线切割原理.docx

线切割原理.docx

《线切割原理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《线切割原理.docx（6页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

线切割原理

线切割机床-概述

　　线切割机床（WirecutElectricalDischargeMachining简称WEDM），属电加工范畴，是由前苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法。

线切割机也于1960年发明于前苏联，我国是第一个用于工业生产的国家。

其基本物理原理是自由正离子和电子在场中积累，很快形成一个被电离的导电通道。

在这个阶段，两板间形成电流。

导致粒子间发生无数次碰撞，形成一个等离子区，并很快升高到8000到12000度的高温，在两导体表面瞬间熔化一些材料，同时，由于电极和电介液的汽化，形成一个气泡，并且它的压力规则上升直到非常高。

然后电流中断，温度突然降低，引起气泡内向爆炸，产生的动力把溶化的物质抛出弹坑，然后被腐蚀的材料在电介液中重新凝结成小的球体，并被电介液排走。

然后通过NC控制的监测和管控，伺服机构执行，使这种放电现象均匀一致，从而达到加工物被加工，使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品。

电火花线切割机按走丝速度可分为高速往复走丝电火花线切割机（ReciprocatingtypeHighSpeedWirecutElectricalDischargeMachining俗称“线切割机床”）、低速单向走丝电火花线切割机（LowSpeedone-waywalkWirecutElectricalDischargeMachining俗称“慢走丝”）和立式自旋转电火花线切割机（VerticalWireElectricalDischargeMachiningmachinetoolWithRotationWire）三类。

又可按工作台形式分成单立柱十字工作台型和双立柱型（俗称龙门型）。

线切割机床-线切割机床发展历程

　　控制系统自20世纪60年代后期至70年代中期，我国高速走丝线切割机床的数控系统专用工控机，采用晶体管分立元件组成门电路，再由门电路组成寄存器、输入控制器、运算器、输出控制器等，加工程序则通过扳键开关手工输入，或通过光电阅读机从穿孔纸带读入，采用辉光数码管和氖灯显示计数长度以及X、Y坐标值（二进制）。

进入20世纪70年代后期，数控系统已过渡到以中、大规模集成电路芯片为主的电路。

基本原理和结构虽然未改变，但功能得到加强，可靠性也提高了。

它的输入仍然有手工输入（扳键或按键）和纸带输入（电报机头）两种方式，指示有荧光数码管和发光二极管形式。

该类产品一直到80年代末都在使用。

随着单板微型计算机（将CPU、RAM、ROM、输入输出接口装在一块印制电路板上的计算机，简称单板机）的出现，高速走丝线切割机控制器大量使用以Z-80为微机处理器的单板机，真正实现了功能强、价格的目标。

对于简易数控系统来说，这是一个辉煌的时期，在其它相关行业的发展促进下，使数控高速电火花线切割机得到了迅速的普及。

　　到20世纪90年代，数控系统以8051系列单片机的控制器都具有图形缩放、齿隙补偿、短路回退、断丝保护、停电记忆、自动对中、加工结束自动停机等功能，并有锥度切割功能。

