电火花线切割加工

电火花线切割加工一.电火花线切割加工的原理电火花线切割加工与电火花成形加工的基本原理一样，都是基于电极间脉冲放电时的电火花腐蚀原理，实现零部件的加工。不同的是，电火花线切割加工不需要制造复杂的成形电极，而是利用移动的细金属丝（钼丝或铜丝）作为工具电极，工件按照预定的轨迹运动，“切割”出所需要的各种尺寸和形状。第一节电火花线切割加工的原理、特点、应用二、特点1）不需要制造复杂的成形电极、工件材料的预加工量少。2）能够方便快捷地加工薄壁、窄槽、异形孔等复杂结构零件。3）一般采用精规准一次加工成形，在加工过程中大都不需要转换加工规准。4）由于采用移动的长电极丝进行加工，使单位长度电极丝的损耗较少，从而对加工精度的影响比较小。5）工作液多采用水基乳化液，很少使用煤油，不易引燃起火，容易实现安全无人操作运行。6）只对工件进行图形轮廓加工，余料还可利用。7）脉冲电源的加工电流较小，脉宽较窄，属于中、精加工范畴。三、应用1）适用于各种形式的冲裁模及挤压模、粉末冶金模、塑压模等。2）高硬度材料零件和特殊结构零件的加工。如电子器件、仪器仪表、电机电器、钟表等零件。3）特殊形状零件的加工。微细孔槽、任意曲线、窄缝。4）加工电火花成形加工用的铜、铜钨、银钨合金等材料电极。5）加工成型刀、样板。6）各种导电材料，特别是稀有贵重金属的切断。第二节电火花线切割加工机床电火花线切割加工设备主要由机床本体、脉冲电源、控制系统、工作液循环系统和机床附件等几部分组成。一、机床本体机床本体由床身、坐标工作台、运丝机构、丝架、工作液箱、附件和夹具等几部分组成。1.机床床身：一般为铸件、是坐标工作台、走丝机构及丝架的支承和固定基础。2.坐标工作台：一般采用“十”字滑板、滚动导轨和丝杆传动副将电动机的旋转运动变为工作台的直线运动，通过两个坐标方向各自的进给移动，可合成获得各种平面图形曲线轨迹。主要有拖板、导轨、丝杆运动副、齿轮或蜗轮传动副四部分组成。⑴拖板：有上拖板、中拖板、下拖板、工作台四部分组成。坐标工作台依靠拖板在导轨上运动，实现X-Y方向运动。⑵导轨：坐标工作台的纵、横拖板是沿着导轨往复移动。因此对导轨的精度、刚度和耐磨性有较高的要求。此外导轨还应使拖板运动灵活、平稳。⑶丝杆传动副：将传动电机的旋转运动改变为拖板的直线位移运动。⑷齿轮副或蜗轮副：步进电机与丝杆间的传动通常是采用齿轮副来实现。步进电机主轴上的主动齿轮改变转动方向时，会出现传动空程，应采取措施减少或消除齿轮传动空程。3.走丝机构：走丝机构主要用来带动电极丝按一定线速度移动且保持一定的张力，并将电极丝整齐地排绕在贮丝筒或线盘上。对走丝机构的要求：⑴快速走丝机构的贮丝筒或线盘转动时，还要进行相应的轴向移动，以保证电极丝整齐地排绕在贮丝筒或线盘上。⑵贮丝筒或线盘的径向跳动和轴向窜动量要小。⑶贮丝筒或线盘能正反向旋转，电极丝的走丝速度在0～10m/s范围内无级可有级可调，或恒速运动。⑷走丝机构与床身要相互绝缘。⑸传动齿轮副、丝杆副应具备润滑措施。4.锥度切割装置：为了切割落料角的冲模和某些有锥度的内外表面，有些线切割机床具有锥度切割功能。实现锥度切割的方法有多种，下面只介绍两种。1)偏移式丝架对电极丝起支撑作用，并使电极丝工作部分与工作台平面保持一定的几何角度。它与走丝机构组成了电极丝的运动系统。对丝架的要求：⑴具有足够的刚度和强度，在电极丝运动时，不出现振动和变形。⑵丝架的导轮有较高的运动精度、径向偏摆和轴向窜动不超过5μm。⑶导轮与丝架本体、丝架与床身之间有良好的绝缘性能。⑷导轮运动组合件有密封措施，防止带有大量放电产物和杂质的工作液进入导轮轴承。⑸丝架不但能保证电极丝垂直于工作台平面，还具备使电极丝按给定要求，保持与工作台平面成一定几何角度的功能。图3-5a为上（或下）丝臂平动法，上（或下）丝臂沿x、y方向平移，此法锥度不宜过大。否则钼丝易拉断，导轮易磨损，工件上有一定的加工圆角。图3-5b为上、下丝臂同时绕一定中心移动的方法，如果模具刃口放在中心“O”上，则加工圆角近似为电极丝半径。此法加工锥度也不宜过大。图3-5c为上、下丝臂分别沿导轮径向平动相轴向摆动的方法，此法加工锥度不影响导轮磨损。最大切割锥度通常可达5°。（2）双坐标联动装置在低速走丝线切割机床上广泛采用，主要依靠上导向器亦能作纵横两轴（称u、v轴）驱动，与工作台x、y轴在一起构成NC四轴同时控制（图3-6），这种方式的自由度很大，依靠功能丰富的软件，可以实现上下异形截面形状的加工。最大的倾斜角度一般为土5°，有的甚至可达30°（与工件厚度有关）。在锥度加工时，保持导向间距（上下导向器与电极丝接触点之间的直线距离）一定，是获得高精度的主要因素，为此有的机床具有Z轴设置功能，并且一般采用圆孔方式的无方向性导向器。二、脉冲电源由于受到表面粗糙度限制和电极丝允许承载的放电电流限制，单个脉冲放电能量较小，故线切割加工脉冲电源的脉宽较窄（2～60μs），平均电流一般较小（1～5A），而脉冲频率较高。三、工作液循环系统目前，快走丝线切割工作液广泛采用的是乳化液，其加工速度快。慢走丝线切割机床采用的工作液是去离子水和煤油。工作液循环装置一般由工作液泵、液箱、过滤器、管道和流量控制阀等组成。