线切割加工及编程

第章数控电火花线切割加工及编程第5章数控电火花线切割加工及编程5.1数控电火花线切割加工5.2数控电火花线切割编程小结思考与练习题第章数控电火花线切割加工及编程5.1数控电火花线切割加工5.1.1电火花加工概述1.电火花加工的物理本质电火花加工是建立在“电蚀现象”基础上的，即在一定介质中，通过工具电极和工件之间脉冲性火花放电的电腐蚀作用来蚀除多余的金属，从而获得所需零件的尺寸、形状及表面质量。第章数控电火花线切割加工及编程图5.1是电火花加工原理图。由脉冲电源2输出的电压加在液体介质中的工件1和工具电极(亦称电极)4上，自动进给调节装置3(图中仅为该装置的执行部分)使电极和工件间保持一定的放电间隙。当电压升高时，会在某一间隙最小处或绝缘强度最低处击穿介质，产生火花放电，瞬时高温使电极和工件表面都被蚀除(熔化或气化)掉一小块材料，各自形成一个小凹坑。电火花加工实际是电极和工件间的连续不断的火花放电。由于电极和工件电腐蚀不同程度的损耗，电极不断地向工件进给，工件不断产生电腐蚀，因此可将电极的形状复制在工件上，加工出所需要的零件。第章数控电火花线切割加工及编程图5.1电火花加工原理图第章数控电火花线切割加工及编程2.实现电火花加工的基本条件实现电火花加工的基本条件有以下几点：(1)电火花加工必须采用直流脉冲电源。为了使电火花放电产生的热量来不及传导扩散出去，而是形成极小范围的瞬时高温，使金属局部熔化、气化，放电时间必须极其短促，一般小于1ms。放电之后，为使介质有足够的时间恢复到绝缘状态，还需要有一定的放电停歇时间，否则，会引起持续的电弧放电。(2)脉冲放电能量应足够大。放电通道要有很大的电流密度，脉冲放电产生的热量应足以使金属局部熔化、气化。第章数控电火花线切割加工及编程(3)工件与工具之间必须保持合理的距离(即放电间隙)。如果两极间距大于放电间隙，则介质不能被击穿，无法产生火花放电；如果两极间距小于放电间隙，则会导致积炭，甚至发生电弧放电。(4)两极间必须充入绝缘介质。电火花成型加工一般采用煤油作介质。电火花线切割一般采用去离子水或乳化液。绝缘介质是实现电火花放电的必要条件。绝缘介质还有利于排除放电间隙中的电蚀产物，对工件和工具电极起到冷却作用。第章数控电火花线切割加工及编程3．脉冲电源电火花加工用脉冲电源即脉冲发生器，它的作用是把普通50Hz的交流电转化成频率较高的单向脉冲电流，使电极间产生火花放电蚀除金属。脉冲电源对放电加工的加工速度、工件的表面质量、加工过程的稳定性和工具电极的损耗等技术经济指标有很大的影响。第章数控电火花线切割加工及编程5.1.2电火花线切割机的工作原理与特点1．电火花线切割机的工作原理数控线切割加工的基本原理是利用移动的细金属丝(铜丝或钼丝)作为工具电极(接高频脉冲电源的负极)，对工件(接高频脉冲电源的正极)进行脉冲火花放电而切割成所需的工件形状与尺寸。第章数控电火花线切割加工及编程如图5.2所示，电极丝穿过工件上预先钻好的小孔(穿丝孔)，经导轮由走丝机构带动进行轴向走丝运动。工件通过绝缘板安装在工作台上，由数控装置按加工程序指令控制沿X、Y两个坐标轴方向移动而合成所需的直线、圆弧等平面轨迹。在移动的同时，电极和工件间不断地产生放电腐蚀现象，工作液通过喷嘴注入，将电蚀产物带走，最后在金属工件上留下细丝切割形成的细缝轨迹线，从而达到了使一部分金属与另一部分金属分离的加工要求。第章数控电火花线切割加工及编程图5.2快速走丝线切割加工原理第章数控电火花线切割加工及编程2．电火花线切割的特点和电火花成型机床不同，线切割是利用电极来进行加工的。由于切缝较小，因此对工件进行套裁，可有效地利用工件材料，特别适合模具加工。但线切割主要是对通孔进行加工，较适合于冷冲模；而电火花成型机床则主要是对盲孔进行加工，较适合于型腔模。