數(shù)控加工技術(shù) 課件 第7章 數(shù)控線切割編程

第七章數(shù)控線切割編程第一節(jié)線切割加工原理第二節(jié)線切割編程的工藝分析第三節(jié)線切割程序編制習(xí)題

第一節(jié)線切割加工原理

一、電火花加工歷史在長期的生產(chǎn)實(shí)踐中，人們發(fā)現(xiàn)用傳統(tǒng)的切削加工技術(shù)已無法解決一些實(shí)際加工問題，如淬硬材料、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、剛性差的，以及有窄縫、噴絲孔等特殊結(jié)構(gòu)的零件，用刀具切削加工，即以硬碰硬的手段無法進(jìn)行切削，或者說，刀具材料已不能比工件更硬，這樣必須采用另外一類加工模式才能進(jìn)行加工。于是一門新的機(jī)械加工學(xué)科——特種加工誕生了。

二、線切割加工的原理

線切割加工是電火花加工的一項(xiàng)分支技術(shù)，它是將電火花加工的電極做成可移動的金屬絲(銅絲或鉬絲)對工件進(jìn)行電火花放電，在工件上切出窄縫，即切割成型，如圖7-1所示。

線切割機(jī)床之所以為數(shù)控機(jī)床，是因?yàn)樗墓ぷ髋_是兩個方向用數(shù)控系統(tǒng)控制，通過伺服電動機(jī)驅(qū)動工作臺移動。二軸(X、Y)聯(lián)動的數(shù)控切割可加工二維輪廓零件。當(dāng)前更先進(jìn)的線切割機(jī)床已經(jīng)發(fā)展到三軸、四軸的聯(lián)動，可以切割復(fù)雜的空間曲面。圖7-1線切割加工原理圖

三、線切割加工的特點(diǎn)

除了具有前面與電火花加工共同的特點(diǎn)外，線切割加工還具有以下特點(diǎn)。

1.節(jié)省工具電極

線切割用電極絲作電極，無工具電極，降低了成型工具電極的設(shè)計(jì)和制造費(fèi)用，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期和加工周期。

2.加工零件復(fù)雜

由于電極絲較細(xì)(直徑為0.1mm～0.2mm)，因此切割線可以加工窄縫、微細(xì)異形孔等形狀復(fù)雜的工件。

3.電極損耗小

電極絲加工時要不斷地往復(fù)移動，所以單位長度電極絲損耗少，對加工精度影響小。

4.加工精度高

線切割加工的精度很高，高速走絲線切割的加工精度為0.01mm～0.02mm，低速(慢走絲)線切割的加工精度為0.005mm～0.002mm。

5.粗糙度小

高速走絲線切割一般粗糙度Ra?=?5～2.5，而低速走絲線切割一般粗糙度Ra可達(dá)1.25，最小為0.2。

6.切割速度低

線切割的切割速度以切割面積來計(jì)，單位為mm2/min，一般高速走絲切割速度為40mm2/min～80mm2/min。由此可見，線切割的生產(chǎn)效率較低。

四、線切割加工的應(yīng)用

1.加工特殊材料

切割某些高硬度、高熔點(diǎn)的金屬時，使用機(jī)械加工的方法幾乎是不可能的，而采用線切割加工既經(jīng)濟(jì)又能保證精度。

2.加工復(fù)雜零件

線切割可以加工一些形狀復(fù)雜的零件，比如各種型孔、型面、特殊齒輪、凸輪、樣板、成型刀具等，還有的要求清根的零件，用線切割加工更方便，如圖7-2所示。

圖7-2要清根的零件

3.加工剛性差的零件

一些薄壁件的剛性很差，采用線切割加工無切削力，能保證精度。如圖7-3所示，薄壁套筒上的方槽，只有用線切割加工才行。圖7-3薄壁套筒

4.加工模具零件

電火花線切割加工主要應(yīng)用于沖模、擠壓模、塑料模、電火花型腔模的電極加工等。由于電火花線切割加工機(jī)床加工速度和精度的迅速提高，目前已達(dá)到可與坐標(biāo)磨床相競爭的程度。

五、線切割加工的過程

線切割加工的過程與前面其他加工方法的加工過程基本相似，包括讀圖、工藝分析、編程序、程序輸入、控制機(jī)床加工，如圖7-4所示。圖7-4數(shù)控線切割加工過程示意

