精密与特种加工技术 第五章 电火花线切割

北京大学出版社PekingUniversityPress精密与特种加工技术第五章电火花线切割加工1５.1概述返回第五章电火花线切割加工北京大学出版社PekingUniversityPress精密与特种加工技术第五章电火花线切割加工25.1.2电火花线切割加工的特点线切割加工的电压、电流波形与电火花加工的基本相似。单个脉冲也有多种形式的放电状态，如开路、正常火花放电、短路等。线切割加工的加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律，材料的可加工性等也都与电火花加工的基本相似，可以加工硬质合金等一切导电材料。1.电火花线切割加工与电火花成形加工的共性表现北京大学出版社PekingUniversityPress精密与特种加工技术第五章电火花线切割加工3以金属丝作为电极工具，不需要制造特定形状的电极。虽然加工的对象主要是平面形状，但是除了有金属丝直径决定的内侧脚步的最小直径Ｒ这样的限制外，任何复杂的形状都可以加工。轮廓加工所需加工的余量少，能有效地节约贵重的材料。可无视电极丝损耗，加工精度高。电极与工件之间存在着“疏松接触”式轻压放电现象。采用乳化液或去离子水的工作液，不必担心发生火灾，可以昼夜无人连续加工。一般没有稳定电弧放电状态。任何复杂形状的零件，只要能编制加工程序就可以进行加工。依靠微型计算机控制电极丝轨迹和间隙补偿功能，同时加工凹凸两种模具时，间隙可任意调节。由于电极工具是直径较小的细丝，故脉冲宽度、平均电流等不能太大，加工工艺参数的范围较小，属中、精正极性电火花加工，工件常接脉冲电源正极。2.线切割加工相比于电火花加工的不同特点表现5.1.2电火花线切割加工的特点北京大学出版社PekingUniversityPress精密与特种加工技术第五章电火花线切割加工45.1.3电火花线切割加工的应用范围试制新产品及零件加工在新产品开发过程中需要单件的样品，使用线切割直接切割出零件。加工特殊材料切割某些高硬度、高熔点的金属时，使用机加工的方法几乎是不可能的，而采用线切割加工既经济又能保证精度。加工模具零件电火花线切割加工主要应用于冲模、挤压模、塑料模、电火花型腔模的电极加工等。北京大学出版社PekingUniversityPress精密与特种加工技术第五章电火花线切割加工5电火花线切割加工与电火花成形加工的基本原理一样，都是基于电极间脉冲放电时的电火花腐蚀原理，实现零部件的加工。所不同的是，电火花线切割加工不需要制造复杂的成形电极，而是利用移动的细金属丝（钼丝或铜丝）作为工具电极，工件按照预定的轨迹运动，“切割”出所需的各种尺寸和形状。第五章电火花线切割加工5.2电火花线切割加工原理返回北京大学出版社PekingUniversityPress精密与特种加工技术第五章电火花线切割加工65.2.1高速走丝电火花线切割加工原理图5—1高速走丝电火花线切割加工原理1—绝缘底板2—工件3—脉冲电源4—钼丝5—导向轮6—支架7—贮丝筒线切割工艺示意装置结构高速走丝（或称快走丝）电火花线切割机床（WEDM-HS），是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。利用细钼丝4作为工具电极进行切割，加工能源由脉冲电源3供给钼丝穿过工件上预钻好的小孔，经导向轮5由储丝筒7带动钼丝作正反向交替移动工件安装在工作台上，由数控装置按加工要求发出指令，控制两台步进电机带动工作台在水平X、Y两个坐标方向移动从而合成各种曲线轨迹，把工件切割成形。在加工时，由喷嘴将工作液以一定的压力喷向加工区，当脉冲电压击穿电极丝和工件之间的放电间隙时，两极之间即产生火花放电而蚀除工件。高速走丝电火花线切割机床的加工原理：xy北京大学出版社PekingUniversityPress精密与特种加工技术第五章电火花线切割加工7高速走丝电火花线切割机床主要性能特征：这类机床的电极丝运行速度快，而且是双向往返循环地运行，即成千上万次的反复通过加工间隙，一直使用到断线为止。