第五章 电火花线切割编程、加工工艺及实例

第五章电火花线切割编程、加工工艺及实例5.1电火花线切割编程5.2线切割加工工艺5.3线切割加工实例分析图纸电极丝准备上丝垂直度校核工件准备打穿丝孔工件装夹编程工艺分析选择工艺基准确定切割路线编写加工程序电极丝定位加工检验加工时间加工精度表面粗糙度准备工作环节图5-1线切割加工的步骤5.1电火花线切割编程目前生产的线切割加工机床都有计算机自动编程功能，即可以将线切割加工的轨迹图形自动生成机床能够识别的程序。线切割程序与其它数控机床的程序相比，有如下特点：(1)线切割程序普遍较短，很容易读懂。(2)国内线切割程序常用格式有3B(个别扩充为4B或5B)格式和ISO格式。其中慢走丝机床普遍采用ISO格式。一、线切割3B代码程序格式线切割加工轨迹图形是由直线和圆弧组成的，它们的3B程序指令格式如表5-1所示。表5-13B程序指令格式注：B为分隔符，它的作用是将X、Y、J数码区分开来；X、Y为增量(相对)坐标值；J为加工线段的计数长度；G为加工线段计数方向；Z为加工指令。BXBYBJGZ分隔符X坐标值分隔符Y坐标值分隔符计数长度计数方向加工指令1.直线的3B代码编程1)x，y值的确定(1)以直线的起点为原点，建立正常的直角坐标系，x，y表示直线终点的坐标绝对值，单位为μm。(2)在直线3B代码中，x，y值主要是确定该直线的斜率，所以可将直线终点坐标的绝对值除以它们的最大公约数作为x，y的值，以简化数值。(3)若直线与X或Y轴重合，为区别一般直线，x，y均可写作0也可以不写。如图5-2(a)所示的轨迹形状，请读者试着写出其x，y值，具体答案可参考表5-2。(注：在本章图形所标注的尺寸中若无说明，单位都为mm。)图5-2直线轨迹AB100100C(a)ACXY(b)YAC(c)XYXAB(d)表5-23B代码直线BXBYBJGZCAB1B1B100000GyL3ACB1B1B100000GyL1BAB0B0B100000GxL32)G的确定G用来确定加工时的计数方向，分Gx和Gy。直线编程的计数方向的选取方法是：以要加工的直线的起点为原点，建立直角坐标系，取该直线终点坐标绝对值大的坐标轴为计数方向。若y=x，则在一、三象限取G=Gy，在二、四象限取G=Gx。由上可见，计数方向的确定以45°线为界，取与终点处走向较平行的轴作为计数方向，具体可参见图5-3(c)。图5-3G的确定AXY取G＝Gxy＜xJ＝xB(xe,ye)J＝yXYA取G＝Gyy＞xB(xe,ye)(b)XYGxGyGyGyGxGx(c)(a)3)J的确定J为计数长度，以μm为单位。以前编程应写满六位数，不足六位前面补零，现在的机床基本上可以不用补零。J的取值方法为：由计数方向G确定投影方向，若G=Gx，则将直线向X轴投影得到长度的绝对值即为J的值；若G=Gy，则将直线向Y轴投影得到长度的绝对值即为J的值。4)Z的确定加工指令Z按照直线走向和终点的坐标不同可分为L1、L2、L3、L4，其中与+X轴重合的直线算作L1，与-X轴重合的直线算作L3，与+Y轴重合的直线算作L2，与-Y轴重合的直线算作L4。图5-4Z的确定XYYXL1L3L4L2L2L1L3L4(a)(b)2.圆弧的3B代码编程1)x，y值的确定以圆弧的圆心为原点，建立正常的直角坐标系，x，y表示圆弧起点坐标的绝对值，单位为μm。如在图5-5(a)中，x=30000，y=40000；在图5-5(b)中，x=40000,y=30000。图5-5圆弧轨迹(a)B(－40,－30)J3J2J1YXA(30,40)由于y＜xG＝Gy由于y＞xG＝GxA(30,40)(－40,－30)J3BXX(b)(c)GyGyGxGxYYJ2J12)G的确定G用来确定加工时的计数方向，分Gx和Gy。圆弧编程的计数方向的选取方法是：以某圆心为原点建立直角坐标系，取终点坐标绝对值小的轴为计数方向。若y=x，则Gx、Gy均可。