浅谈机械加工中的新工艺方法毕业设计

浅谈机械加工中的新工艺方法I网络高等教育本 科 生 毕 业 论 文（设 计）题 目： 浅谈机械加工中的新工艺方法 学习中心： 层 次： 专 业： 年 级： 年春/秋 季 学 号： . 学 生： 指导教师： 完成日期： 浅谈机械加工中的新工艺方法I内容摘要本文以电火花成型加工、电火花线切割加工、激光加工、微机数控旋转电火花加工以及微机数控旋转电火花加工为研究对象，首先阐述了各种新型加工工艺的原理，然后分别介绍了各种工艺的基本设备及其结构，最后介绍了各种工艺的特点及应用。关键词：电火花；线切割；激光加工；超声波加工浅谈机械加工中的新工艺方法II目 录内容摘要 .I1.电火花成型加工 .11.1 电火花成型加工原理与条件 .11.2 电火花成型加工机床的组成与结构 .21.3 电火花成型加工的工艺特点与应用原理 .42.电火花线切割加工 .62.1 电火花线切割原理 .62.2 电火花线切割机床的组成 .72.3 电火花线切割的特点 .82.4 电火花线切割的应用 .93.激光加工 .103.1 激光加工原理 .103.2 激光加工基本设备的组成 .103.3 激光加工的特点与应用 .114.微机数控旋转电火花加工 .144.1 旋转电火花加工机理 .144.2 旋转电火花加工机床 .144.3 旋转电火花加工的特点 .144.4 旋转电火花加工的应用 .155.超声波加工 .165.1 超声波加工的基本原理 .165.2 超声波加工设备的组成 .165.3 超声波加工的特点 .175.4 超声波加工的应用 .17参考文献 .20浅谈机械加工中的新工艺方法11.电火花成型加工1.1 电火花成型加工原理与条件电火花加工又称为放电加工（Electrical Discharge Machining，简称为EDM） ，是一种直接利用电能和热能进行加工的新工艺。工艺系统如图 1-1 所示。图 1-1 电火花成型加工系统电火花加工原理主要用于模具生产中的型孔、型腔加工，已成为模具制造业的主导加工方法，推动了模具行业的技术进步。电火花加工时，脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极，两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质（常用煤油或矿物油或去离子水）中。工具电极由自动进给调节装置控制，以保证工具与工件在正常加工时维持一很小的放电间隙（0.010.05mm） 。当脉冲电压加到两极之间，便将当时条件下极间最近点的液体介质击穿，形成放电通道。由于通道的截面积很小，放电时间极短，致使能量高度集中（10107W/mm） ，放电区域产生的瞬时高温足以使材料熔化甚至蒸发，以致形成一个小凹坑。第一次脉冲放电结束之后，经过很短的间隔时间，第二个脉冲又在另一极间最近点击穿放电。如此周而复始高频率地循环下去，工具电极不断地向工件进给，它的形状最终就复制在工件上，形成所需要的加工表面。与此同时，总能量的一小部分也释放到工具电极上，从而造成工具损耗。每个脉冲放电后，在工件表面上形成一个微小的凹坑，如图 1-2（a）所示。放电过程多次反复进行，随着工具电极不断进给，材料逐渐被蚀除，工具电极的轮廓形状即可复印在工件上，从而达到成型加工的目的，整个表面是由无数凹坑组成的，如图 1-2（b）所示。从上看出，进行电火花加工必须具备三个条件：必须采用脉冲电源；必须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浅谈机械加工中的新工艺方法2（10107m）的液体介质中进行。（a） （b）图 1-2 工具电极与工件电极间隙的放大图1.2 电火花成型加工机床的组成与结构电火花成型加工机床逻辑上有四部分组成，即机床本体、脉冲电源、伺服进给控制系统和工作液循环过滤系统，如图 1-3 所示。