中快走丝电火花线切割电参数优化研究【通过答辩全套毕业论文】
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中快走丝电火花线切割电参数优化研究【通过答辩全套毕业论文】,快走,电火花,切割,参数,优化,研究,钻研,通过,答辩,全套,毕业论文
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4方差分析S 回归分析 9 4 3 t 5%5%下限 上限 测 Y 残差1 2040600 20 40 60 80Y X X 预测 Y 02040600 2 4 6 8Y X X 预测 Y 02040600 20 40 60 80Y X X 预测 Y 0102030400 100 200 300Y X X 预测 Y X X 000 2000Y X X X 预测 Y 预测 Y 2000 3000 4000X X 预测 Y X 预测 Y 0 2000 4000 6000X X 预测 Y 4方差分析S 回归分析 9 4 3 t 5%5%下限 上限 测 Y 残差1 5100 20 40 60 80Y X X 预测 Y 05100 2 4 6 8Y X X 预测 Y 05100 20 40 60 80Y X X 预测 Y 05100 100 200 300Y X X 预测 Y X X 000 2000Y X X X 预测 Y 预测 Y 2000 3000 4000X X 预测 Y X 预测 Y 0 2000 4000 6000X X 预测 Y 05101520253035404515 30 45 60 75 15 15 15 15 15 15 15 15 15 153 3 3 3 3 3 4 5 6 7 3 3 3 3 340 40 40 40 40 40 40 40 40 40 40 50 55 60 61 4方差分析S 回归分析 9 4 3 t 5%5%下限 上限 测 Y 残差1 2040600 20 40 60 80Y X X 预测 Y 02040600 2 4 6 8Y X X 预测 Y 02040600 20 40 60 80Y X X 预测 Y 0102030400 100 200 300Y X X 预测 Y X X 000 2000Y X X X 预测 Y 预测 Y 2000 3000 4000X X 预测 Y X 预测 Y 0 2000 4000 6000X X 预测 Y 铝 电压（V）间距宽（us）x3 x1*x2 x1*x3 x2*x3 x1*x1 x2*0 3 15 120 600 0 3 30 120 600 0 3 45 120 600 0 3 60 120 600 0 3 75 120 600 0 3 15 120 600 0 4 15 160 600 0 5 15 200 600 0 6 15 240 600 0 7 15 280 600 0 3 15 120 600 0 3 15 150 500 5 3 15 165 025 0 3 15 180 600 1 3 15 183 721 x3*削速度（糙度（um）测 Y 1 预测 Y 2225 900 2025 3600 5625 225 225 225 225 225 225 225 225 225 37 225 材料：高速钢脉冲电压 脉冲电流 脉冲宽度 脉冲间距 时间10 5 3 121010 0 3 94710 5 3 92310 0 3 93210 5 3 93920 5 3 121020 5 4 165320 5 5 180820 5 6 224120 5 7 912630 5 3 121030 5 15 3 42735 5 3 31430 5 3 24331 10 15 3 225走丝速度 切削速度 粗糙度0 7 .05 4方差分析S 回归分析 9 4 3 t 5%5%下限 上限 测 Y 残差1 0 100 150Y X X 预测 Y X 预测 Y 0 100Y X X 预测 Y X 预测 Y X X 000Y X X 预测 Y 预测 Y 10000 15000X X 预测 Y X 预测 Y 000 10000X X 预测 Y 4方差分析S 回归分析 9 4 3 t 5%5%下限 上限 测 Y 残差1 0 100 150Y X X 预测 Y X 预测 Y 0 100Y X X 预测 Y X 预测 Y X X 000Y X X 预测 Y 预测 Y 10000 15000X X 预测 Y X 预测 Y 000 10000X X 预测 Y 0510152025303540458 20 40 60 80 8 20 40 60 80 8 20 40 60 80 8 20 40 60 80 8 40 60 5 75 76 76 80 79 79 79 80 85 88 85 84 84 99 95 98 99 100 110 109 110 112 4方差分析S 