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模块五线切割机床

项目一认识线切割

任务一电火花线切割机床的加工原理与特点

电火花线切割机（WirecutElectricalDischargeMachining简称WEDM），属电加工范畴，是由前苏联拉扎林科夫妇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。

当时以投影器观看轮廓面前后左右手动进给工作台面加工，其实认为加工速度虽慢，却可加工传统机械不易加工的微细形状。

代表的实用例子是化织喷嘴的异形孔加工。

当时使用之加工液用矿物质性油（灯油）。

绝缘性高，极间距离小，加工速度低于如今机械，实用性受限。

1969年巴黎工作母机展览会中展出，改进加工速度，确立无人运转状况的安全性。

但NC纸带的制成却很费事，若不用大型计算机自动程序设计，对使用者是很大的负担。

在廉价的自动程序设计装置（AutomaticProgramedToolsAPT）出现前，普及甚缓。

1970年9月30日　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

1．电火花线切割加工原理

电火花切割时，在电极丝和工件之间进行脉冲放电。

如图2-1-1（b）电极丝接脉冲电源的负极，工件接脉冲电源的正极。

当接受一脉冲电压时，在电极丝和工件之间产生一次火花放电，在放电通道的中心瞬时温度可高达10000℃以上，高温使工件金属融化，甚至有少量气化，高温也使电极丝和工件之间的工作液部分产生气化，这些气化后的工作液和金属蒸汽瞬间迅速膨胀，并具有爆炸的特性。

这种热膨胀和局部微爆炸抛出融化和气化的金属材料而实现对工件材料进行电蚀切割加工。

2．电火花线切割加工定义

电火花线切割加工是用细金属丝作工具电极，利用电火花加工原理，使用运动着的线状电极，按预定的轨迹对材料进行切割加工。

线切割加工时，线电极一方面相对于工件不断地往返移动，另一方面，装夹工件的十字工作台，由数控伺服电动机驱动，在x、y轴方向实现切割进给，使线电极沿加工图形的轨迹运动，对工件进行切割加工。

数控线切割机床通过数字控制系统的控制，可以按加工要求，自动切割任意角度的直线和圆弧。

资料卡

电火花线切割以移动的细金属丝（铜丝或钨、钼丝等）作负电极，导电或半导电材料作正电极。

3．电火花机床加工特点

工件材质硬度可以不考虑，只要导电即可加工。

热变形小，加工过程中虽然产生高温，但只是局部和短暂的。

加工表面有0.005mm左右变质层，其厚度和加工参数有关，和加工表面粗糙度成正比。

无毛刺加工，但线切割机床加工时入口处有切割痕迹，其大小与钼丝直径、电加工参数有关。

4．电火花机床加工对象

电火花机床主要适用于切割淬火钢、硬质合金等高硬度、高强度、高韧性和高脆性的金属材料，特别适用于一般金属切削机床难以加工的细缝槽或形状复杂的零件，在模具行业的应用尤为广泛。

（见图2-1-2至图2-1-5）

电火花线切割加工广泛应用于加工各种模具零件、样板、形状复杂的细小零件、窄缝等以及高硬度、高熔点金属的切割。

任务二电火花线切割机床的分类和结构

根据电极丝运动方式不同，数控电火花线切割加工机床可分为快走丝和慢走丝两大类。

快走丝线切割机床的电极丝运行速度快（300～700m/min），且双向往返循环地运行，加工效率高。

慢走丝线切割机床的运丝速度慢（3～15m/min），电极丝只作单向运行，不重复使用，加工精度高。

1.数控电火花线切割加工机床的分类

线切割机床一般按照电极丝运动速度分为快走丝线切割机床和慢走丝线切割机床，快走丝线切割机床业已成为我国特有的线切割机床品种和加工模式，应用广泛；慢走丝线切割机床是国外生产和使用的主流机种，属于精密加工设备，代表着线切割机床的发展方向。

