特種加工-總復(fù)習(xí)-第四章-電火花線切割加工

第四章電火花線切割加工

ElectricDischargeWireCutting

（重點(diǎn)）

4.1電火花線切割加工原理

4.2電火花線切割加工機(jī)床簡介

4.3電火花線切割控制系統(tǒng)及編程

4.4主要工藝指標(biāo)

4.5電參數(shù)對工藝指標(biāo)的影響

4.6非電參數(shù)對工藝指標(biāo)的影響4.7合理選擇電火花線切割加工工藝主要內(nèi)容

電火花線切割加工(WireCutElectricalDischargeMachining，簡稱WCEDM)是在電火花加工基礎(chǔ)上于50年代末在前蘇聯(lián)發(fā)展起來的一種新工藝，由于其加工過程是利用線狀電極靠火花放電對工件進(jìn)行切割，故稱電火花線切割。目前，國內(nèi)外的線切割機(jī)床已占電加工機(jī)床的60%以上。

4.1電火花線切割加工原理

1、原理：利用上下高速移動的金屬導(dǎo)線（銅絲或鉬絲）作電極，對工件進(jìn)行脈沖火花放電、切割成形。其加工原理示意圖如下圖所示：

線切割的基本原理圖4-1電火花線切割加工原理圖XY儲絲筒導(dǎo)輪電極絲工件4.1電火花線切割加工原理一次放電的微觀過程（1）第一步：形成放電通道4.1電火花線切割加工原理一次放電的微觀過程（2）第二步：電弧成長、金屬熔解、氣化4.1電火花線切割加工原理一次放電的微觀過程（3）第三步：爆炸、電極材料拋出4.1電火花線切割加工原理一次放電的微觀過程（4）第四步：冷卻、排屑、極間消電離4.1電火花線切割加工原理2、加工過程1、數(shù)控裝置2、貯絲筒3、導(dǎo)輪4、電極絲5、工件6、工作液供給裝置7、工作臺8、脈沖電源9、工作液箱10、步進(jìn)電機(jī)

脈沖電源的正極接工件，負(fù)極接電極絲。電極絲以一定的速度往復(fù)運(yùn)動，它不斷地進(jìn)入和離開放電區(qū)。在電極絲和工件之間注入一定量的液體介質(zhì)。步進(jìn)電機(jī)帶工作臺和工件在水平面內(nèi)的相對運(yùn)動，電極絲和工件之間發(fā)生脈沖放電，通過控制電極絲和工件之間的相對運(yùn)動軌跡和進(jìn)給速度，就可以切割出具有一定形狀和尺寸的工件。4.1電火花線切割加工原理床身控制柜卷絲筒走絲溜板箱絲架工作臺

①工件必須是導(dǎo)電材料；②材料的去除是靠放電時(shí)的電能作用來實(shí)現(xiàn)的；③加工的材料可以選用高硬度的材料；④加工對象主要是平面形狀，當(dāng)機(jī)床上加上能使電極絲作相應(yīng)傾斜運(yùn)動的功能后，也可以加工錐面。但是不能加工盲孔；⑤自動化程度高、操作方便，易于實(shí)現(xiàn)自動化；⑥不需要制造成形電極。

線切割加工的特點(diǎn)4.1電火花線切割加工原理4.2電火花線切割加工機(jī)床簡介機(jī)床分類

線切割加工機(jī)床可按多種方法進(jìn)行分類，通常按電極絲的走絲速度分成快速往復(fù)走絲線切割機(jī)床(WEDM-HS)與慢速單向走絲線切割機(jī)床(WEDM-LS)。

1)快速走絲線切割機(jī)床快速走絲線切割機(jī)床的電極絲作高速往復(fù)運(yùn)動，一般走絲速度為8～10m/s，是我國獨(dú)創(chuàng)的電火花線切割加工模式?？焖僮呓z線切割機(jī)床上運(yùn)動的電極絲能夠雙向往返運(yùn)行，重復(fù)使用，直至斷絲為止。線電極材料常用直徑為0.10～0.30mm的鉬絲(有時(shí)也用鎢絲或鎢鉬絲)。對小圓角或窄縫切割，也可采用直徑為0.6mm的鉬絲。 工作液通常采用乳化液?？焖僮呓z線切割機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、生產(chǎn)率高，但由于運(yùn)行速度快，工作時(shí)機(jī)床震動較大。鉬絲和導(dǎo)輪的損耗快，加工精度和表面粗糙度就不如慢速走絲線切割機(jī)床，其加工精度一般為0.01～0.02mm，表面粗糙度Ra為1.25～2.5μm。4.2電火花線切割加工機(jī)床簡介

