第7章电火花线切割加工编程.ppt

1、第5章 电火花线切割加工编程,5.1 电火花线切割加工概述 5.2 电火花线切割机床的基本结构 5.3 电火花线切割的工艺与工装 5.4 电火花线切割编程 5.5 锥度切割的编程与实现 思考与练习题,5.1 电火花线切割加工概述,5.1.1 电火花线切割原理 电火花线切割加工又称为数控线切割，其加工过程是利用一根移动着的金属丝(钼丝、钨丝或铜丝等)作工具电极，在金属丝与工件间通以脉冲电流，使之产生脉冲放电而进行切割加工的。如图5-1所示，电极丝穿过工件上预先钻好的小孔(穿丝孔)，经导轮由走丝机构带动进行轴向走丝运动。工件通过绝缘板安装在工作台上，由数控装置按加工程序指令控制沿X、Y两个坐标方向

2、移动而合成所需的直线、圆弧等平面轨迹。在移动的同时，线电极和工件间不断地产生放电腐蚀现象，工作液通过喷嘴注入，将电蚀产物带走，最后在金属工件上留下细丝切割形成的细缝轨迹线，从而达到了使一部分金属与另一部分金属分离的加工要求。,图5-1 电火花线切割加工原理,5.1.2 电火花线切割特点 和电火花成形机床不同，线切割是利用线电极来进行加工的。 (2)切缝较小，可以对工件进行套裁，有效地利用工件材料，特别适合模具加工。 (3)线切割加工主要是对通孔加工，较适合于冷冲模；而电火花成形机床则主要是对盲孔进行加工，较适合于型腔模的加工。,(4)对粗、中、精加工,只需调整电参数即可,操作方便、自动化程度高

3、。 （5）当零件无法从周边切入时，工件上需钻穿丝孔。,5.1.3 电火花线切割机床的类型 1按控制方式分 有靠模仿形控制、光电跟踪控制、数字程序控制和微机控制线切割机床等。 2按脉冲电源形式分 有RC电源、晶体管电源、分组脉冲电源和自适应控制电源线切割机床等。 3加工特点分 有大、中、小型以及普通直壁切割型与锥度切割型，还有切割上下异形的线切割机床等。,4按走丝速度分 有快速走丝方式和慢速走丝方式的线切割机床。 我国机床型号的编制是根据JB 183876金属切削机床型号编制方法的规定进行的，机床型号由汉语拼音字母和阿拉伯数字组成，它表示机床的类别、特性和基本参数。,例如，数控电火花线切割机床型

4、号DK7725的含义如下：,数控电火花线切割机床的主要技术参数包括：工作台行程(纵、横向行程)、最大切割厚度、加工表面粗糙度、加工精度、切割速度和数控系统的控制功能等。表5-1为DK77系列数控电火花线切割机床的主要型号及技术参数。表5-2为快、慢速走丝线切割加工的特点比较。,表5-1 DK77系列数控电火花线切割机床的主要型号及技术参数,表5-2 快、慢速走丝电火花线切割加工特点比较,电火花线切割机床本体由床身、坐标工作台、走丝机构、线架、工作液箱、附件和夹具的几部分组成。 （参看图5-1） (1)床身部分 一般为铸铁，是坐标工作台、走丝机构及线架的支承和固定基础。 (2)坐标工作台部分 加

5、工是通过坐标工作台与电极丝的相对运动来完成的。,5.2 电火花线切割机床的基本结构,(3)走丝机构 走丝系统使电极丝以一定的速度运动并保持一定的张力。 (4)脉冲电源 受加工表面粗糙程度和电极丝允许承受电流限制，线切割加工总是采用正极性加工。 (5)数控装置 主要作用是在电火花线切割加工过程中，按加工要求自动控制电极丝相对工件的运动轨迹和进给速度，来实现对工件的形状和尺寸加工。,5.3 电火花线切割的工艺与工装,5.3.1 工艺分析,(1)明确加工要求 (2)确定工艺基准,采用什么方法定位,电火花线切割加工,一般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

