第十章数控电火花线切割机床

1第十章数控电火花线切割机床数控电火花切割机床利用电蚀加工原理，采用金属导线（钼丝）作为工具电极切割工件。机床配有电子计算机作数字程序控制，能按加工要求，自动控制切割任意角度的直线和圆弧。这类机床主要适用于切割淬火钢、硬质合金等特殊金属材料，加工一般金属切削机床难以正常加工的细缝槽或形状复杂的零件,在模具行业的应用尤为广泛。第一节数控电火花线切割的概述一、数控电火花线切割机床简介（一）机床的基本组成数控电火花线切割机床由工作台、走丝机构、供液系统、脉冲电源和控制系统（控制柜）等五大部分组成，如图10-1所示。-+脉冲电源工作台夹具工件电极丝丝架工作液筒贮丝筒控制柜导轮图10-1电火花线切割加工示意图1．工作台工作台又称切割台，由工作台面、中拖板和下拖板组成。工作台面用以安装夹具和被切割工件，中拖板和下拖板分别由步进电机拖动，通过齿轮变速及滚珠丝杠传动，完成工作台面的纵向和横向运动。工作台面的纵、横向移动都可以手动或自动。2．走丝机构走丝机构主要有贮丝筒、走丝电动机、丝架和导轮等部件组成。贮丝筒2安装在贮丝筒拖板上，由走丝电动机通过联轴器带动，正反旋转。贮丝筒的正批旋转运动通过齿轮同时传给贮丝筒拖板的丝杠，使拖板作往复运动。丝架分上丝架和下丝架，用来安装导轮，调节导轮的位置。钼丝安装在导轮和贮丝筒上，开动走丝电动机，钼丝以一定的速度作往复运动，即走丝运动。如果上丝架带有十字拖板，则通过一对步进电机，可带动十字拖板，进而使导轮产生前后、左右的移动，与工作台拖板的运动有机配合，可加工出具有锥度的零件。3．供液系统供液系统为机床的切割加工提供足够、合适的工作液。线切割加工中应用的工作液种类很多，有煤油、乳化液、去离子水、蒸馏水、洗涤液、酒精等，应根据具体条件加以选用。工作液的主要作用是：①对放电通道的压缩作用；②对电极工件和加工屑的冷却作用；③对放电区的消电离作用；④对放电产物的清除作用。4．脉冲电源脉冲电源就是产生脉冲电流的能源装置。电火花线切割脉冲电源是影响线切割加工工艺指标最关键的设备之一。为了满足切割加工条件和工艺指标，对脉冲电源有以下要求：①脉冲峰值电流要适当；②脉冲宽度要窄；③脉冲频率要尽量高；④有利于减少钼丝损耗；⑤参数调节方便，适应性强。5．控制系统机床的控制系统存放于控制柜中，对整个切割加工过程和切割轨迹作数字程序控制。（二）机床和系统的性能目前国内使用的数控线切割机床品种繁多，控制系统也不尽相同。但它们的组成部分和工作原理是基本一致的，只是具体的技术指标有所不同，系统的功能有强有弱。本书介绍的是北京电加工机床厂生产的DK7725B型数控3电火花线切割机床。该机床在一般的线切割机床上增加了间隙补偿和锥度补偿功能，能方便地切割出不同间隙要求凹模和凸模，根据要求切割出锥度。钼丝采用快速走丝，并配有高频晶体管脉冲电源。工作台拖板导轨及贮丝筒拖板导轨均采用滚柱导轨的形式，移动灵活，轻巧，工作台的纵横向移动丝杠均采用精密的滚珠丝杠，由步进电机带动。本机床具有切割速度快，加工精度高等特点。本机床采用SK-3型数控柜，控制坐标为X、Y、U、V四轴坐标，该控制柜使用自动程序和3B/4B程序，可对圆弧直线进行插补运算，并具有图形旋转、镜象对称、间隙补偿、CRT屏幕显示、公英制转换、断电保护程序等功能。自动程序功能可对一般图形进行简易编程，存贮计算机内。在切割控制方面，该数控柜采用双电位调节方式，具有较宽的适用范围，可实现超厚切割时的稳定进给。（三）机床坐标系与其它数控机床相同，数控线切割机床坐标系应符合国家标准，具体规定如下。（1）刀具（钼丝）相对于静止的工件运动。（2）采用右手笛卡尔直角坐标系。当我们面对数控线切割机床时。钼丝相对于工件的左右运动（实际为工作台面的纵向运动）为X坐标运动，且运动正方向指向右方；钼丝相对于工件的前后运动（实际为工作台面的横向运动）为Y坐标运动，且运动正方向指向后方。在整个切割加工过程中，钼丝始终垂直贯穿工件，不需要描述钼丝相对于工件在垂直方向的运动。所以，Z坐标省去不用。坐标原点就是切割加工的开始点。