2)慢速走絲線切割機(jī)床 慢速走絲線切割機(jī)床走絲速度低于0.2m/s。常用黃銅絲(有時(shí)也采用紫銅、鎢、鉬和各種合金的涂覆線)作為電極絲，銅絲直徑通常為0.10～0.35mm。電極絲僅從一個(gè)單方向通過加工間隙，不重復(fù)使用，避免了因電極絲的損耗而降低加工精度。同時(shí)由于走絲速度慢，機(jī)床及電極絲的震動小，因此加工過程平穩(wěn)，加工精度高，可達(dá)0.005mm，表面粗糙度Ra≤0.32μm。 慢速走絲線切割機(jī)床的工作液一般采用去離子水、煤油等，生產(chǎn)率較高。 慢走絲機(jī)床主要由日本、瑞士等國生產(chǎn)，目前國內(nèi)有少數(shù)企業(yè)引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)與外企合作生產(chǎn)慢走絲機(jī)床。4.2電火花線切割加工機(jī)床簡介1.機(jī)床本體機(jī)床床身

機(jī)床的床身通常采用箱式結(jié)構(gòu)的鑄鐵件，它是坐標(biāo)工作臺、繞絲機(jī)構(gòu)及絲架的支承和固定基礎(chǔ)，應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度。

X、Y坐標(biāo)工作臺部分

工件裝夾在坐標(biāo)工作臺上,電火花線切割機(jī)床最終都是通過坐標(biāo)工作臺與電極絲的相對運(yùn)動來完成對零件加工的，機(jī)床的精度將直接影響工件的加工精度。

走絲機(jī)構(gòu)走絲機(jī)構(gòu)使電極絲以一定的速度運(yùn)動并保持一定的張力。

高速走絲系統(tǒng)示意圖顯示示意圖低速走絲系統(tǒng)示意圖顯示示意圖電火花線切割加工設(shè)備4.2電火花線切割加工機(jī)床簡介圖4-4走絲機(jī)構(gòu)(a)快速走絲機(jī)構(gòu)1—絲架;2—導(dǎo)電器;3—導(dǎo)輪;4—電極絲;5—工件;6—工作臺;7—儲絲筒(b)慢速走絲機(jī)構(gòu)1,4,10—滑輪;2,9—壓緊輪;3—制動輪;5—供絲卷筒;6—卷絲筒;7—導(dǎo)向輪；8—卷絲滾輪;11,15—導(dǎo)電器;12,14—金剛石導(dǎo)向器;13—工件偏移式絲架：主要用在高速走絲線切割機(jī)床上實(shí)現(xiàn)錐度切割。

工作原理

雙坐標(biāo)聯(lián)動裝置：在低速走絲線切割機(jī)床上廣泛采用此類裝置。

工作原理

1.機(jī)床本體錐度切割裝置

為了切割有落料角的沖模和某些有錐度（斜度）的內(nèi)外表面，有些線切割機(jī)床具有錐度切割功能。

電火花線切割加工設(shè)備4.2電火花線切割加工機(jī)床簡介*工作液的主要作用是在電火花線切割加工過程中脈沖間歇時(shí)間內(nèi)及時(shí)將已蝕除下來的電蝕產(chǎn)物從加工區(qū)域中排除，使電極絲與工件間的介質(zhì)迅速恢復(fù)絕緣狀態(tài)，保證火花放電不會變?yōu)檫B續(xù)的弧光放電，使線切割順利進(jìn)行下去。

2.工作液及其循環(huán)系統(tǒng)

*工作液應(yīng)具有一定的介電能力、較好的消電離能力、滲透性好、穩(wěn)定性好等特性，還應(yīng)有較好的洗滌性能、防腐蝕性能、對人體無危害等。

*

一般線切割機(jī)床的工作液循環(huán)系統(tǒng)包括：工作液箱、工作液泵、流量控制閥、進(jìn)液管、回流管及過濾網(wǎng)罩等。對于高速走絲線切割機(jī)床，通常采用澆注式的供液方式；而對于低速走絲線切割機(jī)床，近年來有些已采用浸泡式的供液方式。

