《数控特种加工技术（第二版）》教学资源-第3章数控电火花线切割加工

主编：丛文龙张祥兰学习目标与要求2．加工特殊材料切割某些高硬度、高熔点的金属时，使用机械加工的方法几乎是不可能的，而采用线切割加工既经济又能保证精度。。3．试制新产品在新产品开发过程中需要单件的样品，使用线切割直接切割出零件，无需模具，这样可以大大缩短新产品开发周期并降低试制本钱。如在冲压生产时，未开出落料模时，先用线切割加工的样板进行成形等后续加工，得到验证后再制造落料模2．锥度切割装置线切割系统一般都具有锥度切割功能，锥度切割装置如图3-4所示。钼丝相对于工件的左右运动〔即工作台纵向运动〕为X轴坐标运动，钼丝相对于工件的前后运动〔即工作台横向运动〕为Y轴坐标运动。坐标轴正方向的规定如下图。进行锥度切割时，下丝架不动，而上丝架上的十字拖板将作左右、前后移动，其中平行于X轴的左右移动为U轴坐标运动，平行于Y轴的前后移动为V轴坐标运行。U、V轴运动将使电极丝倾斜，而X、Y、U、V四轴联动，就可以切割出各种锥度要求的工件。3．电极丝驱动装置电极丝驱动装置又称走丝机构，其作用是使电极丝以一定速度连续不断地通过放电加工区。图3-5是快速走丝线切割机的走丝机构示意图，电极丝由储丝筒经丝架、导轮和导向器，穿过工件后，再经过导向器和导轮返回到储丝筒。工作时，电动机通过弹性联轴器带动储丝筒作旋转运动，同时储丝筒作轴向移动，这样电极丝就整齐地卷绕在储丝筒上。当储丝筒移动到终端时，储丝筒立即反向转动，同时作反向移动。如此往复运动，使电极丝始终卷绕在储丝筒上，反复使用直至断丝。图3-6是慢速走丝线切割机的走丝机构示意图，电极丝由供丝卷筒，通过电极丝张紧机构〔由滑轮、压紧轮、制动轮组成〕，穿过上导丝嘴、工件、下导丝嘴后，再由滑轮导向，经卷丝机构〔由卷丝滚轮、压紧轮、滑轮组成〕，进入废丝回收箱。 4．工作液循环装置图3-7是快速走丝线切割机工作液循环系统图。对于快速走丝线切割机床通常采用浇注式的供液方式。工作液〔乳化液〕由泵供给，经节流阀调压，通过上、下供液管，由快速运行的电极丝带入放电间隙中。回液的处理也比较简单，仅用滤清器对乳化液过滤，去除乳化液中的放电腐蚀产物。图3-8是慢速走丝线切割机工作液循环系统图。其供液系统与快速走丝线切割机根本相同，但由于走丝速度慢，工作液〔去离子水〕主要是靠上、下高压喷嘴喷入放电间隙的。慢速走丝线切割机的回液系统主要是对工作液进行去离子处理的离子交换树脂净化装置。对于慢速走丝线切割机床，也有用浸泡式的供液方式。二、电参数对线切割加工工艺指标的影响三、非电参数对线切割加工工艺指标的影响〔2〕电极丝上丝、紧丝质量的影响电极丝的上丝、紧丝是线切割操作的一个重要环节，它的好坏直接影响到工件的质量和切割速度。如图3-10所示，当电极丝张力适中时，切割速度最大。在上丝、紧丝的过程中，如果上丝过紧，电极丝超过弹性变形限度时，由于频繁地往复弯曲、摩擦，加上放电时遭受急热、急冷变换的影响，可能发生疲劳而造成断丝。高速走丝时，上丝过紧断丝往往发生在换向的瞬间，严重时即使空走也会断丝。〔3〕电极丝垂直度的影响在加工过程中，如果导轮有径向圆跳动或轴向窜动，电极丝就会发生振动〔振幅决定于导轮跳动或窜动值〕，这时切割出的圆柱体工件必然出现圆柱度偏差。2．工件材料及厚度对线切割加工工艺指标的影响工件材料不同，其熔点、气化点、热导率等都不一样，因而加工效果也不同。表3-1为采用乳化液加工不同材料时的效果。工件材料薄，工作液容易进入并充满放电间隙，对排屑和消电离有利，加工稳定性好。但工件太薄，放电脉冲率和切割效率偏低，且电极丝易产生抖动，对加工精度和外表粗糙度不利。工件厚，工作液难以进入和充满放电间隙，加工稳定性差，但电极丝不易抖动，因此精度较高，外表粗糙度值较小。一、工艺基准确实定二、切割路线的选择在加工中，由于工件内部剩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，需注意以下几个方面。