特種加工實驗.ppt

1、特種加工實驗,激光加工實驗,電火花成型加工實驗,超聲波旋轉(zhuǎn)加工,激光加工實驗,激光加工實驗,一、實驗目的 了解激光加工的原理、特點和應用,以及LWS-400激光加工機床編程方法和格式。 了解計算機輔助加工的概念和加工過程。 了解LWS-400激光加工機床的操作方法。 二、實驗內(nèi)容 激光加工的原理、特點和應用以及加工范圍。 激光焊接演示。 LWS-400激光加工機床編程格式講解。 簡單圖形手工編程練習。,三、激光加工簡介 激光加工的特點 激光有四大特性：高亮度、高方向性、高單色性和高相干性。由于激光具有的寶貴特性，給激光加工帶來如下一些其它方法所不具備的可貴特點： 無接觸加工。激光束的能量及其移

2、動速度均可調(diào)，因此可以實現(xiàn) 多種加工目的； 它可以對多種金屬、非金屬加工，特別是加工高硬度、高脆性及高熔點的材料； 激光加工過程中無“刀具”磨損，無“切削力”作用于工件 。,激光加工過程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，對非激光照射部位沒有或影響極小。因此，其熱影響區(qū)小，工件熱變形小，后續(xù)加工量小。 它可通過透明介質(zhì)對密閉容器內(nèi)的工件進行各種加工。 由于激光束易于導向、聚焦實現(xiàn)作各方向變換，極易與數(shù)控系統(tǒng)配合，對復雜工件進行加工，因此它是一種極為靈活的加工方法。 生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠，經(jīng)濟效益和社會效益好。,1.工業(yè)電視攝像頭2.可調(diào)整式擴束鏡3.半反射鏡4.聚光腔6.

3、全反射鏡7.He-Ne激光準直器8.托架9.導光頭10.噴嘴及聚光透鏡11.棱鏡12.透鏡13.鍍金反射鏡14.光閘15.部分反射鏡16.工作物質(zhì)17.激光器18.聚光器19.全反射鏡20.光泵（氙燈）21.工件22.工作臺,固體激光器工作原理,LWS-400激光加工機床,激光焊接樣品,激光打標樣品,LWS-400激光加工機床簡介,數(shù)控系統(tǒng)簡介：系統(tǒng)軟件有主控模式、手動模式、編輯模式等三種模式。系統(tǒng)上電后的第一屏為主控模式，在主控模式按F8鍵可進入手動模式。在主控模式按F9鍵可進入編輯模式。 主控模式：控制系統(tǒng)上電后進入主控模式。主控模式界面由圖形顯示區(qū)，參數(shù)顯示區(qū)，菜單和快捷鍵提示區(qū)組成。主

4、控模式下，操作者可根據(jù)F功能鍵及屏幕菜單來完成各種操作。在主控模式按F8鍵可進入手動模式。 手動模式：在主控模式按F8鍵可進入手動模式。手動模式為操作者手動控制機床提供方便，在手動模式下有XY軸點動、回零點、增量等操作，按F9鍵可返回到主控模式。 編輯模式：在主控模式按F9鍵可進入編輯模式。編輯模式主要為操作者編輯G代碼文件提供方便。該編輯器是多窗口編輯器，可同時打開8個文件進行編輯（如果內(nèi)存足夠）。,LWS-400激光加工機床,無論在什么時候都可按該鍵返回到主畫面（主控模式）。在三種模式下按F1鍵均可得到幫助。在幫助窗口用戶按ESC鍵可返回到原模式。 使用步驟 進入數(shù)控系統(tǒng)，此時為主控模式。

5、 進入編輯模式，建立新文件，錄入編好的程序并進行編輯。 保存程序文件（文件名:學號.l01）。 返回主控模式，利用菜單命令調(diào)出零件程序，（G代碼文件）。 進行加工預覽：在實際加工前一般應先進行加工預覽，這樣可預先知道X、Y軸的運動軌跡，驗證加工軌跡是否正確。 對于零件加工程序（G代碼文件），用戶可反復編輯修改,LWS-400激光加工機床,操作要領： F2：屏幕模擬顯示激光加工軌跡 F3：圖形放大 F4：圖形縮小 ：屏幕右移 ：屏幕左移 ：屏幕上移 ：屏幕下移 G代碼說明 G代碼的功能：G代碼是驅(qū)動數(shù)控機床進行對零件加工的計算機命令的用應用較為廣泛的一種，包括驅(qū)動命令和輔助功能命令等。 G代碼詳

