电火花线切割技术七篇

电火花线切割技术 篇1

电火花线切割机床是电火花加工机床的一种, 它是以一根沿本身轴线移动的细金属钼丝作为加工电极, 沿着事先设定的轨迹加工出符合图纸要求工件的几何图形。加工的对象主要是平面形状, 但是除了有金属丝直径决定的内侧拐角处最小圆弧半径的限制外, 其他任何复杂的形状都可以加工。任何复杂形状的零件, 只要能编制加工程序就可以进行加工, 因而很适合小批量零件和试制品的生产加工。

数控机床加工的零件轮廓一般由直线、圆弧组成, 对于一些非圆曲线轮廓则用直线或圆弧去逼近, 然后按各线段的数据编写程序。目前, 国内许多中低档数控机床由于经费问题, 常常没有配备相应的编程软件, 因而一些曲面加工变得比较麻烦。本文在现有电火花线切割加工技术基础上, 通过设计工装夹具, 解决了六圆柱型面零件的加工难题, 在加工此类零件时均可以利用此方法和工装夹具实现, 此方法解决了一般机加设备因刀具等原因无法加工的曲面与轮廓, 而且扩展了线切割设备的加工范围, 提高了设备的利用率。

2 零件结构分析

该工件为一专用扳手, 通过手柄将力由手柄传递给扳手体, 再由扳手体通过前端的六个圆柱型面将力传递给扳手前部, 在拧紧过程中扳手体将沿自身旋转带动扳手头拧紧工件。而六个圆柱型面与扳手头的内六方起到万向节的作用, 改变了扳手体的方向从而躲开了工件结构局限, 使得工作力顺利的由手柄传到扳手的头部。因此对扳手体和扳手头结构上要求也就比较苛刻, 故采用了六圆柱型面结构, 以扳手头的内六方相配合来改变力的传动方向。同时, 尺寸精度要求也比较高, 在此结构的基础上, 符合配合精度要求, 才可以将手柄传导的力最大限度工作于扳手头拧紧工件。该零件材料为45号钢, 具体结构为右端型面为六方圆柱面组成, 为主要加工对象, 零件左端为圆柱型, 不利于装夹找正, 右端由六个圆弧型形成六面体, 加工起来非常困难。其加工时与另外一个零件相配合, 并实现传递拧紧力矩的作用, 工作部分要求精度为0.05mm, 且圆柱面沿60°均布, 该零件为批量件, 数量较多, 且尺寸规格都不一致。如图1。

№1扳手头;№2挡圈;№3扳手杆;№4手柄

3 夹具设计

由于线切割的加工精度比较高, 通过编程可以加工复杂型面的零件。所以该零件采用了线切割加工。在电火花线切割加工中一般是在通用夹具上采用压板、螺钉或磁力夹具装夹工件, 但为了适应各种形状工件加工的需求, 需采用不同的装夹方式装夹工件, 否则工件就可能夹不牢, 导致工件移位或者倾斜, 加工后无法满足加工尺寸与形状精度要求, 有的装夹不合理会造成工件装夹变形, 甚至令工件报废。基于该零件结构的特殊性、尺寸及行为公差要求难以保证的现实情况, 同时能够完成尺寸出规格各异的批量件加工, 需设计一套专用夹具完成该零件加工。

该夹具为六方体和一个中心套组成, 六方体中心为￠12mm孔用于零件定位, 其中周边六个面由平磨工序加工保证, 六面与中心孔的尺寸及对称度要求在0.01mm范围内, 这样就可以保证加工零件时, 夹具翻转各角度位置, 零件的角度和位置保证一致, 以减少零件加工时的加工误差。在线切割的程序编程中, 采用了一次走完整个轮廓的方法, 这样翻转三次夹具就可以加工完一个零件, 既节省了加工次数, 又节省了加工时间, 同时还保证了零件的加工精度要求。

在零件的找正上, 由于零件的夹具精度非常高。所以只要将夹具的任意一个面放平, 基准面靠严机床的托板上, 将两平面的夹具靠在靠铁上, 就可以在找正一次的情况下加工一个或一批零件。

中心套是为了加工各种规格零件而特意设计的。其外径与夹具配合, 内孔与各种规格的零件相配合。这样就可以保证在加工中, 只更换中心套就能完成所有零件的加工。同时根据装夹的需要, 将中心套沿中心线切割加工成两块, 这样只要把零件往中心套里一夹, 就可以放进六方夹具完成零件的装夹了。

参考文献

[1]杨叔子.机械加工工艺手册[M].北京:机械工业出版社.2001.8.

[2]陈宏钧.实用机械加工工艺手册[M].北京:机械工业出版社.1996.12.