电极丝主要是钼丝（０.１～０.２ｍｍ）。工作液通常采用乳化液，也可采用矿物油、去离子水等。相对来说高速走丝电火花线切割机床结构比较简单，价格较低速走丝机床便宜。目前能达到的精度为０.０１ｍｍ，表面粗糙度Ｒａ０.６３～１.２５μｍ，但一般的加工精度为±０.０１５～０.０２ｍｍ，表面粗糙度为Ｒａ１.２５～２.５μｍ，可满足一般模具的要求。5.2.1高速走丝电火花线切割加工原理北京大学出版社PekingUniversityPress精密与特种加工技术第五章电火花线切割加工8低速走丝（或称慢走丝）电火花线切割机床（WEDM-LS），是国外生产和使用的主要机种，我国已生产和逐步更多地采用慢走丝机床。图5—2低速走丝电火花线切割加工原理及设备组成示意图1—脉冲电源；2—工件；3—工作液箱；4—去离子水；5—泵；6—储丝筒；7—工作台；8—X轴电动机；9—数控装置；10—Y轴电动机；11—收丝筒5.2.2低速走丝电火花线切割加工原理在加工时中，电极丝一方面相对工件2不断做上（下）单向移动，由储丝筒6经导向轮，最后到收丝筒11。工件2安装在工作台7上。工作台7在数控伺服X轴电动机8、Y轴电动机10驱动下，在X、Y轴实现切割进给，使电极丝沿加工图形的轨迹，对工件进行加工。在电极丝和工件之间加上脉冲电源1提供加工能源。在电极丝和工件之间浇注去离子水工作液，这时不断产生火花放电，使工件不断被电腐蚀，可控制完成工件的尺寸加工。低速走丝电火花线切割机床的加工原理：北京大学出版社PekingUniversityPress精密与特种加工技术第五章电火花线切割加工95.2.2低速走丝电火花线切割加工原理低速走丝电火花线切割机床主要性能特征：返回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。使用纯铜、黄铜、钨、钼和各种合金以及金属涂覆线作为电极丝，其直径为0.03～0.35ｍｍ。这种机床电极丝只是单方向通过加工间隙，不重复使用，可避免电极丝损耗给加工精度带来的影响。工作液主要是去离子水和煤油。使用去离子水工作效率高，没有引起火灾的危险。这类机床的切割速度目前已达到350mm2～４00mm2／min，最佳表面粗糙度可达到Ｒａ0.05μｍ，尺寸精度大为提高，加工精度能达到±0.001mm，但一般的加工精度为0.002～0.005mm，表面粗糙度为0.03μｍ。低速走丝电火花线切割加工机床由于解决了能自动卸除加工废料、自动搬运工件、自动穿电极丝和自适应控制技术的应用，因而已能实现无人操作的加工。低速走丝电火花线切割加工机床在目前的造价，以及加工成本均要比高速走丝数控电火花线切割机床高得多。北京大学出版社PekingUniversityPress精密与特种加工技术第五章电火花线切割加工10第五章电火花线切割加工5.3电火花线切割机床返回北京大学出版社PekingUniversityPress精密与特种加工技术第五章电火花线切割加工115.3.1电火花线切割机床的型号与主要技术参数根据ＧＢ／Ｔ１５３７５—１９９４《金属切削机床型号编制方法》之规定，线切割机床型号是以ＤＫ７７开头的，如ＤＫ７７３２的含义如下：Ｄ为机床类别代号，表示电加工机床；Ｋ为机床特性代号，表示数控；７为组别代号，表示电火花加工机床；７为型别代号，表示线切割机床；３２为基本参数代号，表示工作台横向行程为３２０ｍｍ。主要技术参数：工作台行程（纵向行程×横向行程）；最大切割厚度；加工表面粗糙度；加工精度；切割速度；数控系统的控制功能等。北京大学出版社PekingUniversityPress精密与特种加工技术第五章电火花线切割加工121、机床本体2、工作液及其循环系统3、脉冲电源5.3.2电火花线切割加工设备图5—3高速走丝线切割加工设备组成1—卷丝筒2—走丝溜板3—丝架4—上滑板5—下滑板6—床身7—电源、控制柜北京大学出版社PekingUniversityPress精密与特种加工技术第五章电火花线切割加工131.