2.慢速走丝与快速走丝线切割机床的主要区别，表2-7-1

表2-7-1慢速走丝与快速走丝线切割机床的主要区别

3.慢速走丝与快速走丝线切割机床的加工工艺水平比较见表2-7-2

表2-7-2慢速走丝与快速走丝线切割机床的加工工艺水平比较

比较项目

数控快走丝线切割机床

数控慢走丝线切割机床

切割速度（mm2/min）

20~160

20~240

加工精度（mm）

0.01~0.04

0.004~0.01

表面粗糙度Ra/um

1.6~3.2

0.1~1.6

重复定位精度（mm）

0.02

0.004

电极丝损耗

均布于参与工作的电极丝全长

不计

4．数控电火花线切割加工机床的型号示例（图2-3-2）

5.数控电火花线切割加工机床的基本组成

数控电火花线切割加工机床主要由机械装置、脉冲电源、工作液供给系统和数控系统组成。

（一）机械装置

1．工作台数控线切割机床常采用X、Y轴移动工作台，又称为十字工作台主要功用是安装工件并相对线电极进行插补运动。

工作台由驱动电动机、导轨与拖板、丝杠传动副工作台面和工作液盛盘等组成。

2．走丝机构快走丝机构的电极丝整齐地卷绕在储丝筒上，储丝筒由电动机带动，电极丝从储丝筒一端经丝架上的上导轮定位后，穿过工件，再经过下导轮返回到储丝筒另一端。

加工时，电极丝在上、下导向轮之间作高速往返运动。

如图3-11所示。

图3-11快走丝机构

1-储丝筒2-导向器3-丝架4-线电极5-导轮6-工件7-夹具8-工作台

慢走丝机构的电极丝只作单向运动，电动机带动卷丝筒转动，电极丝只一次性通过加工区域，已用过的电极丝被收丝轮绕在废丝轮上。

如图3-12所示。

图3-12慢走丝机构

1-供丝筒2-张力轮3-工件4-速度轮5-收丝筒

（二）脉冲电源

脉冲电源是数控线切割机床重要的组成部分，是决定线切割加工工艺指标的关键部件。

它的工作原理与电火花成形加工的脉冲电源相似，但又有特殊的要求。

具体要求如下：

1．脉冲峰值电流要适当，变化范围不宜太大，一般在15～35A范围内变化。

2．脉冲宽度要窄，以获得较高的加工精度和较低的表面粗糙度。

3．脉冲重复频率要尽量高，即缩短脉冲间隔，可得到较高的切割速度。

4．电极丝损耗要低，以便能保证加工精度。

5．参数数调节方便，适应性强。

常用脉冲电源种类：

晶体管式、晶闸管式、电子管式、RC式和晶体控制RC式

（三）工作液供给系统

电火花线切割加工必须在工作液中进行。

工作液能够恢复极间绝缘，产生放电的爆炸压力，冷却电极丝和工件，排除电蚀产物。

快走丝线切割机床常用的工作台液是乳化液，慢走丝线切割机床常用的是纯水（去离子水）。

工作液供给系统主要由电泵、液箱、管路、阀（开关）、喷嘴及过滤器等组成。

喷嘴设置在线架的上、下导轮处，带有压力的工作液从上、下喷嘴同时喷向工件，水柱包围着加工区域的电极丝。

用过的工作液经回收管路及过滤装置后，流回液箱中循环使用。

（四）数控系统

线切割数控装置除具有最基本的轨迹控制功能外，还具有加工过程的最优控制功能、操作自动化功能、故障分析及安全检查等功能。

动脑筋数控电火花线切割机床的快走丝与慢走丝方式有什么不同？

项目二、数控线切割中的工艺处理

