2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝1

2013年7月《數(shù)控機床加工工藝》

電子教案主編：王愛玲副主編：李清景海平聯(lián)系方式：wal@

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地址：中北大學機械工程與自動化學院郵編：0300512023年2月24日數(shù)控機床加工工藝2第8章數(shù)控線切割加工工藝8.1數(shù)控線切割加工概述8.2

數(shù)控線切割加工的主要工藝指標及影響因素8.3數(shù)控線切割加工工藝分析8.4典型零件的線切割工藝分析與程序編制8.5線切割加工程序的編寫方法

2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝38.1.1數(shù)控線切割加工原理電火花線切割加工（WireCutEDM，簡稱WEDM）是電火花加工基礎上發(fā)展起來的一種新的工藝形式，是用線狀電極（銅絲或鉬絲）靠火花放電對工件進行切割，故稱為電火花線切割。電火花線切割加工機床的運動由數(shù)控裝置控制時，稱為數(shù)控線切割加工。數(shù)控線切割加工的基本原理是利用移動的細金屬絲（銅絲或鉬絲）作為工具電極（接高頻脈沖電源的負極），對工件（接高頻脈沖電源的正極）進行脈沖火花放電而切割成所需要的工件形狀與尺寸。2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝4

高速走絲數(shù)控線切割加工原理電極：被切割的工件作為工作電極，鉬絲作為工具電極。工作過程：脈沖電源發(fā)出一連串的脈沖電壓，加到工件電極和工具電極上，鉬絲與工件之間施加足夠的、具有一定絕緣性能的工作液。當鉬絲與工件的距離小到一定程度時，在脈沖電壓的作用下，工作液被擊穿，鉬絲與工件之間形成瞬時放電通道，產(chǎn)生瞬時高溫，使金屬局部熔化甚至氣化而被蝕除下來。若工作臺按照規(guī)定的步序帶動工件不斷地進給，就能切割出所需要的工件形狀。2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝5典型機床舉例

圖8-1高速走絲數(shù)控線切割機床圖8-2低速走絲數(shù)控線切割機床2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝6圖8-3高速走絲數(shù)控線切割加工原理1—數(shù)控裝置；2—信號；3—儲絲筒；4—導輪；5—電極絲；6——工件；7—脈沖電源；8工作臺；9—上工作臺；10—墊鐵；11—步進電機；12絲杠

2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝78.1.3數(shù)控線切割加工的特點(1)加工一般切削方法難以加工或無法加工的形狀復雜的工件，如沖模、凸輪、樣板及外形復雜的精密零件等，尺寸精度可達0.01～0.02㎜，表面粗糙度值Ra可達1.6μm。(2)不像電火花成形加工那樣制造特定形狀的工具電極，而是采用直徑不等的細金屬絲（銅絲或鉬絲）作工具電極，因此切割用的工具簡單，大大降低生產(chǎn)準備工時。(3)電極絲直徑較細ф（0.025～0.3）㎜，切縫很窄，這樣不僅有利于材料的利用，而且適合加工細小零件。2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝8(4)電極絲在加工中是移動的，不斷更新（低速走絲）或往復使用（高速走絲），可以完全或短時間不考慮電極絲損耗對加工精度的影響。(5)利用計算機輔助自動編程軟件，可方便地加工復雜形狀的直紋表面。依靠計算機對電極絲軌跡的控制和偏移軌跡的計算，可方便地調整凹凸模具的配合間隙，依靠錐度切割功能，有可能實現(xiàn)凹凸一次加工成型。(6)電極絲材料不必比工件材料硬，可以加工用一般切削方法難以加工或無法加工的金屬材料和半導體材料，如淬火鋼、硬質合金等。(7)對于粗、中、精加工，只需調整電參數(shù)即可，操作方便，自動化程度高。2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝9(8)加工對象主要是平面形狀，臺階盲孔型零件還無法進行加工。當機床加上能使電極絲作相應傾斜運動的功能后，可實現(xiàn)錐面加工。(9)當零件無法從周邊切入時，工件上需鉆穿絲孔。(10)電極絲在加工中不接觸工件，兩者之間的作用力很小，因而不要求電極絲，工件及夾具有足夠的剛度抵抗切削變形。(11)與一般切削加工相比，線切割加工的效率低，加工成本高，不適合形狀簡單的大批零件的加工。數(shù)控線切割加工為新產(chǎn)品試制精密零件及模具加工開辟了一條新的途徑。2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝10第8章數(shù)控線切割加工工藝8.1數(shù)控線切割加工概述8.2

