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锥度加工

锥度加工
锥度加工

项目四 锥度加工

项目描述

锥度是指圆锥的底面直径与锥体高度之比,如果是圆台,则为上、下两底圆的直径差与锥台高度之比值。数控线切割机在加工锥度零件时,如按照逆时针方向切割时取正角度,工件则上小下大(正锥);取负角度则工件上大下小 (倒锥);顺时针则相反。本项目将对正锥度的零件进行加工。

正锥度的工件

项目目标

1、懂得锥度的定义、加工特点

2、懂得锥度加工数据的设定

3、锥度加工的编程

4、能够测量基准面高、丝架距并进行校正

任务一

一、 任务描述:

在理解锥度的定义后,结合加工的工艺和注意事项,能熟练地进行操作 二、 任务分析

在教师的指导下懂得锥度加工的步骤,根据零件的需要进行基准面高、丝架距、

导轮直径、工件厚度的测量,并将实测的数据自行验证。

三、任务准备 (一) 相关知识准备

(二) 1 锥度加工的实现机理

要在线切割加工中实现锥度切割,就应想办法让电极丝能相对于工件面产生倾斜,而不再是传统的垂直穿越。当然,丝与工件面间的倾斜不能是保持某一固定的倾斜方向状态,因为这样的话,最多只能是在某一方向面上割出锥度,而当改变加工方向面后则可能得不到锥度,或所得到得锥度不是所期望的。真正的锥度切割应是能自动地根据所加工的方向面随时改变其倾斜方向,以保证所加工出的锥度工件在锥度范围内的每一个横截面的形状都应是按一定比例缩放得到的。就如图中圆锥台零件和棱锥台零件所示的一样,在不同的方位上丝产生相对应的倾斜,但丝和垂直面的倾斜角度基本上是保持恒定的。

零件锥度切割的概念

实现锥度的切割加工可通过控制上下丝架导向器按一定程序轨迹移动来实现。根据机床的结构布局安排,可有如图所示的三种实现方式。 方式1:上丝架可动,下丝架不动,如图(a)所示。 方式2:下丝架可动,上丝架不动,如图(b)所示。 方式3:上、下丝架都可动,如图(c)所示。 图 锥度切割的三种实现方式

上丝架移动范围

丝倾斜

下导向点

下丝架移动范围

丝倾斜上导向点

上丝架移动范围

丝倾斜

下丝架移动范围

(a )

(b )

(c )

其中,方式3的结构很复杂,很少采用,只有在需要特别大的加工锥度的情况下,才按方式3设计制造。方式1和2的结构复杂程度相当,主要就是看操作使用的环境场合的需要而设计制造。

锥度加工控制范围主要受到可动丝架导向器的移动行程的限制,本机床是按使用圆形导向器时最大切割锥度为10?来设计的。此时,要求上丝架的U 、V 轴向最大行程不得小于±12.5 mm 。本机床根据采用的上下导向器形状的不同而有两种加工锥度范围。用V 型导向器时可加工小锥度角,其加工锥度范围为±1.5?。当需要加工大锥度角时需用圆形导向器,其加工锥度范围为±5?。V 型槽导向器与圆形导向器可简单地进行更换,先更换上圆形导向器后,按照上丝架双向可动极限行程范围,找到各轴向的行程中间点。再以此点位来调装固定下圆形导向器,然后再返回来调整U 、V 轴进行校丝垂直操作,最后从找好的U 、V 原点处确认各向行程不小于±12.5 mm ;否则,将会在切割10°的大锥度时产生超程报警。

2 锥度加工数据的设定

可在MDI 方式下由功能按钮“功能设定(SET)”的第4页中设定锥度加工所需的各种数据。若不设定这些数据,即使程序中有丝倾斜的指令,也不能进行锥度加工。这些数据包括:

