数控电火花线切割加工

山东德州科技职业学院电子教材数控教研室第六章数控电火花线切割加工电火花加工属于特种加工的一种方法，它是在加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电，靠放电时局部、瞬时产生的高温去除工件多余材料，以及使材料改变性能或被镀覆等的放电加工，因放电过程可见到火花，故称之为电火花加工。6.1数控电火花线切割加工原理与特点6.1.1数控电火花线切割加工原理数控电火花线切割是利用移动的细金属导线作为工具电极，在金属丝与工件间施加脉冲电流，产生放电腐蚀，对工件进行切割加工。工件的形状是由数控系统控制工作台相对于电极丝的运行轨迹决定的，因此不需制造专用的电极，就可以就可以加工形状复杂的模具零件。其加工原理如图6-1所示，工件连接脉冲电源的正极，电极丝接负极，加上高频脉冲电源后，在工件与电极丝之间产生很强的脉冲电场，使其间的介质被电离击穿，产生脉冲放电。电极丝在贮丝筒的作用下作正反向交替运动，在电极丝和工件之间浇注工作介质，在机床数控系统的控制下，工作台相对电极丝按预定的程序运动，从而切割出需要的工件形状。图6-1电火花切割原理6.1.2数控电火花线切割加工特点1.直接利用线状的电极丝作为电极，可节约电极设计、制造费用、缩短了生产准备周期。2.可以加工用传统切削加工方法难以加工或无法加工的微细异形孔、窄缝和形状复杂的工件。3.采用线切割加工冲模时，可实现凸、凹模一次加工成形。6.2数控电火花线切割机床6.2.1电火花线切割机床分类山东德州科技职业学院电子教材数控教研室（1）按控制方式可分为靠模仿型控制、光电跟踪控制、数字程序控制及微机控制等；（2）按电源形式可分为RC电源、晶体管电源、分组脉冲电源及自适应控制电源等；（3）按加工特点可分为大、中、小型以及普通直壁切割型与锥度切割型等；（4）按走丝速度可分为慢走丝方式和快走丝方式两种。6.3数控电火花线切割工艺基础数控电火花线切割加工，一般是作为工件尤其是模具加工中的最后工序。要达到加工零件的精度及表面粗糙度要求，应合理控制线切割加工时的各种工艺参数（电参数、切割速度、工件装夹等），同时应安排好零件的工艺路线及线切割加工前的准备加工。有关模具加工的线切割加工工艺准备和工艺过程，如图6.2所示。图6-2线切割加工的工艺准备和工艺过程6.3.1模坯准备1、工件材料及毛坯模具工作零件一般采用锻造毛坯，其线切割加工常在淬火与回火后进行。由于受材料淬透性的影响，当大面积去除金属和切断加工时，会使材料内部残余应编制程序计算偏移量确定切割路线选择电参数确定电极丝选配工作液分析零件图样制定工艺路线模坯准备机械加工基准面凹模型孔漏料部分、螺钉孔、销钉孔、穿丝孔等淬火回火磨削基准面退磁线切割山东德州科技职业学院电子教材数控教研室力的相对平衡状态遭到破坏而产生变形，影响加工精度，甚至在切割过程中造成材料突然开裂。为减少这种影响，除在设计时应选用锻造性能好、淬透性好、热处理变形小的合金工具钢（如Cr12、Cr12MoV、CrWMn）作模具材料外，对模具毛坯锻造及热处理工艺也应正确进行。2、模坯准备工序模坯的准备工序是指凸模或凹模在线切割加工之前的全部加工工序。（1）凹模的准备工序1）下料用锯床切断所需材料。2）锻造改善内部组织，并锻成所需的形状。3）退火消除锻造内应力，改善加工性能。4）刨（铣）刨六面，并留磨削余量0.4～0.6mm。5）磨磨出上下平面及相邻两侧面,对角尺。6）划线划出刃口轮廓线和孔(螺孔、销孔、穿丝孔等)的位置。7）加工型孔部分当凹模较大时，为减少线切割加工量，需将型孔漏料部分铣（车）出，只切割刃口高度；对淬透性差的材料，可将型孔的部分材料去除，留3～5mm切割余量.8）孔加工加工螺孔、销孔、穿丝孔等。9）淬火达设计要求。10）磨磨削上下平面及相邻两侧面，对角尺。11）退磁处理（2）凸模的准备工序凸模的准备工序，可根据凸模的结构特点，参照凹模的准备工序，将其中不需要的工序去掉即可。