当机床进行锥度切割时，上丝架上的十字拖板将前后、左右移动，这是平行于X轴和Y轴的另一组坐标运动，称为附加坐标运动。其中平行于X轴的左右移动为U坐标运动，平行于Y轴的前后移动为V坐标运动。X、Y、U、4V四个坐标运动的有机配合，就能加工出具有各种锥度要求的工件来。二、线切割加工的原理首先，操作者将切割工件的数控程序编制好（可以是手工编制，也可以是计算机自动编程），通过键盘（或穿孔纸带，或通讯接口）输入机床的控制柜，经图像模拟检验，确认程序正确（否则对程序进行必要的修改），即可开始切割加工。将工件正确装夹在工作台面上，脉冲电源的正极接工件，负极接工具电极（钼丝）。在控制系统的控制下，钼丝以一定的速度往返运动，它不断地进入和离开放电区域；供液系统在钼丝与工件之间浇注液体介质（工作液）；工作台带着工件按照数控程序的指令作纵向和横向的运动。只要有效地控制钼丝相对工件运动的轨迹和速度，就能切割出一定形状和尺寸的工件。三、线切割加工的应用范围线切割加工为新产品试制、精密零件及模具制造开辟了一条新的工艺途径，主要应用于以下几个方面。1．加工模具适用于各种形状的冲模，调整不同的间隙补偿量，只需一次编程就可以切割凸模、凸模固定板、凹模及卸料板等，模具配合间隙、加工精度通常都能达到要求。此外，还可以加工挤压模、粉末冶金模、弯曲模、塑压模等通常带锥度的模具。2．加工电火花成型加工用的电极一般穿孔加工的电极以及带锥度型腔加工的电极，对于铜钨、银钨合金之类的材料，用线切割；加工特别经济，同时也适用于加工微细复杂形状的电极。3．加工零件在试制新产品时，用线切割在板料上直接割出零件，例如切割特殊微电5机硅钢片定转子铁心。由于不需另行制造模具，可大大缩短制造周期、降低成本。另外修改设计、变更加工程序比较方便，加工薄件时还可以多片叠在一起加工。在零件制造方面，可用于加工品种多，数量少的零件，特殊难加工材料的零件，材料试验样件，各种型孔、凸轮、样板、成型刀具。同时还可以进行微细加工，异形槽和标准缺陷的加工等。第二节数控电火花线切割编程DK7725B型数控电火花线切割机床可以使用线切割机床专用的3B、4B程序格式编程，也可以使用自动编程语句进行编程。其中，4B格式与3B格式比较，4B程序格式在圆弧程序（或引导线程序）中增加了圆弧半径R（或锥度切割比例）及补偿标志D或DD，从而增加了间隙补偿功能及锥度补偿功能，其余程序编制及计算方面与3B格式是基本相同的。除以上两种程序格式外，该机床还可用自动程序进行编程，此方法在编程时采用几何定义的方式，其线段的交点由计算机自动计算，共有十四条指令，编程较为简单，但不具有通用性，故在此不予介绍。一、3B指令编程3B指令用于不具间隙补偿功能和锥度补偿功能的数控线切割机床的程序编制。程序描述的是钼丝中心的运动轨迹，它与钼丝切割轨迹（即所得工件的轮廓线）之间差一个偏移量f，这一点在轨迹计算时必须特别注意。（一）程序编制的基本规则1．程序段格式程序编制心须符合一定的格式，3B指令是一种使用分隔符的程序段格式，见表10-1。表10-13B程序格式BXBYBJGZ6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表中B为分隔符号，用来分隔X，Y，J三个数码。每个程序段使用三次分隔符B，故称为3B程序段格式，或3B加工指令。2．坐标系坐标系采用XOY平面直角坐标系。加工不同的基本轨迹（直线或圆弧）时，应取不同的坐标原点，但X、Y坐标轴的方向不变，只是坐标平移加工斜线ab时，如图10-2所示。坐标原点取在斜线的起点a；加工圆弧bc时，坐标原点取在圆心O1；加工直线cd时，坐标原点又应取在直线的起点c。3．坐标值数码X、Y分别表示X、Y方向的坐标值，不带正负号，取绝对值。加工圆弧时，X、Y为圆弧起点的坐标值；加工斜线时，X、Y为斜线终点的坐标值。OYXYXYX01cdbaYX45°45°45°45°XYGYGYGxGxGxGYGxGY(a)(b)图10-2切割时的坐标系图10-3计数方向的选择4．计数与计数方向选取X拖板方向进给总长度进行计数的称为计X，用GX表示；选取Y拖板方向进给总长度来进行计数的称为计Y，用GY表示。