6、因素，同时选择合适工装。,5.3.2 切割线路的确定 在加工中，为避免引起工件的变形，应合理选择加工路线。,例如 图5-2所示的切割路线安排上，图(a)的切割路线是错误的，按此加工，切割完前几段线后，继续加工时，由于原来主要连接的部位被割离，余下的材料与夹持部分连接较少，工件刚度大为降低，容易产生变形，从而影响加工精度。如按图(b)的切割路线加工，可减少由于材料割离后残余应力重新分布而引起的变形，所以，一般情况下，最好将工件与其夹持部分分割的线段安排在切割总程序的末端。对精度要求较高的零件，最好采用图(c)的方案，电极丝不由坯料的外部切入，而是将切割起点取在坯件预制的穿丝孔中。,图5-2 加工

7、线路的确定,对于切割孔类工件，为减少变形，可采用两次切割法，如图5-3所示。第一次粗加工型孔，周边留余量0.10.5 mm，以补偿材料应变后的变形。第二次切割为精加工，这样可达到较满意的效果。为更好地避免切割大孔形时产生尖角应力开裂的可能性，还可以用其他加工方法对型孔预先进行镂空处理，同时对尖角处添加过渡圆。,图5-3 两次切割法,5.3 .3工件的装夹 工件的装夹形式对加工精度有直接影响。线切割机床的夹具比较简单。一般是在通用夹具上采用压板螺钉固定工件。当然有时也会用到磁力夹具、旋转夹具或专用夹具。 1工件装夹的一般要求 (1) 工件的基准表面应清洁无毛刺，经热处理的工件，在穿丝孔内及扩孔的

8、台阶处，要清除热处理残物及氧化皮。,(2) 夹具应具有必要的精度，将其稳固地固定在工作台上，拧紧螺丝时用力要均匀。 (3) 工件装夹的位置应有利于工件找正，并应与机床行程相适应，工作台移动时工件不得与丝架相碰。 (4) 对工件的夹紧力要均匀，不得使工件变形或翘起。 (5) 大批零件加工时，最好采用夹具，以提高生产效率。 (6) 细小、精密、薄壁的工件应固定在不易变形的辅助夹具上。,2支撑装夹方法 (1) 悬臂支撑方式。通用性强，装夹方便。但由于工件单端压紧，另一端悬空，因此工件底部不易与工作台平行，所以易出现上仰或倾斜致使切割面与工件上下平面不垂直或达不到预定的精度。只用于要求不高或悬臂较小的

9、情况。 (2) 两端支撑方式(如图5-4(a)所示)。其支撑稳定，平面定位精度高，工件底面与切割面垂直度好，但对于较小的零件不适用。 (3) 桥式支撑方式(如图5-4(b)所示)。采用两块支撑垫铁架在双端夹具体上。其特点是通用性强，装夹方便，大、中、小工件装夹都比较方便。,图5-4 工件支撑装夹方式 (a) 两端支撑方式；(b) 桥式支撑方式,(4) 板式支撑方式(如图5-5(a)所示)。可根据经常加工工件的尺寸而定，可呈矩形或圆形孔，并可增加X、Y两方向的定位基准。装夹精度高，适于常规生产和批量生产。 (5) 复式支撑方式(如图5-5(b)所示)。在桥式夹具上，再装上专用夹具组合而成。装夹方

10、便，特别适合于成批零件加工。可节省工件找正和调整电极丝相对位置等辅助工时，易保证工件加工的一致性。,图5-5 工件支撑装夹方式 (a) 板式支撑方式；(b) 复式支撑方式,5.4 电火花线切割编程,数控线切割编程分为手工编程和自动编程。格式有3B 、 4B 、 5B 、ISO和EIA等，使用最多的是3B格式，目前也有许多系统直接采用ISO代码格式。 5.4.1 3B格式程序编制 1编程规则 3B代码编程是数控电火花线切割机床用的最常见程序格式，每一行的格式为： B JX B JY B J G Zn 其中：,B为分隔符，表示一条程序段的开始，并将X、Y等计数长度分隔开，相当于表格中的制表线。 J

