电火花线切割机工作原理及加工工艺制定

电火花线切割机工作原理及加工工艺制定第一节概述工件与工具电极之间的间隙脉冲放电所产生的局部瞬时高温工方法。一、电火花线切割机工作原理电火花线切割机床的工作原理如图6-1所示。卷绕在丝筒上的电极丝(一般快走丝线切割机用钼丝，慢走丝线切割机用黄铜丝)与高频脉冲电源的负极相接，连续地沿其自身轴线的极间间隙时，两者之间随即产生火花放电而蚀除工件。二、电火花加工的极性效应把工件接负极时的电火花加工称为负极性加工。从提高生产率和削减工具电极损耗的角度来看，极性效应愈显著愈好，承受短脉冲精加工时，应选用正极性加工；承受长脉冲粗加工时，应选用负极性加工。在实际生产中，极性的选择主要依靠机床参数表或通过试验确定。三、电火花线切割机的主要加工对象加工模具电火花线切割机广泛用于加工硬质合金、淬火钢模具零件，调整不同间隙补偿量，只需一次编程就可以切割凸模、凸模固定板、凹模卸料板；挤压模、粉末冶金模、弯曲模、塑线切割加工，既能保证模具精度，又可简化模具设计和制造。加工点火化成形加工用的电极割加工特别经济。加工零件加工。四、电火花线切割加工的特点以金属丝为电极，降低了成形工具电极的设计制造费用。加工时工具与工件不直接接触(有些特种加工方法不需要工具)，不承受较大的作用力。工具的硬度可以比工件低，只要是导电或半导电材料都可以加工。0.003—0.3mm之间切缝很窄，可实现套料加工。承受移动的长电极丝加工，电极丝损耗少，加工进度高。不能加工盲孔或纵向阶梯外表。其次节数控线切割加工工艺制订6-2加工工艺，做好编程前的工艺处理。工工程切工程切艺序割准编加备制工装料 夹准 位备 置校正6-2线切割加工工艺一、坯料预备模具工件一般承受锻造毛坯，其线切割加工常在淬火与回火后进展。由于手材料淬透性的影响，当大面积去除金属和切断加工时，会使材料内部剩余应力的相对平衡遭到破坏而产生变形，影响加工精度，甚至在加工中造成材料突然开裂。为削减这种影响，应在加工前作好工艺预备：下料—锻造—退火—机加工—划线—加工型孔—淬火—磨—退磁处理二、工件装夹和位置确定工件在机床工作台或夹具中的位置直接影响工件各基点坐标的计算精度。线切割加工中工件的装夹方法主要有以下几种：工件装夹方式悬臂式装夹如图6-3所示，这种方式装夹便利、通用性强，但装夹误差较大。仅用于工件加工精度要求不高或悬臂较短的状况。图6-3悬臂方式装夹工件 图6-4两端支撑方式装夹工件6-4所示，这种方式装夹便利、稳定，定位精度高，但不适于装夹较小的零件。桥式支撑方式装夹如图6-5装夹便利，对大、中、小型工件都能适用。板式支撑方式装夹如图6-6度高。6-5桥式支撑方式装夹工件图6-6板式支撑方式装夹工件 图6-7百分表找正工件位置的校正台面及X、Y轴平行，以保证所切割的工件外表与基准面之间的相对位置精度。百分表找正如图6-7围到达要求的数值，找正应在相互垂直的三个方向进展。划线找正如图6-8，依据目测调整工件的位置，直至划针的运动轨迹同工件上的基准线或基准面完全吻合。该法用于精度要求不高的工件，也可以在工件外表较为粗糙的外表上进展。图6-8划线找正图 6-9固定基面定位找正固定基面定位找正如图6-9的正确加工位置。电极丝位置的找正线切割加工前，应将电极丝调整到与工作台面垂直的位置。目测法6-102—8的起点上〔穿丝孔中心，利用穿丝处的十字基准线，分别沿划线方向观看电极丝与基准线适用于加工精度不高的场合。火花法

6-10目测法6-11所示，从X、Y两个方向分别移开工作台，使电极丝渐渐靠近工件的基准面，度要求较高时，使用特地的对丝仪，操作方法一样。6-11火花法其次节数控线切割加工工艺制订三、线切割加工主要工艺问题切割部位、切割路线、切割起点和穿丝孔位置的选择切割部位的选择线切割加工时，坯料的边角处变形较大(尤其是热处理性能较差的淬火钢和硬质合金)因此在选择切割部位、切割路线时，应尽量避开坯料的边角处，使切割轨迹距离各少寸均匀，6-12所示。图6-12 切割部位的选择切割路线的选择持部位分别的切割段安排在最终切割，以减小工件变形，如图6-13所示。实际加工过程中，为了保持工件的刚性，有时承受边切割边夹持的方法，如加工中用胶水粘结工件。