數控電火花線切割加工

數控電火花線切割加工1傳統(tǒng)的切削加工方法主要依靠機械能來切除金屬材料或非金屬材料。隨著工業(yè)生產和科學技術的發(fā)展，產生了多種利用其他能量形式進行加工的特種加工方法，主要是指直接利用電能、化學能、聲能和光能等來進行加工的方法。在此，機械能以外的能量形式的應用是特種加工區(qū)別于傳統(tǒng)加工的一個顯著標志。前言傳統(tǒng)的切削加工方法主要依靠機械能來切除金屬材料或非金屬材料。2新的能量形式直接作用于材料，使得加工產生了諸多特點，例如，加工用的工具硬度不必大于被加工材料的硬度，這就使得高硬度、高強度、高韌性材料的加工變得容易；又如，在加工過程中，工具和工件之間不存在顯著的機械切削力，從而使微細加工成為可能。正是這些特點，促使特種加工方法獲得了很大的發(fā)展，目前已廣泛應用于航空航天、電子、動力、電器、儀表、機械等行業(yè)。新的能量形式直接作用于材料，使得加工產生了諸多特點，例如，加3特種加工分類特種加工種類主要按其能量來源和工作原理的不同分類，主要有：

電、熱能：電火花加工，電子束加工，等離子束加工；

電、機械能：離子束加工；

電、化學能：電解加工、電解拋光；

電、化學、機械能：電解磨削、電解珩磨、陽極機械磨削；

光、熱能：激光加工；

化學能：化學加工、化學拋光；

聲、機械能：超聲波加工；

機械能：磨料噴射加工、磨料流加工、液體噴射加工。

電子束和離子束加工以及同時用幾種加工方式的復合加工線切割加工——屬于脈沖放電加工，要求被加工零件的導電性能良好。特種加工分類特種加工種類主要按其能量來源和工作原理的不同分類4線切割加工機發(fā)展史

20世紀中期,蘇聯(lián)拉扎林科夫婦研究開關觸點受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因時﹐發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時高溫可以使局部的金屬熔化﹑氧化而被腐蝕掉﹐從而開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工方法,線切割放電機也于1960年發(fā)明于蘇聯(lián)。當時以投影器觀看輪廓面前后左右手動進給工作臺面加工﹐其實認為加工速度雖慢﹐卻可加工傳統(tǒng)機械不易加工的微細形狀。代表的實用例子是化織噴嘴的異形孔加工。當時使用之加工液用礦物質性油(燈油)。絕緣性高﹐極間距離小﹐加工速度低于現(xiàn)在械械﹐實用性受限。

將之NC化﹐在脫離子水(接近蒸餾水)中加工的機種首先由瑞士放電加工機械制造廠在1969年巴黎工作母機展覽會中展出﹐改進加工速度﹐確立無人運轉狀況的安全性。但NC紙帶的制成卻很費事﹐若不用大型計算機自動程序設計﹐對使用者是很大的負擔。在廉價的自動程序設計裝置(AutomaticProgramedToolsAPT)出現(xiàn)前﹐普及甚緩。線切割屬電加工范疇,是由前蘇聯(lián)人發(fā)明的,我國是第一個用于工業(yè)生產的國家,當時由復但大學和蘇州長風機械廠合作生產的這是最早的機型叫復旦型,我們國內在此基礎上發(fā)展了快走絲系統(tǒng)(HS).歐美和日本發(fā)展了慢走系統(tǒng)(LS).線切割加工機發(fā)展史

20世紀中期,蘇聯(lián)拉扎林科夫5線切割機床的分類(1)根據控制方式的不同，電火花線切割機床分為：電氣靠模線切割機床；光電跟蹤線切割機床；數字控制線切割機床。(2)根據電極絲走絲方式的不同，數控線切割機床分為：快走絲線切割機床；慢走絲線切割機床。線切割機床的分類(1)根據控制方式的不同，電火花線切割機床分61)快走絲線切割機床①線電極運行速度較快(300—700m／min)。②可雙向往復運行，即絲電極可重復使用，直到絲電極損耗到一定程度或斷絲為止。③常用線電極為：鉬絲(Φ0.1～Φ0.2mm)。④工作液通常為：乳化液或皂化液。⑤由于電極絲的損耗和電極絲運動過程中換向的影響，其加工精度要比慢走絲差，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達到：0．01mm，表面粗糙度Rɑ為：0.63～1.25μm。1)快走絲線切割機床72)慢走絲線切割機床①線電極運行速度較低(0.5～15m/min)。②線電極只能單向運動，不能重復使用，這樣可避免電極損耗對加工精度的影響。③絲電極有：紫銅、黃銅、鎢、鉬和各種合金，直徑一般為0.1～0.35mm。④工作液：去離子水、煤油。⑤尺寸精度：±0.001mm⑥表面粗糙度：Ry0.3μm。2)慢走絲線切割機床8電火花線切割機床組成1．機床主體：床身、絲架、走絲機構、X—Y數控工作臺2．工作液系統(tǒng)3.

