（机械工程专业论文）成形车刀线切割加工软件的开发.pdf

摘要 摘要 成形车刀是在自动机床和自动线生产中加工各种中小型回转体成形表面的专用刀 具。成形车刀的加工精度稳定，生产效率高，且刀具寿命长，刃磨简单，使用方便。用 成形车刀加工时，被加工工件的廓形基本上决定于成形车刀刀刃的形状，不依靠工人 的技能，因而不仅可简化操作过程，减轻劳动强度，提高生产效率，同时还可以获得 准确一致的工件廓形，保证工件的互换性，故在机械、电子、轻工等行业，尤其是成批 和大量生产的工厂中，成形车刀得到了相当广泛的使用。但是，成形车刀的设计和制 造要比普通车刀的设计制造复杂得多，成形车刀的刃形是根据工件廓形来设计的，但其 刃形与工件廓形不完全一致。设计成形车刀时，由于般成形车刀的刃形较复杂，外形 尺寸较小，精度要求又较高，必须对刀刃的廓形进行大量的计算和相当繁琐的修正计算。 同时，成形车刀的制造工序多，周期长，使成形刀具的使用受到了一定限制。本文致力 于改善成形车刀的传统加工工艺，研究慢走丝线切割自动编程加工成形刀具方法。 关键词：慢走丝线切割、自动编程、成形车刀。 a b s t r a c t t a k es h a p et h ec u n e ri si nt h e 孤j t o m a t i ct o o l 棚盟c l l i n e 锄dt h ea u t o m a t i cl i n et h e d r o d u c t i o nt op r o c e s sv a r i o u si ns m a l ls c a l e dt u mr o u n dab o d yt ot a k es h a p es u r f h c e 0 ft h ea p p r o p r i a t i o ni 【l l i f eh a v e t a l 【es h a p et h ec u t t e rp r o c e s s e st h ea c c u r a c ys t a b i l i t y ， p r o d u c i n g 锄e 硒c i e n c yh i g l l a n dt h ek n i f eh a v el i f es p a nl o n 吕t h eb l a d ew h e t si n b r i e u s i n gc 0 n v e n i e n c e u s et ot a k es h a p ew h e nt h ec u t t e rp r o c e s s ，i sp r o c e s st h e f o n no f t h ew r o r l ( p i e c ei sd e c i d ei ns h a p eo f t a k es h a p et h ec u t t e rk i l i f eb l a d eb a s i c a l l y ， d o n td e 口e i l do nt h ew o r l 【e f st e c l l i l i c a la b i l i t v ，a saf e s u l tn o to n l yc a ns i m p l i 母t h e o p e r a t i o np r o c e s s ，s et h el a b o rs t r e n 辱l l r a i s et h ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c y i i lt h e m e a n t i m ea l s oc 舱a c q u i r et h ea c c u r a t ea n dc o n s i s t e mw o r l ( p i e c eaf o r h l p r o m i s et h e c o m p a t i b i l i t yo ft h ew o r kp i e c e ，p a s ti nt h em a c h i n e ，e l e c t r o i l i c s ，l i g h tw o r ke t c p r o f b s s i o n p 羽啊c u l a r l vi sb e c o m et oc f i t i c i z ew i t ht h em a s sp r o d u c t i o no ft a k es h a p e t h ec u t t e r t og e tav e r ye x t e n s i v eu s a g ei nt h ef a c t o i _ ，b u t ，t h ed e s i g na n d m a n u f 诎u r i n gt h a tt a k es h a p et h ec u t t e rw a n tt ob em o r ec o m p l i c a t e dt h 锄t h ed e s i g n m a n u f a c t u r i n go ft h ec o m m o nc