第六章 数控线切割机床的加工工艺

第六章数控线切割机床的加工工艺第一节数控线切割机床加工原理、特点及应用第二节影响数控线切割加工工艺指标的主要因素第三节数控线切割加工工艺的制订第四节数控线切割机床的基本编程方法化学工业出版社第一节数控线切割机床加工原理、特点及应用第六章数控线切割机床的加工工艺数控线切割机床是数控电火花线切割机床的简称，是在电火花成形加工基础上发展起来的。在数控线切割机床上，通过先进的数字化自动控制装置驱动机床运动，采用线状电极依靠火花放电对零件进行切割加工成型。一、数控线切割机床的加工原理第六章数控线切割机床的加工工艺如图6-1所示，为数控线切割机床加工的工作原理图。二、数控线切割机床加工的特点第六章数控线切割机床的加工工艺1)采用金属丝作为工具电极，不需要设计和制造成形工具电极，大大降低了加工费用，缩短了生产准备时间，加工周期短，应用灵活，很适合于小批量零件的加工和试制新产品。2)能用直径介于Ф0.003～Ф0.30mm的细金属丝加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的零件。3)由于电极丝比较细，切缝很窄，仅0.005mm，只对零件材料沿轮廓进行“套料”加工，金属蚀除量少，所需余量也少，故材料的利用率高，能有效地节约贵重材料。4)无论被加工零件的硬度如何，只要是导电或半导电的材料都能进行加工。二、数控线切割机床加工的特点第六章数控线切割机床的加工工艺5)直接利用电能进行加工，加工中工具电极和零件不直接接触，没有机械加工那样的切削力，适宜于加工低刚度零件和细小零件。6)采用移动的长电极丝进行加工，单位长度电极丝的损耗量较小，对加工精度的影响比较小，加工精度高。当重复使用的电极丝有显著损耗时，可予以更换。7)一般采用乳化液或水基工作液，可避免发生火灾，安全可靠，从而实现昼夜无人值守的连续加工。8)通常用于加工零件上的直壁曲面，通过x、y、U、V四轴联动控制，也可进行锥度切割和加工上下异形体、形状扭曲的曲面体和球形体等零件。9）不能加工盲孔及纵向阶梯表面。三、数控线切割机床加工的应用第六章数控线切割机床的加工工艺数控线切割加工为新产品试制、特殊难加工零件及模具制造开辟了一条新的途径，已在生产中获得广泛的应用，目前国内外的电火花线切割机床已占电加工机床总数的60％以上。主要用于加工各种形状复杂和精密细小的零件，例如各种形状冲裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，模具的配合间隙和加工精度通常都能达到要求；挤压模、粉末冶金模、弯曲模、塑压模等通常带锥度的模具；各种成形刀具、样板、凸轮、电火花成型加工用的金属电极；各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等。线切割加工产品实例第六章数控线切割机床的加工工艺第六章数控线切割机床的加工工艺四、主要工艺指标（1）切割速度第六章数控线切割机床的加工工艺数控线切割机床加工工艺指标的高低，一般都是用切割速度、切割精度、表面质量、电极丝损耗量等来衡量。在保证一定表面质量的切割加工过程中，单位时间内电极丝中心线在零件上所切过的有效断面积总和，即为切割速度，单位为mm/min。切割速度是反映加工效率的一项重要指标，数值上等于电极丝中心线沿图形加工轨迹的进给速度乘以零件厚度。通常高速走丝线切割速度为20～160mm/min，低速走丝线切割速度可达350mm/min。（2）切割精度（3）表面质量第六章数控线切割机床的加工工艺线切割加工后，零件的尺寸精度、形状精度和位置精度统称为切割精度。高速走丝线切割精度一般为±(0.02～0.005)mm，低速走丝线切割精度可达±0.001mm左右。零件线切割加工的表面粗糙度通常用轮廓算术平均值Ra值表示。高速走丝线切割的Ra值一般为3.2～1.6μm，低速走丝线切割的Ra值最低可达0.1μm。