● 加工方式:锥度加工时,设定为“1”;垂直加工时,设定为“0”;锥度加工带画图方式时,设定为“2”。

● 工件面高度I :设定工件面的高度。在指定的工件面高度的面上,程序的尺寸与工件的尺寸相同,如图5-25所示。

锥度加工参数

导槽

的刻度尺上所读得的值再加上1 mm,便是所设定的数字。

●速度控制面高度:指定程序指令速度的面。在这个面上,丝的移动速度与指令速

度相等,一般设在锥度加工部分的最上面至最下面之间的某高度面上。

●下导向面高度:用于设定下导向面离工件安装台的距离。若不搭桥板,以当前工

件安装基准台面为准。对V型导向器而言,这一距离已于出厂时便已测出,S=23

mm。对圆形导向器而言,这一距离应为27 mm。当更换导向器时,应用参数设定

的番号167来更改此设定。

以上各高度均是以工件安装台为基准来设定的,以上导向的方向为正,设定值

以当时设定的输入单位系设定。

3 锥度加工的编程

从前述可知,锥度加工即是在丝垂直加工的基础上,同时有了上丝架的U、

V坐标轴移动。但在程序中是无法直接指令U、V轴的,我们在程序中只能指令丝倾

斜的角度和倾斜方向,U、V轴的移动是由数控装置根据这些数据和锥度加工设定的

各控制面高度数据来自动计算并控制实施的。也就是说,要实现锥度加工,必须要

进行锥度加工数据设定和程序中指令丝倾斜两方面内容的结合才行。锥度加工的程

序指令形式基本上和线径补偿指令的形式相似。有倾斜方式和倾斜角度两个内容。

G50——丝倾斜取消方式,即丝垂直加工方式,是电源投入时的缺省方式。

G51——丝倾斜左方式。上导向在程序面指定通路行进方向的左侧移动。

G52——丝倾斜右方式。上导向在程序面指定通路行进方向的右侧移动。

丝倾斜角度由地址T指令,有小数点时角度单位为1°,无小数点时角度设定单位

为0.001°,最大指令 000°。角度值是以从垂直位置起的偏角进行指令,无论是

左倾还是右倾,都用正值指令;若为负值指令,则左右倾斜交换。可在丝倾斜方式

指令前或统一程序段中指令倾斜角度,还可在程序中途变更倾斜角度。

图 锥度切割时丝的倾斜状况 (a) 引入加载;(b) 引出卸载

4 在锥度加工编程中应注意如下问题: (1) 锥度加工可以和线径补偿同时使用。

(2) 一般,锥度加工的编程同样应该有一个引入加载和引出卸载的过程。 (3) 在锥度加工方式中,若指令了无移动量的程序段时,丝倾斜将取消。 (4) 锥度加工中,一般可在直线与直线相交,直线与圆弧或圆弧与圆弧圆滑相接的形状上正常进行,而在直线与圆弧或圆弧与圆弧相交的形状上将得不到指令角度的加工面。

(5) 尖角时,下导向与上导向的偏差变大,此时上导向丝架有可能超程。因此,有必要对零件图形进行尖角修圆处理。如图5-27是这两种方式的实施效果,其区别在于尖角修圆时为圆锥状过渡,而用锥度拐角时则为斜圆柱状过渡。

图5-27 尖角修圆和拐角过渡的实现

序面

导向面导向面

导向面

序面

导向面

(a )

(b )

工件下表面

工件上表面

锥度拐角R 指令斜圆柱状拐角

工件上表面

尖角修圆工件下表面

尖角处上丝架行程过大

可能产生超程

(二)相关技能准备 1、掌握ISO 手工编程

2、机床的加工参数的设定

(三) 用具准备 1)、刀具、工件材料

Ф 0.18mm 钼丝 、45#钢(规格100x100x30)

2)、量具 钢尺(150mm ,300mm )、游标卡尺(0~125mm )、 3)、工具 一字和十字螺丝刀、垫板、压块、螺栓组、校正规等机床附件

4)机床设备

四、任务实施过程

1、操作内容,请按图样尺寸加工锥度为1°的工件

2、操作步骤

1)、数控编程。(参阅项目二的ISO 编程的相关知识) 如图左锥度加工的ISO 代码程序

N10 T84 T86 G90 G92X0.000Y0.000; 开冷却液,开走丝,绝对坐标,当前点坐

标为(O ,O)

N12 G01 X9.900 Y0.000; 直线,终点坐标为(9.9,0) N14 G28 A1.000; 左锥度加工,斜角为1°

N16 G03 X9.900 Y0.000 I-9.900 J0.000; 逆圆,终点(9.9,0),圆心对起点(-9.9,0) N18 G27; 锥度关

N20 G01 XO.000 YO.000; 直线,终点(0,0)