*

低速走絲線切割機(jī)床大多采用去離子水作工作液，只有在特殊精加工時(shí)才采用絕緣性能較高的煤油。

*

高速走絲線切割機(jī)床使用的工作液是專用乳化液。如：ＤＸ－１、ＤＸ－３等電火花線切割加工設(shè)備4.2電火花線切割加工機(jī)床簡介1）晶體管矩形波脈沖電源

3.脈沖電源*晶體管式矩形波脈沖電源的工作方式與電火花成形加工類同。

圖4—5晶體管矩形波脈沖電源

*

它是通過控制功率管VT的基極以形成電壓脈寬ti、電流脈寬te和脈沖間隔to，限流電阻Ｒ１、Ｒ２決定峰值電流ie。

*這種電源廣泛用于高速走絲線切割機(jī)床，而在低速走絲機(jī)床中用的不多。

電火花線切割加工設(shè)備4.2電火花線切割加工機(jī)床簡介圖4—6高頻分組脈沖波形3.脈沖電源2）高頻分組脈沖電源

圖4—7高頻分組脈沖電源電路原理方框圖*這種波是由矩形波派生出來的，即把較高頻率的小脈寬ti和小脈間to的矩形波脈沖分組成為大脈寬Ｔi和大脈間Ｔo輸出。

*加工時(shí)由高頻脈沖發(fā)生器、分組脈沖發(fā)生器和與門電路產(chǎn)生高頻分組脈沖波形，然后經(jīng)脈沖放大和功率輸出，將高頻分組脈沖能量輸送到放電間隙，進(jìn)行放電腐蝕加工。

*它既具有高頻脈沖加工表面粗糙度值小，又具有低頻脈沖加工速度高、電極絲損耗低的雙重特點(diǎn)，在相同的加工條件下，可獲得較好的加工工藝效果。

電火花線切割加工設(shè)備4.2電火花線切割加工機(jī)床簡介圖4—8前階梯波波形3.脈沖電源3）階梯波脈沖電源（低損耗電源）

*這種脈沖電源就是階梯形脈沖電源，一般為前階梯波，其電流波形如圖5—11所示。前階梯波是由矩形波組合而成，可由幾路起始脈沖放電時(shí)間順序延遲的矩形波疊加而成。

*

如果每個(gè)脈沖在擊穿放電間隙后，電壓及電流逐步升高，則可以在不太降低生產(chǎn)率的情況下，大大減少電極絲的損耗，延長重復(fù)使用電極絲的壽命，提高加工精度，這對于快速走絲線切割加工是很有意義的。

電火花線切割加工設(shè)備4.2電火花線切割加工機(jī)床簡介

如右圖所示。這是實(shí)現(xiàn)短放電時(shí)間高峰值電流的一種方法，常用于早期的低速走絲線切割機(jī)床中，以滿足低速走絲時(shí)因排屑條件差而需采用窄脈寬和高峰值電流的要求。3.脈沖電源4）并聯(lián)電容型脈沖電源

在這種電路中，依靠調(diào)整晶體管的通斷時(shí)間、限流電阻的個(gè)數(shù)及電容器的容量，可控制放電的重復(fù)頻率，而每次放電的能量由直流電源的電壓及電容器的容量決定。

圖4—9并聯(lián)電容型電路的電壓、電流波形及脈沖電源電路簡圖

從圖中可知，按照晶體管的開關(guān)狀態(tài)，電容器兩端的電壓波形呈現(xiàn)一種階梯狀態(tài)，利用晶體管開通時(shí)間ti和截止時(shí)間to的不同組合，可以改變充電電壓波形的前沿。而且，一旦放電電流發(fā)生，可使晶體管變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)，阻止直流電源供給電流。

電火花線切割加工設(shè)備4.2電火花線切割加工機(jī)床簡介*數(shù)字程序控制系統(tǒng)能夠控制加工同一平面上由直線和圓弧組成的任何圖形的工件，這是最基本的控制功能。

圖4—11切割直線的原理

*控制方法有逐點(diǎn)比較法、數(shù)字積分法、矢量判別法、最小偏差法等。1．軌跡控制原理*高速走絲線切割機(jī)床的控制系統(tǒng)普遍采用逐點(diǎn)比較法。機(jī)床在

