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2019年10月7日1第2章数控电火花线切割机床结构2.1数控线切割机床的组成2.1.1数控快走丝线切割机床的组成数控电火花线切割加工设备主要由机床本体、脉冲电源、工作液循环系统、控制系统和机床附件等几部分组成。快走丝电火花线切割机床一般采用箱形床身上安置十字工作台的布局形式，走丝机构和丝架安装在床身上，机床电器箱及脉冲电源放置在机床的一侧，这样布局结构简单，易于操作。机床由床身、工作台、丝架、储丝筒等组成。电极丝的移动由丝架和储丝筒完成。因此，丝架和储丝简也称为走丝系统，工作台由上滑板和下滑板组成，数控快走丝线切割机床外形如图1-6所示，设备组成如图2-1所示。数控线切割操作工培训教程2019年10月7日2数控线切割操作工培训教程图2-1快走丝电火花线切割加工设备组成1—储丝筒2—走丝溜板3—丝架4—上滑板5—下滑板6—床身7—电源及控制柜2019年10月7日32.1.2数控慢走丝线切割机床的组成与快走丝电火花线切割机床基本相似，慢走丝电火花线切割机床主要由机床本体、脉冲电源、工作液循环系统、控制系统等部分组成。由于数控慢走丝线切割机床的走丝速度比较慢，所以二者在整体布局、机械结构及机床外观等方面都存在着较大差异，数控慢走丝线切割机床外形如图1-7所示，设备组成如图2-2所示。数控线切割操作工培训教程图2-2慢走丝电火花线切割机床加工设备组成1—脉冲电源2—工件3—工作液箱4—去离子水5—泵6—新丝放丝卷筒7—工作台8—X轴电动机9—数控装置l0—Y轴电动机11—废丝卷筒2019年10月7日42.2数控线切割机床结构2.2.1快走丝电火花线切割机床结构快走丝线切割机床由机床床身、X、Y坐标工作台、走丝机构、丝架、工作液箱、附件和夹具等几部分组成。（1）机床床身。（2）工作台部分。（3）走丝系统。数控线切割操作工培训教程图2-3走丝系统组成1—储丝筒2—重锤3—固定插销4—张丝滑块5—张紧轮6—导丝轮7—导电块8—导丝轮2019年10月7日5在快走丝机床上，一定长度的电极丝平整地卷绕在储丝筒上(见图2-4a)，电极丝张力与排绕时的拉紧力有关，储丝筒通过联轴节与驱动电动机相连。为了重复使用该段电极丝，电动机由专门的换向装置(见图2-4b)控制作正反向交替运转。走丝速度等于储丝筒周边的线速度，通常为8～l0m/s。在运动过程中，电极丝由丝架支撑，并依靠导丝轮保持电极丝与工作台垂直或倾斜一定的几何角度(锥度切割时)。数控线切割操作工培训教程图2-4储丝筒2019年10月7日6导丝轮：在线切割加工中电极丝的丝速通常为8～10m/s，如采用固定导向器来定位快速运动的电极丝，即使是高硬度的金刚石，寿命也很短。因此，采用由滚动轴承支承的导丝轮，利用滚动轴承的高速旋转功能来承担电极丝的高速移动。导电块：导电块有时又简称导电器，高频电源的负极通过导电块与高速运行的电极丝连接。因此，导电块必须耐磨，而且接触电阻要小。快走丝电火花线切割机床的导电块有两种：一种是圆柱形，电极丝与导电块的圆柱面接触导电，可以轴向移动和圆周转动以满足多次使用的要求；另一种是方形或圆形的薄片，电极丝与导电块的大面接触导电，方形薄片的移动和圆形薄片的转动满足多次使用的要求。导电块的材料都采用硬质合金，既耐磨又导电。张力调节器：在加工时电极丝因往复运行，经受交变应力及放电时的热轰击而被伸长，使张力减小，影响了加工精度和表面粗糙度。数控线切割操作工培训教程2019年10月7日72.2.2慢走丝电火花线切割机床结构（1）组成。（2）走丝系统。慢走丝系统如图2-5所示。未使用的金属丝筒2(绕有1～3kg金属丝)靠废丝卷丝轮1的转动使金属丝以较低的速度(通常0.2m/s以下)移动。为了提供一定的张力(2～5N)，在走丝路径中装有一个机械式或电磁式张力机构4和5。