第三章_电火花线切割加工.

1、第三章 电火花线切割加工电火花线切割原理n原理n用移动的金属丝（铜丝或钼丝）作电极，用脉冲火花放电进行切割成型n种类n往复高速走丝（快走丝8-10m/s）电火花线切割机床n单向低速走丝（慢走丝0.2m/s）电火花线切割机床图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贮丝筒线切割加工的特点n与穿孔成型加工的相同点与穿孔成型加工的相同点n1） 线切割加工的电压、电流波形与电火花加工的基本相似。n2） 线切割加工的加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律，n3）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。线切割加工的特点n与穿孔成型加工的不同

2、点与穿孔成型加工的不同点n1) 1) 正极性，脉宽小正极性，脉宽小：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。n2) 2) 采用水或水基工作液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。n3) 3) 一般没有稳定电弧放电状态一般没有稳定电弧放电状态。n4) 4) 电极与工件之间存在着电极与工件之间存在着“疏松接触疏松接触”式轻压放电现象。式轻压放电现象。n5) 5) 省掉了成形的工具电极省掉了成形的工具电极 大大降低了成形

3、工具电极的设计和制造费用。n6) 6) 可以加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件，但不能加工盲可以加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件，但不能加工盲孔。孔。n7) 7) 电极丝损耗小，加工精度高电极丝损耗小，加工精度高线切割加工的应用范围n(1) 加工模具加工模具n各种形状的冲模。n挤压模、粉末冶金模等通常带锥度模具。n(2) 切割电火花成形加工用切割电火花成形加工用的电极的电极n穿孔加工用的电极以及带锥度型腔加工用的电极n加工微细复杂形状的电极。n(3) 加工零件加工零件n难机加工材料（材料、工艺）n试制新产品n贵金属的切割级进模线切割加工零件第二节 电火花线切割加工设备n快走丝线切割机床快

4、走丝线切割机床n钼丝，走丝速度大于6 10m/sn使用0.030.25钼丝往复走丝n乳化液：基础油、乳化剂、防锈剂、爆炸剂、洗涤剂、润滑剂等组成n加工精度差，价格便宜n慢走丝线切割机床（冲水式、浸水慢走丝线切割机床（冲水式、浸水式）式）n铜丝，走丝速度0.001 0.25m/sn使用0.0030.03铜丝一次性使用n工作液为去离子水:不易起弧，不燃、无味n加工精度高，价格昂贵n中走丝线切割机床中走丝线切割机床n走丝速度0.25 6m/s线切割机床的结构n一、机床本体一、机床本体n床身（单立柱悬臂式 ；双立柱龙门式 ）n坐标工作台n走丝机构n锥度加工装置n二、脉冲电源二、脉冲电源n三、工作液循三

5、、工作液循环系统环系统图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n慢走丝线切割机床慢走丝线切割机床1516往复高速机床的走丝机构n走丝机构：走丝机构：n储丝筒n导轮n副导轮n断丝保护n进电块n张紧装置n锥度加工装置丝筒结构丝筒结构运丝及张力机构运丝及张力机构低速走丝系统图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n慢走丝线切割加工的运丝原理慢走丝线切割加工的运丝原理n慢走丝线切割的自动断丝慢走丝线切割的自动断丝锥度切割装置n(1) 导轮偏移式丝架导轮偏移式丝架这种丝

6、架主要用在高速走丝线切割机床上实现锥度切割。n(2) 导轮摆动式丝架导轮摆动式丝架此法加工锥度不影响导轮磨损。n(3) 双坐标联动装置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、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)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下导向器快慢走丝线切割机床加工工艺水平比较快走丝线切割机快走丝线切割机慢走丝线切割机慢走丝线切割机切割速度（mm2/min)2016020240加工精度/mm0.020.0050.0050.002表面粗

7、糙度/m1.63.20.11.6重复定位精度/mm0.010.002最大切割厚度/mm钢500，铜610400最小切割宽度/mm0.040.090.00450.014脉冲电源n1.晶体管矩形波脉冲电源晶体管矩形波脉冲电源n2.高频分组脉冲电源高频分组脉冲电源n3.节能型脉冲电源节能型脉冲电源n4.低速走丝线切割加工的脉冲电源低速走丝线切割加工的脉冲电源晶体管矩形波脉冲电源n控制功率管控制功率管VT的基极以形成脉冲的基极以形成脉冲图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n解决切割速度与粗糙度的矛盾解决切割速度与粗糙度的矛盾图3-7高频分组脉冲电压波形高频分组脉冲电源