不正确 确图6-13切割路线的选择切割起点的选择加工痕迹，影响了切割精度和外表质量。为此，应合理选择加工起点：①应在外表粗糙度要求较小的外表上选择切割起点；②应尽量在切割图形的交点上选择切割起点③对于无切割交点的工件，切割起点应尽量选择在便于钳工修复的部位。如外轮廓的平面、半径大的弧面，要避开选择在凹入局部的外表上。穿丝孔位置的选择使用穿丝孔切割工件，可使坯料保持完整，从而有利于保持刚度，减小工件变形。在便于计算的坐标点上，直径不宜太大或太小，一般选择在3-10毫米的范围内，如图6-14所示。不正确 b)不好 c)好图6-14 穿丝孔在同一块毛坯上要切出两个以上工件时角处。切割外形时，可以将穿丝孔设在型面外边，靠近切割起点处。切割窄槽时，穿丝孔应6-15所示。6-15穿丝孔位置应选择在图形的最宽处引入和切出方式的选择引入方式的选择当切割起点选在切割图形的外表上时，对于无补偿的切割，引入切割段通常承受圆弧方式，并与切割起6-16所示。直线引入b)无补偿切割的圆弧引入c)带补偿切割的圆弧引入6-16引入方式切出方式的选择6-17所示。直线切出 b)无补偿切割的圆弧切出 c)带补偿切割的圆弧切出图6-17 切出方式6-18切出切割段中的保护切割段有时在切出切割段还增设一段保护电极丝的切割段，如图6-18中的A”切割段。偏移量的计算电火花线切割加工中偏移量的计算比较简洁，偏移量为电极丝半径与单边放电间隙之6-19。fd 〔6-1〕2f——偏移量；d——电极丝直径；——单边放电间隙。电极丝直径的选择应依据工件厚度和拐角尺寸大小来选择切割时应选较粗的电极丝，假设加工带尖角、窄缝的小零件宜选用较细的电极丝。〔机床生产厂家供给的加工条件参Δ=0．01～0．02mm。对于加工条件参数表中查不到的加工状况和加工精度要求很高的状况形试件后实测得到。6-19偏移量的计算总结提问：1.电火花线切割机的主要加工对象有哪些？2.工件位置和电极丝位置的找正方法有哪些？练习：6-1试述数控电火花线切割加工原理。试述数控电火花线切割加工特点。简述数控电火花线切割加工应留意的主要问题。序号 2 日期 班级课题 割加工工艺指标的主要影响因素重点：1、实现电火花加工的根本条件2、3B\4B格式程序编制方法

难点：1、3B/4B格式程序编制方法教研室主任 年 月 日 教师 年 月 日教学手段：多媒体教学教学方法：案例教学复 习：切割部位、切割路线、切割起点和穿丝孔位置的选择〔5分钟〕引 入：如何实现电火花加工〔5分钟〕正 课：电火花线切割加工工艺指标的主要影响因素〔90分钟〕学问点80分钟：第三节电火花线切割加工工艺指标的主要影响因素一、实现电火花加工的根本条件电火花加工必需承受直流脉冲电源1ms。放电之后，为使介质有足够的时间恢复到绝缘状态，还需有肯定的放电停留时间，不然会引起持续的电弧放电。脉冲放电能量应足够大放电通道要有很大的电流密度，脉冲放电产生的热量应足以使金属局部熔化或气化。工件与工具电极之间必需保持合理的距离(即放电间隙)于放电间隙，会导致积炭，甚至发生电弧放电。两极间必需充人绝缘介质电火花成形加工一般用煤油作为介质，线切割加工一般间隙中的电蚀产物，对工件和工具电极起到冷却作用。二、脉冲电源参数50H2的沟通电转换成频率较应用快速切割或较厚工件Ra＞2.5μmIc/A12ti/μs20～40脉冲间隔t0/μs为实现稳定的加空载电压一般为半精加工Ra=1.25μm6～126～20t0/70～90精加工Ra＜1.25μm4.8以下2～6ti=3～4电源参数包括电流峰值、脉冲宽度、脉冲间隔、空载电压、放电电流，快走丝线切割加工脉6-1，快走丝线切割加工脉冲参数的选择见表6-2。电流峰值电流峰值指短路时放电电流的瞬时最大值，在其他参数不变时，电流峰值增大，切割速度明显增大，但外表质量会变差，电极丝的损耗加大甚至断丝。脉冲宽度

