第3章 電火花線切割加工

第三章電火花線切割加工第一節(jié)電火花線切割加工原理、特點及應用第二節(jié)電火花線切割加工設備第三節(jié)電火花線切割控制系統(tǒng)和編程技術(shù)第四節(jié)影響線切割工藝指標的因素3.1電火花線切割加工原理、特點及應用線切割

一、線切割加工原理

3.1電火花線切割加工原理、特點及應用二、電火花線切割加工的特點電火花線切割與電火花加工比較，既有相同點又有不同之處 1．共同特點

(1)二者的加工原理相同，都是通過電火花放電產(chǎn)生的熱來熔解去除金屬的，所以二者加工材料的難易與材料的硬度無關(guān)，加工中不存在顯著的機械切削力。

(2)二者的加工機理、生產(chǎn)率、表面粗糙度等工藝規(guī)律基本相似，可以加工硬質(zhì)合金等一切導電材料。

(3)最小角部半徑有限制。電火花加工中最小角部半徑為加工間隙，線切割加工中最小角部半徑為電極絲的半徑加上加工間隙。

3.1電火花線切割加工原理、特點及應用2．不同特點

(1)從加工原理來看，電火花加工是將電極形狀復制到工件上的一種工藝方法。在實際中可以加工通孔和盲孔；而線切割加工是利用移動的細金屬導線做電極，對工件進行脈沖火花放電，切割成型的一種工藝方法。

(2)從產(chǎn)品形狀角度看，電火花加工必須先用數(shù)控加工等方法加工出與產(chǎn)品形狀相似的電極；線切割加工中產(chǎn)品的形狀是通過工作臺按給定的控制程序移動而合成的，只對工件進行輪廓圖形加工，余料仍可利用。3.1電火花線切割加工原理、特點及應用

(3)從電極角度看，電火花加工必須制作成型用的電極；線切割加工用移動的細金屬導線做電極。

(4)從電極損耗角度看，電火花加工中電極相對靜止，易損耗，故通常采用多個電極加工；而線切割加工中由于電極絲連續(xù)移動，使新的電極絲不斷地補充和替換在電蝕加工區(qū)受到損耗的電極絲，避免了電極損耗對加工精度的影響。

(5)從應用角度看，電火花加工可以加工通孔、盲孔，特別適宜加工形狀復雜的塑料模具等零件的型腔以及刻文字、花紋等；而線切割加工只能加工通孔，能方便地加工出小孔、形狀復雜的窄縫及各種形狀復雜的零件。3.1電火花線切割加工原理、特點及應用

三、線切割加工的應用范圍（1）加工模具；加工精度：0.01~0.02mm（雙向高速走絲線切割機）

0.002~0.005mm（單向慢速走絲線切割機）（2）切割電火花成形加工用的電極；特別經(jīng)濟，同時適用于加工微細復雜形狀的電極（3）加工零件縮短試制周期，加工難加工零件。3.2電火花線切割加工設備3.2電火花線切割加工設備圖3-20穿絲示意圖3.2電火花線切割加工設備 (1)上絲以前，要先移開左、右行程開關(guān)，再啟動絲筒，將其移到行程左端或右端極限位置(目的是將電極絲上滿，如果不需要上滿，則需與極限位置有一段距離)。

(2)上絲過程中要打開上絲電機起停開關(guān)，并旋轉(zhuǎn)上絲電機電壓調(diào)節(jié)按鈕以調(diào)節(jié)上絲電機的反向力矩(目的是保證上絲過程中電極絲有均勻的張力，避免電極絲打折)。

(3)按照機床的操作說明書中上絲示意圖的提示將電極絲從絲盤上到儲絲筒上。 2.穿絲操作

(1)拉動電極絲頭，按照操作說明書說明依次繞接各導輪、導電塊至儲絲筒(如圖3-20所示)。在操作中要注意手的力度，防止電極絲打折。

(2)穿絲開始時，首先要保證儲絲筒上的電極絲與輔助導輪、張緊導輪、主導輪在同一個平面上，否則在運絲過程中，儲絲筒上的電極絲會重疊，從而導致斷絲。

(3)穿絲中要注意控制左右行程擋桿，使儲絲筒左右往返換向時，儲絲筒左右二端留有3～5mm的余量。 3.2.2電極絲垂直找正 在進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。

1．利用找正塊進行火花法找正 找正塊是一個六方體或類似六方體(如圖3-21(a)所示)。在校正電極絲垂直度時，首先目測電極絲的垂直度，若明顯不垂直，則調(diào)節(jié)U、V軸，使電極絲大致垂直工作臺；然后將找正塊放在工作臺上，在弱加工條件下，將電極絲沿X方向緩緩移向找正塊。

