第12~13讲 线切割加工

第12~13讲线切割加工本节要点线切割原理线切割特点线切割机床数字控制原理教学目标:掌握线切割加工的原理和特点；了解电火花线切割机床的组成；了解数字程序控制的基本原理。一、线切割加工原理和特点1、电火花线切割加工的基本原理与电火花成型加工一样，也是利用工具电极对工件进行脉冲放电时产生的电腐蚀现象来进行加工的。但是，电火花线切割加工不需要制作成型电极，而是用运动着的金属丝（钼丝或铜丝）作电极，利用电极丝和工件在水平面内的相对运动切割出各种形状的工件。若使电极丝相对工件进行有规律的倾斜运动，还可以切割出带锥度的工件。工件接在脉冲电源的正极，电极丝接负极。1快走丝线切割机床加工精度可达到±0.01mm，加工表面粗糙度Ra1.6μm。2加工精度可达到±1.5μm，加工表面粗糙度Ra0.1～0.2μm。慢走丝线切割机床3线切割应用：微细结构和复杂形状4线切割应用：微细结构和复杂形状5线切割应用：6线切割应用：7线切割应用：8线切割应用：92、加工过程1、数控装置2、贮丝筒3、导轮4、电极丝5、工件6、工作液供给装置7、工作台8、脉冲电源9、工作液箱10、步进电机脉冲电源的正极接工件，负极接电极丝。电极丝以一定的速度往复运动，它不断地进入和离开放电区。在电极丝和工件之间注入一定量的液体介质。步进电机带工作台和工件在水平面内的相对运动，电极丝和工件之间发生脉冲放电，通过控制电极丝和工件之间的相对运动轨迹和进给速度，就可以切割出具有一定形状和尺寸的工件。10零件工艺分析手工自动编程数控装置功放机床步进电机脉冲运丝变频线切割加工过程：对零件工艺分析后可用软件自动编程或手工编程，程序输入数控装置后通过功放自动控制步进电机，带动机床工作台和工件相对电极丝沿X、Y方向移动，完成平面形状的加工。数控装置自动控制工件和电极丝之间的相对运动轨迹的同时，检测到的放电间隙大小和放电状态信息经变频后反馈给数装置来控制进给速度，使进给速度与工件材料的蚀除速度相平衡，维持正常的稳定加工。113、线切割加工特点①与电火花成型相比不需要制作电极；(生产准备时间短)②电极丝沿长度方向运动，加工中损耗少，加工精度高。(快走丝用的钼丝可重复使用。）③能加工精密、形状复杂而细小的内、外形面，以及高熔点、高硬度难切削的材料。（只能加工导电材料）④加工效率高，材料利用率高，成本低。⑤自动化程度高，操作方便。⑥不能加工母线不是直线的表面和盲孔。12二、数控电火花线切割加工机床电火花线切割机床是电火花加工机床的一种，根据走丝速度和加工精度不同，分快走丝和慢走丝二种。快走丝：0.08～0.22mm的钼丝作电极，往复循环使用，走丝速度为8～10m/s，加工精度为±0.01mm表面粗糙度Ra1.6~6.3µm。工作液为乳化液，如：DX-1、TM-1、502型。慢走丝:走丝速度是3～12m/min，电极丝广泛使用铜丝，单向移动，电极丝只使用一次，不重复使用。能自动穿电极丝和生动卸除加工废料，实现无人操作。加工精度可达到±0.001mm，表面粗糙度为Ra1.6~6.3µm。价格比快走丝高。工作液为去离子水。13线切割机床由脉冲电源、机床本体、控制系统和工作液循环系统四大部分组成。(一)脉冲电源线切割机床的脉冲电源采用小功率、窄脉冲、高频率、大峰值电流的高频脉冲电源。一般电源的电规准有几个档，以调整脉冲宽度和脉冲间隙时间，满足不同加工要求。(二)机床本体机床本体包括：床身、坐标工作台、走丝机构组成。1、床身床身一般为铸件，是坐标工作台、走丝机构的固定基础。床身内部安置脉冲电源和工作液箱。考虑电源会发热和工作液泵有振动，有些机床将脉冲电源和工作液箱移出床身另行安放。142、坐标工作台坐标工作台安置在床面上，包括上层工作台面、中层中拖板、下层底座，还有减速齿轮和丝杠螺母等构件。两个步进电动机经过齿轮减速，带动丝杠螺母，从而驱动工作台在XY平面上移动。控制器每发出一个进给脉冲信号，工作台就移动lμm，则称该机床的脉冲当量为1μm/脉冲。