机床本体1)机床床身机床的床身通常采用箱式结构的铸铁件，它是坐标工作台、绕丝机构及丝架的支承和固定基础，应有足够的强度和刚度。2)X、Y坐标工作台部分工件装夹在坐标工作台上,电火花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对零件加工的，机床的精度将直接影响工件的加工精度。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。高速走丝系统示意图显示示意图低速走丝系统示意图显示示意图5.3.2电火花线切割加工设备北京大学出版社PekingUniversityPress精密与特种加工技术第五章电火花线切割加工14偏移式丝架：主要用在高速走丝线切割机床上实现锥度切割。工作原理双坐标联动装置：在低速走丝线切割机床上广泛采用此类装置。工作原理5.3.2电火花线切割加工设备1.机床本体4)锥度切割装置为了切割有落料角的冲模和某些有锥度（斜度）的内外表面，有些线切割机床具有锥度切割功能。北京大学出版社PekingUniversityPress精密与特种加工技术第五章电火花线切割加工15*工作液的主要作用是在电火花线切割加工过程中脉冲间歇时间内及时将已蚀除下来的电蚀产物从加工区域中排除，使电极丝与工件间的介质迅速恢复绝缘状态，保证火花放电不会变为连续的弧光放电，使线切割顺利进行下去。5.3.2电火花线切割加工设备2.工作液及其循环系统*工作液应具有一定的介电能力、较好的消电离能力、渗透性好、稳定性好等特性，还应有较好的洗涤性能、防腐蚀性能、对人体无危害等。*一般线切割机床的工作液循环系统包括：工作液箱、工作液泵、流量控制阀、进液管、回流管及过滤网罩等。对于高速走丝线切割机床，通常采用浇注式的供液方式；而对于低速走丝线切割机床，近年来有些已采用浸泡式的供液方式。*低速走丝线切割机床大多采用去离子水作工作液，只有在特殊精加工时才采用绝缘性能较高的煤油。*高速走丝线切割机床使用的工作液是专用乳化液。如：ＤＸ－１、ＤＸ－３等北京大学出版社PekingUniversityPress精密与特种加工技术第五章电火花线切割加工161）晶体管矩形波脉冲电源5.3.2电火花线切割加工设备3.脉冲电源*晶体管式矩形波脉冲电源的工作方式与电火花成形加工类同。图5—8晶体管矩形波脉冲电源*它是通过控制功率管VT的基极以形成电压脉宽ti、电流脉宽te和脉冲间隔to，限流电阻Ｒ１、Ｒ２决定峰值电流ie。*这种电源广泛用于高速走丝线切割机床，而在低速走丝机床中用的不多。北京大学出版社PekingUniversityPress精密与特种加工技术第五章电火花线切割加工17图5—9高频分组脉冲波形5.3.2电火花线切割加工设备3.脉冲电源2）高频分组脉冲电源图5—10高频分组脉冲电源的电路原理方框图*这种波是由矩形波派生出来的，即把较高频率的小脉宽ti和小脉间to的矩形波脉冲分组成为大脉宽Ｔi和大脉间Ｔo输出。*加工时由高频脉冲发生器、分组脉冲发生器和与门电路产生高频分组脉冲波形，然后经脉冲放大和功率输出，将高频分组脉冲能量输送到放电间隙，进行放电腐蚀加工。*它既具有高频脉冲加工表面粗糙度值小，又具有低频脉冲加工速度高、电极丝损耗低的双重特点，在相同的加工条件下，可获得较好的加工工艺效果。北京大学出版社PekingUniversityPress精密与特种加工技术第五章电火花线切割加工18图5—11前阶梯波波形5.3.2电火花线切割加工设备3.脉冲电源3）阶梯波脉冲电源（低损耗电源）*这种脉冲电源就是阶梯形脉冲电源，一般为前阶梯波，其电流波形如图5—11所示。前阶梯波是由矩形波组合而成，可由几路起始脉冲放电时间顺序延迟的矩形波叠加而成。*如果每个脉冲在击穿放电间隙后，电压及电流逐步升高，则可以在不太降低生产率的情况下，大大减少电极丝的损耗，延长重复使用电极丝的寿命，提高加工精度，这对于快速走丝线切割加工是很有意义的。北京大学出版社PekingUniversityPress精密与特种加工技术第五章电火花线切