當電極絲快碰到找正塊時，電極絲與找正塊之間產(chǎn)生火花放電，然后肉眼觀察產(chǎn)生的火花：若火花上下均勻(如圖3-21(b)所示)，則表明在該方向上電極絲垂直度良好；若下面火花多(如圖3-21(c)所示)，則說明電極絲右傾，故將U軸的值調(diào)小，直至火花上下均勻；若上面火花多(如圖3-21(d)所示)，則說明電極絲左傾，故將U軸的值調(diào)大，直至火花上下均勻。同理，調(diào)節(jié)V軸的值，使電極絲在V軸垂直度良好。

圖3-21用火花法校正電極絲垂直度

在用火花法校正電極絲的垂直度時，需要注意以下幾點：

(1)找正塊使用一次后，其表面會留下細小的放電痕跡。下次找正時，要重新?lián)Q位置，不可用有放電痕跡的位置碰火花校正電極絲的垂直度。

(2)在精密零件加工前，分別校正U、V軸的垂直度后，需要再檢驗電極絲垂直度校正的效果。具體方法是：重新分別從U、V軸方向碰火花，看火花是否均勻，若U、V方向上火花均勻，則說明電極絲垂直度較好；若U、V方向上火花不均勻，則重新校正，再檢驗。

(3)在校正電極絲垂直度之前，電極絲應張緊，張力與加工中使用的張力相同。

(4)在用火花法校正電極絲垂直度時，電極絲要運轉(zhuǎn)，以免電極絲斷絲。 2．用校正器進行校正 校正器是一個觸點與指示燈構(gòu)成的光電校正裝置，電極絲與觸點接觸時指示燈亮。它的靈敏度較高，使用方便且直觀。底座用耐磨不變形的大理石或花崗巖制成(如圖3-22、圖3-23所示)。 使用校正器校正電極絲垂直度的方法與火花法大致相似。主要區(qū)別是：火花法是觀察火花上下是否均勻，而用校正器則是觀察指示燈。若在校正過程中，指示燈同時亮，則說明電極絲垂直度良好，否則需要校正。圖3-22垂直度校正器圖3-23DF55-J50A型垂直度校正器

在使用校正器校正電極絲的垂直度時，要注意以下幾點：

(1)電極絲停止走絲，不能放電。

(2)電極絲應張緊，電極絲的表面應干凈。

(3)若加工零件精度高，則電極絲垂直度在校正后需要檢查，其方法與火花法類似。

3.2.3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，需要認真、仔細地裝夾工件。

線切割加工的工件在裝夾過程中需要注意如下幾點：

(1)確認工件的設計基準或加工基準面，盡可能使設計或加工的基準面與X、Y軸平行。

(2)工件的基準面應清潔、無毛刺。經(jīng)過熱處理的工件，在穿絲孔內(nèi)及擴孔的臺階處，要清理熱處理殘物及氧化皮。

(3)工件裝夾的位置應有利于工件找正，并應與機床行程相適應。

(4)工件的裝夾應確保加工中電極絲不會過分靠近或誤切割機床工作臺。

(5)工件的夾緊力大小要適中、均勻，不得使工件變形或翹起。

線切割的裝夾方法較簡單，常見的裝夾方式如圖3-24所示。目前，很多線切割機床制造商都配有自己的專用加工夾具，圖3-25所示為北京阿奇公司生產(chǎn)的專用夾具及裝夾示意圖，圖3-26所示為3R專用夾具。圖3-24常見的裝夾方式圖3-25阿奇公司專用夾具及裝夾示意圖圖6-25阿奇公司專用夾具及裝夾示意圖圖3-263R專用夾具第三節(jié)電火花線切割控制系統(tǒng)和編程技術(shù)一、線切割G代碼(ISO)程序格式

ISO格式中，加工程序由若干段的指令組成。而段的組成為：

注：G代碼為機床控制指令，如G01為直線插補，G02和G03為圓弧插補；M為程序指令，如M01為選擇停，M02為程序結(jié)束指令；T指令用于控制操作面板動作，如T84打開噴液，T86送電極絲等。A350數(shù)控電火花線切割機床常用代碼

例3.1用ISO代碼編制加工圖所示的線切割加工程序。已知圖中A點為穿絲孔，加工方向沿A—B—C—D—E—F—A進行。FEDCBA8040R20

例3.1用ISO代碼編制加工圖所示的線切割加工程序。已知圖中A點為穿絲孔，加工方向沿A—B—C—D—E—F—A進行。FEDCBA8040R20開始N0010T86G90G92T84X0AB:N0020X80000Y0G01BC:N0030X80000Y40000G01CD:N0040X60000Y40000G01DE:N0050X20000Y40000I40000G02J40000EF:N0060X0Y40000FA:G01N0070Y0G01X0Y0結(jié)束N0080T85T87M02

例3.2工件輪廓如圖所示，加工起點(O，30)，順時針方向切割，可編程如下。

N0010

T84T86G91

G92X0Y30000N0020G01X0Y10000N0030G02X10000Y-10000I0J-10000N0040G01X0Y-20000N0050G01X20000Y0N0060G02X0Y-20000I0J-10000N0070G01X-40000Y0N0080G01X0Y40000N0090G02X10000Y10000I10000J0N0100G01X0Y-10000N0110T85T87M02第三節(jié)電火花線切割控制系統(tǒng)和編程技術(shù)二、線切割3B代碼程序格式 線切割加工軌跡圖形是由直線和圓弧組成的，它們的3B程序指令格式如表所示。

