1、第第8章章 特種數控加工機床特種數控加工機床8.1 數控電火花機床數控電火花機床8.2 數控線切割機床數控線切割機床8.3 數控壓力機與數控折彎機數控壓力機與數控折彎機8.4 數控熱切割機床數控熱切割機床8.1 數控電火花機床數控電火花機床 電火花加工（Electrical Discharge Machining）是一種利用電極之間脈沖放電時所產生的電腐蝕現象進行加工的方法。該項技術在二十世紀四十年代開始研究并逐步應用于生產，它是在加工過程中，使工具與工件之間不斷產生脈沖性的火花放電，靠放電時局部、瞬間產生的高溫蝕除工件多余材料，這種利用火花放電時產生的腐蝕現象對金屬材料進行加工的方法稱之為電

2、火花加工。 隨著電火花加工技術的發展，在成形加工方面逐步形成兩種主要加工方式：電火花成形加工和電火花線切割加工。8.1.1 電火花加工概述電火花加工概述8.1.2 數控電火花機床數控電火花機床8.1.1 電火花加工概述電火花加工概述 1電火花加工原理 電火花加工方法可用軟的工具加工任何硬度的金屬材料。工程上常用易加工、導電性好、熔點較高的石墨、銅、銅鎢合金和鋁等耐電蝕材料作工具電極。圖8-1所示是最簡單的電火花加工裝置原理圖。 圖8-1 數控電火花加工機床原理簡圖工具電極和工件分別接脈沖電源的負、正兩極，浸人工作液中，計算機數控系統控制工具電極向工件進給，當間隙達到一定值時，兩極上施加的脈沖電

3、壓將間隙中的工作液擊穿，產生火花放電，在放電的微細通道中，瞬時集中大量的熱能，溫度可達10000以上，壓力也急劇變化，從而使工件表面局部金屬立刻熔化、氣化，并爆炸式地飛濺到工作液中，迅速冷凝成金屬微粒，被工作液帶走。這時在工件表面則留下一個微細的凹坑痕跡，放電短暫停歇，兩電極間工作液恢復絕緣狀態。緊接著，下一個脈沖電壓又在兩電極相對接近的另一點處擊穿，產生火花放電，重復上述過程。電極不斷下降，金屬表面也不斷被蝕除，這樣電極的輪廓形狀便可復印在工件上而達到加工的目的。只要改變工具電極的形狀和工具電極與工件之間的相對運動方式就能加工出各種復雜的型面。 2電火花加工的主要特點 （1）脈沖放電產生的高

4、溫通道足以熔化和氣化任何材料，因此所用的工具電極無須比工件材料硬。所以它適合于加工用傳統機械加工方法難于加工的特殊材料加工，包括各種淬火鋼、硬質合金、耐熱合金等任何硬功夫、脆、韌、高熔點的導電材料。 （2）加工時工具電極與工件不接觸，兩者之間不存在因切削力而產生的一系列設備和工藝問題。因此不受工件幾何形狀的影響，有利于加工通常機械切削方法難于或無法加工的復雜形狀工件和具有特殊工藝要求的工件，如薄壁、窄槽、各種型孔、立體曲面等。 （3）脈沖能數可任意調節，在同一臺機床上能連續進行粗、中、精加工。 （4）直接利用電能加工，便于實現自動控制和加工自動化。其不足之處是加工效率較低、工具電極也有損耗、影

5、響尺寸加工的精度等 3電火花加工在模具制造中的應用 自從電火花加工發明以來，它在金屬加工領域已成為不可缺少的加工工藝之一。而首先獲得大量使用的就是模具制造行業，最初是沖裁模的加工，后來在成形模具的加工方面也得到廣泛的使用。例如鍛模，它的70的工作量可由電火花加工來完成。 電火花加工在模具制造中的應用，主要有以下幾個方面： (1) 加工各種模具零件的型孔：如沖裁模、復合模、連續模等各種沖模的凹模；凹凸模、固定板、卸料板等零件的型孔；拉絲模、拉深模等具有復雜型孔的零件等。 (2) 加工復雜形狀的型腔：如鍛模、塑料模、壓鑄模、橡皮模等各種模具的型腔加工。 (3) 加工小孔：對各種圓形、異形孔的加工(

6、可達0.015一直徑)，如線切割的穿絲孔、噴絲板型孔等。 (4) 電火花磨削：如對淬硬鋼件、硬質合金工件進行平面磨削、內外圓磨削、座標孔磨削以及成形磨削等。 (5) 強化金屬表面：如對凸模和凹模進行電火花強化處理后，可提高耐用度。 (6)其他加工：如刻文字、花紋、電火花攻螺紋等。 8.1.2 數控電火花機床數控電火花機床 圖8-2所示為SC400型數控電火花成型機外觀。SC400型精密數控電火花成型機是在消化和吸收國外先進技術和經驗基礎上，根據我國實際情況而設計的，具有造型美觀、結構新穎、操作方便等優點。采用了工業計算機控制系統、鍵盤輸入，彩色CRT顯示等，大大提高了編程自動化程序。SC400