6、述： 快速定位G00 機床快速定位命令，表示將機床快速移動到X，Y點 程序格式 G00 X（ ） Y（ ）,直線進給G01 機床進給命令，表示將機床直線移動到X，Y點，F(xiàn)為移動速度 程序格式 G01 X（ ） Y（ ） F（ ） 圓弧進給 G02/ G03 機床進給命令，表示將機床沿圓弧移動到X，Y點，I，J為起點到圓心的坐標增量值，F(xiàn)為移動速度 程序格式 G02 X（ ） Y（ ） I（ ） J（ ） F（ ）（順時針） 或 G02 X（ ） Y（ ） I（ ） J（ ） F（ ）（逆時針）,絕對和增量坐標編程 G90 絕對坐標編程方式，程序中的X，Y值均為該點的絕對坐標 G91相對坐標編程

7、方式，程序中的X，Y值均為終點坐標相對于起點坐標的增量 程序段循環(huán) G78/G79 程序格式： G78 循環(huán)體 G79 L（ ） 循環(huán)次數(shù) M代碼（輔助功能碼） M03 開激光閘 M05 關激光閘 M02 程序結束,九、編程練習 編制如下圖形程序,返回,電火花成型加工實驗,一、實驗目的 1. 了解電火花成型加工的原理、特點和應用。 2. 了解電火花成型加工機床的操作方法。 二、實驗內(nèi)容 1. 講解電火花成型加工機床的組成、原理、特點及應用。 2. 演示電火花成型加工機床的加工過程。 3. 學生上機操作。了解電火花成型加工機床加工零件的過程。 4. 演示平動加工和多工位加工。 5. 演示旋轉(zhuǎn)電火

8、花加工機床加工平面。,電火花加工放電的基本原理 電火花加工機床： 電火花成型加工機床 線切割加工機床 電火花小孔加工機 電火花成型加工基本原理：被加工的工件做為工件電極，紫銅（或其它導電材料如石墨）做為工具電極。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，此時工具電極和工件均被淹沒在具有一定絕緣性能的工作液(絕緣介質(zhì))中 。,電火花加工原理及裝置,在軸伺服系統(tǒng)的控制下，工具電極慢慢向工件電極進給，當工具電極與工件電極的距離小到一定程度時，在脈沖電壓的作用下，兩極間最近點處的工作液(絕緣介質(zhì))被擊穿，工具電極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汽化而被蝕除下來

9、，使局部形成電蝕凹坑。這樣以很高的頻率連續(xù)不斷地重復放電，工具電極不斷地向工件進給，就可以將工具電極的形狀復制到工件上，加工出需要的型面來 。,電火花加工過程,電火花成型加工的特點：,由于脈沖放電的能量密度高，使其便于加工用普通的機械加工難于加工或無法加工的特殊材料和復雜形狀的零件，并不受材料及熱處理狀況的影響。 工具電極與工件材料不接觸，兩者之間宏觀作用力極小，工具電極不需要比加工材料硬，即可以柔克剛，故電極制造更容易。 電火花成型加工的應用：加工各種高硬度、高強度、高韌性、高脆性的導電材料，并且常用于模具的制造過程中。,電火花加工樣品,返回,旋轉(zhuǎn)超聲波加工,一、實驗目的 了解旋轉(zhuǎn)超聲加工的

10、原理、特點和應用范圍。 了解旋轉(zhuǎn)超聲加工機床各主要部件及其功能。 熟悉旋轉(zhuǎn)超聲加工機床的操作方法 。 三、旋轉(zhuǎn)超聲加工的原理特點和應用范圍 超聲波的基本特性是什么？ 超聲波加工的基本特點 超聲波加工的應用范圍 旋轉(zhuǎn)超聲加工是近年來發(fā)展起來的一種新的特種加工方法。它用于加工導電和不導電的硬、脆材料。許多硬、脆導電材料可采用線切割、電火花成型和電解等方法加工。但對于非導電材料，上述加工方法都無能為力。,超聲波加工具有如下特點： （1）適宜加工各種硬脆材料，尤其是利用電火花和電解加工難以加工的不導電材料和半導體材料，如玻璃、陶瓷、寶石以及鍺、硅等。 （2） 由于超聲波加工中的宏觀機械力小，因此能獲得