线切割加工是在一个极短时间内，在一个微小的区域内对零件材料进行熔化、汽化，发生极其复杂的物理、化学冶金反应，放电停止后又急骤冷却，变液相为固相，零件表面层在热冷作用下便会形成变质层，产生各种应力。（4）电极丝损耗量第六章数控线切割机床的加工工艺对高速走丝线切割机床，用电极丝在切割10000mm2面积后电极丝直径的减少量来表示，一般减少量不应大于0.01mm，通常均布于参与工作的电极丝全长上。对低速走丝线切割机床，一般不考虑电极丝损耗。此外，数控线切割机床的加工工艺指标还有最大切割厚度、最小切缝宽度、最小圆角等。第二节影响数控线切割加工工艺指标的主要因素一、脉冲电源主要参数的影响第六章数控线切割机床的加工工艺（1）放电峰值电流的影响放电峰值电流Ip是指短路时放电电流的瞬时最大值。在其它参数不变的情况下，增大放电峰值电流时，切割速度会明显增加，但表面质量却会变差，电极丝损耗量加大甚至断丝。（2）脉冲宽度的影响第六章数控线切割机床的加工工艺脉冲宽度ti是指脉冲电流的持续时间，主要影响切割速度和表面质量。其它参数不变时，随着脉冲宽度的增加，切割速度随之加快，而表面质量变差。但一般线切割加工的脉冲宽度值应不大于50μs，否则由于电蚀产物随之增加，来不及及时排除，会使切割过程不稳定，切割速度反而会有所下降，表面粗糙度Ra值增大。试验证明改变脉冲宽度不如改变放电峰值电流对切割速度的影响显著，但是脉冲宽度的增大可明显减少电极丝的损耗。（3）脉冲间隔的影响脉冲间隔t0是指连续两个相邻脉冲之间的时间，直接影响平均电流。其它参数不变时，脉冲间隔减小相当于增加了单位时间内的放电次数，平均电流增大，切割速度加快。但脉冲间隔过小，会引起电弧放电和断丝。第六章数控线切割机床的加工工艺（4）开路电压的影响开路电压Ui是指间隙开路或间隙击穿之前的极间峰值电压，会引起放电峰值电流和加工间隙的改变。提高开路电压，加工间隙增大，切缝宽，排屑变易，提高了切割速度和加工稳定性，但易造成电极丝振动，使加工面形状精度和表面质量差。同时，开路电压的提高还会使电极丝损耗量加大。（5）放电波形的影响在相同的工艺条件下，高频分组脉冲常常能获得较好的加工效果。电流波形的前沿上升比较缓慢时，电极丝损耗较少。不过当脉冲宽度很窄时，必须要有陡的前沿才能进行有效的加工。二、电极丝及其走丝速度的影响（1）电极丝材料的影响第六章数控线切割机床的加工工艺电极丝的材料不同，线切割加工的切割速度也不同，目前比较适合作电极丝的材料主要有钼丝、钨钼合金丝、纯铜丝、黄铜丝等。为了提高切割性能，国内外都在研制线切割机床专用的各种电极丝，如有的是内为黄铜丝，外镀熔点较低的锌或锌合金丝，允许较大的峰值电流，在火花放电时产生较大的气化爆炸力，使切割速度较高。（2）电极丝直径的影响线切割加工中零件材料的蚀除量是切缝宽、切深和零件厚度的乘积，而切缝宽是由电极丝直径和放电间隙决定的，所以电极丝直径的变化对切割速度的影响较大。电极丝直径愈细，允许承载的峰值电流就会愈小，切缝变窄，零件材料的蚀除量减少，并且不利于排屑和稳定加工，不可能获得理想的切割速度。因此，加大电极丝的直径有利于增快切割速度，而且还有利于厚零件的加工。但是电极丝的直径超过一定程度，造成切缝过宽，需要蚀除的零件材料增多，反而又影响到切割速度的提高，并且由于增大峰值电流，会导致加工表面的质量变差。（3）电极丝走丝速度的影响第六章数控线切割机床的加工工艺对于高速走丝线切割机床，在一定范围内，随着走丝速度的提高，有利于电极丝把工作液带入较大厚度零件的放电间隙中，有利于电蚀产物的排除和保持放电加工稳定，切割速度也可以提高。走丝速度也影响电极丝在加工区的逗留时间和放电次数，从而影响电极丝的损耗，尤其是对厚零件的加工，由于电极丝的损耗，会使加工面产生锥度。但走丝速度过高，将使电极丝的振动加大，降低切割精度和速度，并使表面质量变差，且易造成断丝。所以，高速走丝线切割加工时的走丝速度以小于10m/s为宜，一般根据零件厚度和切割速度来确定。在低速走丝线切割加工中，由于电极丝张力均匀，振动较小，电极丝直径也较小，所以加工稳定性、表面质量及加工精度指标等均较好。