线切割

电火花线切割加工1蒋克伟课程内容大纲2一、电火花线切割加工原理、特点及应用范围二、电火花线切割加工设备三、电火花线切割控制系统和编程技术四、线切割加工工艺及应用一、电火花线切割加工原理、特点及应用范围3电火花线切割加工是在电火花加工基础上发展起来的，是20世纪50年代末，最早在前苏联发展起来的一种新工艺。电火花线切割加工的基本原理是利用移动的细金属导线(钼丝、铜丝或镀锌铜丝)作电极对工件进行脉冲火花放电、切割成型。由于靠火花放电进行加工故称为电火花线切割，有时简称线切割。它已获得广泛的应用，目前国内外的线切割机床已占电加工机床的60％以上。复习：电火花加工技术原理1.线切割加工的原理利用细钼丝或铜丝4作工具电极进行切割，贮丝筒7使钼丝作正反向交替移动，加工能源由脉冲电源3供给。在电极丝和工件之间浇注工作液介质，工作台在水平面两个坐标方向各自按预定的控制程序，根据火花间隙状态作伺服进给移动，从而合成各种曲线轨迹，把工件切割成型。6电极丝与工件之间脉冲放电（正极性加工）电极丝沿其轴向作走丝运动（金属丝φ0.006~0.2mm）工件相对于电极丝在X、Y平面内作数控运动XY电源线切割加工原理用短脉冲加工时，负极的蚀除量小于正极，工件接在正极。脉冲电源7工件（+）脉冲电源工作液电极丝（-）电源放电间隙的构成加工机理8形成放电通道电弧成长、金属熔解、气化爆炸、电极材料抛出冷却、排屑、极间消电离线切割加工技术分类单向运动慢走丝：走丝速度往复运动（我国独创）快走丝：走丝速度根据电阻丝的运行速度,/2.0,/m10~8sms数字程序控制光电跟踪控制有靠模仿型控制按控制方式按加工尺寸范围分：大、中、小型以及普通型与专用型等。快慢走丝区别10慢走丝精度高，但是排屑困难。返回快慢走丝比较112、线切割加工的特点12分析电火花线切割加工过程的工艺和机理，与电火花穿孔成型加工既有共性，又有特性。2.1电火花线切割加工与电火花成型加工的共性(1)线切割加工的电压、电流被形与电火花加工的基本相似。单个脉冲也有多种形式的放电状态，如开路、正常火花放电、短路及相互转换等（主要与电极间隙有关）。(2)线切割加工的加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律，材料的可加工性等也都与电火花加工基本相似，可以加工硬质合金等一切导电材料。2.2线切割加工与电火花加工的特点比较13(1)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，工作液的电阻率远比煤油小，因而在开路状态下，仍有明显的电解电流。电解效应稍有益于改善加工表面粗糙度。(2)一般没有稳定电弧放电状态。因为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。因此，线切割加工的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。往往在单个脉冲内有多种放电状态，有“微开路”、“微短路”现象。(3)电极与工件之间存在着“疏松接触”式轻压放电现象。2.2线切割加工与电火花加工的特点比较14(4)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和加工周期，这对新产品的试制很有意义。(5)因电极丝较细，可加工微细异形孔、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、材料的利用率很高。(6)因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较小，特别在慢走丝线切割加工时，电极丝一次使用，电极损耗对加工精度的影响更小。电火花线切割加工有许多突出的长处，因而在国内外发展都较快，已获得了广泛的应用。套料是下料的时候,在排料时有的地方不好排或空缺,造成很大的浪费,可以再在里面套出一些不同形状的小料，即在有限的材料面积上尽可能多的使用材料进行生产，将材料利用率提高，减少废料的一种方法。