电火花线切割加工

第三章电火花线切割加工1第三章电火花线切割加工电火花线切割加工的起源：电火花线切割加工（WireCutEDM，简称WEDM）是在电火花加工基础上于20世纪50年代末最早在前苏联发展起来的一种新的工艺形式，是用线状电极（钼丝或铜丝）靠电火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割，有时简称线切割。它已得到广泛应用，目前国内外线切割机床占电加工机床的70%左右。第三章电火花线切割加工23.1电火花线切割加工原理、特点及应用范围3.2电火花线切割加工设备3.3电火花线切割控制系统和编程技术3.4影响线切割工艺指标的加工工艺规律因素3.5线切割加工工艺及扩展应用2第三章电火花线切割加工33.1.1线切割加工的原理利用移动的细金属导线（铜丝或钼丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电，切割成形。3.1电火花线切割加工原理、特点第三章电火花线切割加工4二、电火花加工、电火花线切割加工的特点1．共同特点(1)二者的加工原理相同，都是通过电火花放电产生的热来熔解去除金属的，所以二者加工材料的难易与材料的硬度无关，加工中不存在显著的机械切削力。(2)二者的加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律基本相似，可以加工硬质合金等一切导电材料。(3)最小角部半径有限制。电火花加工中最小角部半径为加工间隙，线切割加工中最小角部半径为电极丝的半径加上加工间隙。1．和电火花加工相比共同特点(1)二者的加工原理相同，所以二者加工材料的难易与材料的硬度无关，加工中不存在显著的机械切削力。加工用电压、电流波形类似。(2)二者的加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律基本相似，可以加工硬质合金等一切导电材料。(3)最小角部半径有限制。电火花加工中最小角部半径为加工间隙，线切割加工中最小角部半径为电极丝的半径加上加工间隙。第三章电火花线切割加工52和电火花加工相比不同特点(1)从成形原理来看。电火花加工是将电极形状复制到工件上的一种工艺方法。在实际中可以加工通孔(穿孔加工)和盲孔(成型加工；而线切割加工是利用移动的细金属导线(铜丝或钼丝)做电极，对工件进行脉冲火花放电，切割成型的一种工艺方法，。第三章电火花线切割加工63456721(b)穿孔加工(c)成型加工电极工件电极工件1—工件；2—脉冲电源；3—自动进给调节系统；4—工具；5—工作液；6—过滤器；7—工作液泵(a)电火花加工原理示意图图1电火花加工第三章电火花线切割加工7图3-1线切割加工(a)加工示意图543211—绝缘底板；2—工件；3—脉冲电源；4—滚丝筒；5—电极丝(b)线切割加工原理示意图第三章电火花线切割加工8(2)采用水或水基工作液不会引燃起火，容易实现安全无人运转。(3)不产生稳定电弧放电。电极丝与工件始终有相对运动，尤其是快速走丝电火花线切割加工，间隙状态可以认为是由正常火花放电、开路和短路这三种状态组成；第三章电火花线切割加工9(4)电极与工件之间存在着“疏松接触”式轻压放电现象。在电极丝和工件之间存在着某种电化学产生的绝缘薄膜介质，当电极丝被顶弯所造成的压力和电极丝相对工件的移动摩擦使这种介质减薄到可被击穿的程度，才发生火花放电。因此电极短路已不成为大问题；(5)省掉了成型的工具电极。大大降低了成型工具电极的设计和制造费用，缩短了生产准备时间。这对新产品的试制是很有意义的；(6)由于电极丝比较细，可以加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件。由于切缝很窄，且只对工件材料进行“套料”加工，实际金属去除量很少，材料的利用率和能量利用率都很高。这尤其是对加工贵重金属有重要意义；第三章电火花线切割加工10（7）电极损耗小。由于采用移动的长电极丝进行加工，单位长度电极丝的损耗少，对加工精度的影响小，特别在低速走丝线切割加工时，电极丝一次使用，电极损耗对加工精度的影响更小。