三、零件厚度及材料的影响第六章数控线切割机床的加工工艺零件薄时，工作液容易进入并充满放电间隙，对排屑有利，加工稳定性好；但零件太薄时，电极丝易产生抖动，对加工精度和表面质量不利。零件厚时，工作液难于进入和充满放电间隙，加工稳定性差，但电极丝不易抖动，因此加工精度和表面质量较好；但厚度过大时，排屑条件变差，导致切割速度下降。零件材料不同，其熔点、气化点、热导率等都不一样，因而加工效果也不同。例如采用乳化液作为工作液，加工铜、铝、淬火钢时，加工过程稳定，切割速度高；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；加工硬质合金时，比较稳定，切割速度较低，表面粗糙度Ra值小。四、其它因素对工艺指标的影响第六章数控线切割机床的加工工艺线切割机床机械部分的精度，如导轨、轴承、导轮等的磨损与传动误差；工作液的种类、浓度及其脏污程度、喷流量大小和喷流角度等都会影响加工效果。当导轮、轴承偏摆，工作液上下冲液不均匀，会使加工表面产生上下凹凸相间的条纹，影响表面质量。实际上，诸因素对工艺指标的影响往往是相互依赖又相互制约的。在线切割加工时，要综合考虑各因素的影响，善于取其利，去其弊，合理地选择搭配各因素指标，以充分发挥设备性能，使两极间维持最佳的放电条件，达到最佳的切割加工效果。第三节数控线切割加工工艺的制订确定加工参数编制和调试加工程序零件图工艺分析工艺准备零件装夹和位置校正切割加工第六章数控线切割机床的加工工艺数控线切割加工，一般作为零件加工的最后一道工序，使零件达到图样规定的尺寸、形位精度和表面质量。如图6-2所示，为数控线切割加工的加工过程。一、零件图的工艺分析第六章数控线切割机床的加工工艺在分析研究零件图样时，主要分析零件的材料牌号、结构参数、加工精度和表面质量等是否符合线切割加工的工艺特征。当零件为非导电材料，或零件的加工厚度超过线切割机床丝架的跨距，或零件的加工长度超过机床坐标工作台沿x、y两个坐标方向的有效进给行程，一般不宜采用线切割加工。第六章数控线切割机床的加工工艺在线切割加工时，因电极丝具有一定的直径d，加工时又有放电间隙δ，使电极丝中心的运动轨迹与加工面相距t，即t=d/2+δ，如图6-3所示。因此，在零件的凹角处不能得到“清角”，而是半径为t的圆角，要求凹角处的过渡圆弧半径Rt≥t，才能进行线切割加工。同理，窄缝宽度小于电极丝直径加放电间隙的零件，也不能进行线切割加工。线切割的加工所能达到的加工精度和表面质量的指标值是有限的，若非特殊需要，零件图样上标注的指标值尽可能不要太小，否则对生产率的影响很大。例如，表面粗糙度Ra值的大小对线切割速度影响很大，Ra值降低一个档次将使线切割速度大幅度下降。二、工艺准备(一)电极丝准备第六章数控线切割机床的加工工艺电极丝是线切割加工过程中必不可少的重要工具，合理选择电极丝的材料、直径及其均匀性是能否保证加工稳定进行的重要环节。工艺准备电极丝准备零件准备工作液配制1．电极丝材料的选择第六章数控线切割机床的加工工艺电极丝材料应具有良好的导电性、较大的抗拉强度和良好的耐电腐蚀性能，且电极丝的质量应该均匀，直线性好，无弯折和打结现象，便于穿丝。高速走丝线切割机床上用的电极丝在加工过程中快速往复运行，反复使用，主要采用钼丝和钨钼合金丝，其它线材因抗拉强度低，不能使用。其中尤以钼丝的抗拉强度较高，韧性好，不易断丝，因而应用广泛；钨钼合金丝的加工效果比钼丝好，但抗拉强度较差，价格较贵，仅在特殊情况下使用。低速走丝线切割机床上用的电极丝在加工过程中作单向低速运行，用一次就丢掉，不必采用高强度的钼丝，一般采用加工过程较为稳定的黄铜丝。但切割零件上的细微缝槽或要求圆角较小时，采用钼丝。2．电极丝直径的选择第六章数控线切割机床的加工工艺电极丝材料不同，其直径范围也不同，一般纯铜丝为Φ0.15～Φ0.30mm，黄铜丝为Φ0.1～Φ0.35mm,钼丝为Φ0.06～Φ0.25mm，钨钼合金丝为Φ0.03～Φ0.35mm。电极丝直径小，有利于加工出窄缝和内尖角的零件，但线径太细，能够加工的零件厚度也将会受到限制。因此，电极丝直径的大小