数控加工编程与操作(第六章线切割加工)

6.1数控电火花线切割机床简介数控电火花线切割加工属于特种加工，常用于加工冲压模具的凸、凹模、电火花成形机床的工具电极、工件样板、工具量规和细微复杂形状的小工件或窄缝等，并可以对薄片重叠起来加工以获得一致尺寸。特种加工：将电、磁、声、光、化学等能量或其组合施加在工件的被加工部位上，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等非传统加工方法。第六章数控电火花线切割编程及操作6.1.1线切割机床的加工原理与特点一、加工原理电火花线切割加工简称线切割，它是利用移动的细金属丝（电极丝）作为工具电极，并在电极丝与工件间加以脉冲电压，利用脉冲放电的腐蚀作用对工件进行切割加工的，其工作原理如图所示。

线切割加工工作原理图过程：加工时，电极丝接脉冲电源的负极，经导丝轮在走丝机构的控制下沿电极丝轴向作往复或单向移动；工件安装在与床身绝缘的工作台上，接脉冲电源的正极，并随由控制电动机驱动的工作台沿加工轨迹移动。在正负极之间施加脉冲电压，并不断喷注具有一定绝缘性能的工作液，当两电极间的间隙小到一定程度时，由于两电极的微观表面是凹凸不平，其电场分布不均匀，离得最近凸点处的电场度最高，极间液体介质被击穿，形成放电通道，电流迅速上升，形成火花放电，使电极间隙内形成瞬时高温热源，通道中心温度可达到10000以上，以致局部金属材料熔化和气化。气化后的工作液和工件材料蒸气瞬间迅速膨胀，并具有爆炸的特性。在这种热膨胀、热爆炸以及工作液冲压的共同作用下，熔化和气化了的工件材料被抛出放电通道，至此完成一次火花放电过程。此时两极间又产生间隙，工作液也恢复绝缘强度。实现放电加工必须具备下列几个条件：（1）必须使用脉冲电源，即须是间歇性脉冲火花放电（2）电极丝与工件被加工表面之间必须保持一定间隙（3）必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行二、加工特点（1）它是以很细的金属丝为工具电极，可加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件。（2）不需要制造特定形状的电极，降低了工具电极的设计和制造费用，缩短了生产准备时间，加工周期短。（3）电极丝的损耗较少，加工精度高，无须刃磨刀具，缩短辅助时间。（4）所需加工的余量小，能有效节约贵重的材料。（5）采用乳化液或去离子水的工作液，不易引燃起火，可实现安全无人运转，但工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。（6）依靠数控系统的线径偏移补偿功能，使冲模加工的凹凸模间隙，可以任意调节。（7）利用四轴联动，可加工上、下面异形体，形状扭曲曲面体，变锥度和球形体等零件。（8）加工后表面产生变质层，在某些应用中须进一步去除。（9）加工速度较慢，大面积切割时花费工时长，不适合批量零件的生产。6.1.2线切割机床的组成主要由机械装置、走丝机构、脉冲电源、工作液供给装置、数控装置和锥度切割装置等组成。1、机械装置：主要由床身、坐标工作台、工作液箱、附件和夹具等几部分组成。（1）床身机床主机的基础部件，作为工作台、立柱、储丝筒等部件的支撑基础。（2）工作台由工作台面、中拖板和下拖板组成。工作台面用以安装夹具和切割工件，中拖板和下拖板组成一个X向、Y向坐标驱动系统，完成工件切割的成形运动。2、走丝机构走丝机构是电火花线切割机床的重要组成部分，用于控制电极丝沿Z轴方向进入与离开放电区域，根据走丝速度可分为快走丝机构和慢走丝机构。（1）快走丝机构主要由储丝筒、走丝滑座、走丝电动机、张丝装置、丝架和导轮等部件组成，如图所示。快走丝机构的张丝装置，由紧丝重锤、张紧轮和张丝滑块等构成，如图所示。紧丝重锤在重力作用下带动张丝滑块和张紧轮沿导轨产生预紧力作用，从而使加工过程中电极丝始终处于拉紧状态，防止电极丝因松弛、抖动造成加工不稳定或脱丝。快走丝机构的储丝筒，如图所示。是缠绕并带动电极丝做高速运动的部件，安装在走丝滑座上，电极丝一般采用钼丝。