譚學(xué)飛

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，高校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才和提高人才培養(yǎng)質(zhì)量是服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家的迫切需要。為提高機(jī)械類專業(yè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Σ⒏母飩鹘y(tǒng)的實(shí)踐實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，對(duì)實(shí)踐實(shí)訓(xùn)方法的優(yōu)化運(yùn)用是提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量的重要手段。文章闡述了電火花線切割加工技術(shù)在實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用，以具體的切割工件為實(shí)例介紹了電火花線切割原理與方法，為實(shí)踐教學(xué)提供參考。

關(guān)鍵詞：電火花線切割；實(shí)踐實(shí)訓(xùn)；教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2019）16-0164-03

近年來我校為了進(jìn)一步提升本科生的培養(yǎng)質(zhì)量，培養(yǎng)拔尖創(chuàng)新人才，組織專家對(duì)機(jī)械學(xué)科本科生人才培養(yǎng)的社會(huì)需求、高水平大學(xué)人才培養(yǎng)目標(biāo)的定位、實(shí)踐教學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)等進(jìn)行了充分研討。確定了“理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)并重”、“校內(nèi)學(xué)習(xí)與校外實(shí)踐并重”、“理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐教學(xué)并重”，從而不斷提升學(xué)生的實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力，滿足社會(huì)對(duì)拔尖創(chuàng)新人才的需求。

實(shí)踐實(shí)訓(xùn)是指在學(xué)?？刂茥l件下，根據(jù)人才培養(yǎng)規(guī)律和目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)技術(shù)應(yīng)用能力的教學(xué)過程，旨在檢驗(yàn)學(xué)生的知識(shí)效能，提升學(xué)生的能力效能，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造效能，這就要求實(shí)踐實(shí)訓(xùn)必須為學(xué)生提供良好的知識(shí)獲取的途徑和條件[1]?！秾?shí)踐實(shí)訓(xùn)》是我院機(jī)械類學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課，該課程與生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合緊密，其中有一周時(shí)間安排在校內(nèi)完成。課程內(nèi)容不僅含有大量的機(jī)械制造相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)和抽象的概念，涉及多種加工方法，同時(shí)還包含有機(jī)械工程基礎(chǔ)等方面的知識(shí)，如表面加工質(zhì)量檢測(cè)、加工工藝選擇等。因此，在機(jī)械專業(yè)實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)中，要在傳統(tǒng)的車削、銑削、磨削等機(jī)加工模式的基礎(chǔ)上，不斷豐富教學(xué)內(nèi)容、創(chuàng)新教學(xué)方式方法。電火花線切割加工屬于特種加工的一種，其在實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)活動(dòng)中的應(yīng)用，能夠充分實(shí)現(xiàn)學(xué)生理論知識(shí)與實(shí)踐能力的有機(jī)結(jié)合。本文針對(duì)電火花線切割的在實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用，重點(diǎn)闡述了電火花線切割的工作特點(diǎn)和原理，為機(jī)械工程類實(shí)踐教學(xué)提供參考和范例。

一、電火花線切割加工技術(shù)概述

電火花線切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，簡(jiǎn)稱WEDM），簡(jiǎn)稱線切割。是利用連續(xù)移動(dòng)的細(xì)金屬絲（稱為電極絲）作為負(fù)電極，對(duì)作為正電極的工件進(jìn)行脈沖火花放電蝕除金屬、切割成型的一種加工方式[2]。高頻脈沖電源是電火花線切割機(jī)床進(jìn)行電蝕加工的一種能源，高頻電源電路由主振級(jí)、前置放大級(jí)、功率放大級(jí)和整流電源四部分組成，其性能的好壞直接影響工件加工后的表面質(zhì)量。