u t t e ra n dh a r v et ob em a n v ，t h eb l a d ef o n nt h a tt a k e s s h a p et h ec u t t e r 锄c c o f d i n gt ot h ew o r l ( p i e c ef o r mt od e s i g no eb u ti t sb l a d ef b n n a n dt h ew o r l ( p i e c ef o n ni n c o m p l e t i o ni sc o n s i s t e n t w h e nt h ed e s i g nt a k e ss h a p et h e c u t t e r b e c a u s eo ft a k i n gs h a p et h eb l a d ef o 咖o ft h ec u t t e r g e n e r a n vm o r e c o m p l i c a t e d ，t h es h a p es i z ei ss m a l l e r ，t h ea c c u r a c yr e q u e s t st ob eh i 曲e ra g a i 玛h a v e t 0c 哪o na 灯e a td e a lo fc a l c u l a t i o nt 0t h ef o r mo ft h ek n i f eb l a d ew i t hv c 州 t e d i o u sc o r r e c t i o nt oc o m p u t e t a k es h a p et h em a n u f a 咖r i n gw o r kp r e 如【c eo ft h e c u t t e ri nt h em e a n t i m em a n y t h ep e r i o di sl o n g ，m a i 【i n gt ot a k es h a p et h eu s a g et h a t t h ek n i f eh a v et ob es u b i e c t e dt oc e r t a i nr e s t r i c t i o n t h i st e x tc o n c e m r a t e so nt h e t r a d i t i o nt h a tt h ei m p f 0 v e m e n tt a k e ss h a p et h ec u t t e rt 0p r o c e s sac r a r ，s t l j d v i n gt o w a l ks l o w l vt h es i l kt h r e a di n c i s et op r o c e s st ot a k es h a p ek n i f et oh a v eam e t h o d k e y w o r d s ：l o ws p e e dl i n ei n c i s e ，a u t o c o d i n g ，s h a p e d - c u t t e r 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签 名：勿丞是 目期：二。八年三月醇目 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留，使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印：缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规 签 名：猛垄。： 导师签名： 日期：二o o 八年朋哆 目 第一章：绪论 第一章绪论 机械制造、l p 是为旧民经济发展和阁防建设提供技术装备的基础性产q 址。大力 振兴机械制造业，是党的十六大提出的一项重要任务，是树赢和落实科学发展观， 走新型工业化道路，实现闷民经济可持续发展的战略举措。我酗机械制造业经过 5 0 多年的发展，取得了令人瞩只的成就，形成了门类齐全、具有相当规模和一 定水平的产业体系，成为我闲经济发展的重要支柱产业。但我国机械制造业还存 在自主创新能力弱、对外依存度高、产业结构不合理、国际竞争力不强等问题。 我国进入w t o 以后，经济全球化趋势日益明显，随着园际产业的转移，我闷 逐步成为世界制造中心。为适应新的发展形势，闷家发展重人工程自动化控制系 统和关键精密测试仪器以满足重点建设工程及其他重大( 成套) 技术装备高度自 动化和智能化的需要，和发展大型、精密、高速数控装备和数控系统及功能部件 以满足机械、航空航天等工业发展的需要，改变大型、高精度数控机床大部分依 赖进口的现状。 成形车刀是广泛应用于普通车床、六角车床、铲齿车床、自动车床和自动线 加工的专用刀具，可车削加工各种中小型回转体成形表面的专用刀具。在机械制 造行业的生产过程中，有着大量中、小旋转体零件，这些旋转体零件往往具有较 复杂的旋转表面( 油嘴阀) ，它们的加工精度要求高，生产的批量大，尺寸小。 