为实现断丝时能自动停车并报警，走丝系统中通常还装有断丝检测微动开关。用过的电极丝集中到卷丝筒上或送到专门的收集器中。数控线切割操作工培训教程图2-5慢走丝系统示意图1—废丝卷丝轮2—未使用的金属丝3—拉丝模4—张力电动机5—电极丝张力调节轴6—退火装置7—导向器8—工件2019年10月7日8（3）张力控制系统。张力控制系统如图2-6所示，这种张力控制系统是利用电极丝的移动速度来控制电极丝的张力，如加工区的张力小于设定张力，则设定张力的直流电机增大放丝阻力，调整加工区的张力到设定张力，采用一个有效的阻尼系统将电极丝的振动幅度压到最低，在精加工时，该系统对提高电极丝的位置精度有很大作用。（4）自动穿丝装置。在放丝卷筒换新丝、意外断丝、多孔加工时，都需要把丝重新穿过上导向器、工件起始孔、下导向器，高压空气（穿丝气流）首先将电极丝通过导向孔穿人导向器，然后依靠高压水流形成的负压，将使电极丝在高压冲液水柱的包络下穿人导向器，采用搜索功能，电极丝的尖端在搜索中找到工件起始孔的位置，并可靠地自动插入直径小到0.3mm的起始孔。数控线切割操作工培训教程图2-6张力控制系统2019年10月7日数控线切割操作工培训教程92.3数控线切割加工机床的脉冲电源2.3.1脉冲电源的要求及分类1.数控线切割机床对脉冲电源的要求（1）脉冲峰值电流要适当，并便于调节。（2）脉冲宽度要窄，并可以在一定范围内调节。（3）脉冲重复频率要尽量高。（4）有利于减少电极丝的损耗。（5）脉冲电源必须输出单向直流脉冲。（6）脉冲波形的前沿和后沿以陡些为好。（7）参数调节方便，适应性强。2019年10月7日102.电火花线切割加工用脉冲电源的分类2.3.2典型脉冲电源的工作原理1.RC线路脉冲电源数控线切割操作工培训教程图2-8RC线路脉冲电源a)原理图b)电流电压波形图1-工具电极2-工件2019年10月7日11RC线路脉冲电源的优点如下：1)结构简单，工作可靠，成本低。2)在小功率时可以获得很窄的脉宽(小于0.1μs)和很小的单个脉冲能量，可用作光整加工和精微加工。RC线路脉冲电源的缺点如下：1)电能利用效率很低，最大不超过36﹪，因大部分电能经过电阻R时转化为热能损失掉了，这在大功率加工时是很不经济的。2)生产效率低，因为电容器的充电时间比放电时间长50倍以上(见图2-8b)，脉冲间歇系数太大。3)工艺参数不稳定，因为这类电源本身并不“独立”形成和发生脉冲，而是靠电极间隙中工作液的击穿和消电离使脉冲电流导通和切断，所以间隙大小、间隙中电蚀产物的污染程度及排出情况等都影响脉冲参数，因此脉冲频率、宽度、单个脉冲能量都不稳定，而且放电间隙经过充电电阻始终和直流电源直接联通，没有开关元件使之隔离开来，所以随时都有放电的可能，并容易转为电弧放电。RC线路脉冲电源主要用于小功率的精微加工或简式电火花加工机床中。数控线切割操作工培训教程2019年10月7日122.晶体管脉冲电源晶体管脉冲电源是近年来发展起来的以晶体元件作为开关元件的用途广泛的电火花脉冲电源，其输出功率大，电规准调节范围广，电极损耗小，故适应于型孔、型腔等各种不同用途的加工。晶体管脉冲电源已越来越广泛地应用在电火花加工机床上。数控线切割操作工培训教程图2-9自振式晶体管脉冲电源原理图2019年10月7日13数控线切割操作工培训教程3.阶梯波脉冲电源(低损耗电源)实践证明，如果每个脉冲在击穿放电间隙后，电压及电流逐步升高，则可以在不太降低生产率的情况下，大大减少电极丝的损耗，延长重复使用电极丝的寿命，提高加工精度，这对于快走丝线切割加工具有很大意义。这种脉冲电源就是阶梯形脉冲电源，一般为前阶梯波，其电流波形如图2-10所示。前阶梯波是由矩形波组合而成，可由几路起始脉冲放电时间顺序延迟的矩形波叠加而成。图2-10前阶梯波波形2019年10月7日144.