高頻電源：產生高頻矩形脈沖，脈沖信號的幅值、脈沖寬度可以根據不同工作狀況調節(jié)。4.

數控和伺服系統(tǒng)圖1—脈沖波形電火花線切割機床組成1．機床主體：床身、絲架、走絲機構、X—9線切割加工課件10線切割加工課件11

線切割放電加工基本原理

其基本工作原理利用移動的金屬絲作工具電極，并在金屬絲和工件間通以脈沖電流，利用脈沖放電的腐蝕作用對工件進行切割加工的。電火花線切割加工是利用工具電極（鉬絲）和工件兩極之間脈沖放電時產生的電腐蝕現(xiàn)象對工件進行尺寸加工。電火花腐蝕主要原因：兩電極在絕緣液體中靠近時，由于兩電極的微觀表面是凹凸不平，其電場分布不均勻離得最近凸點處的電場度最高，極間介質被擊穿，形成放電通道，電流迅速上升。在電場作用下，通道內的負電子高速奔向陽極，正離子奔向陰極形成火花放電，電子和離子在電場作用下高速運動時相互碰撞，陽極和陰極表面分別受到電子流和離子流的轟擊，使電極間隙內形成瞬時高溫熱源，通道中心溫度達到10000度以上。以致局部金屬材料熔化和氣化。

線切割放電加工基本原理其基本工作原理利用移動的金屬絲作12線切割加工課件13線切割加工課件14電火花數控線切割加工過程電火花數控線切割加工的過程中主要包含下列三部分內容(如圖1所示):

（1）電極絲與工件之間的脈沖放電。

（2）電極絲沿其軸向(垂直或Z方向)作走絲運動。

（3）工件相對于電極絲在X、Y平面內作數控運動。

電火花數控線切割加工過程電火花數控線切割加工的過程中主要包含15

(1)電火花線切割加工時電極絲和工件之間的脈沖放電

電火花線切割時電極絲接脈沖電源的負極，工件接脈沖電源的正極。在正負極之間加上脈沖電源，當來一個電脈沖時，在電極絲和工件之間產生一次火花放電，在放電通道的中心溫度瞬時可高達10000°C以上，高溫使工件金屬熔化，甚至有少量氣化，高溫也使電極絲和工件之間的工作液部分產生氣化，這些氣化后的工作液和金屬蒸氣瞬間迅速熱膨脹，并具有爆炸的特性。這種熱膨脹和局部微爆炸，將熔化和氣化了的金屬材料拋出而實現(xiàn)對工件材料進行電蝕切割加工。通常認為電極絲與工件之間的放電間隙在0.O1mm左右，若電脈沖的電壓高，放電間隙會大一些。

(1)電火花線切割加工時電極絲和工件之間的脈沖放電

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為了電火花加工的順利進行，必須創(chuàng)造條件保證每來一個電脈沖時在電極絲和工件之間產生的是火花放電而不是電弧放電。首先必須使兩個電脈沖之間有足夠的間隔時間，使放電間隙中的介質消電離，即使放電通道中的帶電粒子復合為中性粒子，恢復本次放電通道處間隙中介質的絕緣強度，以免總在同一處發(fā)生放電而導致電弧放電。一般脈沖間隔應為脈沖寬度的4倍以上。

為了電火花加工的順利進行，必須創(chuàng)造條件保證每來一個電脈17

為了保證火花放電時電極絲不被燒斷，必須向放電間隙注人大量工作液，以便電極絲得到充分冷卻。同時電極絲必須作高速軸向運動，以避免火花放電總在電極絲的局部位置而被燒斷，電極絲速度約在7~10m/s左右。高速運動的電極絲，還有利于不斷往放電間隙中帶入新的工作液，同時也有利于把電蝕產物從間隙中帶出去。

為了保證火花放電時電極絲不被燒斷，必須向放電間隙注人18

電火花線切割加工時，為了獲得比較好的表面粗糙度和高的尺寸精度，并保證電極絲不被燒斷，應選擇好相應的脈沖參數，并使工件和鉬絲之間的放電必須是火花放電，而不是電弧放電。

電火花線切割加工時，為了獲得比較好的表面粗糙度和高的19(2)電火花線切割加工的走絲運動

為了避免火花放電總在電極絲的局部位置而被燒斷，影響加工質量和生產效率。在加工過程中電極絲沿軸向作走絲運動。走絲原理如圖2所示。鉬絲整齊地纏繞在儲絲筒上，并形成一個閉合狀態(tài)，走絲電機帶動儲絲筒轉動時，通過導絲輪使鉬絲作軸線運動。圖2

走絲機構原理圖

(2)電火花線切割加工的走絲運動

為了避免火花放電總在電20(3)X、Y坐標工作臺運動

工件安裝在上下兩層的X、Y坐標工作臺上，分別由步進電動機驅動作數控運動。工件相對于電極絲的運動軌跡，是由線切割編程所決定的。圖3

上層工作臺的傳動示意圖(3)X、Y坐標工作臺運動工件安裝在上下兩層的X、Y坐標工21電火花線切割加工正常運行具備條件1.