8、原理图图3-8高频分组脉冲电源的电路原理框图3.节能型脉冲电源n利用电感代替电阻，避免发热利用电感代替电阻，避免发热n电感中剩余电能反输给电源电感中剩余电能反输给电源图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4.低速走丝线切割加工的脉冲电源n特点：特点：n峰值电流大（100500A）n脉宽极短（0.11m)n脉冲电源脉冲电源nR-C脉冲电源n晶体管脉冲电源工作液循环系统n工作液的作用是工作液的作用是n加工介质n冷却作用n排除电蚀产物n工作液循环系统：工作液循环系统：连续充分供给清洁的工作液，以保证脉冲放电过程稳定而顺利地进行。n快走丝线切割机床的工作液循环系统快走

9、丝线切割机床的工作液循环系统n工作液：种类繁多的专用乳化液n工作液循环与过滤装置主要包括：工作液箱、工作液泵、流量控制阀、进液管、回液管、过滤网罩等。n慢走丝线切割机床的工作液循环系统慢走丝线切割机床的工作液循环系统n工作液：去离子水，精加工时用煤油n工作液循环系统：去离子水系统图 去离子系统 滤芯滤芯 过滤筒过滤筒 洁水箱洁水箱污水箱污水箱第三节电火花线切割控制系统和编程技术一、线切割控制系统一、线切割控制系统二、线切割数控编程要点二、线切割数控编程要点三、自动编程三、自动编程一、线切割控制系统n1) 轨迹控制：轨迹控制：精确控制电极丝相对于工件的运动轨迹，以获得所需的形状和尺寸。n2) 加

10、工控制：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。 偏差判断进给偏差计算终点判断1、轨迹控制 0 xyB直线oxy曲线 2.加工控制功能(1)(1)进给速度控制进给速度控制n根据加工轨迹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) (2) 短路回退短路回退n记忆路线，原路回退。(3) (3) 间隙补偿间隙补偿n人工编程补偿。n自动补偿(4) (4) 图形的缩放、旋转和平移图形的缩放、旋转和平移n图形的切割n旋转功能：齿轮、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；n平移功能

11、：跳步模具的编程。加工控制功能(5) (5) 适应控制适应控制n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) (6) 自动找中心自动找中心n使孔中的电极丝自动找正后停止在孔中心处。(7) (7) 信息显示信息显示n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（3B）nB B 分隔符nX X，y y 坐标（直线-终点；圆弧-起点）nj j 计数长度nG G 计数方向（Gx或Gy）nZ Z 加工指

12、令1、程序格式：Bx By Bj G Z计数方向(GxGy)和计数长度(j)n计数方向计数方向n无论直线还是圆弧均按终点终点的落点位置来确定n计数长度计数长度n直线：计数方向坐标轴上投影投影的绝对值n圆弧：在计数方向坐标轴上投影投影的绝对值的总合总合(a) 加工直线 (b) 加工圆弧 计数方向的确定圆弧计数方向判别L2:(-5,15)GyGxL1:(15,10)直线计数方向L1:Gx L2:GyA圆弧1计数方向:GxBA圆弧2计数方向:GyB计数长度及计数方向例子图3-10直线和圆弧的加工指令加工指令(Z)传送被加工图形的形状、所在象限和加工方向等信息的加工直线直线在一、二、三、四象限时，用L

13、1、L2、L3、L4表示圆弧起点在一、二、三、四象限时，分别用SR1、SR2、SR3、SR4或NR1、NR2、NR3、NR4表示（SR:顺圆，NR：逆圆）圆弧起点在坐标轴上时，用跨过的象限表示2.直线的编程n1 1）把直线的）把直线的起点起点作为作为坐标的原点。坐标的原点。n2) 2) 把直线的把直线的终点坐标终点坐标值值作为作为x x、y y，均取绝均取绝对值，单位为对值，单位为mm。n3 3）计数方向的选取原）计数方向的选取原则则: :终点位置终点位置n3) 3) 计数长度计数长度J J：按计按计数方向所在轴上的投数方向所在轴上的投影值（影值（mm）n4 4）加工指令：）加工指令：按象限按

