第8章特种数控加工机床

1、第第8章章 特种数控加工机床特种数控加工机床 8.1 数控电火花机床数控电火花机床 8.2 数控线切割机床数控线切割机床 8.3 数控压力机与数控折弯机数控压力机与数控折弯机 8.4 数控热切割机床数控热切割机床 8.1 数控电火花机床数控电火花机床 电火花加工（Electrical Discharge Machining）是一种利用电极 之间脉冲放电时所产生的电腐蚀现象进行加工的方法。该项技术在 二十世纪四十年代开始研究并逐步应用于生产，它是在加工过程中， 使工具与工件之间不断产生脉冲性的火花放电，靠放电时局部、瞬 间产生的高温蚀除工件多余材料，这种利用火花放电时产生的腐蚀 现象对金属材料进

2、行加工的方法称之为电火花加工。 随着电火花加工技术的发展，在成形加工方面逐步形成两种主要 加工方式：电火花成形加工和电火花线切割加工。 8.1.1 电火花加工概述电火花加工概述 8.1.2 数控电火花机床数控电火花机床 8.1.1 电火花加工概述电火花加工概述 1电火花加工原理 电火花加工方法可用软的工具加工任何硬度的金属材料。工程上 常用易加工、导电性好、熔点较高的石墨、铜、铜钨合金和铝等耐电 蚀材料作工具电极。图8-1所示是最简单的电火花加工装置原理图。 图8-1 数控电火花加工机床原理简图 工具电极和工件分别 接脉冲电源的负、正 两极，浸人工作液中， 计算机数控系统控制 工具电极向工件进

3、给， 当间隙达到一定值时， 两极上施加的脉冲电 压将间隙中的工作液 击穿，产生火花放电， 在放电的微细通道中， 瞬时集中大量的热能， 温度可达10000以 上，压力也 急剧变化，从而使工件表面局部金属立刻熔化、气化， 并爆炸式地飞溅到工作液中，迅速冷凝成金属微粒，被 工作液带走。这时在工件表面则留下一个微细的凹坑痕 迹，放电短暂停歇，两电极间工作液恢复绝缘状态。紧 接着，下一个脉冲电压又在两电极相对接近的另一点处 击穿，产生火花放电，重复上述过程。电极不断下降， 金属表面也不断被蚀除，这样电极的轮廓形状便可复印 在工件上而达到加工的目的。只要改变工具电极的形状 和工具电极与工件之间的相对运动方

4、式就能加工出各种 复杂的型面。 2电火花加工的主要特点 （1）脉冲放电产生的高温通道足以熔化和气化任何材料， 因此所用的工具电极无须比工件材料硬。所以它适合于加工用 传统机械加工方法难于加工的特殊材料加工，包括各种淬火钢、 硬质合金、耐热合金等任何硬功夫、脆、韧、高熔点的导电材 料。 （2）加工时工具电极与工件不接触，两者之间不存在因切 削力而产生的一系列设备和工艺问题。因此不受工件几何形状 的影响，有利于加工通常机械切削方法难于或无法加工的复杂 形状工件和具有特殊工艺要求的工件，如薄壁、窄槽、各种型 孔、立体曲面等。 （3）脉冲能数可任意调节，在同一台机床上能连续进行粗、 中、精加工。 （4

5、）直接利用电能加工，便于实现自动控制和加工自动化。 其不足之处是加工效率较低、工具电极也有损耗、影响尺寸加 工的精度等 3电火花加工在模具制造中的应用 自从电火花加工发明以来，它在金属加工领域已成为不可缺少 的加工工艺之一。而首先获得大量使用的就是模具制造行业，最初 是冲裁模的加工，后来在成形模具的加工方面也得到广泛的使用。 例如锻模，它的70的工作量可由电火花加工来完成。 电火花加工在模具制造中的应用，主要有以下几个方面： (1) 加工各种模具零件的型孔：如冲裁模、复合模、连续模等各 种冲模的凹模；凹凸模、固定板、卸料板等零件的型孔；拉丝模、 拉深模等具有复杂型孔的零件等。 (2) 加工复杂

6、形状的型腔：如锻模、塑料模、压铸模、橡皮模等 各种模具的型腔加工。 (3) 加工小孔：对各种圆形、异形孔的加工(可达0.015一直径)， 如线切割的穿丝孔、喷丝板型孔等。 (4) 电火花磨削：如对淬硬钢件、硬质合金工件进行平面磨削、 内外圆磨削、座标孔磨削以及成形磨削等。 (5) 强化金属表面：如对凸模和凹模进行电火花强化处理后，可 提高耐用度。 (6)其他加工：如刻文字、花纹、电火花攻螺纹等。 8.1.2 数控电火花机床数控电火花机床 图8-2所示为SC400型数控电火花成型机外观。SC400型精密数控电火花 成型机是在消化和吸收国外先进技术和经验基础上，根据我国实际情况而设 计的，具有造型

