数控电火花线切割加工

前言 传统的切削加工方法主要依靠机械能来切除金属材料或非金属材料。随着工业生产和科学技术的发展，产生了多种利用其他能量形式进行加工的特种加工方法，主要是指直接利用电能、化学能、声能和光能等来进行加工的方法。在此，机械能以外的能量形式的应用是特种加工区别于传统加工的一个显著标志。

新的能量形式直接作用于材料，使得加工产生了诸多特点，例如，加工用的工具硬度不必大于被加工材料的硬度，这就使得高硬度、高强度、高韧性材料的加工变得容易； 又如，在加工过程中，工具和工件之间不存在显著的机械切削力，从而使微细加工成为可能。 正是这些特点，促使特种加工方法获得了很大的发展，目前已广泛应用于航空航天、电子、动力、电器、仪表、机械等行业。

特种加工分类 线切割加工——属于脉冲放电加工，要求被加工零件的导电性能良好。 特种加工种类主要按其能量来源和工作原理的不同分类，主要有：     电、热能：电火花加工，电子束加工，等离子束加工；     电、机械能：离子束加工；     电、化学能：电解加工、电解抛光；     电、化学、机械能：电解磨削、电解珩磨、阳极机械磨削；     光、热能：激光加工；     化学能：化学加工、化学抛光；     声、机械能：超声波加工；     机械能：磨料喷射加工、磨料流加工、液体喷射加工。     电子束和离子束加工以及同时用几种加工方式的复合加工 线切割加工——属于脉冲放电加工，要求被加工零件的导电性能良好。

线切割加工机发展史      20世纪中期, 苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时﹐发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化﹑氧化而被腐蚀掉﹐从而开创和发明了电火花加 工方法, 线切割放电机也于1960年发明于苏联。当时以投影器观看轮廓面前后左右手动进给工作台面加工﹐其实认为加工速度虽慢﹐却可加工传统机械不易加工的微细形 状。代表的实用例子是化织喷嘴的异形孔加工。当时使用之加工液用矿物质性油(灯油)。绝缘性高﹐极间距离小﹐加工速度低于现在械械﹐实用性受限。      将之NC化﹐在脱离子水(接近蒸馏水)中加工的机种首先由瑞士放电加工机械制造厂在1969年巴黎工作母机展览会中展出﹐改进加工速度﹐确立无人运转状况 的安全性。但NC纸带的制成却很费事﹐若不用大型计算机自动程序设计﹐对使用者是很大的负担。在廉价的自动程序设计装置(Automatic Programed Tools APT)出现前﹐普及甚缓。 线切割属电加工范畴,是由前苏联人发明的,我国是第一个用于工业生产的国家,当时由复但大学和苏州长风机械厂合作生产的这是最早的机型叫复旦型,我们国内在此基础上发展了快走丝系统(HS).欧美和日本发展了慢走系统(LS).

线切割机床的分类 (1)根据控制方式的不同，电火花线切割机床分为： 电气靠模线切割机床；光电跟踪线切割机床；数字控制线切割机床。 (2)根据电极丝走丝方式的不同，数控线切割机床分为： 快走丝线切割机床；慢走丝线切割机床。

1)快走丝线切割机床 ①线电极运行速度较快(300—700m／min)。 ②可双向往复运行，即丝电极可重复使用，直到丝电极损耗到一定程度或断丝为止。 ③常用线电极为：钼丝(Φ0.1～Φ0.2mm)。 ④工作液通常为：乳化液或皂化液。 ⑤由于电极丝的损耗和电极丝运动过程中换向的影响，其加工精度要比慢走丝差，表面粗糙度要高； ⑥尺寸精度：0.015～0.02mm； ⑦表面粗糙度Rɑ：1．25～2.5μm。 ⑧一般尺寸精度最高可达到：0．01mm，表面粗糙度Rɑ为：0.63～1.25μm。

2)慢走丝线切割机床 ①线电极运行速度较低(0.5～15m/min)。 ②线电极只能单向运动，不能重复使用，这样可避免电极损耗对加工精度的影响。 ③丝电极有：紫铜、黄铜、钨、钼和各种合金，直径一般为0.1～0.35mm。 ④工作液：去离子水、煤油。 ⑤尺寸精度：±0.001mm ⑥表面粗糙度：Ry0.3μm。

电火花线切割机床组成 1．机床主体：床身、丝架、走丝机构、X—Y数控工作台 2．工作液系统 3.  高频电源：产生高频矩形脉冲，脉冲信号的幅值、脉冲宽度可以根据不同工作状况调节。 4.  数控和伺服系统 图1—脉冲波形

