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1、电火花线切割,主 讲:刘建伟2007年4月,第一讲 电火花线切割概述,电火花线切割加工(Wire Cut Electrical Discharge Machining，简称WCEDM)是在电火花加工基础上于50年代末在前苏联发展起来的一种新工艺，由于其加工过程是利用线状电极靠火花放电对工件进行切割，故称电火花线切割。目前，国内外的线切割机床已占电加工机床的60%以上。,一、线切割的基本原理,原理：利用上下高速移动的金属导线（铜丝或钼丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电、切割成形。其加工原理示意图如下图所示：,在这个加工过程中,工件接高频脉冲电源的正极,钼丝接高频脉冲电源的负极,当工件与钼丝接进到
2、一定距离(0.01-0.2mm)时,它们之间就产生火花放电,腐蚀工件(熔化,温度在10000度以上)。,火花放电过程中如此高的温度钼丝为何没有熔断 ？,二、线切割机床的分类,1）按走丝速度分 有高速走丝和低速走丝两种。高速走丝电火花线切割机床（WEDM-HS）的电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为6-11m/s，这是我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的电火花线切割加工模式；低速走丝电火花线切割机床（WEDM-LS）的电极丝作低速单向运动，一般走丝速度低于2.5m/s，这是国外生产和使用的主要机种。,2）按控制方式分 由靠模仿形控制、光电跟踪控制、数字程序控制以及微机控制等，前两种方法现已很
3、少采用。3）按脉冲电源形式分 有RC电源、晶体管电源、分组脉冲电源以及自适应控制电源等，RC电源现已基本不用。4）按加工特点分 有大、中、小型，以及普通直壁切割型与锥度切割型等。,三、线切割加工的特点,工件必须是导电材料；材料的去除是靠放电时的电能作用来实现的；工具电极和工件之间不直接接触，几乎没有切削力，所以加工的材料可以选用高硬度的材料（一般加工工件都可在淬火后进行）；,加工对象主要是平面形状，当机床上加上能使电极丝作相应倾斜运动的功能后，也可以加工锥面。但是不能加工盲孔；自动化程度高、操作方便，易于实现自动化；不需要制造成形电极，用简单的电极丝即可对工件进行加工。,四、线切割加工的用途,
4、（1）加工模具适用于各种形状的冲模。调整不同的间隙补偿量，只需一次编程就可以切割凸模、凸模固定板、凹模及卸料板等。模具配合间隙、加工精度通常都达到要求。此外，还可加工挤压模、粉末冶金模等通常带锥度模具。（2）加工电火花成形加工用的电极一般穿孔加工用的电极以及带锥度型腔加工用的电极，以及铜钨、银钨合金之类的电极材料，用线切割加工特别经济，同时也适用于加工微细复杂形状的电极。,（3）加工高硬度材料由于线切割主要是利用热能进行加工，在切割过程中工件与工具没有相互接触，没有相互作用力，所以可以加工一些高硬度材料，只要被加工的金属材料熔点在10000以下就可以。（4）加工贵重金属线切割是通过线状电极的“
5、切割”完成加工过程的，而我们常用的线状电极的直径很小（通常在0.13mm-0.18mm），所以切割的缝隙也很小，这便于节约材料，因此我们可以用来加工一些贵重金属材料。,（5）加工试验品在试制新产品时，用线切割在坯料上直接割出零件，例如试制切割特殊微电机硅钢片定转子铁心，由于不需另行制造模具，可大大缩短制造周期、降低成本。,第二讲 电火花线切割机床组成,一、典型设备,二、DK7740机床的组成部分,1-储丝筒；2-走丝溜板；3-丝架；4-上工作台；5-下工坐台；6-床身；7-脉冲电源及微机控制柜,三、低速与高速电火花线切割机床的比较,低速走丝线切割机床与高速走丝线切割机床在结构组成上基本一致，不