7、美观、结构新颖、操作方便等优点。采用了工业计算机控制 系统、键盘输入，彩色CRT显示等，大大提高了编程自动化程序。SC400型 精密数控电火花成型机主要由 图8-2 SC400数控电火花成形机床组成简图 主机、工作油箱、数控电源柜 等部分组成。主机包括床身、 滑座、工作台、底座、滑枕、 主轴箱、工作液槽、机 床端 子箱等部分组成。机床采用滑 枕式结构、滑枕式结构与十字 滑台结构相比较，具有较好的 刚性和较大的承载能力，并且 加工精度高，稳定性能好，大 工作液箱，加工效率高。机床 的X、Y、Z三个坐标采用直 流伺服电机直接驱动滚珠丝杠 的形式。三个坐标导轨采用 滚动导轨，具有灵敏度高、伺服性能好

8、、加工稳定、定位精度高等优点。 1.主机机械传动系统及装置 图8-3所示为机床传动系统图。 件号名称规格 型号数量 件号名称规格 型号数量 1电机 1 8联轴器 1 2联轴器 1 9电机 1 3轴承C2463041对 10轴承1041 4滚球丝杠副Z=4 D=321 11滚球丝杠副Z=4 D=321 5轴承1041 12轴承C2463041对 6滚球丝杠副Z=4 D=321 13电机 1 7轴承 1对 14联轴器 1 图8-3 机床传动系统 (1)主轴箱及传动机构 图8-4所示为主轴箱传动结构。主轴箱包括主轴伺 服系统和图8-4所示为主轴箱传动结构。主轴箱包括主轴伺服系统和主轴箱平 衡机构。主

9、轴头是数控电火花成形机床的关键部件，它上面安装电极(即工具)。 DC(或AC)伺服电动机l直接通过联轴器2安装在滚珠丝杠3上，滚珠丝杠螺母4 装在滑板上。主轴头5固定在滑板上，滑板移动采用精密直线滚动导轨副。使 主轴头在立柱上作升降移动， 1-电机 2-联轴器 3-滚珠丝杠 4-丝杠螺母 5-主轴头 6-重锤 7-刹车器 图8-4 主轴箱传动结构 调整工具电极和工件之间的 间隙，使两者之间有一定的 放电间隙。如间隙过大时， 不会放电，必须驱动工具电 极进给靠拢；在放电过程中， 工具电极与工件不断被蚀除， 间隙逐渐增大，则必须驱动 工具电极补偿进给，以维持 所需的放电间隙；当工具电 极与工件间短

10、路时，必须使 工具电极反向离开，随即再 重新进给，调节到所需的放 电间隙 (0.010.2mm)。 主轴箱装有平衡机构6和刹车装置7。强电接通时，刹车器放松，电机可带 滚珠丝杠旋转，使滑板带动主轴箱上下移动。当强电关闭时，刹车器锁住丝 杠，防止主轴箱因自重掉下来。 (2) 工作台和滑枕结构 如图8-3所示，工作台和滑枕均采用伺服电机直接 与滚珠丝杠副相连，移动采用精密直线滚动导轨副，从而使固定在工作台上 的工件调整好与主轴头的相对位置。 (3) 工作液槽结构 工作液槽 安装在工作台上，工作液槽采用 单开门的结构形式，门外密封采 用O形密封结构。如图8-5所示， 工作时油泵启动，旋转手柄1至通

11、油位置，工作液槽进油。上下移 动手柄2，调节工作液槽放油量的 大小。上下移动手柄3，调节油面 的高度。旋转手柄4，使油嘴6为 吸油状态。旋转手柄5，使油嘴为 冲油状态，冲油、吸油的压力大 小可以通过旋转手柄1获得。 1-进油开关及冲吸油压力调节阀 2-放油手柄 3-调节液面高度手柄 4-吸油开关 5-冲油开关 6-吸油嘴 7-冲油嘴 8-真空表 9-压力表 图8-5 工作液槽 为了保证加工过程安全进行，加工时工作液面必须比工件 上表面高出一定高度（一般情况高出50mm），因而在工作液 槽上装有液面高度控制器，液面控制器和温度控制器装在手柄 3下面的连接板上，当液面升到一定位置时，液面控制器接通

