机械设计制造及其自动化-浅谈机械加工中的新工艺方法

浅谈机械加工中的新工艺方法

引  言

随着科学技的术的不的断发展的，各种的新材料的、新工的艺和新的技术的的不断涌的现，机的械制造的工艺正的向着高的质量、的高生产的率和低的成本方的向发展的。各种的新工艺的的出现的已突破的传统的的依靠机的械能、的切削力的进行切的削加工的的范畴的，可以的加工各的种难加的工材料的、复杂的的型面的和某些的具有特的殊要求的的零件的。电火的花成型的加工的的出现提的高了加的工零件的的精度的，实现的了生产的中的自的动化控的制及加的工自动的化，提的高了生的产率;的电火花的线切割的的加工的方法提的高了材的料的利的用率，的成本低的又安全的;激光的加工的的问世实的现了无的接触加的工，降的低了机的械加工的的惯性的和机械的变形;的旋转电的火花加的工将电的火花加的工和传的统加工的结合在的了一起的，能加的工各种的超硬导的电材料的的复杂的型面:的超声波的加工操的作简单的，应用的范围非的常广泛。

本文分别介绍了电火花成型加工、电火花线切割加工、激光加工、微机数控旋转电火花加工和超声波加工的原理、特点、机床的组成和特点。

1  电火花成型加工

1.1  电火花成型加工原理

电火花成型加工是利用脉冲放电对导电材料的蚀除作用去除材料，满足一定形状和尺寸要求的一种加工方法，也称作放电加工。

图1电火花成型加工系统

  脉冲电源发的出一连的串单脉的冲电压的，施加的在浸入的工作液的（绝缘的介质，的一般用的煤油)的中的工的具电极的和工件的电极之的间。当的两极之的间的间的隙很小（一般的为0.01～0.3mm时），的由于电的极的微的观表面的凸凹不的平，极的间某凸的点处电的场强度的最大，的其间工的作液最的先电离的为电子的和正离的子而被的击穿，的形成放的电通道的。在电的场力的的作用下的，通道的内的电的子高速的奔向阳的极，正的离子奔的向阴极的，产生的火花放的电。由的于受到的放电时的磁场力的和周围的工作液的的压缩的，致使的放电通的道的横的截面积的很小，的通道内的电流密的度很大的，达到的104的~10的7A/的cm2的。电子的和正离的子在电的场力作的用下高的速运动的，互相的碰撞，的并分别的轰击阳的极和阴的极，产的生大量的热量。的整个放的电通道的形成一的个瞬时的热源，的通道中的心温度的高达10000℃的左右，的使电极的表面局的部金属的迅速熔的化甚至的汽化。的由于一的个脉冲的放电时的间极短的，熔化的和汽化的的速度的极高，的具有爆的炸性质的。爆炸的力把熔的化和汽的化了的的金属微的粒迅速的抛离电的极表面的。每个的脉冲放的电后，的在工件的表面上的形成一的个微小的的凹坑的。放电的过程多的次反复的进行，的随着工的具电极的不断进的给，材的料逐渐的被蚀除的，工具的电极的的轮廓形的状即可的复印在的工件上的，从而的达到成的型加工的的目的的，整个的表面是的由无数的凹坑组的成的。

1.2  电火花成型加工机床的组成

电火花成的型加工的机床逻的辑上有的四部分的组成，的即机床的本体、的脉冲电的源、伺的服进给的控制系的统和工的作液循的环过滤的系统，如图2所示。

图2 电火花成型机床

2  电火花线切割加工

2.1  电火花线切割原理

  电火花线的切割加的工与电的火花成的形加工的的基本的原理一的样，都的是基于的电极间的脉冲放的电时的的电火花的腐蚀原的理，实的现零部的件的加的工。所的不同的的是，电的火花线的切割加的工不需的要制造的复杂的的成形电的极，而的是利用的移动的的细金属的丝（钼的丝或铜的丝）作的为工具的电极，的工件按的照预定的的轨迹的运动，的“切割的”出所的需的各的种尺寸的和形状。

图3电火花线切割加工原理

电火花线的切制加的工的原的理如图的3所示的。工具的电极丝的接直流的脉冲电的源的负的极，工的件接直的流脉冲的电源的的正极。的当来一的个电脉的冲时，的在电极的丝和工的件之间的可能产的生一次的火花放的电，在的放电通的道的中的心温度的可高达5000℃的以无，的高温使的工件局的部金属的熔化.的甚至有的少量气的化，高的温也使的电极丝的和工件的之间的的工作液的部分产的生气化的这些的气化后的的工作的液和金的属蒸气的瞬间迅的速热膨的胀，并的具有爆的炸的特的性。靠的这种热的膨胀和的局部微的爆炸，的抛出熔的化和气的化了的的金属材的料而实的现对工的件材料的进行电的蚀切割的加工。的图4为的工具电的极丝切的割工件的的过程。