图 1-3 电火花成型机床1.2.1 机床本体机体的作用是保证工具电极与工件之间的相互位搜索置尺寸要求。主要包括主轴头、工作台、床身和立柱等四部分。（1）床身和立柱床身和立柱是一个基础结构，由它确保电极与工作台、工件之间的相互位置。其精度的高低对加工质量有直接的影响。（2）工作台工作台主要用来支承和装夹工件，它分上、下两层（上溜板和下溜板） 。在实际加工中，通过转动上、下溜板的丝杠调整电极与工件的相对位置。工作台上浅谈机械加工中的新工艺方法3装有工作液箱，使电极和被加工件浸在工作液里，起到冷却、排屑作用。（3）主轴头主轴头是电火花加工机床的一个关键部件，它的结构由伺服进给机构，导向和防扭机构、辅助机构三部分组成。它控制工件和电极之间的放电间隙。1.2.2 脉冲电源电火花加工的脉冲电源的作用是把工频交流电转换成一定频率的单向脉冲电流，以供给火花放电间隙所需要的能量来蚀除金属。脉冲电源对电火花加工的生产率、表面质量、加工速度、加工过程的稳定性和工具电极损耗等技术经济指标有很大的影响。1.2.3 伺服进给控制系统电火花加工是“不接触加工” 。正常电火花加工时，工具和工件间有一放电间隙 S，如图 1-4 所示。S 过大时，脉冲电压不能击穿间隙中的绝缘工作液，不会产生火花放电。当间隙过小时，工具工件会接触而短路（S=0） 。伺服进给控制系统的任务就是通过改变、调节进给速度，使进给速度接近并等于蚀除速度，以维持一定的“平均”放电间隙 S，保证电火花加工正常而稳定地进行，获得较好的加工效果。图 1-4 放电间隙1.2.4 工作液循环过滤系统由工作液、工作液箱、工作液泵、滤芯和导管组成。工作液起绝缘、排屑、冷却和改善加工质量的作用。每次脉冲放电后，工件电极与工具电极之间必须迅速恢复绝缘状态，否则脉冲放电就会转变为持续的电弧放电，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颗粒迅速从电极之间冲走，使加浅谈机械加工中的新工艺方法4工顺利进行。工作液还可冷却受热的电极和工件，防止工件变形。1.3 电火花成型加工的工艺特点与应用原理1.3.1 电火花成型加工的工艺特点(1)电火花加工时，由于不是靠刀具的机械方法去除金属，加工时无任何机械力的作用，因此可以用来加工小孔、窄槽及各种复杂形状的型孔和型腔。(2)由于电脉冲参数可以任意调节，故在同一台机床上可对零件进行粗、中、精加工及连续加工，节省了设备，提高了效率。(3)电火花加工是直接用电能加工，故便于实现生产中的自动控制及加工自动化。(4)电火花加工时是利用局部高温蚀除金属，任何硬、脆的金属材料都无法抵抗这种高温，只要能导电，就能进行加工，因此，它能加工淬硬模具，并不会产生过多变形。(5)经过电火花加工后的零件精度高，表面粗糙度可达 Ra1.25m,因此，利用电火花加工后的零件，稍加修正后即可装配使用。(6)型腔的加工余量一般较大，尤其是在不预加工的情况下，蚀除的金属量更多，因此，对电源的要求是：降低损耗和提高生产率。(7)型腔属于盲孔加工，其电蚀产物的排出较为困难，尤其是深型腔加工时更甚，因此，在工艺上必须采用冲油或抽油式来实现排屑。(8)由于型腔的形状多较复杂，电极损耗引起其尺寸的变化会直接影响型腔的精度，因此要求电极的损耗越小越好。电火花加工具有如下特点：可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的导电材料；加工时无明显机械力，适用于低刚度工件和微细结构的加工：脉冲参数可依据需要调节，可在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工；电火花加工后的表面呈现的凹坑，有利于贮油和降低噪声；生产效率低于切削加工；放电过程有部分能量消耗在工具电极上，导致电极损耗，影响成形精度。