電火花線切割加工實(shí)質(zhì)上是由電、熱和流體動(dòng)力結(jié)合作用的結(jié)果。加工時(shí)工件接高頻電源的正極，工具電極接負(fù)極，在充滿液體介質(zhì)的工具電極與工件之間的間隙上，施加脈沖電壓后便產(chǎn)生很強(qiáng)的電場(chǎng)，從而使這個(gè)區(qū)域的介質(zhì)電離，形成放電通道（火花放電擊穿電位比電弧放電擊穿電位高，>36KV/cm），并產(chǎn)生火花放電。由于放電時(shí)間短（持續(xù)時(shí)間10-6—10-3s）且發(fā)生在放電區(qū)域的某點(diǎn)上，所以能量高度集中，放電區(qū)域溫度急劇升高（火花放電通道和工具電極上溫度為10000℃—12000℃），致使金屬材料熔化甚至蒸發(fā)，以達(dá)到去除材料完成加工的目的。電火花線切割加工技術(shù)自上世紀(jì)50年代末研制成功之后，有相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間都是采用精規(guī)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行一次切割成型，其切割速度與加工表面質(zhì)量之間存在著一定的矛盾，即在一次切割過程中，既要獲得很高的切割速度，又要獲得很好加工表面質(zhì)量是十分困難的[3]。隨著模具工業(yè)的發(fā)展，電火花線切割加工不僅要切割速度快，而且要求加工質(zhì)量好，否則很難滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。為了達(dá)到這一目的，國(guó)外低速走絲電火花線切割機(jī)都開發(fā)應(yīng)用了多次切割技術(shù)，即第一次切割用較大的電規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行高速粗切割，然后用精規(guī)準(zhǔn)和精微規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行第二次、第三次甚至第四、五次切割，將加工表面逐級(jí)修光，以獲得較理想的加工表面質(zhì)量和加工精度。

電火花線切割加工與傳統(tǒng)機(jī)加工的區(qū)別在于，不是只要依靠機(jī)械能，而是利用脈沖火花放電產(chǎn)生的電能蝕除金屬材料。另外，在加工過程中，電極絲與工件之間不存在宏觀作用力，因此加工的難易程度不取決于材料的硬度，而是待加工零件的形狀復(fù)雜程度以及所要求的加工精度[4]。

二、火花線切割加工技術(shù)在實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用—加工實(shí)例

我院實(shí)踐實(shí)訓(xùn)中心現(xiàn)有慢走絲電火花線切割加工機(jī)2臺(tái)，主要用于機(jī)械工程專業(yè)實(shí)踐實(shí)訓(xùn)課程。通過典型零件的加工實(shí)例教學(xué)，使學(xué)生熟練掌握慢走絲電火花線切割的加工原理、設(shè)備的操作方法與維護(hù)保養(yǎng)以及加工工藝的合理選擇等。培養(yǎng)學(xué)生綜合分析問題、解決問題的科技創(chuàng)新能力?，F(xiàn)以上下異形件的加工為例，如圖1所示，詳細(xì)介紹電火花線切割技術(shù)在實(shí)踐實(shí)訓(xùn)課程中的應(yīng)用。

1.上下異形零件加工機(jī)理。首先在實(shí)際操作之前，需要學(xué)生掌握利用慢走絲電火花線切割機(jī)加工上下異形零件的加工實(shí)現(xiàn)機(jī)理：利用電極絲相對(duì)于工件面產(chǎn)生傾斜。實(shí)現(xiàn)上下異形加工是在實(shí)際加工前，根據(jù)工件幾何形狀參數(shù)預(yù)先編制好的數(shù)控加工程序自動(dòng)控制上、下絲架導(dǎo)向器按一定程序軌跡移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，具體分為：方式一：上絲架可動(dòng)，下絲架不動(dòng)；方式二：下絲架可動(dòng)，上絲架不動(dòng)；方式三：上、下絲架都可動(dòng)，本例中采用方式三來完成上下異形零件的加工。

