线切割加工技术

数控线切割加工技术王朝辉2012.12.3上海学府机电科技有限公司2020年2月18日3时39分2电腐蚀现象早在20世纪初就被人们发现，例如在插头或电器开关触点开、闭时，往往产生火花而把接触表面烧毛，腐蚀成粗糙不平的凹坑而逐渐损坏。长期以来，电腐蚀一直被认为是一种有害的现象，人们不断地研究电腐蚀的原因并设法减轻和避免电腐蚀的发生。1940年前后，前苏联科学院电工研究所拉扎连柯夫妇的研究结果表明，电腐蚀的主要原因是：电火花放电时火通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度，足以使任何金属材料局部熔化、汽化而被蚀除掉，形成放电凹坑。电火花加工相关知识2020年2月18日3时39分线切割加工电火花线切割（WirecutElectricalDischargeMachining简称WEDM），属电加工范畴，是由前苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法。线切割机也于1960年发明于前苏联，我国是第一个用于工业生产的国家。电火花线切割简称线切割。它是在电火花穿孔、成形加工的基础上发展起来的。它不仅使电火花加工的应用得到了发展，而且某些方面已取代了电火花穿孔、成形加工。如今，线切割机床已占电火花机床的大半。数控线切割机床是通过线电极对工件进行电加工的设备，待加工工件的形状完全通过工作台相对于电极丝的运动而形成。数控线切割机床是通过线电极对工件进行电加工的设备，待加工工件的形状完全通过工作台相对于电极丝的运动而形成。一、线切割的概述3上海学府机电有限公司上海学府机电科技有限公司2020年2月18日3时39分4二、电火花线切割加工原理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。5电火花线切割加工原理图上海学府机电科技有限公司2020年2月18日3时39分6二、电火花线切割加工的特点电火花线切割具有电火花加工的共性，“以柔克刚”，常用来加工淬火钢和硬质合金，当前绝大多数的线切割机，都采用数字程序控制，其工艺特点为：•适合于机械加工方法难于加工的材料的加工，如淬火钢、硬质合金、耐热合金等。•以金属线为工具电极，节约了电极设计和制造费用和时间，能方便地加工形状复杂的外形和通孔，能进行套料加工。•冲模加工的凸凹模间隙可以任意调节优点缺点被加工材料必须导电不能加工盲孔上海学府机电科技有限公司2020年2月18日3时39分7传统加工不可能获得直角EDM很容易获得直角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。上海学府机电科技有限公司2020年2月18日3时39分81、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、步进电机三、加工过程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。8加工视频上海学府机电科技有限公司2020年2月18日3时39分91）机床分类按控制方式分靠模仿形控制光电跟踪控制数字程序控制四、电火花线切割加工机床在加工前，先根据零件图样按一定放大比例描绘出一张光电跟踪图，加工时将图样置于机床的光电跟踪台上，跟踪台上的光电头始终追随墨线图形的轨迹运动，再借助于电气、机械的联动，控制机床工作台连同工件相对电极丝做相似形的运动，从而切割出与图样形状相同的工件来；在加工前，预先制造出与工件形状相同的模，加工时把工件毛坯和模同时装夹在机床工作台上，在切割过程中电极丝紧紧地贴着模边缘作轨迹移动，从而切割出与模形状和精度相同的工件来；用先进的数字化自动控制技术，驱动机床按照加工前根据工件几何形状参数预先编制好的数控加工程序自动完成加工【95％以上】微机控制上海学府机电科技有限公司2020年2月18日3时39分10按脉冲电源形式分加工特点分RC电源晶体管电源自适应控制电源大、中、小型以及普通直壁切割型与锥度切割型，还有切割上下异形的线切割机床等。分组脉冲电源上海学府机电科技有限公司2020年2月18日3时39分11快速走丝线切割机床慢速走丝线切割机床(WEDM-HS)(WEDM-LS)按电极丝的走丝速度（1）高速走丝线切割机床这类机床的电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为8～10m／s，常用的电极丝为钼丝，加工液为乳化液。经济性好，但运丝稳定性差，加工精度相对较低，表面较粗糙。目前能达到的加工精度为±0.01mm，表面粗糙度Ra＝3.2～0.8μm上海学府机电科技有限公司2020年2月18日3时39分12（2）低速走丝线切割机床这类机床的电极丝作低速单向运动，一般走丝速度低于0.2m／s，常用的电极丝为铜丝，一般是一次性的，加工液为去离子水。运丝稳定性好，加工精度高，表面质量好，但成本高。加工精度可达±0.00lmm，表面粗糙度Ra＜0.4μm。上海学府机电科技有限公司2020年2月18日3时39分13五、数控线切割工艺分析一）电火花线切割加工工艺路线确定电参数、工艺指标上海学府机电科技有限公司2020年2月18日3时39分14二）审图（工艺分析）①表面粗糙度和尺寸精度要求很高，切割后无法进行手工研磨的工件。②窄缝小于电极丝直径加放电间隙的工件，或图形内拐角处不允许带有电极丝半径加放电间隙所形成的圆角的工件。③非导电材料。④厚度超过丝架跨距的零件。⑤加工长度超过x、y拖板的有效行程长度，且精度要求较高的工件。分析图样是保证工件质量和工件的综合技术指标的第一步。