对快速走丝机床，通常采用浇注式供液方式，而对慢速走丝机床，近年来有些采用浸泡式供液方式。控制系统是进行电火花线切割加工的重要环节。控制系统的稳定性及自动化程度都直接影响到加工工艺指标和工人的劳动强度。控制系统的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。亦即当控制系统使电极丝相对于工件按一定轨迹运动时，同时还应该实现进给速度的自动控制，以维持正常的稳定切割加工。后者是根据放电间隙大小与放电状态自动控制的，使进给速度与工件材料的蚀除速度相平衡。第三节电火花线切割加工控制系统电火花线切割机床控制系统的具体功能包括：轨迹控制和加工控制，此外还有走丝机构控制、机床操作控制以及其它辅助控制等。一、轨迹控制系统1.作用：按加工要求自动控制电极丝相对工件的运动轨迹，以便对材料进行形状与尺寸加工。2.类型：主要有靠模仿型控制、光电跟踪控制、数字程度控制三种类型。(1)靠模仿型控制是电火花线切割加工设备早期的控制方法。需要预先制作靠模，然后把靠模仿与工件材料经过绝缘垫装夹在一起，在靠模控制系统的作用下，电极丝将沿着靠模的边缘运动，同时与工件材料进行脉冲放电，结果就在工件材料上切割出与靠模同样形状的工件。(2)光电跟踪控制是采用光电跟踪仿型控制技术来控制切割轨迹的，无须象靠模仿型控制那样，要预先制作精密的靠模，而是按一定比例和要求画出工件的轮廓图线，就能自动跟踪图线切割出与图线形状一样的工件。(3)数字程序控制系统与靠模仿型、光电跟踪控制不同，它无须制造精密的靠模和描画精确的放大图，而是根据工件的形状与尺寸，按照一定的格式编排程序后用计算机进行直接控制加工。3.数字程序控制基本原理常见图形均可分为直线和圆弧的组合。用数字控制技术来控制直线和圆弧组合成的轨迹，有逐点比较法、数字积分法、矢量判别法和最小偏差法等。数控线切割大多采用简单易行的逐点比较法。逐点比较法每进给一步，都要经过四个节拍：(1)偏差判别：判别加工点对规定图线的偏离位置，以决定拖板的走向；(2)拖板进给：控制纵拖板或横拖板进给一步，向规定的图线逼近；(3)偏差计算：对新的加工点进行计算，得出反映偏差位置情况的偏差，作为下一步判别的依据；(4)终点判别：当进给一步并完成偏差计算之后，应判断是否到达图线终点。如果已经到达终点，则发出停止进给命令，否则，继续重复前面的工作节拍。二、加工控制系统加工控制系统功能很多，主要有：进给控制、短路回退、间隙补偿、图形缩放旋转平移、适应控制、自动找中心和信息显示。三、电火花线切割编程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线切割加工的步骤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，快走丝机床大部分采用3B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程序指令格式如下表所示。表3B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直线的终点或圆弧起点的坐标值；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，且在B后可不写。2)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。具体确定方法为：若终点坐标为(xe，ye)，令x=|xe|，y=|ye|，若yx，则G=Gx(如图(a)所示)；若yx，则G=Gy(如图(b)所示)；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(c)。G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。AB100100C(a)ACXY(b)YAC(c)XYXAB(d)直线BXBYBJGZCAB1B1B100000GyL3ABB0B0B100000GxL1BCB0B0B100000GyL2ACB1B1B100000GyL1CBB0B0B100000GyL4BAB0B0B100000GxL32.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。(a)B(－40,－30)J3J2J1YXA(30,40)由于y＜xG＝Gy由于y＞xG＝GxA(30,40)(－40,－30)J3BXX(b)(c)GyGyGxGxYYJ2J1图(a)中，x=30000，y=40000；图(b)中，x=40000,y=300002)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。具体确定方法为：若圆弧终点坐标为(xe，ye)，令x=|xe|，y=|ye|，若yx，则G=Gy(如图(a)所示)；若yx，则G=Gx(如图(b)所示)；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，具体可参见图(c)。3)J的确定圆弧编程中J的取值方法为：由计数