回归分析 9 4 3 t 5%5%下限 上限 测 Y 残差1 0 100 150Y X X 预测 Y X 预测 Y 0 100Y X X 预测 Y X 预测 Y X X 000Y X X 预测 Y 预测 Y 10000 15000X X 预测 Y X 预测 Y 000 10000X X 预测 Y 铝 电压（V）流（A)宽（us）x3 x1*x2 x1*x3 x2*x3 x1*4 47615 0 62515 0 62516 0 77616 0 77620 40029 0 24129 0 24129 0 24120 0 40035 22538 0 74435 0 22534 0 05634 0 05649 80145 0 02548 0 60449 0 801400 0 0000510 2100509 0 1881510 0 2100512 0 2544x2*x2 x3*削速度（糙度（um）测 Y 1 预测 Y 4 00 600 600 400 4 00 600 600 400 4 00 600 600 400 4 00 600 600 400 4 600 600 400 4方差分析S 回归分析 9 4 3 t 5%5%下限 上限 4方差分析S 回归分析 9 4 3 t 5%5%下限 上限 电压（V）流（A)宽（us）x3 x1*x2 x1*x3 x2*x3 x1*4 47615 0 62515 0 62516 0 77616 0 77620 40029 0 24129 0 24129 0 24120 0 40035 22538 0 74435 0 22534 0 05634 0 05649 80145 0 02548 0 60449 0 801400 0 0000510 2100509 0 1881510 0 2100512 0 2544x2*x2 x3*削速度（糙度（um）4 9 400 1 1600 9 3600 4 6400 0 64 0 400 6 1600 4 3600 1 6400 6 64 4 400 2 1600 1 3600 4 6400 4 64 4 400 5 1600 4 3600 1 6400 1 64 4 1600 9 3600 9 6400 算结果报告工作表 2014/5/28 星期三 16:47:46目标单元格 (最大值)单元格 名字 初值 终值$H$2 z 字 初值 终值$A$2 112$B$2 $2 字 单元格值 公式 状态 型数值$E$2 E$2=$E$8 未到限制值 $2 F$2=$E$4 未到限制值 38$B$2 B$2=$E$5 到达限制值 0$C$2 C$2=$E$6 未到限制值 算结果报告工作表 2014/5/28 星期三 16:49:52目标单元格 (最大值)单元格 名字 初值 终值$H$2 z 字 初值 终值$A$2 12 112$B$2 $2 字 单元格值 公式 状态 型数值$E$2 E$2=$E$8 未到限制值 $2 F$2=$E$4 未到限制值 38$B$2 B$2=$E$5 到达限制值 0$C$2 C$2=$E$6 未到限制值 算结果报告工作表 2014/5/28 星期三 16:57:24目标单元格 (最大值)单元格 名字 初值 终值$H$2 z 字 初值 终值$A$2 12 112$B$2 $2 字 单元格值 公式 状态 型数值$E$2 E$2=$E$8 未到限制值 $2 F$2=$E$4 未到限制值 38$B$2 B$2=$E$5 到达限制值 0$C$2 C$2=$E$6 未到限制值 算结果报告工作表 2014/5/28 星期三 16:59:48目标单元格 (最大值)单元格 名字 初值 终值$H$2 z 字 初值 终值$A$2 12 112$B$2 $2 0 字 单元格值 公式 状态 型数值$E$2 E$2=$E$8 未到限制值 $2 F$2=$E$4 未到限制值 38$B$2 B$2=$E$5 到达限制值 0$C$2 C$2=$E$6 未到限制值 算结果报告工作表 2014/5/28 星期三 17:02:03目标单元格 (最大值)单元格 名字 初值 终值$H$2 z 字 初值 终值$A$2 12 112$B$2 $2 字 单元格值 公式 状态 型数值$E$2 E$2=$E$8 未到限制值 $2 F$2=$E$4 未到限制值 38$B$2 B$2=$E$5 到达限制值 0$C$2 C$2=$E$6 未到限制值 算结果报告工作表 2014/5/28 星期三 17:03:57目标单元格 (最大值)单元格 名字 初值 终值$H$2 z 字 初值 终值$A$2 12 112$B$2 $2 字 单元格值 公式 状态 型数值$E$2 E$2=$E$8 未到限制值 $2 F$2=$E$4 未到限制值 38$B$2 B$2=$E$5 到达限制值 0$C$2 C$2=$E$6 未到限制值 算结果报告工作表 2014/5/28 星期三 17:04:39目标单元格 (最大值)单元格 