精密與特種加工技術(shù)-第五章-電火花線切割

精密與特種加工技術(shù)-第五章-電火花線切割第一頁，共62頁。５.1概述

返回第五章電火花線切割加工第二頁，共62頁。5.1.2電火花線切割加工的特點

線切割加工的電壓、電流波形與電火花加工的基本相似。單個脈沖也有多種形式的放電狀態(tài)，如開路、正常火花放電、短路等。

線切割加工的加工機理、生產(chǎn)率、表面粗糙度等工藝規(guī)律，材料的可加工性等也都與電火花加工的基本相似，可以加工硬質(zhì)合金等一切導(dǎo)電材料。

1.電火花線切割加工與電火花成形加工的共性表現(xiàn)

第三頁，共62頁。以金屬絲作為電極工具，不需要制造特定形狀的電極。

雖然加工的對象主要是平面形狀，但是除了有金屬絲直徑?jīng)Q定的內(nèi)側(cè)腳步的最小直徑Ｒ這樣的限制外，任何復(fù)雜的形狀都可以加工。

輪廓加工所需加工的余量少，能有效地節(jié)約貴重的材料。

可無視電極絲損耗，加工精度高。

電極與工件之間存在著“疏松接觸”式輕壓放電現(xiàn)象。

采用乳化液或去離子水的工作液，不必擔(dān)心發(fā)生火災(zāi)，可以晝夜無人連續(xù)加工。

一般沒有穩(wěn)定電弧放電狀態(tài)。

任何復(fù)雜形狀的零件，只要能編制加工程序就可以進行加工。依靠微型計算機控制電極絲軌跡和間隙補償功能，同時加工凹凸兩種模具時，間隙可任意調(diào)節(jié)。

由于電極工具是直徑較小的細絲，故脈沖寬度、平均電流等不能太大，加工工藝參數(shù)的范圍較小，屬中、精正極性電火花加工，工件常接脈沖電源正極。2.線切割加工相比于電火花加工的不同特點表現(xiàn)5.1.2電火花線切割加工的特點

第四頁，共62頁。5.1.3電火花線切割加工的應(yīng)用范圍

試制新產(chǎn)品及零件加工在新產(chǎn)品開發(fā)過程中需要單件的樣品，使用線切割直接切割出零件。

加工特殊材料

切割某些高硬度、高熔點的金屬時，使用機加工的方法幾乎是不可能的，而采用線切割加工既經(jīng)濟又能保證精度。

加工模具零件

電火花線切割加工主要應(yīng)用于沖模、擠壓模、塑料模、電火花型腔模的電極加工等。

第五頁，共62頁。

電火花線切割加工與電火花成形加工的基本原理一樣，都是基于電極間脈沖放電時的電火花腐蝕原理，實現(xiàn)零部件的加工。所不同的是，電火花線切割加工不需要制造復(fù)雜的成形電極，而是利用移動的細金屬絲（鉬絲或銅絲）作為工具電極，工件按照預(yù)定的軌跡運動，“切割”出所需的各種尺寸和形狀。

第五章電火花線切割加工5.2電火花線切割加工原理返回第六頁，共62頁。5.2.1高速走絲電火花線切割加工原理

圖

5—1高速走絲電火花線切割加工原理1—絕緣底板2—工件3—脈沖電源4—鉬絲5—導(dǎo)向輪6—支架7—貯絲筒

線切割工藝示意裝置結(jié)構(gòu)

高速走絲（或稱快走絲）電火花線切割機床（WEDM-HS），是我國生產(chǎn)和使用的主要機種，也是我國獨創(chuàng)的電火花線切割加工模式。

利用細鉬絲

4作為工具電極進行切割，

加工能源由脈沖電源3供給

鉬絲穿過工件上預(yù)鉆好的小孔，經(jīng)導(dǎo)向輪5由儲絲筒7帶動鉬絲作正反向交替移動

工件安裝在工作臺上，由數(shù)控裝置按加工要求發(fā)出指令，控制兩臺步進電機帶動工作臺在水平X、Y兩個坐標方向移動從而合成各種曲線軌跡，把工件切割成形。

在加工時，由噴嘴將工作液以一定的壓力噴向加工區(qū)，當(dāng)脈沖電壓擊穿電極絲和工件之間的放電間隙時，兩極之間即產(chǎn)生火花放電而蝕除工件。高速走絲電火花線切割機床的加工原理：第七頁，共62頁。高速走絲電火花線切割機床主要性能特征：

這類機床的電極絲運行速度快，而且是雙向往返循環(huán)地運行，即成千上萬次的反復(fù)通過加工間隙，一直使用到斷線為止。電極絲主要是鉬絲（０.１～０.２ｍｍ）。工作液通常采用乳化液，也可采用礦物油