11、良好的加工精度和表面粗糙度，尺寸精度可達0.02-0.01mm，表面粗糙度Ra值可達0.8-0.1m。,超聲波的基本特性 聲波：波源所激發(fā)的縱波頻率在1616000Hz，能引起人耳的聽覺，在這個頻率范圍內(nèi)的振動叫做聲振動，此時產(chǎn)生的波動就叫聲波。 超聲波：當頻率范圍低于16赫茲或高于16千赫時，人的耳朵無法感覺到。為了與聲波加以區(qū)別，頻率低于16Hz的振動波稱為次聲波，頻率高于16千赫時則稱為超聲波 次聲波、聲波與超聲波，都是振動在介質(zhì)中的傳播過程，其實質(zhì)是彈性介質(zhì)的機械振動。,超聲波的基本特點 科學試驗和生產(chǎn)應用表明，頻率高于16千赫的聲波，當其強度很高時，不是為聽覺服務的一些特性和作用表現(xiàn)

12、得很突出，并已獲得大量應用。因此，隨著超聲技術應用的發(fā)展，現(xiàn)在已把不是為人的聽覺服務的聲頻范圍內(nèi)的聲波的應用，也列入超聲技術應用范疇，統(tǒng)稱為超聲應用,超聲波與聲波相比較，具有兩個特點：1 頻率高、波長短：因此方向性好，易于形成聲束。在介質(zhì)中傳播時，與光波相似，遵循幾何光學的基本規(guī)律，具有反射、折射、聚焦等特性。2 強度大：在空氣中傳播的一般人耳剛能聽到的1000赫茲頻率的聲波，其聲壓約為10-10大氣壓；在10-4大氣壓以上，人耳就感到疼痛。而在液體和固體中傳播的超聲波，其聲壓可達1到幾十個大氣壓。超聲波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)質(zhì)點獲得的加速度可以比重力加速度大幾萬倍。超聲波在液體介質(zhì)中傳播，當聲

13、強超過某一定值時，液體中還會產(chǎn)生“空化”。超聲的許多應用（例如清洗、浸錫、乳化、粉碎 等）都是基于“空化”作用的結果。,產(chǎn)生超聲的方法： 采用流體動力型超聲發(fā)生器，例如液體和氣體兩種類型的笛和哨。 采用電聲型換能器，例如壓電式和磁致伸縮式換能器。在電子工業(yè)中應用的超聲設備中，大都采用電聲型換能器。 超聲技術應用：應用歷史雖然比較短，但是隨著科學技術的發(fā)展，對于超聲本身的特性，產(chǎn)生和接收超聲的方法（包括各種換能器和換能器的材料的研究），超聲傳播過程的各種規(guī)律，超聲可能有的各種用途，超聲作用機理以及各種應用方法的研究，已取得相當進展因此，超聲在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科學研究、醫(yī)藥衛(wèi)生等方面都己獲得了日

14、益廣泛的應用，取得了較好的技術經(jīng)濟效果。,超聲應用： 超聲檢測：利用比較弱的超聲波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)的聲學特性對超聲波傳播的影響來探查物體和進行測量，例如探傷、測厚、以及人體病變的診斷等。此外，利用超聲波可進行電信號延遲、激光調(diào)制、聲成象等等。 超聲加工處理。,超聲加工處理設備及裝置：根據(jù)超聲加工處理設備的特點，不論其復雜或簡易程度如何，大都包括以下三部分： 超聲電源（超聲發(fā)生器）：它是供給超聲換能器超聲頻電能的能源。其功能是將50赫茲交流電轉(zhuǎn)換為超聲頻電功率輸出。 聲學部分：其功能是實現(xiàn)電聲能量轉(zhuǎn)換以及把超聲能傳遞給加工、處理對象。聲學部分的組成元件，視超聲加工、處理設備類型的不同而異。例