注：B為分隔符，它的作用是將X、Y、J數(shù)碼區(qū)分開來；X、Y為增量(相對)坐標值；J為加工線段的計數(shù)長度；G為加工線段計數(shù)方向；Z為加工指令。 1.直線的3B代碼編程

1)x，y值的確定

(1)以直線的起點為原點，建立正常的直角坐標系，x，y表示直線終點的坐標絕對值，單位為μm。

(2)在直線3B代碼中，x，y值主要是確定該直線的斜率，所以可將直線終點坐標的絕對值除以它們的最大公約數(shù)作為x，y的值，以簡化數(shù)值。 2)G的確定

G用來確定加工時的計數(shù)方向，分Gx和Gy。直線編程的計數(shù)方向的選取方法是：以要加工的直線的起點為原點，建立直角坐標系，取該直線終點坐標絕對值大的坐標軸為計數(shù)方向。具體確定方法為：終點坐標為xe，ye，令x=|xe|，y=|ye|，若y<x，則G=Gx；若y>x，則G=Gy；若y=x，則在一、三象限取G=Gy，在二、四象限取G=Gx。 由上可見，計數(shù)方向的確定以45°線為界，取與終點處走向較平行的軸作為計數(shù)方向。圖3-1G的確定 3)J的確定

J為計數(shù)長度，以μm為單位。以前編程應寫滿六位數(shù)，不足六位前面補零，現(xiàn)在的機床基本上可以不用補零。

J的取值方法為：由計數(shù)方向G確定投影方向，若G=Gx，則將直線向X軸投影得到長度的絕對值即為J的值；若G=Gy，則將直線向Y軸投影得到長度的絕對值即為J的值。

4)Z的確定 加工指令Z按照直線走向和終點的坐標不同可分為L1、L2、L3、L4，其中與+X軸重合的直線算作L1，與-X軸重合的直線算作L3，與+Y軸重合的直線算作L2，與-Y軸重合的直線算作L4。圖3-2Z的確定

如圖所示的軌跡形狀，請試著寫出其3B程序。(注：在本章圖形所標注的尺寸中若無說明，單位都為mm。)

圖3-3直線軌跡

綜上所述，圖3-3(b)、(c)、(d)中線段的3B代碼如表3-1所示。表3-13B代碼 2.圓弧的3B代碼編程

1)x，y值的確定 以圓弧的圓心為原點，建立正常的直角坐標系，x，y表示圓弧起點坐標的絕對值，單位為μm。如在圖(a)中，x=30000，y=40000；在圖(b)中，x=40000,y=30000。(a)B(-40,-30)YXA(30,40)A(30,40)X(b)YB(-40,-30) 2)G的確定

G用來確定加工時的計數(shù)方向，分Gx和Gy。圓弧編程的計數(shù)方向的選取方法是：以某圓心為原點建立直角坐標系，取終點坐標絕對值小的軸為計數(shù)方向。具體確定方法為：若圓弧終點坐標為(xe，ye)，令x=|xe|，y=|ye|，若x>y，則G=Gy(如圖(a)所示)；若y>x，則G=Gx(如圖(b)所示)；若y=x，則Gx、Gy均可。 3)J的確定 圓弧編程中J的取值方法為：由計數(shù)方向G確定投影方向，若G=Gx，則將圓弧向X軸投影；若G=Gy，則將圓弧向Y軸投影。J值為各個象限圓弧投影長度絕對值的和。如在圖(a)、(b)中，J1、J2、J3大小分別如圖中所示，J=|J1|+|J2|+|J3|。 圖3-4Z的確定 4)Z的確定 加工指令Z按照第一步進入的象限可分為R1、R2、R3、R4；按切割的走向可分為順圓S和逆圓N，于是共有8種指令：SR1、SR2、SR3、SR4、NR1、NR2、NR3、NR4，具體可參考圖3-4。

例3.3請寫出圖3-5所示軌跡的3B程序。

圖3-5編程圖形

解對圖3-5(a)，起點為A，終點為B，

J=J1+J2+J3+J4=10000+50000+50000+20000=130000

故其3B程序為：

B30000B40000B130000GyNR1

對圖3-5(b)，起點為B，終點為A，

J=J1+J2+J3+J4=40000+50000+50000+30000=170000

故其3B程序為：

B40000B30000B170000GxSR4

例3.4用3B代碼編制加工圖所示的線切割加工程序。已知圖中A點為穿絲孔，加工方向沿A—B—C—D—E—F—A進行。FEDCBA8040R20

例3.4用3B代碼編制加工圖所示的線切割加工程序。已知圖中A點為穿絲孔，加工方向沿A—B—C—D—E—F—A進行。FEDCBA8040R20AB:BB80000GXBBXBYBJGZL1BC:BB40000GyBL2CD:BB20000GXBL3DE:BB40000GyBSR4EF:BB20000GXBL3FA:BB40000GyBL42000008000000400002000002000040000003B程序代碼路線BXBYBJGZABB80000B0B80000GXL1BCB0B40000B40000GyL2CDB20000B0B20000GXL3DEB20000B0B40000GySR4EFB20000B0B20000GXL3FAB0B40000B40000GyL4D（停機）例3.5用3B代碼編制加工圖所示的線切割加工程序。604090R=501234ABCDAB:BB40000GXBBXBYBJGZL1BC:BB90000GyBL119CD:BB60000GXBNA:BB90000GyBL419400000

