先进制造技术3电火花线切割加工

第三章电火花线切割加工课内习题及答案1．电火花线切割时，粗、中、精加工时的生产率的大小和脉冲电源的功率、输出电流的大小有关。用什么办法来衡量、判断脉冲电源加工性能的好坏（绝对性能和相对性能）？答：可用单位电流（每安培电流）的生产率来衡量，即可客观地判断脉冲电源加工性能的好坏。例如某脉冲电源峰值电流25A时的切割速度为100mm2/min，另一电源峰值电流27A时切割速度为106mm2/min，则前者的相对生产率为100/25=4mm2/min,优于后者106/27=3.9mm2/min。又如某线切割脉冲电源3A时切割速度为100mm2/min，另一电源3.5A时为124mm2/min，则前者相对切割速度为33.3mm2/A·min，低于后者35.5mm2/A·min。2．电火花加工和线切割加工时，如何计算脉冲电源的电能的利用率？试估计一般线切割方波脉冲电源的电能利用率？答：设脉冲电源的空载电压为100V，加工时火花放电间隙的维持电压为25V，则消耗在晶体管限流电阻上的电压为100－25=75V，由此可以算出电能利用率为：有用能量:输入能量=25:100=1:4=25%能量的消耗率为：损耗能量:输入能量=75:100=3:4=75%可见75%的能量损耗在限流电阻的发热上。3．设计一个测量、绘制数控线切割加工的间隙蚀除特性曲线的方法（提示：使线切割等速进给，由欠跟踪到过跟踪）。答：这一习题有一定的难度，需对间隙蚀除特性曲线和线切割加工伺服进给系统有一定深度的理解才行。间隙蚀除特性曲线是蚀除速度和放电间隙（间隙平均电压）的关系曲线（参见第二章电火花加工的伺服进给）。线切割加工时，调节伺服进给量的大小，可以在一定程度上改变平均放电间隙。例如把进给速度人为调慢，处于“欠进给”状态，则平均放电间隙偏大，反之，进给速度过高，“过进给”时，则放电间隙偏小。测绘间隙蚀除特性曲线时，利用“改变预置进给速度”来改变放电间隙的大小。实际上放电间隙的大小（绝对值）很难测量，但可以用加工时的平均间隙电压大小来相对测量间隙值的大小。为此，要在工件和钼丝（导电块）或直接在电源输出端并一个满刻度100V（用于测空载、偏空载时的开路间隙电压）、20V（用于测偏短路时的间隙电压）的直流电压表。实际测绘时，先不用线切割机床的“自动档”（伺服）进给，而采用“人工档”（等速进给）进给功能。最初用较慢的等速进给速度进行切割，此时处于“欠跟踪”的进给状态，待切割稳定后就记下进给速度和此时的间隙平均电压，在坐标上作出曲线上的某一点。以后稍微调快进给速度（仍为等速进给），同样测得第二、三…点的数据。当调节到进给速度约等于蚀除速度时，此时即为最佳状态B点，放电间隙为最佳放电间隙SB，此时的切割速度为最大。当以更大的进给速度（等速）切割时，由于没有伺服功能，进给速度大于可能的蚀除速度，放电间隙逐步减小，最后即将形成短路，放电间隙为零。此时应尽快停止进给，并事先做好记录。在曲线最高点B之右，用上述方法比较容易做出间隙蚀除特性曲线的右半部分。但B点左边的曲线，因放电间隙逐步减小并趋于短路，易把钼丝顶弯，因此应多加小心。4．一般线切割加工机床的进给调解特性曲线和电火花加工机床的进给特性曲线有何不同？与有短路回退功能的线切割加工机床的进给调解特性曲线又有什么不同？答：一般线切割机床的进给系统，往往没有短路回退功能，或短路后经一定时间例如30s后仍不能自动消除短路状态，则回退256步（相当于0.256mm），如仍不能消除短路，则自动停止进给或同时报警，这与电火花成形加工机床遇短路即退回不一样。上述无短路回退功能的线切割机床的进给调解特性曲线就不会有横坐标左下部分的曲线，亦即工具电极（钼丝）的进给速度υd没有负值。即使有短路回退功能的线切割机床，短路后的回退速度是固定的（不像电火花成形加工机床那样短路后将以较高的速度υd0回退），所以进给调节曲线特征曲线的左下部为窄小矩形，即放电间隙较小时，进给速度υd≈0，一旦完全短路后，钼丝才低速（恒速）回退。