11、X 、JY分别为X、Y轴方向上的坐标计数。 J为主计数轴的计数长度。它等于加工线段在主计数轴上的投影长度。 G为主计数轴的设定，有GX、GY两种设定。GX表示X轴为主要计数轴，GY表示Y轴为主要计数轴。 Zn为加工指令，用于决定控制台是按直线还是按圆弧进行插补加工，并含有加工方向等信息。有L1、L2、L3、L4、SR1、SR2、SR3、SR4、NR1、NR2、NR3、NR4共12种指令。,1) 编程坐标系的建立 尽管对3B格式程序来说，程序中的数据与坐标原点所处的位置无关，但其总的坐标轴方向应该是确定不变的；否则，将无法放置到机床上。而且，建立一个原点固定的编程坐标系，对编程计算是非常方便的。

12、通常这个坐标系原点应定在图纸尺寸标注的相对基准点上。坐标轴的方向应根据安装到机床上的预定方向来决定。,2) 基本坐标计数的确定 对于直线段，应先将坐标原点假想地移到该线段的起点上，求得线段终点在该假想坐标系中的坐标值(X，Y)。 直线：经假想平移后，与坐标轴重合的直线段，即图形中与原始X、Y坐标轴方向平行的直线段。无论该线平行于哪根轴，都按：JX = JY = 0 来设定。 斜线：指图形中与X、Y坐标轴方向夹角都不为零的直线段。此时，计数长度等于该线在对应坐标轴上的投影长度，即：JX = X，JY =Y。 圆弧段：先将坐标原点假想地移到该圆弧的圆心上，计数长度由起点坐标决定。若圆弧起点与终点在

13、该坐标系中的坐标分别为(X1，Y1)和(X2，Y2)，则：JX = X1，JY =Y1。,3) 主计数轴与主计数长度的确定 直线段：先假想地将坐标系原点移到该线段的起点上，再看线段终点所处的位置。按图5-6(a)所示以45的线分界，在阴影区内时，主计数轴为GX；在非阴影区内时，主计数轴为GY。亦即在假想坐标系里终点坐标X和Y的绝对值中哪个大，则哪个轴即为主计数轴。(当终点刚好在45线上时，从理论上讲，应该是在插补运算加工过程中最后一步走的是哪个轴，就取该轴作主计数轴。因此，1、3象限取GY，2、4象限取GX)。,图5-6 主计数轴的确定 (a) 直线时；(b) 圆弧时,主计数长度即为主计数轴的

14、计数长度。 直线：主计数长度即为该线长度。 斜线：若JX JY 时，记为GX，J = JX； JY JX 时，记为GY，J = JY。 圆弧：同样将坐标原点假想地移到该圆弧的圆心上，看圆弧终点所处的位置。按图5-6(b)所示以45线分界，在阴影区内时，主计数轴为GX；在非阴影区内时，主计数轴为GY。 (如图5-7),图5-7 计数长度的确定,4) 加工指令 同样地，直线时，将坐标原点移到线段起点上；圆弧时，将坐标原点移到圆心上。再进行如图5-8所示的判断。 直线和斜线段加工指令。根据直线终点所处的象限有L1、L2、L3、L4四种指令。 圆弧段加工指令。根据从起点到终点的圆弧加工走向有顺圆和逆圆

15、之分。 顺圆。根据圆弧起点所处的象限有SR1、SR2、SR3、SR4四种指令。 逆圆。根据圆弧起点所处的象限有NR1、NR2、NR3、NR4四种指令。,图5-8 加工指令的确定,编程时，应将工件加工图形分解成各圆弧与各直线段，然后逐段编写程序。由于大多数机床通常都只具有直线和圆弧插补运算的功能，所以对于非圆曲线段，应采用数学的方法，将非圆曲线用一段一段的直线或小段圆弧去逼近。 程序书写格式如下： 对于直线，其格式通常是：B B B J G Zn。 对于斜线与圆弧，其格式通常是：B JX B JY B J G Zn。 但对于斜线段，若JX、JY具有公约数，则允许把它们同时缩小相同的量级，只要保持