、去離子水等。相對來說高速走絲電火花線切割機床結(jié)構(gòu)比較簡單，價格較低速走絲機床便宜。目前能達到的精度為０.０１ｍｍ，表面粗糙度

Ｒａ０.６３～１.２５μｍ，但一般的加工精度為±０.０１５～０.０２ｍｍ，表面粗糙度為

Ｒａ１.２５～２.５μｍ，可滿足一般模具的要求。5.2.1高速走絲電火花線切割加工原理

第八頁，共62頁。

低速走絲（或稱慢走絲）電火花線切割機床（WEDM-LS），是國外生產(chǎn)和使用的主要機種，我國已生產(chǎn)和逐步更多地采用慢走絲機床。

圖5—2低速走絲電火花線切割加工原理及設(shè)備組成示意圖1—脈沖電源；2—工件；3—工作液箱；4—去離子水；5—泵；6—儲絲筒；7—工作臺；8—X軸電動機；9—數(shù)控裝置；10—Y軸電動機；11—收絲筒

5.2.2低速走絲電火花線切割加工原理

在加工時中，電極絲一方面相對工件2不斷做上（下）單向移動，由儲絲筒6經(jīng)導(dǎo)向輪，最后到收絲筒11。工件2安裝在工作臺7上。

工作臺7在數(shù)控伺服X軸電動機8、Y軸電動機10驅(qū)動下，在X、Y軸實現(xiàn)切割進給，使電極絲沿加工圖形的軌跡，對工件進行加工。

在電極絲和工件之間加上脈沖電源1提供加工能源。

在電極絲和工件之間澆注去離子水工作液，這時不斷產(chǎn)生火花放電，使工件不斷被電腐蝕，可控制完成工件的尺寸加工。低速走絲電火花線切割機床的加工原理：第九頁，共62頁。5.2.2低速走絲電火花線切割加工原理

低速走絲電火花線切割機床主要性能特征：返回這類機床的電極絲作低速單向運動，一般走絲速度低于

0.2m／s。使用純銅、黃銅、鎢、鉬和各種合金以及金屬涂覆線作為電極絲，其直徑為0.03～0.35ｍｍ。這種機床電極絲只是單方向通過加工間隙，不重復(fù)使用，可避免電極絲損耗給加工精度帶來的影響。工作液主要是去離子水和煤油。使用去離子水工作效率高，沒有引起火災(zāi)的危險。這類機床的切割速度目前已達到350mm2～４00mm2／min，最佳表面粗糙度可達到Ｒａ0.05μｍ，尺寸精度大為提高，加工精度能達到±0.001mm，但一般的加工精度為0.002～0.005mm，表面粗糙度為0.03μｍ。低速走絲電火花線切割加工機床由于解決了能自動卸除加工廢料、自動搬運工件、自動穿電極絲和自適應(yīng)控制技術(shù)的應(yīng)用，因而已能實現(xiàn)無人操作的加工。低速走絲電火花線切割加工機床在目前的造價，以及加工成本均要比高速走絲數(shù)控電火花線切割機床高得多。第十頁，共62頁。第五章電火花線切割加工5.3電火花線切割機床

返回第十一頁，共62頁。5.3.1電火花線切割機床的型號與主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)ＧＢ／Ｔ１５３７５—１９９４《金屬切削機床型號編制方法》之規(guī)定，線切割機床型號是以ＤＫ７７開頭的，如ＤＫ７７３２的含義如下：

Ｄ為機床類別代號，表示電加工機床；Ｋ為機床特性代號，表示數(shù)控；７為組別代號，表示電火花加工機床；７為型別代號，表示線切割機床；３２為基本參數(shù)代號，表示工作臺橫向行程為３２０ｍｍ。

主要技術(shù)參數(shù)：工作臺行程（縱向行程×橫向行程）；最大切割厚度；加工表面粗糙度；加工精度；切割速度；數(shù)控系統(tǒng)的控制功能等。

第十二頁，共62頁。1、機床本體2、工作液及其循環(huán)系統(tǒng)

