(第五讲)电火花线切割

电火花线切割电火花线切割概述电火花线切割加工(WireCutElectricalDischargeMachining，简称WEDM)由于其加工过程是利用线状电极靠火花放电对工件进行切割，故称电火花线切割。国内外的线切割机床已占电加工机床的60%以上。电火花线切割概述一、线切割的基本原理原理：利用上下高速移动的金属导线（铜丝或钼丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电、切割成形。其加工原理示意图如下图所示：一、线切割的基本原理-+1234561、贮丝筒2、电极丝3、导电块4、导轮5、工件6、脉冲电源加工原理示意图在加工过程中,工件接高频脉冲电源的正极,钼丝接高频脉冲电源的负极,当工件与钼丝接进到一定距离(0.01-0.2mm)时,它们之间就产生火花放电,腐蚀工件(熔化,温度在10000度以上)。一、线切割的基本原理火花放电过程中如此高的温度钼丝为何没有熔断？二、线切割机床的分类1）按走丝速度：高速走丝和低速走丝高速走丝电火花线切割机床（WEDM-HS）：电极丝作高速往复运动，走丝速度为8-10m/s，我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的电火花线切割加工模式；低速走丝电火花线切割机床（WEDM-LS）：电极丝作低速单向运动，一般走丝速度低于0.2m/s，这是国外生产和使用的主要机种。2）按控制方式分由靠模仿形控制、光电跟踪控制、数字程序控制以及微机控制等，前两种方法现已很少采用。3）按脉冲电源形式分有RC电源、晶体管电源、分组脉冲电源以及自适应控制电源等，RC电源现已基本不用。4）按加工特点分有大、中、小型，以及普通直壁切割型与锥度切割型等。二、线切割机床的分类三、线切割加工的特点⒈电火花线切割加工与电火花成型加工的共性表现⑴电压、电流波形基本相似。有开路、正常火花放电、短路及相互转换。⑵加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律、材料的可加工性基本相似。三、线切割加工的特点⒉相比于电火花加工的不同特点表现：⑴水或水基工作液。不会引燃起火、易实现安全无人运转。⑵没有稳定电弧放电状态。⑶电极与工件之间存在着“疏松接触”式轻压放电现象。⑷省掉了成型的工具电极。⑸可加工微细异形、窄缝等。⑹电极丝对加工精度的影响比较小四、线切割加工的用途（1）加工模具适用于各种形状的冲模。调整不同的间隙补偿量，只需一次编程就可以切割凸模、凸模固定板、凹模及卸料板等。模具配合间隙、加工精度通常都达到要求。还可加工挤压模、粉末冶金模等通常带锥度模具。四、线切割加工的用途（1）加工模具适用于各种形状的冲模。（2）加工电火花成形加工用的电极一般穿孔加工用的电极以及带锥度型腔加工用的电极；铜钨、银钨合金之类的电极材料，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）加工高硬度材料线切割主要是利用热能进行加工，在切割过程中工件与工具没有相互接触，没有相互作用力，所以可以加工一些高硬度材料，只要被加工的金属材料熔点在10000℃以下就可以。（4）加工贵重金属常用的线状电极的直径很小（通常在0.06mm-0.2mm），切割的缝隙也很小，便于节约材料，可以用来加工一些贵重金属材料。四、线切割加工的用途（5）加工试验品在试制新产品时，用线切割在坯料上直接割出零件，例如试制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。四、线切割加工的用途第二节电火花线切割机床组成一、典型设备二、DK7740机床的组成部分机床主体DK7740机床组成脉冲电源控制部分工作液循环系统床身微机控制高频电源丝架工作台运丝机构1-储丝筒；2-走丝溜板；3-丝架；4-上工作台；5-下工坐台；6-床身；7-脉冲电源及微机控制柜三、低速与高速电火花线切割机床的比较低速走丝线切割机床与高速走丝线切割机床在结构组成上基本一致，不同之处在于：1.