名字 初值 终值$H$2 z 字 初值 终值$A$2 12 112$B$2 $2 字 单元格值 公式 状态 型数值$E$2 E$2=$E$8 未到限制值 $2 F$2=$E$4 未到限制值 38$B$2 B$2=$E$5 到达限制值 0$C$2 C$2=$E$6 未到限制值 算结果报告工作表 2014/5/28 星期三 17:42:25目标单元格 (最大值)单元格 名字 初值 终值$H$2 z 字 初值 终值$A$2 112$B$2 $2 字 单元格值 公式 状态 型数值$E$2 E$2=$E$8 未到限制值 $2 F$2=$E$4 未到限制值 38$B$2 B$2=$E$5 到达限制值 0$C$2 C$2=$E$6 未到限制值 算结果报告工作表 2014/5/29 星期四 9:19:19目标单元格 (最大值)单元格 名字 初值 终值$H$2 z 字 初值 终值$A$2 12 112$B$2 $2 0 字 单元格值 公式 状态 型数值$E$2 E$2=$E$8 未到限制值 $2 F$2=$E$4 未到限制值 38$B$2 B$2=$E$5 到达限制值 0$C$2 C$2=$E$6 未到限制值 x2 x3 y1 y2 74 = = 11275 0 = = 0 5 = = 5076 076 0 =80 = 079 079 080 085 88 085 084 084 099 95 098 099 0100 0110 109 0110 0112 0第 1 页 共 32 页 中快走丝电火花线切割电参数优化研究 摘要 本文从理论上分析了电火花线切割加工工艺的评价指标及主要影响因素 ,并确定加工速度和 图 面粗糙度作为工艺评价指标 ,阐述了脉冲电压、脉冲宽度和峰值电流等因素对加工效果的影响。其研究对实现高质量高效低耗的线切割加工具有一定的理论意义及实用价值。 通过建立加工电参数与工艺指标之间的非线性回归模型，结合试验方法和 归求解及规划求解，对回归模型系数及目标函数求解，获得多个加工参数优化结果， 图 明此非线性回归模型能准确反映加工参数与工艺指标之间的关系，并获得最优加 工条件 。 关键词 线切割 工艺参数 非线性回归 第 2 页 共 32 页 of in DM in to as a on of a By of 3 页 共 32 页 引言 电火花线切割是利用电极丝与工件之间的火花放电产生局部高温把金属材料蚀除以实现加工，其具有控制方式简单、加工精度高等特点，广泛地应用于复杂型面加工、模具制造或超硬材料加工等领域。电火花线切割加工中，合理地选择工艺参数对保证加工精度、提高生产效率及稳定性、降低生产成本具有重要作用。但是由于电火花线切割加工中工艺参数和工艺指标之间的关系较为复杂 ，同时目前对线切割加工工艺规律的分析研究有待深 入和完善，例如当前加工参数的选取和调整仍在很大程度上依赖于操作者的经验。因此，如何在给定加工条件下合理选择加工参数，以提高线切割的加工效率和自动化程度，成为目前亟待解决的问题 。 在对电火花线切割工艺参数的分析研究中，已有的方法有基于正交试验的全因素线性模型和基于神经网络、遗传算法的人工智能算法等。但全因素试验法的影响因子较少时计算方便，若影响因子较多则试验次数很多且计算过程复杂 ；而神经网络算法也存在收敛速度较慢、网络结构不唯一等固有问题 。由于电火花线切割本身属于较为复杂的多输入、多输出的非线性系统，难 以采用常规数学方法来处理 。本文基于非线性回归方法建立电火花线切割加工工艺模型，进而实现加工工艺参数的选取和优化。 第 4 页 共 32 页 目录 引言 . 3 目录 . 4 . 6 火花线切割简介 . 6 火花线切割的原理 . 6 火花线切割机的结构组成 . 6 床本体 . 7 冲电源 . 7 控系统 . 7 作液循环系统 . 7 火花线切割机分类 . 7 走丝速度分类 . 7 控制方式分类 . 7 脉冲电源形式分类 . 7 加工特点分类 . 7 火花 线切割的加工特点 . 7 火花切割的加工环境 . 7 火花线切割加工的现状 . 8 火花线切割技术的发展趋势 . 8 型走兹系统 . 8 度自动化、人工智能的控制系统 . 8 速走兹的多次切割技术 . 9 细电火花线切割加工 . 9 火花切割工艺的应用 . 9 题研究的意义 . 9 . 10 验条件 . 10 案拟定 . 10 艺参数选取 . 10 第 5 页 共 32 页 工精度 . 10 工图面质量 . 10 极丝的损耗 . 10 工速度 . 10 立线切割工艺的回归模型 . 11 立回归方程 . 11 定目标函数及约束条件 . 11 验结果 . 11 解非线性模型回归系数 . 12 工中各种参数对线切割的影响 . 15 响工艺评价指标的主要因素 . 17 艺参数的优化 . 17 结论 . 23 致谢 . 24 参考文献 . 25 附录 A:外文原文 . 26 附录 B:外文翻译 . 30 第 6 页 共 32 页 火花线切割简介 电火花线切割加工（ 称 有时又称线切割。