工作台传动原理15走丝机构传动原理3、走丝机构快走丝机构的作用是保证电极丝能进行往复循环的高速运行，由电动机传动储丝筒作高速正反向转动。通过齿轮副传动走丝机构拖板的丝杠螺母，使电极丝均匀地卷绕在储丝筒上。储丝筒在旋转的同时，做轴向移动，轴向移动应大于电极丝直径，使电极丝整齐排列在贮丝筒上。快速走丝能较好地将电蚀屑排出加工区，提高加工速度。电极丝换向时的减速和加速过程中，放电和进给必须停止。否则会出现断丝。由于电极丝换向时的抖动和反向停顿，使加工表面出现凹凸不平的条纹。16安徽机电职业技术学院模具制造技术慢走丝机构,走丝速度在3~12m/s左右，电极丝多采用成卷的黄铜丝或镀锌黄铜丝，工作时单向运行，经放电加工后不再使用，电极丝的张力可调节。特点：电极丝只用一次，工作平稳、均匀、抖动小、加工质量好，但加工速度低，加工成本高。对于能割斜度的走丝机构，通过电极丝上导轮在纵、横两个方向的偏移，使电极丝倾斜，可加工带锥度的工件。上导轮和工作台分别由四个步进电机驱动，由计算机同时控制。17安徽机电职业技术学院模具制造技术18（四）工作液循环系统快走丝用的工作液是乳化液，慢走丝用的工作液是去离子水。去离子水是通过离子交换树脂净化器将水中的离子去除，并通过电阻率控制装置，控制去离子水的电阻率。工作液循环系统的作用：与电火花成形相同，主要是及时排除电蚀产物，对工件和电极丝进行冷却。（三）控制系统作用：按程序自动控制电极丝和工件之间的相对运动轨迹和进给速度，完成对工件的加工。同时，根据放电间隙大小和放电状态，使进给速度和工件的蚀除速度相平衡，维持正常的稳定加工。二、数字程序的基本控制原理19线切割加工时，数控装置连续运算，并向驱动机床工作台的步进电机发出相互协调的进给脉冲，使工作台(工件)按指定的路线运动。斜线(直线)OA的插补过程。O点为切割的起点，X、Y轴分别表示工作台的纵、横进给方向。取斜线的起点O为坐标原点，OA终点的坐标为(6，4)。先从坐标原点O沿X轴正向进给一步，加工点(电极丝)由O移动到M1，M1点在OA的下方已偏离斜线，产生了偏差。为使加工点向OA靠拢，需沿Y轴正向进给一步，加工点由M1移动到M2。M2点在OA的上方，也偏离了斜线，产生了新的偏差。为了纠正这个偏差，应沿X轴正向进给一步。如此连续插补，直到斜线终点A(6，4)。二、数字程序的基本控制原理电极丝相对工件的运动轨迹是折线O—M1—M2—…—A。斜线(直线)插补就是用上述折线代替直线OA，完成对斜线的加工。20逐点比较法：加工过程中，工作台每进给一步，都要比较一下加工点与规定图形的位置，逐步逼近加工图形的控制方法。圆弧AB的插补过程。取圆心为坐标原点，用X、Y轴表示机床工作台的纵、横进给方向。以A点为加工起点。若加工点在圆弧外(包括在圆弧上的点)，沿X轴负向进，给一步，加工点在圆弧内，沿Y轴正向进给一步，一直插补到圆弧终点B。和斜线插补一样，也是用一条折线代替圆弧AB。二、数字程序的基本控制原理21为什么可用折线代替斜线和圆弧呢？因为控制台每发出一个进给脉冲，工作台进给的一步距离仅为1μm，斜线和圆弧与折线的最大偏差就是工作台进给一步的距离。这个误差是工件尺寸精度所允许的。从斜线和圆弧插补过程可以看出，工作台的进给是步进的。它每走一步机床数控装置都要自动完成四个工作节拍。工作节拍方框图22(1)偏差判别判别加工点对规定图形的偏离位置，以决定工作台的走向。(4)终点判断每当进给一步并完成偏差计算之后，应判断是否已加工到图形的终点，若加工点已到终点，便停止加工。否则，应按加工节拍继续加工，直到终点为止。(2)工作台进给根据判断的结果，控制工作台在X或Y方向进给一步，以使加工点向规定图形靠拢。(3)偏差计算在加工过程中，工作台每进给一步，都由机床的数控装置根据数控程序计算出新的加工点与规定图形之间的偏差，作为下一步判断的依据。23计算机是如何判断加工点对规定图形的偏差的？