由于成形车刀的加工精度稳定，生产效率高，且刀具寿命长，刃磨简单，使用方 便，正适合于这种生产制造。线切割技术生产刀具能提高生产效率，减少加工费 用，从而获得经济效益，运用领域日益扩大。因此用线切割技术加工成形车刀拥 有广泛的应用前景。成形车刀线切割加工软件的开发可以方便操作指令的输入， 降低操作工人的技术难度，节省时间，提高机床使用率，从而大大提高工作效率， 具有现实的应用价值。 通过对成形车刀和线切割加工技术的研究，以w i n d o w s 操作系统作为基础平 台，用v i s u a lb a s i c 6 o 语言编程，开发成形车刀线切割加工软件。该系统具有 可视化操作，使用所见即所得的绘图方式进行编程，输入坐标即可绘出加工的图 形。输入成形车刀加工的零件的廓形直接生成线切割加工轨迹与指令。同时具有 丰富的编辑功能和绘图功能，而且立即生成加工代码g 代码，同时加工代码可以 直接送到机床控制台。 江南大学工程硕士毕业论文 第二章成形车刀 成形车刀是车削加工各种中小型回转体成形表面的专用刀具。成形车刀的加 工精度稳定，生产效率高，且刀具寿命长，刃磨简单，使用方便。用成形车刀加 工时，因刀刃的廓形基本上解决了工件的形状，而不依靠加工机床的复合进给运 动来实现对成形表面的加工，即一次加工出成形表面。因而不仅可简化操作过程， 降低加工机床的复杂程度，提高生产效率，同时还可以获得准确一致的工件廓形， 保证工件的互换性，保证成形刀具在机械，电子，轻工等行业用相当广泛。 2 1 成形车刀的种类与用途 生产中常用的径向成形车刀，它们在切削时沿零件径向进给。按这类成形车 刀刀体形状不同又可分为一下三种u ： 图2 一l 平体车刀图2 2 棱体车刀图2 3 圆形车刀 平体成形车刀( 图2 一1 )刀体形状与普通车刀相似。它常用于加工简单的 成形表面，例如铲齿、车螺纹和车圆弧。 棱体成形车刀( 图2 2 )刀体呈棱柱形，装夹在刀杆燕尾槽中，用于加工 外成形表面。 圆形成形车刀( 图2 3 )刀体是个带孔回转体，并磨出容屑缺口和前面， 利用到底内孔与刀杆连接。它制造较方便。可用于对内、外成形表面加工。 此外，还有切向进给成形车刀，它的装夹和进给均切与加工表面。特点是切 削力小，且切削终了位置不影响加工精度。常用于自动车床上对精度较高的小尺 寸零件加工。 斜向进给成形车刀，它的进给方向与工件轴线步垂直，用在车削直角台阶表 面时，具有较合理的后角。 2 2 成形车刀的几何角度 第二章：成形刀具 成形车刀的前角、后角形成、标注和变化规律均不同于普通车刀。现已径向 成形车刀为例分析如下： 为了便于测量、制造和重磨成形车刀的角度，规定前角与后角在假定工作平面中 表示。 2 2 1 棱形成形车刀 如图2 _ 4 ，棱体成形车刀的底面与燕尾榫基面k k 垂直，后面a 。与k k 面平行、前面a ，与底面夹角为( 口，+ 乃) 。 如图2 5 ，在切削时，将距工件中心最近的切削刃安装在工件中心位置上， 在假定工作平面内将后面a a 装斜形成侧后角口，同时形成了侧前角乃。侧后 角口，与侧前角巧定义为成形车刀的后角与前角。 平体车刀与棱体车刀基本相似。 图2 4 2 2 2 圆形成形车刀 图2 5 如图2 - 6 所示，制造时将圆形成形车刀磨出容削缺口，并使其前面低于刀具 江南大学工程硕士毕业论文 中心h 距离，h 应为； 居= 灭s i n ( 吩+ 巧) 图2 6图2 7 其中r 为圆形成形车刀廓形的最大半径。 如图2 7 所示，在切削时，将距工件中心最近的切削刃l 安装在工件中心 位置上，并将刀具中心o 装高于工件中心h 。 h = r 虹口f 成形车刀的前角以和后角口，值不仅影响刀具的切削性能，而且影响加工零 件的廓形精度，因此，在制造、重磨和装刀使用时，均不允许任意变动。 2 3 成形刀具廓形设计和加工所面临的问题 2 3 。l 廓形设计概念 成形车刀廓形设计是指根据零件廓形来确定刀具廓形。 零件廓形是零件在轴向平面内的形状，包括宽度、深度、角度、和圆弧等。 成形车刀廓形是指切削刃在垂直与后面的平面上投影形成的形状。在这个平面内 成形车刀的廓形容易制造和测量。 如图2 8 ，由于成形车刀的乃 0 。、町 0 。，因此，刀具的廓形不重合与 零件的廓形而产生了畸变。对于五 o 。的径向成形车刀来说，刀具的廓形宽度 相同于对应的零件廓形宽度，因此，成形车刀廓形设计主要内容是根据零件的廓 形t 和刀具的前角以后角口，来修正计算成形车刀的廓形深度p 和它相关尺寸。 第二章：成形刀具 啮 和耳班马 2 3 2 成形车刀廓形设计 图2 8 成形车刀廓形设计的方法有：作图法、计算法、和查表法三种。作图法简单、 清晰、精确度较低；计算法的精度高，若利用计算机编程运算则更为方便；查表 法也能达到设计精度要求，且较简便、迅速。一般企业工厂采用计算法和查表法。 在此特别说明一下平体车刀的计算法嘲 由图分析可得： 办= 吒s 汪乃 c = 了j 芦；g = c o s 以 图2 9 平体成形车刀加工 q = c c l = 了j f 一c o s 以= - = 百可一c o s 乃 = e c o s ( 乃+ 口，) = 了二百可一c 。