 线切割放电加工基本原理 其基本工作原理利用移动的金属丝作工具电极，并在金属丝和工件间通以脉冲电流，利用脉冲放电的腐蚀作用对工件进行切割加工的。 电火花线切割加工是利用工具电极（钼丝）和工件两极之间脉冲放电时产生的电腐蚀现象对工件进行尺寸加工。电火花腐蚀主要原因：两电极在绝缘液体中靠近时，由于两电极的微观表面是凹凸不平，其电场分布不均匀离得最近凸点处的电场度最高，极间介质被击穿，形成放电通道，电流迅速上升。在电场作用下，通道内的负电子高速奔向阳极，正离子奔向阴极形成火花放电，电子和离子在电场作用下高速运动时相互碰撞，阳极和阴极表面分别受到电子流和离子流的轰击，使电极间隙内形成瞬时高温热源，通道中心温度达到10000度以上。以致局部金属材料熔化和气化。

电火花数控线切割加工过程 电火花数控线切割加工的过程中主要包含下列三部分内容(如图1所示):     （1）电极丝与工件之间的脉冲放电。    （2）电极丝沿其轴向(垂直或Z方向)作走丝运动。     （3）工件相对于电极丝在X、Y平面内作数控运动。 

(1)电火花线切割加工时电极丝和工件之间的脉冲放电  (1)电火花线切割加工时电极丝和工件之间的脉冲放电    电火花线切割时电极丝接脉冲电源的负极，工件接脉冲电源的正极。在正负极之间加上脉冲电源，当来一个电脉冲时，在电极丝和工件之间产生一次火花放电，在放电通道的中心温度瞬时可高达10000°C以上，高温使工件金属熔化，甚至有少量气化，高温也使电极丝和工件之间的工作液部分产生气化，这些气化后的工作液和金属蒸气瞬间迅速热膨胀，并具有爆炸的特性。这种热膨胀和局部微爆炸，将熔化和气化了的金属材料抛出而实现对工件材料进行电蚀切割加工。通常认为电极丝与工件之间的放电间隙在0.O1mm左右，若电脉冲的电压高，放电间隙会大一些。 

   为了电火花加工的顺利进行，必须创造条件保证每来一个电脉冲时在电极丝和工件之间产生的是火花放电而不是电弧放电。首先必须使两个电脉冲之间有足够的间隔时间，使放电间隙中的介质消电离，即使放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，恢复本次放电通道处间隙中介质的绝缘强度，以免总在同一处发生放电而导致电弧放电。一般脉冲间隔应为脉冲宽度的4倍以上。 

    为了保证火花放电时电极丝不被烧断，必须向放电间隙注人大量工作液，以便电极丝得到充分冷却。同时电极丝必须作高速轴向运动，以避免火花放电总在电极丝的局部位置而被烧断，电极丝速度约在7~10m/s左右。高速运动的电极丝，还有利于不断往放电间隙中带入新的工作液，同时也有利于把电蚀产物从间隙中带出去。 

    电火花线切割加工时，为了获得比较好的表面粗糙度和高的尺寸精度，并保证电极丝不被烧断，应选择好相应的脉冲参数，并使工件和钼丝之间的放电必须是火花放电，而不是电弧放电。

(2)电火花线切割加工的走丝运动   为了避免火花放电总在电极丝的局部位置而被烧断，影响加工质量和生产效率。在加工过程中电极丝沿轴向作走丝运动。走丝原理如图2所示。钼丝整齐地缠绕在储丝筒上，并形成一个闭合状态，走丝电机带动储丝筒转动时，通过导丝轮使钼丝作轴线运动。 图2   走丝机构原理图

(3)X、Y坐标工作台运动 工件安装在上下两层的X、Y坐标工作台上，分别由步进电动机驱动作数控运动。工件相对于电极丝的运动轨迹，是由线切割编程所决定的。 图3   上层工作台的传动示意图

电火花线切割加工正常运行具备条件 1. 钼丝与工件的被加工表面之间必须保持一定间隙，间隙的宽度由工作电压 、加工量等加工条件而定。 1.  钼丝与工件的被加工表面之间必须保持一定间隙，间隙的宽度由工作电压 、加工量等加工条件而定。 2.  电火花线切割机床加工时，必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，如煤油、皂化油、去离子水等，要求教高绝缘性是为了利于产生脉冲性的火花放电，液体介质还有排除间隙内电蚀产物和冷却电极作用。钼丝和工件被加工表面之间保持一定间隙，如果间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，则不能产生电火花放电；如果间隙过小，则容易形成短路连接，也不能产生电火花放电。 3.  必须采用脉冲电源，即火花放电必须是脉冲性、间歇性，图1中ti为脉冲宽度、to为脉冲间隔、tp为脉冲周期。在脉冲间隔内，使间隙介质消除电离，使下一个脉冲能在两极间击穿放电