N22 T85 T87 M02; 关冷却液,关走丝,程序结束

2)、拆钼丝后把钼丝穿在预先钻好的小孔内进行对中。对中后,将测得的基准面高、丝架距、工件厚度输入机床再传输程序;

3)、然后是开总电源开关、机床开关、油泵开关、马达开关、高频开关后开始加工

4)、加工完关闭全部电源开关按钮,拆卸零件后进行检测。然后实测锥度圆柱体的上下直径,输入电脑即可自动计算出精确的丝架距和基准面高。

3、注意事项

1)、注意锥度加工中基准面和丝架距的校正计算。因为基准面和丝架距准确与否,直接影响锥度加工的精度

2)、锥度加工出来的工件有“正锥度”和“负锥度”之分,在输入参数的时候,主要看加工的方向和加工的锥度设定。

项目评价

项目总结学生总结:

教师总结:

由于测量基准面高、丝架距的时容易造成较大的误差,影响加工的准确性。因此,在借用游标卡尺进行测量时需要灵活操作。

项目拓展知识点1:

控制加工中相关参数

如何合理地调节控制加工过程,要根据加工状态决定。

在加工过程中,调整变频进给旋钮,在调整到最佳状态时,其电压表指针和电流表指针的摆动都比较小,甚至不动,这时加工最稳定。加工过程中如果电流表指

针经常向小的方向摆动,表示有瞬时开路,可提高变频进给速度;反之,如果电流

表指针经常向大的方向摆动,表示有瞬时短路,应减慢变频进给速度。若以电压表

来判断则相反。在换向切断脉冲电源的瞬时,电压达到最大值,电流为零,这是正

常现象。

如果条件允许,最好用示波器来观察加工状态,它不仅直观,而且还可以测量脉冲电源的各种参数。使用时,将示波器输入线的正极接工件,负极接电极丝。调

整好示波器,观察波形即可。

目前,用于线切割机床的脉冲电源多是晶体管式的,其末级用硅高频大功率三

1.中途暂停处理

加工过程中因某些特殊原因必须停车时,应先关闭加工开关、高频电源;然后,关闭水泵马达、走丝马达。对快走丝机床来说,在加工直线或斜线段停机时,只需记下控制台面板计数长度J的数字,计数方向和加工指令。以后继续加工时,只要按记下的数字来人工输入指令(加工斜线时,其X、Y坐标值仍可照原来的数值)。在加工圆弧段停机时,应记下控制台面板上的X、Y坐标值、计数长度J的数字、计数方向和加工指令。以后继续加工时,也只要按记下的数字来人工输入还没有加工部分的程序指令,然后继续加工。

2.断丝后的继续加工处理

快走丝机床加工过程中突然断丝,应先关闭高频电源和加工开关;然后,关闭水泵马达、走丝马达;把变频粗调放置在“手动”一边;开启加工开关,让十字拖板继续按规定程序走完,直到回到起始点位置。接着去掉断丝,若剩下电极丝还可使用,则直接在工件预孔中重新穿丝,并在人工紧丝后重新进行加工。若在加工工件即将完成时断丝,也可考虑从末尾进行切割,但是这时必须重新编制程序,且在两次切割的相交处及时关闭高频电源和机床,以免损坏已加工的表面,然后把电极丝松下,取下工件。

3.意外断电后的处理

在加工过程中,有时会出现控制台故障或突然电源切断的现象。若是控制台出现故障,则切割的图形就与要求不相符合。如果割错的部分是在废料上,则工件还可挽救;否则,工件只得报废。若是突然断电,则此时控制台面板上的数据已全部清除,但是工件仍可挽救。在上述这两种可以挽救的情况下,首先应松下电极丝,然后按断丝方法处理,并重新返回起始点后重新加工。

4.短路故障处理

线切割机床一般都具有短路后沿加工路线回退处理的功能。快走丝线切割机床的具体操作如下:

先断开“加工开关”,然后按一下控制面板上的“暂停”按钮,合上“手动开关”,再连续按“点动”按钮。此时,拖板按原加工路线回退,回退次数与按“点动”按钮次数相同;直到短路状态消除,再断开“手动”开关,按“暂停”按钮;按“点动”键,然后合上加工开关,切割加工则继续进行。