14、象限3.圆弧的编程n1)1)坐标原点：坐标原点：圆弧的圆心。n2) x2) x、y y：圆弧的起点坐标值（单位为m）。n3)3)计数方向：计数方向：落点n计数长度计数长度J J：计数方向轴上的投影绝对值分段合计，m为单位。n4)4)加工指令：加工指令：起点象限和顺逆47图3-11编程图形编程举例n直线直线AB:n BBB40000GxL1n斜线斜线BC: nB1B9B90000GyL1n圆弧圆弧CDnB30000B40000B60000GxNR1n斜线斜线DAnB1B9B90000GyL4表3-1程序表程程序序B Bx xB By yB BJ JG GZ Z1 12 23 34 45 5B B

15、B BB BB B1 130000300001 1B BB BB BB B9 940000400009 9B BB BB BB B4000040000900009000060000600009000090000G Gx x G Gy yG Gx xG Gy yL L1 1L L1 1NRNR1 1L L4 4D(D(停机码停机码) )程序表（2）ISO代码及编程nISOISO代码为国际标准编程代码，其采用可变程代码为国际标准编程代码，其采用可变程序段格式，较序段格式，较3 3B B、4 4B B代码格式简单、灵活代码格式简单、灵活n采用采用ISOISO代码进行数控编程是电加工编程的必代码进行数

16、控编程是电加工编程的必然趋势然趋势代码功 能代码功 能G00快速定位G55加工坐标系2G01直线插补G56加工坐标系3G02顺时针圆弧插补G57加工坐标系4G03逆时针圆弧插补G58加工坐标系5G05X轴镜像G59加工坐标系6G06Y轴镜像G80接触感知G07X、Y轴交换G82半程移动G08X轴镜像，Y轴镜像G84微弱放电找正G09X轴镜像，X、Y轴交换G90绝对坐标G10Y轴镜像，X、Y轴交换G91增量坐标G11X、Y轴镜像，X、Y轴交换G92定起点G12取消镜像M00程序暂停G40取消间隙补偿M02程序结束G41左偏间隙补偿 D偏移量M05接触感知解除G42右偏间隙补偿 D偏移量M96主程

17、序调用文件程序G50取消锥度M97主程序调用文件结束G51锥度左偏 A角度值W下导轮到工作台面高度G52锥度右偏 A角度值H工作厚度G54加工坐标系1S工作台面到上导轮高度间隙补偿指令G40、G41 、G42nG40G40取消间隙补偿指令；取消间隙补偿指令；nG41G41左偏补指令左偏补指令nG42G42右偏补指令。右偏补指令。n程序格式程序格式 G40 G40 （单列一段）（单列一段）n G41 D _ G41 D _ n G42 D_ G42 D_n D D表示偏移量。表示偏移量。锥度加工指令G50、G51、G52nG51G51锥度左偏指令锥度左偏指令nG52G52锥度右偏指令锥度右偏指令

18、nG50G50取消锥度指令。取消锥度指令。n顺着丝电极走丝方向看，丝电极向左偏离即为左偏，向右偏离为右偏n程序格式程序格式 G51 A_G51 A_nG52 A_nG50 （单列一段）nA A角度值。一般四轴联角度值。一般四轴联动 机 床 切 割 锥 度 可 达动 机 床 切 割 锥 度 可 达1515/50mm/50mm。nW W下导轮中心到工作台下导轮中心到工作台的距离，的距离，mmmmnH H工件厚度，工件厚度，mmmmnS S工件台面至上导轮中工件台面至上导轮中心高度，心高度，mmmmn例：编制图示凹模例：编制图示凹模的切割程序。电极的切割程序。电极丝直径为丝直径为0.12mm0.12

19、mm，单 边 放 电 间 隙 为单 边 放 电 间 隙 为0.01mm0.01mm，刃口斜度，刃口斜度A=0.5A=0.5，工件厚度，工件厚度为为H H=15mm=15mm，下导轮，下导轮中心到工作台面的中心到工作台面的距离距离W W=60mm=60mm，工作，工作台面到上导轮中心台面到上导轮中心的高度的高度S S=100mm=100mm。ISO编程例子n1 1）计算偏移量：）计算偏移量：mm=0.12/2+0.01=0.07mmmm=0.12/2+0.01=0.07mmn2 2）编写加工程序：）编写加工程序：P01 P01 nW60000H15000S100000nG51 A0.5G42 D