7、型精密數控電火花成型機主要由圖8-2 SC400數控電火花成形機床組成簡圖主機、工作油箱、數控電源柜等部分組成。主機包括床身、滑座、工作臺、底座、滑枕、主軸箱、工作液槽、機 床端子箱等部分組成。機床采用滑枕式結構、滑枕式結構與十字滑臺結構相比較，具有較好的剛性和較大的承載能力，并且加工精度高，穩定性能好，大工作液箱，加工效率高。機床的X、Y、Z三個坐標采用直流伺服電機直接驅動滾珠絲杠的形式。三個坐標導軌采用滾動導軌，具有靈敏度高、伺服性能好、加工穩定、定位精度高等優點。 1.主機機械傳動系統及裝置 圖8-3所示為機床傳動系統圖。 件號名稱規格 型號數量 件號名稱規格 型號數量1電機 1 8聯軸

8、器 12聯軸器 1 9電機 13軸承C2463041對 10軸承10414滾球絲杠副Z=4 D=321 11滾球絲杠副Z=4 D=3215軸承1041 12軸承C2463041對6滾球絲杠副Z=4 D=321 13電機 17軸承 1對 14聯軸器 1圖8-3 機床傳動系統 (1)主軸箱及傳動機構 圖8-4所示為主軸箱傳動結構。主軸箱包括主軸伺服系統和圖8-4所示為主軸箱傳動結構。主軸箱包括主軸伺服系統和主軸箱平衡機構。主軸頭是數控電火花成形機床的關鍵部件，它上面安裝電極(即工具)。DC(或AC)伺服電動機l直接通過聯軸器2安裝在滾珠絲杠3上，滾珠絲杠螺母4裝在滑板上。主軸頭5固定在滑板上，滑板

9、移動采用精密直線滾動導軌副。使主軸頭在立柱上作升降移動， 1-電機 2-聯軸器 3-滾珠絲杠 4-絲杠螺母 5-主軸頭 6-重錘 7-剎車器 圖8-4 主軸箱傳動結構調整工具電極和工件之間的間隙，使兩者之間有一定的放電間隙。如間隙過大時，不會放電，必須驅動工具電極進給靠攏；在放電過程中，工具電極與工件不斷被蝕除，間隙逐漸增大，則必須驅動工具電極補償進給，以維持所需的放電間隙；當工具電極與工件間短路時，必須使工具電極反向離開，隨即再重新進給，調節到所需的放電間隙 (0.010.2mm)。 主軸箱裝有平衡機構6和剎車裝置7。強電接通時，剎車器放松，電機可帶滾珠絲杠旋轉，使滑板帶動主軸箱上下移動。當

10、強電關閉時，剎車器鎖住絲杠，防止主軸箱因自重掉下來。 (2) 工作臺和滑枕結構 如圖8-3所示，工作臺和滑枕均采用伺服電機直接與滾珠絲杠副相連，移動采用精密直線滾動導軌副，從而使固定在工作臺上的工件調整好與主軸頭的相對位置。 (3) 工作液槽結構 工作液槽安裝在工作臺上，工作液槽采用單開門的結構形式，門外密封采用O形密封結構。如圖8-5所示，工作時油泵啟動，旋轉手柄1至通油位置，工作液槽進油。上下移動手柄2，調節工作液槽放油量的大小。上下移動手柄3，調節油面的高度。旋轉手柄4，使油嘴6為吸油狀態。旋轉手柄5，使油嘴為沖油狀態，沖油、吸油的壓力大小可以通過旋轉手柄1獲得。1-進油開關及沖吸油壓力

11、調節閥 2-放油手柄 3-調節液面高度手柄 4-吸油開關 5-沖油開關 6-吸油嘴 7-沖油嘴 8-真空表 9-壓力表圖8-5 工作液槽 為了保證加工過程安全進行，加工時工作液面必須比工件上表面高出一定高度（一般情況高出50mm），因而在工作液槽上裝有液面高度控制器，液面控制器和溫度控制器裝在手柄3下面的連接板上，當液面升到一定位置時，液面控制器接通，此時才能進行放電工作狀態。當加工中液面降低時，液面控制器斷開，電柜報警，停止加工。當加工中工作液油溫超過60時，溫度控制器斷開、電柜報警、停止加工。 2脈沖電源 脈沖電源是電火花加工機床的重要部分之一，其作用是為放電過程提供 能量，它對工藝指標的

