数控加工工艺_第9章数控线切割加工工艺

9第9章数控线切割加工工艺第9章数控线切割加工工艺9.1概述9.2影响数控线切割加工工艺指标的主要因素9.3数控线切割加工工艺的制订9.4典型零件的数控线切割加工工艺习题9第9章数控线切割加工工艺9.1概述9.1.1线切割加工原理线切割加工的基本原理是利用移动的细金属导线（铜丝或钼丝等）作工具电极（接高频脉冲电源的负极），对导电或半导电材料的工件（接高频脉冲电源的正极）进行脉冲火花放电，放电通道的中心温度瞬时可高于10000℃，使工件金属熔化，甚至有少量汽化。高温也使电极丝和工件之间的工作液部分发生汽化，汽化后的工作液和金属蒸气瞬间迅速热膨胀，并具有爆炸的特性。这种热膨胀和局部微爆炸抛出熔化和汽化的材料，实现对工件材料的电蚀切割加工，如图9－1所示。通常认为电极丝与工件之间的放电间隙δ电在0.01mm左右（线切割编程时一般取δ电＝0.01mm），若电脉冲的电压高，则放电间隙会稍大一些。9第9章数控线切割加工工艺图9－1线切割加工原理9第9章数控线切割加工工艺为保证电极丝不被烧断，应向放电间隙注入大量工作液充分冷却电极，同时电极丝以7～10m／s左右的速度做轴向运动，以避免放电总在电极丝的局部位置。高速运动的电极丝有利于不断地往放电间隙中带入新的工作液，同时也有利于把电蚀产物从间隙中带出去。图9－2所示为高速走丝数控线切割加工示意图。9第9章数控线切割加工工艺图9－2高速走丝数控线切割加工示意图9第9章数控线切割加工工艺9.1.2线切割加工的特点线切割加工具有以下特点：(1)可以切割高硬度的导电材料，如各种淬火钢、硬质合金、磁性钢及石墨电极等。(2)能方便地加工复杂截面的型柱、除盲孔以外的型孔和窄缝等。采用四轴联动控制方式时，还可加工上、下面异形体，形状扭曲的曲面体，变锥度和球形体等零件。(3)加工中工具电极和工件不直接接触，没有像机械加工那样的切削力，因此，可以用于切割极薄的工件和采用切削加工时容易变形的工件。9第9章数控线切割加工工艺(4)由于采用正极性加工，只对工件进行切割，因而余料还可以使用；加之电极丝直径很细（最小可达￠0.003mm），切屑极少，材料的利用率很高，因此对于贵金属加工更有意义。(5)由于脉冲电源的加工电流较小，脉冲宽度较窄，加之移动的长电极丝单位长度的损耗较小，因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。故数控线切割属中、精加工范畴。(6)自动化程度高，操作简单，加工周期短，成本低，较安全。9第9章数控线切割加工工艺9.1.3线切割加工的应用线切割加工主要应用于以下几个方面：（1）加工模具，适用于各种形状的冲模（凸模、凸模固定板、凹模卸料板等）、挤压模、粉末冶金模、弯曲模、塑压模等带锥度的模具。（2）各种样板、夹具零件和电火花成型加工用的电极等。（3）科研和生产中的新产品试制，材料试验样件品种多、数量少的零件（加工薄件时还可多片叠在一起加工）以及除盲孔以外的特殊难加工材料的金属零件等。9第9章数控线切割加工工艺9.1.4数控线切割加工机床1.数控线切割加工机床的基本结构数控线切割加工机床主要由机床本体、脉冲电源、控制系统、工作液循环系统和机床附件等几部分组成。图9－3所示为快走丝线切割机床的组成,慢走丝线切割机床如图9－4所示。9第9章数控线切割加工工艺图9－3快走丝线切割机床的组成9第9章数控线切割加工工艺图9－4慢走丝线切割机床9第9章数控线切割加工工艺1)机床本体（1）床身部分。床身是坐标工作台、走丝机构及丝架的支承和固定基础，因此应有足够的强度和刚度。床身一般为箱式结构的铸件，内部安置电源和工作液箱。考虑电源的发热和工作液泵的振动，有些机床将电源和工作液箱移出床身另行安放。9第9章数控线切割加工工艺（2）坐标工作台。部分数控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零件的轮廓加工的。