带显示器的编程、控制一体机也已开始使用，只是所编制的程序，不能直接传输到其它控制台上，但有配备打印机、纸带穿孔机等外部设备，而且也只能控制单台机床。

随着计算机的迅速发展和普及，采用台式微型计算机（包括工控机），能够控制分别独立工作的几台机床。

在允许数量范围内，增加机床只需增加控制卡。

各机床的工作状态，可通过切换画面分别监视。

这样不仅节约了控制系统的成本，又利用了计算机强大的数据存取能力。

自动编程系统功能在不断增强，编程方式也多种多样，有指令输入、作图法、扫描法、CAD文档转换等，还可通过U盘、网络等接口、通信进行数据交换。

避免了手工输入程序、绘图低效率和带来的差错。

　　目前，快走丝线切割技术的发展已走向明朗化，在保持往复走丝线切割优点的基础上，不断的探索和研究，把新的理论、新的方法，应用到新的系统中。

新一代控制系统将会更稳定、更实用、更简单、更方便。

线切割机床-线切割机床组成

　　数控线切割机床由机械、电气和工作液系统三大部分组成。

1、机械部分

　　线切割机床机械部分是基础，其精度直接影响到机床的工作精度，也影响到电气性能的充分发挥。

机械系统由机床床身、坐标工作台、运丝机构、线架机构、锥度机构、润滑系统等组成。

机床床身通常为箱式结构，是提供各部件的安装平台，而且与机床精度密切相关。

坐标工作台通常由十字拖板、滚动导轨、丝杆运动副、齿轮传动机构等部分组成。

主要是与电极丝之间的相对运动，来完成对工件的加工。

运丝机构是由储丝筒、电动机、齿轮副、传动机构、换向装置和绝缘件等部分组成，电动机和储丝筒连轴连接转动，用来带动电极丝按一定线速度移动，并将电极丝整齐地排绕在储丝筒上。

线架分单立柱悬臂式和双立柱龙门式。

单立柱悬臂式分上下臂，一般下臂是固定的，上臂可升降移动，导轮安装在线架上，用来支撑电机丝。

锥度机构可分摇摆式和十字拖板式结构，摇摆式是上下臂通过杠杆转动来完成，一般用在大锥度机。

十字拖板型通过移动使电极丝伸缩来完成，一般适用在小锥度机。

润滑系统用来缓解机件磨损、提高机械效率、减轻功率损耗。

可起到冷却、缓蚀、吸振、减小噪音之作用。

2、电气部分

　　电气部分包括机床电路、脉冲电源、驱动电源和控制系统等组成。

机床电路主要控制运丝电动机和工作液泵的运行，使电极丝对工件能连续切割。

脉冲电源提供电极丝与工件之间的火花放电能量，用以切割工件。

驱动电源也叫驱动电路，由脉冲分配器、功率放大电路、电源电路、预放电路和其它控制电路组成。

是提供电源给步进电机供电的专用电源，用来实现对步进电机的控制。

控制系统主要是控制工作台拖板的运动（轨迹控制）和脉冲电源的放电（加工控制）。

3、工作液系统部分

　　工作液系统一般由工作液箱、工作液泵、进液管、回液管、流量控制阀、过滤网罩或过滤芯等组成。

主要作用是集中放电能量、带走放电热量以冷却电极丝和工件、排除电蚀产物等。

线切割机床-线切割机床的加工原理

（1）线切割——数控电火花线切割加工的简称。

（2）工作原理：

利用移动的金属丝作工具电极，并在金属丝和工件间通以脉冲电流，利用脉冲放电的腐蚀作用对工件进行切割加工的。

　　（3）由于它利用的是丝电极，因此，只能作轮廓切割加工。

　　（4）工作原理如图2所示。

　　图2线切割机床的加工原理

　　1－－数控装置2－－储丝简3－－导轮4－－电极丝5－－工件6－－喷嘴

　　7－－绝缘板8－－脉冲发生器9－－液压泵10－－水箱11－－控制步进电动机

　　（5）当工件与线电极间的间隙足以被脉冲电压击穿时，两者之间即产生火花放电而切割工件。

　　（6）通过数控装置l发出的指令，控制步进电动机11，驱动X、Y两托板移动，可加工出任意曲线轮廓的工件。

线切割机床-往复走丝电火花线切割机床

　　电火花线切割的走丝速度为6～12m/s，是我国独创的机种。

自1970年9月由第三机械工业部所属国营长风机械总厂研制成功“数字程序自动控制线切割机床”，为该类机床国内首创。

1972年第三机械工业部对工厂生产的CKX数控线切割机床进行技术鉴定，认为已经达到当时国内先进水平。

1973年按照第三机械工业部的决定，编号为CKX—1的数控线切割机床开始投入批量生产。

1981年9月成功研制出具有锥度切割功能的DK3220型的坐标数控机，产品的最大特点是具有1.5度锥度切割功能。

完成了线切割机床的重大技术改进。

随着大锥度切割技术逐步完善，变锥度、上下异形的切割加工也取得了很大的进步。

大厚度切割技术的突破，横剖面及纵剖面精度有了较大提高，加工厚度可超过1000mm以上。

使往复走丝线切割机床更具有一定的优势。

同时满足了国内外客户的需求。

这类机床的数量正以较快的速度增长，由原来年产量2~3千台上升到年产量数万台，目前全国往复走丝线切割机床的存量已达20余万台，应用于各类中低档模具制造和特殊零件加工，成为我国数控机床中应用最广泛的机种之一。

