上海工程技术大学机械制造装备课程

五、典型部件结构1、主轴结构2、自动换刀装置〔1〕自动换刀过程1)刀套下转90度2)机械手转75度3)刀具松开4)机械手拔刀5)交换两刀具位置6)机械手插刀7)刀具夹紧8)液压缸复位9)机械手逆转75度10)刀套上转90度第3章电火花加工机床一、电火花加工原理要完成电火花加工，必须具有下面的根本构成：工具电极和待加工工件、脉冲电源、工作液、进给机构等。条件：１〕必须使两极间外表保持一定的放电间隙２〕脉冲电源必须具有脉冲性、间歇性３〕脉冲放电必须在一定绝缘性能的液体介质中进行脉冲放电的４个阶段：１〕电离２〕放电与热膨胀３〕抛出电蚀物４〕消电离二、电火花加工的主要特点优点：１〕不受材料硬度的限制２〕电极和工件之间作用力小３〕操作容易便于加工４〕比较容易选择和变更加工条件缺点：１〕必须制作工具电极２〕加工局部形成残留变质层３〕放电间隙使误差增大４〕加工精度受电极损耗的影响三、电火花加工方法分类按电极与工件运动方式和用途不同分电火花穿孔成型机、电火花线切割、电火花磨削和镗削、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花外表强度与刻字四、电火花加工方法应用主要用于改变工件的形状尺寸以及用于改善、改变零件外表性质五、电火花加工的工艺因素放电间隙、电规准参数、电极损耗、极性效应、电极及待加工工件的材料六、影响工件质量的主要因素１、影响加工精度的因素１〕放电间隙大小２〕放电间隙均匀性３〕工具电极形状４〕电极损耗及稳定性５〕“二次放电〞６〕热升温导致的机床变形２、影响外表粗糙度的因素３、影响外表结构和机械性能的因素七、型号及分类１、型号八、电火花成型机的根本构成１、主轴头主要由伺服进给机构、导向和防扭机构、辅助机构组成２、平动头三、油杯四、工作液数控线切割电火花机床一、加工原理

数控电火花线切割是在电火花成形加工根底上开展起来的，简称数控线切割，如图所示为其根本工作原理。工件装夹在机床的坐标工作台上，作为工件电极，接脉冲电源的正极；采用细金属丝作为工具电极，称为电极丝，接入负极。假设在两电极间施加脉冲电压，不断喷注具有一定绝缘性能的水质工作液，并由伺服电机驱动坐标工作台按预先编制的数控加工程序沿x、y两个坐标方向移动，那么当两电极间的距离小到一定程度时，工作液被脉冲电压击穿，引发火花放电，蚀除工件材料。控制两电极间始终维持一定的放电间隙，并使电极丝沿其轴向以一定速度作走丝运动，防止电极丝因放电总发生在局部位置而被烧断，即可实现电极丝沿工件预定轨迹边蚀除、边进给，逐步将工件切割加工成型。二、加工特点1、数控线切割加工是轮廓切割加工，勿需设计和制造成形工具电极，大大降低了加工费用，缩短了生产周期。2、直接利用电能进行脉冲放电加工，工具电极和工件不直接接触，无机械加工中的宏观切削力，适宜于加工低刚度零件及细小零件。3、无论工件硬度如何，只要是导电或半导电的材料都能进行加工。4、切缝可窄达仅0.005mm，只对工件材料沿轮廓进行“套料〞加工，材料利用率高，能有效节约贵重材料。5、移动的长电极丝连续不断地通过切割区，单位长度电极丝的损耗量较小，加工精度高。6、一般采用水基工作液，可防止发生火灾，平安可靠，可实现昼夜无人值守连续加工。7、通常用于加工零件上的直壁曲面，通过X-Y-U-V四轴联动控制，也可进行锥度切割和加工上下截面异形体、形状扭曲的曲面体和球形体等零件。8、不能加工盲孔及纵向阶梯外表。分类线切割机床一般按照电极丝运动速度分为快走丝线切割机床和慢走丝线切割机床，快走丝线切割机床业已成为我国特有的线切割机床品种和加工模式，应用广泛；慢走丝线切割机床是国外生产和使用的主流机种，属于精密加工设备，代表着线切割机床的开展方向。此外，线切割机床可按电极丝位置分为立式线切割机床和卧式线切割机床，按工作液供给方式分为冲液式线切割机床和浸液式线切割机床。数控线切割加工已在生产中获得广泛应用，目前国内外的线切割机床已占电加工机床的60％以上。图为数控线切割加工出的多种外表和零件一、加工模具