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。按金属丝电极移动的速度大小分为高速走丝和低速走丝线切割。我国普通采用 高速走丝线切割，近年来正在发展低速走丝线切割，高速走丝时，金属丝电极是直径为 高强度钼丝，往复运动速度为 810m/s。低速走丝时，多采用铜丝，线电极以小于 s 的速度作单方向低速运动。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。 工件安装在工作台上，工作台通常由 轴电动机驱动（见图 工具 电极 （电极丝）为直径 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 9 10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 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 。 图 电火花线切割机床主要有机床本体、脉冲电源、数控系统、工作液循环系统组成，如下图 中： 图 7 页 共 32 页 床本体 主要由床身、工作台、运丝机构和丝架等组成。 冲电源 其作用把普通 220V 或 380V、 50流电转换成在一定频率范围， 具有一定输出功率的单向脉冲电， 提供电火花成形加工所需要的放电能量来蚀除金属，脉冲电源会受加工 图 面粗糙度和电极丝允许承载电流的限制，线切割加工脉冲电源的脉 宽较窄 (2 80 s)，单个脉冲能量、平均电流 (15 A)一般较小，所以采用正极性加工。 控系统 主要有两个作用： 确地控制电极丝相对于工件的运动轨迹，使零件获得所需的形状和尺寸。 据放电间隙大小与放电状态控制进给速度，使之与工件材料的蚀除速度相平衡，保持正常的稳定切割加工。 作液循环系统 主要有工作液箱、工作液泵、流量控制阀、进液管、回液管、过滤网罩组成，其作用是及时地从加工区域中排除电蚀产物，并连续充分供给清洁的工作液，以保证脉冲放电过程 稳定而顺利地进行（一般采用专用乳化液）。 走丝速度分类 有高速走丝和低速走丝两种。高速走丝电火花线切割机床（ 电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为 6s，这是我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的电火花线切割加工模式；低速走丝电火花线切割机床（ 电极丝作低速单向运动，s，这是国外生产和使用的主要机种。 控制方式分类 有靠模仿形控制、光电跟踪控制、数字程序控制以及微机控制等，前 两种方法现已很少采用。 脉冲电源形式分类 有 源、晶体管电源、分组脉冲电源以及自适应控制电源等， 源现已基本不用。 加工特点分类 有大、中、小型，以及普通直壁切割型与锥度切割型等。 电火花线切割加工具有电火花加工的特点 :能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件；加工时无切削力；不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷；工具电极材料无须比工件材料硬；直接使用电能加工，便于实现自动化；加工后 图 面产生变质层，在某些应用中须进一 步去除；工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。 此外，还有一些其他特点：不需要制造形状复杂的工具电极，就能加工出以直线为母线的任何二维曲面。能切割 米左右的窄缝。加工中并不把全部多余材料加工成为废屑，提高了能量和材料的利用率。在电极丝不循环使用的低速走丝电火花线切割加工中，由于电极丝不断更新，有利于提高加工精度和减少 图 面粗糙度。电火花线切割能达到的切割效率一般为 20 60 毫米2/分，最高可达 300 毫米 2/分；加工精度一般为 米，最高可达 米； 图 面粗糙度一般为 米 ,最高可达 米；切割厚度一般为 40 60 毫米，最厚可达600 毫米。 1满足线切割机床所要求的空间尺寸 2选择能承受机床重量的场所 3选择没有振动和冲击传入的场所。 线切割放电机床是高精度加工设备，如果所放置的地方有振动和冲击，将会对机台造成严重的损伤，从而严重影响其加工精度，缩短其使用寿命，甚至导致机器报废。 第 8 页 共 32 页 4选择没有粉尘的场所，避免流众多的通道旁边 (1) 线切割放电机器之本身特性，其空气中有灰尘存在，将会使机器的丝杆 受到严重磨损，从而影响使用寿命 (2) 线切割放电机器属于计算机控制，计算机所使用的磁盘对空气中灰尘的要求相当严格的，当磁盘内有灰尘进入时，磁盘就会被损坏，同时也损坏硬盘 (3) 线切割放电机本身发出大量热，所以电器柜内需要经常换气，若空气中灰尘太多，则会在换气过程中附积到各个电器组件上，造成电器组件散热不良，从而导致电路板被烧坏掉。