（2）慢走丝机构主要由供丝绕线轴、伺服电动机恒张力控制装置、电极丝导向器和电极丝自动卷绕机构等组成，如图所示。3、脉冲电源线切割机床最为关键的设备之一，对线切割加工的表面质量、加工速度、加工过程的稳定性和电极丝损耗等都有很大影响，采用脉冲电源是因为放电加工必须是脉冲性、间歇性的火花放电，而不能是持续性的电弧放电，如图所示。4、工作液供给装置工作液的主要作用是：及时排除其间的电蚀产物，冷却电极丝和工件，对放电区消电离，冲刷导轮及导电块上的堆积物。工作液种类很多，常见的有乳化液、去离子水、煤油等。快走丝线切割时采用的工作液一般是油酸钾皂乳化液，慢走丝线切割时一般采用去离子水做工作液，即将自来水通过离子交换树脂净化器去除水中的离子后供使用。5、数控装置机床完成轨迹控制和加工控制的主要部件。从进给伺服系统的类型来说，快走丝电火花线切割机床大多采用较简单的步进电动机开环系统，慢走丝电火花线切割机床统则大多是伺服电动机加码盘的半闭环系统，仅在一些少量的超精密线切割机床上采用伺服电动机加磁尺或光栅的全闭环系统。6、锥度切割装置用于加工某些带锥度工件的内外表面，比较常见的是数控四轴联动锥度切割装置。它是由位于立柱头部的两个步进电动机直接与两个滑动丝杠相连带动滑板做U向、V向坐标移动，与坐标工作台的X、Y轴驱动构成数控四轴联动，使电极丝倾斜一定的角度，从而达到工件上各个方向的斜面切割和上下截面形状异形加工的目的。6.1.3线切割机床的分类与加工对象1、分类按电极丝的运行速度快慢：快走丝线切割机床慢走丝切割机床按电极丝位置：分为立式线切割机床卧式线切割机床按电极丝倾斜状态：直壁线切割机床锥度线切割机床按工作液供给方式：冲液式线切割机床浸液式线切割机床（1）快走丝线切割机床这种机床采用钼丝（直径φ0.08～φ0.2mm）或铜丝（φ0.3mm左右）作电极。电极丝在贮丝筒的带动下通过加工缝隙作往复循环运动，一直使用到断线为止，其走丝速度快。（2）慢走丝线切割机床这种机床的走丝速度一般为3m/min,最高为15m/min。可使用紫铜、黄铜、钨、钼等作为丝电极,其直径约为φ0.03～0.35mm。相对慢走丝线切割机床而言,快走丝线切割机床结构简单,价格低廉,且加工生产率较高,精度能满足一般要求,目前在我国生产、使用较为广泛。快走丝与慢走丝线切割机床比较2、加工对象线切割加工在新产品试制、精密零件加工及模具制造中应用广泛，具体有以下方面：（1）加工模具：适用于加工各种形状的冲模!通过调整不同的间隙补偿量，只需一次编程就可以切割出凸模、凸模固定板、凹模及卸料板等。（2）能加工电火花成形加工用的电极，而且比较经济（3）加工零件：各种特殊材料和复杂形状零件的加工6.2数控电火花线切割加工工艺与工装电火花线切割加工，一般是作为工件加工中最后工序。要达到加工零件的加工要求，应合理控制线切割加工的各种工艺因素，同时配合选择合适工装。1、工艺分析首先对零件图进行分析以明确加工要求。其次是确定工艺基准，采用什么方法定位。2、切割路线的确定在加工中，工件内部残余应力的相对平衡受到破坏后,会引起工件的变形，所以在选择切割路线时，须注意以下方面。（1）应将工件与其夹持部分分割的部分安排在切割路线的末端，如图所示。图（a）先切割靠近夹持的部分，使主要连接部位被割离,余下材料与夹持部分连接较少,工件刚性下降,易变形而影响加工精度；图（b）图的切割路线才是正确的。（2）切割路线应从坯件预制的穿丝孔开始，由外向内顺序切割如图所示。图（a）采用从工件端面开始由内向外切割的方案,变形最大,不可取。图（b）也是采用从工件端面开始切割,但路线由外向内,比（a）图方案安排合理些,但仍有变形。图（c）的切割起点取在坯件预制的穿丝孔中,且由外向内,变形最小,是最好的方案。（3）加工的路线,距离端面（侧面）应大于5mm。（4）两次切割法：切割孔类零件,为减少变形,采用两次切割,如图所示。（5）在一块毛坯上要切出两个以上零件时,不应连续一次切割出来,而应从该毛坯的不同预制穿丝孔开始加工,如图所示。3、电极丝初始位置的确定线切割加工前，应将电极丝调整到切割的起始位置上，可通过对穿丝孔来实现。