12、影響極大，應具備高效低損耗、大面積小粗糙度表面穩定加工的能 力。數控化的脈沖電源與數控系統密切相關，但有其相對的自主性。SC400型精密數控電火花成型機主要與P100D型數控脈沖電源柜配套使用。P100D型數控脈沖電源柜由控制電源柜、控制臺及RCT顯示器組成。它具有放電參數自動選取及控制，可選擇5種基本圖形及不同勞倫幅值進行加工。具有自動定位等功能。 3數控系統 電火花加工機床的數控裝置，既可以是專用的，也可在通用的數控裝置 上增加電火花加工所需的專用功能，因為控制要求很高，要對位置、軌跡、脈沖參數和輔助 動作進行編程或實時控制，一般都采用計算機數控(CNC)方式，其不可缺少的主要功能如 下：

13、多軸(X、y、Z和C)控制，可在空間任意方向上進行加工，便于在一次安裝中完成除安裝面外的五個面上的所有型腔，保證了各型腔之間的相對位置精度。多軸聯動搖動(平動)加工，此功能擴大了電極對工件在空間的運動方式，有可能在多種運動軌跡、回退方式方面針對工藝要求作合理的選擇；自動定位，除常見的電極碰端面定位，對孔或圓柱自動找中心外，還可利用球測頭和基準球(安置在機床工作臺上的一個帶底座的高精度球體)來保證多型腔、多工件、多電極加工時的定位精度。 4工作液循環系統 電火花成形機床的工作液主要為煤油、變壓器油和專用油，后者是為放電加工專門研制的鏈烷烴系，以碳化氫為主要成分的礦物油為主體，其粘度低、閃點高、冷

14、卻性好、化學穩定性好，但分餾工藝要求高、價格較貴。 工作液在放電過程中起的作用是：壓縮放電通道，使能量高度集中；加速放電間隙的冷卻和消除電離，并加劇放電的液體動力過程。 5數控平動頭 平動頭是成形電火花加工機床最重要的主軸頭附件，也是實現單電極型腔電火花加工所必備的工藝裝備。平動頭的作用是給電極一個平面圓周平衡運動，電極上的每一個點都繞著其原始位置作平面圓周平移運動，平動頭運動軌跡如圖8-6所示。圖8-6 平動頭擴大間隙原理圖 數控平動頭的結構示意圖如圖8-7所示，由數控裝置和平動頭兩部分組成。當數控裝置的工作脈沖送到X、Y兩方向的步進電機時，絲杠和螺母就相對移動，也就是使中間溜板和下溜板按給

15、定軌跡作平動。平動時，相對運動由上、下兩組圓柱滾珠導軌支承，可保證較高精度和剛度。1-上溜板 2-步進電機 3-圓柱滾珠導軌 4-中間溜板 3-下溜板 6-刻度端蓋 7-絲杠、螺母圖8-7 數控平動頭結構示意圖 數控平動頭是針對目前多數機械平動頭存在的精度和剛度差，加工后模腔產生的“波紋”較大，只有單一的平面圓周運動，精修時操作不便等缺點研制成的。它可按需要走不同平面軌跡，大大減少了電加工后模腔表面的“波紋”，且各方向修光均勻，型面的表面粗糙度均勻一致，避免了機械平動頭精修時易出現的單邊修光現象數控平動頭的精度可達0.01mm，并且實現了微量自動進給和程序控制及自動化加工。 8.2 數控線切割

16、機床數控線切割機床 8.2.1 數控線切割機床工作原理數控線切割機床工作原理 8.2.2 數控電火花線切割加工的特點數控電火花線切割加工的特點 8.2.3 數控電火花線切割機床的分類數控電火花線切割機床的分類 8.2.4 數控電火花線切割機床的主要機械結構數控電火花線切割機床的主要機械結構 8.2.5 工作液系統工作液系統 8.2.6 脈沖電源脈沖電源8.2.1 數控線切割機床工作原理數控線切割機床工作原理 數控線切割加工和電火花成形加工的基本原理是一樣的，不同的是在線切割加工中是用連續移動的細金屬導線(銅絲或鉬絲)作為工具電極來代替電火花加工中的成形電極，利用線電極與工件之間產生的脈沖火花放