1.3.2 电火花成型加工的应用原理浅谈机械加工中的新工艺方法5电火花加工主要用于模具生产中的型孔、型腔加工，已成为模具制造业的主导加工方法，推动了模具行业的技术进步。电火花加工零件的数量在 3000 件以下时，比模具冲压零件在经济上更加合理。按工艺过程中工具与工件相对运动的特点和用途不同，电火花加工可大体分为：电火花成形加工、电火花线切割加工、电火花磨削加工、电火花展成加工、非金属电火花加工和电火花表面强化等。电火花成形加工该方法是通过工具电极相对于工件作进给运动，将工件电极的形状和尺寸复制在工件上，从而加工出所需要的零件。它包括电火花型腔加工和穿孔加工两种。电火花型腔加工主要用于加工各类热锻模、压铸模、挤压模、塑料模和胶木膜的型腔。电火花穿孔加工主要用于型孔（圆孔、方孔、多边形孔、异形孔） 、曲线孔（弯孔、螺旋孔） 、小孔和微孔的加工。近年来，为了解决小孔加工中电极截面小、易变形、孔的深径比大、排屑困难等问题，在电火花穿孔加工中发展了高速小孔加工，取得良好的社会经济效益。浅谈机械加工中的新工艺方法62.电火花线切割加工2.1 电火花线切割原理电火花线切割加工与电火花成形加工的基本原理一样，都是基于电极间脉冲放电时的电火花腐蚀原理，实现零部件的加工。所不同的是，电火花线切割加工不需要制造复杂的成形电极，而是利用移动的细金属丝（钼丝或铜丝）作为工具电极，工件按照预定的轨迹运动， “切割”出所需的各种尺寸和形状。储丝筒导电块下导轮上导轮 工件脉冲电源图 1-5 电火花线切割加工原理+f电极丝-电火花线切割加工的原理如图 1-5 所示。该方法是利用移动的细金属丝作工具电极，按预定的轨迹进行脉冲放电切割。工具电极（电极丝）为直径0.020.3 毫米的金属丝，由走丝系统带动电极丝沿其轴向移动。走丝方式有两种：高速走丝，速度为 910 米/秒，采用钼丝作电极丝,可循环反复使用；低速走丝，速度小于 10 米/分，电极丝采用铜丝，只使用一次。脉冲电源加在工件与电极丝之间，一般工件接正极，电极丝接负极。工件与电极丝之间用喷嘴喷入工作液(乳化液、去离子水等)。控制系统根据预先输入的工作程序输出相应的信息，使工作台作相应的移动，工件与电极丝靠近。当两者接近到适当距离时(一般为 0.010.04 毫米)便产生火花放电，蚀除金属。金属被蚀除后工件与电极丝之间的距离加大，控制系统根据这一距离的大小和预先输入的程序，不断地发出进给信号，使加工过程持续进行。电火花加工具有如下特点：可以加工任何浅谈机械加工中的新工艺方法7高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的导电材料；加工时无明显机械力，适用于低刚度工件和微细结构的加工：脉冲参数可依据需要调节，可在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工；电火花加工后的表面呈现的凹坑，有利于贮油和降低噪声；生产效率低于切削加工；放电过程有部分能量消耗在工具电极上，导致电极损耗，影响成形精度。 国内外数控电火花线切割机床都采用了不同水平的微机数控系统，实现了电火花线切割数控化。目前电火花线切割广泛用于加工各种冲裁模（冲孔和落料用）、样板以及各种形状复杂型孔、型面和窄缝等。图 1-6 为工具电极丝切割工件的过程。工件 放电间隙工作液工具电极丝图 1-6 切割过程中2.2 电火花线切割机床的组成机床组成分为三部分：机械、电气和工作液系统三大部分组成。（1）机械：线切割机床机械部分是基础，其精度直接影响到机床的工作精度，也影响到电气性能的充分发挥。机械系统由机床床身、坐标工作台、运丝机构、线架机构、锥度机构、润滑系统等组成。机床床身通常为箱式结构，是提供各部件