但由于往复走丝线切割机床不能对电极丝实施恒张力控制，故电极丝抖动大，在加工过程中易断丝。

由于电级丝是往复使用，所以会造成电极丝损耗，加工精度和表面质量降低。

线切割机床-低速走丝线切割机

　　电极丝以铜线作为工具电极，一般以低于0.2m/s的速度作单向运动，在铜线与铜、钢或超硬合金等被加工物材料之间施加60~300V的脉冲电压，并保持5~50um间隙，间隙中充满脱离子水（接近蒸馏水）等绝缘介质，使电极与被加工物之间发生火花放电，并彼此被消耗、腐蚀，在工件表面上电蚀出无数的小坑，通过NC控制的监测和管控，伺服机构执行，使这种放电现象均匀一致，从而达到加工物被加工，使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品。

目前精度可达0.001mm级，表面质量也接近磨削水平。

电极丝放电后不再使用，而且采用无电阻防电解电源，一般均带有自动穿丝和恒张力装置。

工作平稳、均匀、抖动小、加工精度高、表面质量好，但不宜加工大厚度工件。

由于机床结构精密，技术含量高，机床价格高，因此使用成本也高。

线切割机床-单向走丝电火花

　　线切割机床早期只有国外公司的独有机种。

台湾的低速走丝电火花线切割机起步虽然较晚，但这几年来发展迅速。

其关键的一个举措就是由若干家电加工机床制造企业共同出资，在有关部门一定限度的支持下，由台湾工业技术研究院投入大量的人力、物力做关键技术的开发。

经过10多年的攻关，在控制系统及电源等关键技术上取得了突破。

台湾各企业制造的低速走丝电火花线切割机目前应属中档机的范围，近3年每年达到20%～30%的增长率，估计未来5年，台湾低速走丝电火花线切割机的年产量能达2000台，可占世界市场的25%以上。

低速走丝电火花线切割机的技术含量高、市场前景好，可以获得较高的回报，是电加工行业各个厂家的“必争之地”、“战略高地”。

也可以说，谁掌握了低速走丝电火花线切割机的技术，谁就获得了下一步企业发展壮大的机遇。

为了抢占中国市场，日本、瑞士、台湾的电加工机床制造企业在中国大陆设厂生产这类机床。

我国的科技工作者在科技部专项基金的支持下，投入了较大的研发力量，已完成新一代低速走丝电火花线切割机的研发，取得了重大突破，目前已拥有了具有自主知识产权的产品，并占领了一定的市场份额，其性能指标可达中档机水平。

目前还有一些国内企业则希望通过与台湾相关企业的合作，来发展低速走丝电火花线切割加工技术。

线切割机床-立式自旋转电火花线切割机

　　（卧式自旋转电火花线切割机）。

立式回转电火花线切割机的特点与传统的高速走丝和低速走丝电火花线切割加工均有不同，首先是电极丝的运动方式比传统两种的电火花线切割加工多了一个电极丝的回转运动；其次，电极丝走丝速度介于高速走丝和低速走丝直接，速度为1～2m/s。

由于加工过程中电极丝增加了旋转运动，所以立式回旋电火花线切割机与其他类型线切割机相比，最大的区别在于走丝系统。

立式回转电火花线切割机的走丝系统由走丝端和放丝端两套结构完全相同的两端做为走丝结构，实现了电极丝的高速旋转运动和低速走丝的复合运动。

两套主轴头之间的区域为有效加工区域。

除走丝系统外，机床其他组成部分与高速走丝线切割机相同。

线切割机床-与单向低速走丝电火花线切割机床相比

　　，往复高速走丝电火花线切割机床在平均生产率、切割精度及表面粗糙度等关键技术指标上还存在较大差距。

针对这些差距，本世纪初，国内有数家高速往复走丝电火花线切割机生产企业实现了在高速走丝机上的多次切割加工（该类机床被俗称为“中走丝”MediumSpeedWirecutElectricalDischargeMachining）。

所谓“中走丝”并非指走丝速度介于高速与低速之间，而是复合走丝线切割机床，其走丝原理是在粗加工