为了保证加工精度，必须正确选择计数方向，如图10-3a）所示，当被加工的斜线在阴影区域内，计数方向取GY，否则取GX；如图10-3b）所示，当圆弧的加工终点落在阴影部分，计数方向取GX，否则取GY。5．计数长度数码J表示某一个加工轨迹从起点到终点在计数方向拖板移动的总距7离，称为计数长度。换句话说，计数长度就是被加工圆弧（或直线）在计数方向上投影长度总和。计数长度的计算，如图10-4所示。YXOABJX2JX1BAOXYJY2JY3JY1(a)(b)图10-4圆弧计数长度计算（1）X、Y、J数值均以μm为单位。程序编制的计算误差应小于1μm。（2）加工指令Z共有16种如图10-5所示了被加工圆弧（或直线）的性质。当被加工的斜线在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限时，分别用L1，L2，L3，L4表示，如图10-5a）所示。对于平行坐标轴方向的直线段，为了区别于一般的斜线，把它称为直线，根据进给方向，直线加工指令的选择按图10-5d）的规定，且此时程序中应取X=Y=0。当被加工的圆弧在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限，加工按顺时针方向运动时，分别用SR1、SR2、SR3、SR4表示，如图10-5b）所示；当被加工的圆弧在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限，加工按逆时针方向运动时，分别用NR1、NR2、NR3、NR4，如图10-5c）所示。圆弧可能跨越几个象限，此时加工指令应由起点所在的象限和圆弧走向来决定。例如加工图10-4a)中圆弧AB时，加工指令为NR4；加工图10-4b)中的圆弧AB时，加工指令为SR4。8YOXL2L3L4L1XOYYOXL2L3L4L1XOYSR3SR2SR1SR4NR2NR1NR4NR3(a)(b)(c)(d)图10-5加工指令（二）使用规则举例【例10-1】编制图10-6所示OA直线程序，其中终点A的坐标为（X=-17，Y=5），单位为mm。解:OA直线程序为:B17000B5000B17000GXL2XOYA（-17,5）YOXA（-2,9）CD图10-6直线编程图10-7圆弧编程【例10-2】编制图10-7所示的AB圆弧程序，走向从A到B。解：(1)首先确定坐标轴。在图10-7所示中,取A点坐标X、Y。X=-2000Y=9000(2)计数长度计算。由于终点靠近X轴，故计数方向为GY，计数长度取各段圆弧在Y轴上的投影之和。根据图10-7所示，AC在Y轴上投影JY1=9000；CD在Y轴上投影JY2=半径=（20002+90002）1/2=9220；DB在Y轴上投影JY3=9220-2000=7220。故J=JY1+JY2+JY3=9000+9220+7220=25440。9（3）加工程序。起点A在第2象限，转向为逆时针，则为NR2；故相应程序为：B2000B9000B25440GYNR2二、4B指令编程（一）概述北京电加工机床厂生产的DK7725B型数控电火花线切割机床除了使用线切割机床专用的3B格式程序，还还使用4B格式程序。3B格式程序一般加工无偏移的工件，例如，单件加工，小批零件加工等；4B程序具有间隙补偿和锥度补偿功能，主要用于加工有偏移的工件，例如加工有配合的模具，锥度零件等。1．间隙补偿所谓间隙补偿，指的是钼丝在切割工件时，钼丝中心运动轨迹能根据要求自动偏离编程轨迹一段距离（即补偿量）。当补偿量设定为偏移量F时，编程轨迹即为工件的轮廓线。显然，按工件的轮廓编程要比按钼丝中心运动轨迹编程方便得多，轨迹计算也比较简单。而且，当钼丝磨损，直径变小；当单边放电间隙δ随切割条件的变化而变化后，也无需改变程序，只需改变补偿量即可。2．锥度补偿锥度补偿是指系统能根据要求，同时控制X、Y、U、V四轴的运动（X、Y为机床工作台的运动，即工件的运动，U、V为上线架导轮的运动，它分别平行于X、Y），使钼丝偏离垂直