适用于加工各种形状的冲模、注塑模、挤压模、粉末冶金模、弯曲模等。二、加工电火花成形加工用的电极

一般穿孔加工用、带锥度型腔加工用及微细复杂形状的电极，以及铜钨、银钨合金之类的电极材料，用线切割加工特别经济。三、加工零件

可用于加工材料试验样件、各种型孔、特殊齿轮凸轮、样板、成型刀具等复杂形状零件及高硬材料的零件，可进行微细结构、异形槽和标准缺陷的加工；试制新产品时，可在坯料上直接割出零件；加工薄件时可多片叠在一起加工。主要技术参数线切割机床的品种规格较多，主要技术参数包括机床尺寸参数及加工范围参数、加工精度参数、电参数、运动参数等。表6-3为线切割机床的常见尺寸参数及加工范围参数，其余参数可参见表6-1、6-2。各种线切割机床的结构大同小异，图6-3示出了两种线切割机床的外观，可分为主机、脉冲电源和数控装置三大局部

坐标工作台坐标工作台用以装夹工件，如图6-4所示。下拖板通常与床身固定联接；中拖板置于下拖板之上，可沿横向导轨作X坐标方向往复移动；上拖板〔工作台〕那么置于中拖板之上，可沿纵向导轨作Y坐标方向往复移动。线切割加工时通过控制系统发出进给信号，控制两个驱动电机带动拖板沿两个坐标方向各自移动，合成各种平面图形曲线轨迹，进行加工。工作台的移动精度直接影响工件的加工质量，因此各拖板均采用滚珠丝杠传动副和滚动导轨，便于实现精确和微量移动，且运动灵活、平稳。

与其它数控机床一致，线切割机床的坐标系符合国家标准，以右手直角笛卡儿坐标系为根底，参考电极丝相对静止工件的运动方向来决定：面向机床正面，横向为X方向，且丝向右运行为X+方向，向左运行为X-方向；纵向为Y方向，且丝向外运行为Y+方向，向内运行为Y-方向。走丝机构走丝机构使电极丝以一定的速度连续不断进入和离开放电区域，是线切割机床区别于普通机床的主要标志，如图6-5、6-6所示。一、快走丝机构

快走丝机构的电极丝材料一般采用钼丝，细而长的钼丝以一定张力平整地卷绕在储丝筒上，储丝筒通过弹性联轴器与驱动电机相连，作旋转运动，同时沿轴向移动，走丝速度等于储丝筒周边的线速度。为重复使用该段钼丝，储丝筒下方的走丝溜扳上置有左、右行程撞块，当储丝筒轴向运动到钼丝供丝端终端时，行程撞块碰到行程开关，立即控制储丝筒反转，使供丝端成为收丝端，钼丝反向移动，如此循环交替运转，实现钼丝的往复运动。在运动过程中，钼丝由丝架支撑，并依靠上、下导轮形成锯弓状。

二、慢走丝机构

慢走丝机构主要包括供丝绕线轴、伺服电机恒张力控制装置、电极丝导向器和电极丝自动卷绕机构。电极丝材料一般采用成卷的黄铜丝，可达数千米长、数十公斤重，预装在供丝绕线轴上，为防止电极丝散乱，轴上装有力矩很小的预张力电机。切割时电极丝的走行路径为：整卷的电极丝由供丝绕线轴送出，经一系列轮组、恒张力控制装置、上部导向器引至工作台处，再经下部导向器和导轮走向自动卷绕机构，被拉丝卷筒和压紧卷筒夹住，靠拉丝卷筒的等速回转使电极丝缓慢移动。在运行过程中，电极丝由丝架支撑，通过电极丝自动卷绕机构中两个卷筒的夹送作用，确保电极丝以一定的速度运行；并依靠伺服电机恒张力控制装置，在一定范围内调整张力，使电极丝保持一定的直线度，稳定地运行。电极丝经放电后就成为废弃物，不再使用，被送到专门的收集器中或被再卷绕至收丝卷筒上回收。锥度切割装置