坐标工作台一般都采用“十”字滑板、滚动导轨和丝杠传动副将电动机的旋转运动变为工作台的直线运动，通过两个坐标方向各自不同的移动来合成各种平面图形曲线轨迹。工作台的定位精度和灵敏度、导轨的精度和刚度等对加工精度都有很大影响。因此，必须消除传动丝杠和螺母之间的间隙，提高工作台导轨的精度和耐磨性。9第9章数控线切割加工工艺（3）走丝机构。走丝机构使电极丝以一定的速度运动并保持一定的张力。在快走丝机床上，丝张力与排绕在贮丝筒上的电极丝的拉紧力有关，贮丝筒通过联轴节与驱动电动机相连。为了重复使用电极丝，由专门的换向装置控制电动机作正反向交替运动。在运动过程中，电极丝由支架支撑，依靠导轮保持电极丝与工作台垂直或切割锥度时倾斜一定的几何角度。9第9章数控线切割加工工艺（4）锥度切割装置。为了切割有落料斜度的冲模或内、外表面的锥度，大部分数控线切割机床现在都具有锥度切割功能。切割锥度的方法有多种，快走丝线切割机床主要用的是偏移式丝架。图9－5所示为偏移式丝架切割锥度的工作原理图。图9－5(a)为上（或下）单丝臂平动法，上（或下）丝臂沿x、y方向平移，这种方法只宜切割锥度不大的内、外表面，否则钢丝易拉断，也易磨损，同时要求工件上应有一定的加工圆角。图9－5(b)为上、下两丝臂同时绕一定中心移动的方法，这种方法加工的锥度也不宜过大。图9－5(c)为上、下丝臂分别沿导轮径向和轴向摆动的方法，此法的最大切割锥度通常可达5°。9第9章数控线切割加工工艺图9－5偏移式丝架切割锥度的工作原理图9第9章数控线切割加工工艺2)脉冲电源脉冲电源是数控线切割机床最重要的组成部分之一，是决定线切割加工工艺指标的关键装置。数控线切割加工的切割速度，被加工面的表面粗糙度、尺寸和形状精度及线电极的损耗等，都将受到脉冲电源性能的影响。线切割脉冲电源一般是由主振级（脉冲信号发生器）、前置放大级、功率放大级和供给各级的直流电源所组成，如图9－6所示。9第9章数控线切割加工工艺图9－6脉冲电源的组成9第9章数控线切割加工工艺3)工作液循环系统工作液循环系统（见图9－7）的作用是保证连续、充分地向加工区供给清洁的工作液，及时从加工区排出电蚀产物，并对电极丝和工件进行冷却，以保持脉冲放电过程能稳定而顺利地进行。工作液的循环与过滤装置一般由工作液泵、液箱、过滤器、管道和流量控制阀等组成。9第9章数控线切割加工工艺图9－7工作液循环系统(a）慢走丝；(b）快走丝9第9章数控线切割加工工艺2.数控线切割机床的分类及主要技术参数1)分类及型号(1）快走丝数控线切割机床。这是我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的数控线切割加工模式。这类机床采用直径为0.08～0.2mm的钼丝或直径为0.3mm左右的铜丝作电极，一般以8～10m／s的走丝速度作高速往复运动，成千上万次地反复通过加工间隙，直到断丝为止；工作液常用5％左右浓度的乳化液和去离子水。电极丝的快速移动可将工作液带进狭窄的加工缝隙进行冷却，同时将电蚀产物带出加工间隙，以保持加工间隙的清洁状态，有利于提高切割速度。快走丝数控线切割机床目前能达到的加工精度为±0.01mm，表面粗糙度Ra＝2.5～0.63μm，最大切割速度可达50mm2／min以上，切割厚度与机床的结构参数有关，最大可达500mm，可满足一般模具的加工要求。9第9章数控线切割加工工艺(2）慢走丝数控线切割机床。这类机床采用直径0.03～0.35mm的铜丝作电极，一般以低于0.2m/s的低速作单向运动，电极丝不重复使用，可避免电极损耗对加工精度的影响。工作液主要是去离子水和煤油。慢走丝数控线切割机床的加工精度可达±0.001mm，表面粗糙度Ra＜0.32μm。这类机床还能自动穿电极丝和自动卸除加工废料等，自动化程度较高，能实现无人操作加工，但其售价比快走丝线切割机床高得多，是国外生产和使用的主要机种。9第9章数控线切割加工工艺相对于慢走丝数控线切割机床，快走丝数控线切割机床的结构简单，价格便宜，生产率高，精度能满足一般模具要求。