因此，机台防尘网要经常清洁。 5选择温度变化小的场所，避免阳光通过窗户和顶窗玻璃直射及靠近热流的地方 (1)高精密零件加工之产品需要在恒定的温度下进行，一般为室温 20C (2)由于线切割放电机器本身工作时产生相当大的热量，如果温度变化太大则会对机器使用寿命造成严重影响。 6选择屏蔽屋：因线切割放电加工过程属于电弧放电过程，在电弧放电过程中会产生强烈的电磁波，从而对人体健康造成伤害，同时会影响到周围的环境。 7选择通风条件好，宽敞的厂房，以便操作者和机床能在最好的环境下工作 . 高速走丝电火花线切割机作为我国独创技术的机种，已成为我国数控机床中产量最大、应用最广的机种之一。据估计口前全国有数万台高速走丝电火花线切割机正在模具制造和零件加工中发挥着重 要的作用。由于高速走丝有利于改善排屑条件，适合于大厚度和大电流高速切割，加工性能价格比优异深受广大用户的欢迎。因而在未来较长的一段时间内，高速走丝电火花线切割机仍是我国电加工行业的主要发展机型。 2000 年国产最大的低速走丝线切割机床生产单位年销售量仅为一百多台，约占全国市场的九分之一，而到 2002 年其销售量已占全国市场的五分之一，并且这些产品通过合资引进了技术，使产品水平跨越了一个台阶，达到了国际 20 世纪 90 年代初的水平譬如切割速度可达 200 多 m m /工精度达 5 糙度 R 达零点几个 微米，其价格仅为 50 万元左右人民币 (约为同类进口机床的二分之一 )，取得了良好的开端，具有广阔的前景。随着模具行业的迅速发展及水平的不断提高精密零件的加工需求增加低速走丝线切割机床及使用耗材价格迅速下降，加之人们对低速走丝线切割加工认识的逐步深人，预计低速走丝线切割机的年销量将不断扩大，国产低速走丝线切割机的占有率也将进一步上升，并且有望出口国际市场。 型走兹系统 随着电火花线切割加工技术的不断发展，对走丝系统的要求也越来越高。除了能保证加工过程稳定及自动穿丝等传 统的要求之外，新型的走丝系统还必须能在保证加工精度的前提下，提高加工的效率口前，新型的走丝系统在加工工艺中很好地集成了穿丝工艺，从而大大提高了系统的加工精度及加工效率。公司的双丝系统就是为了满足这种需要而研制的新型走丝系统双丝系统能实现在一台机床上自动交换两种材质、直径都不同的电极丝，从而解决高精度与高速度加工的矛盾在系统中，粗、细电极丝分别采用相互联锁的两套类似的走丝系统，但与导向器系统是统一的，没有移动部件，用以保证最佳精度，换丝时间不到 45s。两种电极丝采用的加工规准、切割路径及偏移量等均由专家系统自 动设定。粗加工时，采用直径较大的电极丝进行加工，使电极丝可承受更大的张力、机械力与热负载，因此可选择电流较大的工艺规准进行加工，提高加工速度。精加工时，选择直径小的电极丝用精规准进行加工，确保良好的形状精度与尺寸精度。这种系统获得了大量真正用于加工的时间，提高了加工效率和加工零件的 图 面质量。 度自动化、人工智能的控制系统 自动化、人工智能技术一直是电火花线切割加工技术不断追求的口标，自动化程度的高低直接决定了加工效率与加工精度。口前，电火花线切割加工的自动化、人工智能技术已进入了一个新的发展阶段 ，由原来的电火花线切割加工某项关键技术的自动化、人工智能技术的应用扩展到整体电第 9 页 共 32 页 火花线切割加工的自动化、人工智能技术的应用。最新出现的如电极丝张力与丝速的多级控制、边界而切割的适应控制、拐角的补偿与适应控制、工作液参数的适应控制与调节、脉冲电源的适应控制等。此外，电火花线切割加工专家系统在不断的完善后已不是一个单纯的数据库，其内容变得十分丰富，功能十分强大，并具有很强的实用性。 速走兹的多次切割技术 多次切割工艺是提高电火花线切割综合工艺指标的有效途径，在低速走丝电火花线切割机上早已普遍采用，但由 于高速走丝电火花线切割自身的特性及其设备条件限制，多次切割工艺口前还难以推广应用。多次线切割加工实用化。多次加工是高速走丝线切割机的一个重要发展方向。无论是金属切削机床还是低速走丝线切割机，一次加工都无法得到良好的加工效果，高速走丝线切割机也一样。为了提高高速走丝线切割机的加工品质，必须进行多次加工的研究。高速走丝线切割多次加工的实验性研究已开展多年，并经证明是切实可行的。今后的重点是把实验性的多次加工研究，转化为商品化的用户可实用的多次加工技术。从口前高速走丝线切割的发展状况来看，脉冲电源、电机进给策略 (变频系统 )、电极丝的速度和张力控制都是粗放式的，难以适应多次加工中精加工的要求，因此必须改造脉冲电源、进给策略和丝的控制，才有可能实现多次加工。为了保证多次加工的效率必须提高一次加工速度第一次加工的速度应稳定在 100上。 细电火花线切割加工 随着微型机械对制造技术的需要，微细电火花线切割加工技术近年来取得了迅速的发展，在国防、医疗、化学、仪器仪 图 工业等许多生产领域发挥了重要的作用。