第三章电火花线切割加工11(a)电火花加工产品(b)线切割加工产品图3加工产品实例第三章电火花线切割加工12第三章电火花线切割加工13三、线切割加工的应用范围1.加工模具。2.加工电火花成形加工用的电极3.加工零件第三章电火花线切割加工143.2电火花线切割加工设备一机床分类、型号1．分类线切割加工机床可按多种方法进行分类，通常按电极丝的走丝速度分成快速走丝线切割机床(WEDM-HS)与慢速走丝线切割机床(WEDM-LS)。第三章电火花线切割加工151)快速走丝线切割机床快速走丝线切割机床的电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为8～10m/s，是我国独创的电火花线切割加工模式。快速走丝线切割机床上运动的电极丝能够双向往返运行，重复使用，直至断丝为止。线电极材料常用直径为0.10～0.30mm的钼丝(有时也用钨丝或钨钼丝)。对小圆角或窄缝切割，也可采用直径为0.6mm的钼丝。工作液通常采用乳化液。快速走丝线切割机床结构简单、价格便宜、生产率高，但由于运行速度快，工作时机床震动较大。钼丝和导轮的损耗快，加工精度和表面粗糙度就不如慢速走丝线切割机床，其加工精度一般为0.01～0.02mm，表面粗糙度Ra为1.25～2.5μm。第三章电火花线切割加工162)慢速走丝线切割机床慢速走丝线切割机床走丝速度低于0.2m/s。常用黄铜丝(有时也采用紫铜、钨、钼和各种合金的涂覆线)作为电极丝，铜丝直径通常为0.10～0.35mm。电极丝仅从一个单方向通过加工间隙，不重复使用，避免了因电极丝的损耗而降低加工精度。同时由于走丝速度慢，机床及电极丝的震动小，因此加工过程平稳，加工精度高，可达0.005mm，表面粗糙度Ra≤0.32μm。慢速走丝线切割机床的工作液一般采用去离子水、煤油等，生产率较高。慢走丝机床主要由日本、瑞士等国生产，目前国内有少数企业引进国外先进技术与外企合作生产慢走丝机床。第三章电火花线切割加工172．型号国标规定的数控电火花线切割机床的型号，如DK7725的基本含义为：D为机床的类别代号，表示是电加工机床；K为机床的特性代号，表示是数控机床；第一个7为组代号，表示是电火花加工机床，第二个7为系代号(快走丝线切割机床为7，慢走丝线切割机床为6，电火花成型机床为1)；25为基本参数代号，表示工作台横向行程为250mm。第三章电火花线切割加工18例如，数控电火花线切割机床型号DK7725的含义如下：DK7725基本参数代号(工作台横向行程250mm)型别代号(快速走丝线切割机床)组别代号(电火花加工机床)机床特性代号(数控)机床类别代号(电加工机床)第三章电火花线切割加工19表3-1DK77系列数控电火花线切割机床的主要型号及技术参数机床型号DK7716DK7720DK7725DK7732DK7740DK7750DK7763DK77120工作台行程/mm200×160250×200320×250500×320500×400800×500800×6002000×1200最大切割厚度/mm100200140300(可调)400(可调)300150500(可调)加工表面粗糙度Ra/μm2.52.52.52.56.3～3.22.52.5加工精度/mm0.010.0150.0120.0150.0250.010.02切割速度/(mm2/min)708080100120120120加工锥度3°～60°各厂家的型号不同控制方式各种型号均有单板机、或单片机、或微机控制各厂家生产的机床的切割速度有所不同第三章电火花线切割加工20表3-2快、慢速走丝电火花线切割加工特点比较类型项目快速走丝慢速走丝走丝速度2～12m/s1～8m/min电极丝材料钼丝、钨钼丝黄铜丝、铜合金及其镀覆材料精度保持丝抖动大，精度较难保持走丝平稳，精度容易保持电极丝的工作状态循环重复使用一次性使用工作液特制乳化油水溶液去离子水工作液绝缘强度/(k·cm)0.5～5010～100最高切割速度/(mm2/min)300300(国外)最高尺寸精度/mm0.010.005表面粗糙度/m0.630.16数控装置开环、步进电机形式闭环、半闭环、伺服电机程序形式3B、4B程序，5单位纸带国际ISO代码程序、8单位纸带第三章电火花线切割加工21二、快走丝线切割机床简介由于科学技术的发展，目前在生产中使用的快走丝线切割机床几乎全部采用数字程序控制，这类机床主要由机床本体、脉冲电源、数控系统和工作液循环系统组成。