17、電來腐蝕工件，工作臺帶著工件作X、Y平面的兩坐標移動，從而切割出各種平面圖線的。工件的形狀是由數控系統控制工作臺（工件）相對于電極絲的運動軌跡決定的，因此不需要制造專用的電極，就可以加工形狀復雜的模具零件。(a)工件及其運動方向 (b)電火花線切割加工裝置原理圖1-絕緣底板 2-工件 3-脈沖電源 4-電極絲（鉬絲或銅絲） 5-導向輪 6-支架 7-儲絲筒 圖8-8所示為電火花線切割工藝及裝置原理圖。工件接脈沖電源的正極，電極絲4（鉬絲或銅絲）接負極，由脈沖電源3供給加工能量后，在工件與電極絲之間產生很強的脈沖電場，使其間的介質被電離擊穿，產生脈沖放電。電極絲在儲絲筒7的作用下作正反向交替（或

18、單向）移動，在電極絲和工件之間澆注工作液介質，在機床數控系統的控制下，工作臺在水平面兩個坐標方向各自按預定的控制程序實現切割進給，從而切割出需要的工件形狀。電火花線切割加工主要用于沖模、擠壓模、塑料模，電火花型腔模用的電極加工等。由于電火花線切割加工機床的加工速度和精度的迅速提高，目前已達到可與坐標磨床相競爭的程度。 圖8-8 電火花線切割原理8.2.2 數控電火花線切割加工的特點數控電火花線切割加工的特點 1.直接利用線狀的電極絲作工具電極，不需要像電火花成形加工一樣的成形工具電極，可節約電極的設計、制造費用，并縮短了生產準備時間，加工周期短。 2.可以加工用傳統切削加工方法難以加工或無法加

19、工的微細異形孔、窄縫和形狀復雜的零件，其加工周期短、應用靈活，因而很適合于小批量零件和試制品的加工。 3.傳統的車、銑、鉆加工中，刀具硬度必須比工件硬度大，而數控電火花線切割機床的電極絲不必比工件材料硬，所以可以加工硬度很高或很脆，用一般切削加工方法難以加工或無法加工的材料。在加工中作為刀具的電極絲無須刃磨，可節省輔助時間和刀具費用。 4.利用電蝕原理加工，加工中工具電極和工件不直接接觸，沒有像機械加工那樣的切削力，因而工件的變形很小，電極絲、夾具不需要太高的強度，適宜于加工低剛度工件及細小零件。 5.由于電極絲比較細，切縫很窄，只對工件材料進行“套料”加工，實際金屬去除量很少，輪廓加工時所需

20、余量也少，故材料的利用率很高，能有效地節約貴重材料。 6.由于采用移動的長電極絲進行加工，使單位長度電極絲的損耗較小，從而對加工精度的影響比較小，特別在低速走絲線切割加工時，電極絲一次使用，電極損耗對加工精度的影響更小。 7.依靠數控系統的線徑偏移補償功能，使沖模加工的凹凸模間隙可以任意調節。依靠錐度切割功能，有可能實現凹凸模一次加工成形。 8.對于粗、半精、精加工，只需調整電參數即可，操作方便，自動化程度高。采用乳化液或去離子水的工作液，不必擔心發生火災，可以晝夜無人值守連續加工。鑒于上述特點，數控線切割加工為新產品試制、精密零件及模具加工開辟了一條新的途徑，主要應用于以下幾個方面： (1)

21、適用于各種形狀的沖裁模加工。 (2)加工電火花成形加工用的電極 (3)試制新產品及進行微細加工和異形槽加工等。8.2.3 數控電火花線切割機床的分類數控電火花線切割機床的分類 根據電極絲的運行速度不同，電火花線切割機床通常分為兩大類：一類是高速走絲電火花線切割機床(WEDMHS)，這類機床的電極絲作高速往復運動，一般走絲速度為812ms，這是我國生產和使用的主要機種，另一類是低速走絲電火花線切割機床(WEDM-LS)，這類機床的電極絲作低速單向運動，一般走絲速度為0.2ms，這是我國正在發展和國外生產和使用的主要機種。 根據控制方式的不同，電火花線切割機床又可分為靠模仿形控制、光電跟蹤控制和數

22、字控制等。目前國內外95%以上的線切割機床都已采用數控化，而且采用不同的數控系統，從單片機、單板機到微型計算機系統，有的還有自動編程功能。8.2.4 數控電火花線切割機床的主要機械結構數控電火花線切割機床的主要機械結構 如圖8-9所示為蘇州沙迪克三光機電有限公司生產的DK7725型數控線切割機床外形圖，本節將以該機床為例，對其結構進行簡要分析。1-軟盤驅動器 2-電源總開關 3-鍵盤 4-開機按鈕 5-關機按鈕 6-急停按鈕 7-彩色顯示器8-電壓表 9-電流表 10-機床電器按鈕 11-運絲機構 12-絲架 13-坐標工作臺 14-床身圖8-9 DK7725型數控線切割機床DK7725型數控