16、其比值不变即可。,此外，还应注意的是：实际编程时，通常不按零件轮廓线编程，而应按加工切割时 电极丝中心所走的轨迹进行编程，即还应该考虑电极丝的半径和工件间的放电间隙。但对有间隙补偿功能的线切割机床，可直接按工件图形编程，其间隙补偿量可在加工时置入。 对于具有公差的尺寸数据，根据大量的统计，加工后的实际尺寸大部分是在公差带的中值附近，因此应采用中差尺寸编程。中差尺寸的计算公式为：,2编程实例 例1 如图5-9(a)所示的凸模由三段直线与一段圆弧组成，应编制四条程序段(沿逆时针方向加工)。此外，还应增加钼丝从工件外部切入到轮廓线的引入段和从轮廓结束顺原路径引出的程序段。若不考虑线径补偿，直接按图形

17、轮廓编程，则所编加工程序见表5-3。,图5-9 编程零件图例,表5-3 不考虑补偿时的程序清单,若考虑线径补偿，设所用钼丝直径为0.12 mm，单边放电间隙0.01 mm，则应将整个零件图形轮廓沿周边均匀增大一个0.01+0.12/2=0.07的值，得到图5-9(b)中虚线所示的轮廓后，按虚线轮廓(即丝中心轨迹)编程，所编加工程序清单见表5-4。,表5-4 考虑补偿时的程序清单,例2 若要切割一个直径为20 mm的圆孔，设穿丝预孔打在孔中心处，所用钼丝直径为0.12 mm，单边放电间隙0.01 mm，则切割时丝中心应在直径为19.86 mm的圆上，整个加工程序应为： B B B 9930 GX

18、 L1 引入直线段 B 9930 B 0 B 39720 GY NR1 切割整圆 B B B 9930 GX L3 引出直线段 D 结束,5.4.2 ISO格式程序编制 1编程规则 线切割加工所采用的国际通用ISO格式程序和数控铣基本相同，且较之更为简单。由于线切割加工时没有旋转主轴，因此没有Z轴移动指令，也没有主轴旋转的S指令及M03、M04、M05等工艺指令，也可分成主程序和子程序来编写。 DK7625机床常用G功能和M功能指令见表5-5。,表5-5常用G代码与M代码,注： 表内 00 组为非模态指令，只在本程序段内有效。其他组为模态指令，一次指定后持续有效， 直到碰到本组其他代码。 标有

19、* 的G代码为数控系统通电启动后的默认状态。,编程规则和方法与数控轮廓铣削基本类似，在此只是对其不同之处进行重点说明。 (1) 加工平面设定只可能是XY平面，内部已设定为G17状态，因此G17可不写。程序代码中不可能出现Z坐标值，刀补代码只有G40、G41、G42及Dxx。 (2) 在圆弧插补指令中，有关圆心坐标的信息只可用I、J格式，R代码已被用于锥度加工中表示转角半径的信息，而不再是表达圆弧插补的圆弧半径信息。 (3) F代码用于指令每分钟的加工进给量(进给速度)。其指令单位为：米制为0.01 mm/min，英制为0.0001 inch/min。,(4) T代码在此不再表示刀具号，而是用于

20、指令锥度加工中的丝倾斜角度。 (5) 程序中坐标地址后跟的数值，若不带小数点，则其单位为m，即0.001 mm；若带有小数点，则其单位为mm。 (6) G04用于指令中途想停止的时间，时间用地址X字符指令，指令单位为0.001 s。,2编程实例 如图5-10所示零件，按图中箭头所示加工轨迹方向，在暂不考虑线径补偿的情况下，以绝对坐标编程方式进行编程。,图5-10 编程图例,分析（1）根据装夹方位建立一坐标系。 （2）求出各节点的坐标 按图示作辅助线后，即可得知该公切线的法线与X轴的夹角为30，因此可按式X=X0+Lcos30；Y=Y0+Lsin30算出公切线的两端点坐标分别为(17.32,10

21、)和(8.66, 25)。 （3）按加工顺序对直线和圆弧段分别编程即可。图中，加工起始点即为穿丝孔所在位置，此点坐标为：(20，40) 。整个图形编程如下(沿逆时针方向加工)：,O0001 ; N001 G92 X 20.0 Y 40.0 ; 建立工件坐标系 N002 G90 G01 X 20.0 Y 30.0 ; 从穿丝孔到工件轮廓的引入线 G02 X30.0 Y 20.0 I -10.0 J 0.0 ; 左上方R10的顺圆 G03 X30.0 Y20.0 I 0.0 J20.0 ; 左下方R20的逆圆 G01 X 0.0 Y 20.0 ; 正下方的水平直线 G03 X 17.321 Y 1