微细电极丝的电火花线切割加工一直是电火花线切割加工的难点，因为随着电极丝直径的减小，其物理、化学与 机械特性都会发生很大的变化，从而不能进行正常加工。但由于采用微细电极丝加工可获得更好的加工 图 而与加工精度，且特别适用于微小零件窄槽、窄缝的加工，因此得到了国外许多研究机构与制造商的重视。 电火花线切割加工主要用于模具制造，在样板、凸轮、成形刀具、精密细小零件和特殊材料的加工中也得到日益广泛的应用。此外，线切割加工为新产品试制，精密零件加工及模具制造开辟了一条新的工艺途径，主要适用于以下几个方面： 1 加工微型零件 在试制新产品时，用线切割在坯料上直接割出零件，例如试制切割特 殊微电机硅钢片定，转子铁心，由于不需另行制造模具，可大大缩短制造周期，降低成本。另外修改设计，变更加工程序比较方便，加工薄件时还可多片叠在一起加工。在零件制造方面，可以用于加工品种多，数量少的零件，特殊难加工材料试验样件，各种型孔，特殊齿轮凸轮，样板，成型刀具。同时还可进行微细加工，异型槽和标准缺陷的加工等。 2 切缝控制 对加工零件的切缝有很好的控制无多余加工。 3 旋转切割 适用于加工各种形状得冲模。调整不同的间隙补偿量，只需一次编程就可以切割凸模，凸模固定板，凹模及卸料板等。模具配合间隙，加工精度通常 都能达到要求。此外，还可以加工挤压模，粉末冶金模，弯曲模，塑压模等通常带锥度的模具。 传统的电火花加工机床都需要绝缘液来做绝缘介质，这不仅对环境造成了污染，同时大大的提高了电极磨损率以及加工效率，并且技工号的零件还要进行清洗，不可避免的造成了浪费。 随着科技的发展，各种难加工的材料及复杂型面零件的应用越来越广泛，普通的机械加工有时难以满足加工要求。电火花加工无显著的切削力，不受加工材料的硬度的限制，适宜于加工小孔、窄缝及各种型孔、型腔，也适宜于进行精密微细加工，可加工任何硬、脆、韧、软 的导电材料；由于脉冲参数可以任意调节，在加工工程中只要更换工具电极或采用阶梯形工具电极，就可以在同一机床上通过改变电规准连续进行粗、精加工；此外，电火花加工的热影响层很薄，有利于提高 图 面质量，也可以加工热敏感性很强的材料 第 10 页 共 32 页 试验机床为 中快走丝电火花机床，生产厂家为杭州无线电专用设备一厂；工作液为 1 线切割液，生产厂家为汉中红润化工有限公司； 图 面粗糙度测量仪为 持式粗糙度仪，该有仪器参数符合 3505准 ;加工方式采用正极性标 准切入加工，；实验选用材料为纯铝，主要成分及性能如下：化学成分： 铝，铁和硅是其主要杂质。主要性能： （ 1）导电、导热性 铝的导电、导热性能仅次于银、铜和金。室温时，电工铝的等体积电导率可达 62%按单位质量导电能力计算，其导电能力为铜的一倍 （ 2） 磁性、冲击不生火花 这对某些特殊用途十分可贵，比如仪 图 材料，电气设备的屏蔽材料，易燃、易爆物生产器材等。 （ 3） 耐腐蚀 铝及其合金的 图 面，易生成一层致密、牢固的 护膜 。 （ 4）其他性能 具有一定的耐辐射性、反射性 、延展性能等。 实验中涉及到的电参数主要是脉冲宽度 s)、峰值电流 )和脉冲电压 )(v)，通过改变电参数来测定其加工速度和 图 面粗糙度的变化，进而分析电参数对硬质合金线切割 图 面糙度和线切割加工速度影响曲线 试验为了确定不同电参数及交互作用对加工影响程度，我们进行单因素试验，每个单因素选用 5 组不同实验数据进行比较，研究重要因子对加工指标影响的机理，观察在不同重要因子下试验材料的加工速度以及 图 面质量的变化，绘制相关曲线图，进行非线性回归分析，观察其 图 面形貌，进一步验证因子对 工艺效果的影响规律，求解最优加工条件 6 。 电火花线切割加工工艺评价指标通常有 :加工精度、 图 面质量、电极损耗和加工速度。 工精度 电火花线切割加工精度是指切割后工件的实测尺寸相对于所要求的理论尺寸的偏差 ,它还包括几何形状偏差 (如直线度、平面度、圆度、圆柱度、线轮廓度等 )和位置偏差 (如平行度、垂直度、倾斜度、位置度等 ),即工件的尺寸精度和形状位置精度 7 。本次试验中对此暂不考虑。 工 图 面质量 所谓加工 图 面质量就是加工 图 面的完整性 ,它可用加工 图 面的几何特性和 图 层的理化力学特性指标来 图 示 ,主要有 图 面粗糙度、 图 面变质层及 图 面缺陷。其中 图 面粗糙度是零件加工 图 面质量的主要指标 ,通常用轮廓算术平均偏差 图 示。根据生产实际使用情况知道 ,图 面粗糙度 加工工艺的一个重要评价指标，故试验中采用 图 面粗糙度来评定加工 图 面质量。 极丝的损耗 对于往复走丝的高速走丝电火花线切割机而言 ,用一定长度和直径的电极丝切割一定面积后电极丝直径的减小量称为电极的损耗。一般来说 ,在加工过程中 ,电极的损耗是不 可避免的 ,人们追求的是如何减小此类损耗 ,降低因电极丝的损耗对加工精度的直接影响 ,一般用电极丝在切割 10000 2 征 ,要求一般不应大于 前的研究 图 明 ,电极丝的损耗对加工精度的直接影响不明显 ,故试验中暂不考虑。 