1．应将工件的其夹持局部安排在切割路线的末端。如图3-13所示，图a先切割靠近夹持的局部，使主要连接部位被割离，余下材料与夹持局部连接较少，工件刚性下降，易变形而影响加工精度。图b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3-14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也是从工件端面开始切割，但路线由外向内，比图a方案安排合理些，但仍有变形；图c切割起点取在坯件预制的穿丝孔中，且由外向内，变形最小，是最正确方案。3．两次切割法。切割孔类零件时，为减少变形可采用两次切割法，如图3-15所示，第一次粗加工型孔，周边留0．l～0.5mm余量，以补偿材料原来的应力平衡状态受到的破坏，第二次切割为精加工，这样可以到达较满意的效果。4．要在一块毛坯上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3-16所示。5．加工的路线，距离端面〔侧面〕应大于5mm。三、电极丝初始位置确实定线切割加工前，应将电极丝调整到切割的起始位置上，可通过校对穿丝孔来实现。穿丝孔位置确实定应遵循以下原那么：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外表时，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。对于大型工件，应将穿丝孔设置在靠近加工轨迹边角处或选在坐标点上。3．要在一块毛坯上切出两个以上零件或加工大型工件时，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。四、加工条件的选择1．电参数的选择可改变的电参数主要有脉冲宽度、电流峰值、脉冲间隔、空载电压、放电电流等。要获得较好的外表粗糙度时，所选用电参数要小些；假设要求获得较高的切割速度，脉冲参数要大些，但加工电流的增大受到电极丝截面的限制，过大的电流将引起断丝；加工大厚度工件时，为了顺利排屑和有利于工作液进入加工区，宜选用较高的脉冲电压、较大的脉宽和电流峰值，以增大放电间隙。2．电极丝选择丝电极应具有良好的导电性和抗电蚀性，抗拉强度高，材质均匀。高速走丝机床的电极丝主要有钼丝、钨丝和钨钼丝。常用的钼丝规格为φ0．10～0．18mm，当需要切割较小的圆弧或缝槽时也用φ0.06mm的钼丝。钨丝的优点是耐腐蚀、抗拉强度高，缺点是脆而不耐弯曲，且价格昂贵，仅在特殊情况下使用。低速走丝线切割机床一般使用黄铜丝作电极丝，用一次就弃掉，因此不必用高强度的钼丝。丝电极直径的选择应根据切缝宽窄、工件厚度和拐角尺寸大小来选择。假设加工带尖角、窄缝的小型零件宜选用较细的电极丝；假设加工大厚度的工件或大电流切割时应选较粗的电极丝。4．工件装夹方式工件装夹方式主要有悬臂支撑式、两端支撑式、桥式支撑式、复式支撑式等，各种装夹方式的特点及应用如表3-2所示。五、线切割加工的步骤线切割加工前需准备好工件毛坯〔切割型腔零件时，毛坯上应预先打好穿丝孔〕、压板、夹具等装夹工具，然后按以下步骤操作：〔1〕启动机床电源进入系统，编制加工程序；〔2〕检查系统各局部是否正常，包括高额电压、水泵、丝筒等的运行情况；〔3〕进行储丝筒上丝、穿丝和电极丝找正操作；〔4〕装夹工件，根据工件厚度调整Z轴至适当位置并锁紧；〔5〕移动X、Y轴坐标确立切割起始位置；〔6〕开启工作液泵，调节喷嘴流量；〔7〕运行加工程序开始加工，调整加工参数；〔8〕监控运行状态，如发现工作液循环系统堵塞时应及时疏通，及时清理电蚀产物，但在整个切割过程中，均不宜变动进给控制按钮；〔9〕每段程序切割完毕后，一般都应检查纵、横拖板的手轮刻度是否与指令规定的坐标相符，以确保高精度零件加工的顺利进行，如出现过失，应及时处理，防止零件报废。