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1、第三章,第一节 电火花线切割加工原理、特点及应用范围 第二节 电火花线切割加工设备 第三节 电火花线切割控制系统和编程技术 第四节 影响线切割工艺指标的因素 第五节 线切割加工工艺及其扩展应用,第一节 电火花线切割加工原理、特点及应用范围,一、线切割加工的原理 二、线切割加工的特点 三、线切割加工的应用范围,图3-1 电火花线切割原理 1绝缘底板 2工件 3脉冲电源 4钼丝 5导向轮 6支架 7贮丝筒,二、线切割加工的特点,1.电火花线切割加工与电火花成形加工的共性表现 2.线切割加工相比于电火花加工的不同特点,1.电火花线切割加工与电火花成形加工的共性表现,1) 线切割加工的电压、电流波形与
2、电火花加工的基本相似。 2) 线切割加工的加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律，材料的可加工性等也都与电火花加工的基本相似，可以加工硬质合金等一切导电材料。,2.线切割加工相比于电火花加工的不同特点,1) 由于电极工具是直径较小的细丝，故脉冲宽度、平均电流等不能太大，加工工艺参数的范围较小，属中、精正极性电火花加工，工件常接脉冲电源正极。 2) 采用水或水基工作液，不会引燃起火，容易实现安全无人运转，但由于工作液的电阻率远比煤油小，因而在开路状态下，仍有明显的电解电流。 3) 一般没有稳定电弧放电状态。 4) 电极与工件之间存在着“疏松接触”式轻压放电现象。 5) 省掉了成形的工具电极，大大
3、降低了成形工具电极的设计和制造费用，用简单的工具电极，靠数控技术实现复杂的切割轨迹，缩短了生产准备时间，加工周期短，这不光对新产品的试制很有意义，对大批生产也增加了快速性和柔性。 6) 电极丝比较细，可以加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件。,7) 由于采用移动的长电极丝进行加工，使单位长度电极丝的损耗较少，从而对加工精度的影响比较小，特别在低速走丝线切割加工时，电极丝一次性使用，电极丝损耗对加工精度的影响更小。,三、线切割加工的应用范围,(1) 加工模具 适用于各种形状的冲模。 (2) 切割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
4、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) 加工零件 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。,第二节 电火花线切割加工设备,一、机床本体 二、脉冲电源 三、工作液循环系统,第二节 电火花线切割加工设备,图3-2 往复高速走丝线切割加工设备组成 1贮丝筒 2走丝溜板 3丝架 4上滑板 5下滑板 6床身 7电源、控制柜,一、机床本体,1.床身 2.坐标工作台 3.走丝机构 4.锥度切割装置,图3-3 低速走丝线切割加工设备组成 1脉冲电源 2工件 3工作液箱 4去离子水
5、5泵 6新丝放丝卷筒 7工作台 8x轴电动机 9数控装置 10y轴电动机 11废丝卷筒,图3-4 低速走丝系统示意图 1废丝卷丝轮 2未使用的金属丝筒 3拉丝模 4张力电动机 5电极丝张力调节轴 6退火装置 7导向器 8工件,图3-5 低速走丝四轴联动锥度切割装置 1新丝卷筒 2上导向器 3电极丝 4废丝卷筒 5下导向器,4.锥度切割装置,(1) 导轮偏移式丝架 这种丝架主要用在高速走丝线切割机床上实现锥度切割。 (2) 导轮摆动式丝架 此法加工锥度不影响导轮磨损。 (3) 双坐标联动装置 在电极丝有恒张力控制的高速走丝和低速走丝线切割机床上广泛采用此类装置，它主要依靠上导向器作纵横两轴(称u
6、、v轴)驱动，与工作台的x、y轴在一起构成四数控轴同时控制(图3-5)。,二、脉冲电源,1.晶体管矩形波脉冲电源 2.高频分组脉冲电源 3.节能型脉冲电源 4.低速走丝线切割加工的脉冲电源,图3-6 晶体管矩形波脉冲电压、电流波形及其脉冲电源,2.高频分组脉冲电源,图3-7 高频分组脉冲电压波形,图3-8 高频分组脉冲电源的电路原理框图,图3-9 线切割节能型脉冲电源主回路和波形图 a)主回路图 b)电压电流波形图,第三节 电火花线切割控制系统和编程技术,一、线切割控制系统 二、线切割数控编程要点 三、自动编程,一、线切割控制系统,1) 轨迹控制：精确控制电极丝相对于工件的运动轨迹，以获得所需
7、的形状和尺寸。 2) 加工控制：主要包括对伺服进给速度、电源装置、走丝机构、工作液系统以及其他机床操作控制。 1.轨迹控制原理 2.加工控制功能,2.加工控制功能,(1) 进给速度控制 能根据加工间隙的平均电压或放电状态的变化，通过取样、变频电路，不定期地向计算机发出中断申请插补运算，自动调整伺服进给速度，保持某一平均放电间隙，使加工稳定，提高切割速度和加工精度。 (2) 短路回退 经常记忆电极丝经过的路线。 (3) 间隙补偿 线切割加工数控系统所控制的是电极丝中心移动的轨迹。 (4) 图形的缩放、旋转和平移 利用图形的任意缩放功能可以加工出任意比例的相似图形；利用任意角度的旋转功能可使齿轮、