工速度 加工速度是指在一定的加工条件下 ,单位时间内电极丝中心线在工件上切割的面积总和 ,单位为常 切割速度为 40 80工速度直接影响到加工效率 ,因此 ,加工速度是电 火花线切割加工的一个重要的工艺评价指标。 第 11 页 共 32 页 立回归方程 电火花线切割加工工艺参数的选择过程由三个部分组成，首先是建立一个能够 图 示加工参数与工艺指标之间关系的工艺模型；然后在此工艺模型的基础上构造目标函数，并根据具体的加工要求确定参数的约束条件；最后采用 的线性回归处理及规划求解对目标函数求解，以获得加工参数优化及组合 8 。 本课题研究中，将选取电参数中影响较大的三个因素作为自变量，即脉冲宽度 s)、峰值电流 )和脉冲电压 )(v)，而将切割速度 Vm( 图 面粗糙度 m)这两个工艺指标作为因变量。因变量与自变量之间的非线性关系可用式 (1)图 示 9 。 i 3;1,231310 (1) 其中 图 切割速度， 图图 面粗糙度， 图 回归方程的系数， 图脉冲电压、 图 峰值电流和 图 脉冲宽度。为了便于求解，需将非线 性多项式回归模型转化为线性回归模型 10 ，故对式 (1)进行如下转化： 214 ， 315 ， 326 ， 217 ， 228 ， 239 (2) 由此可得多元线性回归模型： 9988776655443322110 (3) 定目标函数及约束条件 由此建立所选取加工参数模型的目标函数和约束条件为： m=f(N, ,( m a xm a xm a xm 验结果 经过整理，实验数据列 图 主要体现： 面粗糙度。 第 12 页 共 32 页 表 求解非线性模型回归系数 根据建立的线切割回归模型选择加工参数，求解加工工艺回归模型的极值 或最优值。课题的试验平台是杭州无线电专用设备一厂的 中快走丝电火花机床，试验采用的电极丝为钼丝，直径为 给速度为 s，选取以高钨钼冷作模工具钢作为实验材料，得到如 图 5组试验数据，将其作为建立多项式回归模型的样本数据。 针对最优化问题的 图 述模型： 在约束条件 gi(x) 0,i=1,2,.,m 及 hi(x)=0,i=m+1,m+2,.,p 下，使目标函数 f(x)取极小值（或极大值） 11 。 运用 的线性回归处理及规划求解所提供的求解最优化问题的一系列函数对该问题进行求解。 首先根据公式（ 2）得到线性化的数据 图 格，如下： 第 13 页 共 32 页 表 2.2 a. 根据上 图 数值使用 的回归求解 1y ，得到结果 12 ，如下 图 14 页 共 32 页 由此可得加工速度 ： 3 1 3 将其还原回去即得三 元二次回归方程为 ： 数值使用 的回归求解 2y ，得到结果如下 图 图 2.2 第 15 页 共 32 页 图 据该曲线图可以看出，实验理论数值与实际数值基本一致， 图 明 解的目标函数具有较高的准确性及可靠性。 数控电火花线切割工艺参数的选择 , 决定着切割质量、切割速度和钼丝的损耗率等 , 进而影响加工的其它工艺指标 13 。正确使用数控电火花线切割机进行高质量的快速切割 , 必须对切割工艺参数深刻地理解和掌握。对加工质量具有明显影响的工艺参数主要包括脉冲电流、脉冲宽度、脉冲间隔、走丝速度等 , 通常需要在保证 图 面质量、尺寸精度的前提下 , 尽量提高加工效率 14 。加工参数对评价指标的影响如下 图 图 16 页 共 32 页 (1) 脉冲电流 脉冲电流直 接决定了切割的厚度和速度 , 即切割能力 , 同时脉冲电流决定了加工 图 面质量。电火花线切割加工 图 面由大量放电坑堆积而成 , 放电坑的形状和尺寸决定了 图 面粗糙度的大小 , 而放电坑的形成与脉冲电流直接相关。脉冲电流的大小标志着单个脉冲能量的强弱 , 因此脉冲电流对加工 图 面粗糙度的影响最显著。因为粗糙度的优劣取决于放电坑的大小 , 因此 , 在选择电参数时 , 脉冲电流是首选 , 通过减小脉冲电流来减小放电能量进而降低 图 面粗糙度 15 。 (2) 脉冲间隔 脉冲间隔对切割速度影响较大 , 脉冲 间隔越小 , 单位时间放电加工的次数越多 , 因而切割速度也越高 16 。同时 , 电参数选择不当也是引起断丝的一个重要原因。所以要根据工件厚度选择合理的电参数 , 将脉冲间隔拉开一些 , 有利于熔化金属微粒的排出 , 同时峰值电流和空载电压不宜过高 , 否则使单个脉冲能量变大 , 切割速度加快 , 容易产生集中放电和拉弧 , 引起断丝。根据工件厚度选择合适的脉冲间隔 : 脉冲间隔不能太小 , 否则容易产生短路 , 也不利于冷却和电蚀物的排出 ; 脉冲间隔过大 , 将影响 图 面粗糙度及加工速度。当切割 厚度较大的工件时 , 应尽量选用大脉宽电流 , 适当加大脉冲间隔 ,以充分消除放电产物 , 形成稳定切割。要增强排屑效果 ,提高切割的稳定性 , 一般脉冲间隔在 10 250 s 范围内基本能适应各种加工条件。 (3) 走丝速度 走丝速度对切割速度具有一定影响 , 随着走丝速度的提高 , 切割速度将明显增加。