例3.6用3B代碼編制加工圖3-9所示的凸模線切割加工程序，圖中擬采用的加工路線E－D－C－B－A－E。圖3-9加工零件圖ED:BB14000GyBBXBYBJGZNR3DC:BB17000GxBL1CB:BB12000GxBNR4BA:BB17000GxBAE:BB14000GyBNR1100006000L3800060001700017000考慮補償?shù)木€切割3B編程FEDCBA8040R20AB:BB80200GXBBXBYBJGZL1BC:BB40200GyBL2CD:BB20200GXBL3DE:BB40000GyBSR1EF:BB20200GXBL3FA:BB40200GyBL419900100

例3.7

用3B代碼編制加工圖所示的線切割加工程序。已知電極絲的直徑為0.18mm，單邊放電間隙為0.01mm，圖中A點為穿絲孔，加工方向沿A—B—C—D—E—F—A進行。8020040200202002020040200

作業(yè)：用3B代碼編制加工圖所示的線切割加工程序。已知已知電極絲的直徑為0.18mm，單邊放電間隙為0.01mm，圖中A點為穿絲孔，加工方向沿A—B—C—D—E—F—G—H—I—J—A進行。第四節(jié)影響線切割工藝指標的因素 1．切割速度 線切割加工中的切割速度是指在保證一定的表面粗糙度的切割過程中，單位時間內(nèi)電極絲中心線在工件上切過的面積的總和，單位為mm2/min。最高切割速度是指在不計切割方向和表面粗糙度等條件下，所能達到的最大切割速度。通常快走絲線切割加工的切割速度為80～180mm2/min，它與加工電流大小有關(guān)，為了在不同脈沖電源、不同加工電流下比較切割效果，將每安培電流的切割速度稱為切割效率，一般切割效率為20mm2/(min·A)。一、線切割加工的主要工藝指標 2．加工精度 加工精度是指所加工工件的尺寸精度、形狀精度和位置精度的總稱。加工精度是一項綜合指標，它包括切割軌跡的控制精度、機械傳動精度、工件裝夾定位精度以及脈沖電源參數(shù)的波動、電極絲的直徑誤差、損耗與抖動、工作液臟污程度的變化、加工操作者的熟練程度等對加工精度的影響。

3．表面粗糙度 在我國和歐洲表面粗糙度常用輪廓算術(shù)平均偏差Ra(μm)來表示，在日本常用Rmax來表示。 4．電極絲損耗量 對快走絲機床，電極絲損耗量用電極絲在切割10000mm2面積后電極絲直徑的減少量來表示，一般減小量不應大于0.01mm。對慢走絲機床，由于電極絲是一次性的，故電極絲損耗量可忽略不計。二、電參數(shù)對工藝指標的影響 1．放電峰值電流ie對工藝指標的影響 放電峰值電流增大，單個脈沖能量增多，工件放電痕跡增大，故切割速度迅速提高。但表面粗糙度數(shù)值增大，電極絲損耗增大，加工精度有所下降。因此第一次切割加工及加工較厚工件時取較大的放電峰值電流。 放電峰值電流不能無限制增大，當其達到一定臨界值后，若再繼續(xù)增大峰值電流，則加工的穩(wěn)定性變差，加工速度明顯下降，甚至斷絲。 2．脈沖寬度ti對工藝指標的影響 在其他條件不變的情況下，增大脈沖寬度ti，線切割加工的速度提高，但表面粗糙度變差。這是因為當脈沖寬度增加時，單個脈沖放電能量增大，放電痕跡會變大。同時，隨著脈沖寬度的增加，電極絲損耗也變大。因為脈沖寬度增加，正離子對電極絲的轟擊加強，結(jié)果使得接負極的電極絲損耗變大。 當脈沖寬度ti增大到一臨界值后，線切割加工速度將隨脈沖寬度的增大而明顯減小。因為當脈沖寬度ti達到一臨界值后，加工穩(wěn)定性變差，從而影響了加工速度。 3．脈沖間隔to對工藝指標的影響 在其他條件不變的情況下，減小脈沖間隔to，脈沖頻率將提高，所以單位時間內(nèi)放電次數(shù)增多，平均電流增大，從而提高了切割速度。 脈沖間隔to在電火花加工中的主要作用是消電離和恢復液體介質(zhì)的絕緣。脈沖間隔to不能過小，否則會影響電蝕產(chǎn)物的排出和火花通道的消電離，導致加工穩(wěn)定性變差和加工速度降低，甚至斷絲。當然，也不是說脈沖間隔to越大，加工就越穩(wěn)定。脈沖間隔過大會使加工速度明顯降低，嚴重時不能連續(xù)進給，加工變得不穩(wěn)定。