s 以 c 0 s ( 以+ 吩) 江南大学工程硕士毕业论文 2 3 3 成形车刀近似圆弧廓形计算 对于零件上精度不高的圆弧廓形，还可以采用计算法，求出刀具上圆弧曲线 的半径，由该半径确定的圆弧即为成形车刀近似圆弧廓形。 图2 一l o 用成形车刀加工对称圆弧 近似圆弧半径计算；t a nq = p l r = l s i n 2q 2 3 4 成形车刀加工双曲线误差概念 用乃 0 。的成形车刀加工圆锥表面会产生双曲线误差。 图2 一1 1 如图2 一1 1 所示，通过成形车刀前面剖面得到的零件廓形为双曲线，但切肖i j 刃仍制成直线，应此产生了过切量，使加工后零件廓形出现了双曲线误差；由于 圆形车刀以 0 。、口， 0 。的影响，通过圆形车刀前面剖面，零件廓形为双曲线， 而切削刃形状为反向双曲线，因此产生了更大的误差。 2 3 5 成形车刀加工精度现状分析和解决方案的提出 成形车刀的加工种类繁多，较细小的成形车刀，在以前绝大多数利用光学曲 线磨床加工，在光学曲线磨床上将成形车刀的轮廓放大5 0 倍，利用灯光，绘制 第二章：成形刀具 在透光图纸上，投影到磨床的光学板上，将要加工的成形车刀刀片和磨床上的砂 轮，按一定的位置要求安装好，操作人员可在光学板上看到砂轮轮廓，然后操作 砂轮按光学板上成形车刀的轮廓移动，由此便可加工成所需形状的成形车刀。 用此方法加工出的成形车刀，加工面光整，加工出刃口，可加工多个后角。 但因为光学曲线磨床上砂轮的厚度有限制，它只能加工宽度度大于1 舢的槽，若 所需加工的成形车刀上有窄缝则不能加工。且槽口的导圆角等也较难加工。对于 有圆弧刃的成形车刀，根据造作人员的实际操作水平高低，加工出的刀具上圆弧 形状也有一定的优劣。 近几年来，不少人提出采用线切割加工成形刀具的方法，由于加工无需制作 成形工具电极，而是采用细的电极( 铜丝或钼丝) 对工件进行切割成形。因而， 电火花线切割加工与其它加工方法相比较，具有以下特点： 1 ) 省掉了成形的工具电极，大大降低了成形工具电极的设计和制造费用，缩短 了生产准备时间，加工周期短，这对新产品试制非常有意义。 2 ) 由于电极比较细，可以加工出复杂形状的零件。 3 ) 由于切缝很窄，且只对工件进行图形的轮廓加工，蚀除量很少，在同样的电 参数下，可相比其它加工方法获得更高的生产率，而且余料还可以再利用，材料 的利用率很高，这对加工贵重金属有重要意义。 4 ) 由于采用移动的长金属丝进行加工，使单位长度金属丝的损耗极少，从而对 加工精度的影响小，特别是在低速慢走丝线切割加工时，电极丝一次使用，电极 损耗对加工精度影响更小。 5 ) 自动化程度高，操作使用方便，工人劳动强度低，易于实现微机控制。 江南太学工程琢士毕业论文 第三章线切割加工 3 1 擞| 控电火花线切割加工的原理( 枫麻的分类) 3 1 _ 1 敷控电火花线切割加工简速 电火花线切割加工是电火花加工的个分支，是一种直接利用电能和热能进 行加工的工艺方法，它用一根移动着的导线( 电极丝) 作为工具电极对工件进行 切割，故称线切割加工“1 。线切割加工中，工件和电极丝的相对运动是由数字控 制实现的，故又称为数控电火花线切割加工，简称线切割加工。 3 1 2 数控电火花线切割加工机床的分类 ( 1 ) 按走丝速度分：可分为慢速走丝方式和高速走丝方式线切割机床 ( 2 ) 按加工特点分：可分为大、中、小型以及普通直壁切割型与锥度切割型线 切割机床。 ( 3 ) 按脉冲电源形式分：可分为rc 电源、晶体管电源、分组脉冲电源及自适 应控制电源线切割机床。 3 1 3 敷控电火花线切割加工机床的型号示倒 图3 _ 2 快走丝线切割机床主机 - 8 - 第三章：线日割加工 3 2 1 控制台 控制台中装有控制系统和自动编程系统，能在控制台中进行自动编程和对机 床坐标工作台的运动进行数字控制。 3 2 2 机床主机 机床主机主要包括坐标工作台、运丝机构、丝架、冷却系统和床身五个部分。 图3 2 为快走丝线切割机床主机示意图。 ( ”坐标工作台它用来装夹被加工的工件，其运动分别由两个步进电机控制。 ( 2 ) 运丝机构它用来控制电掇丝与工件之间产生相对运动。 ( 3 ) 丝架它与运丝机构一起构成电极丝的运动系统。它的功能主要是对电极 丝起支撑作用，并使电极丝工作部分与工作台平面保持一定的几何角度，以满足 各种工件( 如带锥工件) 加工的需要。 ( 4 ) 冷却系统它用来提供有一定绝缘性能的工作介质工作液，同时可对 工件和电极丝进行冷却。 3 3 电火花线切割加工工艺装备的应用 工件装夹的形式对加工精度有直接影响。一般是在通用夹具上采用压板螺钉 固定工件。为了适应各种形状工件加工的需要，还可使用磁性夹具或专用夹具。 3 3 1 常用夹具的名称、用途厦使用方法 警、阿厩= # 1 恤“1 1 l 、l e j ，l i 夕i 一锕焊层 、 ， 图3 _ 3 压板夹具图34 磁性夹具 ( 1 ) 压板夹具它主要用于固定平板状的工件，对于稍大的工件要成对使 用。夹具上如有定位基准面，则加工前应预先用划针或百分表将夹具定位基准面 与工作台对应的导轨校正平行，这样在加工批量工件时较方便，因为切割型腔的 划线般是以模板的某一面为基准。