图4切割过程中

2.2  2.2 电火花线切割机床的组成

  机床组成的分为四的部分:的机床本的体，直的流脉冲的电源，的控制系的统，工的作液循的环系统。

（1）机的床本体的包括床的身、工的作台、的运丝机的构和丝的架。工的作台可的在X、的Y两个的方向上的运动，的并可在的控制系的统的控的制下实的现二维的插补。的运丝机的构的储的丝筒做的往复的的转动带的动电极的丝往复的运动，的以使整的个电极的丝都能的够放电的加工。

（2）直流的脉冲电的源。电的火花线的切割的的脉冲电的源的作的用是把的工频交的流电转的换成一的定频率的的单向的脉冲电的流，以的供给火的花放电的间隙所的需要的的能量来的蚀除金的属。

（3）的控制系的统主要的是指切的割轨迹的控制系的统和进的给控制的系统，的此外还的有走丝的机构控的制，机的床操作的控制以的及其它的辅助控的制等。的切割轨的迹控制的系统实的质上是的数控系的统，控的制电极的丝的运的动轨迹的。进给的控制系的统是根的据放电的间隙的的大小自的动控制的进给速的度。

（4）的工作液的循环系的统由工的作液泵的、工作的液箱、的过滤器的和管路的组成。的其主要的作用是的绝缘、的冷却、的排屑。

2.3  电火花线切割的特点

  因为数控电的火花线的切割是的数字系的统控制的下直接的利用电的能加工的工件的的一种方的法，因的些与其的他加工的方式相的比有自的己独立的的特点的:

（1）直的接利用的线状的的电极丝的作电极的，不需的要制作的专用电的极，可的节约电的极的设的计、制的造费用。

（2）可的以加工的用传统的切削加的工方法的难以加的工或无的法加工的的形状的复杂的的工件。的对不同的的工件的只需编的制不同的的控制的程序，的对不同的形状的的工件都的很容易的实现自的动加工的，很适的合小批的量形状的复杂零的件、单的件和试的制品的的加工，的且加工的周期短。

（3）利的用电蚀的加工原的理，电的极丝与的工件不的直接接的触，两的者之间的的作用的很小，的故而电的极丝、的夹具不的需要太的高的强的度。

（4）的传统的的车、铣的、钻加的工中，的刀具硬的度必须的比工件的大，而的数控电的火花线的切割机的床的电的极丝材的料不必的比工件的材料硬的，可节的省辅助的时间和的刀具费的用。

（5）的直接利的用电、的热能进的行加工的，可以的方便地的对影响的加工精的度的加的工参数的（脉冲的宽度、的间隔、的伺服速的度等）的进行调的整，有的利于加的工精度的的提高的，便于的实现加的工过程的的自动的化控制。

（6）工作液一的般采用的水基乳的化液或的纯水，的成本低的，不会的发生火的灾。

（7）的利用四的轴或五的轴联动的，可加的工锥度的、上下的面异形的体或回的转体等的零件。

（8）由于的电极丝的比较细的，可以的方便地的加工微的细异形的孔、窄的缝和复的杂截面的的型柱的、型孔的。由于的切缝很的窄，实的际金属的去除量的很少，的材料的的利用率的很高。的对加工的、节约的贵重金的属有重的要意义。

（9）采的用移动的的长电的极丝进的行加工的，使单的位长度的电极丝的的损耗的较少，的从而对的加工精的度的影的响比较的小，特的别在慢的走丝线的切割加的工中，的电极丝的一次性的使用，的电极丝的损耗对的加工精的度的影的响更小的。正是的由于电的火花线的切割加的工有许的多突出的的特点的，因而的在国内的外发展的都很快的，在塑的料模具的加工中的已获得的了广泛的的应用。

3  激光加工

3.1  激光加工原理

如图5所示，的激光具的有高亮的度、高的方向性的、高单的色性和的高相干的性。当的激光照的射在工的件的加的工部位的时，工的件材料的迅速被的熔化甚的至气化的，随着的激光能的量的不的断被吸的收，材的料凹坑的内的金的属蒸气的迅速膨的胀，压的力突然的增大，的熔融物的爆炸式的地高速的喷射出的来，在的工件内的部形成的方向性的很强的的冲击波的。因此的，激光的加工是的工件在的光热效的应下产的生高温的熔融和的受冲击的被抛出的的综合的作用过的程。

图5 激光加工原理

3.2  激光加工基本设备的组成

激光加工的基本设备由激光器、导光聚焦系统和加工机（激光加工系统）三部分组成。

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