鉬絲與工件的被加工表面之間必須保持一定間隙，間隙的寬度由工作電壓、加工量等加工條件而定。2.

電火花線切割機床加工時，必須在有一定絕緣性能的液體介質中進行，如煤油、皂化油、去離子水等，要求教高絕緣性是為了利于產生脈沖性的火花放電，液體介質還有排除間隙內電蝕產物和冷卻電極作用。鉬絲和工件被加工表面之間保持一定間隙，如果間隙過大，極間電壓不能擊穿極間介質，則不能產生電火花放電；如果間隙過小，則容易形成短路連接，也不能產生電火花放電。3.

必須采用脈沖電源，即火花放電必須是脈沖性、間歇性，圖1中ti為脈沖寬度、to為脈沖間隔、tp為脈沖周期。在脈沖間隔內，使間隙介質消除電離，使下一個脈沖能在兩極間擊穿放電電火花線切割加工正常運行具備條件1.

鉬絲與工件的被加工表22線切割加工工藝指標常用的工藝指標有：切割速度、加工精度和表面粗糙度。(1)切割速度1)線切割加工就是對工件進行切縫的加工。2)切割速度(或加工速度)表示：①單位時間內電極絲中心所切割過的有效面積(mm2/min)；②進給速度(mm／min)附加線切割厚度。(2)加工精度加工精度包括：被加工工件的形狀精度和位置精度。（3)加工表面粗糙度線切割加工工藝指標常用的工藝指標有：切割速度、加工精度和表面234.影響加工工藝指標的因素可分為電量與非電量因素的影響。(1)電參量對加工工藝指標的影響1)脈沖峰值電流對加工工藝指標的影響2)脈沖寬度對加工工藝指標的影響

3)脈沖頻率對加工工藝指標的影響4)電源電壓對加工工藝參數的影響(2)非電參量對加工工藝指標的影響1)走絲速度2)電極絲張力對加工工藝指標的影響3)電極絲對加工工藝指標的影響4)工件厚度對加工工藝指標的影響5)工作液對加工工藝指標的影響4.影響加工工藝指標的因素24線切割的加工形式線切割加工可以分為平面加工、錐度加工和二次切割加工等。圖錐度加工裝置1-電極絲回收2-電極絲下導軌3-電極絲上導軌4-電極絲供給5-V軸驅動器6-U軸驅動器7-Y軸驅動器8-X軸驅動器9-數控紙帶線切割的加工形式圖錐度加工裝置25圖錐度加工參數意義A：定義所要加工的錐度；Z1：程序面高度；Z2：加工速度顯示面高度；

Z3：上導嘴到工作臺上表面距離(等于ΔZ3+S+Z5)；Z5：與程序面對應的非程序面高度；

ΔZ3：用于確定Z3的參數，由系統(tǒng)自動測定；S：上導嘴與工件上表面間隙，一般取0.1～0.2mm為宜。圖錐度加工參數意義26電火花線切割加工的應用1．廣泛應用于加工各種沖模2．可以加工微細異形孔、窄縫和復雜形狀的工件3．加工樣板和成型刀具4．加工粉末冶金模、鑲拼型腔模、拉絲模、波紋板成型模5．加工硬質材料、切割薄片，切割貴重金屬材料6．加工凸輪，特殊的齒輪7．適合于小批量、多品種零件的加工，減少模具制作費用，縮短生產周期電火花線切割加工的應用1．廣泛應用于加工各種沖模27電火花線切割加工成品電火花線切割加工成品28電火花線切割穿孔電火花線切割穿孔29電火花線切割和成型機區(qū)別1．電火花線切割的工具電極是沿著電極絲軸線移動著的線電極，成型機工具電極是成型電極，與要求加工出的零件有相適應的截面或形狀2．線切割加工時工具和工件在水平兩個方向同時有相對伺服進給運動，成型機工件和工具只有一個相對的伺服進給運動電火花線切割和成型機區(qū)別1．電火花線切割的工具電極是沿著電極30編

程在數控機床中編輯程序有兩種方式，一種是手工編程，另一種是自動編程。人工編程采用各種數學方法，使用一般的計算工具，人工地對編程所需的數據進行處理和運算。為了簡化編程工作，利用電子計算機進行自動編程是必然趨勢。自動編程使用專用的數控語言及各種輸入手段向計算機輸入必要的形狀和尺寸數據，利用專門的應用軟件即可求得各交切點坐標及編寫加工程序所需的數據。編

程31手工編程線切割機床編程格式是用3B指令格式：編程格式如表1所示，表中B為分隔符，它的作用是把X、Y、J這些數碼分開，便于計算機識別。當程序往控制器輸入時，讀入第一個B后它使控制器作好接受J值的準備，讀入第二個B后作好接受Y軸坐標值的準備。讀入第三個B后作好接受J值的準備。加工斜線時，程序中X、Y必須是該斜線段終點相對起點的坐標值。加工圓弧時，程序中X、Y必須是圓弧起點相對其圓心的坐標值。X、Y、J的數值均以um為單位手工