第章数控电火花线切割加工及编程电火花线切割具有电火花加工的共性，金属材料的硬度和韧性并不影响加工速度，常用来加工淬火钢和硬质合金；对于非金属材料的加工，也正在研究，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：(1)不像电火花加工那样制造特定形状的工具电极，而是采用直径不等的细金属丝(铜丝或钼丝等)作工具电极，因此切割用的刀具简单，大大降低了生产准备工时。(2)利用计算机辅助制图自动编程软件，可方便地加工复杂形状的直纹表面。(3)电极丝直径较细(φ0.025～φ0.3)，切缝很窄，这样不仅有利于材料的利用，而且适合细小零件的加工。第章数控电火花线切割加工及编程(4)电极丝在加工中是移动的，不断更新(低速走丝)或往复使用(高速走丝)，可以完全或短时间不考虑电极丝损耗对加工精度的影响。(5)依靠计算机对电极丝轨迹的控制和偏移轨迹的计算，可方便地调整凹凸模具的配合间隙；依靠锥度切割功能，有可能实现凹凸模一次加工成型。(6)对于粗、中、精加工，只需调整电参数即可，操作方便、自动化程度高。(7)加工对象主要是平面形状，台阶盲孔型零件还无法进行加工，但是当机床上加上能使电极丝作相应倾斜运动的功能后，可实现锥面加工。(8)当零件无法从周边切入时，工件上需钻穿丝孔。第章数控电火花线切割加工及编程5.1.3电火花线切割机的用途数控线切割加工为新产品的试制、精密零件及模具加工开辟了一条新的途径，主要应用于以下几个方面：(1)加工模具。数控线切割加工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。线切割机还可以用于加工挤压模、粉末冶金模、弯曲模、塑料模等通常带锥度的模具。第章数控电火花线切割加工及编程(2)加工电火花成型加工用的电极。一般穿孔加工用的电极、带锥度型腔加工用的电极，以及铜钨、银钨合金之类的电极材料，都可以用线切割机来加工。另外，线切割机也适用于加工微细复杂形状的电极。(3)加工零件。在试制新产品时，用线切割机在板料上直接割出零件，由于不需另行制造模具，因而可大大缩短制造周期、降低成本。加工薄件时还可多片叠在一起加工。在零件制造方面，线切割机可用于加工品种多、数量少的零件，特殊的难加工材料的零件，材料试验样件，各种型孔、凸轮、样板、成型刀具，同时还可以进行微细加工和异形槽加工等。第章数控电火花线切割加工及编程5.1.4电火花线切割机的种类1．快速走丝数控线切割机床快速走丝数控线切割机床通常使用钼丝作为电极，线切割速度可达300mm2/min，即单位时间(每分钟)内电极丝中心线在工件上切过的面积总和为300mm2；切割零件的表面粗糙度值Ra一般为1.25～2.5μm，最佳Ra也只有1μm；线切割零件的加工精度在0.01～0.02mm之间。第章数控电火花线切割加工及编程2．慢速走丝数控线切割机床慢速走丝数控线切割机床使用铜丝作为电极，且铜丝仅使用一次，不重复使用。线切割速度为40～80mm2/min,即单位时间(每分钟)内电极丝中心线在工件上切过的面积总和为40～80mm2；所加工的工件表面粗糙度值Ra一般可达1.25μm，最佳Ra可达0.2μm；零件的加工精度在0.002～0.005mm之间。因铜丝经放电加工后不再使用，从而避免了电极丝损耗给加工精度带来的影响。此外，还配备了电极丝张力调节机构，使电极丝在慢速运动过程中平稳、均匀、抖动小，所以在加工高精度零件时，慢速走丝数控线切割机床得到了广泛的应用。第章数控电火花线切割加工及编程在选择数控线切割机床时一般都选快速走丝数控线切割机床，只有在加工高精度零件时，才选择慢速走丝数控线切割机床。快、慢速走丝数控线切割机床的加工特点比较如表5-1所示。