第二節(jié)線切割編程的工藝分析

一、零件圖分析同機(jī)加工藝一樣，線切割工藝首先也要進(jìn)行零件圖分析，了解零件的結(jié)構(gòu)和被加工的部位。1.零件的結(jié)構(gòu)與尺寸了解并熟悉被加工零件的結(jié)構(gòu)、外廓尺寸，是否超出了行程范圍；體積大小，能否擺在工作臺上等。了解零件的精度、粗糙度以及形位精度等要求，看機(jī)床是否能滿足精度要求。

2.被加工位置(切割位置)

首先確定被加工零件的位置，其次選擇合適的機(jī)床，然后確定切割時鉬絲穿線孔的位置，等等。

3.工件的材料

了解材料加工性如何、熱處理狀態(tài)、內(nèi)應(yīng)力大不大、切割后工件是否會變形。

4.切割起點(diǎn)的選定

起點(diǎn)選擇很重要，它直接決定了后續(xù)加工是否正確，以及工件能不能按要求加工。一般起點(diǎn)選擇分兩種情況：

(1)切割凹?；騼?nèi)型零件時，要加工工件的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，應(yīng)選擇在中間部分打穿絲孔，如圖7-5所示。

(2)切割凸模時，要加工工件的外廓，可以從邊上起始，也可以打穿絲孔。圖7-5穿絲孔的位置圖

5.工件的裝夾

線切割無需很大切削力，工件只需稍許用力夾緊即可。只是夾緊前要找正、定位，以使切割軌跡能按編程的要求移動。常用的夾具有虎鉗、壓板(如圖7-6所示)。若批量生產(chǎn)，則可用專用夾具。圖7-6壓板示意圖

二、切割軌跡的確定

1.確定鉬絲的偏移量

因?yàn)榫€切割加工是電火花加工，電火花放電需要鉬絲與工件之間有放電間隙，使鉬絲的中心軌跡與被加工輪廓有一個偏移量。如圖7-7所示，圖(a)為加工外輪廓，圖(b)為加工內(nèi)輪廓。因此，工件加工的實(shí)際尺寸還應(yīng)考慮放電間隙和鉬絲半徑，如圖7-8所示。圖7-7電極絲運(yùn)動軌跡圖圖7-8放電間隙與偏移量

偏移量的計(jì)算方法如下：

其中：d為鉬絲直徑；z為放電間隙(快走絲時，z=0.01mm～0.02mm)。

2.切割路線的方向

切割方向選擇應(yīng)考慮工件材料的變形問題，因?yàn)榫€切割加工的工件常常都是淬硬的零件，經(jīng)過熱處理的冷熱變化，其內(nèi)應(yīng)力往往比較大。線切割加工是將工件上大塊余量去掉，其內(nèi)應(yīng)力會重新分布，引起工件變形。若切割方向不適合、不合理，會使工件產(chǎn)生嚴(yán)重變形而影響零件加工的精度。如圖7-9(a)所示，第一種路線的第一段切割路線太長，變形影響比較大；如圖7-9(b)所示，第二種路線中的一段切割路線短，內(nèi)應(yīng)力變形影響小，精度就要高一些。為減少變形，應(yīng)選取第二種路線。圖7-9線切割路線

3.切割起點(diǎn)

切割起點(diǎn)的選擇，對工件的變形、工件加工后的精度都有很大的影響，如圖7-10所示，起點(diǎn)應(yīng)選在工件內(nèi)部，若選在工件外部，則其變形很大圖7-10切割起點(diǎn)與切割路線

4.電極絲的切割軌跡

鉬絲的具體切割軌跡應(yīng)選在公差帶的什么位置，分為以下三種情況：

(1)切割一般的零件：鉬絲軌跡應(yīng)以公差帶中心為輪廓計(jì)算偏移量，如圖7-11所示。圖7-11公差帶中心為輪廓

(2)切割冷沖模：為了延長使用壽命，切割軌跡應(yīng)以公差帶的上下限為輪廓進(jìn)行加工，凸模用上限，凹模用下限，如圖7-12所示。圖7-12公差帶上下限作輪廓

(3)二次切割：為了防止變形、提高精度，線切割分粗、精二次切割，第一次切割保留一點(diǎn)余量Δ，第二次再將其去掉，如圖7-13所示。圖7-13二次切割的軌跡