数控线切割机床的型号是按原机械工业部标准JB1838—76《金属切削机床型号编制方法》编制的。下面以DK7725数控线切割机床为例说明其型号含义：路途路途路途路途路途路途9第9章数控线切割加工工艺2)主要技术参数线切割机床的主要技术参数包括基本参数、技术参数及精度标准。（l）基本参数主要指线切割机床工作台行程大小及加工范围参数。工作台行程中包括横向行程（mm）、纵向行程（mm）和最大承载重量（kg）等参数，加工件的尺寸中包括最大宽度（mm）、最大长度（mm）和最大切割厚度（mm）等参数。9第9章数控线切割加工工艺（2）技术参数。线切割机床主要的技术参数有：①最大切割速度：在单位时间内的最大切割面积（mm2／min）。②尺寸精度：指加工后的尺寸精确程度（公差等级IT或mm）。③表面粗糙度：指加工件的表面粗糙度值（μm）。④走丝速度：指线电极的运行速度（m／min）。⑤切割锥度：指可加工的最大斜角（°）。9第9章数控线切割加工工艺（3）精度标准。线切割机床的精度有几何精度、数控精度及工作精度等，具体标准可查阅有关资料。9第9章数控线切割加工工艺9.2影响数控线切割加工工艺指标的主要因素9.2.1主要工艺指标1.切割速度vwi切割速度即线切割加工的速度。它是在保证切割质量的前提下，电极丝中心线在单位时间内从工件上切过的面积总和，单位为mm2／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工件厚度。通常快走丝线切割速度为40~80mm2／min，慢走丝线切割速度可达350mm2／min。9第9章数控线切割加工工艺2.切割精度数控线切割的切割精度主要包括加工面的尺寸、轮廓或孔的间距、定位尺寸等尺寸精度，加工面的平直、角部的形状及垂直等的形状精度和位置精度。快走丝线切割精度可达0.1mm，一般为±0.015~0.02mm；慢走丝线切割精度可达±0.001mm左右。9第9章数控线切割加工工艺3.表面粗糙度线切割加工中的工件表面粗糙度通常用轮廓算术平均值偏差Ra值表示。快走丝线切割的Ra值一般为1.25～2.5μm，最低可达0.63～1.25μm；慢走丝线切割的Ra值可达0.3μm。9第9章数控线切割加工工艺9.2.2影响工艺指标的主要因素1.影响切割速度的主要因素线切割的切割速度是用来反映加工效率的一项重要指标。影响线切割切割速度的因素很多，主要有脉冲电源、线电极、工作液、工件等。1)脉冲电源的影响（1）增大放电峰值电流可提高切割速度。（2）平均加工电流与切割速度成正比。（3）适当提高脉冲频率，可增加单位时间内的放电次数，从而提高切割速度。但脉冲频率过高，容易产生短路或不正常放电，从而降低切割速度。9第9章数控线切割加工工艺（4）脉冲电流上升的速度越快，切割速度越高。（5）适当提高空载电压，可合理增大放电间隙，切缝宽，改善冷却条件，排屑变得容易，提高了切割速度和加工稳定性。但过高的空载电压容易形成集中放电，线电极损耗量加大，产生拉弧，引起断丝。（6）在其他加工条件相同的条件下，在一定的范围内增大脉冲宽度可提高切割速度。9第9章数控线切割加工工艺2)线电极的影响（1）线电极直径越大，允许通过的电流越大，切割速度也就越高，这对于厚工件加工意义特别重大。（2）线电极的张紧力大，可以减少加工区域可能产生振动的幅值，避免短路，不仅可节省放电的能量损耗，而且有利于切割速度的提高。（3）线电极的走丝速度越高，线电极冷却越快，电蚀物排出也快，这时可加大切割电流，以提高切割速度。9第9章数控线切割加工工艺3)工作液的影响快走丝的线切割机床在加工中，常用乳化液作为工作液，而不同种类的乳化液或同种类而浓度不同的乳化液对切割速度都有不同程度的影响，其比较分别如表9－1和表9－2所示。表9－1乳化液浓度与切割速度9第9章数控线切割加工工艺表9－2乳化液对切割速度的影响9第9章数控线切割加工工艺4)工件的影响（1）不同材质的工件，因其熔点、气化点、导电系数、电蚀物的附着（或排除）程度及加工间隙的绝缘程度、热导率等都不一样，所以对切割速度的影响程度也不同。