但，应注意以下几点：1）为便于加工和装夹，一般都将毛坯锻造成平行六面体。对尺寸、形状相同，断面尺寸较小的凸模，可将几个凸模制成一个毛坯。2）凸模的切割轮廓线与毛坯侧面之间应留足够的切割余量（一般不小于5mm）。毛坯上还要留出装夹部位。3）在有些情况下，为防止切割时模坯产生变形，要在模坯上加工出穿丝孔。切割的引入程序从穿丝孔开始。6.3.2工件的装夹与调整1、工件的装夹装夹工件时，必须保证工件的切割部位位于机床工作台纵向、横向进给的允许范围之内，避免超出极限。同时应考虑切割时电极丝运动空间。夹具应尽可能山东德州科技职业学院电子教材数控教研室选择通用（或标准）件，所选夹具应便于装夹，便于协调工件和机床的尺寸关系。在加工大型模具时，要特别注意工件的定位方式，尤其在加工快结束时，工件的变形、重力的作用会使电极丝被夹紧，影响加工。（1）悬臂式装夹如图6.3所示是悬臂方式装夹工件，这种方式装夹方便、通用性强。但由于工件一端悬伸，易出现切割表面与工件上、下平面间的垂直度误差。仅用于加工要求不高或悬臂较短的情况。（2）两端支撑方式装夹如图6.4所示是两端支撑方式装夹工件，这种方式装夹方便、稳定，定位精度高，但不适于装夹较大的零件。（3）桥式支撑方式装夹这种方式是在通用夹具上放置垫铁后再装夹工件，如图6.5所示。这种方式装夹方便，对大、中、小型工件都能采用。图6.3悬臂式装夹图6.4两端支撑方式装夹图6.5桥式去撑方式装夹（4）板式支撑方式装夹如图6.6所示是板式支撑方式装夹工件。根据常用的工件形状和尺寸，采用有通孔的支撑板装夹工件。这种方式装夹精度高，但通用性差。2、工件的调整采用以上方式装夹工件，还必须配合找正法进行调整，方能使工件的定位基准面分别与机床的工作台面和工作台的进给方向x、y保持平行，以保证所切割的表面与基准面之间的相对位置精度。常用的找正方法有：（1）用百分表找正如图6.7所示，用磁力表架将百分表固定在丝架或其它位置上，百分表的测量头与工件基面接触，往复移动工作台，按百分表指示值调整工件的位置，直至百分表指针的偏摆范围达到所要求的数值。找正应在相互垂直的三个方向上进行。山东德州科技职业学院电子教材数控教研室（2）划线法找正工件的切割图形与定位基准之间的相互位置精度要求不高时，可采用划线法找正，如图6.8所示。利用固定在丝架上的划针对准工件上划出的基准线，往复移动工作台，目测划针、基准间的偏离情况，将工件调整到正确位置。图6.6板式支撑方式装夹图6.7用百分表找正图6.8划线法找正6.3.3电极丝的选择和调整1、电极丝的选择电极丝应具有良好的导电性和抗电蚀性,抗拉强度高、材质均匀。常用电极丝有钼丝、钨丝、黄铜丝和包芯丝等。钨丝抗拉强度高，直径在(0.03～0.1mm)范围内，一般用于各种窄缝的精加工，但价格昂贵。黄铜丝适合于慢速加工，加工表面粗糙度和平直度较好，蚀屑附着少，但抗拉强度差，损耗大，直径在0.1～0.3mm范围内，一般用于慢速单向走丝加工。钼丝抗拉强度高，适于快速走丝加工，所以我国快速走丝机床大都选用钼丝作电极丝，直径在0.08～0.2mm范围内。电极丝直径的选择应根据切缝宽窄、工件厚度和拐角尺寸大小来选择。若加工带尖角、窄缝的小型模具宜选用较细的电极丝；若加工大厚度工件或大电流切割时应选较粗的电极丝。电极丝的主要类型、规格如下：钼丝直径：0.08～0.2mm；钨丝直径：0.03～0.1mm；黄铜丝直径：0.1～0.3mm；包芯丝直径：0.1～0.3mm。2、穿丝孔和电极丝切入位置的选择穿丝孔是电极丝相对工件运动的起点，同时也是程序执行的起点，一般选在工件上的基准点处。为缩短开始切割时的切入长度，穿丝孔也可选在距离型孔边缘2~5mm处，如图6.9a所示。加工凸模时，为减小变形，电极丝切割时的运动轨迹与边缘的距离应大于5mm，如图6.9b所示。