6、同之处在于：1.低速走丝线切割机床是单向运丝，而且电极丝（一般为黄铜丝）只使用一次；2.低速走丝线切割机床工艺指标（包括加工精度、表面粗糙度、复杂度等）明显高于高速走丝；,低速：加工精度为0.002-0.005mm，表面 粗糙度一般为Ra 1.25um ，最佳可达Ra 0.2um ； 高速：加工精度为0.01-0.02mm，表面粗糙度一般为Ra 5.0-2.5um ，最佳可达Ra 1.0um3.低速走丝线切割机床加工零件的厚度小于高速；4.低速走丝线切割机床价格高。,四、数控线切割技术的发展趋势,1.切割速度、加工精度、表面粗糙度、复杂度的进一步提高；,低速目前最高切割速度：300,2.线切割
7、机床逐步形成产品的系列化、标准化和通用化，向大型、精密、高效率、多功能及自动化等方向发展。,高速最高切割速度可达：260,第三讲 数控线切割编程,一、 数控线切割编程的概念,数控线切割机床的控制系统是根据人员的“命令”控制机床进行加工的，因此，必须事先把要进行线切割的工件几何图形，按线切割系统所能接受的“语言”编排好“命令”，输入到线切割机的数控系统中，所编制的“命令”就是线切割程序，编制“命令”的工作就叫做数控线切割编程。数控线切割编程可分为手工编程和自动编程两类。,手工编程人采用各种数学方法，使用一般的计算工具（包括电子计算器），对编程所需的数据进行处理和运算。通常是把图形分割成直线段和圆
8、弧段并把每段曲线关键点（起点、终点、圆心点等）的坐标一一定出，按这些曲线的关键点坐标进行编程。当零件的形状复杂或非园曲线时，手工编程的工作量大且容易出错。在手工编程技术领域内，已出现了三角法、解析法、增量法、表格法、六边形法、轨迹法、几何法等多种方法。,自动编程使用专门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求得个关键点坐标和编写数控加工所需要的数据，再根据各数据计算机自动编写数控加工代码。,二、手工编程,手工编程主要由3B、4B、5B、ISO，使用最多的是3B格式。为了与国际接轨，目前有的厂家也使用ISO代码。我们在这里主要介绍3B和ISO法。,1、3B
9、程序格式,（1）平面坐标系和坐标值X、Y,线切割加工所采用的坐标系为相对坐标系。 平面坐标系是这样规定的：面对机床工作台，工作台平面为坐标平面，左右方向为X轴，且向右为正；前后方向为Y轴，且向前为正。加工直线时，坐标原点移至加工起点，X、Y是终点相对于起点的绝对坐标。加工圆弧时，坐标原点移至圆心，X、Y是圆弧起点相对于圆心的绝对坐标值。注意：此处的坐标值无负值，且单位为微米,（2）计数方向G,有GX和GY两种，它的选取可按加工直线或圆弧终点坐标值的绝对值大小来选取。现以Xe、Ye分别表示X方向、Y方向终点坐标。直线计数方向加工直线时，终点靠近何轴，这计数方向取该轴，若与坐标轴成45度，任取一个
10、方向均可。,判断终点靠近那个轴的办法是：利用投影法， 如图所示：,圆弧计数方向加工圆弧时，终点靠近何轴，则计数方向取另（这与直线计数方向相反），若终点与两轴成45度，取X、Y均可。,（3）计数长度J,直线计数长度被加工的直线在计数方向坐标轴上的投影绝对值。两投影相同时任取一个即可。,圆弧计数长度指被加工的曲线在计数方向坐标轴上投影的绝对值总和。两投影相同时任取一个即可 。,（4）加工指令Z,加工指令可分为12种，用来传达机床打出的命令。分为直线和圆弧两大类。直线：L1、L2、L3、L4圆弧：顺圆：SR1、SR2、SR3、SR4逆圆：NR1、NR2、NR3、NR4,直线加工指令,圆加工指令,顺圆