[3]徐鸿本.机床夹具设计手册[M].沈阳:辽宁科学技术出版社.2004.1

电火花线切割技术 篇2

电火花线切割加工（Wire electrical discharge machining，简称WEDM）作为特种加工技术的一种，在对一些难加工的材料、特殊及形状复杂零件的加工上较传统的切削加工方法具有明显的优势，因此在汽车、航空航天、模具、刀具和冲模制造等领域得到广泛的应用。由于电火花线切割加工的固有特性，加工速度相对比较慢，特别是在精加工条件下，电火花线切割加工的表面粗糙度和生产效率之间存在很大的矛盾。

影响电火花线切割加工质量的因素很多，比如加工工艺路线、工件材料、电极丝材料、脉冲电源、工作液浓度与脏污程度、机床加工精度等。其中，在其他工艺参数基本相同的情况下，电参数对加工质量的影响非常显著，是加工中应该考虑的主要因素。

目前，矩形波被广泛应用于脉冲电源，矩形波脉冲电源的波形如图1所示，本文以矩形波脉冲电源的波形为例，分析主要电参数（脉冲电压、峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔）对加工质量（加工速度、表面粗糙度）的影响，并进行合理的选择。

1 主要电参数对加工质量的影响

1.1 开路电压（Ui）的影响

开路电压Ui是指间隙开路或间隙击穿之前的极间峰值电压，等于电源的直流电压，会引起放电峰值电流和放电间隙的改变。图2所示为开路电压对加工速度V和表面粗糙度Ra影响的关系曲线，在其他条件不变的情况下，加工电流随着开路电压峰值的提高而增大，随之加工速度提高，表面粗糙度值增大, 从而使加工间隙变大。为了提高加工稳定性和脉冲利用率，有利于放电产物的及时排除和消除电离，必须使加工间隙变大，但是，加工间隙变大容易造成电极丝抖动，加剧电极丝的损耗，近而影响加工精度。一般情况下，Ui=60～120V。

1.2 峰值电流（Ie）的影响

峰值电流Ie是指放电电流的最大值，它是决定单个脉冲能量的主要因素之一。图3所示为峰值电流对加工速度V和表面粗糙度Ra影响的关系曲线，在其他条件不变的情况下，放电峰值电流增大，单个脉冲能量增多，工件放电痕迹增大，加工速度提高，表面粗糙度值增大，加剧电极丝的损耗。因此，第一次切割加工及加工较厚工件时取较大的放电峰值电流。实践证明，放电峰值电流不能无限制的增大，当其达到一定临界值后，若再继续增加峰值电流，则加工稳定性变差，加工速度明显下降，甚至引起断丝。

1.3 脉冲宽度（Ti）的影响

脉冲宽度Ti是指脉冲电流的持续时间，简称脉宽。图4所示为脉宽对加工速度V和表面粗糙度Ra影响的关系曲线，在其他条件不变的情况下，增大脉宽，线切割的加工速度迅速提高, 加工表面粗糙度值也随之迅速增大。这是因为脉宽增大，单个脉冲放电能量增多，放电痕迹也会增大。同时，随着脉宽的增加，将会加速电极丝损耗，因为脉宽增加时，正离子对电极丝的轰击加强，结果会使接负极的电极丝损耗加剧。当脉宽增大到一定临界值后，加工速度将随脉宽的增大而明显降低，加工稳定性变差，近而影响了加工速度。一般来说，精加工时，Ti<20μs；半精加工时Ti=20～60μs。

1.4 脉冲间隔（To）的影响

脉冲间隔T。是指两个相邻脉冲之间的时间间隔，简称脉间，直接影响平均电流。图5所示为脉间对加工速度V和表面粗糙度Ra影响的关系曲线，脉间与脉宽对加工质量的影响是完全相反的。其他条件不变，在单个脉冲放电能量确定的情况下，减小脉间，致使脉冲放电频率提高，即单位时间内放电切割的次数增多，平均电流增大，从而提高了加工速度。由图可知，脉间对加工速度影响较大，对表面粗糙度影响较小。

在实际应用中，脉间的主要作用是消除电离和恢复液体介质的绝缘。但脉间不能太小，否则会影响电蚀产物的排出和火花通道的消电离，导致加工稳定性变差和加工速度降低。但是脉间也不能太大，否则会明显降低加工速度, 严重时不能连续进给，使加工变得不稳定。对于厚度较大的工件，应适当加大脉间，以充分消除放电产物，形成稳定的切割加工。一般情况下，对于普通快走丝线切割机床而言，脉间在10～250μs范围内，才能适应各种加工条件，保证机床的稳定加工。

2 电参数对加工质量影响的规律

综上所述，电参数对电火花线切割加工质量的影响有如下规律：

(1) 加工速度随着开路电压、加工峰值电流、脉冲频率和脉冲宽度的增大和脉冲间隔的减小而提高，即加工速度随着加工平均电流的增加而提高。实践证明，增大功率、峰值电流对加工速度的影响比用增大脉宽的办法显著，脉冲间隔对加工速度的影响最小。