12、， 此时才能进行放电工作状态。当加工中液面降低时，液面控制 器断开，电柜报警，停止加工。当加工中工作液油温超过60 时，温度控制器断开、电柜报警、停止加工。 2脉冲电源 脉冲电源是电火花加工机床的重要部分之一， 其作用是为放电过程提供 能量，它对工艺指标的影响极大， 应具备高效低损耗、大面积小粗糙度表面稳定加工的能 力。 数控化的脉冲电源与数控系统密切相关，但有其相对的自主性。 SC400型精密数控电火花成型机主要与P100D型数控脉冲电源 柜配套使用。P100D型数控脉冲电源柜由控制电源柜、控制台 及RCT显示器组成。它具有放电参数自动选取及控制，可选择 5种基本图形及不同劳伦幅值进行加工。

13、具有自动定位等功能。 3数控系统 电火花加工机床的数控装置，既可以是专用的， 也可在通用的数控装置 上增加电火花加工所需的专用功能，因为控 制要求很高，要对位置、轨迹、脉冲参数和辅助 动作进行编程或实 时控制，一般都采用计算机数控(CNC)方式，其不可缺少的主要功能 如 下：多轴(X、y、Z和C)控制，可在空间任意方向上进行加工，便 于在一次安装中完成除安装面外的五个面上的所有型腔，保证了各 型腔之间的相对位置精度。多轴联动摇动(平动)加工，此功能扩大了 电极对工件在空间的运动方式，有可能在多种运动轨迹、回退方式 方面针对工艺要求作合理的选择；自动定位，除常见的电极碰端面 定位，对孔或圆柱自动

14、找中心外，还可利用球测头和基准球(安置在 机床工作台上的一个带底座的高精度球体)来保证多型腔、多工件、 多电极加工时的定位精度。 4工作液循环系统 电火花成形机床的工作液主要为煤油、变 压器油和专用油，后者是为放电加工专门研制的链烷烃系，以碳化 氢为主要成分的矿物油为主体，其粘度低、闪点高、冷却性好、化 学稳定性好，但分馏工艺要求高、价格较贵。 工作液在放电过程中起的作用是：压缩放电通道，使能量高度集 中；加速放电间隙的冷却和消除电离，并加剧放电的液体动力过程。 5数控平动头 平动头是成形电火花加工机床最重要的主轴头附件，也是 实现单电极型腔电火花加工所必备的工艺装备。平动头的作用 是给电极一

15、个平面圆周平衡运动，电极上的每一个点都绕着其 原始位置作平面圆周平移运动，平动头运动轨迹如图8-6所示。 图8-6 平动头扩大间隙原理图 数控平动头的结构示意图如图8-7所示，由数控装置和平动头两部分组 成。当数控装置的工作脉冲送到X、Y两方向的步进电机时，丝杠和螺母就 相对移动，也就是使中间溜板和下溜板按给定轨迹作平动。平动时，相对 运动由上、下两组圆柱滚珠导轨支承，可保证较高精度和刚度。 1-上溜板 2-步进电机 3-圆柱滚珠导轨 4-中间溜板 3-下溜板 6-刻度端盖 7-丝杠、螺母 图8-7 数控平动头结构示意图 数控平动头是针对目 前多数机械平动头存在的 精度和刚度差，加工后模 腔产

16、生的“波纹”较大， 只有单一的平面圆周运动， 精修时操作不便等缺点研 制成的。它可按需要走不 同平面轨迹，大大减少了 电加工后模腔表面的“波 纹”，且各方向修光均匀， 型面的表面粗糙度均匀一 致，避免了机械平动头精 修时易出现的单边修光 现象数控平动头的精度可 达0.01mm，并且实现了微量自动进给和程序控制及自动化加工。 8.2 数控线切割机床数控线切割机床 8.2.1 数控线切割机床工作原理数控线切割机床工作原理 8.2.2 数控电火花线切割加工的特点数控电火花线切割加工的特点 8.2.3 数控电火花线切割机床的分类数控电火花线切割机床的分类 8.2.4 数控电火花线切割机床的主要机械结构

17、数控电火花线切割机床的主要机械结构 8.2.5 工作液系统工作液系统 8.2.6 脉冲电源脉冲电源 8.2.1 数控线切割机床工作原理数控线切割机床工作原理 数控线切割加工和电火花成形加工的基本原理是一样 的，不同的是在线切割加工中是用连续移动的细金属导线 (铜丝或钼丝)作为工具电极来代替电火花加工中的成形电 极，利用线电极与工件之间产生的脉冲火花放电来腐蚀工 件，工作台带着工件作X、Y平面的两坐标移动，从而切 割出各种平面图线的。工件的形状是由数控系统控制工作 台（工件）相对于电极丝的运动轨迹决定的，因此不需要 制造专用的电极，就可以加工形状复杂的模具零件。 (a)工件及其运动方向 (b)电