5．设计一个测量、绘制数控线切割加工机床的进给调解特性曲线的方法（提示：在线切割机床上作空载模拟试验。用可调的直流电源模拟火花间隙的平均电压）。答：这一习题也有一定难度，需对线切割机床的变频进给系统有一定的了解。线切割机床的进给速度υd是由火花放电间隙的平均电压ue来决定的。ue越大，υd亦大，ue小υd也小，ue=0，υd=0或等速回退。为此可以用“模拟法”来测绘线切割加工机床的进给调解特性曲线。具体的方法是：使线切割机床处于加工状态，可不开丝筒、不开高频电源，但应使工作台处于“人工”等速进给状态。此时工作台进给的“取样电压”，并不是来自火花放电间隙的平均电压ue(ue再经电阻分压成10～12V的电压，经“变频调节”电位器送至“压—频”(ｕ-f)转换器，将此低电压ｕ转换成进给脉冲，频率为f，令工作台进给)，而是由+12V的外加电压，经“变频调节”电位器调压输入至“压—频”(ｕ-f)转换器。低电压0V相当于间隙短路，最高10～12V相当于间隙开路状态。可以将此电压由低向高调节，例如0V、2V、4V、6V、8V、10V…直至12V，模拟不同的ue。记录下每种不同电压时的工作台进给速度（可以从控制器面板数显表上测得），然后即可绘制出进给调节特性曲线。6．今拟用数控线切割加工有8个齿的爪牙离合器，试画出其工艺示意图并编制出相应的线切割3B程序。答：由于爪牙离合器工件是圆筒形的，端面上需切割出8个爪牙方齿，故切割时必须有一个数控回转工作台附件。办法为先在圆套筒上钻一个φ1~2mm的穿丝孔，装夹好工件后，调整到穿丝孔为最高点时穿丝，回转台转动切除爪牙的端面，见示意图。爪牙侧面穿丝孔数控回转台（俯视图）爪牙侧面穿丝孔数控回转台切割的程序（一次切出凸、凹两个爪牙离合器）为：BBBJ=穿丝孔距离GxL3（x向移动）BBBJ=1/2齿宽GyL4（y向转动）BBBJ=齿深GxL3（x向移动）BBBJ=齿宽GyL4（y向转动）BBBJ=齿深GxL1（x向移动）BBBJ=齿宽GyL4（y向转动）……二、课外习题及答案（一）计算题1.试确定加工如下图所示工件的工艺过程，以及各工序所用的大致工艺规准。设材料为40Cr，硬度55HRC。技术要求：1）顶底面的平行度0.01mm；2）内外柱面同轴度0.02mm；3）内外柱面对底面的垂直度0.02mm。解：工艺过程1）在工件中心钳工钻穿丝孔φ5~6mm；2）淬火、回火；3）磨上下两平面到尺寸（19±0.02）mm；4）研磨穿丝孔，便于找正中心；5）装夹，找中心，线切割φ(10±0.02)mm，Ra0.8μm孔，电压70V，脉宽ti<5μs；6）线切割外形，保证φ(30±0.02)mm、R(5、40±0.02)mm及Ra1.6μm和同心度0.02mm、垂直度0.02mm要求，电压80V，脉宽ti=20μsABCeq\o\ac(○ABCeq\o\ac(○,1)eq\o\ac(○,2)eq\o\ac(○,3)eq\o\ac(○,4)eq\o\ac(○,5)eq\o\ac(○,6)eq\o\ac(○,7)eq\o\ac(○,8)eq\o\ac(○,9)eq\o\ac(○,10)eq\o\ac(○,11)eq\o\ac(○,12)1φ10解：设自A点切入，按A、B、C…切割，按勾股弦定理，A点坐标的绝对值为:x=0.5mm=5000μm，y=4.975mm=4975μm。由此编程得3B程序为：eq\o\ac(○,1)BBB4975GyL2；eq\o\ac(○,2)BBB4975GyL3；eq\o\ac(○,3)B4975B500B1000GySR3；eq\o\ac(○,4)BBB4975GxL2；eq\o\ac(○,5)BBB4975GyL2；eq\o\ac(○,6)B500B4975B1000GxSR2；eq\o\ac(○,7)BBB4975GyL4；eq\o\ac(○,8)