6-1快走丝线切割加工脉冲参数的选择脉冲宽度是指脉冲电流持续的时间，在其他参数不变时，脉冲宽度增大，切割速度明显加快，电蚀物随之增加，来不及排出，造成切割过程不稳，反而使切割速度下降，外表质影响显著。脉冲间隔脉冲间隔是指两个连续脉冲之间的时间，它直接影响平均电流，在其他参数不变时，间隔过小，会造成电弧放电和断丝。空载电压空载电压是指放电间隙被击穿之前的极间峰值电压，对电流峰值和加工间隙有影响。提高空载电压，加工间隙增大，切缝宽，易排屑，提高了切割速度和加工稳定性，但易造成电极丝振动，使加工面质量变差，也会造成电极丝损耗增大。放电波形电流波形的前沿上升比较缓慢时，电极丝损耗少，不过当脉冲宽度很窄时，必需要有效果。工件材料WC加工液导电率10×工件材料WC加工液导电率10×104Ω·cm电极丝直径φ0.2mm加工液压力电极丝张力0.2A/〔120g〕6～10mm/min加工条件编工件厚度/mm号第一次切割 1～2kg/cm2其次次切割 1～2kg/cm2加工液流量 上/下5～6L/min偏移量编号电压/V电流/A速度/〔mm/min〕2030405060701stC423H175627.02.0～2.62ndC725H125601.07.0～8.03rdC755H115650.59.0～10.04thC785H110600.39.0～10.01stC433H174327.21.5～1.82ndC725H124601.06.0～7.03rdC755H114600.79.0～10.04thC785H109600.39.0～10.01stC443H178347.51.2～1.52ndC725H128601.55.0～6.03rdC755H113651.19.0～10.04thC785H108300.79.0～10.01stC453H178357.00.9～1.12ndC725H128581.54.0～5.03rdC755H113421.36.0～7.04thC785H108300.79.0～10.01stC463H179357.00.8～0.92ndC725H129581.54.0～5.03rdC755H114421.36.0～7.04thC785H109300.79.0～10.01stC473H185336.80.6～0.82ndC725H135551.53.5～4.53rdC755H115351.54.0～5.04thC785H110301.07.0～8.01stC483H185336.50.5～0.62ndC725H135551.53.5～4.5803rdC755H115351.54.0～5.04thC785H110301.07.0～8.01stC493H185346.50.5～0.62ndC725H135521.53.0～4.0903rdC755H115301.53.5～4.54thC785H110301.57.0～8.01stC493H185346.30.4～0.52ndC725H135521.53.0～4.01003rdC755H115301.53.0～4.04thC785H110301.07.0～8.0三、电极丝及其速度电极丝材料电极丝不同，线切割加工的速度也不同。到目前为止，比较适合作电极丝的材料主要有钼丝、钨钼合金丝、纯铜丝、黄铜丝等。为了提高切割性能，椰油专用的各种电极丝，如汽化爆炸力，到达较高的切割速度。电极丝直径线切割加工的蚀除量是切缝宽度、零件厚度的乘积。电极丝直径直接影响峰值电流的大小、切缝的宽窄，而切缝宽度影响排屑过程。电极丝直径愈小，允许的峰值电流小，切缝窄，不利于排屑，影响切割速度和稳定性。电极丝直径过大，造成切缝过宽，蚀除量多，反而影响切割速度，使加工外表质量变差。电极丝走丝速度对于高速线切割加工，在肯定范围内，提高速度有利于把工作液带入割缝冲走电蚀物，的损耗。但走丝速度过高，将使电极丝的振动加剧，降低切割精度，使外表质量变差，易断丝。高走丝线切割走丝速度以小于10m/s为宜，慢走丝线切割电极丝张力均匀，振动小，加工稳定、外表质量较好。四、工件厚度及材料厚件，工作液难以进入放电间隙，加工稳定性差，但电极丝不易抖动，加工精度和表面质量好。厚度过大时，排屑条件变差，导致切割速度下降。薄件，工作液易进入并布满放电间隙，对排屑有利，加工稳定性好。但工件太薄，电极丝易产生抖动，对加工精度和外表质量不利。工件材料不同，熔点、汽化点、热导率等不同，加工效果也不同。如加工铜、铝、淬火钢时，使用乳化液作为工作液，加工过程稳定，切割速度高；加工硬质合金时，加工过程比较稳定外表质量好，切割速度低；加工不锈钢、磁钢、未淬火钢时，稳定性较差，切割速度低，外表质量差。