18、火花线切割加工装置原理图 1-绝缘底板 2-工件 3-脉冲电源 4-电极丝（钼丝或铜丝） 5-导向轮 6-支架 7-储丝筒 图8-8所示为电火花线切割工艺及装置原理图。工件接脉冲电源的正极， 电极丝4（钼丝或铜丝）接负极，由脉冲电源3供给加工能量后，在工件与电 极丝之间产生很强的脉冲电场，使其间的介质被电离击穿，产生脉冲放电。 电极丝在储丝筒7的作用下作正反向交替（或单向）移动，在电极丝和工件 之间浇注工作液介质，在机床数控系统的控制下，工作台在水平面两个坐标 方向各自按预定的控制程序实现切割进给，从而切割出需要的工件形状。 电火花线切割加工主要用于冲模、挤压模、塑料模，电火花型腔模用的电极

19、加工等。由于电火花线切割加工机床的加工速度和精度的迅速提高，目前已 达到可与坐标磨床相竞争的程度。 图8-8 电火花线切割原理 8.2.2 数控电火花线切割加工的特点数控电火花线切割加工的特点 1.直接利用线状的电极丝作工具电极，不需要像电火花成形加工 一样的成形工具电极，可节约电极的设计、制造费用，并缩短了生产 准备时间，加工周期短。 2.可以加工用传统切削加工方法难以加工或无法加工的微细异形 孔、窄缝和形状复杂的零件，其加工周期短、应用灵活，因而很适合 于小批量零件和试制品的加工。 3.传统的车、铣、钻加工中，刀具硬度必须比工件硬度大，而数 控电火花线切割机床的电极丝不必比工件材料硬，所以

20、可以加工硬度 很高或很脆，用一般切削加工方法难以加工或无法加工的材料。在加 工中作为刀具的电极丝无须刃磨，可节省辅助时间和刀具费用。 4.利用电蚀原理加工，加工中工具电极和工件不直接接触，没有 像机械加工那样的切削力，因而工件的变形很小，电极丝、夹具不需 要太高的强度，适宜于加工低刚度工件及细小零件。 5.由于电极丝比较细，切缝很窄，只对工件材料进行“套料”加 工，实际金属去除量很少，轮廓加工时所需余量也少，故材料的利用 率很高，能有效地节约贵重材料。 6.由于采用移动的长电极丝进行加工，使单位长度电极丝 的损耗较小，从而对加工精度的影响比较小，特别在低速走丝 线切割加工时，电极丝一次使用，电

21、极损耗对加工精度的影响 更小。 7.依靠数控系统的线径偏移补偿功能，使冲模加工的凹凸 模间隙可以任意调节。依靠锥度切割功能，有可能实现凹凸模 一次加工成形。 8.对于粗、半精、精加工，只需调整电参数即可，操作方 便，自动化程度高。采用乳化液或去离子水的工作液，不必担 心发生火灾，可以昼夜无人值守连续加工。 鉴于上述特点，数控线切割加工为新产品试制、精密零件及模 具加工开辟了一条新的途径，主要应用于以下几个方面： (1)适用于各种形状的冲裁模加工。 (2)加工电火花成形加工用的电极 (3)试制新产品及进行微细加工和异形槽加工等。 8.2.3 数控电火花线切割机床的分类数控电火花线切割机床的分类

22、根据电极丝的运行速度不同，电火花线切割机床通常分为 两大类：一类是高速走丝电火花线切割机床(WEDMHS)，这 类机床的电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为812ms， 这是我国生产和使用的主要机种，另一类是低速走丝电火花线 切割机床(WEDM-LS)，这类机床的电极丝作低速单向运动， 一般走丝速度为0.2ms，这是我国正在发展和国外生产和使 用的主要机种。 根据控制方式的不同，电火花线切割机床又可分为靠模仿 形控制、光电跟踪控制和数字控制等。目前国内外95%以上的 线切割机床都已采用数控化，而且采用不同的数控系统，从单 片机、单板机到微型计算机系统，有的还有自动编程功能。 8.2.4 数控电

23、火花线切割机床的主要机械结构数控电火花线切割机床的主要机械结构 如图8-9所示为苏州沙迪克三光机电有限公司生产的DK7725型数控线切割 机床外形图，本节将以该机床为例，对其结构进行简要分析。 1-软盘驱动器 2-电源总开关 3-键盘 4-开机按钮 5-关机按钮 6-急停按钮 7-彩色显示器 8-电压表 9-电流表 10-机床电器按钮 11-运丝机构 12-丝架 13-坐标工作台 14-床身 图8-9 DK7725型数控线切割机床 DK7725型数控线切割机床属于 中型电火花线切割设备。它是 利用电蚀加工原理由高频电源 控制柜提供电蚀电源(可调)， 用金属丝(钼丝)作为工具电极， 零件作为另一