4．極性 線切割加工因脈寬較窄，所以都用正極性加工，否則切割速度變低且電極絲損耗增大。

綜上所述，電參數(shù)對線切割電火花加工的工藝指標的影響有如下規(guī)律：

(1)加工速度隨著加工峰值電流、脈沖寬度的增大和脈沖間隔的減小而提高，即加工速度隨著加工平均電流的增加而提高。實驗證明，增大峰值電流對切割速度的影響比用增大脈寬的辦法顯著。

(2)加工表面粗糙度數(shù)值隨著加工峰值電流、脈沖寬度的增大及脈沖間隔的減小而增大，不過脈沖間隔對表面粗糙度影響較小。

實踐表明，在加工中改變電參數(shù)對工藝指標影響很大，必須根據(jù)具體的加工對象和要求，綜合考慮各因素及其相互影響關(guān)系，選取合適的電參數(shù)，既優(yōu)先滿足主要加工要求，又同時注意提高各項加工指標。例如，加工精密小零件時，精度和表面粗糙度是主要指標，加工速度是次要指標，這時選擇電參數(shù)主要滿足尺寸精度高、表面粗糙度好的要求。又如加工中、大型零件時，對尺寸的精度和表面粗糙度要求低一些，故可選較大的加工峰值電流、脈沖寬度，盡量獲得較高的加工速度。此外，不管加工對象和要求如何，還需選擇適當?shù)拿}沖間隔，以保證加工穩(wěn)定進行，提高脈沖利用率。因此選擇電參數(shù)值是相當重要的，只要能客觀地運用它們的最佳組合，就一定能夠獲得良好的加工效果。三、非電參數(shù)對工藝指標的影響 1.電極絲及其材料對工藝指標的影響 目前電火花線切割加工使用的電極絲材料有鉬絲、鎢絲、鎢鉬合金絲、黃銅絲、銅鎢絲等。 采用鎢絲加工時，可獲得較高的加工速度，但放電后絲質(zhì)易變脆，容易斷絲，故應用較少，只在慢走絲弱規(guī)準加工中尚有使用。鉬絲比鎢絲熔點低，抗拉強度低，但韌性好，在頻繁的急熱急冷變化過程中，絲質(zhì)不易變脆、不易斷絲。

鎢鉬絲(鎢、鉬各占50％的合金)加工效果比前兩種都好，它具有鎢、鉬兩者的特性，使用壽命和加工速度都比鉬絲高。黃銅絲加工速度較高，加工穩(wěn)定性好，但抗拉強度差，損耗大。銅鎢絲有較好的加工效果，但抗拉強度差些，價格比較昂貴，來源較少，故應用較少。 目前，快走絲線切割加工中廣泛使用鉬絲作為電極絲，慢走絲線切割加工中廣泛使用直徑為0.1mm以上的黃銅絲作為電極絲。 2.電極絲的直徑

若電極絲過粗，則難加工出內(nèi)尖角工件，降低了加工精度，同時切縫過寬使材料的蝕除量變大，加工速度也有所降低；若電極絲直徑過小，則抗拉強度低，易斷絲，而且切縫較窄，放電產(chǎn)物排除條件差，加工經(jīng)常出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，導致加工速度降低。細電極絲的優(yōu)點是可以得到較小半徑的內(nèi)尖角，加工精度能相應提高。表3-3是常見的幾種直徑的鉬絲的最小拉斷力?？熳呓z一般采用0.10～0.25mm的鉬絲。

表3-3幾種直徑的鉬絲的最小拉斷力

電極絲的直徑是根據(jù)加工要求和工藝條件選取的。在加工條件允許的情況下，可選用直徑大些的電極絲。直徑大，抗拉強度大，承受電流大，可采用較強的電規(guī)準進行加工，能夠提高輸出的脈沖能量，提高加工速度。同時，電極絲粗，切縫寬，放電產(chǎn)物排除條件好，加工過程穩(wěn)定，能提高脈沖利用率和加工速度。 3.走絲速度對工藝指標的影響 對于快走絲線切割機床，在一定的范圍內(nèi)，隨著走絲速度(簡稱絲速)的提高，有利于脈沖結(jié)束時放電通道迅速消電離。同時，高速運動的電極絲能把工作液帶入厚度較大工件的放電間隙中，有利于排屑和放電加工穩(wěn)定進行。故在一定加工條件下，隨著絲速的增大，加工速度提高。圖3-6為快走絲線切割機床走絲速度與切割速度關(guān)系的實驗曲線。實驗證明：當走絲速度由1.4m/s上升到7～9m/s時，走絲速度對切割速度的影響非常明顯。若再繼續(xù)增大走絲速度，切割速度不僅不增大，反而開始下降，這是因為絲速再增大，排屑條件雖然仍在改善，蝕除作用基本不變，但是儲絲筒一次排絲的運轉(zhuǎn)時間減少，使其在一定時間內(nèi)的正反向換向次數(shù)增多，非加工時間增多，從而使加工速度降低。圖3-6快速走絲方式絲速對加工速度的影響