粗加工的偏移量為

其中：d為鉬絲直徑；z為放電間隙；Δ為精加工余量。

一般切割加工中，淬火后工件較硬、易變形、厚且體積大。若對零件精度要求高則應(yīng)經(jīng)過二次切割，方能保證精度，否則工件極易變形而超差。

5.輔助程序

(1)切入程序。切入程序是指引入點(diǎn)到程序起點(diǎn)這一段程序。對于凸模類零件，引入程序段必須選在工件外部，如圖7-14(a)所示；對于凹模類零件，引入程序段只能選在工件的內(nèi)部，應(yīng)打穿絲孔，如圖7-14(b)所示。圖7-14切割零件的引入程序路線

(2)切出程序。有時切割完零件輪廓，鉬絲需沿原路返回，切出工件，但由于工件變形易使鉬絲卡斷，為了避免這種情況，在切口處需引出一段程序，稱為切出程序，如圖7-15中的a′ss-A′所示。圖7-15切割零件的切出程序路線

(3)超切程序和回退程序。電極絲都比較軟，加工時受到放電火花的壓力工作液沖力等作用，電極絲的工作部分會發(fā)生彎曲(即撓曲)，從而使加工區(qū)的電極絲因彎曲而滯后上、下支點(diǎn)一定距離，如圖7-16(a)所示，在拐角處就會將尖角去掉。為避免出現(xiàn)此問題，需在拐角處增加一段超切程序A-A′，如圖7-16(b)所示。使其滯后點(diǎn)也能到達(dá)拐角的尖角處，再增加一個回退程序A′-A，這樣就可以切出尖角了。圖7-16鉬絲的撓曲及起切回退程序

三、工藝分析實(shí)例

1.零件圖

如圖7-17所示，加工中間的型孔，材料為CrWMn，調(diào)質(zhì)HRC60～65。圖7-17凹模

2.切割前準(zhǔn)備

因是凹模，所以在工件中間(中心部位)鉆?3穿絲孔，如圖7-18(a)所示。圖7-18穿絲孔與夾具

3.裝夾

用壓板螺釘機(jī)構(gòu)將工件裝夾在工作臺上，如圖7-18(b)所示。

4.偏移量的確定

偏移量為

其中：0.2即鉬絲直徑(0.2mm)；0.02即放電間隙(0.02mm)。

6.程序起點(diǎn)的選擇

選擇穿絲孔中心為程序起點(diǎn)，OA為引入程序，如圖7-19所示。

7.切割軌跡

從起點(diǎn)到A點(diǎn)按照A—B—C—D—E—F—G—H—I—J—K—L—A順序切割，如圖7-19所示。

圖7-19切割軌跡

第三節(jié)線切割程序編制

線切割的程序目前有三種格式;

一是G指令格式，與國際標(biāo)準(zhǔn)ISO相同，類似于數(shù)控車、銑的G指令，比較好掌握；二是3B格式，這在國內(nèi)線切割中是使用最多的編程格式；三是4B格式，即帶有刀補(bǔ)的格式。

一、?G指令格式

本節(jié)介紹的是WBKX-6線切割數(shù)控系統(tǒng)，其G指令是按ISO標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置的。一條G指令通常為一個程序段，它由若干個被稱為指令字的部分組成。如：

N001G02X8000Y4000I3000J-4000

以上程序段中，坐標(biāo)值的單位為0.001mm，角度單位為1/1000°，若帶有小數(shù)點(diǎn)，則單位為mm，如：

N001G02X8.Y4.I3.J-4.

WBKX-6線切割數(shù)控系統(tǒng)所使用的G指令有其獨(dú)自的定義，與前面所講的車、銑G指令功能不完全相同。G指令功能表如表7-1所示。

常用的M指令見表7-2

二、常用指令

(1)?G00：快速點(diǎn)定位，使鉬絲相對工件快速定位到某個位置。

指令格式：G00X

Y

；(與前面的車、銑系統(tǒng)是一致的)

(2)?G01：直線插補(bǔ)，從一點(diǎn)到另一點(diǎn)走直線。

指令格式：G01X

Y

F

；(與前面的車、銑系統(tǒng)是一致的)

(3)?G02/G03：順時針圓弧插補(bǔ)/逆時針圓弧插補(bǔ)。

指令格式：G02X

Y

J

F

；(與前面的車、銑系統(tǒng)是一致的)