24、极作为电蚀加工。 机床工作台的运动是按预先编 制的程序由PC-586型微机控制， 因此本设备可以自动割出任意 角度的直线和半径在9999m 以内圆弧所组成的复杂平面图 形。DK7725型数控线切割机床 主要由机床、高频电源控制柜、 PC-586计算机、驱动电源组成。 1机床工作台结构 机床工作台结构如图8-10所示。工作台分上下拖板(上拖板代工作台面)均可 独立前后运动，下拖板21移动表示横向运动(y坐标)，上拖板3移动表示纵向 运动(X坐标)，如同时运动可形成任意复杂图形。 图8-10 DK7725工作台结构 1-手轮 2-刻度盘 3-上拖板 4-轴承座 5-内外隔板 6-轴承 7-丝杠 8

25、-螺母座 9-调整螺母 10-限位开关挡块 11-V形导轨 12-限位开关 13-轴承 14-精密双齿轮 15-端盖 16-步进电 机 17-上V形导轨 18-限位开关 19-接线柱 20-平导轨 21-下拖板 22-电机座 23-小齿轮 工作台移动由步进电机16带动无间隙齿轮14通过精密丝杆7和滚动导轨实现X、 Y方向的伺服进给运动，当电极丝和工件间维持一定间隙时，即产生火花放 电。工作台的定位精度和灵敏度是影响加工曲线轮廓精度的重要因素。 2储丝走丝部件的结构 DK7725数控线切割机床的储丝走丝部件如图8-11所示，它由储丝筒组合 件、上下拖板、齿轮副、丝杠副、换向装置和绝缘件等部分组成

26、。 储丝筒7由电动机2 通过联轴器4带动 以1400rmin的转 速正反向转动。储 丝筒另一端通过三 对齿轮减速后带动 丝杆11。储丝筒、 电机、齿轮都安装 在两个支架上。支 架及丝杠则安装在 拖板12上，调整螺 母9装在底座10上， 拖板与底座采用装 有滚珠的V形滚动 导轨连接，拖板在 底座上来回移动。 1- V形导轨 2-电机 3-电机架 4-联轴器 5-左轴承座 6-轴承 7-储 丝筒 8-轴 9-调整螺母 10-底座 11-丝杆 12-拖板 13-齿轮 （Z=34）14-大齿轮（Z=102）15-小齿轮（Z=34）16-齿轮 （Z=95）17-上底座 图8-11 DK7725机床的储丝

27、走丝部件 3线架、导轮部件的结构 DK7725数控线切割机床的线架、导轮部件如图8-12所示。上下线架与立 柱连接，下线架固定不动，上线架可以转动立柱上方的手轮使其在200mm范 围内自由调节，下线架有两个导轮，上下线架的两个导轮为蓝宝石导轮。 图8-12 DK7725机床的线架、导轮部件 1-防护罩 2-锁紧手柄 3-上线架 4-冷却液调节阀 5-护板 6-下线架 7-立柱 8-丝杆 9-螺 母10-轴承 11-法兰盖 12-螺帽 13-轴承座 14-圆螺母 15-压紧螺母 16-小圆螺母 17-轴承 18-导轮座 19-前导轮 20-接线柱 21-高频进线 22-后导轮 23-过渡轮 导轮

28、座用金属材料制 作，内装精密型轴承 用于支撑导轮，在线 架上的两个前导轮座 装配过程中，调整钼 丝在X向的垂直，y 向垂直只需平移下线 架上的两个前导轮座 即可。钼丝与工作台 面的调整是否合适， 可采用钼丝垂直度量 具(随机附件测 量杯)采用透光法检 查。 4锥度切割 为了切割有落料角的冲模和某些有锥度(斜度)的内外表面，线切 割机床一般具有锥度切割功能。常见的有图8-13所示的三种方法。 图8-13 锥度切割 a)上(下)丝臂平动法 b)上(下)丝臂绕一中心移动 c)上(下)丝臂沿导轮径向平动和轴向摆动 （1）采用上(或下)丝臂沿X或y方向平移(图8-13a)，这种方法锥度不宜过大， 否则导