22、0.0 I 0.0 J 20.0 ; 右下方R20的逆圆 G01 X 8.66 Y 25.0 ; 右方公切线 G03 X 0.0 Y 30.0 I8.66 J5.0 ; 右上方R10的逆圆 G01 X20.0 Y 30.0 ; 正上方的水平直线 X20.0 Y 40.0 ; 返回穿丝孔的引出线 M02 ; 程序结束,5.4.3 线径补偿问题 在数控线切割加工中，由于数控装置所控制的是电极丝中心的行走轨迹，而实际加工轮廓却是由丝径外围和被切金属间产生电蚀作用而形成的。和数控铣床加工轮廓时需考虑刀具半径补偿一样，线切割加工时也必须考虑这一尺寸偏差，这在线切割加工中称之为线径补偿量。其值通常为：f

23、= 丝半径+单边放电间隙(+精加工余量)。,同样，线径补偿的编程控制也可有编程预补偿和机床补偿两种方式。从上一节的编程实例1中可以知道，针对图5-17所示零件的预补偿编程是很麻烦的，一旦改变补偿量的大小，就需要重新编程。下面的实例是在图5-18零件程序的基础上考虑采用机床线径补偿方式后的ISO格式加工程序。,从以上程序中可以看出，该程序中所用的数据，基本上都是按原来的轮廓轨迹来直接进行编写的，线径补偿在程序中的体现仅仅只是少数几个代码而已(带下划线的)。 在编程预补偿和机床补偿两种方式中，采用机床自动补偿更具有灵活性。若线径改变后需要变更一个偏移值，只需改变补偿量的大小的设定；对整个轮廓轨迹重

24、新补偿计算的工作，则由机床数控装置自动进行，更改过程简单方便。事实上，对于冲模零件的线切割加工而言，采用机床补偿的方法相当方便。只需要按冲件图形尺寸编出一个程序，输入到机床控制系统中，以后在加工时再根据需要给定补偿量，再适当修改一下切入的程序段，即可分别加工出凸、凹模以及卸料板、固定板等的型孔。,对于ISO格式程序来说，机床补偿是可以在程序中使用补偿指令来控制的，但在快走丝所用的3B格式程序中，是没有控制补偿用的指令代码的。若要进行线径补偿，则需要在机床上进行专门的设定。当然，对一些补偿功能还不完善的机床(比如国内的快走丝线切割)而言，若想采用机床补偿方式，则还需要在对整个轮廓轨迹编程时，预先

25、对轨迹中所有的尖角进行修圆处理，其过渡圆角半径一般在0.10.5 mm范围内选用。为此，有的机床就采用了4B程序格式，它在补偿问题上较之3B格式有一定的优势。,5.5 锥度切割的编程及实现,5.5.1 锥度加工的实现机理 要在线切割加工中实现锥度切割，就应想办法让电极丝能相对于工件面产生倾斜，而不再是传统的垂直穿越。当然，丝与工件面间的倾斜不能是保持某一固定的倾斜方向状态，因为这样的话，最多只能是在某一方向面上割出锥度，而当改变加工方向面后则可能得不到锥度，或所得到得锥度不是所期望的。真正的锥度切割应是能自动地根据所加工的方向面随时改变其倾斜方向，以保证所加工出的锥度工件在锥度范围内的每一个横

26、截面的形状都应是按一定比例缩放得到的。就像如图5-11中圆锥台零件和棱锥台零件所示的一样，在不同的方位上丝产生相对应的倾斜，但丝和垂直面的倾斜角度基本上是保持恒定的。,图5-11 零件锥度切割的概念,实现锥度的切割加工可通过控制上下丝架导向器按一定程序轨迹移动来实现。根据机床的结构布局安排，可有如图5-12所示的三种实现方式。 方式1：上丝架可动，下丝架不动，如图(a)所示。 方式2：下丝架可动，上丝架不动，如图(b)所示。 方式3：上、下丝架都可动，如图(c)所示。,图5-12 锥度切割的三种实现方式,其中，方式3的结构很复杂，很少采用，只有在需要特别大的加工锥度的情况下，才按方式3设计制造