數(shù)控線切割加工的主要工藝指標及影響因素8.3數(shù)控線切割加工工藝分析8.4典型零件的線切割工藝分析與程序編制8.5線切割加工程序的編寫方法

2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝118.2.1數(shù)控線切割加工的主要工藝指標（1）切割速度υwi在保證一定的表面粗糙度的切割過程中，單位時間內電極絲中心線在工件上切過的面積總和稱為切割速度，單位為mm2/min。最高切割速度υwimax是指在不計切割方向和表面粗糙度等條件下所能達到的切割速度。通常慢速走絲線切割速度為40～80mm2/min,快速走絲線切割速度可達350mm2/min。一般切割效率為20mm2/（min·A）。（2）表面粗糙度高速走絲線切割的表面粗糙度一般為Ra1.25～2.5μm,最佳也只有Ra1μm左右。低速走絲線切割一般可達Ra1.25μm，最佳可達Ra0.2μm。2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝12(3)電極絲損耗量用電極絲在切割10000mm2面積后電極絲直徑的減少量來表示。一般每切割10000m2后，鉬絲直徑減小不應大于0.01mm。(4)加工精度加工精度是指所加工工件的尺寸精度、形狀精度（如直線度、平面度、圓度等）和位置精度（如平面度、垂直度、傾斜度等）的總稱。快速走絲線切割的可控加工精度在0.01～0.02mm左右，低速走絲線切割可達0.002～0.005mm左右。2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝13第8章數(shù)控線切割加工工藝8.1數(shù)控線切割加工概述8.2

數(shù)控線切割加工的主要工藝指標及影響因素8.3數(shù)控線切割加工工藝分析

8.4典型零件的線切割工藝分析與程序編制8.5線切割加工程序的編寫方法

2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝148.3.1零件圖工藝分析零件圖分析主要包括分析零件的凹角和尖角是否符合線切割加工的工藝條件，零件的加工精度、表面粗糙度是否在線切割加工所能達到的經(jīng)濟精度范圍內。1．凹角和尖角的尺寸分析

線切割加工是用電極絲作為為電極來加工的，因為電極絲有一定的直徑d，加工時又有放電間隙δ，使電極絲中心運動軌跡與給定圖線相差距離l，如圖8-8所示，因此，加工凸模類零件時，電極絲中心軌跡應放大；加工凹模類零件時，電極絲中心軌跡應縮小，如圖8-9所示。2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝15

8-8電極絲與工件放電位置的關系（a）凸模加工（b）凹模加工圖圖8-9電極絲中心運動軌跡與給定圖線的關系2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝16一般數(shù)控裝置都具有刀具補償功能，不需要計算刀具中心運動軌跡，只需要按零件輪廓編程，使編程簡單方便。但需要考慮電極絲直徑及放電間隙，即要設置間隙補償量JB。

JB=±（d/2+δ）(8-1)加工凸模時取“+”值，加工凹模時取“-”值。線切割加工時，在工件的凹角處不能得到“清角”，而是半徑等于L的圓弧。對于形狀復雜的精密沖模，在凸、凹模設計圖紙上應注明拐角處的過渡圓弧半徑R。

加工凹角時：R1≥=(d/2+δ)(8-2)

加工尖角時：R2=R1-Δ(8-3)式中：

R1——凹角圓弧半徑；R2——尖角圓弧半徑；

Δ—凸、凹模配合間隙2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝172．表面粗糙度和加工精度分析圖紙中要合理地給定表面粗糙度工件表面粗糙度的要求可以較機械加工法減低半級到一級加工精度一般為IT6級左右2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝188.3.2

工藝準備1．電極絲準備（1）電極絲材料選擇目前電極絲材料的種類很多，主要有純銅絲、黃銅絲、專用黃銅絲、鉬絲、鎢絲、各種合金絲及鍍層金屬絲等。常用電極絲材料及其特點見表8-1。一般情況下，快速走絲機床常用鉬絲作電極絲。（2）電極絲直徑的選擇電極絲直徑d應根據(jù)工件加工的切縫寬窄、工件厚度及拐角尺寸大小等來選擇，詳見電極絲直徑d與拐角半徑R的關系圖8-10