29、轮易损坏； （2）上、下丝臂同时绕一中心移动(图8-13b)，此方法加工锥度也不宜过大； （3）上下丝臂分别沿导轮径向平动和轴向摆动(图8-13c)，此方法不影响导轮 磨损，最大切割锥度通常可达1.5。 8.2.5 工作液系统工作液系统 在电火花线切割加工过程中，需要稳定地供给有一定绝缘性能的 工作介质工作液，以冷却电极丝和工件，排除电蚀产物等，这样 才能保证火花放电持续进行。一般线切割机床的工作液系统包括：工 作液箱、工作液泵、流量控制阀、进液管、回液管及过滤网罩等，如 图8-14所示。 1-过渡器 2-回液管 3-工作台 4-下丝臂进液管 5-上丝臂进液管 6-流 量控制阀 7-进液管 8

30、-工作液泵 9-工作液箱 图8-14 线切割机床工作液系统图 工作液的质量及清洁程度在某种意义上对线切割工作起着很大的 作用。如图8-15所示，用过的工作液经管道流到漏斗5，再经磁钢2、 泡沫塑料3、纱布l流入水池中。这时基本上已将电蚀物过滤掉，再流 经两块隔墙4，铜网布6，磁钢2，工作液得到过滤复原。此种过滤装 置不需特殊设备，方法简单，可靠实用，设备费用低。 1-纱布袋 2-磁钢 3-泡沫塑料 4-隔墙 5-漏斗 6-铜网布 7-工作液泵 图8-15 工作液过滤图 8.2.6 脉冲电源脉冲电源 脉冲电源是数控电火花线切割加工机床的最重要的组成部分， 是决定线切割加工工艺指标的关键部件，即数

31、控电火花线切割加工 机床的切割速度、加工面的表面粗糙度、加工尺寸精度、加工表面 的形状和线电极的损耗，主要决定于脉冲电源的性能。 图图8-16 电火花线切割脉冲电源原理电火花线切割脉冲电源原理 闸流管、电子管、可控硅、场1效应管和弛张式等脉冲电源；也可按 功放级的电流输出波形分为方波、分组脉冲，高低压脉冲、前阶梯、 三角波和前沿缓冲波形等。 数控电火花线切割 脉冲电源，可根据 它是否受加工间隙 状态的影响而分为 非独立式和独立式 两大类；也可根据 功率级所使用的器 件，分为晶体管、 电火花线切割脉冲电源，一般是由主振级(脉冲信号发生器)、前 置级(放大)、功放级和供给各级的直流电源所组成，如图

32、8-16所示。 8.3 数控压力机与数控折弯机数控压力机与数控折弯机 8.3.1 数控压力机数控压力机 8.3.2 数控折弯机数控折弯机 板材冲压加工设备主要有数控压力机、数控剪板机和数控折弯 机三类，它们可对板材及卷料进行冲压、剪切和折弯等钣金加工。 下面介绍数控压力机和数控折弯机。 8.3.1 数控压力机数控压力机 常用数控压力机有：数控步冲压力机和数控冲模回转头压力机。图8-17 为J92K-30A型数控冲模回转头压力机，是济南铸造锻压机械研究所生产的高 效精密数控钣金加工设备。可以进行冲孔、起伏成形(百叶窗、压筋，浅拉 伸、翻边、切缝成形等)、半切断、压标记、打中心孔、步冲大孔、方孔、

33、 曲线孔等加工。 1-数控柜 2-外罩 3-中心工作台（板材滑道） 4-滑动 托架（X轴传动） 5-基座 6-板材夹钳及接近开关 7-原 点定位器 8-机身 9-前工作台 10-补充工作台 图图8-17 J92K-30A外形图外形图 J92K-30A型数控系统采用 FANUCO-PC系统可在屏幕上显 示零件形状，有图形功能指令， 四轴控制，配有交流数字伺服 系统和高性能交流电动机。 1主要组成 由外形图(图8- 17所示)，主要组成可分为冲压 主体、送进工作台和数控柜三 大部分。主体部分包括主传动 部件、转盘部件、转盘驱动部 件等，这些均在外罩2内；送进 工作台部分包括基座、工作台、 滑动托架

34、、板材夹钳，X轴及Y 轴传动系统和气动系统等。 2传动系统及工作原理 图8-18所示为J92K-30A型数控压力机机械传动系统图。传动系统 主要由三部分组成：主传动系统，转盘选模系统和进给传动系统。另 外还有气动系统等。 转盘选模系统的作用是将所需模具转到打击器下。 1-转盘伺服电动机 2-转盘减速器 3-链传动 4-主电动机 5-偏心轴 6-飞轮 7-滑块 8-打击器 9-上转盘 10-板材 11-夹钳 12-夹钳气缸 13-滑架 14-X轴 伺服电支机和滚珠丝杠 15-工作台 16-Y轴滚珠丝杠 17-Y轴伺服电动机 18-下转盘 19-转盘定位锥销 20-转盘定位气缸 图图8-18 J9