夹具成对使用时两件基准面的高度一定要相 等，否则切割出的型腔与工件端面不垂直，造成废品。在夹具上加工出v 形的基 准则可用以夹持轴类工件，如图3 3 。 江南大学工程硕士毕业论文 ( 2 ) 磁性夹具采用磁性工作台或磁性表座夹持工件，主要适应于夹持钢 质工件，因它靠磁力吸住工件，故不需要压板和螺钉，操作快速方便，定位后不 会因压紧而变动，如图3 4 所示。 3 3 2 工件的调整 工件装夹时，还必须配合找正进行调整，使工件的定位基准面与机床的工作 台面或工作台进给方向保持平行，以保证所切割的表面与基准面之间的相对位置 精度。常用的找正方法有： ( 1 ) 百分表找正法如图3 5 所示，用磁力表架将百分表固定在丝架上，往复 移动工作台，按百分表上指示值调整工件位置，直至百分表指针偏摆范围达到所 要求的精度。 ( 2 ) 划线找正法图3 - 6 所示，利用固定在丝架上的划针对正工件上划出的基 准线，往复移动工作台，目测划针与基准线间的偏离情况，调整工件位置，此法 适应于精度要求不高的工件加工。 鲤彩 图3 5 百分表找正图3 - 6 划线找正 争j 霉。 图3 7 目测法调整电极丝位置图3 8 火花法调整电极丝位置 1 工件2 一电极丝 3 火花 3 3 3 电极丝位置的调整 线切割加工前，应将电极丝调整到切割的起始坐标位置上，其调整方法有： ( 1 ) 目测法 如图3 7 ，利用穿丝孔处划出的十字基准线，分别沿划线方向观 察电极丝与基准线的相对位置，根据两者的偏离情况移动工作台，当电极丝中心 第三章：线切割加工 分别与纵、横方向基准线重合时，工作台纵、横方向刻度盘上的读数就确定了电 极丝的中心位置。 ( 2 ) 火花法如图3 8 ，开启高频及运丝筒( 注意：电压幅值、脉冲宽度和峰 值电流均要打到最小，且不要开冷却液) ，移动工作台使工件的基准面靠近电极 丝，在出现火花的瞬时，记下工作台的相对坐标值，再根据放电间隙计算电极丝 中心坐标。此法虽简单易行，但定位精度较差。 ( 3 ) 自动找正般的线切割机床，都具有自动找边、自动找中心的功能，找 正精度较高。操作方法因机床而异。 3 4 数控电火花线切割的加工工艺 线切割的加工工艺主要是电加工参数和机械参数的合理选择。电加工参数包 括脉冲宽度和频率、放电问隙、峰值电流等。机械参数包括进给速度和走丝速度 等。应综合考虑各参数对加工的影响，合理地选择工艺参数，在保证工件加工质 量的前提下，提高生产率，降低生产成本。 3 4 1 电加工参数的选择 正确选择脉冲电源加工参数，可以提高加工工艺指标和加工的稳定性。粗加 工时，应选用较大的加工电流和大的脉冲能量，可获得较高的材料去除率( 即 加工生产率) 。而精加工时，应选用较小的加工电流和小的单个脉冲能量，可获 得加工工件较低的表面粗糙度。 加工电流就是指通过加工区的电流平均值，单个脉冲能量大小，主要由脉冲 宽度、峰值电流、加工幅值电压决定。脉冲宽度是指脉冲放电时脉冲电流持续的 时间，峰值电流指放电加工时脉冲电流峰值，加工幅值电压指放电加工时脉冲电 压的峰值。 下列电规准实例可供使用时参考： ( 1 ) 精加工：脉冲宽度选择最小档，电压幅值选择低档，幅值电压为7 5 v 左右， 接通一到二个功率管，调节变频电位器；加工电流控制在o 8 1 2 a ，加工表面 粗糙度r a 2 5 u m 。 ( 2 ) 最大材料去除率加工：脉冲宽度选择四五档，电压幅值选取“高 值，幅 值电压为1 0 0 v 左右，功率管全部接通，调节变频电位器，加工电流控制在4 4 5 a ， 可获得1 0 0 m 聊m i n 左右的去除率( 加工生产率) 。( 材料厚度在4 0 6 0 舳左右) 。 ( 3 ) 大厚度工件加工( 3 0 0 咖) ：幅值电压打至“高档，脉冲宽度选五六档， 功率管开4 5 个，加工电流控制在2 5 3 a ，材料去除率 3 0 删m i n 。 ( 4 ) 较大厚度工件加工( 6 0 1 0 0 咖) ：幅值电压打至高档，脉冲宽度选取五档， 功率管开4 个左右，加工电流调至2 5 “3 a ，材料去除率5 0 6 0 翮m i n 。 江南大学工程硕士毕业论文 ( 5 ) 薄工件加工：幅值电压选低档，脉冲宽度选第一或第二档，功率管开2 3 个，加工电流调至l a 左右。 注意，改变加工的电规准，必须关断脉冲电源输出，( 调整间隔电位器r p l 除外) ，在加工过程中一般不应改变加工电规准，否则会造成加工表面粗糙度不 一样。 3 4 2 机械参教的选择 对于普通的快走丝线切割机床，其走丝速度一般都是固定不变的。进给速度 的调整主要是电极丝与工件之间的间隙调整。切割加工时进给速度和电蚀速度要 协调好，不要欠跟踪或跟踪过紧。进给速度的调整主要靠调节变频进给量，在某 一具体加工条件下，只存在一个相应的最佳进给量，此时钼丝的进给速度恰好等 于工件实际可能的最大蚀除速度。欠跟踪时使加工经常处于开路状态，无形中降 低了生产率，且电流不稳定，容易造成断丝，过紧跟踪时容易造成短路，也会降 价材料去除率。一般调节变频进给，使加工电流为短路电流的o 8 5 倍左右( 电 流表指针略有晃动即可) 。