低速走丝线切割机床是单向运丝，而且电极丝（一般为黄铜丝）只使用一次；2.低速走丝线切割机床工艺指标（包括加工精度、表面粗糙度、复杂度等）明显高于高速走丝；低速：加工精度为0.002-0.005mm，表面粗糙度一般为Ra1.25um，最佳可达Ra0.2um；高速：加工精度为0.01-0.02mm，表面粗糙度一般为Ra5.0-2.5um，最佳可达Ra1.0um3.低速走丝线切割机床加工零件的厚度小于高速；4.低速走丝线切割机床价格高。三、低速与高速电火花线切割机床的比较四、数控线切割技术的发展趋势1.切割速度、加工精度、表面粗糙度、复杂度的进一步提高；低速目前最高切割速度：3002.线切割机床逐步形成产品的系列化、标准化和通用化，向大型、精密、高效率、多功能及自动化等方向发展。高速最高切割速度可达：260min2mmmin2mm第三节数控线切割编程一、数控线切割编程的概念数控线切割机床的控制系统是根据人员的“命令”控制机床进行加工的，因此，必须事先把要进行线切割的工件几何图形，按线切割系统所能接受的“语言”编排好“命令”，输入到线切割机的数控系统中，所编制的“命令”就是线切割程序，编制“命令”的工作就叫做数控线切割编程。数控线切割编程可分为手工编程和自动编程两类。手工编程人采用各种数学方法，使用一般的计算工具（包括电子计算器），对编程所需的数据进行处理和运算。通常是把图形分割成直线段和圆弧段并把每段曲线关键点（起点、终点、圆心点等）的坐标一一定出，按这些曲线的关键点坐标进行编程。当零件的形状复杂或非园曲线时，手工编程的工作量大且容易出错。在手工编程技术领域内，已出现了三角法、解析法、增量法、表格法、六边形法、轨迹法、几何法等多种方法。自动编程使用专门的数控语言及各种输入手段，向计算机输入必要的形状和尺寸数据，利用专门的应用软件求得个关键点坐标和编写数控加工所需要的数据，再根据各数据计算机自动编写数控加工代码。二、手工编程手工编程主要由3B、4B、5B、ISO…，使用最多的是3B格式。为了与国际接轨，目前有的厂家也使用ISO代码。我们在这里主要介绍3B。1、3B程序格式NBXBYBJGZ序号间隔符X轴坐标值间隔符Y轴坐标值间隔符计数长度计数方向加工指令（1）平面坐标系和坐标值x、y(BxByBJGZ)线切割加工所采用的坐标系为相对坐标系，平面坐标系是这样规定的：面对机床工作台，工作台平面为坐标平面，左右方向为X轴，且向右为正；前后方向为Y轴，且向前为正。加工直线时，坐标原点移至加工起点，X、Y是终点相对于起点的绝对值。加工圆弧时，坐标原点移至圆心，X、Y是圆弧起点相对于圆心的绝对值。注意：此处的坐标值无负值，且单位为微米（2）计数方向G(BxByBJGZ)有GX和GY两种，它的选取可按加工直线或圆弧终点坐标值的绝对值大小来选取。现以Xe、Ye分别表示X方向、Y方向终点坐标。①直线计数方向加工直线时，终点靠近何轴，这计数方向取该轴，若与坐标轴成45度，任取一个方向均可（X、Y中绝对值较大的作为计数方向）。判断终点靠近那个轴的办法是：利用投影法，如图所示：YXABCOe1Xe2Xe3Xe1Ye2Ye3YGXGYGX或GY（2）计数方向G(BxByBJGZ)②圆弧计数方向加工圆弧时，终点靠近何轴，则计数方向取另（这与直线计数方向相反）一轴，若终点与两轴成45度，取X、Y均可。YXOe1Xe2Xe3Xe1Ye2Ye3YGXGYGX或GY（2）计数方向G(BxByBJGZ)（3）计数长度J(BxByBJGZ)①直线计数长度被加工的直线在计数方向坐标轴上的投影绝对值。两投影相同时任取一个即可。YXABOMNPQ由于计数方向为GX，所以J=|OM|由于计数方向为GY，所以J=|OQ|②圆弧计数长度指被加工的曲线在计数方向坐标轴上投影的绝对值总和。两投影相同时任取一个即可。由于计数方向是GY，所以J=|OQ|+|QP|ABCDXYOPQN由于计数方向是GX，所以J=|OC|（3）计数长度J(BxByBJGZ)（4）加工指令Z(BxByBJGZ)加工指令可分为12种，用来传达机床打出的命令。