對應最大加工速度的最佳走絲速度與工藝條件、加工對象有關(guān)，特別是與工件材料的厚度有很大關(guān)系。當其他工藝條件相同時，工件材料厚一些，對應于最大加工速度的走絲速度就高些，即圖3-6中的曲線將隨工件厚度增加而向右移。 在國產(chǎn)的快走絲機床中，有相當一部分機床的走絲速度可調(diào)節(jié)，比如深圳福斯特數(shù)控機床有限公司生產(chǎn)的線切割機床的走絲速度有3m/s、6m/s、9m/s、12m/s，可根據(jù)不同的加工工件厚度選用最佳的加工速度(如表3-4所示)；還有另外一些機床只有一種走絲速度，如北京阿奇公司的FW系列快走絲機床的走絲速度為8.7m/s。表3-4絲速選擇范圍表

對慢走絲線切割機床來說，同樣也是走絲速度越快，加工速度越快。因為慢走絲機床的電極絲的線速度范圍約為每秒零點幾毫米到幾百毫米。這種走絲方式是比較平穩(wěn)均勻的，電極絲抖動小，故加工出的零件表面粗糙度好、加工精度高；但絲速慢導致放電產(chǎn)物不能及時被帶出放電間隙，易造成短路及不穩(wěn)定放電現(xiàn)象。提高電極絲走絲速度，工作液容易被帶入放電間隙，放電產(chǎn)物也容易排出間隙之外，故改善了間隙狀態(tài)，進而可提高加工速度。但在一定的工藝條件下，當絲速達到某一值后，加工速度就趨向穩(wěn)定(如圖3-7所示)。 慢走絲線切割機床的最佳走絲速度與加工對象、電極絲材料、直徑等有關(guān)?，F(xiàn)在慢走絲機床的操作說明書中都會推薦相應的走絲速度值。圖3-7慢速走絲方式絲速對加工速度的影響 4．電極絲往復運動對工藝指標的影響 快走絲線切割加工時，加工工件表面往往會出現(xiàn)黑白交錯相間的條紋(如圖3-8所示)，電極絲進口處呈黑色，出口處呈白色。條紋的出現(xiàn)與電極絲的運動有關(guān)，這是排屑和冷卻條件不同造成的。電極絲從上向下運動時，工作液由電極絲從上部帶入工件內(nèi)，放電產(chǎn)物由電極絲從下部帶出。這時，上部工作液充分，冷卻條件好，下部工作液少，冷卻條件差，但排屑條件比上部好。工作液在放電間隙里受高溫熱裂分解，形成高壓氣體，急劇向外擴散，對上部蝕除物的排除造成困難。

這時，放電產(chǎn)生的炭黑等物質(zhì)將凝聚附著在上部加工表面上，使之呈黑色；在下部，排屑條件好，工作液少，放電產(chǎn)物中炭黑較少，而且放電常常是在氣體中發(fā)生的，因此加工表面呈白色。同理，當電極絲從下向上運動時，下部呈黑色，上部呈白色。這樣，經(jīng)過電火花線切割加工的表面，就形成黑白交錯相間的條紋。這是往復走絲工藝的特性之一。圖3-8與電極絲運動方向有關(guān)的條紋

由于加工表面兩端出現(xiàn)黑白交錯相間的條紋，使工件加工表面兩端的粗糙度比中部稍有下降。當電極絲較短、儲絲筒換向周期較短或者切割較厚工件時，如果進給速度和脈沖間隔調(diào)整不當，盡管加工結(jié)果看上去似乎沒有條紋，實際上條紋很密而互相重疊。 電極絲往復運動還會造成斜度。電極絲上下運動時，電極絲進口處與出口處的切縫寬窄不同(如圖3-9所示)。寬口是電極絲的入口處，窄口是電極絲的出口處。故當電極絲往復運動時，在同一切割表面中電極絲進口與出口的高低不同。這對加工精度和表面粗糙度是有影響的。圖3-10是切縫剖面示意圖。由圖可知，電極絲的切縫不是直壁縫，而是兩端小、中間大的鼓形縫。這也是往復走絲工藝的特性之一。圖3-9電極絲運動引起的斜度

圖3-10切縫剖面示意圖

對慢走絲線切割加工，上述不利于加工表面粗糙度的因素可以克服。一般慢速走絲線切割加工無須換向，加之便于維持放電間隙中的工作液和蝕除產(chǎn)物的大致均勻，所以可以避免黑白相間的條紋。同時，由于慢走絲系統(tǒng)電極絲運動速度低、走絲運動穩(wěn)定，因此不易產(chǎn)生較大的機械振動，從而避免了加工面的波紋。