。2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝19圖8-10電極絲直徑與拐角半徑的關系2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝202．工件準備（1）工件材料的選擇和處理工件需經(jīng)二次以上回火或高溫回火加工前還要進行消磁處理及去除表面氧化皮和銹斑等（2）工件加工基準的選擇以外輪廓為校正和加工基準以外輪廓為校正基準，內孔為加工基準2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝21圖8-11矩形工件的校正和加工基準圖8-12加工基準的選擇（外形一側邊為校正基準，內孔為加工基準）2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝22（3）穿絲孔的確定穿絲孔大小要適宜：一般不宜太小，如果穿絲孔孔徑太小，不但鉆孔難度增加，而且也不便于穿絲。但是，若穿絲孔徑太大，則會增加鉗工工藝上的難度。切割凹模、孔類零件：可將穿絲孔位置選在待切割型腔（孔）內部。當穿絲孔位置選在待切割型腔（孔）的邊角處時，切割過程中無用的軌跡最短；而穿絲孔位置選在已知坐標尺寸的交點處則有利于尺寸推算；切割孔類零件時，若將穿絲孔位置選在型孔中心可使編程操作容易。因此，要根據(jù)具體情況來選擇穿絲孔的位置。切割路線的確定：將影響工件變形的大小，從而影響加工精度。工件液的選擇：對切割速度、表面粗糙度和加工精度也有影響。2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝23圖8-13切割起點于切割線路的安排2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝248.3.3工件的裝夾和位置校正1．對工件裝夾的基本要求（1）工件的裝夾基準面應清潔無毛刺，經(jīng)過熱處理的工件，在穿絲孔或凹模類工件擴孔的臺階處，要清理熱處理液的氧化膜表面及渣物。（2）夾具精度要高。工件至少用兩個側面固定在夾具或工件臺上，如圖8-15所示。（3）裝夾工件的位置要有利于工件的找正，并能滿足加工行程的需要，工作臺移動時，不得與絲架相碰。（4）裝夾工件的作用力要均勻，不得使工件變形或翹起。（5）批量加工時最好采用專用夾具，以提高效率。（6）細小、精密、薄壁工件應固定在輔助工作臺或不易變形的輔助夾具上，如圖8-16所示。2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝25

(a)輔助工作臺(b)夾具圖8-15兩個側面固定工件圖8-16輔助工作臺和夾具2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝262．工件的裝夾方式（1）懸臂支撐方式：由于工件單端壓緊，另一端懸空，使得工件不易與工作臺平行，所以易出現(xiàn)上仰或傾斜的情況，致使切割表面與工件上下平面不垂直或達不到預定的精度。因此，只有在工件的技術要求不高或懸臂部分較小的情況下才能采用。（2）兩端支撐方式：兩端支撐是把工作兩端都固定在夾具上，這種方法裝夾支撐穩(wěn)定，平面定位精度高，工件底面與切割面垂直度好，但對較小的零件不適用。2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝27

圖8-17懸臂支撐夾具圖8-18

兩端支撐夾具

2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝28（3）橋式支撐方式:

橋式支撐是在雙端夾具體下墊上兩個支撐鐵架?；攸c是通用性強、裝夾方便，對大、中、小工件裝夾都比較方便。（4）板式支撐方式：板式支撐夾具可以根據(jù)經(jīng)常加工工件的尺寸而定，可呈矩形或圓形孔，并可增加X和Y兩方向的定位基準，裝夾精度較高，適于常規(guī)生產(chǎn)和批量生產(chǎn)。（5）復式支承方式：復式支承夾具是在橋式夾具上，再裝上專用夾具組合而成的。它裝夾方便，特別適用于成批零件加工，既可節(jié)省工件找正和調整電極絲相對位置等輔助工時，又保證了工件加工的一致性。2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝29圖8-19橋式支撐夾具圖8-20

板式支撐夾具

圖8-21

復式支撐夾具

2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝304．工件的找正（1）拉表法（2）劃線法

圖8-26

固定基面靠定法找正

圖8-24

拉表找正法圖8-25

劃線法找正2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝315．確定電極絲坐標位置的方法（1）目視法：對加工要求較低的工件，確定電極絲和工件有關的基準線和基準面的相互位置時，可直接目視或借助于2～8倍的放大鏡來進行觀測。1）觀測基準面2）觀測基準線。

圖8-27觀測基準面確定電極絲位置圖8-28觀測基準線確定電極絲位置

2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝32（2）火花法（3）自動找中心法

圖8-30找電極絲中心

圖8-29火花法確定電極絲位置2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝33第8章數(shù)控線切割加工工藝8.1數(shù)控線切割加工概述8.2