数控电火花线切割加工，一般是作为工件尤其是模具加工中的最后工序。

要达到加工零件的精度及表面粗糙度要求，应合理控制线切割加工时的各种工艺参数（电参数、切割速度、工件装夹等），同时应安排好零件的工艺路线及线切割加工前的准备加工。

有关模具加工的线切割加工工艺准备和工艺过程，如图所示。

（一）图样分析编程前需对零件图进行分析，明确加工要求，根据零件加工精度的要求合理确定线切割加工的有关工艺参数。

对于有凹角或尖角的零件，要说明拐角处的过渡圆弧半径，因为线切割加工凹角只能是圆角。

另外还需分析零件的形状及热处理后的状态，应考虑在加工过程中是否会变形，以便在加工前采取措施，制订合理的加工路线。

（二）工艺基准的选择遵循基准重合原则，应尽量使定位基准与设计基准重合，以保证工件安装位置正确。

电极丝的定位基准可选择相关的一些工艺基准，如以底平面为主要工艺基准的工件，可选择与底面垂直的侧面作为电极丝的定位基准。

（三）加工路线的选择在加工中，工件内部应力的释放会引起工件的变形，因此加工路线的选择应注意以下几方面：

1．避免从工件端面开始加工，应将起点选在穿丝孔中。

如图3-13所示。

图3-13加工路线选择1

2．加工路线应向远离工件夹具方向进行，最后再转向夹具方向，且距离端面应大于5mm。

如图3-14所示。

3-14加工路线选择2

3．在一块毛坯上要切出两个以上零件时，不应连续一次切割出来，而应从不同穿丝孔开始加工。

如图3-15所示。

图3-15加工路线选择3

（四）穿丝孔位置的确定切割凸模及大型凹模类零件时，穿丝孔应设在加工起点附近加工轨迹拐角处，或在已知坐标点上，以简化编程轨迹计算。

切割小型凹模类及孔类零件时，穿丝孔设在工件对称中心较为方便。

3）电极丝初始位置的确定

线切割加工前，应将电极丝调整到切割的起始位置上，可通过对穿丝孔来实现。

穿丝孔位置的确定，有如下原则：

（1）当切割凸模需要设置穿丝孔时，其位置可选在加工轨迹的拐角附近，以简化编程。

（2）切割凹模等零件的内表面时，将穿丝孔设置在工件对称中心上，对编程计算和电极丝定位都较方便。

但切入行程较长，不适合大型工件，此时应将穿丝孔设置在靠近加工轨迹边角处或选在已知坐标点上。

（3）在一块毛坯上要切出两个以上零件或在加工大型工件时，应沿加工轨迹设置多个穿丝孔，以便发生断丝时能就近重新穿丝，切入断丝点。

（一）工艺参数的选择

工艺参数主要包括脉冲宽度、脉冲间隙、峰值电流等电参数和进给速度、走丝速度等机械参数。

在加工中应综合考虑各参数对加工的影响，合理地选择加工参数，在保证加工精度的前提下，提高生产率，降低加工成本。

1．脉冲宽度脉冲宽度是指脉冲电流的持续时间。

脉冲宽度与放电量成正比，脉冲宽度越宽，切割效率越高。

但电蚀物也随之增加，如果不能及时排除则会使加工不稳定，表面粗糙度增大。

2．脉冲间隙脉冲间隙是指两个相邻脉冲之间的时间。

脉冲间隙增大，加工稳定但切割速度下降。

减小脉冲间隙，可提高切割速度，但对排屑不利。

3．峰值电流峰值电流是指放电电流的最大值。

合理增大峰值电流可提高切割速度，但电流过大，容易造成断丝。

快走丝线切割加工脉冲参数的选择见表3-3。

表3-3快走丝线切割加工脉冲参数的选择

应用

脉冲宽度ti/μs

