20100410220311 - 邱冯平 - 典型数控加工类零件的数控编程与仿真(8)

邱冯平： 典型数控加工类零件的数控编程与仿真加工

4典型线切割零件的数控加工工艺与编程

图4-1 线切割零件图

图4-2 线切割实体图

4.1数控线切割机床的基本工作原理

电火花线切割加工，有时又称线切割。其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。电火花线切割加工除具有电火花加工的基本特点外，还有一些其他特点：①不需要制造形状复杂的工具电极，就能加工出以直线为母线的任何二维曲面。②能切割0.05mm左右的窄缝。③加工中并不把全部多余材料加工成为废屑，提高了能量和材料的利用率。④在电极丝不循环使用的低速走丝电火花线切割加工中，由于电极丝不断更新，有利于提高加工精度和减少表面粗糙度。⑤电火花线切割能达到的切割效率一般为20～60 mm/min，最高可达300 mm/min；加工精度一般为±0.01～±0.02 mm，最高可达±0.004 mm；表面粗糙度一般为Rα2.5～1.25 um,最高可达Rα0.63um；切割厚度一般为40～60 mm，最厚可达600 mm。

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4.2零件的工艺图分析

图中所示凹模是在1120×80×10 的板材上由四个大小一样的工艺孔和凹模型腔组成。可以选择用快走丝数控线切割机床对凹腔加工。线切割加工表面是由无数的小坑和凸起组成的，粗细较均匀，有利于保存润滑油，而机械加工表面则存在切削或磨削刀痕并具有方向性。在相同表面粗糙度的情况下，其耐磨性比机械加工的表面好。采用线切割加工时，工件表面粗糙度的要求可以较机械加工法减低半级或一级。此外，如果线切割加工的表面粗糙度等级提高，切割速度将大幅度下降。所以，图纸中要合理给定表面粗糙度。线切割加工能到达的最佳粗糙度是有限的，表面粗糙度的要求不能太高。同样，加工精度的给定也要合理，现在，大多数数控线切割机床的脉冲当量为每步0.001mm，由于工作台精度限制，加上走丝系统和各方面的影响，切割加工精度一般6 级，如果加工精度高，很难实现的。

4.3毛坯的选择

毛坯材料的选择是由图样设计时确定的。作为模具加工，在加工前毛坯需经锻打和热处理。锻造材料在锻造方向和垂直方向都会有不同的残余应力；淬火后的残余应力发生。在释放过程中的残余应力会引起工件的变形，并不能达到精密加工工件的大小，会出现不适当的淬火裂纹，在工件的过程中，超过两次回火或高温回火。此外，在加工前还消磁处理和表面氧化皮和除锈。该模具凹模可以使用圆形棒料经过锻造热处理加工达到上述要求的规格。

4.4零件设备的选择

（1）电极丝材料的选择

电极丝材料应有良好的导电性、耐电腐蚀性、大的抗拉强度、材质均匀、直线性好、线经精度高和便于穿丝。目前电极丝材料的种类很多，主要有纯铜丝、黄铜丝、专用黄铜丝、钼丝和钨丝等等。常用电极丝材料及其特点见表4-1

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表4-1 常用电极丝材料及其特点

材料 纯铜丝 线径/mm 0.1 ～0.25 特点 适合于线切割速度要求不高或精加工时用，丝不易卷曲，抗 拉强度低，容易断丝。 适合于高速加工，加工面的蚀屑附着少，表面粗糙度和加工 面的平垂直度也比较好。 适合于高速、高精度和理想的表面粗糙度加工以及自动穿 丝，但价格高。 由于它的抗拉强度高，一般用于快走丝，在进行微细、窄缝 加工时，也可用于慢走丝 由于抗拉强度高，可用于各种窄缝的微细加工，但价格昂贵 黄铜 0.1～0.30 专用黄铜 0.05～0.35 钼丝 钨丝 0.06～0.25 0.03～0.10