在零件图的工艺分析中，首先要挑出不能进行或不宜用线切割加工的工件图样，大致有如下几种情况：上海学府机电科技有限公司2020年2月18日3时39分15其次，对可进行数控线切割加工工件的分析线电极轨迹与加工面距离l=d／2+δ线电极轨迹：零件凹角半径：R1≥l=d／2+δ零件尖角半径：R2=R1—Z/2尖角和凹角尺寸分析凹、凸模的配合间隙上海学府机电科技有限公司2020年2月18日3时39分16精度和表面粗糙度的分析加工精度和表面粗糙度应符合要求电火花线切割加工表面：由无方向性的无数小坑和硬凸边所组成，特别有利于保存润滑油；电火花线切割加工表面和机械加工的表面不同两者相比，在相同的表面粗糙度和有润滑油的情况下，其表面润滑性能和耐磨损性能均比机械加工表面好。所以，在确定加工面表面粗糙度Ra值时要考虑到此项因素。机械加工表面：存在着切削或磨削刀痕，具有方向性。合理确定线切割加工表面粗糙度Ra值是很重要的。对线切割速度影响很大线切割的加工所能达到的表面粗糙度Ra值有限！因此，若不是特殊需要，零件上标注的Ra值尽可能不要太小。合理确定线切割加工的有关工艺参数上海学府机电科技有限公司2020年2月18日3时39分171.指定工艺路线例如，以线切割加工为主要工艺时，钢件的加工工艺路线一般为：下料——锻造——退火——机械粗加工——淬火与高温回火——磨加工（退磁）——线切割加工——钳工修整。2.工件加工基准的选择①以外形为校正和加工基准外形是矩形的工件，一般需要有两相互垂直的基准面，并垂直于工件的上、下平面;②以外形为校正基准，内孔为加工基准锻打后的材料，在锻打方向与其垂直方向会有不同的残余应力；淬火后也会出现残余应力。加工过程中残余应力的释放会使工件变形，从而达不到加工尺寸精度要求，淬火不当的工件还会在加工过程中出现裂纹，因此，工件需经二次以上回火或高温回火。另外，加工前还要进行消磁处理及去除表面氧化皮和锈斑等。三）工艺准备为了便于线切割加工，根据工件外形和加工要求，应准备相应的校正和加工基准，并且此基准应尽量与图样的设计基准一致，常见的有以下两种形式：上海学府机电科技有限公司2020年2月18日3时39分183.穿丝孔的确定穿丝孔的确定直径一般φ3～10mm为使切割轨迹短和便于编程，穿丝孔应设在边角处、在已知坐标尺寸的交点处或型孔中心为避免将坯件外形切断引起变形，应在坯料内打穿丝孔凹模、孔类零件凸模类零件穿丝孔的尺寸上海学府机电科技有限公司2020年2月18日3时39分19①应尽量安排从工艺孔开始加工，避免从坯件侧面开始；②进给路线应配合工艺孔，并尽量从远离装夹位置的方向开始进行安排，最后回到靠近装夹处结束加工;4．正确选择起始点和切割路线上海学府机电科技有限公司2020年2月18日3时39分20预孔预孔③加工轮廓的起点一般距离端面（侧面）约5mm左右；④在一块坯件上，需切割出两个或更多的零件时，应从不同工艺孔开始，不要连续地通过破口而一次性进行切割。上海学府机电科技有限公司2020年2月18日3时39分21切缝理想情况下的电极丝真实情况下的电极丝待加工部分待加工部分(a)(b)(c)(d)AAXY主程序面副程序面(a)从Z+轴方向看到的电极丝的动作(b)锥度加工立体图EAC工件下模具(DIES)上模具(DIES)工作台—下模具距离BDF25000300002000050000工作台—上模具距离工作台上海学府机电科技有限公司2020年2月18日3时39分22四）工件的装夹和位置校正工件校正和装夹•夹具定位•用百分表找正•划线或其他工件的校正目视法火花法自动法利用机床自动找正功能找孔中心利用线电极与工件在一定间隙时发生火花放电来确定线电极的坐标位置直接利用目视或借助于放大镜来确定线电极的坐标位置悬臂式两端支撑式桥式支撑式工件的装夹方式上海学府机电科技有限公司2020年2月18日3时39分23工件的找正方法拉表法拉表法是利用磁力表架，将百分表固定在丝架或其它固定位置上，百分表头与工件基面接触，往复移动工作台，按百分表指示数值调整工件，直至百分表指针的偏摆范围达到所要求的数值。校正应在三个方向上进行。划线法工件待切割图形与定位基准相互位置要求不高时，可采用划线法。利用固定在丝架上的划针对正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。该法也可以在粗糙度较差的基面校正时使用。固定基面靠定法利用通用或专用夹具纵、横方向的基准面，经过一次校正后，保证基面与相应坐标方向一致。于是具有相同加工基准面的工件可以直接靠定，就保证了工件的正确加工位置。上海学府机电科技有限公司2020年2月18日3时39分24观察基准面目测法对加工要求较低的工件或所加工的工件轮廓相对于电极丝的起始位置无直接联系，在确定线电极与工件有关基准线或基准面相互位置时，可直接利用目测或借助于2～8倍的放大镜来进行观察。观察基准面来确定线电极位置。当线电极与工件基准面初始接触时，记下相应的坐标值。线电极中心与基准面重合的坐标值，则是记录值减去线电极半径值。观测基准线来确定线电极位置。利用穿丝孔处划出的十字基准线，观测线电极与十字基准线的相对位置，移动床鞍，使线电极中心分别与纵、横方向基准线重合，此时的坐标值就是线电极的中心位置。基准线电极丝位置的调整上海学府机电科技有限公司2020年2月18日3时39分25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。此法是根据电极丝与工件的短路信号，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。具体方法为：移动横向床鞍，使电极丝与孔壁相接触，记