(4)?G04：暫停。

指令格式：G04X

。

其中，X表示時間。如：G04X1.2，表示暫停1.2s。

(5)?G20：調(diào)用循環(huán)程序。

G21：指令循環(huán)程序起點(diǎn)。

G22：指令循環(huán)程序終點(diǎn)。

例如：將一個內(nèi)花鍵切割成行，如圖7-20所示。程序如下：

G21

N01G01X10

Y10

X-10

Y-10

X10

G22

G20N01A0D-30L12

M02圖7-20內(nèi)花鍵切割示意圖

(6)?G40：取消刀補(bǔ)。

G41：鉬絲偏移量左偏。

G42：鉬絲偏移量右偏。

指令格式：G41H1(或H2)。

其中，H1、H2是鉬絲的兩個偏移量，在機(jī)床中予以設(shè)置。偏移量可設(shè)置為大于0或小于0，大于0為左偏，小于0為右偏。這與數(shù)控銑床的半徑刀補(bǔ)設(shè)置很相似，如圖7-21所示。圖7-21刀補(bǔ)示意圖

(7)?G90：絕對坐標(biāo)。

G91：相對坐標(biāo)，與數(shù)控銑床相同。

(8)?G92：設(shè)置坐標(biāo)系。

指令格式：G92X0Y0(即把當(dāng)前點(diǎn)設(shè)置為坐標(biāo)系原點(diǎn))。

如圖7-22所示，要切割凹模，選穿絲孔于O點(diǎn)，走絲路線如圖7-22所示，鉬絲選左偏移。圖7-22凹模圖

三、3B格式

1.?3B格式

3B格式的程序是在線切割機(jī)床編程中應(yīng)用最多的一種形式，其用法簡單，容易掌握。缺點(diǎn)是沒有刀偏功能，程序中的坐標(biāo)必須以鉬絲中心軌跡編程，坐標(biāo)計(jì)算量比較大。

3B格式程序如下：

BXBYBJGZ

其中，B為分隔符，用來區(qū)分、隔離X、Y和J等數(shù)碼；B后的數(shù)字若為0，則此0可以不寫。

(1)?X、Y的用法。直線的終點(diǎn)或圓弧起點(diǎn)的坐標(biāo)值，編程時均取絕對值，以μm為單位，如圖7-23所示。圖7-23X、Y值的表示方法

(2)?G的含義。G為計(jì)數(shù)方向，用Gx或Gy表示X或Y方向的計(jì)數(shù)。對于直線和圓，G的表示方法不一樣。

①直線。直線的Gx、Gy表示方法如圖7-24(a)所示，被加工的直線在陰影區(qū)域內(nèi)，計(jì)數(shù)方向取Gy；在陰影區(qū)域外，計(jì)數(shù)方向取Gx。

②圓弧。圓弧的Gx、Gy表示方法如圖7-24(b)所示，圓弧終點(diǎn)落在陰影里，計(jì)數(shù)方向取Gx；圓弧終點(diǎn)落在陰影外，計(jì)數(shù)方向取Gy。圖7-24直線與圓弧計(jì)數(shù)方向的選取

(3)?J的用法。J為計(jì)數(shù)長度，以μm為單位，即鉬絲在某一計(jì)數(shù)方向上從起點(diǎn)到終點(diǎn)所走距離的總和。對直線來說，鉬絲運(yùn)動軌跡為在計(jì)數(shù)方向上的投影；對圓弧來說，鉬絲運(yùn)動軌跡為各象限軌跡在計(jì)數(shù)方向上的投影之和。

如圖7-25(a)所示，計(jì)數(shù)長度為

J?=?Jx1?+?Jx2

如圖7-25(b)所示，計(jì)數(shù)長度為

J?=?JY1?+?JY2?+?JY3圖7-25計(jì)數(shù)長度的算法

(4)?Z的用法。Z為加工指令，分為直線和圓弧兩種情況。如圖7-26(a)所示，直線L分為四個象限：L1、L2、L3、L4。圓弧按第一步進(jìn)入的象限和順逆方向分為SR1、SR2、SR3、SR4和NR1、NR2、NR3、NR4八種指令，如圖7-26(b)、(c)所示。圖7-26指令

2.直線編程的方法

(1)以每段直線的起點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)。

(2)直線的終點(diǎn)坐標(biāo)值X、Y均取絕對值，單位為μm，也可將X、Y同時縮小整數(shù)倍。

(3)計(jì)數(shù)長度J，按計(jì)數(shù)方向Gx或Gy取該直線在X軸或Y軸上的投影值，取X值或Y值，以μm為單位，確定計(jì)數(shù)長度要與選擇計(jì)數(shù)方向一并考慮。