15、如在超聲加工機中聲學部分是指由超聲換能器、變幅桿和工具組成的整個超聲振動系統(tǒng)，在超聲清洗機中，一般指超聲換能器、聲耦合板及清洗槽。 機械部分及附屬裝置：此部分隨超聲設備類型的不同，差異較大。,聲學部分是超聲加工處理設備的核心，其性能優(yōu)劣直接決定著超聲設備的工作性能。由于超聲技術還在不斷發(fā)展；加之換能器、以及超聲振動系統(tǒng)的電聲性能測量，目前在小信號下的測量較為成熟，我們現(xiàn)在研制的這臺旋轉(zhuǎn)超聲加工機床，是在充分調(diào)研國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎上，由傅水根教授主持研究完成的，該課題得到了211工程項目和“985”項目資助。 對于非導電材料傳統(tǒng)加工方法是磨削，效率很低。超聲旋轉(zhuǎn)加工是將超聲加工和旋轉(zhuǎn)磨削相結合

16、使工效提高數(shù)倍。 超聲波換能器裝在旋轉(zhuǎn)的主軸內(nèi)，換能器產(chǎn)生的超聲波震動能量通過中間變幅桿和末端變幅桿傳輸?shù)焦ぞ邨U上。這一套系統(tǒng)必須與換能器諧振才能將超聲波震動的能量傳輸?shù)焦ぞ邨U的工作端。因此工作前應仔細調(diào)節(jié)超聲波系統(tǒng)的震動頻率。,機床部分： 機床本體：支撐機床各部件。 底座：工作臺和立柱安裝其上。 工作臺：用于裝卡工件。工作臺可在X、Y方向作直線運動。 立柱：支撐橫梁，橫梁由電機和絲杠帶動沿立柱導軌上下移動。 橫梁：支撐旋轉(zhuǎn)頭，旋轉(zhuǎn)頭可作相對于橫梁上下微小移動。 旋轉(zhuǎn)頭：主要工作部件。內(nèi)裝主軸、換能器、中間變幅桿。外裝驅(qū)動電機、末端變幅桿和工具桿。,旋轉(zhuǎn)超聲加工機床,電控柜 超聲電源：將50

17、Hz交流電通過逆變器轉(zhuǎn)換成20KHz高頻交流電。 旋轉(zhuǎn)頭電源：將交流電轉(zhuǎn)換成直流電向直流調(diào)速電機供電。 計算機：設置工作狀態(tài)。 步進電機電源：向步進電機提供脈沖電源。 配電箱：向各用電部分供電，裝有安全保險裝置。 循環(huán)水系統(tǒng)：由儲水箱、管道泵、上水管和回水管組成。,超聲旋轉(zhuǎn)加工必備條件： 換能器、中間變幅桿、末端變幅桿和工具桿之間的連接必須緊密，使整個系統(tǒng)處于諧振狀態(tài)。（圖2） 水冷卻。水在冷卻的同時還起到排屑的作用。 有控制主軸進給和進給力 大小的機構。,超聲換能器，如果按其使用的材料分，可劃分為兩大類：磁致伸縮換能器和壓電換能器。 壓電陶瓷換能器：其基本原理是多晶陶瓷經(jīng)過強電場極化后具有壓

18、電效應，實現(xiàn)電能與機械振動能之間的相互轉(zhuǎn)換。 壓電陶瓷，特別是各種類型的鋯鈦酸鉛材料，具有優(yōu)異的性能，能夠適用于各種不同需要，應用范圍越來越廣泛，因此居于優(yōu)勢地位。 對于超聲加工用的大振幅換能器，要求在換能器的頂端產(chǎn)生大振速振幅，應使用低功耗的壓電陶瓷材料，并且在設計結構上應盡可能地降低換能器的結構阻尼，以提高換能器的電聲效率，這種換能器的機械品質(zhì)因數(shù)一般較高。,工具桿的端部燒結有細小的金剛石顆粒。工作時工具桿不僅高速旋轉(zhuǎn)，同時在軸向有高頻的往復振動。使金剛石顆粒由原來簡單的圓周運動變成復雜的曲線運動。這樣就產(chǎn)生了在微小的面積上聚集了很大能量的效果，使工件表面產(chǎn)生微裂紋。由于每一個振動周期只有50微秒，作用到工件上的時間只有幾個微秒。因此工件表面受到的作用力來不及相內(nèi)部傳播，使裂紋集中在毫微米的深度。工具桿不斷撞擊磨削工件表面，使碎屑從工件表面脫落。由于碎屑非常細小，使工件表面質(zhì)量很高。,圖3 燒結金剛石的工具桿 復合