穿丝孔位置的确定，有如下原则：（1）当切割凸模需要设置穿丝孔时，其位置可选在加工轨迹的拐角附近，以简化编程。（2）切割凹模等零件的内表面时，将穿丝孔设置在工件对称中心上，对编程计算和电极丝定位都较方便。但切入行程较长，不适合大型工件，此时应将穿丝孔设置在靠近加工轨迹边角处或选在已知坐标点上。（3）在一块毛坯上要切出两个以上零件或在加工大型工件时,应沿加工轨迹设置多个穿丝孔，以便发生断丝时能就近重新穿丝，切入断丝点。确定电极丝相对工件的基准面、基准线或基准孔的坐标位置的方法有以下几种：（1）目测法（2）火花法（3）自动找中心：让电极丝在工件孔的中心自定位，其原理如图所示。4、加工条件的选择数控电火花线切割的加工条件随工件材质、板厚、丝电极和加工的要求的不同而不同。按照加工要求,使这些条件设定在稳定加工、不产生短路、不断丝的情况下,以获得较高的切割速度。（1）电参数的选择快速走丝线切割加工电参数的选择见下表。应用脉冲宽度ti（s）电流峰值Ie（A）脉冲间隔t0（s）空载电压（v）快速切割或加工大厚度工件Ra＞2.5m20～40大于12为实现稳定加工，一般选择t0/ti＝3～4以上。一般为70～90半精加工Ra＝1.25～2.5m6～206～12精加工Ra＜2.5m2～64.8以下（2）工作液的选配：乳化液、去离子水。（3）电极丝选择：钼丝（钨丝）、铜丝（4）工件装夹及常用夹具①悬臂支撑方式装夹，如右图。②两端支撑装夹，如下图。③桥式支撑装夹，如图所示。④板式支撑装夹，如图所示。⑤复式支撑方式装夹它是在桥式夹具上装上专用夹具组合而成,装夹方便,适用于成批零件加工。6.3数控电火花线切割编程指令数控电火花线切割机床所用的程序格式有3B、4B、ISO等。近年来所生产的数控电火花线切割机床使用的是计算机数控系统,采用ISO格式；而早期的机床常采用3B、4B格式。6.3.1ISO代码数控程序编制ISO代码为国际标准化机构制定的用于数控的一种标准代码，与数控车、数控铣ISO代码一致，采用8单位补编码。1、程序格式一个完整的加工程序由程序名、若干个程序段和程序结束指令组成。其格式如下：N____G_____X____Y____M

2、ISO代码及编程我国快速走丝数控电火花切割机床常用的ISO代码，与国际上使用的标准代码基本一致，但也存在不同之处。下表是HCKX320A型机床的G、M代码功能定义。（1）零点偏置指令G54～G59当工件上有多个型孔需加工,为使尺寸计算简单,可将每个型孔上便于编程的某一点设为其加工坐标系原点,建立其自有的加工坐标系。格式：G54（单列一段）

（2）手动操作指令G80、G82、G84G80—接触感知指令,可使电极丝从现行位置接触工件,然后停止。G82—半程移动指令,使加工位置沿指定坐标轴返回一半的距离（当前坐标系中坐标值一半的位置）G84—校正电极丝指令,能通过微弱放电校正电极丝与工作台的垂直度,在加工前一般要先进行校正（3）线径补偿指令G41、G42、G40G41—左补偿，D后为补偿量的值，单位为umG42—右补偿，D后为补偿量的值，单位为umG40—取消补偿电火花线切割加工时，为消除电极丝半径和放电间隙对加工尺寸的影响，需在编程时进行对工件尺寸进行补偿，偏移方向应视电极丝的运动方向而定，如图所示。（4）锥度加工指令G51、G52、G50此方法可当加工带有锥度的工件时，需使用锥度加工指令使电极丝偏摆一定角度，加工工件上大下小称为正锥，加工工件上小下大则称为负锥。例如模具中的凹模漏料孔加工。G51——锥度左偏指令G52——锥度右偏指令G50——撤销锥度格式：G51A___/G52A___/G50格式：G51A___/G52A___/G50注：A、判定：对于正锥加工，顺时针加工时使用G51，逆时针加工时使用G52；负锥加工正好相反，顺时针加工时使用G52，逆时针加工时使用G51。（a）正锥加工（b）负锥加工B、锥度加工编程时应以工件下底面尺寸为编程尺寸。C、在进行线径补偿和锥度加工编程时，进、退刀线程序段必须采用G01直线插补指令。D、在进行锥度加工时,还需输入工件及工作台参数。