知识点2:

快走丝线切割加工断丝现象分析

快走丝线切割加工的正常运行及加工经济性与钼丝正常运转密切关联。断丝除

了造成用丝量增加之外,重要的是影响工件切割表面质量甚至使工件报废,同时增加

钼丝运行过程中影响断丝的因素较多,主要与机床本身的机械运行状况是否良好、加工电参数的选择是否合理、操作方法是否正确等密切相关。以下介绍一些断丝现象的产生原因与预防措施。

1、钼丝自身因素造成的断丝

(1)钼丝直径选择不当。钼丝直径的大小是造成断丝的一个主要原因。为了减少断丝,在满足加工要求的前提下,一般应尽量选择较粗的钼丝,一方面能提高钼丝的张力,减少钼丝的抖动,另一方面由于粗的钼丝加宽了切缝,乳化液容易渗透进去,有利于排屑。为了确保加工过程稳定,应及时更换损耗到一定程度的钼丝,避免因钼丝变细变脆断丝而中断加工。但过粗的钼丝在张力不够时会使其运行中直线度不够,颤动对尺寸精度和加工表面粗糙度的影响更大,线切割丝架机构如图1所示。钼丝直径时选择还应综合考虑切割工件厚度、丝架间距高度、丝速、机床运行状况等因素。(2)钼丝的松紧程度不当。丝安装太松,则钼丝抖动厉害。容易造成断丝;钼丝也不宜安装过紧,否则钼丝内应力增大,颤动断丝的可能性更大。切割过程中,钼丝松紧程度要适当。一般丝架间距越大则钼丝宜紧些,但易断,可减小丝架间距调松钼丝紧度。

(3) 钼丝贮丝长度不当。贮丝量可根据贮丝筒长度而定,一般贮丝筒除两端各留1O mm之外,中间绕满丝不重叠。通常贮丝宽度不宜少于丝筒长度的一半,以免电机换向频繁而使机床构件加剧损坏,防止钼丝频繁换向振动而断丝。过长的贮丝会因断丝而造成更大的浪费。调整换向挡块的位置使丝筒两端各留2~3mm排丝长度的钼丝不参加切割,避免换向断丝。

(4)钼丝松紧未及时调整。在加工一段时间后,钼丝由于自身的拉伸而变长。当伸长量较大时,就会加剧钼丝振动或出现钼丝在贮丝筒上重叠,使走丝不稳而引起断丝,这时需及时调节拉紧钼丝(有自动张紧装置的机床除外)。

(5)钼丝储存不当。钼丝应防潮、防折和防晒。钼丝受潮会氧化生锈,受折易断且影响钼丝直线度,受晒变脆。

2、钼丝运行机构导致的断丝

(1)丝筒运转机构的精度下降。当钼丝运转机构的精度下降时(主要是传动齿轮和支撑轴承),会引起贮丝筒的径向跳动和轴向窜动,会使电极丝的张力大小变化,造成振动松丝,严重时会使钼丝从导轮槽中脱出拉断。贮丝筒的轴向窜动会使排丝不均,产生叠丝现象。

(2)导丝机构零件精度下降。导轮轴承的磨损将直接影响导丝的精度,此外当导轮的V型槽、宝石限位块、导电块磨损后产生沟槽,也会使电极丝的摩擦力过大,易将

丝拉断。导轮轴磨损后产生间隙也会造成丝的抖动,使火花放电间隙状态不稳定,间

(3) 贮丝筒造成的断丝。贮丝筒因内外圆不同轴,动平衡性不良,运转时容易产生叠丝。贮丝筒不能随意修改,必须保持出厂时的动平衡校正状态。贮丝筒的轴和轴承等零件常因磨损而产生间隙,也容易引起钼丝抖动而断丝,因此必须及时更换磨损的轴和轴承零件。贮丝筒换向时,如果没有切断高频电源,会引起钼丝在短时间内因温度升高而产生烧丝,必须保证贮丝筒后端的行程开关灵活。贮丝筒、导轮需转动灵活,避免导丝系统换向振动而断丝。