锥度切割装置用于某些有锥度〔斜度〕的内外外表，在线切割机床上广泛采用，实现的方法也有多种，比较常见的一种结构型式是数控四轴联动锥度切割装置，如图6-7所示。它主要依靠上部导向器作U、V轴驱动，与坐标工作台的X、Y轴驱动构成数控四轴联动，使电极丝倾斜一定的角度，从而切割工件上各个方向的斜面和加工上下截面形状异形的扭转体，最大切割锥度一般为±15°～±30°。图6-8所示为四连杆机构锥度切割装置，由U、V轴电机驱动“L2-L3-L4-电极丝〞所组成的四连杆机构实现锥度切割。工作液的上、下喷嘴分别设置在连杆L7和L5上，构成了L1-L3-L2-L7和L4-L3-L6-L5两个联动的四连杆机构实现同轴冲液。如果将丝架上、下臂的两个导向器设在四连杆机构的球心O1和O2上，那么在进行锥度切割时无加工原理误差。在锥度切割时，保持电极丝与上、下部导向器的两个接触点之间的直线距离一定，是获得高精度的重要前提。为此，有的机床具有Z轴设置功能以设置这一导向间距。工作液循环系统线切割加工时由于切缝很窄，顺利排除电蚀产物是极为重要的问题，因此工作液循环过滤系统是机床不可缺少的组成局部。其作用是充分地、连续地向放电区域供给清洁的工作液，及时排除其间的电蚀产物，冷却电极丝和工件，以保持脉冲放电过程持续稳定地进行。一、快走丝工作液循环过滤系统

快走丝线切割时采用的工作液一般是5％～15％浓度的油酸钾皂乳化液，液压泵抽出储液箱里的工作液，流经上、下供液管被压送到加工区域，随后经坐标工作台中的回液管流回储液箱，经过滤复原后，继续使用，如图6-9所示。二、慢走丝工作液循环过滤系统

慢走丝线切割时一般采用去离子水做工作液，即将自来水通过离子交换树脂净化器去除水中的离子后供使用，图6-10所示为工作液循环过滤系统原理图。泵P2抽出清液槽里的工作液，流经工作液温度控制装置被压送到加工区域，随后经加工槽中的回流孔及管道流回污液槽；再由泵P1抽出污液槽里的污液，经过滤器过滤后，一局部直接流入清液槽，另一局部通过离子交换树脂净化器后流入清液槽。泵P2抽出的工作液由电阻率控制装置通过测量水的微弱电流值而测定电阻率，利用电磁阀的开关调整通过离子交换树脂净化器的水量，保持恒定的电阻率。在用慢走丝电火花线切割机床进行特殊精加工时，也可采用绝缘性能较高的煤油作工作液。脉冲电源一、作用

电火花线切割用的脉冲电源的作用是把工频交流电流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。脉冲电源对线切割加工的生产率、外表质量、加工速度、加工过程的稳定性和电极丝损耗等技术经济指标有很大的影响，应给予足够的重视。二、分类

电火花线切割加工脉冲电源可按多种方式分类，现就机床上常用的类型做一简单介绍。

晶体管矩形波脉冲电源广泛用于快走丝线切割机床；并联电容式脉冲电源可以实现窄的脉冲宽度和高的峰值电流，且易于控制，已在慢走丝线切割机床上用得很多；高频交流式脉冲电源可以得到微小的单个脉冲放电能量，可用于微细精外表的加工；无电解作用式脉冲电源能使间隙电压的平均值等于零，且加工外表不发生电解腐蚀、无电解变质及阳极氧化层，可控制加工外表硬度不下降，不仅可以提高模具零件寿命，而且可以大幅度削减研磨工作量。

受加工外表粗糙度和电极丝允许承载电流的限制，线切割加工总是采用正极性加工，电源的脉宽较窄，单个脉冲能量、平均电流一般较小。数控多轴联动激光加工设备一、激光切割的原理、分类和特点1、原理利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或到达燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。2、分类分为汽化切割、熔化切割、氧化切割和划片与控制断裂。〔1〕汽化切割：利用高能量密度的激光束加热工件使温度迅速上升，在非常短的时间内到达材料的沸点，材料开始汽化，形成蒸汽。多用于极薄的金属材料和非金属材料。〔2〕熔化切割：用激光加热使金属材料熔化，然后通过与光束同轴的喷嘴喷吹非氧化气体