(2) 加工表面粗糙度值随着开路电压、功率管数、加工峰值电流、脉冲宽度的减小和脉冲间隔的增大而减小，而脉冲间隔对表面粗糙度影响较小。

(3) 加工间隙随着开路电压的提高而增大。

(4) 在电流峰值一定的情况下，增大开路电压，有利于提高加工稳定性和脉冲利用率。

(5) 脉冲间隔对切割速度影响较大，对表面粗糙度影响较小，因此，必须选择适当的脉冲间隔，才能保证加工稳定。

3 结语

总之，在电火花线切割加工中各项电参数之间既相互影响、又相互制约，电参数的合理选择直接关系到加工表面质量的好坏和加工效率的高低。因此，在选择电参数时，应综合考虑各因素及其相互影响关系，客观地运用它们的最佳组合，从而获得最优的加工效果。

摘要：本文分析了电火花线切割加工中电参数对加工质量的影响, 总结出主要电参数对加工质量的影响规律, 并阐明了在工业生产中如何选择合理的电参数进行加工, 应用这一结论指导工业生产将具有重要的实用价值。

关键词：电火花线切割,电参数

参考文献

[1]陈志明.浅谈线切割加工中电参数的选择[J].工程技术, 2007, 11 (33) :65-66.

[2]张桦.线切割加工中电参数的分析研究[J].内蒙古科技与经济, 2008, 7 (14) :210-212.

[3]闫锴.往复走丝线切割机床工艺数据库技术研究[J].西华大学, 2010, (1) .

[4]袁永全, 杨世春, 曹明让.影响电火花生产率因素的实验分析[J].机械工程与自动化, 2007, (3) .

[5]陈德航.线切割电参数的合理选择.四川职业技术学院学报, 2006, 5 (2) :115-116.

[6]刘瑞已, 龙华.电火花线切割加工工艺研究[J].新技术新工艺, 2009, (05) .

[7]王纪周, 司兆平.降低数控线切割加工表面粗糙度的方法[J].辽宁工学院学报, 1999, (03) .

[8]张华.工欲善其事必先利其器访北京电加工所工程师赵晋胜先生[J].现代制造, 2009, (23) .

[9]林朝平.线切割加工模具的工艺要点分析[J].电气制造.2007, (03) .

数控电火花线切割实践教学探讨 篇3

[关键词]数控电火花线切割 实践教学 教学探讨

2007年，笔者以指导老师的身份带队参加了中南地区及港澳特区第三届大学生创新设计与制造大赛，在大赛中看到许多参赛作品的加工制作都采用了数控电火花线切割技术。其中很多作品原创新颖、设计思路清楚完整，但制作工艺等不很科学，使得作品的外观粗糙、不尽人意。笔者在教学中，也曾发现有些学生由于在数控电火花线切割加工零配件的工艺选择上存在工艺参数选择不合理或对基本原理的知识模糊不清等问题，使加工出来的产品存在这样或那样的缺陷。可见，数控电火花线切割实践教学确实有很多值得我们去思考和探讨的问题。

(一) 目前数控电火花线切割实践教学存在的一些问题

1.工艺方法和工艺分析的教学欠缺。工艺方法及分析一直是工业制造中最重要的组成部分。在数控电火花线切割的加工中，工艺方法是决定产品质量的重要因素之一。由于重设计、轻工艺的观念一直存在于中国的制造业，导致了学校教学也出现了重设计轻工艺的现象：在教学中对工艺方法的讲解不到位、对工艺分析不透彻等。学生只要把零件加工方法设计出来并加工完毕，就算完成实习任务了。至于做出的产品是否精致、是否美观就另当别论了，常常是形像而实不像。这样的教学方法对学生的工程素质和综合素质的培养与提高都是不利的。

2.对学生创新思维和创新能力的正确引导不到位。现在国家积极鼓励大学生创业，学校为激励大学生的创新意识，设立了各种形式的创新比赛。大学生在创新设计上思维活跃，思路很广，常常有一些非常好的创意。但对后期的加工工艺考虑不全，制造出来的作品与设计要求相差甚远，又由于缺乏相关工艺知识，不能进行技术改造，好的创意便夭折了。

3.基本知识的认识模糊。在实习教学过程中，笔者发现很多学生缺乏相关基础知识。如：有关数控电火花线切割中的电参数术语很多，而学生能记得的却很少。实习中的电极丝的材质是什么的？规格是多少？目前数控电火花线切割的电极丝规格最大或最小是多少？零件加工时的安全电流和工作电流是多大等。对于这些应掌握的基本知识，学生感觉都很模糊，那么就更谈不上学好用好了。

（二）数控电火花线切割实践教学探讨

1.加强工艺实践教学的内容。在数控电火花线切割实践教学内容上，很多老师的授课思路是：基本知识——程序编程——演示操作——学生上机实习——布置实习报告。如何让学生记得住所学知识而且还有所拓展呢？笔者认为，上课时首先要给学生提出基本工艺要求，现场示范时要结合实际问题作详细地讲解。例如，学生对工艺孔定位的概念很模糊，那么要在演示操作时尽可能作全面介绍，要告诉他们工艺孔的作用和工艺孔的常用形状；用什么方法去加工工艺孔、对于要重新定位切割的零件怎样保证重新定位孔的位置精确等。再如：对图1和图2所示零件，采用不同的定位工艺可能会出现什么现象？要让学生知道起切点设定在坯料里面的工艺孔中和从坯料外面设置起切点的定位加工时就会出现材料的应力变形不同，起切点的定位设在外面的给工件的加工带来一定的形变影响等。工艺内容的讲授不是老师主讲完就算了，还要积极引导学生自己动手制作。