X、

Y

兩個(gè)方向不能同時(shí)進(jìn)給，只能按直線的斜度和圓弧的曲率來交替地一步一個(gè)微米地分步“插補(bǔ)”進(jìn)給。*下面通過圖4—11來分析說明逐點(diǎn)比較法切割直線時(shí)的四個(gè)節(jié)拍：第一拍：偏差判別。第二拍：進(jìn)給。第三拍：偏差計(jì)算。第四拍：終點(diǎn)判斷。

目的是判別目前的加工坐標(biāo)點(diǎn)對規(guī)定幾何軌跡的偏離位置，然后決定拖板的走向。一般用Ｆ代表偏差值，Ｆ＝０，表示加工點(diǎn)恰好在線（軌跡）上。Ｆ>０，表示加工點(diǎn)在線的上方或左方，Ｆ<０，表示加工點(diǎn)在線的下方或右方，以此來決定第二拍進(jìn)給的軸向和正、負(fù)方向。

按照偏差計(jì)算公式，計(jì)算和比較進(jìn)給一步后新的坐標(biāo)點(diǎn)對規(guī)定軌跡新的偏差Ｆ值，作為下一步判別走向的依據(jù)。

根據(jù)Ｆ偏差值命令坐標(biāo)工作臺沿+Ｘ向或-Ｘ向；或+Ｙ向或-Ｙ向進(jìn)給一步，向規(guī)定的軌跡靠攏，縮小偏差。

根據(jù)計(jì)數(shù)長度判斷是否到達(dá)程序規(guī)定的加工終點(diǎn)。若到達(dá)終點(diǎn)，則停止插補(bǔ)和進(jìn)給，否則再回到第一拍。

電火花線切割編程4.3電火花線切割控制系統(tǒng)及編程2、ISO代碼按終點(diǎn)坐標(biāo)有兩種表達(dá)及輸入方式

圓：以圖形中某一適當(dāng)點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，用±X、±Y表示某段圓弧終點(diǎn)的絕對坐標(biāo)值，用I、J表示圓心對圓弧起點(diǎn)的坐標(biāo)值（圖5—18b）。

（1）絕對坐標(biāo)方式，代碼為G90

線：以圖形中某一適當(dāng)點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，用±X、±Y表示終點(diǎn)的絕對坐標(biāo)值（圖5—18a）。（圖4—12a）（圖4—12b）

ISO代碼的手工編程方法4.3電火花線切割控制系統(tǒng)及編程2、ISO代碼按終點(diǎn)坐標(biāo)有兩種表達(dá)及輸入方式

（2）增量（相對）坐標(biāo)方式，代碼為G91

線：以線起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，用±X、±Y表達(dá)線的終點(diǎn)對起點(diǎn)的坐標(biāo)值。圓：以圓弧的起點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，用±X、±Y來表示圓弧終點(diǎn)對起點(diǎn)的坐標(biāo)值，用I、J來表示圓心對圓弧起點(diǎn)的坐標(biāo)值（圖5—18c）。

注意：在編寫程序時(shí)，采用哪種坐標(biāo)方式，原則上都可以，但要根據(jù)具體的情況來確定，它與被加工零件圖樣的尺寸標(biāo)注方法有關(guān)。

（圖4—12c）

ISO代碼的手工編程方法4.3電火花線切割控制系統(tǒng)及編程電火花線切割加工工藝規(guī)律主要工藝指標(biāo)（評價(jià)加工效果的依據(jù)）切割速度加工精度表面粗糙度電極絲損耗量用單位時(shí)間內(nèi)切除的面積表示4.4主要工藝指標(biāo)電參數(shù)對工藝指標(biāo)的影響極性加工速度提高表面粗糙度值增大電極損耗增大加工精度下降同峰值電流切割速度提高表面粗糙度稍有增大正極性加工放電峰值電流脈沖寬度脈沖間隔4.5電參數(shù)對工藝指標(biāo)的影響非電參數(shù)對工藝指標(biāo)的影響電極絲運(yùn)動方法電極絲選擇電極絲直徑走絲速度廣泛使用鉬絲大電極絲加工速度高小電極絲可得到較小半徑的內(nèi)夾角機(jī)床操作說明書4.6非電參數(shù)對工藝指標(biāo)的影響1．抓住主要矛盾，兼顧方方面面 正如上一章所述，像電火花成型加工一樣，在電火花線切割加工中，影響工藝指標(biāo)的因素很多，且各種因素對工藝指標(biāo)的影響是互相關(guān)聯(lián)的，又是互相矛盾的。如為了提高加工速度，可以通過增大峰值電流來實(shí)現(xiàn)，但這又會導(dǎo)致工件的表面粗糙度變差等。所以在實(shí)際加工中還是要抓住主要矛盾，全面考慮。4.7合理選擇電火花線切割加工工藝