11、,逆圆,特例,2、举例,程序为： B0B2000B2000GYL2; (引入、引出线OA) BOB10000B10000GYL2; (AB) B0B10000B20000GXNR4; (弧BC) BOB10000B10000GYL2; (CD) B30000B8040B30000GXL3; (DE) BOB23920B23920GYL4; (EF) B30000B8040B30000GXL4; (FA) B0B2000B2000GYL4; (OA) MJ; (结束符),3、编程中的补偿法,1）有公差尺寸的编程计算法对于有公差尺寸的编程，一般采用中差尺寸编程。从大量统计表明，加工后的实际尺寸大部
12、分是在公差带的中值附近，因此对标注有公差的尺寸，应采用中差尺寸编程。计算公式如下：中差尺寸=基本尺寸+（上偏差+下偏差）/2,2）间隙补偿问题在数控线切割机床上，电极丝的中心轨迹和图纸上工件轮廓差别的补偿称为间隙补偿。它可以分为编程补偿和自动补偿。编程补偿：按钼丝轨迹进行编程，把间隙补偿考虑进去。自动补偿：按零件实际轮廓轨迹进行编程，然后把需要补偿的量告诉数控系统，进行自动补偿。,三、自动编程,第四讲 数控电火花线切割加工工艺,一、数控电火花线切加工的主要工艺指标线切割加工的主要工艺指标有：切割速度表面粗糙度放电间隙加工精度电极丝损耗量,切割速度,在保持一定表面粗糙度的切割过程中，单位时间内电
13、极丝中心线在工件上切过的面积总和，单位mm2/min。高速走丝切割速度一般为4080 mm2/min。它与加工电流大小有关，为比较不同输出电流脉冲电源的切割效率，将每安培电流的切割速度称为切割效率，一般为20 mm2/(minA)。,表面粗糙度,高速走丝线切割的表面粗糙度可达Ra5.02.5m，最佳可达Ra1.0m左右；低速走丝线切割一般可达Ra1.25m，最佳可达Ra0.2m。,放电间隙,通常认为电极丝与工件之间的单边放电间隙在0.01mm左右，若脉冲电源的电压高些，放电间隙会大一些。,加工精度,加工精度是所加工工件的尺寸精度、形状精度和位置精度的总称。高速走丝线切割加工精度可达0.020.
14、01mm左右，低速走丝线切割可达0.0050.002mm左右。,电极丝损耗量,对高速走丝机床，采用电极丝切割10000mm2面积后电极丝直径的减少量来表示。一般每切割10000mm2面积后，电极丝（钼丝）直径减少不应小于0.01mm。,二、线切割加工的切割方式,线切割机床切割方式有： 直壁切割 切割时，电极丝与工件的移动平面垂直 锥度切割 切割时，电极丝与工件的移动平面是倾斜一定的角度，加工的工件具有一定的锥度。 上下异型面切割 切割时，电极丝与工件的移动平面式切斜的，并且倾斜角度是按要求变化的，亦即电极丝上端与下端按不同的型面编程。,三、线切割加工步骤及要求,1分析零件图纸,与其他金属加工一
15、样，在对工件进行电火花线切割前应充分对所要加工产品的零件图纸进行分析审核，主要从以下几个方面考虑： 1）尺寸要求：凹角、夹角的尺寸要符合线切割的加工要求； 2）形状要求：加工的必须是通孔零件； 3）材料要求：必须是导电材料，而且一般选用硬度大的材料； 4）精度要求：合理选择表面粗糙度和加工精度。,现以线切割加工为主要工艺，对钢进行加工路线如图所示。,2工艺处理,工艺处理是线切割加工步骤中的重要一环，主要包括以下几点：（1）工件夹具的设计和选择所涉及核选择的工件夹具应便于安装，便于协调工件和机床间的尺寸关系，且尽可能可以反复利用。在加工大型工件是应充分考虑工件的定位问题，特别是在加工快完成时，工件容易变形，使电极丝夹紧，导致断丝。这是可以考虑采用几块磁体将加工完成的地方吸住，保证加工的正常进行。,（2）正确选择穿丝孔、进刀线和退刀线穿丝孔是电极丝相对工件运动的起点，同时也是程序执行的原点，所以穿丝孔应选择在容易找正、并在加工过程中便于检查的位置。为保证加工精度，穿丝孔的位置应设置在工件上，一般为基准点位置。而在设置进刀线及退刀线时应注意不与轮廓第一条边重合、不与第一条边夹角过小或距离过近，最好是通过工件的中心线。,（3）确定合理的偏移量在加工凸模、凹模时对精度的要求很高，必须考虑电机丝及放电间隙对精度的影响，合理的偏移量应根据电极丝直径及机床参数来确定。,