3、加工工件材料导致的断丝

线切割加工工件多为淬火后切割,应严格控制加工材料的锻造和热处理工艺,以减少材料切割变形。一般选用锻造性能好、淬透性好、热处理变形和内应力小的材料。一般锻打淬火工件应进行消除内应力处理,有的工件切割时内应力平衡被破坏而开裂变形,把钼丝碰断;有的会使间隙变形,把钼丝夹断或弹断。淬火钢回火次数少的比回火次数多的容易引起断丝。淬火钢应严格控制热处理工艺,低温回火要充分。T8钢虽经严格热处理,综合影响的结果仍比其他钢易引起断丝,建议在线切割加工中尽量少用。

锻造的工件毛坯有时还有夹层和夹渣,表面覆盖绝缘的氧化皮和异物,这些绝缘杂物在线切割过程中与钼丝发生接触,发生剧烈摩擦。此时计算机只能识别高频电流短路的是与否来处理,确定是否切割跟踪。钼丝与绝缘物剧烈摩擦时,虽然切进速度为零,可高频电流仍呈短路状态。控制系统会继续按程序指令向步进电机发出脉冲,工作台照样运动,将钼丝拉断。

虽然线切割加工过程中工件受力极小,但仍需防止加工过程中工件位移造成断丝。加工结束时常因工件下落而压断钼丝,此时可用磁铁吸住或其他方法固定将要落下的工件,防止断丝。工件加工结束下落过程中如与母体材料发生滞留或被夹住也会

造成运转的钼丝卡断。

4、乳化液质量不良造成的断丝

在线切割加工中对乳化液除要求有冷却作用外,还有特殊的要求:

(1)具有一定的绝缘强度。

(2)具有电离放电通道和消电离作用。

(3)具有良好的润滑及排屑性能。

乳化液浓度对钼丝正常运行很关键。浓度过大时(如浓度超过1O%)有利于排屑,但切

割速度慢;浓度较小时(如低于2%)不利于排屑,放电间隙容易被切屑堵塞。此外,乳

5、电参数选择不当造成的断丝

电参数选择不当是引起断丝的一个重要原因。通常要根据工件厚度合理选择电参数。厚工件切割时,脉冲间隔取大值,有利于熔化金属微粒的凝固和排出。峰值电流和空载电压不宜过高,否则使单个脉冲能量过大,切割速度过快,容易产生集中放

电。

当切割厚度较大工件时,应尽量选择大脉冲电流,放电间隙也要相应增大(一般应大于0.02MM),增强排屑效果,提高切割稳定性。

6、高电频电源造成的断丝

(1) 短路电流峰值过大(即功率管投入的数量过多),超过了电极丝所承受的电流,使电极丝过热、发脆、烧断。

(2) 高频脉冲负波过大。脉冲的负波直接蚀除电极丝,使丝损耗增加,降低使用寿命,造成断丝。

(3)脉冲电源输出功率管漏电流过大或电故障造成功率管截止不可靠,这样在脉冲停歇时间里功率管不能完全截止。相当于电火花间隙中加入了直流电流使放电间隙不能很好地消电离,使电极丝发热烧断。

(4) 脉冲宽度及脉冲间隙选择不当。在加工厚度较大的工件时,脉冲宽度过宽会使放电间隙中出现放电点集中现象,烧伤电极丝;脉冲间隔过小,会使间隙中的电蚀物不能充分排出,消电离不充分。也容易断丝。此时在电极丝上可以看到烧伤痕(黑色斑点)。在常用的矩形波电源中,根据工件厚度不同脉冲间隙与宽度之比,可在1∶2到1∶8之间选取。

(5)有的机床使用了一段时间后,电器控制元件的参数发生了变化,高频电流的接通不是由限位开关控制的,而是由贮丝筒电机旋转的电流反溃信号控制的。元件参数变化后,引起了高频电流来得过早。贮丝筒换向后还未进入正常转速时,高频电流早就自动接通了,造成烧丝。解决办法只需在反馈信号的接受系统串接1只电位器,使反

馈讯号的接收门电位抬高.

7、操作不当造成的断丝

(1)电极丝校正定位结束,应立即把”手动”挡转入”自动”挡才能启动程序运行机床.否则,在第一个换向时,高频电流就会烧断电极丝,因为”手动”挡不受换向开关控制.

(2)中途停机时没有先切断高频电流。停机时丝速为零,钼丝又与工件接触而发生短

路,高频电流把钼丝烧断。

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