3、线切割加工的应用范围15线切割加工主要应用于以下几个方面：(1)加工模具适用于各种大、中、小型冲模的凸模、凹摸、固定板、卸料板等;还可加工挤压模、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，也适用于加工微细复杂形状的电极。(3)加工零件试制新产品时，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。同时还可进行微细加工，异形槽和的加工等。模具加工1617精密模具复杂形状18样件19样件20二、电火花线切割加工机床211.机床本体2.脉冲电源3.控制系统4.工作液循环系统5.机床附件电火花线切割加工设备：在工件上打孔安装钼丝进行切割冷却液起着冷却和绝缘的双重作用加工后的零件了解加工设备结构及运作过程视频学习加工原理示意图1、机床本体25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机床本体实物图机床本体1.床身部分床身一般为铸件、坐标工作台、绕丝机构及丝架的支承和固定基础。通常采用箱式结构，应有足够的强度和刚度。2.坐标工作台部分电火花线切割机床最终都是通过坐标工作台与电极丝的相对运动来完成对零件加工的。一般都采用“十”字拖板、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线性运动，通过两个坐标方向各自的进给移动，可以获得各种平面图形曲线轨迹。3.走丝机构走丝系统使电极丝以一定的速度运动并保持一定的张力。在运动过程中，电极丝由丝架支撑，并依靠导轮保持电极丝与工作台垂直或倾斜一定的几何角度。28电极丝快慢对比慢走丝29慢走丝：走丝作单方向运动，多用铜丝，为一次性使用，走丝速度一般低于0.2m/min，电极丝走丝平稳无震动，损耗小，因此加工精度高，表面粗糙度值低，但其导向、張紧机构比较复杂。慢走丝电火花线切割机床的结构原理图1-溜板2-绝缘垫块3、13-伺服电机4-工作台5-放丝卷筒6、11-导丝轮和旅紧机构7-导向装置8-工作液喷嘴9-工件10-脉冲电源12-收丝卷筒14-数控装置15-伺服电机电源30快走丝：电极丝多用钼丝，做往复运动，走丝速度一般为2.5m/s~10m/s左右。快走丝电火花线切割机床结构原理图1-走丝溜板2-卷丝筒3-电极丝4-丝架5-下丝臂6-上丝臂7-导丝轮8-工作液喷嘴9-工件10-绝缘垫块11、16伺服电机12-工作台13-溜板14-伺服电机电源15-数控装置17-脉冲电源4.锥度切割装置为了切割有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。偏移式丝架图a为上（或下）丝臂平动法，上（或下）丝臂沿X、Y方向平移图b为上、下丝臂同时绕一定中心移动的方法图c为上、下丝臂分别沿导轮径向平动和轴向摆动的方法四轴联动锥度切割装置1-X轴驱动电动机2-Y轴驱动电动机3-控制装置4-数控纸带5-V轴驱动电动机6-U轴驱动电动机7-上导向器8-工件9-下导向器2.脉冲电源33线切割采用正极性加工电极丝细，单个脉冲能量不能过大，所以采用电流小（1～5A），窄脉冲（2～60μs），短脉冲加工中，正极性加工保护工具电极线切割用脉冲电源1.晶体管矩形波脉冲电源tu脉冲电源2.高频分组脉冲电源tu3.并联电容型脉冲电源4.低损耗电源3.工作液循环系统工作液循环系统的组成工作液泵液箱过滤器管道流量控制阀在线切割加工中，工作液对加工工艺指标的影响很大，如对切割速度、表面粗糙度、加工精度等都有影响。3.工作液循环系统3.工作液循环系统工作液应具有以下性质：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、对环境无污染，对人体无污染。