就可保证为最佳工作状态，即此时变频进给速度最合 理、加工最稳定、切割速度最高。表3 一l 给出了根据进给状态调整变频的方法。 表3 1 根据进给状态调整变频的方法 实频状进给状切割速 态态 加工面状况电极丝变频调整 度 过跟踪 慢而稳焦褐色低略焦，老化快应减慢进给速度 忽慢忽 快 不光洁易烧丝，丝上 欠跟踪较快应加快进给速度 不均匀 易出深痕有白斑伤痕 欠佳跟略焦褐，有条应稍增加进给速 踪 慢而稳低焦色 纹度 最佳跟 很稳发白，光洁快发白，老化慢不需再调整 踪 3 5 线切割加工工件表面质量改善与提高 电火花线切割机按切割速度可分为高速走丝和低速走丝两种，低速走丝线切 割机所加工的工件表面粗糙度和加工精度比高速走丝线切割机稍好，但低速走丝 线切割机床的机床成本和使用成本都比较高，目前在国内还没有普及，而我国独 创的高速走丝线切割机床它结构简单，机床成本和使用成本低，易加工大厚度工 件，经近4 0 年发展，己成为我国产量最大，应用最广泛的机床种类之一，在模 具制造、新产品试制和零件加工中得到了广泛应用。 由于高速丝线切割机是采取线电极高速往复供丝的方式，线电极的损耗均匀 地分布在近3 0 0 米电极丝上，虽然电极丝的损耗极小，但电火花线切割机工作时 影响其加工工件表面质量的因素很多，更需要对其有关加工工艺参数进行合理选 第三章：线切割加工 配，才能保证所加工工件表面质量。 对线切割加工质量有直接影响的因素主要涉及人员、设备、材料等方面。为 了改善加工工件表面质量，可以从影响最大的人为因素、机床因素和材料因素等 三方面来考虑对加工质量的控制方式和改进方法，n 6 3 现介绍如下。 3 5 1 影响线切割加工工件表面质量的人为因素的控制与改善 人为因素的控制与改善主要包括加工工艺的确定和加工方法的选择，这可以 通过以下几点来实现： ( 1 ) 合理安排切割路线。该措施的指导思想是尽量避免破坏工件材料原有的内部 应力平衡，防止工件材料在切割过程中因在夹具等的作用下，由于切割路线安排 不合理而产生显著变形，致使切割表面质量下降。例如：工件与其夹持部分的分 离应安排在最后，使加工中刚性较好。 ( 2 ) 正确选择切割参数。对于不同的粗、精加工，其丝速和丝的张力应以参数表 为基础作适当调整，为了保证加工工件具有更高的精度和表面质量，可以适当调 高线切割机的丝张力，虽然制造线切割机床的厂家提供了适应不同切割条件的相 关参数，但由于工件的材料、所需要的加工精度以及其他因素的影响，使得人们 不能完全照搬书本上介绍的切割条件，而应以这些条件为基础，根据实际需要作 相应的调整。例如若要加工厚度为2 7 咖的工件，则在加工条件表中找不到相当 的情况，这种条件下，必须根据厚度在2 0 唧3 0 咖间的切割条件做出调整，主 要办法是：加工工件的厚度接近哪一个标准厚度就选择其为应设定的加工厚度。 ( 3 ) 采用近距离加工。为了使工件达到高精度和高表面质量，根据工件厚度及时 调整丝架高度，使上喷嘴与工件的距离尽量靠近，这样就可以避免因上喷嘴离工 件较远而使线电极振幅过大影响加工工件的表面质量。 ( 4 ) 注意加工工件的固定。当加工工件即将切割完毕时，其与母体材料的连接强 度势必下降，此时要防止因加工液的冲击使得加工工件发生偏斜，因为一旦发生 偏斜，就会改变切割间隙，轻者影响工件表面质量，重者使工件切坏报废，所以 要想办法固定好被加工工件。 3 5 2 影响线切割加工工件表面质量的机床因素的控制与改善 高速走丝电火花线切割机属于高精度机床，机床的维护保养非常重要，因为 加工工件的高精度和高质量是直接建立在机床的高精度基础上的，因此在每次加 工之前必须检查机床的工作状态，才能为获得高质量的加工工件提供条件。需注 意的环节和应采取的措施如下： ( 1 ) 在加工前，必须检查电极丝，电极丝的张力对加工工件的表面质量也有 很大的影响，加工表面质量要求高的工件，应在不断丝的前提下尽可能提高电极 丝的张力。 ( 2 ) 高速走丝线切割机一般采用乳化油与水配制而成的工作液。火花放电必 须在具有一定绝缘性能的液体介质中进行，工作液的绝缘性能可使击穿后的放电 江南大学工程硕士毕业论文 通道压缩，从而局限在较小的通道半径内火花放电，形成瞬时和局部高温来熔化 并气化金属，放电结束后又迅速恢复放电间隙成为绝缘状态。绝缘性能太低，则 工作液成了导电体，而不能形成火花放电；绝缘性能太高，则放电间隙小，排屑 难，切割速度降低。加工前要根据不同的工艺条件选择不同型号的乳化液。再者 必须检查与冷却液有关的条件，检查加工液的液量及赃污程度，保证加工液的绝 缘性能、洗涤性能、冷却性能达到要求。 ( 3 ) 必须检查导电块的磨损情况。高速走丝线切割机一般在加工了5 0 8 0 小 时后就须考虑改变导电块的切割位置或者更换导电块，有脏污时需用洗涤液清 洗。必须注意的是：当变更导电块的位置或者更换导电块时，必须重新校正电极 丝的垂直度，以保证加工工件的精度和表面质量。 ( 4 ) 检查导轮的转动情况，若转动不好则应更换，还必须仔细检查上、下喷 嘴的损伤和脏污程度，用清洗液清除脏物，有损伤时需及时更换。还应经常检查 贮丝筒内丝的情况，丝损耗过大就会影响加工精度及表面质量，需及时更换。