对数控电火花线切割的实习或实验是将学生分组进行的，每组5人，用同一零件的图纸，选择两种不同的电参数。切割路径两组可以一样，也可以不一样，电极丝的大小选择和间隙补偿量的计算都由学生自己制定，编好程序并加工完毕后，由学生自己测定零件的表面粗糙度和尺寸精度。学生对这种方法很感兴趣，分析时都积极发表自己的见解并提出合理正确的工艺参数。这种教学方式既是学生相互交流的过程，也是他们独立思考、挖掘创造潜能的过程。只有通过自己分析和判断、亲自尝试，才能使所学知识为实践所用，才能提升他们的工艺理念、提高他们的工程素质和综合素质，为今后的专业学习和工作打下良好的基础。

2.拓宽基础知识面的教学思路。因为数控电火花线切割加工原理与机加工的加工原理有着本质的不同，所以对基本知识的讲授，不能只停留在照本宣科的教学方法上，而要让学生知道它与机加工的本质区别在哪里。按照教学流程，学生实习是先实习传统的金工项目，再实习数控加工。学生在初次接触数控电火花线切割的加工工艺时，会产生很强的好奇心。对此，可展示一些数控电火花线切割机加工出来的产品给学生看，满足他们的好奇心，调动起学习热情。然后再逐一讲解有关数控电火花线切割加工的基本原理和设备的基本结构，现场加以示范加工一个小零件，让学生清楚它的加工原理与机加工原理的不同之处，从而更清楚地理解其基本原理和基本工艺特点，知道相关工艺在生产中的运用规律。

同时还要进行现场讲解，让学生了解数控电火花线切割机为什么分为快走丝、慢走丝，它们各自有什么特点？再以这种加工方法为例，向他们介绍相关加工工艺。如电火花成型加工、电火花高速打孔等。让学生亲眼看到电加工可以加工那一类零件，为什么要分那么多不同形式的加工设备；知道那种加工所具有的经济价值以及它们在国内的发展趋势，了解国外电加工的发展动态等。基础知识面的拓宽开拓了学生的眼界、了解了加工工艺在制造业中的位置，对新技术、新工艺、工艺发展史产生了很大的兴趣，学习收获也就更大了。

3.积极引导、培养学生的创新思维和创新能力。数控电火花线切割实习，为培养学生的创新思维和创新能力提供了良好的平台。学习的过程中，老师要帮助和启发他们关注发展和学习发展中的知识点，从中悟出创造的真谛。如我校实习用的是DK77系列快走丝数控电火花线切割机床，其过滤系统在加工中存在着循环过滤不够干净、放电不稳定等问题。对加工过程中放电通道的通畅和放电平稳很不利，加工效益低，质量不稳定。对此，当做实验时可引导学生通过改进过滤系统，提高加工效益。这样的引导和启发是很有效的，学生在参观一大型企业时看见数控铣床的过滤系统就联想到对数控电火花线切割机床的过滤系统的改进，并提出了初步的改进方案。可见，培养学生的独立思考问题的能力和开启他们的潜能是很有必要的。

数控电火花线切割的二维设计对现在的大学生来说已不是大难题，但老师一定要熟悉各种软件在数控电火花线切割的设计运用，这样才能更好地引导学生在实践中正确地使用。通过对数控电火花线切割的系统学习和实践，很多学生能灵活地运用各种设计软件设计零件，经过格式后置处理就可以加工了。这也使学生的思维能力、设计能力、创新思维和创新能力上了一个新台阶。

（三）结束语

数控电火花线切割的实践教学，为学生了解和掌握数控电火花线切割的加工原理、加工工艺及创新思维和创新能力的培养提供了很好的机会，为学生的专业课程学习建立了感性平台，同时也为他们今后的就业提供一技之长。

参考文献：

[1]傅水根.金工系列课程对培养学生创新思维和创新能力的探讨[J].2000.

[2]张学政.傅水根教育教学研究论文集[C].2000.

[3]张学仁.数控电火花线切割加工技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,2000.