20、70G01 X5000 Y10000nG02 X5000 Y-10000 I0 J-10000nG01 X-5000 Y-10000nG02 X-5000 Y10000 I0 J10000nG01 X5000 Y10000nG50G40G01 X0 Y0nM02 ISO编程例子手动操作指令G80、G82、G84nG80G80接触感知指令，利用接触感知指令，利用G80G80代码可以使电代码可以使电极丝从现行位置接触到工件，然后停止极丝从现行位置接触到工件，然后停止nG82G82半程移动指令，半程移动指令，G82G82使加工位置沿指使加工位置沿指定坐标轴返回一半的距离，即当前坐标系中定坐标轴返回一

21、半的距离，即当前坐标系中坐标值的一半的位置坐标值的一半的位置nG84G84校正电极丝指令，校正电极丝指令，G84G84指令能通过微弱指令能通过微弱放电校正电极丝与工作台的垂直，在加工前放电校正电极丝与工作台的垂直，在加工前一般要先进行校正。一般要先进行校正。系统辅助功能指令MnM00M00程序暂停，按程序暂停，按“回车回车”键才能执行键才能执行下面程序，丝电极在加工中进行装拆前后应下面程序，丝电极在加工中进行装拆前后应用；用；M02M02程序结束，系统复位；程序结束，系统复位；nM05M05接触感知解除；接触感知解除；nM96M96程序调用（子程序）；程序调用（子程序）；nM97M97子程序调

22、用结束。子程序调用结束。（3）ISO程序编制方法及步骤 n1 1）根据相应的装夹情况和切割方向，确）根据相应的装夹情况和切割方向，确定相应计算坐标系定相应计算坐标系n2 2）按选定的电极丝半径）按选定的电极丝半径r r，放电间隙，放电间隙计算电极丝中心相对工件轮廓的偏移量计算电极丝中心相对工件轮廓的偏移量D=r+D=r+n3 3）采用）采用ISOISO格式编程，将需切割的工件格式编程，将需切割的工件轮廓分割成直线和圆弧，按轮廓平均尺轮廓分割成直线和圆弧，按轮廓平均尺寸计算出各线段交点的坐标寸计算出各线段交点的坐标（3）ISO程序编制方法及步骤 n4 4）确定穿丝孔）确定穿丝孔n5 5）根据电极

23、丝中心轨迹（或轮廓）各交点坐）根据电极丝中心轨迹（或轮廓）各交点坐标值及各线段的加工顺序，逐段编制切割程序。标值及各线段的加工顺序，逐段编制切割程序。n6 6）程序检验，编好的程序一般要经过检验才）程序检验，编好的程序一般要经过检验才能用于正式加工。机床数控系统一般都提供程能用于正式加工。机床数控系统一般都提供程序检验的方法，常见的方法有画图检验和空运序检验的方法，常见的方法有画图检验和空运行等。行等。 图3-12用扫描仪直接输入图形编程切割出的工件图形三. 自动编程nCAXACAXA线切割线切割XP:XP:操作者首先在计算机屏幕上画出要加工的零件图形，线切割专用软件会自动将图形转化为ISO代

24、码或3B代码等线切割程序。n图形：图形：扫描输入并处理成“一笔画”第四节影响线切割工艺指标的因素n一、线切割加工的主要工艺指标一、线切割加工的主要工艺指标n二、电参数的影响二、电参数的影响n三、非电参数的影响三、非电参数的影响n四、合理选择电参数四、合理选择电参数n五、合理调整变频进给的方法五、合理调整变频进给的方法一、线切割加工的主要工艺指标1.1.切割速度：切割速度：单位时间内电极丝中心线所切工件面积的总和单位时间内电极丝中心线所切工件面积的总和n高速走丝：切割速度 20180mm2/min，切割效率20mm2/(min.A)n低速走丝：切割速度 20240mm2/min2.2.表面粗糙度

25、：表面粗糙度：轮廓算术平均偏差轮廓算术平均偏差R Ra a( (m) )n高速走丝：Ra 52.5m，最佳1m，电极丝换向造成黑白纹。n低速走丝： Ra 1.25m，最佳0.04m3.3.电极丝损耗量电极丝损耗量: :切割切割10000mm10000mm2 2后电极丝直径的减少量后电极丝直径的减少量n高速走丝：每切割10000m3，直径减小不大于0.01mm。n低速走丝：忽略不计4.4.加工精度：加工精度：尺寸精度、形状精度、位置精度尺寸精度、形状精度、位置精度n高速走丝：0.010.02mmn低速走丝： 0.002 0.005mm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