8、电动机定转子等类零件的编程大大简化，只要编一个齿形的程序，就可切割出整个齿轮；而平移功能则同样极大地简化了跳步模具的编程。 (5) 适应控制 在工件厚度有变化的场合，能自动改变预置进给速度或电参数(包括加工电流、脉冲宽度、间隔)，不用人工调节就能自动进行高效率，高精度的稳定加工。 (6) 自动找中心 使孔中的电极丝自动找正后停止在孔中心处。,(7) 信息显示 可动态显示程序号、计数长度等轨迹参数，较完善地采用计算机CRT屏幕显示，还可以显示电规准参数和切割轨迹图形以及加工时间、耗电量等。,二、线切割数控编程要点,1.程序格式 2.直线的编程 3.圆弧的编程 4.整个工件的编程举例,图3-10
9、直线和圆弧的加工指令,2.直线的编程,1) 把直线的起点作为坐标的原点。 2) 把直线的终点坐标值作为x、y，均取绝对值，单位为m。 3) 计数长度J，按计数方向Gx或Gy取该直线在x轴或y轴上的投影值，即取x值或y值，以m为单位。 4) 计数方向的选取原则，应取此程序最后一步的轴向为计数方向。 5) 加工指令按直线走向和终点所在象限不同分为L1、L2、L3、L4，其中与+x轴重合的直线算作L1，与+y轴重合的算作L2，与-x轴重合的算作L3，其余类推。,3.圆弧的编程,1) 把圆弧的圆心作为坐标原点。 2) 把圆弧的起点坐标值作为x、y，均取绝对值，单位为m。 3) 计数长度J按计数方向取x
10、或y轴上的投影值，以m为单位。 4) 计数方向同样也取与该圆弧终点时走向较平行的轴向作为计数方向，以减少编程和加工误差。 5) 加工指令对圆弧而言，按其第一步所进入的象限可分为R1、R2、R3、R4；按切割走向又可分为顺圆S和逆圆N，于是共有8种指令，即SR1、SR2、SR3、SR4；NR1、NR2、NR3、NR4，如图3-10所示。,图3-11 编程图形,4.整个工件的编程举例,1) 加工直线。 2) 加工斜线。 3) 加工圆弧。 4) 加工斜线。,表3-1 程 序 表,图3-12 用扫描仪直接输入图形编程切割出的工件图形,第四节 影响线切割工艺指标的因素,一、线切割加工的主要工艺指标 二、
11、电参数的影响 三、非电参数的影响 四、合理选择电参数 五、合理调整变频进给的方法,一、线切割加工的主要工艺指标,1.切割速度 2.表面粗糙度 3.电极丝损耗量 4.加工精度,图3-13 线切割表面黑白条纹及其切缝形状 a)电极丝往复运动产生的黑白条纹 b)电极丝入口和出口处的宽度 c)电极丝不同走向处的剖面图 1电极丝运动方向 2微凹的黑色部分 3微凸的白色部分,二、电参数的影响,1.脉冲宽度ti 2.脉冲间隔t0 3.开路电压i 4.放电峰值电流e 5.放电波形,三、非电参数的影响,1.电极丝及其移动速度对工艺指标的影响 2.工件厚度及材料对工艺指标的影响 3.预置进给速度对工艺指标的影响,
12、2.工件厚度及材料对工艺指标的影响,1) 加工铜、铝、淬火钢时，加工过程稳定，切割速度高。 2) 加工不锈钢、磁钢、未淬火高碳钢时，稳定性较差，切割速度较低，表面质量不太好。 3) 加工硬质合金时，比较稳定，切割速度较低，表面粗糙度小。,四、合理选择电参数,1.要求切割速度高时 2.要求表面粗糙度好时 3.要求电极丝损耗小时 4.要求切割厚工件时,五、合理调整变频进给的方法,1.用示波器观察和分析加工状态的方法 2.用电压表和电流表观察分析加工状态的方法 3.按加工电流和短路电流的比值调节 4.计算出不同空载电压时不同的值,1.用示波器观察和分析加工状态的方法,1) 进给速度过高(过跟踪)(见
13、图3-14a)。 2) 进给速度过低(欠跟踪)(见图3-14b)。 3) 进给速度稍低(欠佳跟踪)。 4) 进给速度适宜(正常跟踪)(见3-14c)。,图3-14 加工时的几种波形 a)过跟踪 b)欠跟踪 c)正常跟踪,表3-2 根据进给状态调整变频的方法,表3-3 加工电流与短路电流的最佳比值,第五节 线切割加工工艺及其扩展应用,一、电火花线切割加工工艺及机床 二、线切割工艺的扩展应用,一、电火花线切割加工工艺及机床,1.具有切割直壁二维型面的线切割加工工艺的机床 2.具有斜度切割功能，可实现等锥角三维曲面切割工艺的机床 3.可实现变锥度、上下异形面切割工艺的机床,图3-15 线切割上下异形面工件,图3-16 工件倾斜、数控回转线,3Z20.tif,图3-18 数控移动加转动线切割加工螺旋曲面,图3-19 数控往复移动加转动线切割加工正弦曲面,图3-20 数控移动加转动线切割加工窄螺旋槽,图3-21 数控二轴联动加分度线切割加工宝塔,图3-22 数控二轴联动加 分度线切割加工太师椅,图3-23 数控三轴联动加分度线切割加工扭转四方锥台 a)加工原理图 b)外形图,