高频分组脉冲和梳形波脉冲电源高频分组脉冲和梳形波脉冲波形如图2-11所示。这两种波形在一定程度上都具有高频脉冲加工表面粗糙度小和低频脉冲加工速度高的双重优点，得到了普遍的重视。梭形脉冲不同于分组脉冲波之处在于脉冲期间电压不过零，始终加有一个较低的正电压，其作用为当进行中、精规准负极性精加工时，使正极工具能吸附碳黑膜，获得更低的电极损耗。数控线切割操作工培训教程图2-11高频分组脉冲和梳形波脉冲电源波形a）高频分组脉冲电源波形b）梳形波脉冲电源波形1—高频脉冲2—分组间隔3—低频低压脉冲2019年10月7日155.并联电容型脉冲电源这是实现短放电时间高峰值电流的一种方法，常用于早期的慢走丝线切割机床中，以满足慢走丝时因排屑条件差而需采用窄脉宽和高峰值电流的要求，其电流、电压波形及电路原理框图如图2-12所示。。数控线切割操作工培训教程图2-12并联电容型电路的电压、电流波形及脉冲电源电路简图2019年10月7日数控线切割操作工培训教程162.4数控线切割机床的工作液及其循环过滤系统2.4.1数控线切割加工用工作液的性能1.具有一定的绝缘性能2.具有较好的洗涤性能3.具有较好的冷却性能4.具有较好的加工稳定性5.具有良好的清洁和润滑作用6.对环境污染少，对人体无害2019年10月7日数控线切割操作工培训教程172.4.2工作液的配制及使用方法1.工作液的配制2.工作液的使用方法1）对加工表面粗糙度和精度要求比较高的工件，配制可适当浓些，约10％～20％(质量分数)，可使加工表面洁白均匀。加工后的工件可轻松地从废料中取出，或靠自重落下。2）对切割速度要求高或大厚度的工件，配比可适当淡些，约5％～8％（质量分数）,这样加工比较稳定，且不容易断丝。3）工作液用蒸馏水配制，对于材料为Cr12的工件，配比稍淡点，可减轻工件表面黑白交错的条纹，使工件表面洁白均匀。4）新配制的工作液，当加工电流为2A左右时，其切割速度为40㎜²/min左右，若每天工作8h，使用约两天以后效果更好，继续使用8～10天后就容易断丝，必须更换新的工作液。加工时，供液一定要充分，并且工作液要包住电极丝，这样才能使工作液顺利进入加工区，以达到稳定加工的效果。2019年10月7日数控线切割操作工培训教程182.4.3工作液循环及过滤系统工作液循环及过滤系统是数控线切割机床的重要组成部分，其作用是充分、连续地向加工区供给清洁的工作液，及时排出电蚀产物并对电极丝和工件进行冷却，以保持脉冲放电稳定、顺利地进行。1.工作液循环系统图2-13线切割机床工作液循环系统1-工作液箱2-工作液泵3-进液管4-流量控制阀5-上进液管6-下进液管7-工作台8-回液管9-过滤器2019年10月7日数控线切割操作工培训教程192.工作液过滤系统图2-14线切割机床工作液过滤系统的一般形式1-纱布袋2-磁钢3-泡沫塑料4-隔墙5-工作液泵6-钢丝网7-漏斗2019年10月7日数控线切割操作工培训教程202.5数控线切割机床的控制系统电火花线切割加工机床控制系统的主要功能包括以下两个方面。（1）轨迹控制。精确控制电极丝相对于工件的运动轨迹，加工出需要的工件形状和尺寸。（2）加工控制。主要包括对伺服进给速度、脉冲电源、走丝机构、工作液循环系统以及其他的机床操作的控制。此外，失效安全及自诊断功能等也是重要方面。1．轨迹控制原理第一拍：偏差判别。第二拍：进给。第三拍：偏差计算。第四拍：终点判断。图2-15切割直线原理图2019年10月7日212．加工控制功能线切割加工控制和自动化操作方面的功能很多，并有不断增强的趋势，这对节省准备工作量、提高加工质量很有好处，主要有下列几种。（1）进给速度控制。（2）短路回退。（3）间隙补偿。（4）图形的缩放、旋转和平移（5）适应控制。（6）自动找中心（7）信息显示。此外，线切割加工控制，还具有故障安全(断电记忆等)和自诊断等功能。数控线切割操作工培训教程