23、線切割機床屬于中型電火花線切割設備。它是利用電蝕加工原理由高頻電源控制柜提供電蝕電源(可調)，用金屬絲(鉬絲)作為工具電極，零件作為另一極作為電蝕加工。機床工作臺的運動是按預先編制的程序由PC-586型微機控制，因此本設備可以自動割出任意角度的直線和半徑在9999m以內圓弧所組成的復雜平面圖形。DK7725型數控線切割機床主要由機床、高頻電源控制柜、PC-586計算機、驅動電源組成。1機床工作臺結構機床工作臺結構如圖8-10所示。工作臺分上下拖板(上拖板代工作臺面)均可獨立前后運動，下拖板21移動表示橫向運動(y坐標)，上拖板3移動表示縱向運動(X坐標)，如同時運動可形成任意復雜圖形。 圖8-

24、10 DK7725工作臺結構1-手輪 2-刻度盤 3-上拖板 4-軸承座 5-內外隔板 6-軸承 7-絲杠 8-螺母座 9-調整螺母 10-限位開關擋塊 11-V形導軌 12-限位開關 13-軸承 14-精密雙齒輪 15-端蓋 16-步進電機 17-上V形導軌 18-限位開關 19-接線柱 20-平導軌 21-下拖板 22-電機座 23-小齒輪工作臺移動由步進電機16帶動無間隙齒輪14通過精密絲桿7和滾動導軌實現X、Y方向的伺服進給運動，當電極絲和工件間維持一定間隙時，即產生火花放電。工作臺的定位精度和靈敏度是影響加工曲線輪廓精度的重要因素。 2儲絲走絲部件的結構 DK7725數控線切割機床的

25、儲絲走絲部件如圖8-11所示，它由儲絲筒組合件、上下拖板、齒輪副、絲杠副、換向裝置和絕緣件等部分組成。 儲絲筒7由電動機2通過聯軸器4帶動以1400rmin的轉速正反向轉動。儲絲筒另一端通過三對齒輪減速后帶動絲桿11。儲絲筒、電機、齒輪都安裝在兩個支架上。支架及絲杠則安裝在拖板12上，調整螺母9裝在底座10上，拖板與底座采用裝有滾珠的V形滾動導軌連接，拖板在底座上來回移動。 1- V形導軌 2-電機 3-電機架 4-聯軸器 5-左軸承座 6-軸承 7-儲絲筒 8-軸 9-調整螺母 10-底座 11-絲桿 12-拖板 13-齒輪（Z=34）14-大齒輪（Z=102）15-小齒輪（Z=34）16-

26、齒輪（Z=95）17-上底座 圖8-11 DK7725機床的儲絲走絲部件 3線架、導輪部件的結構 DK7725數控線切割機床的線架、導輪部件如圖8-12所示。上下線架與立柱連接，下線架固定不動，上線架可以轉動立柱上方的手輪使其在200mm范圍內自由調節，下線架有兩個導輪，上下線架的兩個導輪為藍寶石導輪。 圖8-12 DK7725機床的線架、導輪部件1-防護罩 2-鎖緊手柄 3-上線架 4-冷卻液調節閥 5-護板 6-下線架 7-立柱 8-絲桿 9-螺母10-軸承 11-法蘭蓋 12-螺帽 13-軸承座 14-圓螺母 15-壓緊螺母 16-小圓螺母 17-軸承18-導輪座 19-前導輪 20-接

27、線柱 21-高頻進線 22-后導輪 23-過渡輪導輪座用金屬材料制作，內裝精密型軸承用于支撐導輪，在線架上的兩個前導輪座裝配過程中，調整鉬絲在X向的垂直，y向垂直只需平移下線架上的兩個前導輪座即可。鉬絲與工作臺面的調整是否合適，可采用鉬絲垂直度量具(隨機附件測量杯)采用透光法檢查。 4錐度切割 為了切割有落料角的沖模和某些有錐度(斜度)的內外表面，線切割機床一般具有錐度切割功能。常見的有圖8-13所示的三種方法。圖8-13 錐度切割a)上(下)絲臂平動法 b)上(下)絲臂繞一中心移動 c)上(下)絲臂沿導輪徑向平動和軸向擺動（1）采用上(或下)絲臂沿X或y方向平移(圖8-13a)，這種方法錐度

28、不宜過大，否則導輪易損壞；（2）上、下絲臂同時繞一中心移動(圖8-13b)，此方法加工錐度也不宜過大； （3）上下絲臂分別沿導輪徑向平動和軸向擺動(圖8-13c)，此方法不影響導輪磨損，最大切割錐度通常可達1.5。8.2.5 工作液系統工作液系統 在電火花線切割加工過程中，需要穩定地供給有一定絕緣性能的工作介質工作液，以冷卻電極絲和工件，排除電蝕產物等，這樣才能保證火花放電持續進行。一般線切割機床的工作液系統包括：工作液箱、工作液泵、流量控制閥、進液管、回液管及過濾網罩等，如圖8-14所示。1-過渡器 2-回液管 3-工作臺 4-下絲臂進液管 5-上絲臂進液管 6-流量控制閥 7-進液管 8-