加工条件参数的选择电火花线切割机的加工条件参数包括与放电脉冲设定有关的参数和与机械易引起断丝。五、工作液的预备作液主要有乳化液和去离子水。〔1〕快走丝线切割加工，一般承受质量分数为10%左右的乳化液，乳化液是由乳化油和工作介质配置〔浓度为8～15%〕而成，工作介质可以是水，也可以是蒸馏水、高纯水、磁化水。〔2〕有利于提高切割速度，一般使用电阻率为2×104Ω·cm左右的工作液，可到达较高的切割效果，如加工淬火钢。加工硬质合金时，电阻率一般在3×105Ω·cm左右。工作液电阻率过高、过低有降低切割速度的倾向。第四节数控电火花线切割加工编程数控电火花线切割机的编程格式主要有两类：3B、4B格式和ISO代码格式。3B、4B格式是较早的线切割数控系统的编程格式，而ISO代码格式是国际标准代码格式。但由于3B、4B代码格式应用仍旧比较广泛，目前生产的数控电火花线切割机一般都能够承受这两种格一、数控电火花线切割加工编程根底1．坐标系建立标系时，找正原理与数控铣床类似。程序中一般使用G92指令建立坐标系，其含义同数控铣床编程。2．间隙补偿量计算丝与加工轮廓之间必需保持一合理距离6-20的垂直距离R，作为放电间隙补偿量，再进展加工编程，这样才能加工出合格的零件。如果机床具有补偿功能，可通过G41、G42指令实现间隙补偿，依据零件轮廓尺寸编程即可。r与电极丝放电间隙工模具凸、凹模时，应考虑凸、凹模之间的单边协作间隙Z/2。当加工冲孔模具时，凸模Z/2Rr，凹模加工的间隙补偿量为RrZ/2；当加工落料模具时，凹模尺寸由工件的尺寸确定，协作间隙Z/2加在凸模上，故凹模加工的间隙补偿量为R r，凸模加工的2间隙补偿量为R rZ/2。2ΔR ΔR1 2图6-20二、数控电火花线切割加工编程方法〔一〕3B格式程序编制方法程序格式3B格式是一种无间隙补偿的程序格式，如表6-3所示。6-33B代码格式BBYBJGZ分隔符号X坐标植分隔符号Y坐标植分隔符号记数长度记数方向加工指令各符号含义(1)分隔符号B由于X、Y、J均为数值，用分隔符号B将其隔开，以免混淆。坐标值X、Y在3B格式中，承受相对〔增量〕坐标编程。加工斜线时，以加工起点为坐标原点XY值为终点坐标值，单位为μm，但允许将X和Y值按一样的比例缩放；加工圆弧时，圆心为坐标原点，X、Y值为圆弧起点的坐标值，单位为μm；加工平行于X轴、Y轴的直线时，X、Y0，均可不写，但分隔符号必需保存。计数方向G有两种计数方向，即计XY，分别写成GxGv。加工直线时，必需以进给距离6-21a以直线的起点为切割坐标系的原点，直线终点坐标(Xe，Ye)落在阴影区域内，计数方向取GY；直线终点坐标落在阴影区域外，计数方向取Gx；直线正好在45°线上时，计数方向可任意选取。圆弧加工时，计6-21b(Xe，Ye)落在阴影区域内，计数方向取Gx；圆弧终点坐标落在阴影区域外，计数方向取Gy，圆弧终点正好在45°线上时，计数方向可以任意选取。加工直线 b)加工圆弧6-21计数方向的选取〔4〕计数长度J计数长度是指工作台在计数方向上进给的总长度，单位为／μm。编程时，计数长度一般应补足六位，如计数长度为1988μm，应写成001988。加工直线时，计数长度等于该直线在计数方向上的投影长度。如图6-22直线OC的计数长度为J1=│Ye│；加工圆弧时，应将6-22所示，圆弧AB的计数长度为J2=Jxl+Jx2。加工指令Z加工指令Z是用来确定切割轨迹的外形、起点或终点，所在象限和加工方向等信息。数控系统依据这些指令，掌握工作台进给方向实现自动加工。加工指令共12种，直线按走向和终点所在象限分为L1、L2、L3、L4四种，如图6-23a，假设被加工线段与某坐标轴平、L46-23b；圆弧按起点所在象限及走向(顺时针或逆时针)分为SRl、SR2、SR3、SR4及NRl、NR2、NR3、NR46-23c、图6-23d，假设圆弧起点刚好在坐标轴上，其指令可选相邻两象限中的任何一个。6-22计数长度确实定直线终点在象限内b)直线终点在坐标轴上c)顺时针加工圆弧d)逆时针加工圆弧图6-23 直线和圆弧的加工指令〔二〕4B格式程序编制方法4B指令格式具有间隙补偿功能和锥度补偿功能。