对于直线：以起点为坐标原点用F=xey-xye来表示偏差的大小，直线终点坐标为（xe，ye），当F≥0时，X轴正方向进给一步；当F＜0时，Y轴正方向进给一步。对于圆弧：以圆心为坐标原点用F=x2+y2-R2来表示偏差的大小，当F≥0时，X轴正方向进给一步；当F＜0时，Y轴正方向进给一步。计算机用递法进行偏差计算。即每进给一步，用前一步的偏差来推算新加工点的偏差。24通过控制线段从起点加工到终点时，工作台在X或Y方向上的进给总长度Gx或Gy来进行终点判断的。计算机是如何进行终点判断的？在数控装置中设立了一个计数器来进行计数。在加工前将X或Y方向上进给的总长度存入计数器，加工过程中工作台在计数方向上每进给一步，计数器就减去1，当计数器中存入的数值被减到零时，表示已切割到终点，加工结束。计数方向是否可任选呢？如图所示，应选X方向计数Gx=6步若选Y方向计数Gy=4步，加工完M8就停止加工，X方向少走一步。为防止漏走，应取投影长度大的方向作计数方向。三、3B格式程序编制数控程序就是用来控制机床，使机床按照预定要求进行切割加工。变换成机器可以接受的指令码，这个全过程称为程序的编制。3B格式是数控线切割机床所用的程序之一。（一）程序格式(无间隙补偿)BXBYBJGZ分隔符号X坐标值Y坐标值计数长度计数方向加工指令253B格式程序是按电极丝中心轨迹编程，编程时，工件尺寸要换算成电极丝中心轨迹。三、3B格式程序编制步骤：1、计算补偿量和轨迹图。2、计算直线终点相对坐标；计算圆弧起点和终点相对圆心坐标。3、根据终点坐标确定计数方向和计数长度。4、根据直线终点位置和圆弧起点位置确定加工指令。BXBYBJGZ分隔符号X坐标值Y坐标值计数长度计数方向加工指令261．分隔符号B用来将X、Y、J的数码分开，利于控制装置识别。2．坐标值X、Y即X、Y相对坐标的绝对值，单位µm圆弧直线27坐标原点为线段起点，X、Y分别取线段在对应方向上的增量，即该线段在相对坐标系中的终点坐标的绝对值。X、Y允许取比值，若X或Y为零时，X、Y值均可不写，但分隔符号保留。例如B2000B0B2000GxL1可写为BBB2000GxL1。坐标原点为圆心，X、Y取圆弧起点坐标的绝对值，但不允许取比值。3．计数方向GGx—取X方向进给总长度计数GY——取Y方向进给总长度计数直线：用线段的终点坐标的绝对值进行比较，哪个方向数值大，就取该方向作为计数方向。即：|Y||X|时，取GY；|Y||X|时，取Gx；|Y|=|X|时，取Gx或GY，有些机床对此专门规定。283．计数方向GGx—取X方向进给总长度计数GY——取Y方向进给总长度计数圆弧：根据终点坐标的绝对值，哪个方向数值小，就取该方向为计数方向。与直线相反。即：|Y||X|时，取GY；|Y||X|时，取Gx；|Y|=|X|时，取Gx或GY，有些机床对此专门规定。29±45°线以内的直线取Gx圆弧终点在±45°线以内的取Gy4．计数长度J根据计数方向，选取直线或圆弧在该方向上的投影总和（绝对值），单位µm直线AB：取GY圆弧CD：取GYJ=3000µm30R5Y方向投影较长终点坐标Y绝对值较小R==5mm2234顺时针方向切割逆时针方向切割5．加工指令Z根据被加工图形的形状，所在象限和走向等确定。控制台根据这些指令，进行偏差计算，控制进给方向。直线加工指令有：L1、L2、L3、L4顺时针方向加工圆弧加工指令有：SR1、SR2、SR3、SR4逆时针方向加工圆弧加工指令有：NR1、NR2、NR3、NR4加工指令Z：看走向，看起点象限或即将进入的象限（轴上的点）。直线圆弧31加工指令Z：看终点象限轴上的点看方向。B2000B3000B3000GyL2B2B3B3000GyL2B13500B0B13500GxL3，或BBB13500GxL332坐标值取绝对值X和Y同时按比例缩放轴上的点只写分隔符号Y轴投影较长，取Gy终点在第二象限取L2终点在X轴反方向取GxL33B格式编程实例R5B3000B4000B17000GySR3333B格式编程实例取起