29、工作液泵 9-工作液箱圖8-14 線切割機床工作液系統圖 工作液的質量及清潔程度在某種意義上對線切割工作起著很大的作用。如圖8-15所示，用過的工作液經管道流到漏斗5，再經磁鋼2、泡沫塑料3、紗布l流入水池中。這時基本上已將電蝕物過濾掉，再流經兩塊隔墻4，銅網布6，磁鋼2，工作液得到過濾復原。此種過濾裝置不需特殊設備，方法簡單，可靠實用，設備費用低。1-紗布袋 2-磁鋼 3-泡沫塑料 4-隔墻 5-漏斗 6-銅網布 7-工作液泵 圖8-15 工作液過濾圖8.2.6 脈沖電源脈沖電源 脈沖電源是數控電火花線切割加工機床的最重要的組成部分，是決定線切割加工工藝指標的關鍵部件，即數控電火花線切割加工

30、機床的切割速度、加工面的表面粗糙度、加工尺寸精度、加工表面的形狀和線電極的損耗，主要決定于脈沖電源的性能。圖圖8-16 電火花線切割脈沖電源原理電火花線切割脈沖電源原理閘流管、電子管、可控硅、場1效應管和弛張式等脈沖電源；也可按功放級的電流輸出波形分為方波、分組脈沖，高低壓脈沖、前階梯、三角波和前沿緩沖波形等。數控電火花線切割脈沖電源，可根據它是否受加工間隙狀態的影響而分為非獨立式和獨立式兩大類；也可根據功率級所使用的器件，分為晶體管、 電火花線切割脈沖電源，一般是由主振級(脈沖信號發生器)、前置級(放大)、功放級和供給各級的直流電源所組成，如圖8-16所示。8.3 數控壓力機與數控折彎機數控

31、壓力機與數控折彎機8.3.1 數控壓力機數控壓力機8.3.2 數控折彎機數控折彎機 板材沖壓加工設備主要有數控壓力機、數控剪板機和數控折彎機三類，它們可對板材及卷料進行沖壓、剪切和折彎等鈑金加工。下面介紹數控壓力機和數控折彎機。8.3.1 數控壓力機數控壓力機 常用數控壓力機有：數控步沖壓力機和數控沖模回轉頭壓力機。圖8-17為J92K-30A型數控沖模回轉頭壓力機，是濟南鑄造鍛壓機械研究所生產的高效精密數控鈑金加工設備。可以進行沖孔、起伏成形(百葉窗、壓筋，淺拉伸、翻邊、切縫成形等)、半切斷、壓標記、打中心孔、步沖大孔、方孔、曲線孔等加工。1-數控柜 2-外罩 3-中心工作臺（板材滑道） 4

32、-滑動托架（X軸傳動） 5-基座 6-板材夾鉗及接近開關 7-原點定位器 8-機身 9-前工作臺 10-補充工作臺 圖圖8-17 J92K-30A外形圖外形圖 J92K-30A型數控系統采用FANUCO-PC系統可在屏幕上顯示零件形狀，有圖形功能指令，四軸控制，配有交流數字伺服系統和高性能交流電動機。 1主要組成 由外形圖(圖8-17所示)，主要組成可分為沖壓主體、送進工作臺和數控柜三大部分。主體部分包括主傳動部件、轉盤部件、轉盤驅動部件等，這些均在外罩2內；送進工作臺部分包括基座、工作臺、滑動托架、板材夾鉗，X軸及Y軸傳動系統和氣動系統等。 2傳動系統及工作原理 圖8-18所示為J92K-3

33、0A型數控壓力機機械傳動系統圖。傳動系統主要由三部分組成：主傳動系統，轉盤選模系統和進給傳動系統。另外還有氣動系統等。 轉盤選模系統的作用是將所需模具轉到打擊器下。1-轉盤伺服電動機 2-轉盤減速器 3-鏈傳動 4-主電動機 5-偏心軸 6-飛輪 7-滑塊 8-打擊器 9-上轉盤 10-板材 11-夾鉗 12-夾鉗氣缸 13-滑架 14-X軸伺服電支機和滾珠絲杠 15-工作臺 16-Y軸滾珠絲杠 17-Y軸伺服電動機 18-下轉盤 19-轉盤定位錐銷 20-轉盤定位氣缸 圖圖8-18 J92K-30A傳動系統傳動系統上下轉盤實際是一個可回轉的模具庫，設有40個模具位置，可裝40套模具，其中兩套

