把没有取下，严禁启动丝筒。

六、电极丝垂直找正
图19. 校直仪

当要进行精密零件加工时，或进行精加工时，需要重新调整电极丝对工作台架平面的垂直度。以下是经过采用校直仪（如图19）来进行电极丝的垂直找正。

在不放电不走丝的情况下用钼丝垂直校直仪（DF55-J50A）找正钼丝，操作方便，找正精度高。操作步骤如下：

（1）停止走丝，不放电（不能按F4找正键）；
（2）将电极丝张紧，擦拭干净被测表面；
（3）分别将工件表面（夹具平面）和校正器底面擦拭干净）；
（4）将校正器安放在台架表面上，并使测量头的a、b二测量面分别与x、y坐标方向平行，测量头应突出工件夹具，以便移动工作台时使测量头与电极丝接触；（5）将锷鱼夹夹在电极丝导电块上，插头插入校正器上的插座内；
（6）按本产品工作原理，分别校正检测电极丝在x、y轴坐标方向，相应a—a΄，b—b΄（测量面）对工件安装平面的垂直度，调整UV轴来校正垂直；
（7）若要精确校正垂直，可重复检测调整，直使上下两显示灯同时闪烁为止。

七、自动对准中心
停止运丝，使用受控盒将钼丝调至一个已准备好的规则形孔内，如长方形孔，并不处于孔的中心。然后按图3-（1）界面的“找正F4”，enter确认。若出现警告提示，如提示按“R”继续，钼丝自动找中心开始。
找中心的原理：钼丝首先沿着直线，先后轻微碰触长方形的左边框壁与右边框壁，记录两个坐标点后，计算这条直线的中点，并运动到此中点。然后钼丝沿着直线再先后轻微碰触长方形的上边框壁与下边框壁，记录两个坐标点后，也计算这条直线的中点，并运动到这条线的中点。那么两条垂直线的中点重合，即是长方形孔的中心。

八、测量加工零件，分心尺寸误差
使用游标卡尺测量零件后，总长12.58mm，总宽10.06mm，与 图4“总长12.5mm，总宽10mm”对比后，得出实际尺寸略大于理论尺寸，也超出了尺寸的“±0.02mm”。分析原因如下：
1.走丝机构传动精度的影响。走丝速度越快，影响越大。电极丝在放电加工区域移动的平稳程度，取决于走丝机构的传动精度。电极丝运动不平稳、速度不均匀，不但影响丝的使用寿命，还影响加工效果，严重时可能把电极丝拉断。电极丝运动的位置主要由导轮决定，如果导轮有径向跳动或轴向窜动，电极丝就会发生震动，震动幅度决定于导轮跳动或窜动值。
2.工件厚度的影响，工件薄，工作液容易进入并充满放电间隙，对排屑和消电离有利，加工稳定性好，但工件太薄，放电脉冲利用率和切割效率较低，且电极丝易产生抖动，对加工精度和表面粗糙度不利。工件厚，工作液难于进入和充满放电间隙，加工稳定性差，但电极丝不易抖动，对提高加工精度和便面精度和表面粗糙度有利，最初切割速度随着工件厚度的增加而增加，达到某一最大值后反而下降，这是因为厚度过大时，排屑条件变差。