（2）电极丝直径选择

常用电极丝中钨丝抗拉强度高，直径在Φ0.03～Φ0.1mm范围内，用于窄缝的精加工，价格贵。黄铜丝适于慢速加工，加工表面粗糙度和平直度好，蚀屑附着少，但抗拉强度差，损耗大，直径Φ0.1～Φ0.3mm 的范围，一般用于慢速单向走丝。钼丝抗拉强度高，适于快速走丝，我国快速走丝机床大都用钼丝作电极丝，直径Φ0.08～Φ0.2mm 范围。电极丝直径根据切缝宽窄、工件厚度和拐角尺寸来选择。若加工带尖角、窄缝的小型模具宜采用较细的电极丝；若加工大厚度工件或大电流切割时选粗的电极丝。电极丝的主要类型、规格如下：钼丝直径：Φ0.08～Φ0.2mm ；钨丝直径：Φ0.03～Φ0.1mm；黄铜丝直径：Φ0.1～

Φ0.3mm；包芯丝直径：Φ0.1～Φ0.3mm 。

综上所述，凹模选用Φ0.18mm 的钼丝。

4.5工件准备

1.工件加工基准的选择

为方便线切割加工，依据工件外观和加工要求，应进行相应的斧正，并且此基准尽量和图样的设计基准相同，通常的有以下两种方式。以外形为校正和加工基准。外形是矩形的工件，通常要有相互垂直的两个基准面，并垂直于工件的上、下面。以外形为校正基准，内孔位加工基准。无论是矩形、圆形还是其他异形工件，都应准备一个与工件的上、下平面保持垂直的校正基准，此时其中一个内孔可作为加工基准，在大多数情况下，外形基面在线切割加工前的机械加工中就已准备好了。工件淬硬后，若基面变形很小，稍加打光便可用线切割加工；若变形大，需当重新修磨基面。

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2.切割路线和穿丝孔的确定

切割路线的确定：由于加工凹模时，用穿丝孔为起割点，会确保坯件的完好性,刚性好，工件不变形，因此，对切削路径没有严格要求，但对加工出发点和穿丝孔的位置有一定要求。加工起始点应选择平整、易加工、拐角或对工件性能影响不大和精度要求不高、易修整的表面位置。穿丝位置应选择凹模的里面位置。

4.6工艺分析

该零件加工工艺见下表4-2 ：

表4-2 线切割零件加工工艺

工序号 工序名称 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 下料 锻造 退火 铣削 磨削 钳工 铣削 热处理 平磨 线切割 检验 工艺内容 用锯床切断所需材料 改善内部组织并锻造成长方形的坯料 消除锻造内应力，改善加工性能 铣（刨）削六面长方体模块，并留磨削余量0.4mm～0.6mm 磨削上、下端面及相邻两侧面，用90°角尺测量相邻两面的垂直度 用平板或划线盘按图划线，并打样冲眼；用钻头钻四个孔 平口虎钳装加工件；用立铣刀铣削凹模型腔、型孔至尺寸，保证深度。 凹模工件淬硬至HRC60～64。 磨上、下两面及相邻两侧面，用90°角尺量相邻面的垂直度至图要求 按图编制线切割程序，切割凹凸模成形，留单面研磨余量0.005mm 检验尺寸，入库

4.7工件装夹

工件装夹上必须注意以下几点：

（1）待装夹的工件应干净没有毛刺，符合图样要求。对经淬火的工件在穿丝孔或凹模类工件的台阶处，要清除渣物及氧化膜表面。

（2）装夹工件时，必保证工件的切割部位在位于机床工作台纵向、横向进给的范围之内，避免超出。同时考虑切割时运动空间。注意不可使夹具在加工时和丝架相碰。

（3）装夹位置方便工件找正。

（4）夹具对固定工件的作用力应均匀，不得使工件变形或翘起，以免影响加工精度。 （5）精密、细小、薄壁的工件先固定在不容易变形的辅助小夹具上进行装夹。

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邱冯平： 典型数控加工类零件的数控编程与仿真加工 （6）工件较好地装夹在机床工作台上，在夹紧前，先进行平行度校正，就是将工件的水平方向调整到指定角度。正常情况下，调整到工件的侧面和机床运动的坐标轴平行。

4.8确定编程零点和切割路线

图4-3 切割路线：O→A→B→C→D→E→F→G→H→I→J→K→A→O

4.9线切割仿真加工

图4-4 新建制造

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