數(shù)控線切割加工的主要工藝指標及影響因素8.3數(shù)控線切割加工工藝分析8.4典型零件的線切割工藝分析與程序編制8.5線切割加工程序的編寫方法

2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝348.4.1

沖模加工例1：凹模加工。材料為Crl2MoV，凹模工作面厚度為10mm。試確定其加工路線、加工順序、加工工藝參數(shù)以及為保證加工質量所采取的工藝措施。

圖8-39凹模工件2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝351．加工工藝路線加工工藝路線為：下料→反復或異向鍛造→退火→刨六面→磨上下平面和基面→鉗工劃線鉆穿絲孔→淬火與回火→磨上下平面和基面→線切割加工成形→鉗工修配。注意事項：本例中，磨削基面的目的是為了線切割加工時的找正，基面一般選擇工件側面的一組直角邊。由于工件上有小槽加工，其穿絲孔直徑不能偏大，為了保證穿絲孔與定位面的垂直度，以免影響電極絲與穿絲孔的正確定位，鉆削穿絲孔前應對工件的定位和找正基面進行磨削。安排兩次磨削也有利于保證上下平面的平行度。2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝362．加工順序安排加工順序的原則：先切割卸料板、凸模固定板等非主要件，然后再切割凸模、凹模等主要件。這樣，在切割主要件之前，通過對非主要件的切割，可檢驗操工作人員在編程過程中是否存在錯誤，同時也能檢驗機床和控制系統(tǒng)的工作情況，若有問題可及時得到糾正。注意事項：在加工中也可用圓柱銷將固定板、凹模、卸料板組合起來一次加工。這要求沖裁的材料厚度最好在0.5mm以下，如果沖載的材料厚度大于0.5mm，凹模和卸料板可一起切割。2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝373.采取的工藝措施雖然工件材料已經(jīng)選擇了淬透性好、熱處理變形小的高合金鋼，但因工件外形尺寸較大，為保證型孔位置的硬度及減少熱處理過程中產(chǎn)生的殘余應力，除熱處理工序應采取必要的措施外，在淬硬前，應增加一次粗加工(銑削或線切割)，使凹模型孔各面均留2～4mm的余量。因去除金屬質量大，在切割過半特別是快完成加工時，廢料易發(fā)生偏斜和位移，從而影響加工精度或卡斷電極絲。為此，在工件和廢料塊的上平面上，添加一平面經(jīng)過磨削的永久磁鋼，以利于廢料塊在切割的全過程中位置固定。注意事項：加工時采用雙支撐的裝夾方式，即利用凹模本身架在兩夾具體定位平面上。2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝38加工時選擇的電參數(shù)為：空載電壓峰值95V；脈沖寬度25μs。；脈沖間隔78μs；平均加工電流1.8A．采用快速走絲方式．走絲速度為9m／s；線電極為Φ0.3mm的黃銅絲；工作液為乳化液。加工結果：切割速度40～50mm2／min，表面粗糙度和加工精度均符合要求。

2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝398.4.2

零件加工例2：圖8-42所示為異形孔噴絲板。其孔形特殊、細微、復雜，圖形外接參考圓的直徑在lmm以下，縫寬為0.08～0.1mm?？椎囊恢滦砸蠛芨?，加工精度在±0.005mm以下，表面粗糙度Ra<0.4mm，噴絲板的材料是不銹鋼1Crl8Ni9Ti。圖8-42異形孔噴絲板2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝40在加工中，為了保證高精度和小表面粗糙度的要求，應采取以下措施。加工穿絲孔細小的穿絲孔是用細鉬絲作電極在電火花成形機床上加工的。穿絲孔在異形孔中的位置要合理，一般是選擇在窄縫相交處，這樣便于校正和加工。穿絲孔的垂直度要有一定的要求，在0.5mm高度內，穿絲孔孔壁與上下平面的垂直度應不大于0.01mm，否則會影響線電極與工件穿絲孔的正確定位；保證一次加工成形當電極絲進退軌跡重復時，應當切斷脈沖電源，使得異形孔槽能一次加工成形，有利于保證縫寬的一致性；選擇電極絲直徑電極絲直徑應根據(jù)異形孔縫寬來選定，通常采用直徑為0.035～0.10mm的電極絲；確定線電極線速度實踐表明，對快速走絲線切割加工，當線速在0.6m／s以下時，加工不穩(wěn)定；線速為2m／s時工作穩(wěn)定性顯著改善；線速提高到3.4m／s以上時，工藝效果變化不大。因此，目前線速常用0.8～2.0m／s；2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝41保持線電極運動穩(wěn)定利用寶石限位器保持電極絲運動的位置精度。線切割加工參數(shù)的選擇選擇的電參數(shù)如下：空載電壓峰值55V，脈沖寬度1.2μs，脈沖間隔4.4μs，平均加工電流100～120mA。采用快速走絲方式，走絲速度2m／s；電極絲為Φ0.05mm的鉬絲：工作液為油酸鉀乳化液。加工結果：表面粗糙度Ra<0.4mm、加工精度±0.005mm，均符合要求。2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝42第8章數(shù)控線切割加工工藝8.1數(shù)控線切割加工概述8.2