S—上导轮中心到工作台面的高度，单位为umH—工件厚度，单位为umW—下导轮中心到工作台面的距离，单位为um（4）M是系统的辅助功能指令M00——程序暂停，按“回车”键才能执行下面程序，电极丝在加工中进行装拆前后应用。M02——程序结束，系统复位。M05——接触感知解除。例题:如图所示，加工一底面为16mmX16mm见方的四棱台，上小下大，锥度为4°，工件厚度为50mm，工作台面到上导轮中心的高度100mm，下导轮中心到工作台面的距离60mm，电极丝直径为0.18mm，放电间隙为0.01mm，试编写其加工程序。编程：以图中O点为加工起点，OA为进刀线，按顺时针方向加工。工件上小下大，故锥度指令使用G52，补偿指令使用G41，补偿量D=0.18/2+0.01=0.1mm。G92X0Y0；建立工件坐标系W60000；下导轮中心到工作台面的距离H50000；工件厚度S100000；工作台面到上导轮中心的高度G52A4；右偏摆G41D100；左补偿G01X5000Y0；进刀线G01X5000Y8000G01X21000Y8000G01X21000Y-8000G01X5000Y-8000G01X5000Y0G50；撤销锥度G40；撤销补偿G01X0Y0；退刀线M02；程序结束练习:编制图所示凹模的数控线切割程序。已知电极丝直径为0.12mm，单边放电间隙为0.01mm，刃口斜度A=0.5°，工件厚度为15mm，下导轮中心到工作台面的距离60mm，工作台面到上导轮中心的高度100mm。程序段说明P01程序名为P01G92X0Y0建立工件坐标系W60000下导轮中心到工作台的距离W＝60mm设定H15000工件厚度H＝15mm设定S100000工件台面上导轮中心高度S＝100mm设定G51A0.5锥度左偏,口斜度A=0.5оG42D70右偏间隙补偿，D偏移量为0.07mmG01X5000Y10000从O点直线工进到（5，10）点G02X5000Y-10000I0J-10000顺圆工进到（5，-10），I、J为圆心相对于起点G01X-5000Y-10000直线工进到（-5，-10）点G02X-5000Y10000I0J10000顺圆工进到（-5，10）G01X5000Y10000直线工进到（5，10）点G50取消锥度G40取消间隙补偿G01X0Y0回到起始点O点M02程序结束程序清单：6.3.23B格式程序编制3B程序格式是我国电火花切割机床的一种常用编程格式，见下表，各符号含义如下：BXBYBJGZ分隔符号X坐标值分隔符号Y坐标值分隔符号计数长度计数方向加工指令线段：由起点Po（Xo，Yo）和Pe（Xe，Ye）终点构成的轮廓轨迹。直线段：水平或垂直的线段。斜线段：具有斜率的线段。圆弧段：由标准圆圆弧构成的线段。工件坐标系的建立：直线段时，以起点为原点建立工件坐标系。例：直线段工件坐标系的建立：斜线段时，以起点为原点建立工件坐标系。例：斜线段工件坐标系的建立：圆弧段时，以圆弧圆心为原点建立工件坐标系。例：圆弧段1、分隔符B（不可省略）BXBY

BJGZ分隔符号X坐标值分隔符号Y坐标值分隔符号计数长度计数方向加工指令2、坐标值X、Y注：A、单位为um，当数值为时，可省略B、值X、Y可成比例缩放。

（1）直线段时，X=Y=0或取终点坐标的绝对值X=Y=0或X=0，Y=215002、坐标值X、Y（2）斜线段时，X、Y为终点坐标的绝对值，即X=|Xe|、Y=|Ye|X=17000、Y=50002、坐标值X、Y（3）圆弧段时，X、Y为起点坐标的绝对值，即X=|Xo|、Y=|Yo|X=5000、Y=03、计数长度J（单位为um）指加工轨迹（如直线、圆弧等）在规定的坐标轴（即计数方向）上投影长度的总和。一般机床计数长度Ｊ应补足６位，例如计数长度Ｊ为11200um，应写011200。注:故确定计数长度前,必须先确定计数方向。4、计数方向G指计数时选择作为投影轴的坐标轴方向。（1）直线段时，如水平，记为GX；如垂直，记为GY。（2）斜线段时，比较直线段终点坐标（Xe,Ye）绝对值大小，选取绝对值较大的坐标轴为计数方向，当坐标绝对值相等时，计数方向可任选Gx或GY。即：|Xe|>|Ye|时，取Gx；|Ye|>|Xe|时，取Gy；|Xe|=|Ye|时，取Gx或Gy均可。