34、為自轉模，一套自轉模本身又帶12套模具(自轉模是一個單獨的數控軸，稱為C軸，由伺服電動機驅動，能在360范圍內任意旋轉定位，可擴大沖孔功能，如沖放射形孔、多邊孔等)。上轉盤裝上模具；下轉盤裝下模具，板材在上下轉盤之間。進給傳動系統的作用是將板材的沖壓部位準確定位在沖模打擊器處。主傳動系統驅動打擊器進行沖壓。 工作時，在數控程序的指令下，板材由夾鉗11夾持在工作臺上，伺服電動機17通過聯軸器直接與滾珠絲杠相連接，帶動活動工作臺作y軸移動；X軸傳動系統14帶動滑架13作X軸移動，使板材在X軸，y軸方向移動定位與此同時，伺服電動機1通過減速器2以及上下一對鏈條傳動副驅動飛輪和曲軸轉動，使滑塊作上、下

35、往復運動。上下轉盤同步轉動，將所需沖模迅速、準確地轉到位，并由定位氣缸將錐銷插入轉盤側面定位錐孔中，然后主電動機4通過帶傳動和偏心軸5推動滑塊7使打擊器8壓上模具下行，進行沖壓。板材一次裝夾后，可進行多個模具的沖壓，完成各種形狀、尺寸、和孔距的加工，減少裝夾、測量和調整時間，提高精度和效率 步沖加工就是用形狀簡單的小模具快速連續地沖壓成一個尺寸較大或形狀復雜的工件。 8.3.2 數控折彎機數控折彎機 折彎機是利用所配備的模具(通用或專用模具)將冷態下的金屬板材折彎成各種幾何截面形狀的工件，如圖8-19所示。它是為冷軋板金加工設計的板材成型機械。廣泛應用于汽車、飛機制造、輕工、造船、集裝箱、電梯

36、、鐵道車輛等行業的板材折彎加工。圖圖8-19 各種成形工件截面圖各種成形工件截面圖 1數控折彎機的主要組成 WC67K系列數控折彎機外形圖見圖8-20，主要由床身、滑塊、上下模具、工作臺、前托料架、后擋料器、滑塊同步反饋機構、滑塊行程限位擋塊、液壓系統，數控及電氣系統組成。圖圖8-20 數控折彎機外形圖數控折彎機外形圖 1-床身 2-前托料架 3-凸模 4-滑塊 5-擋塊機構 6-懸掛式操作臺 7-凹模 8-電氣箱 9-腳踏開關 2工作性能 如圖8-21所示，折彎時將板材放于前托料架5上，推入凹凸模之間，板材頂上后擋料器的擋塊，踏動腳踏開關或按壓按鈕，滑塊下移，凹凸模將板材折成要求的角度。 折

37、彎機一般采用折彎機專用數控系統，目前坐標軸已由單軸發展到12軸，可由數控引統自動實現滑塊運行深度控制、滑塊左右傾斜調節、后擋料器前后調節、左右調節、壓力噸位調節及滑塊趨近工作速度調節等等。可使折彎機方便地實現滑塊向下、點動、連續、保壓、返程和中途停止等動作，一次上料完成相同角度或不同角 度 的 多 彎 頭 折 彎 。圖圖8-21 工作部位簡圖工作部位簡圖1-滑塊 2-壓板 3-凸模 4-凹模 5-前托料架 6-工作臺 7-后擋料器 3部件簡介部件簡介 (1)滑塊 滑塊由液壓缸、滑塊體、導軌等組成，滑塊體兩側裝有導軌，床身左右固定有兩個單桿液壓缸，推動滑塊上下移動，在床身中部還裝有柱塞缸以增大折

38、彎力。上部裝有滑塊位移轉換裝置，以便實現數控系統對滑塊位移量的監控。 (2)后擋料器 裝于工作臺后面，用于保證板材在折彎機上的準確定位，伺服電動機通過齒形帶驅動滾珠絲杠帶動擋料架作前后移動并準確定位，擋料器還可通過升降絲杠及滾輪作上下方向移動，保證模具作不同角度折彎的需要。 (3)滑塊同步反饋機構 反饋機構由同步軸、擺臂、調節桿及杠桿組成，將滑塊左右兩液壓缸活塞運動的不同步誤差反饋到同步閥，控制兩液壓缸的活塞趨于同步。 (4)擋塊調節機構 行程限位擋塊可起到保證滑塊在下死點準確定位的作用，其調節也由伺服電動機通過齒形帶驅動蝸桿蝸輪及螺母副實現。8.4 數控熱切割機床數控熱切割機床 數控熱切割機