线切割加工工艺指标 常用的工艺指标有：切割速度、加工精度和表面粗糙度。 (1)切割速度 1)线切割加工就是对工件进行切缝的加工。 2)切割速度(或加工速度)表示： ①单位时间内电极丝中心所切割过的有效面积(mm2/min) ； ②进给速度(mm／min)附加线切割厚度。 (2)加工精度 加工精度包括：被加工工件的形状精度和位置精度。 （3)加工表面粗糙度

4.影响加工工艺指标的因素 可分为电量与非电量因素的影响。 (1)电参量对加工工艺指标的影响 1) 脉冲峰值电流 对加工工艺指标的影响 2)脉冲宽度对加工工艺指标的影响   3)脉冲频率对加工工艺指标的影响 4)电源电压对加工工艺参数的影响 (2)非电参量对加工工艺指标的影响 1)走丝速度 2)电极丝张力对加工工艺指标的影响 3)电极丝对加工工艺指标的影响 4)工件厚度对加工工艺指标的影响 5)工作液对加工工艺指标的影响

线切割的加工形式 线切割加工可以分为平面加工、锥度加工和二次切割加工等。 图 锥度加工装置 1-电极丝回收 2-电极丝下导轨 3-电极丝上导轨 4-电极丝供给 5-V轴驱动器 6-U轴驱动器 7-Y轴驱动器 8-X轴驱动器 9-数控纸带

图 锥度加工参数意义 A：定义所要加工的锥度；Z1：程序面高度； Z2：加工速度显示面高度；   Z3：上导嘴到工作台上表面距离(等于ΔZ3+S+Z5) ；Z5：与程序面对应的非程序面高度；  ΔZ3：用于确定Z3的参数，由系统自动测定；S：上导嘴与工件上表面间隙，一般取0.1～0.2mm为宜。

电火花线切割加工的应用 1．广泛应用于加工各种冲模 2．可以加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件 3．加工样板和成型刀具 4．加工粉末冶金模、镶拼型腔模、拉丝模、波纹板成型模 5．加工硬质材料、切割薄片，切割贵重金属材料 6．加工凸轮，特殊的齿轮 7．适合于小批量、多品种零件的加工，减少模具制作费用，缩短生产周期

电火花线切割加工成品

电火花线切割穿孔

电火花线切割和成型机区别 1．电火花线切割的工具电极是沿着电极丝轴线移动着的线电极，成型机工具电极是成型电极，与要求加工出的零件有相适应的截面或形状 2．线切割加工时工具和工件在水平两个方向同时有相对伺服进给运动，成型机工件和工具只有一个相对的伺服进给运动

编 程 在数控机床中编辑程序有两种方式，一种是手工编程，另一种是自动编程。 编  程 在数控机床中编辑程序有两种方式，一种是手工编程，另一种是自动编程。 人工编程采用各种数学方法，使用一般的计算工具，人工地对编程所需的数据进行处理和运算。为了简化编程工作，利用电子计算机进行自动编程是必然趋势。 自动编程使用专用的数控语言及各种输入手段向计算机输入必要的形状和尺寸数据，利用专门的应用软件即可求得各交切点坐标及编写加工程序所需的数据。

手工编程 线切割机床编程格式是用3B指令格式：编程格式如表1所示，表中B为分隔符，它的作用是把X、Y、J这些数码分开，便于计算机识别。当程序往控制器输入时，读入第一个B后它使控制器作好接受J值的准备，读入第二个B后作好接受Y轴坐标值的准备。读入第三个B后作好接受J值的准备。加工斜线时，程序中X、Y必须是该斜线段终点相对起点的坐标值。加工圆弧时，程序中X、Y必须是圆弧起点相对其圆心的坐标值。X、Y、J的数值均以um为单位

加工如图5形状轮廓，其中O点为起刀点，走刀路线可以从OA—AB—BC—CD—DE—EF—FA—AO，也可以从OA—AF—FE—ED—DC—CB—BA—AO，按OA—AB—BC—CD—DE—EF—FA—AO路线 编程举例 编程如下： 走直线OA：B0 B20000 B20000 GY L2 　　走直线AB：B40000 B0 B40000 GX L1 　　走直线BC：B30000 B30000 B30000 GX L1 　　走直线CD：B0 B20000 B20000 GY L2 　　走圆弧DE：B35000 B0 B70000 GY NR1 　　走直线EF：B0 B20000 B20000 GY L4 　　走圆弧FA：B0 B15000 B30000 GX SR2 　　走直线AO：B0 B20000 B20000 GY L4

自动编程 为了把图样中的信息和加工路线输入计算机，要利用一定的自动编程语言(数控语言)来表达，构成源程序。源程序输入后，必要的处理和计算工作则依靠应用软件(针对数控语言的编译程序)来实现。 我们这里的数控编程语言的处理程序主要分为三部分： (1)输入代码直接加工； (2)画图转化为代码加工； (3)扫描图形转化为代码加工 ；