电流峰值Ie/A

脉冲间隔tO/μs

空载电压/V

快速切割或加工大厚度工件

Ra﹥2.5μm

20～40

﹥12

为实现稳定加工,一般选择tO/Ie为3～4以上

一般为70～90

半精加工Ra=1.25～2.5μm

6～20

6～12

精加工Ra﹤1.25μm

2～6

﹤4.8

4．进给速度工作台进给速度太快，容易产生短路和断丝。

进给速度太慢，会产生二次放电，影响加工表面质量。

因此加工时，必须使工作台的进给速度和工件被放电电的速度相当。

5．走丝速度一般情况下走丝速度根据工件厚度和切割速度来确定。

1．电极丝的选择

电极丝应具有良好的导电性和抗电蚀性,抗拉强度高、材质均匀。

目前电火花线切割加工使用的电极丝材料有钼丝、钨丝、钨钼合金丝、黄铜丝、铜钨丝等。

快走丝线切割加工中广泛使用钼丝作为电极丝，慢走丝线切割加工中广泛使用直径为0.1mm以上的黄铜丝作为电极丝。

钨丝抗拉强度高，直径在（0.03～0.1mm）范围内，一般用于各种窄缝的精加工，但价格昂贵。

黄铜丝适合于慢速加工，加工表面粗糙度和平直度较好，蚀屑附着少，但抗拉强度差，损耗大，直径在0.1～0.3mm范围内，一般用于慢速单向走丝加工。

钼丝抗拉强度高，适于快速走丝加工，所以我国快速走丝机床大都选用钼丝作电极丝，直径在0.08～0.2mm范围内。

电极丝直径的选择应根据切缝宽窄、工件厚度和拐角尺寸大小来选择。

若加工带尖角、窄缝的小型模具宜选用较细的电极丝；若加工大厚度工件或大电流切割时应选较粗的电极丝。

电极丝的主要类型、规格如下：

钼丝直径：

0.08～0.2mm；

钨丝直径：

0.03～0.1mm；

黄铜丝直径：

0.1～0.3mm；

包芯丝直径：

0.1～0.3mm。

1．配制工作液

工作液对切割速度、表面粗糙度、加工精度等都有较大影响，加工时必须正确选配。

常用的工作液主要有乳化液和去离子水。

对于快速走丝线切割加工,目前最常用的是乳化液.乳化液是由乳化油和工作介质配制（浓度为5﹪～10﹪）而成的。

工作介质可用自来水,也可用蒸馏水、高纯水和磁化水。

1、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，避免超出极限。

同时应考虑切割时电极丝运动空间。

夹具应尽可能选择通用（或标准）件，所选夹具应便于装夹，便于协调工件和机床的尺寸关系。

在加工大型模具时，要特别注意工件的定位方式，尤其在加工快结束时，工件的变形、重力的作用会使电极丝被夹紧，影响加工。

1）常用夹具的名称、用途及使用方法

（1）压板夹具它主要用于固定平板状的工件，对于稍大的工件要成对使用。

夹具上如有定位基准面，则加工前应预先用划针或百分表将夹具定位基准面与工作台对应的导轨校正平行，这样在加工批量工件时较方便，因为切割型腔的划线一般是以模板的某一面为基准。

夹具成对使用时两件基准面的高度一定要相等，否则切割出的型腔与工件端面不垂直，造成废品。

在夹具上加工出Ｖ形的基准，则可用以夹持轴类工件。

（2）磁性夹具采用磁性工作台或磁性表座夹持工件，主要适应于夹持钢质工件，因它靠磁力吸住工件，故不需要压板和螺钉，操作快速方便，定位后工件不会因压紧而变动，如图4-1-1所示。