39、床主要是指采用熱切割法的三類切割機床，數控熱切割機床主要是指采用熱切割法的三類切割機床，即數控激光切割機、數控等離子切割機和數控火焰切割機。這即數控激光切割機、數控等離子切割機和數控火焰切割機。這三類數控切割機床采用不同的原理，各有不同的優勢，特別是三類數控切割機床采用不同的原理，各有不同的優勢，特別是數控激光切割機床的發展使熱切割涉及到了相當廣泛的領域。數控激光切割機床的發展使熱切割涉及到了相當廣泛的領域。8.4.1數控激光切割機床數控激光切割機床8.4.2數控火焰等離子切割機數控火焰等離子切割機8.4.1 數控激光切割機床數控激光切割機床 1數控激光切割機床的主要組成 圖8-22所示為濟南

40、鑄造鍛壓機械研究所生產的LC系列數控激光切割機。機床主要有床身、工作臺、橫梁、Z軸切割箱、數控系統和激光發生器等組成。工件放在中心工作 圖圖8-22 LC系列數控激光切割機外形圖系列數控激光切割機外形圖1-縱向滾珠絲杠 2-床身 3-工臺 4-橫梁 5-切割頭 6-數控電氣箱和激光發生器控制箱臺的板料滑道上，由氣動夾鉗固定，工作臺作X軸向運動，切割箱在橫梁上作y軸向運動，切割嘴相對板材的距離隨板材的起伏上下(Z軸)移動。加工時，從激光器發生的激光經反射光道由切割嘴射出，聚焦在板材內部。由數控柜控制進行曲線輪廓切割和點位穿孔加工。這種加工的工件一般都較薄，切削力很小，故進給速度一般都接近快速進給

41、速度。 數控激光切割機工作臺上插有板材支撐桿，使工作臺不被激光束損壞，并能使切割下的廢渣料落人下面的廢料槽中，再由不銹鋼拖鏈自動排出廢渣料。 切割頭下面帶有壓力傳感器，壓力傳感器通過探腳將切割嘴距板材的距離信號傳回數控系統，數控系統根據板材的上下起伏，控制Z軸伺服電動機使切割頭上下浮動，保持切割嘴與板材距離恒定，保證激光束的聚焦點落在板材內部。目前常見的數控激光加工機床的結構形式有：龍門式、下動式和框架式。 其中龍門式應用較多。龍門式的激光頭在橫梁上作y坐標移動。工作臺帶動工件作X坐標移動，適合于加工尺寸較大的工件；下動式的激光頭固定，工作臺帶動工件作X、Y方向移動，它的光束固定，易于調整；框

42、架式的激光頭沿橫梁作y向移動，橫梁在框架上作X方向移動，適合于不便移動的大型零件的加工。 激光加工的功率密度可達108Wcm2l0Wcm2，幾乎可以加工任何材料。激光光斑可以聚焦到0.01mm以下，甚至微米級，輸出功率可以調節，故可進行精密微細加工。激光加工，沒有機械力，沒有工具損耗，加工速度快，熱影響區小。激光加工影響因素很多，精密微細加工時，重復精度和表面粗糙度不易保證，需反復實驗，尋求合理參數。 2激光器 產生激光的激光器是數控激光機床的重要部分。激光切割是指依靠激光發生器發射出來的激光束，經過聚焦后把光束的能量集小到個極其微小的光斑上，光斑照射被加工材料，就可使材料的溫度迅速升高并達到

43、氣化溫度。當激光束與材料之間作相對移動，就可在平面或曲面上切割出所需的形狀來。激光切割一般需要600W1 500W的CO2激光發生器，切割縫隙很小約0.2mm，切割斷面平齊，無熔渣。無變形，一般可節省材料1530，適于切割6mm10mm以下鋼板。 目前應用較多的是二氧化碳氣體激光器，輸出功率可達千瓦以上；其次是固體激光器，連續輸出同樣可達千瓦級功率。 圖8-23是固體激光器加工原理示意圖。當激光工作物質受到光泵（即激勵脈沖氙燈）的激發后，吸收特定波長的光，在一定條件下可形成工作物質中亞穩態粒子大于低能級粒子數的狀態。這種現象稱為粒子數反轉。此時一旦有少量激發粒子產生受激輻射躍遷，造成光放大，便通過諧振腔中的全反射鏡和部分反射鏡的反饋作用產生振蕩， 圖8-23 固體激光器加工原理示意圖 1-全反射鏡 2-工作物質 3-部分反射鏡 4-透鏡 5-工件 6-激光束；7-聚光器 8-光泵 9-玻璃管由諧振腔一端輸出激光。通過透鏡將激光束聚焦到工件的加工表面上，即可對工件進行加工，常用的固體激光工作物質有紅