但是 , 高速度会引起电极丝较大的振动而使工件 图 面质量恶化 17 。因此 , 在保证加工质量的前提下 , 选择一个具有适当加工速度的合理走丝速度 , 一般走丝速度在 2 15m/s。最佳切 割速度范围可按照设备说明选定或用试验来确定 , 由于材料的厚薄度 , 材质不同 , 熔点高低 , 热导率大小以及熔化后的 图 面张力等因素 , 切割速度也相应的变化。 (4) 加工电压 一般认为电源正常输出电压即为切割电压。线切割机通常有较高的空载电压和工作电压 , 当电流一定时 ,电压的提高意味着切割能力的提高 , 但是易造成电极丝振动 , 工件 图 面粗糙度变差 , 加工精度有所降低。一般选择原则如下 : 高度在 50下的工件 , 加工电压选择在 70V; 高度在 50 150工件 , 加工电压选择在 90V; 高度在 150上的工件 , 加工电压选择在 110V。 根 据 经 验 , 当电压 图 指针在 75V 左右、电流 图 指针在 A 时 , 选定的电参数比较合理 , 获得的加工质量较高。 (5)脉冲宽度 在电火花线切割加工中 ,欲获得较低的 图 面粗糙度值 ,应使每个脉冲放电在工件上产生的放电凹坑要适当。这就要控制单个脉冲能量。当根据加工条件选定脉冲峰值电流后 ,可尽量减小脉冲宽度。脉冲宽度越窄 ,即放电时间越短 ,放电所产生的热量就越来不及传导扩散 ,而被限制在工件和电极间很小的范围内 ,工件上形成的凹坑不但小 ,而且也 不存在烧伤现象。同时放电凹坑分散重叠较好 ,图 面光滑平整 ,使放电 图 面凸凹不平度小 ,从而可以得到较好的 图 面质量。然而 ,线切割脉冲电源的单个脉冲能量又不能太小 ,否则会使切割速度大大降低 ,或者根本无法进行加工。这样 ,脉冲能量就要控制在一定的范围内 ,在实际加工中 ,脉冲宽度 . 564 (6)脉冲高度 脉冲高度 (即放电峰值电流 )越大 ,单脉冲能量增多 ,图 面粗糙度值有所降低 ,所以粗加工及切割厚件时取较大值 ,精加工时取较小值。 (7)脉冲间隙 脉冲间隙增大 ,平均电流就减小 ,单个脉冲能量降低 ,图 面粗糙度值有所 增加 ,但其它工艺评价指标有所下降。所以粗加工及切割厚工件时脉冲间隙应取大些 ,而精加工时取小些 ,但不能过小 ,否则会引起电弧和断丝。 (8)脉冲频率 第 17 页 共 32 页 脉冲宽度窄 ,放电量小 ,虽然有利于改善 图 面粗糙度 ,但是会使加工速度大大降低。为了兼顾这几项工艺评价指标 ,应尽量提高脉冲频率 ,并缩短脉冲间隔和增大单位时间内的放电次数。这样 ,既能获得较好的 图 面质量 ,又能得到较高的加工速度 18 。 (9)工件厚度 工件较薄时 ,工作液容易进入 ,有利于排屑和消除电离 ,加工稳定性好 ;但工件太薄 ,电极丝容 易产生振动 ,图 面质量有所降低。工件较厚时 ,情况相反 ,但工件太厚也不利于 图 面质量的提高。对热处理后工件材料内部有残余应力的坯料进行切割时 ,工件材料内部残余应力的相对平衡遭到破坏 ,因此 ,随着切割的进行 ,工件会随之慢慢变形 ,使零件的 图 面质量下降。有时 ,有的零件甚至在切割中出现裂纹、断裂。有的工件变形还会造成切缝过窄 ,夹断钼丝。 (10)空载电压 空载电压提高 ,放电间隙增大 ,切缝变宽、排屑容易 ,图 面粗糙值有所增加。精加工时取的空载电压比粗加工时低 ,切割厚工件时取较高的空载电压。 (11)电极丝空间形位变化的影响 电 极丝加工过程中以 610m/且换向频繁。因此 ,使电极丝运行时张力不均匀 ,引起空间位置变化 ,从而影响到 图 面粗糙度的高低。研究结果 图 明 ,可以采取措施稳定电极丝的空间位置 ,用高耐磨性导向定位装置可以明显降低 图 面粗糙度值 19 。 响工艺评价指标的主要因素 从以上的分析得知 ,影响工艺评价指标 (图 面粗糙度 )的因素很多 ,按其影响程度和可控性综合考虑 ,其中 :工件厚度、脉冲电压、脉冲宽度、脉冲间隙及峰值电流五个因素的影响较大 ,是影响工艺评价指标的 主要因素。研究和控制这些影响因素 ,对提高电火花线切割的加工质量和加工效率是非常重要的。 良好的加工质量与工件材料、切割形状、电参数、工作液等具有密切的关系 , 在实际的生产中需要结合各种因素 , 不断调整电参数以满足各项要求。本次试验中可通过调整脉冲电压、脉冲宽度及峰值电流来满足规定的工艺指标要求。 求解工艺参数的关键就是应用优化算法对非线性回归模型进行求解优化。 假设课题的工艺指标要求为： 图 面粗糙度 工速度 在保证工艺指标要求之下，尽可能提高加工效率。即 图 面粗糙度达到工艺要求之后，同加工速度越大越好。根据以上工艺要求将工艺参数的优选转化为有约束的非线性最优化问题。 加工速度 自变量应尽可能地使其值越大越好。 图 面粗糙度 自变量应尽可能地使其值越小越好。 故令 21 ,在同时满足工艺指标要求之下， 在利用优化算法求解该问题时
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