〔2〕4B代码格式程序4B格式是在3B根底上开展起来的，它带有间隙自动补偿功能，其程序格式为：BXBYBJBRG〔D或DD〕Z各符号含义如表3-4所示。〔3〕R3B代码格式程序程序格式如下：IRBXBYBJGZ各符号含义如表3-5所示。2.程序编写方法程序编号首先要确定坐标系与坐标值，要确定计数方向和计数长度，再确定加工指令及各种补偿处理等，具体规那么如下。〔1〕坐标系与坐标值确实定平面坐标系是这样规定的：面对机床操作台，工作台平面为坐标系平面，左右方向为X轴，并且右方向为正即十X；前前方向为Y轴，前方向为正即十Y。编程时，采用相对坐标系即坐标系的原点随程序段的不同而变化。加工直线时，以该直线的起点为坐标系的原点，X、Y取该直线终点的坐标值；加工圆弧时，以该圆弧的圆心为坐标系的原点，X、Y取该圆弧起点的坐标值，单位为μm，坐标值的负号不写。〔2〕计数方向G确实定不管是加工直线，还是加工圆弧，其计数方向均按照终点的位置来确定。加工直线时，终点靠近何轴，那么计数方向取该轴。加工与坐标轴成45度角的线段时，计数方向取X轴、Y轴均可，记作GX或GY，如图3-17a所示。加工圆弧时，终点靠近何轴，那么计数方向取另一轴。加工圆弧的终点与坐标轴成45度角时，计数方向取X轴、Y轴均可，记作GX或GY，如图3-17b所示。〔3〕计数长度J确实定计数长度是在计数方向根底上确定的。计数长度是被加工的直线或圆弧在计数方向坐标轴上投影的绝对值的总和，也就是在X轴或Y轴上投影长度的总和，其单位μm。图3-18是加工直线时计数长度确实定。图中加工直线OA时，计数方向为X轴，计数长度为OB，数值等于A点的X坐标值。加工直线OC时，计数方向为Y轴，计数长度为OD，数值等于C点的X坐标值。图3-19是加工圆弧时计数长度确实定。图中加工半径为350的圆弧EF时，计数方向为X轴，计数长度为350×3=1050，即是圆弧EF中三段90°圆弧在X轴上投影的绝对值的总和。〔4〕加工指令Z确实定加工直线有4种加工指令。加工圆弧时，顺时针加工有4种加工指令，逆时针加工有4种加工指令。共12种加工指令，具体规定如下。加工直线的4种加工指令：L1、L2、L3、L4。当直线在第一象限时，包括X轴而不包括Y轴，加工指令记作L1；当直线处于第二象限时，包括Y轴而不包括X轴，加工指令记作L2；加工指令L3和L4依次类推。具体如图3-20a所示。顺时针加工圆弧有4种加工指令：SR1、SR2、SR3、SR4。当圆弧的起点在第一象限时，包括Y轴而不包括X轴，加工指令记作SR1；当起点在第二象限时，包括X轴而不包括Y轴，加工指令记作SR2；加工指令SR3、SR4依次类推。具体如图3-20b所示。逆时针加工圆弧有4种加工指令：NR1、NR1、NR3、NR4。当圆弧的起点在第象一限时，包括X轴而不包括Y轴，加工指令记作NR1；当圆弧起点在第二象限，包括Y轴而不包括X轴时，加工指令记作NR2；加工指令NR3、NR4依次类推。具体如图3-20c所示.二、编程的一般过程1．工艺分析根据相应的装夹情况和切割方向，确定相应的计算机坐标系；偏移量和坐标值计算；2．编制程序根据电极线中心轨迹各交点坐标值及各线段的加工顺序，逐段编制程序；3．程序校验编好的程序需校验前方可用于加工。常见的程序校验方法有画图校验和空运行等。三、数控线切割加工编程实例1．加工简单凸模和凹模的程序编制〔1〕分析图样冲件图样如图3-21所示，对图样首先应看清其形状、尺寸精度和外表粗糙度等内容。冲制该工件实际是一冲压的落料工序，工件材料为Q235钢，厚度为2mm，据此查手册，其单边冲模间隙应取5％工件厚度，故δ配=0.lmm。该冲模为落料模，故冲模间隙应在凸模上扣除，其四模孔形尺寸应等于工件尺寸。故实际切割出来的冲头，每边尺寸均应减小0.lmm。〔2〕编程现大局部线切割机床都具有间隙补偿功能，所以编程时可直接按工件图样的尺寸编程，然后利用控制器的间隙补偿功能，分别加工凸模和凹模。