电火花线切割简介 篇4

电火花线切割(Wire cut Electrical Discharge Machining)又叫做线电极电火花加工，是利用线状电极做工具对金属导体进行电火花加工的特种加工手段，属于电加工技术的一个重要类别， 早在十九世纪，前苏联科学家就发现：电器开关触点断开和闭合时，经常因为火花式放电，使得接触面出现坑洞，这种放电引起的电极烧蚀现象叫做电腐蚀。因此，相当长的时间内，电腐蚀作为一种有害现象被在各种电器触点的设计中尽量避免。后来，随着对电腐蚀这一现象微观机理的深入理解和对其规律的掌握，科学家们利用这一现象开发出了电火花线切割技术。以下便是电火花线切割工作过程的微观物理机制：电火花线切割时，电极丝接脉冲电源的负极，工件接脉冲电源的正极。正常工作时，在正负极之间加有脉冲电源，同时工件与电极丝之间要有工作液(皂化液以及去离子水等)。当发生一个电脉冲时，电极丝和工件之间会产生一次火花放电，放电时间在毫秒量级，在放电通道的中心温度瞬时可高达10000°C以上，高温使工件金属熔化，甚至有少量气化，同时高温也使电极丝和工件之间的工作液气化，这些气化后的工作液和金属蒸气瞬间迅速热膨胀，具有爆炸的特性，是一种类空化效应，

这种热膨胀和局部微爆炸，将熔化和气化了的金属材料抛出从而实现对工件材料进行电蚀切割加工。通常认为电极丝与工件之间的放电间隙在10um左右，随电脉冲电压高低不等，放电间隙会有所不同。保证电火花加工顺利进行非常关键的一点是必须创造条件保证每来一个电脉冲时在电极丝和工件之间产生的是火花放电而不是电弧放电。首先须使两个电脉冲之间有足够的间隔时间，使放电间隙中的介质消电离，即使放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，恢复本次放电通道处间隙中介质的绝缘强度，以免总在同一处发生放电而导致电弧放电。一般脉冲间隔应为脉冲宽度的4倍以上。为了保证火花放电时电极丝不被烧断，还必须向放电间隙注人大量工作液，以便电极丝得到充分冷却，同时电极丝必须作高速轴向运动，以避免火花放电总在电极丝的局部位置而被烧断。电火花线切割主要分为高走丝和慢走丝两种方式。国内普遍采用高走丝方式，电极丝采用钼丝，做高速往返式运动，速度约在7~10m/s左右。高速运动的电极丝，有利于不断往放电间隙中带入新的工作液，同时也有利于把电蚀产物从间隙中带出去;但精度不如慢走丝方式，国外以这种方式居多，电极丝选用铜丝，一次性使用(似乎相当地不节俭^_^)。 以上过程显示电腐蚀是一个极为复杂的微观物理过程，大致可分为介质击穿和通道形成，能量转换和传递，电蚀产物的抛出和消电离四个阶段。其间牵扯到电能向光能、热能、动能、声能以及电磁能的转化。

电火花线切割技术 篇5

1 电火花线切割加工原理

如图1所示, 电火花线切割加工原理是:电极丝带负电, 金属工件带正电, 电极丝与工件靠近时, 在高频脉冲电作用下产生电火花放电, 而放电瞬间产生的高温熔化金属, 金属工件在机床工作台带动下相对电极丝移动, 从而实现切割金属。图1中, 储丝筒用来储存电极丝, 电极丝通过两只上导轮和两只下导轮连成一个循环, 脉冲电源经由进电块给电极丝加负电, 给工件加正电, 可以加工出需要的形状。

2 电火花线切割加工厚工件时电极丝振动问题

2.1 电极丝振动引起的危害

电火化线切割机在切割300mm以上厚工件时, 由于上下导轮距离大, 上下导轮之间的电极丝长度边长, 电极丝在运转并放电加工时, 会受到放电压力的作用, 同时还会受到机床振动影响, 使电极丝产生横向受迫振动。电极丝的震动范围两端小, 中间大, 因此在切割工件时, 形成的切缝呈腰鼓形。电极丝的振幅大, 切缝相对宽, 对排出切缝内的金属切削物有利, 但对加工精度和加工速度是不利的。因为切缝宽增加了单位长度的体积蚀除量, 结果必然减少单位时间的面积蚀除速度, 使切割速度下降;同时, 由于电极丝振幅加大, 电极丝与工件碰触机会增多, 因此短路, 造成加工不稳定。如果电极丝的振动超了其弹性极限, 就会引起断丝。

2.2 电极丝振动问题原因分析

电火花线切割加工时电极丝振动问题危害大, 需要进一步分析。为了分析振动原因, 将电极丝工作段分离出来, 建立电极丝振动分离系统, 见图2。

图2中, x1 (t) 、x2 (t) 是导轮径向跳动, x3 (t) 、x4 (t) 是线架振动, x5 (y, t) 是包括静电力、电磁力、放电爆炸力和工作液阻尼作用力在内的分布形式为线密度的力激励, T1、T2是电极丝张力。

根据图2, 建立电极丝微元受力图, 见图3。

首先假定:电极丝是均匀的, 各向同性, 具有常线密度ρ, 作y方向匀速运动和x方向平面无阻尼微幅振动, 其静止位置是与y轴重合的直线。电极丝间距长为ι, 线密度为ρ, 张力用T1、T2和T表示。