山东德州科技职业学院电子教材数控教研室a)凹模b)凸模图6.9切入位置的选择3、电极丝位置的调整线切割加工之前，应将电极丝调整到切割的起始坐标位置上，其调整方法有以下几种：（1）目测法对于加工要求较低的工件，在确定电极丝与工件基准间的相对位置时，可以直接利用目测或借助2～8倍的放大镜来进行观察。图6.10是利用穿丝处划出的十字基准线，分别沿划线方向观察电极丝与基准线的相对位置，根据两者的偏离情况移动工作台，当电极丝中心分别与纵横方向基准线重合时，工作台纵、横方向上的读数就确定了电极丝中心的位置。（2）火花法如图6.11所示，移动工作台使工件的基准面逐渐靠近电极丝，在出现火花的瞬时，记下工作台的相应坐标值，再根据放电间隙推算电极丝中心的坐标。此图6.10目测法调整电极丝位置山东德州科技职业学院电子教材数控教研室法简单易行，但往往因电极丝靠近基准面时产生的放电间隙，与正常切割条件下的放电间隙不完全相同而产生误差。（3）自动找中心所谓自动找中心，就是让电极丝在工件孔的中心自动定位。此法是根据线电极与工件的短路信号，来确定电极丝的中心位置。数控功能较强的线切割机床常用这种方法。如图6.12所示，首先让线电极在X轴方向移动至与孔壁接触（使用半程移动指令G82），则此时当前点X座标为X1,接着线电极往反方向移动与孔壁接触，此时当前点X座标为X2，然后系统自动计算X方向中点座标X0[X0=(X1+X2)/2]，并使线电极到达X方向中点X0；接着在Y轴方向进行上述过程，线电极到达Y方向中点座标Y0[Y0=(Y1+Y2)/2]。这样经过几次重复就可找到孔的中心位置，如图6.11所示。当精度达到所要求的允许值之后，就确定了孔的中心。6.3.4工艺参数的选择1、脉冲参数的选择线切割加工一般都采用晶体管高频脉冲电源，用单个脉冲能量小、脉宽窄、频率高的脉冲参数进行正极性加工。加工时，可改变的脉冲参数主要有电流峰值、脉冲宽度、脉冲间隔、空载电压、放电电流。要求获得较好的表面粗糙度时，所选用的电参数要小；若要求获得较高的切割速度，脉冲参数要选大一些，但加工电流的增大受排屑条件及电极丝截面积的限制，过大的电流易引起断丝，快速走丝线切割加工脉冲参数的选择见表6.1。慢速走丝线切割加工脉冲参数的选择见表6.2。图6.11火花法调整电极丝位置图6.12自动找中心山东德州科技职业学院电子教材数控教研室表6.1快速走丝线切割加工脉冲参数的选择应用脉冲宽度ti/S电流峰值Ie/A脉冲间隔t0/S空载电压/V快速切割或加大厚度工件Ra2.5m20～40大于12为实现稳定加工,一般选择t0/ti=3～4以上一般为70～90半精加工Ra=1.25～2.5m6～206～12精加工Ra1.25m2～64.8以下表6.2慢速走丝线切割加工脉冲参数的选择工件材料WC加工液电导率10×104Ω电极丝直径Ф0.2mm加工液压力第一次切割12Kg/cm2电极丝张力0.2A(1200g)第二次切割1～2Kg/cm2电极丝速度6-10加工液流量上/下5～6l/min(第一次切割)上/下1～2l/min(第二次切割)工件厚度mm加工条件编号偏移量编号电压V电流A速度mm/min201stC423H175327.02.0～2.62ndC722H125601.07.0～8.03rdC752H115650.59.0～10.04thC782H110600.39.0～10.0山东德州科技职业学院电子教材数控教研室301stC433H174327.21.5～1.82ndC722H124601.06.0～7.03rdC752H114600.79.0～10.04thC782H109600.39.0～10.0401stC433H178347.51.2～1.52ndC723H128601.55.0～6.03rdC753H113651.19.0～10.04thC783H108300.79.0～10.0501stC453H178357.00.9～1.12ndC723H128581.54.0～50.3rdC753H113421.36.0～7.04thC783H108300.79.0～10.0601stC463H179357.00.8～