第三章电火花线切割加工221．机床本体机床本体主要由床身、工作台、运丝机构和丝架等组成，具体介绍如下：1)床身床身是支承和固定工作台、运丝机构等的基体。因此，要求床身应有一定的刚度和强度，一般采用箱体式结构。床身里面安装有机床电气系统、脉冲电源、工作液循环系统等元器件。2)工作台目前在电火花线切割机床上采用的坐标工作台，大多为X、Y方向线性运动。第三章电火花线切割加工23不论是哪种控制方式，电火花线切割机床最终都是通过坐标工作台与丝架的相对运动来完成零件加工的，坐标工作台应具有很高的坐标精度和运动精度，而且要求运动灵敏、轻巧，一般都采用“十”字滑板、滚珠导轨，传动丝杠和螺母之间必须消除间隙，以保证滑板的运动精度和灵敏度。3)走丝机构在快走丝线切割加工时，电极丝需要不断地往复运动，这个运动是由运丝机构来完成的。最常见的运丝机构是单滚筒式，电极丝绕在储丝筒上，并由丝筒作周期性的正反旋转使电极丝高速往返运动。第三章电火花线切割加工24第三章电火花线切割加工25第三章电火花线切割加工264)丝架运丝机构除上面所叙述的内容外，还包括丝架。丝架的主要作用是在电极丝快速移动时，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垂直。为获得良好的工艺效果，上、下丝架之间的距离宜尽可能小。为了实现锥度加工，有多种方法。a偏移式丝架：b双坐标联动式丝架第三章电火花线切割加工272．脉冲电源电火花线切割加工的脉冲电源与电火花成型加工作用的脉冲电源在原理上相同，不过受加工表面粗糙度和电极丝允许承载电流的限制，线切割加工脉冲电源的脉宽较窄(2～60μs)，单个脉冲能量、平均电流(1～5A)一般较小，所以线切割总是采用正极性加工。第三章电火花线切割加工281）晶体管矩形脉冲波电源3-6晶体管矩形脉冲电压电流波形及电源第三章电火花线切割加工29*晶体管式矩形波脉冲电源的工作方式与电火花成形加工类同。*它是通过控制功率管VT的基极以形成电压脉宽ti、电流脉宽te和脉冲间隔to，限流电阻Ｒ１、Ｒ２决定峰值电流ie。*这种电源广泛用于高速走丝线切割机床，而在低速走丝机床中用的不多。第三章电火花线切割加工302）高频分组脉冲电源高频分组脉冲波形高频分组脉冲电源原理图第三章电火花线切割加工31*这种波是由矩形波派生出来的，即把较高频率的小脉宽ti和小脉间to的矩形波脉冲分组成为大脉宽Ｔi和大脉间Ｔo输出。*加工时由高频脉冲发生器、分组脉冲发生器和与门电路产生高频分组脉冲波形，然后经脉冲放大和功率输出，将高频分组脉冲能量输送到放电间隙，进行放电腐蚀加工。*它既具有高频脉冲加工表面粗糙度值小，又具有低频脉冲加工速度高、电极丝损耗低的双重特点，在相同的加工条件下，可获得较好的加工工艺效果。第三章电火花线切割加工323）并联电容型脉冲电源如右图所示。这是实现短放电时间高峰值电流的一种方法，常用于早期的低速走丝线切割机床中，以满足低速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。在这种电路中，依靠调整晶体管的通断时间、限流电阻的个数及电容器的容量，可控制放电的重复频率，而每次放电的能量由直流电源的电压及电容器的容量决定。图3—12并联电容型电路的电压、电流波形及脉冲电源电路简图从图中可知，按照晶体管的开关状态，电容器两端的电压波形呈现一种阶梯状态，利用晶体管开通时间ti和截止时间to的不同组合，可以改变充电电压波形的前沿。而且，一旦放电电流发生，可使晶体管变为截止状态，阻止直流电源供给电流。如右图所示。这是实现短放电时间高峰值电流的一种方法，常用于早期的低速走丝线切割机床中，以满足低速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。在这种电路中，依靠调整晶体管的通断时间、限流电阻的个数及电容器的容量，可控制放电的重复频率，而每