图3中f (y, t) 是作用在电极丝上 横向分布力线密度。

根据假设, 推导电极丝振动方程。

假设只有支撑件作用力时, f (y, t) =0, 由图3, 得出运动方程:

undefined

微幅振动时, θ和undefined很小, 由公式 (1) 中第2式, 得, T1=T2=T, 代入 (1) 式中的第1个公式, 得

undefined

式中undefined

(a) 当只有上支撑有谐振位移激励时, 设激励波形为θcosωt。则两端约束条件为:

undefined

用分离变量法解公式 (2) 和式 (3) , 得

undefined

undefined

由式 (4) 及y=0处边界条件, 得

undefined

由式 (1-4) 、式 (1-5) 得

undefined

undefined

undefined

(b) 当只有下支撑有谐振位移激励时, 设激励波形为ρcosωt。

相应约束条件为:

undefined

同理可得:

undefined

根据式 (7) 、式 (9) , 可以得出, 当激励量频率undefined时, 受迫震动产生的振幅最大。fn就是图2中电极丝的各阶固有频率。而线架和导轮的非谐振冲击必然引起固有频率的存在, 此外导轮的脏物, 轴承的误差和损失、导轮机构的安装和润滑条件等因素, 在导轮运动时都有产生冲击力可能。

归纳以上分析, 可得出如下结论:运动电极丝的各阶固有频率为undefined, 其中T、ρ、l分别为电极丝张力、线密度、间距;引起电极丝振动的主要机械源是导轮跳动、机床引起的线架振动及导丝轮、轴承机构中的制造安装误差、损伤和润滑油中脏物等。通过该结论, 为进一步降低电极丝振动提供了理论依据, 从可以更好的提高线切割机床加工稳定性和加工精度。

参考文献

[1]伍端阳.数控电火花线切割加工技术培训教程[M].北京:化学工业出版社, 2008, 9.

[2]贾立新.电火花加工实训教程[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2007, 2.

[3]周旭光.线切割及电火花编程与操作实训教程[M].北京:清华大学出版社, 2010, 9.

[4]王至尧.电火花线切割工艺[M].北京:原子能出版社, 1987, 2.

电火花线切割技术 篇6

在电火花加工中,实现稳定、优质、高效加工的关键是保持电极之间良好的间隙放电状态。电火花加工的间隙放电状态复杂多变,进给系统进行伺服控制,即依据变化的间隙状态进行及时调整,因此准确判断间隙放电的状态对电火花加工来说非常重要。现有的放电状态检测方法大部分都是通过构建硬件电路进行检测。本文以电火花放电脉冲的分类为基础,利用Labview软件,编写了对采集到的放电电压进行分析的程序,通过对编写的程序的实验验证,可实现对放电状态较准确的检测。

2 电火花线切割放电状态的识别与检测

2.1 脉冲放电状态的分类

在电火花线切割加工中,随间隙工况变化可能出现空载、短路、火花放电脉冲、稳定电弧等多种放电状态,而对快速走丝线切割加工来说,出现稳定电弧的机率很低,可不予考虑,因此,可简单地将加工工况分为空载、火花放电、短路脉冲三种状态,开路状态表明间隙未被击穿,降低了加工速度,此时没有加工能力;火花放电状态是放电间隙被击穿并维持一定的放电电压形成的,在此状态下工件的加工表面质量好、凹坑直径大、深径比小,且有较高的加工效率;短路状态,放电间隙不消耗电能,此时与开路状态相同,也无加工作用。大量的短路表明放电间隙过小,伺服进给控制不良。不同的放电间隙状态有不同的加工性能,空载和短路都属于无效放电脉冲,只有火花放电属于有效放电脉冲,而电火花线切割加工的生产率、加工质量和稳定性很大程度上取决于电火花加工时的各种放电状态及其相互百分比。因此实时检测放电间隙状态对电火花线切割加工的稳定及高效具有重要意义。放电间隙电压是区分3种放电状态的重要依据。

2.2 放电状态检测方法的原理和特点

目前间隙放电状态检测的常用方法是电压检测法,即检测放电间隙的电压信号,主要有平均值检测法和峰值检测法,这里采用间隙平均电压检测法。

间隙平均电压检测法是一种简单的间隙放电状态的检测法。通过估算与经验得知,在工件材料、工作液介质、工具及脉冲参数等确定的情况下,放电加工过程稳定进行时,其间隙电压平均值应处于一个区间中,如超出了这个范围,加工过程则处于非正常加工状态:间隙电压平均值超出范围上限时,放电加工过程趋于空载加工状态,而间隙电压平均值低于范围下限,加工过程则趋于电弧放电或短路状态。

2.3 放电状态的检测与判别

本文以ACTSPARK FW1型高速走丝电火花线切割机床为研究平台,以间隙电压为主要研究参数,用数字荧光示波器Tektronix DPO3052(500MHz)检测和记录放电间隙电压量。实验在不同的切割工件、工件厚度及不同的电源参数(脉间,脉宽,峰值电流,伺服电压)下进行。加工时放电间隙电压信号输入ch1通道,即将示波器的ch1通道与放电间隙两端并联,可用手控方式把波形信号进行存储,利用Excel对示波器采集到的65536个数据点进行分析处理,可获得每个脉冲火花放电时相应的放电间隙电压。图1为加工过程中某一瞬间的示波器截图。