因凸模和凹模的开始切割点不同，凸模起割点穿丝孔应取在图形外边，而凹模起割点穿丝孔应设在图形的中间。目前绝大局部线切割机床，当使用间隙补偿功能时，均需在尖角处加过渡圆，否那么无法使用间隙补偿功能。过渡圆半径应大于r丝+δ电，此处取过渡圆半径为0.lmm，故该工件编程所用的图形实际如图3-22所示。根据该图编出3B程序如表3-6所示，该表中略去了切入和切出两条程序，其切割顺序为1—2—3—4—5—6—1。三、数控线切割加工编程实例图3-21冲件图三、数控线切割加工编程实例〔3〕输入和校验程序程序条数比较少时，往往用手工按键输入控制器中。对于微机控制器，可以把全部程序一次输入，然后再逐条显示出来与程序单校对。在微机控制器中显示的是十进制数据，校对起来很直观，假设发现错误，修改也很方便。〔4〕试切样件为了用实物校验所编图形的程序是否正确，尺寸是否符合要求，往往需用一块薄钢板来试切一个样件。切出样件经检查后，假设图形或尺寸不对，首先应再检查一下控制器中的程序是否输入正确，然后再检查编程是否有错误，直至切割出的样件形状和尺寸均符合要求，才能正式切割模具。2.加工如图3-23所示燕尾槽零件时4B格式程序的编制。图3-23燕尾槽零件程序如下：进刀BBB5000B5000GYDL2;〔a〕BBB7500B4246GXDL1;〔b〕B9B15B15000GYL3;〔c〕BBB28000B7927GXDDL1;〔d〕B9B15B15000GYL4;〔e〕BBB15000B5023GXDL1;〔f〕B4000B20000B20000B10000GYDL3;〔g〕BBB32000B19517GXDL3;〔h〕B4B20B20000B10000GYDL2;〔I〕BBB7500B6149GXDL1;〔j〕DD。四、自动编程当零件的形状比较复杂或具有非圆曲线时，人工编程的工作量大，容易出错，甚至无法实现。计算机自动编程软件的出现解决了这一问题。这类软件简化了编程工作，提高了工作效率。自动编程软件的种类较多，具有代表性的线切割计算机辅助制造软件“CAXA线切割V2自动编程系统〞是专门针对线切割设计和加工人员的需要开发的实用计算机辅助制造软件，它易学易用，通过软件可自动生成数控程序。1.CAXA线切割V2的特点〔1〕中文全程在线帮助和快捷提示帮助；〔2〕方便快捷的交互式和直观灵活的拖画设计；〔3〕与比例无关的图形生成和智能化的工程标注；〔4〕动态导航功能和剖面线绘制；〔5〕明细表与零件序号联动，参量国标图库种类齐全；〔6〕采用国际设计和通用的数据接口。2.CAD/CAM功能〔1〕智能图形绘制和编辑功能；〔2〕种类齐全的参量化设计和图纸管理系统；〔3〕支持实物扫描输入和丰富的数据接口；〔4〕局部参数化设计及全面开放的平台功能。3．CAXA线切割V2的编程过程〔1〕在CAD建立模型的根底上绘出其工艺路径；〔2〕通过编程软件自动生成数控程序；〔3〕通过网络通信或手动键盘输入方式将数控程序传送到数控机床。。4．CAXA线切割V2编程实例4．CAXA线切割V2编程实例根据图形特点，采用快走丝线切割一次切割成形，选用0.12mm的钼丝作电极丝，单边放电间隙为0.02mm，偏移量为0.08mm。加工坐标原点X设置在图形的对称中心线上，Y设置在毛坯的下侧边。使用CAXA线切割V2进行程序编制过程如下：(1)单击主菜单：文件→数据接口→DWG／DXF文件读入，在弹出的选择窗口选择正确的路径，并选择文件名X5.DWG，单击翻开，系统将会读入该DWG文件的图形，显示如图3-24所示的图形。〔2〕单击主菜单：线切割→轨迹生成，系统弹出“线切割轨迹生成参数表〞对话框。点击“切割参数〞选项卡，确定各切割参数，如表3-7所示。4．CAXA线切割V2编程实例4．CAXA线切割V2编程实例单击“偏移量