2.上下異形零件加工步驟。（1）正確開啟設(shè)備，檢查過濾器的壓力表，指針讀書超過0.2Mpa，則說明水中夾雜有雜質(zhì)且過濾器已無法繼續(xù)工作，需要更換過濾器。在操作顯示屏上觀察水質(zhì)情況，比抵抗值要求在45000Ω—55000Ω之間，如果低于40000Ω則需要更換離子交換樹脂。檢查加工液的儲(chǔ)量，開機(jī)排液開始3分鐘后，確認(rèn)液面計(jì)的液面位置是否在最高液位和最低液位之間，如缺少加工液應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充。（2）為保證零件的加工精度，在進(jìn)入自動(dòng)加工程序之前需要對(duì)電極絲的垂直度進(jìn)行校核，確保電極絲的初始狀態(tài)趨于絕對(duì)垂直。首先采用手動(dòng)或自動(dòng)的方式完成電極絲穿絲，將標(biāo)準(zhǔn)垂直度校驗(yàn)塊放在工作臺(tái)上，然后沿X軸方向移動(dòng)電極絲，使其接近校驗(yàn)塊檢測(cè)面，如圖2所示。啟動(dòng)垂直定位功能，此時(shí)可觀察到電極絲緩慢的靠向校驗(yàn)塊，當(dāng)電極絲接觸到校驗(yàn)塊時(shí)，會(huì)在接觸點(diǎn)出現(xiàn)電火花，如果電極絲實(shí)際垂直度接近于0，則可在電極絲上觀察到自上而下的連續(xù)的電火花放電現(xiàn)象。如果發(fā)生電極絲某一端部先接觸校驗(yàn)塊，則說明此時(shí)電極絲處于傾斜狀態(tài)，此時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整U軸直至出現(xiàn)自上而下的連續(xù)的電火花。（3）為了保證零件加工精度，在安裝工件時(shí)需要保證工件的上、下面以及側(cè)面等裝夾基準(zhǔn)面要光潔無毛刺，對(duì)熱處理后的工件表面的渣物及氧化膜一定要清潔干凈，以免造成夾絲或斷絲。夾緊力要均勻，不得使工件變形或翹起。裝夾位置要有利于工件的找正，且要保證在機(jī)床加工行程范圍內(nèi)。最后使用千分表一次將工件的正面、側(cè)面找正，完成工件安裝。（4）繪制零件圖形并生成加工程序。操作面板中打開Heart NC，本例中要加工的圖形為上圓下方，圓半徑10，正方形邊長(zhǎng)20。上下異形件加工圖形繪制的關(guān)鍵點(diǎn)在于上、下兩形狀的要素要求一一對(duì)應(yīng)。在Heart NC中新建文件，利用作圖線分別繪制出正方形和圓。再做出5條補(bǔ)助線，如圖3所示。選擇作圖線中要素分割命令，選擇正方形上邊線，點(diǎn)擊“1”點(diǎn)。選擇圓弧并點(diǎn)擊“1”點(diǎn)，重復(fù)選擇圓弧將圓弧分割成5段，即“1-2”、“2-3”、“3-4”、“4-5”、“5-1”，由于作補(bǔ)助線時(shí)會(huì)自動(dòng)在“4-5”段圓弧與X軸補(bǔ)助線交點(diǎn)處分割，因此用要素結(jié)合命令將“4-5”段圓弧結(jié)合。在加工條件選擇框中依次設(shè)置各項(xiàng)目，選擇圓作為工件上形狀，上孔加工起始坐標(biāo)為（30，20），選擇正方形為工件下形狀，下孔加工起始坐標(biāo)為（0，20），完成設(shè)置后兩圖重合，加工軌跡生成并生成加工程序。（5）調(diào)出已編好的加工程序，將X、Y、Z軸調(diào)至加工起始位置開始加工，加工完成后切斷電極絲，對(duì)設(shè)備進(jìn)行清理維護(hù)并按程序關(guān)機(jī)。

三、結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的能力、實(shí)踐過程中的動(dòng)手能力。電火花線切割加工技術(shù)在實(shí)踐實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用，既可以鞏固學(xué)生對(duì)機(jī)械工程專業(yè)知識(shí)的掌握，同時(shí)提高學(xué)生個(gè)人的實(shí)際操作水平，又可以培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力。

通過先進(jìn)教育教學(xué)方法的應(yīng)用，使學(xué)生充分掌握特種加工知識(shí)、設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、編程方法、加工工藝分析等。此外，為機(jī)械類學(xué)生提供更加合理、有針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)也是深化實(shí)踐實(shí)訓(xùn)課程教學(xué)改革的新舉措。

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