对波形及示波器多次采集到的大量数据点进行统计分析,得出:正常火花放电电压一般在10～25V之间,开路电压一般大于30V,短路电压一般小于5V。

3 基于虚拟仪器的电火花线切割放电状态检测系统的实现

3.1 系统硬件的选用

系统硬件主要由电压传感器、数据采集卡、计算机组成。电压信号通过传感器后进行信号调理,将电压传感器转换的电压信号转化为适合数据卡采集的电压信号,计算机再对采集来的信号进行分析、处理等操作。电火花线切割在线监测系统的硬件组成如图2所示。

根据机床电压范围及示波器观察到的数据波形分析后,选取HNCV025X型霍尔复合传感器。HNCV025X型霍尔复合传感器是应用霍尔效应和零磁通原理的新一代电流电压复合传感器,能在电隔离条件下测量直流、交流、脉冲以及各总不规则波形的电流和电压。HNCV025X原边电流测量范围为0～50A,频带宽度为100kHz。

根据机床的脉冲频率范围,数据采集卡选用了凌华的PCI-9820。PCI-9820是一款65MS/s采样率,高分辨率,板载大容量SODIMMSDRAM存储器的PCI总线数字化仪。14位A/D分辨率,输入阻抗有1.5MΩ及75Ω可选。

3.2 系统软件设计

软件设计部分以Labview8.6为开发平台,可对采集的电压值进行数据处理。在该检测系统中,最基本的功能就是对电压信号进行采集、显示。然后根据需要进行存储,以便重放波形数据。同时检测系统还可对间隙电压的放电状态(空载、短路、火花放电)的进行检测。系统程序流程图如图3所示。

数据采集选用Labview中的DAQmx函数模板中的DAQmx Start Task.vi等VI来组建数据采集模块。数据采集模块主要是实现被测信号的拾取及对各种参数的控制,比如对数据采集通道、输入信号范围、信号输入方式、采样率、采样方式以及读取率的设置等。

对采集的信号数据进行存储,可以为今后对数据的再应用提供便利。选用“写入电子表格文件vi”可将要保存的数据存放到指定的文件中,以后可以随时打开文件浏览或应用数据。系统软件结构框图如图4所示。

数据分析模块是本课题研究的核心。在电火花线切割加工中,加工电源的脉冲频率很高,一般为2～100kHz,且放电加工具有较强的随机性,只对单个脉冲放电状态的辨别是难以对加工状态进行有效判定的,且实用意义不大。于是用计算在一个采样周期内3种放电状态的相对比率值,在采样周期内对采集信号进行分析,以进一步得出加工状态是否正常。首先在加工参数设置中分别定出开路电压,短路电压及脉间电压值,根据实验数据进行统计分析后,这里开路电压定为30V,短路电压定为5V,脉间电压定为3V。然后对所采集到的电压值一一进行判定,若大于30V,则这个数归到开路数组中,若在5～30V之间则归到正常加工数组中,若在3～5V之间则归到短路数组中。各个数组中数据总个数分别除以采样周期中所采集的总电压个数,分别可得到开路百分比、短路百分比及正常加工百分比。电火花线切割在线监测系统的前面板如图5所示,数据分析模块如图6所示。

系统在机床上进行电火花线切割加工放电状态在线检测实验,通过对检测到的数据进行分析,表明该系统可较好地对加工时的间隙状态进行检测。

4 结语

本文将虚拟仪器这种全新的仪器概念应用于电火花线切割系统中,利用Labview进行程序设计。不仅开发周期短、成本低,且可扩展性强,通过对已有程序的修改可以很方便地实现原有系统的功能扩展。

参考文献

[1]霍盟友,张建华,艾兴.电火花加工间隙放电状态检测方法综述[J].电加工与模具,2003(3):17-20.

[2]刘君华.虚拟仪器图形化编程语言LabVIEW教程[M].西安:西安电子科技大学出版社,2001.

[3]连芩,唐一平,卢秉恒.电火花加工间隙状态的鉴别与检测方法[J].电加工与模具,2000(2):10-13.

[4]耿春明,赵万生,赵家齐,等.电火花加工中间隙放电状态检测的一种新方法[J].电加工与模具,2001(3):27-29.