2．盡量減少斷絲次數(shù) 在線切割加工過程中，電極絲斷絲是一個(gè)很常見的問題，其后果往往也很嚴(yán)重。斷絲一方面嚴(yán)重影響加工速度，特別是快走絲機(jī)床在加工中間斷絲，另一方面，斷絲將嚴(yán)重影響加工工件的表面粗糙度。所以在操作過程中，要不斷積累經(jīng)驗(yàn)，學(xué)會處理斷絲問題?？梢赃@樣說，在線切割加工中，能否正確處理斷絲問題是操作熟不熟練的重要標(biāo)志。4.7合理選擇電火花線切割加工工藝 3電極絲穿絲 慢走絲線切割機(jī)床的穿絲較簡單，本書以快走絲線切割機(jī)床為例討論電極絲的上絲、穿絲及調(diào)節(jié)行程的方法。

上絲的過程是將電極絲從絲盤繞到快走絲線切割機(jī)床儲絲筒上的過程。4.7合理選擇電火花線切割加工工藝 4電極絲垂直找正 在進(jìn)行精密零件加工或切割錐度等情況下需要重新校正電極絲對工作臺平面的垂直度。電極絲垂直度找正的常見方法有兩種，一種是利用找正塊，一種是利用校正器。

4.7合理選擇電火花線切割加工工藝用火花法校正電極絲垂直度

5工件的裝夾 線切割加工屬于較精密加工，工件的裝夾對加工零件的定位精度有直接影響，特別在模具制造等加工中，需要認(rèn)真、仔細(xì)地裝夾工件。

4.7合理選擇電火花線切割加工工藝 6工件的找正 工件的找正精度關(guān)系到線切割加工零件的位置精度。在實(shí)際生產(chǎn)中，根據(jù)加工零件的重要性，往往采用按劃線找正、按基準(zhǔn)孔或已成型孔找正、按外形找正等方法。其中按劃線找正用于零件要求不嚴(yán)的情況下。具體找正方法請參考教材。4.7合理選擇電火花線切割加工工藝 7線切割穿絲孔 在線切割加工中，穿絲孔的主要作用有：

(1)對于切割凹?；驇Э椎墓ぜ仨毾扔幸粋€(gè)孔用來將電極絲穿進(jìn)去，然后才能進(jìn)行加工。

(2)減小凹?；蚬ぜ诰€切割加工中的變形。由于在線切割中工件坯料的內(nèi)應(yīng)力會失去平衡而產(chǎn)生變形，影響加工精度，嚴(yán)重時(shí)切縫甚至?xí)A住、拉斷電極絲。

4.7合理選擇電火花線切割加工工藝 8．穿絲孔的注意事項(xiàng)

1)穿絲孔的加工 穿絲孔的加工方法取決于現(xiàn)場的設(shè)備。在生產(chǎn)中穿絲孔常常用鉆頭直接鉆出來，對于材料硬度較高或工件較厚的工件，則需要采用高速電火花加工等方法來打孔。

2)穿絲孔位置和直徑的選擇 穿絲孔的位置與加工零件輪廓的最小距離和工件的厚度有關(guān)，工件越厚，則最小距離越大，一般不小于3mm。在實(shí)際中穿絲孔有可能打歪(如圖4-28(a)所示)，若穿絲孔與欲加工零件圖形的最小距離過小，則可能導(dǎo)致工件報(bào)廢；若穿絲孔與欲加工零件圖形的位置過大(如圖4-28(b)所示)，則會增加切割行程。圖4-28中，虛線為加工軌跡，圓形小孔為穿絲孔。4.7合理選擇電火花線切割加工工藝穿絲孔的大小與位置