图4-1-1磁性夹具

2）工件装夹的一般要求

（1）工件的基准面应清洁无毛刺。

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。

（2）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。

（3）工件装夹的位置应有利于工件找正，并与机床的行程相适应，工作台移动时工件不得与丝架相干涉。

（4）对工件的夹紧力要均匀，不得使工件变形或翘起。

（5）大批量零件加工时，最好采用专用夹具，以提高生产效率。

（6）细小、精密、薄壁的工件应固定在不易变形的辅助夹具上。

3）工件装夹的方式

（1）悬臂式装夹

　　如图4-1-2所示是悬臂方式装夹工件，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。

（2）两端支撑方式装夹

　　如图4-1-3所示是两端支撑方式装夹工件，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。

图4-1-2悬臂式装夹图4-1-3两端支撑方式装夹

（3）桥式支撑方式装夹

这种方式是在通用夹具上放置垫铁后再装夹工件，如图4-1-4所示。

这种方式装夹方便，对大、中、小型工件都能采用。

（4）板式支撑方式装夹

如图4-1-5所示是板式支撑方式装夹工件。

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。

这种方式装夹精度高，但通用性差。

工件装夹的形式对加工精度有直接影响。

一般是在通用夹具上采用压板螺钉固定工件。

为了适应各种形状工件加工的需要，还可使用磁性夹具或专用夹具。

项目三线切割3B代码手工编程

【学习目标】：

理解3B代码切割加工指令

合理选择切割加工路径

掌握3B格式手工编程的方法

1.基础知识

（1）、什么叫程序编制？

事先将人们的意图用机器所能接受的语言编排好,“命令”告诉控制台，这个工作叫程序编制。

（2）、程序编制的方法有两种：

①、直角坐标编程的称为会语式编程（即手工编程）：

这是通过手工将零件图中的直线、斜线、圆弧、按程序格式书写出来，然后输入控制器进行加工。

②、电脑作图编程：

只要将零件图形在电脑作好，输入补偿量程序就可以自动生成，直接控制机床加工

2.线切割编程分电脑编程和手工编程，如今大部分都是采用电脑编程的，但是手工编程是基础，是编写和修改程序的依据，因此必须掌握好。

在学习电脑编程前首先学习手工编程，手工编程有3B，4B，ISO（国际通用标准编程，也就是一般数控专业所学的G代码编程，例如G01,G91等）,EL等，目前国内使用比较多的是3B格式的编程。

1、程序编制的格式：

BXBYBJGZ（简称为：

3B格式）

意义：

B——分隔符，它将X、Y、J的数值区分开。

X——X的坐标值。

Y——Y的坐标值。

（X和Y的数值在程序中的单位为微米，1mm=1000um）

J——计数长度。

G——计数方向（分GX和GY）

Z——加工指令（共有12种指令，线有4种，圆弧8种）

2、编程步骤：

（1）、直线的编程步骤

①、将直线的切割起点作为原点，建立直角坐标系。

②、X,Y的值取直线终点相对于原点的坐标值（取绝对值）。

③、G值，根据直线的终点坐标值，谁大取谁，即当X>Y时取GX，反之取GY。

④、J值，计数方向轴上的实际尺寸，即直线的长度。

⑤、Z,确定加工指令：

直线的加工指令有4种；与X轴平行往正方向走的为L1；往负方向走的为L3；与Y轴平行往正方向走的为L2；往负方向走的为L4。

⑥、写出程序格式。

举例：

程序格式中所使用的单位为微米。

（加工长度为10mm的正方形）

A-B：

将坐标移到A点，直线是与X轴平行且往正方向走，所以程序格式书写为：

B10000B10000B10000GXL1

B-C：

将坐标移到B点，直线是与Y轴平行且往正方向走，所以程序格式书写为：

B10000B10000B10000GYL2

C-D:

将坐标移到C点，直线是与X轴平行且往负方向走，所以程序格式书写为：

B10000B10000B10000GXL3

D-A：

将坐标移到D点，直线是与Y轴平行且往负方向走，所以程序格式书写为：

B10000B10000B10000GYL4

延伸知识：

直线的程序是可以简写的，例如A-BB10000B10000B10000GXL1

可以简写为BBB10000GXL1

要注意的是，只有直线的程序是可以简写的，斜线和圆弧是不可以简写的。

（2）、斜线的编程步骤

①、将斜线的切割起点作为原点，建立直角坐标系。

②、X,Y的值取斜线线终点相对于原点的坐标值（取绝对值）。

③、G值，根据斜线的终点坐标值，谁大取谁，即当X>Y时取GX，反之取GY。

当坐标值X=Y时，45°、225°时取GY，135°、315°时取GX；或可任意取向。

④、J值，G值确定以后J就是斜线在G方向轴上的投影长度。

⑤、Z,斜线的加工指令有4种；根据斜线在直角坐标四个不同象限而分别为L1（第一象限）、L2（第二象限）、L3（第三象限）、L4（第四象限）。

⑥、写出程序格式。

举例：

（图为10X20的长方形）

A-B：

将坐标移到A点，求出B点坐标值。

X=20cos30°=17.321Y=20Sin30°=10

因为：

X>Y，所以GX，计X，J=17321，斜线处在第四象限为L2。

程序格式为：

B17321B10000B17321GXL2

B-C：

将坐标移到B点，求出C点坐标值。

X=10cos60°=5Y=10Sin60°=8.66

因为：

程序格式为：

B5000B8660B8660GYL1

同理：

C-D的程序格式为：

B17321B10000B17321GXL4

D-A的程序格式为：

B5000B8660B8660GYL3

（3）、圆弧的编程步骤

①、将圆弧的圆心设为坐标原点，建立直角坐标系。

②、X、Y值取圆弧起点相对于原点的坐标值（取绝对值）。

③、G值，根据圆弧的终点坐标，谁小取谁，若X

④、J值，当G值确定后J就是不同象限各部分的圆弧在G方向轴上的投影长度总和。

⑤、Z,圆弧的加工指令，有8种，顺圆4种，逆圆4种，根据圆弧起点所在象限以及旋转方向确定。

如图所示：

第一象限第二象限第三象限第四象限

顺圆SR1SR2SR3SR4

逆圆NR1NR2NR3NR4

⑥、写出程序格式

举例：

如图，要加工一段圆弧，首先将直角坐标移到圆弧的圆心处，找出起点坐标值。

如果加工路线是从A点到B点，那么A（5，0），B（0，5），终点坐标值X

J＝X1+X2+X3＝5000+5000+5000＝15000。

（J值计算如图）

加工路线是顺时针方向，起点处于第四象限。

所以：

程序格式书写为：

B5000B0B15000GXSR4

如果加工路线改为从B点到A点，那么终点A的坐标值X>Y，GY，计Y。

J=Y1+Y2+Y3=5000+5000+5000=15000。

（J值计算如图）

加工路线是逆时针方向。

起点B处于第二象限。

所以：

程序格式书写为：

B0B5000B15000GYNR2

2）3B程序格式手工编程方法

以下图所示样板零件为例,介绍编程方法。

⑴确定加工路线起始点为A，加工路线按照图中所标的①②③…⑧进行，共分八个程序段。

其中①为切入程序段，⑧为切出程序段。

⑵计算坐标值按照坐标系和坐标X、Y的规定，分别计算①～⑧程序段的坐标值。

⑶填写程序单按程序标准格式逐段填写BXBYBJGZ，见下表。

样板零件

如图所示样板的图形，按程序①（切入）、②…⑦、⑧（切出）进行切割，编制的3B程序见下表。

程序举例:

2000

10000

20000

NR4

10000

3000

8040

30000

23920

3000

8040

30000

2000

课后练习：

1、线切割3B编程的格式

2、线切割3B编程计算方向的确定及长度的计算

3、加工指令的确定

一.锥度加工格式及含义

1.采用绝对坐标（单位：

微米）

2.上下平面图形统一的坐标系

3.每一个直纹面为一段程序

4.直纹面由上平面的直线或圆弧段与对应的下平面的直线或圆弧段组成的母线均为直线的特殊曲面

5.编程时要计算出这些直线或者圆弧段的起点和终点坐标，而且上下平面的起点终点想对应。

有锥度零件的线切割编程格式

如果是直线加工，其编程格式为：

X1Y1上平面起点坐标

X2Y2上平面终点坐标

L直线加工

X3Y3下平面起点坐标

X4Y4下平面终点坐标

L直线加工

A段间分隔符

Q程序结束符

如果是圆弧加工，则编程格式为

X1Y1上平面起点坐标

X2Y2上平面终点坐标

C圆弧加工

X0Y0圆心坐标

C（或W）逆圆（或顺圆）

X3Y3下平面起点坐标

X4Y4下平面终点坐标

C圆弧加工

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