35、2K-30A传动系统传动系统 上下转盘实际是一个可回转的模具库，设有40个模具位置，可装40 套模具，其中两套为自转模，一套自转模本身又带12套模具(自转模 是一个单独的数控轴，称为C轴，由伺服电动机驱动，能在360范 围内任意旋转定位，可扩大冲孔功能，如冲放射形孔、多边孔等)。 上转盘装上模具；下转盘装下模具，板材在上下转盘之间。进给传 动系统的作用是将板材的冲压部位准确定位在冲模打击器处。主传 动系统驱动打击器进行冲压。 工作时，在数控程序的指令下，板材由夹钳11夹持在工作台上， 伺服电动机17通过联轴器直接与滚珠丝杠相连接，带动活动工作台 作y轴移动；X轴传动系统14带动滑架13作X轴移

36、动，使板材在X轴， y轴方向移动定位与此同时，伺服电动机1通过减速器2以及上下一 对链条传动副驱动飞轮和曲轴转动，使滑块作上、下往复运动。上 下转盘同步转动，将所需冲模迅速、准确地转到位，并由定位气缸 将锥销插入转盘侧面定位锥孔中，然后主电动机4通过带传动和偏心 轴5推动滑块7使打击器8压上模具下行，进行冲压。板材一次装夹后， 可进行多个模具的冲压，完成各种形状、尺寸、和孔距的加工，减 少装夹、测量和调整时间，提高精度和效率 步冲加工就是用形状简单的小模具快速连续地冲压成一个尺寸 较大或形状复杂的工件。 8.3.2 数控折弯机数控折弯机 折弯机是利用所配备的模具(通用或专用模具)将冷态下的金属

37、 板材折弯成各种几何截面形状的工件，如图8-19所示。它是为冷轧 板金加工设计的板材成型机械。广泛应用于汽车、飞机制造、轻工、 造船、集装箱、电梯、铁道车辆等行业的板材折弯加工。 图图8-19 各种成形工件截面图各种成形工件截面图 1数控折弯机的主要组成 WC67K系列数控折弯机外形图见图 8-20，主要由床身、滑块、上下模具、工作台、前托料架、后挡料器、 滑块同步反馈机构、滑块行程限位挡块、液压系统，数控及电气系 统组成。 图图8-20 数控折弯机外形图数控折弯机外形图 1-床身 2-前托料架 3-凸模 4-滑块 5-挡块机构 6-悬挂式操作台 7-凹模 8-电气箱 9-脚踏开关 2工作性能

38、 如图8-21所示，折弯时将板材放于前托料架5上， 推入凹凸模之间，板材顶上后挡料器的挡块，踏动脚踏开关或按压 按钮，滑块下移，凹凸模将板材折成要求的角度。 折弯机一般采用折弯机 专用数控系统，目前坐标轴 已由单轴发展到12轴，可由 数控引统自动实现滑块运行 深度控制、滑块左右倾斜调 节、后挡料器前后调节、左 右调节、压力吨位调节及滑 块趋近工作速度调节等等。 可使折弯机方便地实现滑块 向下、点动、连续、保压、 返程和中途停止等动作，一 次上料完成相同角度或不同 角 度 的 多 弯 头 折 弯 。 图图8-21 工作部位简图工作部位简图 1-滑块 2-压板 3-凸模 4-凹模 5-前托料架 6

39、-工作台 7-后挡料器 3部件简介部件简介 (1)滑块 滑块由液压缸、滑块体、导轨等组成，滑块体两侧装 有导轨，床身左右固定有两个单杆液压缸，推动滑块上下移动，在 床身中部还装有柱塞缸以增大折弯力。上部装有滑块位移转换装置， 以便实现数控系统对滑块位移量的监控。 (2)后挡料器 装于工作台后面，用于保证板材在折弯机上的准 确定位，伺服电动机通过齿形带驱动滚珠丝杠带动挡料架作前后移 动并准确定位，挡料器还可通过升降丝杠及滚轮作上下方向移动， 保证模具作不同角度折弯的需要。 (3)滑块同步反馈机构 反馈机构由同步轴、摆臂、调节杆及杠 杆组成，将滑块左右两液压缸活塞运动的不同步误差反馈到同步阀， 控