由上可见，圆弧计数方向由圆弧终点的坐标绝对值大小决定，其确定方法与直线刚好相反，即取与圆弧终点处走向较平行的轴作为计数方向。3)J的确定圆弧编程中J的取值方法为：由计数方向G确定投影方向，若G=Gx，则将圆弧向X轴投影；若G=Gy，则将圆弧向Y轴投影。J值为各个象限圆弧投影长度绝对值的和。4)Z的确定加工指令Z按照第一步进入的象限可分为R1、R2、R3、R4；按切割的走向可分为顺圆S和逆圆N，于是共有8种指令：SR1、SR2、SR3、SR4、NR1、NR2、NR3、NR4。图5-6Z的确定XYYXSR4SR1SR2SR3NR2NR3NR4NR1(a)(b)例5.1请写出图5-7所示轨迹的3B程序。图5-7编程图形XJ1J4J3J2YY(a)A(30,40)B(40,－30)J3J4B(40,－30)X(b)J2J1A(30,40)解对图5-7(a)，起点为A，终点为B，J=J1+J2+J3+J4=10000+50000+50000+20000=130000故其3B程序为：B30000B40000B130000GYNR1对图6-7(b)，起点为B，终点为A，J=J1+J2+J3+J4=40000+50000+50000+30000=170000故其3B程序为：40000B30000B170000GXSR4例5.2用3B代码编制加工图5-8(a)所示的线切割加工程序。已知线切割加工用的电极丝直径为0.18mm，单边放电间隙为0.01mm，图中A点为穿丝孔，加工方向沿A—B—C—D—E—F—G—H—B—A进行。图5-8线切割切割图形GFEDCBHA80340R20(a)零件图(b)钼丝轨迹图GFHBACDE表5-3切割轨迹3B程序A′B′B0B2900B2900GYL2B′C′B40100B0B40100GXL1C′D′B0B40200B40200GYL2D′E′B20200B0B20200GXL3E′F′B19900B100B40000GYSR1F′G′B20200B0B20200GXL3G′H′B0B40200B40200GYL4H′B′B40100B0B40100GXL1B′A′B0B2900B2900GYL4例5.3用3B代码编制加工图5-9所示的凸模线切割加工程序，已知电极丝直径为0.18mm，单边放电间隙为0.01mm，图中O为穿丝孔拟采用的加工路线O－E－D－C－B－A－E－O。图5-9加工零件图OE穿丝孔1425DCBAR10R6解经过分析，得到具体程序，如表5-4所示。表5-4切割轨迹3B程序OEB3900B0B3900GXL1EDB10100B0B14100GYNR3DCB16950B0B16950GXL1CBB0B6100B12200GXNR4BAB16950B0B16950GXL3AEB8050B6100B14100GYNR1EOB3900B0B3900GXL35.2线切割加工工艺一、电极丝穿丝慢走丝线切割机床的穿丝较简单，本书以快走丝线切割机床为例讨论电极丝的上丝、穿丝及调节行程的方法。1．上丝操作上丝的过程是将电极丝从丝盘绕到快走丝线切割机床储丝筒上的过程。不同的机床操作可能略有不同，下面以北京阿奇公司的FW系列为例说明上丝要点(如图5-18、图5-19、图5-20所示)。图5-18上丝示意图图5-19储丝筒操作面板1234561—上丝电机电压表；2—上丝电机起停开关；3—丝筒运转开关；4—紧急停止开关；5—上丝电机电压调节按钮；6—丝筒停止开关图5-20穿丝示意图56789101112137143431211—主导轮；2—电极丝；3—辅助导轮；4—直线导轨；5—工作液旋钮；6—上丝盘；7—张紧轮；8—移动板；9—导轨滑块；10—储丝筒；11—定滑轮；12—绳索；13—重锤；14—导电块(1)上丝以前，要先移开左、右行程开关，再启动丝筒，将其移到行程左端或右端极限位置(目的是将电极丝上满，如果不需要上满，则需与极限位置有一段距离)。(2)上丝过程中要打开上丝电机起停开关，并旋转上丝电机电压调节按钮以调节上丝电机的反向力矩(目的是保证上丝过程中电极丝有均匀的张力，避免电极丝打折)。