工作液视频此外，工作液还应具有配制方便，使用寿命长、乳化充分、冲制后不能油水分离、储存时间较长及不应有沉淀或变质现象等特点。慢走丝与快走丝的区别慢走丝：去离子水，浸泡式快走丝：乳化液，浇注式作用区别1.快走丝线切割——绝缘、冷却、排屑。2.慢走丝线切割——绝缘、排屑、冷却、温度控制、电导率控制。3.工作液循环系统三、电火花线切割控制系统和编程技术393.1线切割控制系统控制系统是进行电火花切割加工的重要环节。控制系统的稳定性、可靠性、控制精度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。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。它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。3.1.1电火花线切割机床控制系统的主要功能1)轨迹控制：精确控制电极丝相对于工件的运动轨迹，以获得所需的形状和尺寸。2)加工控制：主要包括对伺服进给速度、电源装置、走丝机构、工作液系统以及其他机床操作控制。电火花线切割机床的轨迹控制系统曾经历过靠模仿形控制、光电跟踪仿形控制，现在已普遍采用数字程序控制，并已发展到微型计算机直接控制阶段。3.1.2数字程序控制数字程序控制（NC控制）电火花线切割的控制原理是把图样上工件的形状和尺寸编制成程序信号，一般通过键盘或使用穿孔纸带或磁带，输给电子计算机，计算机根据输入指令控制驱动电机，由驱动电机带动精密丝杠，使工件相对于电极丝作轨迹运动。3.1.3轨迹控制原理42常用的轨迹控制方法逐点比较法、数字积分法、矢量判别法、最小偏差法数控线切割大多数采用简单易行的逐点比较法，目前的线切割数控系统，X、Y两个方向不能同时进给，只能按直线的斜度或圆弧的曲率来交替地一步一个微米地分步“插补”进给。采用逐点比较法时，X或Y每进给一步，每次插补过程都要进行一下四个节拍：偏差判别→进给→偏差计算→终点判断控制某坐标工作台延±X和±Y中一个方向进给，向规定的轨迹靠拢，缩小偏差根据偏差计算公式，计算进给一步后新的坐标点对规定轨迹的偏差，作为下一步判别走向的依据判断加工坐标点对规定几何轨迹的偏离位置，决定走向根据计数长度判断是否到达规定的加工终点轨迹控制原理图3.1.4加工控制功能44进给控制：进给速度=蚀除速度短路回退：按原路退回（记忆路径功能）间隙补偿图形微放：缩放、旋转、平移图形适应控制：根据工况改变电规准自动找中心：使孔中的电极丝自动找正并停止在中心处信息显示：加工过程相关信息下一页间隙补偿方法45ΔrδΔrδ凸体的加工凹体的加工返回3.2自动编程463.2.1自动编程的原理数控线切割编程，是根据图形提供的数据，经过分析和计算，编写出线切割机床能够接受的程序单。分类：人工编程（工作量大，容易出错）自动编程自动编程主要部分：1.主处理程序源程序→由机器指令组成的目标指令2.后置处理程序将计算结果变换为数控机床的运动或者控制专门功能的部分。主要功能：1.处理直线、圆弧、非圆曲线和列表曲线所组成的圆形；2.能以相对坐标和绝对坐标编程；3.能进行图形的旋转、平移、对称、比例缩放、加线径补偿量、加过渡圆和倒角等；4.操作方便；5.输出方式多。视频：正八边形四、线切割加工工艺及应用48机床的检查与调整工作液的选配电极丝的选择及校正穿丝孔的加工其他工艺准备分析图纸机床自动补偿人工预补偿补偿设置先确定装夹方向及位置手工编程专用编程器编程微机自动编程其他编制程序直线K和圆弧R检验法控制台显示机床空走试切样板先割非重要零件程序校验夹具的选用工件的找正确定丝中心的坐标工件装夹加工临时停机断丝突然断电短路其他故障处理通用量具专用量具仪器测量其他检验图4.1数控线切割机床的加工工艺路线图a)正确的切割路线b)错误的切割路线(a)(b)装夹部分装夹部分(c)(d)装夹部分装夹部分(a)(b)装夹部分装夹部分(c)(d)装夹部分装夹部分4.1应用中应注意的工艺问题（1）合理安排切割