26、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微凸的白色部分线切割的黑白纹n形成原因：电极丝换向造成出入口工作液供应和蚀除产物排除情况形成原因：电极丝换向造成出入口工作液供应和蚀除产物排除情况不同：不同：n入口：工作液供应充分，蚀除量大，产物排除差，碳沉积多形成黑纹n出口：工作液少，蚀除量小，产物排除好，碳沉积少形成白纹二、电参数的影响n1.1.脉冲宽度脉冲宽度t ti i：脉宽大，切割速度快，粗糙度差n高速走丝：260Sn低速走丝：0.5100S2.2.脉冲间隔脉冲间隔t t0 0 ： t0减小，加工速度加快，容易引起电弧和断丝3.3.开

27、路电压开路电压u ui i ：开路电压增大，峰值电流增大，加工间隙增大4.4.放电峰值电流放电峰值电流i ie e ： ie增大，切割速度提高，丝损加大，应减小脉宽5.5.放电波形：放电波形：高频分组脉冲加工效果好三、非电参数的影响n1.1.电极丝及其移动速度对工艺指标的影响电极丝及其移动速度对工艺指标的影响n材料：钼丝；铜丝n直径：切缝宽度，允许的峰值电流n速度：工作液进入，电蚀产物排除，丝损n恒张力系统：减少丝振2.2.工件厚度及材料对工艺指标的影响工件厚度及材料对工艺指标的影响n厚度：n薄板：排屑容易，选宽脉冲，窄脉间n厚板：排屑不易，选窄脉冲，宽脉间n材料：n切割性能好（铝、铜、淬火钢

28、），n切割性能中（硬质合金）；n切割性能差（不锈钢、磁钢、未淬火钢）3.3.预置进给速度对工艺指标的影响预置进给速度对工艺指标的影响n预置进给速度太快：n预置进给速度太慢：四、合理选择电参数1.1.要求切割速度高时要求切割速度高时n空载电压高，短路电流大，脉冲宽度大2.2.要求表面粗糙度好时要求表面粗糙度好时n脉宽小、脉间适当、峰值电压低、峰值电流小n分组脉冲3.3.要求电极丝损耗小时要求电极丝损耗小时n脉冲电流波德前沿上升缓慢4.4.要求切割厚工件时要求切割厚工件时n矩形波、高电压、大电流、大脉宽、大脉间。五、合理调整变频进给的方法1.1.用示波器观察和分析加工状态的方法用示波器观察和分析加

29、工状态的方法2.2.用电压表和电流表观察分析加工状态的用电压表和电流表观察分析加工状态的方法方法3.3.按加工电流和短路电流的比值按加工电流和短路电流的比值调节调节4.4.计算出不同空载电压时不同的计算出不同空载电压时不同的值值1.用示波器观察和分析加工状态的方法n1) 1) 进给速度过高进给速度过高( (过跟踪过跟踪) )。n2) 2) 进给速度过低进给速度过低( (欠跟踪欠跟踪) )。n3) 3) 进给速度稍低进给速度稍低( (欠佳跟踪欠佳跟踪) )。n4) 4) 进给速度适宜进给速度适宜( (正常跟踪正常跟踪) )。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

30、给状态调整变频的方法实频状态实频状态进给状态进给状态加工面状况加工面状况切割速度切割速度电极丝电极丝变频调整变频调整过跟踪过跟踪慢而稳慢而稳焦褐色焦褐色低低略焦，老化略焦，老化快快应减慢进给应减慢进给速度速度欠跟踪欠跟踪忽慢忽快忽慢忽快不均匀不均匀不光洁不光洁易出深痕易出深痕低低易烧丝，丝易烧丝，丝上上有白斑伤痕有白斑伤痕应加快进给应加快进给速度速度欠佳跟踪欠佳跟踪慢而稳慢而稳略焦褐，有略焦褐，有条纹条纹较快较快焦色焦色应稍增加进应稍增加进给速度给速度最佳跟踪最佳跟踪很稳很稳发白，光洁发白，光洁最快最快发白，老化发白，老化慢慢不需再调整不需再调整表3-3加工电流与短路电流的最佳比值脉冲电脉冲电源空载源空载电压电压/V405060708090100110120加工电加工电流与短流与短路电流路电流最佳比最佳比值值050606607107507808082083利用值来进行调整n：加工电流与短路电流的最佳比值：加工电流与短路电流的最佳比值n与空载电压与峰值电压的关系：与空载电压与峰值电压的关系：n=1-（ue/ui）第五节线切