(3)按照机床的操作说明书中上丝示意图的提示将电极丝从丝盘上到储丝筒上。2.穿丝操作(1)拉动电极丝头，按照操作说明书说明依次绕接各导轮、导电块至储丝筒(如图5-20所示)。在操作中要注意手的力度，防止电极丝打折。(2)穿丝开始时，首先要保证储丝筒上的电极丝与辅助导轮、张紧导轮、主导轮在同一个平面上，否则在运丝过程中，储丝筒上的电极丝会重叠，从而导致断丝。(3)穿丝中要注意控制左右行程挡杆，使储丝筒左右往返换向时，储丝筒左右二端留有3～5mm的余量。二、电极丝垂直找正电极丝垂直度找正的常见方法有两种，一种是利用找正块，一种是利用校正器。1．利用找正块进行火花法找正找正块是一个六方体或类似六方体(如图5-21(a)所示)。在校正电极丝垂直度时，首先目测电极丝的垂直度，若明显不垂直，则调节U、V轴，使电极丝大致垂直工作台；然后将找正块放在工作台上，在弱加工条件下，将电极丝沿X方向缓缓移向找正块。当电极丝快碰到找正块时，电极丝与找正块之间产生火花放电，然后肉眼观察产生的火花：若火花上下均匀(如图5-21(b)所示)，则表明在该方向上电极丝垂直度良好；若下面火花多(如图5-21(c)所示)，则说明电极丝右倾，故将U轴的值调小，直至火花上下均匀；若上面火花多(如图5-21(d)所示)，则说明电极丝左倾，故将U轴的值调大，直至火花上下均匀。同理，调节V轴的值，使电极丝在V轴垂直度良好。图5-21用火花法校正电极丝垂直度zx(u)(a)找正块(b)垂直度较好(c)垂直度较差(右倾)(d)垂直度较差(左倾)在用火花法校正电极丝的垂直度时，需要注意以下几点：(1)找正块使用一次后，其表面会留下细小的放电痕迹。下次找正时，要重新换位置，不可用有放电痕迹的位置碰火花校正电极丝的垂直度。(2)在精密零件加工前，分别校正U、V轴的垂直度后，需要再检验电极丝垂直度校正的效果。具体方法是：重新分别从U、V轴方向碰火花，看火花是否均匀，若U、V方向上火花均匀，则说明电极丝垂直度较好；若U、V方向上火花不均匀，则重新校正，再检验。(3)在校正电极丝垂直度之前，电极丝应张紧，张力与加工中使用的张力相同。(4)在用火花法校正电极丝垂直度时，电极丝要运转，以免电极丝断丝。2．用校正器进行校正校正器是一个触点与指示灯构成的光电校正装置，电极丝与触点接触时指示灯亮。它的灵敏度较高，使用方便且直观。底座用耐磨不变形的大理石或花岗岩制成(如图5-22、图5-23所示)。使用校正器校正电极丝垂直度的方法与火花法大致相似。主要区别是：火花法是观察火花上下是否均匀，而用校正器则是观察指示灯。若在校正过程中，指示灯同时亮，则说明电极丝垂直度良好，否则需要校正。图5-22垂直度校正器1231—导线；2—触点；3—指示灯图5-23DF55-J50A型垂直度校正器12345ab90°1—上下测量头(a、b为放大的测量面)；2—上下指示灯；3—导线及夹子；4—盖板；5—支座在使用校正器校正电极丝的垂直度时，要注意以下几点：(1)电极丝停止走丝，不能放电。(2)电极丝应张紧，电极丝的表面应干净。(3)若加工零件精度高，则电极丝垂直度在校正后需要检查，其方法与火花法类似。三、工件的装夹线切割加工属于较精密加工，工件的装夹对加工零件的定位精度有直接影响，特别在模具制造等加工中，需要认真、仔细地装夹工件。线切割加工的工件在装夹过程中需要注意如下几点：(1)确认工件的设计基准或加工基准面，尽可能使设计或加工的基准面与X、Y轴平行。(2)工件的基准面应清洁、无毛刺。经热处理的工件，在穿丝孔内及扩孔的台阶处，要清理热处理残物及氧化皮。(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。(4)工件的装夹应确保加工中电极丝不会过分靠近或误切割机床工作台。(5)工件的夹紧力大小要适中、均匀，不得使工件变形或翘起。线切割的装夹方法较简单，常见的装夹方式如图5-24所示。目