40、制两液压缸的活塞趋于同步。 (4)挡块调节机构 行程限位挡块可起到保证滑块在下死点准确 定位的作用，其调节也由伺服电动机通过齿形带驱动蜗杆蜗轮及螺 母副实现。 8.4 数控热切割机床数控热切割机床 数控热切割机床主要是指采用热切割法的三类切割机床，数控热切割机床主要是指采用热切割法的三类切割机床， 即数控激光切割机、数控等离子切割机和数控火焰切割机。这即数控激光切割机、数控等离子切割机和数控火焰切割机。这 三类数控切割机床采用不同的原理，各有不同的优势，特别是三类数控切割机床采用不同的原理，各有不同的优势，特别是 数控激光切割机床的发展使热切割涉及到了相当广泛的领域。数控激光切割机床的发展使热

41、切割涉及到了相当广泛的领域。 8.4.1数控激光切割机床数控激光切割机床 8.4.2数控火焰等离子切割机数控火焰等离子切割机 8.4.1 数控激光切割机床数控激光切割机床 1数控激光切割机床的主要组成 图8-22所示为济南铸造锻压机械研究所生产的LC系列数控激光切割机。 机床主要有床身、工作台、横梁、Z轴切割箱、数控系统和激光发生器等组 成。工件放在中心工作 图图8-22 LC系列数控激光切割机外形图系列数控激光切割机外形图 1-纵向滚珠丝杠 2-床身 3-工台 4-横梁 5-切割头 6-数控电气箱和激光发生器控制箱 台的板料滑道上，由气 动夹钳固定，工作台作X 轴向运动，切割箱在横 梁上作y

42、轴向运动，切割 嘴相对板材的距离随板 材的起伏上下(Z轴)移动。 加工时，从激光器发生 的激光经反射光道由切 割嘴射出，聚焦在板材 内部。由数控柜控制进 行曲线轮廓切割和点位 穿孔加工。这种加工的 工件一般都较薄，切削 力很小，故进给速度一 般都接近快速进给速度。 数控激光切割机工作台上插有板材支撑杆，使工作台不被激光束损坏， 并能使切割下的废渣料落人下面的废料槽中，再由不锈钢拖链自动排出废渣 料。 切割头下面带有压力传感器，压力传感器通过探脚将切割嘴距板材的距 离信号传回数控系统，数控系统根据板材的上下起伏，控制Z轴伺服电动机 使切割头上下浮动，保持切割嘴与板材距离恒定，保证激光束的聚焦点落

43、在 板材内部。 目前常见的数控激光加工机床的结构形式有：龙门式、下动式和框架式。 其中龙门式应用较多。龙门式的激光头在横梁上作y坐标移动。工作台 带动工件作X坐标移动，适合于加工尺寸较大的工件；下动式的激光头固定， 工作台带动工件作X、Y方向移动，它的光束固定，易于调整；框架式的激 光头沿横梁作y向移动，横梁在框架上作X方向移动，适合于不便移动的大 型零件的加工。 激光加工的功率密度可达108Wcm2l0Wcm2，几乎可以加工任何材 料。激光光斑可以聚焦到0.01mm以下，甚至微米级，输出功率可以调节， 故可进行精密微细加工。激光加工，没有机械力，没有工具损耗，加工速度 快，热影响区小。激光加

44、工影响因素很多，精密微细加工时，重复精度和表 面粗糙度不易保证，需反复实验，寻求合理参数。 2激光器 产生激光的激光器是数控激光机床的重要部分。激 光切割是指依靠激光发生器发射出 来的激光束，经过聚焦后把光束的能量集小到个极其 微小的光斑上，光斑照射被加工材料，就可使材料的温 度迅速升高并达到气化温度。当激光束与材料之间作相 对移动，就可在平面或曲面上切割出所需的形状来。激 光切割一般需要600W1 500W的CO2激光发生器，切割 缝隙很小约0.2mm，切割断面平齐，无熔渣。无变形， 一般可节省材料1530，适于切割6mm10mm以 下钢板。 目前应用较多的是二氧化碳气体激光器，输出功率 可

45、达千瓦以上；其次是固体激光器，连续输出同样可达 千瓦级功率。 图8-23是固体激光器加工原理示意图。当激光工作物质受到光泵（即 激励脉冲氙灯）的激发后，吸收特定波长的光，在一定条件下可形成 工作物质中亚稳态粒子大于低能级粒子数的状态。这种现象称为粒子 数反转。此时一旦有少量激发粒子产生受激辐射跃迁，造成光放大， 便通过谐振腔中的全反射镜和部分反射镜的反馈作用产生振荡， 图8-23 固体激光器加工原理示意图 1-全反射镜 2-工作物质 3-部分反射镜 4-透镜 5-工件 6-激光束；7-聚光 器 8-光泵 9-玻璃管 由谐振腔一端输出 激光。通过透镜将 激光束聚焦到工件 的加工表面上，即 可对工件进行加工， 常用的固体激光工 作物质有红宝石、 钕玻璃和掺钕钇铝