分为直线和圆弧两大类。直线：L1、L2、L3、L4圆弧：顺圆：SR1、SR2、SR3、SR4逆圆：NR1、NR2、NR3、NR4①直线加工指令L1XYOABL1XOL2L3L4②圆加工指令顺圆SR1XYO逆圆NR1XYO特例NR1NR2NR3NR4SR1SR2SR3SR4XYO2、举例40R1030215°ABCDEFO程序为：B0B2000B2000GYL2;(引入、引出线OA)BOB10000B10000GYL2;(AB)B0B10000B20000GXNR4;(弧BC)BOB10000B10000GYL2;(CD)B30000B8040B30000GXL3;(DE)BOB23920B23920GYL4;(EF)B30000B8040B30000GXL4;(FA)B0B2000B2000GYL4;(OA)MJ;(结束符)3、编程中的补偿法1）有公差尺寸的编程计算法对于有公差尺寸的编程，一般采用中差尺寸编程。从大量统计表明，加工后的实际尺寸大部分是在公差带的中值附近，因此对标注有公差的尺寸，应采用中差尺寸编程。计算公式如下：中差尺寸=基本尺寸+（上偏差+下偏差）/22）间隙补偿问题在数控线切割机床上，电极丝的中心轨迹和图纸上工件轮廓差别的补偿称为间隙补偿。它可以分为编程补偿和自动补偿。编程补偿：按钼丝轨迹进行编程，把间隙补偿考虑进去。自动补偿：按零件实际轮廓轨迹进行编程，然后把需要补偿的量告诉数控系统，进行自动补偿。三、自动编程第四节影响线切割工艺指标的主要因素一、数控电火花线切加工的主要工艺指标线切割加工的主要工艺指标有：切割速度表面粗糙度加工精度电极丝损耗量切割速度单位时间内电极丝中心线在工件上切过的面积总和，单位mm2/min。高速走丝切割速度一般为40~80mm2/min。为比较不同输出电流的切割效率，将每安培电流的切割速度称为切割效率，一般为20mm2/(min·A)。一、数控电火花线切加工的主要工艺指标第四节影响线切割工艺指标的主要因素表面粗糙度高速走丝线切割的表面粗糙度可达Ra5.0~2.5μm，最佳可达Ra1.0μm左右；低速走丝线切割一般可达Ra1.25μm，最佳可达Ra0.2μm。一、数控电火花线切加工的主要工艺指标第四节影响线切割工艺指标的主要因素加工精度加工精度是所加工工件的尺寸精度、形状精度和位置精度的总称。高速走丝线切割加工精度可达0.02~0.01mm左右，低速走丝线切割可达0.005~0.002mm左右。一、数控电火花线切加工的主要工艺指标第四节影响线切割工艺指标的主要因素电极丝损耗量对高速走丝机床，采用电极丝切割10000mm2面积后电极丝直径的减少量来表示。一般每切割10000mm2面积后，电极丝（钼丝）直径减少不应小于0.01mm。一、数控电火花线切加工的主要工艺指标第四节影响线切割工艺指标的主要因素⒈脉冲宽度titi=2～60μs分组脉冲及光整加工时，ti可小至0.5μs以下。⒉脉冲间隔t0t0=（4～8）ti刚切入或大厚度加工时，t0应取较大的值。⒊开路电压ûi易造成电极丝振动，丝损加大，间隙增大。⒋放电峰值电流Ie快速：丝损耗比加大甚至断丝。Ie小于40A，平均电流小于5A。低速：脉宽很窄，电极丝又较粗，îe有时大于50A。⒌放电波形前沿上升比较缓慢时，丝损耗较少。脉宽很窄时，要有陡的前沿。二、电参数的影响第四节影响线切割工艺指标的主要因素⒈电极丝及其移动速度对工艺指标的影响高速走丝：φ0.08～φ0.20㎜，钼丝走丝速度在一定范围内，丝速增大，生产率增高。小于10m/s。低速走丝：黄铜丝，φ0.3㎜高生产率精微加工φ0.03㎜钼丝⒉工件厚度及材料对工艺指标的影响过薄、过厚生产率都不高，最佳厚度，生产率最高（50～100㎜）材料影响：⑴加工铜、铝、淬火钢时，加工过程稳定，切割速度高。⑵加工不锈钢、磁钢、未淬火高碳钢时，稳定性较差，切割速度较低，表面质量不太好。⑶加工硬质合金时，比较稳定，切割速度较低，表面粗糙度好。⒊预置进给速度对工艺指标的影响三、非电参数的影响第四节影响线切割工艺指标的主