电火花线切割技术 篇7

1 任务驱动教学法在在数控电火花线切割实践教学中的运用

1.1 任务设计

任务设计是任务驱动教学法开展的关键, 任务要根据实习任务目标分解后来设计, 要符合当下教学阶段的学习要求。数控电火花线切割实践教学的任务目标是:“培养学生掌握电火花线切割加工的基本工作原理、加工规律、操作技能;用所学专业技术知识结合掌握的机床操作技能, 亲自动手操作机床, 加工出符合要求的零件。”根据这一教学任务目标我们设计了三个任务:

1) 数控编程任务:要求学生在一定时间内设计出零件图纸, 然后编写数控线切割加工程序, 修改调试后能通过加工软件的测试。此阶段的任务目的是:掌握电火花线切割加工的基本加工工艺, 基本编程方法, 掌握程序的输入、校验、检查、修改的操作方法。2) 零件加工任务:老师将任务1得到的零件图纸和程序通过评价、筛选、修改后, 从中挑选出几张具有代表性的图纸后, 将学生分组, 安排各组使用设备加工出本组学生自己设计的一个零件。加工零件完成后, 各组自行测量零件, 记录尺寸和误差, 总结问题和不足之处, 查找问题原因, 及时纠正错误。任务目的是:熟悉加工设备, 掌握机床各部分的结构功能和操作面板上各个按键的功能和操作方法;掌握工具工件的安装方法、对刀方法, 加工参数的设置调整方法、加工中的调整方法、量具的正确使用方法, 掌握电火花线切割零件加工的一般加工工艺和加工过程, 理论与实际相结合促进学生的实际动手能力、操作能力的提高。3) 综合加工任务:学生按各自分组接受任务, 加工给定图纸的一套配合组件 (见下图) , 各组完成其中一个零件的加工, 然后将各组完成的零件汇总到一起, 最终组合成为一套配合组件。要求组件间的配合间隙达到0.02~0.06mm之间。若其中哪一组件不能配合或配合间隙过大, 就要及时分析查找原因, 提出改进方案以解决问题。

以上三个任务的执行可根据不同专业, 不同实习时间的长短灵活实施。机械类专业学生实习时间较长, 实习时间超过两天的, 三个任务都应实施, 近机械类或非机械类专业的学生实习时间短, 可实施第一、二个任务。

1.2 任务驱动教学法实践教学的实施过程

任务驱动教学法实践教学过程大致分为三个阶段:任务准备阶段、任务实施阶段和任务评价阶段。

1) 任务准备阶段:教师组织学生学习基础原理知识, 数控编程知识、零件加工工艺知识, 建立基本概念;进行设备介绍, 设备各部分功能结构和操作使用方法等感性认识, 为接下来的任务实施阶段做准备。2) 任务实施阶段:指导学生完成各个任务, 回答学生的各种疑难问题、给予必要的帮助。老师穿插在学生之间, 观察任务执行的情况, 提醒学生应注意的事项, 及时纠正错误操作方法。3) 任务评价阶段:在每个任务完成后, 要求学生自己先评价自己任务的完成情况, 再与其他各组学生完成的情况作对比, 给自己评价, 最后再和老师的评价对比。学生通过对比, 从中发现自己存在的问题和不足, 总结经验, 掌握每一阶段应掌握的知识和技能, 为以后的学习打下一个良好的基础。

2 采用任务驱动教学法的注意事项

1) 任务设计应与教学内容紧密结合:任务的设计应以教学内容及教学目标为出发点, 确定要求学生掌握的各个知识点, 分析哪些内容是在任务前需要进行必要的讲解, 哪些内容需要示范和指导, 哪些知识和技能是学生需要在任务中探索掌握的, 在此前提下才能设计出合理的任务。2) 任务的难易程度要适中, 具有可操作性:任务内容和难度应是学生能够普遍接受的, 任务过难或是太简单都会使学生失去学习兴趣, 同时任务必须是可操作的, 在当前教学条件下能够完成。3) 任务应能激发学生的学习动机:任务驱动教学法是以能够激发学生学习动机与好奇心的情景为基础, 是与教学内容紧密结合的任务为载体, 使学生在完成特定任务的过程中获得知识与技能。4) 任务应具有层次性和渐进性:任务的目的是引导学生将分散的知识与技能进行综合化与系统化, 实现知识与技能的内化。任务设置的层次性要使各知识点之间相互联系形成一个整体, 最终让学生通过完成任务获得系统的知识与技能。任务的渐进性要使任务从简到难, 由浅入深。5) 教师讲授的知识和操作示范应与学生任务中的探索进行有机的结合:要在任务中使学生掌握新的知识与技能, 把新的知识技能与老师的讲授与示范联系起来, 与其原有的知识进行联结, 形成具有新意义的知识技能。同时在完成任务的过程中, 要对任务进行有效的控制, 恰当的指导, 使其明白为什么要这样做, 还有那些方法可行, 通过探索能够达到“举一反三”、“活学活用”的目的, 培养学生具备一定解决实际问题的能力。

3 结语

在数控电火花线切割实践课的实践教学中引入任务驱动型教学法后, 通过渐进式的任务, 学生的学习主动性得到了提高, 掌握了课程要求的知识和技能, 体验了在工作中和与他人交流协作共同完成任务的过程和乐趣, 培养了分析问题和解决实际问题的思维模式, 动手操作能力有了较大的进步, 实现了数控电火花线切割实践教学的任务目标。

摘要：在数控电火花线切割实践课的实践教学中引入任务驱动型教学法, 通过渐进式的任务, 提高了学生学习主动性, 实习效果有了明显的改善, 介绍了任务驱动教学法在该课程中的运用的方法和注意事项。