數(shù)控線切割加工的主要工藝指標及影響因素8.3數(shù)控線切割加工工藝分析8.4典型零件的線切割工藝分析與程序編制8.5線切割加工程序的編寫方法

2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝438.5.1線切割3B程序表8-73B程序格式BXBYBJGZ分隔符X軸坐標值分隔符Y軸坐標值分隔符計數(shù)長度計數(shù)方向加工指令1、3B程序格式簡介線切割加工軌跡圖形是由直線和圓弧組成的，其3B程序格式如表8-7所示。

2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝44（1）平面坐標系和坐標值X、Y的確定平面坐標系是這樣規(guī)定的：面對機床工作臺，工作臺平面為坐標平面，左右方向為X軸，且向右為正；前后方向為Y軸，且向前為正。坐標系的原點隨程序段的不同而變化：加工直線時，以該直線的起點為坐標的原點，X、Y取該直線終點的坐標值；加工圓弧時，以該圓弧的圓心為坐標的原點，X、Y取該圓弧起點的坐標值。坐標值的負號均不寫，單位為μm。（2）計數(shù)方向G的確定G用來確定加工時的計數(shù)方向，分Gx和Gy。直線編程的計數(shù)方向的選取方法是：以要加工的直線的起點為原點，建立直角坐標系，取該直線終點坐標絕對值大的坐標軸為計數(shù)方向。具體確定方法為：若終點坐標為（xe，ye），令x=|xe|，y=|ye|，若y<x，則G=Gx（如圖8-43(a)所示）；若y>x，則G=Gy（如圖8-43(b)所示）；若y=x，則在一、三象限取G=Gy，在二、四象限取G=Gx。2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝45圖8-43G的確定2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝46圖8-44直線計數(shù)長度的確定（3）計數(shù)長度J的確定由計數(shù)方向G確定投影方向，若G=Gx，則將直線向X軸投影得到長度的絕對值即為J的值；若G=Gy，則將直線向Y軸投影得到長度的絕對值即為J的值，單位為μm。圖8-45圓弧計數(shù)長度的確定舉例：在圖8-44中，加工直線OA，計數(shù)方向為X軸，計數(shù)長度為OB，數(shù)值等于終點A的X坐標值。在圖8-45中，加工半徑為0.5mm的圓弧MN，計數(shù)方向為X軸，計數(shù)長度為500μm×3=1500μm，即圓弧MN三段90°圓弧在X軸上投影的絕對值總和。2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝47(4)加工指令Z的確定加工直線時有四種加工指令：L1、L2、L3、L4。如圖8-46所示，當直線處于第一象限（包括X軸而不包括Y軸）時，加工指令記作L1；當處于第二象限（包括Y軸而不包括X軸）時，記作L2、；L3、L4依次類推。圖8-46直線加工指令的確定

2023年2月24日數(shù)控機床加工工藝48加工順圓弧時由四種加工指令：SR1、SR2、SR3、SR4。如圖8-47所示，當圓弧的起點順時針第一步進入第一象限時，加工指令記作SR1（簡稱順圓1）；當起點順時針第一步進入第二象限時，記作SR2（簡稱順圓2）；SR3、SR4依次類推。加工逆圓弧時也有四種加工指令：NR1、NR2、NR3、NR4。如圖8-48所示，當圓弧的起點逆時針第一步進入第一象限時，加工指令記作NR1（簡稱逆圓1）；當起點逆時針第一步進入第二象限時，記作NR2（簡稱逆圓2）；