27、。方式1和2的结构复杂程度相当，主要就是看操作使用的环境场合的需要而设计制造。本机床锥度的切割加工就是采用方式1实现的。,锥度加工控制范围主要受到可动丝架导向器的移动行程的限制，本机床是按使用圆形导向器时最大切割锥度为10来设计的。此时，要求上丝架的U、V轴向最大行程不得小于12.5mm。本机床根据采用的上下导向器形状的不同而有两种加工锥度范围。用V型导向器时可加工小锥度角，其加工锥度范围为1.5。当需要加工大锥度角时需用圆形导向器，其加工锥度范围为5。V型槽导向器与圆形导向器可简单地进行更换，先更换上圆形导向器后，按照上丝架双向可动极限行程范围，找到各轴向的行程中间点。再以此点位来调装固定下

28、圆形导向器，然后再返回来调整U、V轴进行校丝垂直操作，最后从找好的U、V原点处确认各向行程不小于12.5mm；否则，将会在切割10的大锥度时产生超程报警。,5.5.2 锥度加工数据的设定 可在MDI方式下由功能按钮“功能设定(SET)”设定锥度加工所需的各种数据。若不设定这些数据，即使程序中有丝倾斜的指令，也不能进行锥度加工。这些数据包括： 加工方式(CUTTING MODE)：锥度加工时，设定为“1”；垂直加工时，设定为“0”；锥度加工带画图方式时，设定为“2”。 工件面高度I(WORK PLANE)：设定工件面的高度。在指定的工件面高度的面上，程序的尺寸与工件的尺寸相同，如图5-13所示。

29、,图5-13 锥度加工参数, 上导向面高度J(UPPER GUIDE)：设定上导向面的高度。在V型槽导向的情况下，从上导向滑块上的刻度尺上所读得的值再加上1 mm，便是所设定的数字。 速度控制面高度M(FEED PLANE)：指定程序指令速度的面。在这个面上，丝的移动速度与指令速度相等，一般设在锥度加工部分的最上面至最下面之间的某高度面上。 画图面高度L(DRAWING PLANE)：用于设定当加工方式为“2”时的机械手臂作图面高度。所绘图形的大小是和画图面轨迹大小相一致的。, 下导向面高度S(LOWER GUIDE)：用于设定下导向面离工件安装台的距离。若不搭桥板，以当前工件安装基准台面为准

30、。对V型导向器而言，这一距离已于出厂时便已测出，S=25.3 mm。对圆形导向器而言，这一距离应为27 mm。当更换导向器时，应用参数设定的番号167来更改此设定。 以上各高度均是以工件安装台为基准来设定的，以上导向的方向为正，设定值以当时设定的输入单位系设定。,5.5.3 锥度加工的编程 从前述可知，锥度加工即是在丝垂直加工的基础上，同时有了上丝架的U、V坐标轴移动。但在程序中是无法直接指令U、V轴的，我们在程序中只能指令丝倾斜的角度和倾斜方向，U、V轴的移动是由数控装置根据这些数据和锥度加工设定的各控制面高度数据来自动计算并控制实施的。也就是说，要实现锥度加工，必须要进行锥度加工数据设定和程序中指令丝倾斜两方面内容的结合才行。锥度加工的程序指令形式基本上和线径补偿指令的形式相似。有倾斜方式和倾斜角度两个内容。,G50丝倾斜取消方式，即丝垂直加工方式，是电源投入时的缺省方式。 G51丝倾斜左方式。上导向在程序面指定通路行进方向的左侧移动。 G52丝倾斜右方式。上导向在程序面指定通路行进方向的右侧移动。 丝倾斜角度由地址T指令，有小数点时角度单位为1，无小数点时角度设定单位为0.001，最大指令5.000。角度值是以从垂直位置起的偏角进行指令，无论是左倾还是右倾，都用正值指令；若为负值