5．電極絲張力對工藝指標的影響 電極絲張力對工藝指標的影響如圖3-11所示。由圖可知，在起始階段電極絲的張力越大，則切割速度越快，這是由于張力大時，電極絲的振幅變小，切縫寬度變窄，進給速度加快。圖3-11電極絲張力與進給速度圖

若電極絲的張力過小，一方面電極絲抖動厲害，會頻繁造成短路，以致加工不穩(wěn)定，加工精度不高；另一方面，電極絲過松使電極絲在加工過程中受放電壓力作用而產(chǎn)生的彎曲變形嚴重，結(jié)果電極絲切割軌跡落后并偏移工件輪廓，即出現(xiàn)加工滯后現(xiàn)象，從而造成型狀和尺寸誤差，如切割較厚的圓柱時會出現(xiàn)腰鼓形狀，嚴重時電極絲在快速運轉(zhuǎn)過程中會跳出導輪槽，從而造成斷絲等故障；但如果過分將張力增大，切割速度不僅不繼續(xù)上升，反而容易斷絲。電極絲斷絲的機械原因主要是由于電極絲本身受抗拉強度的限制。因此，在多次線切割加工中，往往初加工時電極絲的張力稍微調(diào)小，以保證不斷絲，在精加工時稍微調(diào)大，以減小電極絲抖動的幅度來提高加工精度。 6.工作液對工藝指標的影響 在相同的工作條件下，采用不同的工作液可以得到不同的加工速度、表面粗糙度。電火花線切割加工的切割速度與工作液的介電系數(shù)、流動性、洗滌性等有關(guān)?？熳呓z線切割機床的工作液有煤油、去離子水、乳化液、洗滌劑液、酒精溶液等。但由于煤油、酒精溶液加工時加工速度低、易燃燒，現(xiàn)已很少采用。目前，快走絲線切割工作液廣泛采用的是乳化液，其加工速度快。慢走絲線切割機床采用的工作液是去離子水和煤油。

工作液的注入方式和注入方向?qū)€切割加工精度有較大影響。工作液的注入方式有浸泡式、噴入式和浸泡噴入復合式。在浸泡式注入方法中，線切割加工區(qū)域流動性差，加工不穩(wěn)定，放電間隙大小不均勻，很難獲得理想的加工精度；噴入式注入方式是目前國產(chǎn)快走絲線切割機床應用最廣的一種，因為工作液以噴入這種方式強迫注入工作區(qū)域，其間隙的工作液流動更快，加工較穩(wěn)定。但是，由于工作液噴入時難免帶進一些空氣，故不時發(fā)生氣體介質(zhì)放電，其蝕除特性與液體介質(zhì)放電不同，從而影響了加工精度。浸泡式和噴入式比較，噴入式的優(yōu)點明顯，所以大多數(shù)快走絲線切割機床采用這種方式。在精密電火花線切割加工中，慢走絲線切割加工普遍采用浸泡噴入復合式的工作液注入方式，它既體現(xiàn)了噴入式的優(yōu)點，同時又避免了噴入時帶入空氣的隱患。

工作液的噴入方向分單向和雙向兩種。無論采用哪種噴入方向，在電火花線切割加工中，因切縫狹小、放電區(qū)域介質(zhì)液體的介電系數(shù)不均勻，所以放電間隙也不均勻，并且導致加工面不平、加工精度不高。 若采用單向噴入工作液，入口部分工作液純凈，出口處工作液雜質(zhì)較多，這樣會造成加工斜度(如圖3.12(a)所示)；若采用雙向噴入工作液，則上下入口較為純凈，中間部位雜質(zhì)較多，介電系數(shù)低，這樣造成鼓形切割面(如圖3-12(b)所示)。工件越厚，這種現(xiàn)象越明顯。圖3-12工作液噴入方式對線切割加工精度的影響 7.工件材料及厚度對工藝指標的影響

1）工件材料對工藝指標的影響 工藝條件大體相同的情況下，工件材料的化學、物理性能不同，加工效果也將會有較大差異。 在慢速走絲方式、煤油介質(zhì)情況下，加工銅件過程穩(wěn)定，加工速度較快。加工硬質(zhì)合金等高熔點、高硬度、高脆性材料時，加工穩(wěn)定性及加工速度都比加工銅件低。加工鋼件，特別是不銹鋼、磁鋼和未淬火或淬火硬度低的鋼等材料時，加工穩(wěn)定性差，加工速度低，表面粗糙度也差。