此 外，导电块、导轮和上、下喷嘴的不良状况也会引起线电极的振动，这时即使加 工表面能进行良好的放电，但因线电极振动，加工表面也很容易产生波峰或条纹， 最终引起工件表面粗糙度变差。 ( 5 ) 保持稳定的电源电压。电源电压不稳定会造成电极与工件两端不稳定， 从而引起击穿放电过程不稳定而影响工件的表面质量。 3 5 3 影响缮翅耋! 加工工件表面质量的材料因素的控制与改善 为了加工出尺寸精度高、表面质量好的线切割产品，必须对所用工件材料进 行细致考虑n 7 l ： ( 1 ) 由于工件材料不同，熔点、气化点、导热系数等都不一样，因而即使按 同样方式加工，所获得的工件表面质量也不相同，因此必须根据实际需要的表面 质量对工件材料作相应的选择。例如要达到高精度，就必须选择硬质合金类材料， 而不应该选不锈钢或未淬火的高碳钢等，否则很难达到所需要求。 ( 2 ) 由于工件材料内部残余应力对加工的影响较大，在对热处理后的材料进 行加工时，由于大面积去除金属和切断加工会使材料内部残余应力的相对平衡受 到破坏，从而可能影响零件的加工精度和表面质量。为了避免这些情况，应选择 锻造性好、淬透性好、热处理变形小的材料。 ( 3 ) 加工过程中应将各项参数调到最佳状态，以减少断丝现象。如果发生断 丝势必会回到起始点，重新上丝再次进行加工，使加工工件表面质量和加工精度 下降。在加工过程中还应注意倾听机床发出的声音，正常加工的声音应为很光滑 的“哧一哧 声。同时，正常加工时，机床的电流表、电压表的指针应是振幅很 小，处于稳定状态，此时进给速度均匀而且平稳。 第四章：线切割加工成形刀具 第四章线切割加工成形刀具 4 1 线切割成形车刃的现状分析 应用线切割机床加工成形车刀是一种既经济又有效的方法之一，尤其是对复 杂形状刀具和先进材料制成的刀具加工非常有效。只要机床选择适当，其加工能 力与加工材料及几何形状相适应，就能发挥其最大作用。 近年来，线切割技术最突出的进步就是其粗切速度的提高，新型多头线切割 机的出现，对用线切割技术进行零件生产也是十分有意义的。利用线切割机上作 为标准功能或选配功能提供的高光度电路，加上切割丝的改进及高压冲洗，使线 切割加工技术成了能与磨削等传统精加工技术相媲美的精加工方法。用现代线切 割机加工出的切割面一般都没有再铸层。现代线切割机即使不带高光度电路，也 可以加工出光洁、无毛刺、无再铸层的表面。有些线切割机还具有可靠的自动穿 丝功能，这对需要多次穿丝进行切割的零件是十分有益的。 4 2 现代线切割技术争传统磨削技术的经济性比较 线切割与磨削在加工过程中是有所不同的，故其经济性也有所不同。线切割 加工一个面是通过一次走刀成形的，故能达到节约材料、提高经济效率的优势。 而磨削一个面要通过多次切削，逐层加工成形，故加工效率低。 随着线切割技术的迅速发展，如今的线切割机床可用于成形车刀的加工，完 全可以满足刀具制造工业的需要。高效率电子仪器的发展和钼丝导向装置的不断 改进，线切割机床的切削速度不但比原来提高了3 0 倍，还可以进行4 5 度角的切 割。采用光学曲线磨床加工车刀，其成本约为1 8 元小时。加工出的成形车刀( 例 如用于油嘴泵上加工喷口的细小成形车刀) ，每个加工耗时2 秒，加工约1 0 0 0 多 个零件后就需要刃磨，由此推算一把成形车刀的耐用度约为3 0 分钟。用线切割 技术制造成形车刀，实际制造的周期大大缩短，费用明显降低。由于采用硬质合 金刀片，刀具寿命增加，生产效率提高。此外由于采用刀片的刃磨专业化，使产 品的质量得到保证。综上所述，线切割完全可以用来加工成形车刀，此技术的经 济效益和生产效益是十分明显的。 4 3 线切割加工成形刀具存在的问题 成形车刀的设计及制造要比普通车刀来的复杂。成形车刀的刃形是根据工件 的廓形来设计的，由于存在前角”y ”、后角”q ”，因而成形车刀的刃形与工件的 廓彤不完全一致。设计成形车刀时，必须经行廓形的修正计算，由于一般成形车 刀的刃形较复杂，外形尺寸较小，精度要求又较高，所以修正计算的工作量大， 且相当繁琐。人们此刻把希望给予了计算机软件，成熟稳定的软件将是效率和利 益的保证。 江南大学工程硕士毕业论文 目前市面上还没有相关专业车刀加工软件销售，只有在p r o e ，u g 等一些大 型软件中才有相关的功能模块，一般中小型企业根本无力支付正版软件的使用费 用。现在随着新技术，新工艺，新材料的不断涌现，人们对成形车刀的切削性能 等的要求越来越高，而传统的车刀加工方法根本满足不了精度要求，这在一定程 度上促使了人们对成形车刀专业软件的研究，并且也意味着专业软件一旦面世， 它将有一个广阔的需求市场。 第五章；s c a c 系统简介 第五章s c a c 系统简介 本课题重点即软件设计部分，在此将详细介绍软件在处理复杂运算时的强大 功能，以及后继拓展开发的能力。为了方便说明我们简称“成形车刀线切割自动 编程系统 为“s c a c 劳，即英文s h a p e dc u t t e ra u t o c o d i n g 。s c a c 系统是采用 交互式绘图技术，融绘图、编程于一体的线切割自动编程系统。s c a c 系统以全 新的w i n d o w s 环境，全新思路与风格，为用户提供了一个集成的、十分便捷的编 程环境。