（3）圆弧段时,比较圆弧终点坐标（Xe,Ye）绝对值大小,选取坐标绝对值较小的坐标轴为计数方向,当坐标绝对值相等时,计数方向可任选Ｇx或GY。即：|Xe|>|Ye|时，取Gy；|Ye|>|Xe|时，取Gx；|Xe|=|Ye|时，取Gx或Gy均可。直线段：GY，J=21500斜线段：GX，J=17000圆弧段；GY，J=10000直线段斜线段圆弧段例：加工上述工件，确定其投影方向与计数长度５、加工指令Ｚ用来确定轨迹的形状、起点或终点所在象限和加工方向等信息的，如图所示。直线段：4种，由加工方向确定，分别为L1、L2、L3、L4。斜线段：4种，由斜线段终点位置确定，分别为L1、L2、L3、L4。圆弧段：8种，由圆弧起点位置与加工方向确定，分别为SR1～4、NR1～4。其中SR表示顺时针加工，NR表示逆时针加工，1～4表示起点位置。SR4SR26、应用举例

例1：加工如下图所示直线，其长度为21.5mm,写出其程序。直线段直线段：B0B0B021500GyL2或B0B21500B21500GyL2例2：加工如下图所示斜线OA,终点A的坐标为Xe=17mm,Ye=5mm,写出加工程序。斜线段斜线段：B17000B5000B017000GxL1例3：加工如下图所示圆弧，加工起点的坐标为A(-5,0),试编制程序。圆弧段圆弧段：B5000BB010000GySR2练习一：利用数控线切割机加工下图所示轮廓。加工路线为O→A→B→C→D→E→F→G→H→A。O为穿丝孔，A点为加工起点，采用3B格式编程。

练习二：利用数控线切割机加工下图所示轮廓。加工路线为O→A→B→C→D→E→F→G→H→A，O为穿丝孔，A点为加工起点，采用3B格式编程。练习一答案：O1003BBB10000GXL1；ABBB70000GXL1；BB10000B50000B50000GYL3；CBBB15000GXL3；DBBB15000GYL4；EB10000B0B20000GYSR4；FBBB15000GYL2；GBBB15000GXL3；HB10000B50000B50000GYL3；ADD7、锥度加工指令格式与定义采用绝对坐标编程，单位为微米，上下平面图形为统一的坐标系，编程时每一直纹面为一段。直纹面是由上平面的直线段或圆弧段与对应的下平面的直线段组成的母线均为直线的曲面。编程指令格式：（1）X1Y1；上平面起点坐标（2）X2Y2；上平面终点坐标（3）L（或C）；L为直线，C为圆弧（4）X3Y3；下平面起点坐标（5）X4Y4；下平面终点坐标（6）L（或C）（7）A；A为段与段之间的分隔符，（8）Q；Q为程序结束符注：如果第（3）或（6）行为“C”，则在第3行与第4行之间加入两行：X0Y0；圆心坐标C或W；C为逆圆，W为顺圆例：编制如图所示“上方下圆”零件的线切割加工程序。程序如下：（1）切入段80005000；上平面由（8，5）50005000；切到（5，5）L；直线80005000；上平面由（8，5）50005000；切到（5，5）L；直线A；本段结束（2）第一段50005000；上平面由（5，5）-50005000；切到（-5，5）L；上平面为直50005000；下平面由（5，5）-50005000；切到（-5，5）C；圆弧00；圆心为（0，0）C；下平面为逆圆弧A；本段结束（3）第二段-50005000-5000-5000L-50005000-5000-5000C00CA（4）第三段-5000-5000-5000-5000L-5000-50005000-5000C00CA（5）第四段5000-500050005000L5000-500050005000C00CA（6）返回段5000500080005000L5000500080005000LQ；程序结束谢谢观看/欢迎下载BYFAITHIMEANAVISIONOFGOODONECHERISHESANDTHEENTHUSIASMTHATPUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BYFAITHIBYFAITH最易遭老板“炒”的15种员工广东韦邦集团李双华