在快速走絲方式、乳化液介質(zhì)的情況下，加工銅件、鋁件時，加工過程穩(wěn)定，加工速度快。加工不銹鋼、磁鋼、末淬火或淬火硬度低的高碳鋼時，加工穩(wěn)定性差些，加工速度也低，表面粗糙度也差。加工硬質(zhì)合金鋼時，加工比較穩(wěn)定，加工速度低，但表面粗糙度好。 材料不同，加工效果不同，這是因為工件材料不同，脈沖放電能量在兩極上的分配、傳導和轉(zhuǎn)換都不同。從熱學觀點來看，材料的電火花加工性與其熔點、沸點有很大關(guān)系。表3-8為常用工件材料的有關(guān)元素或物質(zhì)的熔點和沸點。表3-8常用工件材料的有關(guān)元素或物質(zhì)的熔點和沸點

由表可知，常用的電極絲材料鉬的熔點為2625℃，沸點為4800℃，比鐵、硅、錳、鉻、銅、鋁的熔點和沸點都高，而比碳化鎢、碳化鈦等硬質(zhì)合金基體材料的熔點和沸點要低。在單個脈沖放電能量相同的情況下，用銅絲加工硬質(zhì)合金比加工鋼產(chǎn)生的放電痕跡小，加工速度低，同時電極絲損耗大，間隙狀態(tài)惡化時則易引起斷絲。 2）工件厚度對工藝指標的影響 工件材料薄，工作液容易進入和充滿放電間隙，對排屑和消電離有利，加工穩(wěn)定性好。但是工件若太薄，對固定絲架來說，電極絲從工件兩端面到導輪的距離大，易發(fā)生抖動，對加工精度和表面粗糙度帶來不良影響，且脈沖利用率低，切割速度下降；若工件材料太厚，工作液難進入和充滿放電間隙，這樣對排屑和消電離不利，加工穩(wěn)定性差。

工件材料的厚度大小對加工速度有較大影響。在一定的工藝條件下，加工速度將隨工件厚度的變化而變化，一般都有一個對應最大加工速度的工件厚度。圖3-13慢速走絲時工件厚度對加工速度的影響

圖3-14快速走絲時工件厚度對加工速度的影響 8.進給速度對工藝指標的影響

1）進給速度對加工速度的影響 在線切割加工時，工件不斷被蝕除，即有一個蝕除速度；另一方面，為了電火花放電正常進行，電極絲必須向前進給，即有一個進給速度。在正常加工中，蝕除速度大致等于進給速度，從而使放電間隙維持在一個正常的范圍內(nèi)，使線切割加工能連續(xù)進行下去。

可以通過示波器觀察加工中的脈沖波形來判別(如圖3-14所示)。在正常條件下，應該是加工波最濃，空載波和短路波基本一致，波形穩(wěn)定。如出現(xiàn)波形在空載波和短路波之間來回跳動，則說明加工不穩(wěn)定，這時需要調(diào)節(jié)常用的電參數(shù)和非電參數(shù)。 2）進給速度對工件表面質(zhì)量的影響 進給速度調(diào)節(jié)不當，不但會造成頻繁的短路、開路，而且還影響加工工件的表面粗糙度，致使出現(xiàn)不穩(wěn)定條紋，或者出現(xiàn)表面燒蝕現(xiàn)象。分下列幾種情況討論：

(1)進給速度過高。這時工件蝕除的線速度低于進給速度，會頻繁出現(xiàn)短路，造成加工不穩(wěn)定，平均加工速度降低，加工表面發(fā)焦，呈褐色，工件的上下端面均有過燒現(xiàn)象。

(2)進給速度過低。這時工件蝕除的線速度大于進給速度，經(jīng)常出現(xiàn)開路現(xiàn)象，導致加工不能連續(xù)進行，加工表面亦發(fā)焦，呈淡褐色，工件的上下端面也有過燒現(xiàn)象。

(3)進給速度稍低。這時工件蝕除的線速度略高于進給速度，加工表面較粗、較白，兩端面有黑白相間的條紋。

(4)進給速度適宜。這時工件蝕除的線速度與進給速度相匹配，加工表面細而亮，絲紋均勻。因此，在這種情況下，能得到表面粗糙度好、精度高的加工效果。 9.火花通道壓力對工藝指標的影響 在液體介質(zhì)中進行脈沖放電時，產(chǎn)生的放電壓力具有急劇爆發(fā)的性質(zhì)，對放電點附近的液體、氣體和蝕除物產(chǎn)生強大的沖擊作用，使之向四周噴射，同時伴隨發(fā)生光、聲等效應。這種火花通道的壓力對電極絲產(chǎn)生較大的后向推力，使電極絲發(fā)生彎曲。圖3-16是放電壓力使電極絲彎曲的示意圖。因此，實際加工軌跡往往落后于工作臺運動軌跡。例如，切割直角軌跡工件時，切割軌跡應在圖中a點處轉(zhuǎn)彎，但由于電極絲受到放電壓力的作用，實際加工軌跡如圖中實線所示，如圖3-17所示。圖3-16放電壓力使電極絲彎曲示意圖

為了減緩因電極絲受火花通道壓力而造成的滯后變形給工件造成的誤差，許多機床采用了許多特殊的補償措施。如圖3-1