目前直线功能比较完善，圆弧等一些功能只有少量运用。 5 1s c a c 系统的开发要求与设计理念 以w i n d o w s 操作系统作为基础平台，用v i s u a lb a s i c 6 0 语言编程，开发成 形车刀线切割加工软件。该系统具有可视化操作，使用所见即所得的绘图方式进 行编程，输入坐标即可绘出加工的图形。输入成形车刀加工的零件的廓形直接生 成线切割加工轨迹与指令。同时具有丰富的编辑功能和绘图功能，面且立即生成 加工代码g 代码，同时加工代码可以直接送到机床控制台。 l 、尽量采用现有的软硬件环境，及电火花线切割机，从而达到充分利用现 有资源，提高系统开发水平和应用效果的目的。 2 、系统应该从实际出发，满足实际的工作要求，并达到操作过程中的直观、 方便、使用、安全等要求。 3 、以w i n d o w s 操作系统作为基础平台，用v i s u a lb a s i c 6 0 语言编程，开 发成形车刀线切割自动编程系统。 4 、实现成形车刀廓形的自动转换。 5 、采用全中文的人机界面，使用菜单和工具条技术。 6 、系统开发用模块化程序设计方法，即便于系统功能的各种组合和修改， 又便于技术维护人员补充、维护。 5 2s c a c 系统特点 本系统采用w i n d o w s 一般应用软件的界面方式：全中文菜单、图形命令按钮、 命令框三种形式同时操作，界面清新，用户操作一目了然，既方便初学者学习， 又适合老用户快速编程。 为了使用户能够方便、快捷、准确地使用该系统编制线切割图形，本系统采 用全绘图式编程，只要按图纸标注的尺寸沿切割路线顺序依次输入各段元素，即 可自动编程，最后输出线切割数控机床的g 代码指令。基本上摒弃了传统编程顺 江南大学工程硕士毕业论文 圆、逆圆、拐点等要硬记的语法规则。 在命令设置过程中尽量考虑到各种特殊情况，使用户使用本系统的绘图命令能绘 出绝大多数零件的轮廓，从而使本系统能够处理绝大多数的工程图纸。完善几何 求解的功能，所有的图纸几乎不用计算或只需少量计算即能输入。 多样辅助设置功能，具有半径补偿、图象颜色设定、坐标系设定、网格设定、 动态仿真等功能。 加入了成形车刀的结构以及廓形补偿运算，省去大量繁琐的运算过程，进一 步提高了生产效率。( 暂时只实现了棱形车刀与平体车刀) 5 3s c a c 系统简介 s c a c 系统在功能上由八大部分组成：文件、编辑、绘图、视图、加工、设 计、辅助、帮助。 文件功能 具有新建、打开、保存、另存为、打印、打印设置、发送、退出等文件操作。 编辑功能 具有图形重画、剪切、复制、粘贴等图形、文本编辑功能。 绘图功能 系统提供点、线、圆共7 种基本绘图命令及任意曲线。 视图功能 具有工具条隐藏显示、页面大小设定、前后背景颜色设定、网格显示隐藏、 刷新等功能。 加工功能 起刀点设定、退刀点设定、加工轨迹生成、g 代码生成。 辅助设计 棱体车刀结构尺寸设计和成形车刀廓形运算。 计算器 窗口 第五章：s c a c 系统简介 帮助 层叠、横向平铺、纵向平铺、排列图标 具有关于本系统的简单说明。 5 4s c a c 系统的编程( 运行) 环境 硬件 c p u ：p e n ti u m 5 8 6 2 0 0 操作系统：w i n 9 x w i n n t w i n ) ( p 内存2 5 6 m b 硬盘：1 0 g 打印机，线切割机床等 江南大学工程硕士毕业论文 第六章s c a c 系统约定 6 1 系统输入格式说明 1 ) 角度输入 角度均以度为计量单位，且为绝对角度，即相对于x 轴正向转过的角度，逆 时针为正、顺时针为负。 2 ) 坐标的输入 单位为咖，每次输入坐标点生成图形后，下一步的起点自动变为此次图形 终点，也可自行设定。 3 ) 圆弧绘制 圆弧绘制时有对话窗口跳出，选定起始角度和终止角度以及长短轴比例生成 图形，起始终止角度均为绝对角度，长短轴比率为y 向：x 向。为方便操作，此 处加设预览窗口。 4 ) 矩形绘制 起点坐标，终点坐标分别设为矩形对角点。 5 ) 任意曲线 按下鼠标左键，拖动鼠标绘制任意曲线。按下鼠标右键，拖动鼠标擦除图像。 此处不能实现偏移、g 代码生成功能。 6 2 便捷键约定 数据输入对话框中的便捷键： 对于有“确认和“取消 两命令按钮的对话框： 按“e n t e r 键相当于按下“确认按钮。 按“e s c 一键相当于按下“取消按钮。 6 3 系统简化编程说明 数组数据缓存值2 3 个，所有精度暂设定为0 0 1 咖。 第七章：s c a c 系统基奉操作与举倒 第七章s c 加系统基本操作及举例 为了说明s c c 线切割自动编程系统的易学性和编程的方便性。本章将立即 投入编程，并介绍一些简单的例子。实际上，操作s c c 线切割自动编程系统是 感性认识s c a c 的罐佳方法，这也将展示s c a c 线切割自动编程系统令人振奋的 潜力。在本章介绍之后，下一章将提供s c a c 线切割自动编程系统所有命令的详 细解释。 7 1 安装s c c 线切割自动鳊程系统 该软件为绿色软件，无需安装；可以直接在普通装有w j n d o w s