(4)計(jì)數(shù)方向選取原則，取X、Y向投影值較大的方向作為計(jì)數(shù)長度和計(jì)數(shù)方向。

(5)加工指令按直線的走向可以分為L1、L2、L3、L4，與+X軸重合，計(jì)L1；與+Y重合，計(jì)L2；與?-X軸重和，計(jì)L3；與?-Y軸重和，計(jì)L4，如圖7-26(d)所示。

例如，如圖7-27所示，A—B—C—A軌跡如下：

B5B0B50000GXL1(A—B)

B3B6B60000GYL1(B—C)

B8B6B80000GXL3(C—A)

圖7-27直線編程

3.圓弧編程

(1)以圓弧圓心作為坐標(biāo)原點(diǎn)。

(2)圓弧起點(diǎn)相對圓心的坐標(biāo)值為X、Y，均取絕對值，單位為μm。

(3)計(jì)數(shù)長度J按計(jì)數(shù)方向取圓弧在X、Y軸上的投影值，單位為μm，如果圓弧較長，跨過兩個以上象限，則分別取軌跡在各自象限的投影之和。

(4)計(jì)數(shù)方向如圖7-24(b)所示，終點(diǎn)在陰影部分，取GX；終點(diǎn)在陰影部分外，取GY。

(5)加工指令，按第一步進(jìn)入的象限為第一、二、三、四象限，則指令分別對應(yīng)為SR1、SR2、SR3、SR4及NR1、NR2、NR3、NR4。其中SR為順時針進(jìn)入，NR為逆時針進(jìn)入，如圖7-24(c)所示。

如圖7-28所示，AB圓弧程序如下：圖7-28圓弧編程

4.編程舉例

對于直線和圓弧編程來說，3B格式是要用鉬絲中心軌跡編程。如圖7-29所示，放電間隙為0.1mm，鉬絲直徑為

?0.2mm，偏移量f?=?0.1?+?0.2/2?=?0.2mm。圖7-29鉬絲中心軌跡圖

四、線切割實(shí)例

1.零件圖與工藝分析

1)零件圖分析

如圖7-30所示，該零件是一個凹模零件，要求加工中間型孔，其精度要求較高，公差較嚴(yán)。兩端圓弧為0.05的公差，只有用線切割才能保證精度要求。該零件為平板類零件，很適于用線切割加工，一般此類零件的凹模零件都可以用線切割加工。圖7-30凹模零件

2)工藝分析

(1)工件裝夾。由于該工件是板類零件，加工部位在板的中央，非常適于用平行墊鐵支撐定位。支撐方式有兩種：喬式支撐和板式支撐，如圖7-31所示。夾緊就是用壓板從兩端壓緊，加緊力不需太大。圖7-31支撐方式

(2)工件的找正。工件夾緊時，因?yàn)槭褂脡|鐵定位，所以只能限制三個自由度，另外所需限制的自由度，要靠找正來保證工件的定位精度。找正的方法有兩種：一種是畫線找正，如圖7-32(a)所示，畫線找正精度較低，一般用于精度不高的零件；另一種是用百分表找正，如圖7-32(b)所示，找正精度較高，可達(dá)0.01mm。該零件精度高，所以選擇用百分表找正。找正時，除了要找工件上表面外，還要找正側(cè)面，如圖7-32所示。圖7-32找正方法

(3)鉬絲的選擇。電極絲常用的有鎢絲、黃銅絲和鉬絲。鎢絲抗拉強(qiáng)度高，直徑為0.03mm～0.1mm，多用于精加工，價格昂貴。黃銅絲抗拉強(qiáng)度差，適用于慢速走絲加工。鉬絲抗拉強(qiáng)度高，價格適中，直徑為0.08mm～0.2mm，適用于快走絲線切割機(jī)床。該零件加工選鉬絲作電極絲，直徑為0.2mm。

(4)電參數(shù)設(shè)置。放電間隙δ取0.1mm。

(5)切割路線的確定。

①穿絲孔的確定：穿絲孔應(yīng)選在便于確定坐標(biāo)的位置，在本零件右側(cè)或左側(cè)圓弧的中心打一個直徑為3mm的孔，如圖7-33所示。圖7-33穿絲孔

②偏移量：

其中：L為偏移量；D為鉬絲直徑；δ為放電間隙；