第章数控电火花线切割加工及编程表5-1快、慢速走丝数控线切割机床的加工特点比较类型项目快速走丝慢速走丝走丝速度2～12m/s1～8m/min电极丝材料钼丝、钨钼丝黄铜丝、铜合金及其镀覆材料精度保持走丝抖动大，精度较难保持走丝平稳，精度容易保持电极丝的工作状态循环重复使用一次性使用工作液特制乳化油水溶液去离子水工作液绝缘强度/(k·cm)0.5～5010～100最高切割速度/(mm2/min)300300(国外)最高尺寸精度/mm0.010.005表面粗糙度/m0.630.16数控装置开环、步进电机形式闭环、半闭环、伺服电机程序形式3B、4B程序，国际ISO代码程序国际ISO代码程序第章数控电火花线切割加工及编程5.1.5数控电火花线切割加工工艺数控线切割加工时，为了使工件达到图样规定的尺寸、形状位置精度和表面粗糙度要求，必须合理制定数控线切割加工工艺。只有工艺合理，才能高效率地加工出质量好的工件。下面就数控线切割加工工艺分析的主要问题进行讨论。第章数控电火花线切割加工及编程1.工艺分析1)零件图工艺分析零件图工艺分析对保证工件的加工质量和工件的综合技术指标有决定意义。首先对零件图进行分析以明确加工要求。其次，对工件上已加工表面进行分析，确定哪些面可以作为工艺基准，采用什么方法定位。在确定工艺基准时，除了要遵循基准选择原则外，还应从数控加工的特点出发，使工序尺寸的标注方便于编程。确定工艺基准后，要对零件进行安装和调整。除此以外，还要分析零件的形状及材料热处理后的状态，考虑会不会在加工过程中发生变形，哪些部位最容易变形。线切割加工往往是最后一道工序，如果发生变形，则难以弥补，应在加工中采取措施，制定出合理的加工路线。第章数控电火花线切割加工及编程2)工艺基准的选择在选择工艺基准时应注意以下几点：(1)分析选择主要定位基准以保证将工件正确、可靠地装夹在机床或夹具上。应尽量使定位基准与设计基准重合。(2)选择某些工艺基准作为电极丝的定位基准，用来将电极丝调整到相对于工件正确的位置。对于以底平面作主要定位基准的工件，当其上具有相互垂直而且又同时垂直于底平面的相邻侧面时，应选择这两个侧面作为电极丝的定位基准。第章数控电火花线切割加工及编程3)工件的装夹装夹工件时，必须保证工件的切割部位位于机床工作台纵向、横向进给的允许范围之内，以避免超出极限，同时应考虑切割时电极丝的运动空间。夹具应尽可能选择通用(或标准)件，所选夹具应方便装夹，以便于协调工件和机床的尺寸关系。第章数控电火花线切割加工及编程工件装夹的一般要求如下：工件的基准表面应清洁无毛刺，经热处理的工件在穿丝孔内及扩孔的台阶处要清除热处理残物及氧化皮；夹具应具有必要的精度，将其稳固地固定在工作台上，拧紧螺丝时用力要均匀；工件装夹的位置应有利于工件找正，并应与机床行程相适应，工作台移动时工件不得与丝架相碰；对工件的夹紧力要均匀，不得使工件变形或翘起；大批零件加工时，最好采用夹具，以提高生产效率；细小、精密、薄壁的工件应固定在不易变形的辅助夹具上。第章数控电火花线切割加工及编程装夹方法主要有以下几种：(1)悬臂式装夹。如图5.3所示，这种方式装夹方便、通用性强。但由于工件一端悬伸，易出现切割表面与工件上、下平面间的垂直度误差，仅用于加工要求不高或悬臂较短的情况。第章数控电火花线切割加工及编程图5.3悬臂式装夹第章数控电火花线切割加工及编程(2)两端支撑方式装夹。如图5.4所示，这种方式装夹方便、稳定，定位精度高，但不适于装夹较大的零件。(3)桥式支撑方式装夹。如图5.5所示，这种方式是在通用夹具上放置垫铁后再装夹工件，装夹方便，对大、中、小型工件都适用。第章数控电火花线切割加工及编程图5.4两端支撑方式装夹第章数控电火花线切割加工及编程图5.5桥式支撑方式装夹第章数控电火花线切割加工及编程(4)板式支撑方式装夹。如图5.6所示，这种方式是根据常用的工件形状和尺寸，采用有通孔的支撑板装夹工件，装夹精度高，但通用性差。(5)复式支撑方式装夹。如图5.7所示，在桥式夹具上，再装上专用夹具组合而成。其装夹方便，特别适合于成批零件的加工。这种方式可节省工件找正和调整电极丝相对位置等的辅助工时，易保证工件加工的一致性。第章数控电火花线切割加工及编程图5.6板式支撑方式装夹第章数控电火花线切割加工及编程图5.7复式支撑方式装夹第章数控电火花线切割加工及编程4)加工路线的选择在加工中，工件内部应力的释放要引起工件的变形