简洁的多，当电极丝损耗，放电间隙变化后，无须转变程序，只需转变补偿量即可。锥度补偿是指系统依据要求，同时掌握X、Y、U、V四轴运动，X、Y为工作台的运动，U、V为上线架导轮的运动。U、V分别平行于X、Y，由于走的距离不同，使电极丝偏离垂直方向一个角度〔即锥度，从而切割出锥度工件来。程序格式〔1〕4B指令是带“±”符号的3B指令，为了区分3B指令，称之为4B指令。±符号反映了间隙、锥度补偿信息，其他与3B6-4所示。表6-4 3B代码格式±BBYBJGZ分隔符号 X坐标植分隔符号Y坐标植分隔符号记数长度记数方向加工指令〔2〕间隙补偿时，当实际轨迹的线段大于基准轮廓时，为正补偿，用“+”表示。当实际轨迹的线段小于基准轮廓时，为表示负补偿，用“—”表示。对于圆弧，规定以凸模为准，圆弧增大，正偏时加“+”号，圆弧减小，负偏时加“—”号。进展间隙补偿时，线与线之间必需是光滑连接，否则以圆弧过渡。〔3〕锥度切割时，必需使电极丝相对于垂直方向倾斜一个角度，倾斜的方向由第一条4B指令打算。假设第一条指令之前加“+”号，则按如下规章倾斜电极丝，假设加“—”号，则向相反方向倾斜电极丝。①假设引入程序段是直线，则依据直线的法线方向倾斜电极丝，如图6-24所示，箭头方向即为电极丝的倾斜方向。②假设引入程序段是圆弧，则电极丝的倾斜方向和切割起点的圆弧半径方向全都。锥度度角。编程举例0.15mm，放电间隙值Z=0.014mm，补偿值为f=0.089mm/脉冲，圆弧中心O1为穿丝孔位置，a点为程序起点，依据编程规章编写加工程序，图中点划线为电极丝中心运动轨迹。图6-24直线引入 图6-25凹模不考虑锥度补偿、间隙补偿的3B加工程序N10B0B0B4911G LY 4N20B0B0B19586G LX 1N30B0B911B644G NRX 4N40B4414B4414B4414G LY 1N50B144B144B144G NRY 4N60B0B0B19586G LY 2N70B4911B0B13295G NRX 1N80B6527B6257B18463G SRY 1N90B3473B3473B13295G LY 2N100B0B0B4911G LY 2N110D进展正锥度补偿，机床具有间隙补偿功能的4B加工程序N10+B0B0B500G LX 1—N20 B0B0B19586G L—Y 4N30—B1000B0B707G SRX 4—N40 B4414B4414B4414G L—Y 3—N50 B707B707B707G SR—X 4—N60 B0B0B19586G L—X 3—N70 B0B5000B13536G SR—X 3N80+B6464B646B18284G NRX 3—N90 B3536B3536B13536G SR—Y 3—N100 B0B0B5000G L—X 3N110D〔三〕ISO代码格式程序编制方法功能指令6-56-6列出了数控线切割系统常用的ISO指令代码。这些指令绝大局部与数控铣床编程指令格式一样。表6-5 地址字母表地址意义地址意义N、O挨次号C指定加工条件号G预备功能M关心功能X、Y、Z、U、V坐标轴移动指令A指定加工锥度I、J指定圆弧中心坐标RI、RJ图形旋转的中心坐标T机械设备掌握图形或坐标旋转的角度H指定补偿偏移量Rx、RY指定调用的子程序图形或坐标旋转的角度PRA号L指定子程序调用次数RR功能6-6ISO指令代码代码功能属性代码功能属性G00快速定位模态G541模态G01直线插补模态G552模态G02顺圆插补模态G563模态G03逆圆插补模态G574模态G04暂停G585模态G05X轴镜像模态G596模态G06y轴镜像模态G80移动轴到接触感知G08X-Y轴交换模态G81移动轴到机床极限G09取消镜像和X-Y轴交换模态G82移动到当前位置坐标的一半处Gll翻开跳转(SKIPON)模态G90确定坐标指令G12关闭跳转(SKIPOFF)模态G91增量坐标指令G20英制模态G92设置当前点的坐标值G21公制模态MOO程序暂停G28尖角圆弧过渡模态M02程序完毕模态G29尖角直线过渡模态M05无视接触感知模态G40取消电极丝补偿模态M98子程序