3、脈沖電源

5.3.2電火花線切割加工設(shè)備

圖

5—3

高速走絲線切割加工設(shè)備組成1—卷絲筒

2—走絲溜板

3—絲架

4—上滑板5—下滑板

6—床身

7—電源、控制柜

第十三頁，共62頁。1.機床本體機床床身

機床的床身通常采用箱式結(jié)構(gòu)的鑄鐵件，它是坐標工作臺、繞絲機構(gòu)及絲架的支承和固定基礎(chǔ)，應(yīng)有足夠的強度和剛度。

X、Y坐標工作臺部分

工件裝夾在坐標工作臺上,電火花線切割機床最終都是通過坐標工作臺與電極絲的相對運動來完成對零件加工的，機床的精度將直接影響工件的加工精度。

走絲機構(gòu)走絲機構(gòu)使電極絲以一定的速度運動并保持一定的張力。

高速走絲系統(tǒng)示意圖顯示示意圖低速走絲系統(tǒng)示意圖顯示示意圖5.3.2電火花線切割加工設(shè)備第十四頁，共62頁。偏移式絲架：主要用在高速走絲線切割機床上實現(xiàn)錐度切割。

工作原理

雙坐標聯(lián)動裝置：在低速走絲線切割機床上廣泛采用此類裝置。

工作原理

5.3.2電火花線切割加工設(shè)備1.機床本體錐度切割裝置

為了切割有落料角的沖模和某些有錐度（斜度）的內(nèi)外表面，有些線切割機床具有錐度切割功能。

第十五頁，共62頁。*工作液的主要作用是在電火花線切割加工過程中脈沖間歇時間內(nèi)及時將已蝕除下來的電蝕產(chǎn)物從加工區(qū)域中排除，使電極絲與工件間的介質(zhì)迅速恢復(fù)絕緣狀態(tài)，保證火花放電不會變?yōu)檫B續(xù)的弧光放電，使線切割順利進行下去。

5.3.2電火花線切割加工設(shè)備2.工作液及其循環(huán)系統(tǒng)

*工作液應(yīng)具有一定的介電能力、較好的消電離能力、滲透性好、穩(wěn)定性好等特性，還應(yīng)有較好的洗滌性能、防腐蝕性能、對人體無危害等。

*

一般線切割機床的工作液循環(huán)系統(tǒng)包括：工作液箱、工作液泵、流量控制閥、進液管、回流管及過濾網(wǎng)罩等。對于高速走絲線切割機床，通常采用澆注式的供液方式；而對于低速走絲線切割機床，近年來有些已采用浸泡式的供液方式。

*

低速走絲線切割機床大多采用去離子水作工作液，只有在特殊精加工時才采用絕緣性能較高的煤油。

*

高速走絲線切割機床使用的工作液是專用乳化液。如：ＤＸ－１、ＤＸ－３等第十六頁，共62頁。1）晶體管矩形波脈沖電源

5.3.2電火花線切割加工設(shè)備3.脈沖電源*晶體管式矩形波脈沖電源的工作方式與電火花成形加工類同。

圖5—8晶體管矩形波脈沖電源

*

它是通過控制功率管VT的基極以形成電壓脈寬ti、電流脈寬te和脈沖間隔to，限流電阻Ｒ１、Ｒ２決定峰值電流ie。

*這種電源廣泛用于高速走絲線切割機床，而在低速走絲機床中用的不多。

第十七頁，共62頁。圖5—9高頻分組脈沖波形

5.3.2電火花線切割加工設(shè)備3.脈沖電源2）高頻分組脈沖電源

圖5—10高頻分組脈沖電源的電路原理方框圖

*這種波是由矩形波派生出來的，即把較高頻率的小脈寬ti和小脈間to的矩形波脈沖分組成為大脈寬Ｔi和大脈間Ｔo輸出。

*加工時由高頻脈沖發(fā)生器、分組脈沖發(fā)生器和與門電路產(chǎn)生高頻分組脈沖波形，然后經(jīng)脈沖放大和功率輸出，將高頻分組脈沖能量輸送到放電間隙，進行放電腐蝕加工。

*它既具有高頻脈沖加工表面粗糙度值小，又具有低頻脈沖加工速度高、電極絲損耗低的雙重特點，在相同的加工條件下，可獲得較好的加工工藝效果。

第十八頁，共62頁。圖5—11前階梯波波形

5.3.2電火花線切割加工設(shè)備3.脈沖電源3）階梯波脈沖電源（低損耗電源）

*這種脈沖電源就是階梯形脈沖電源，一般為前階梯波，其電流波形如圖5—11所示。前階梯波是由矩形波組合而成，可由幾路起始脈沖放電時間順序延遲的矩形波疊加而成。

*

如果每個脈沖在擊穿放電間隙后，電壓及電流逐步升高，則可以在不太降低生產(chǎn)率的情況下，大大減少電極絲的損耗，延長重復(fù)使用電極絲的壽命，提高加工精度，這對于快速走絲線切割加工是很有意義的。

第十九頁，共62頁。

如右圖所示。這是實現(xiàn)短放電時間高峰值電流的一種方法，常用于早期的低速走絲線切割機床中，以滿足低速走絲時因排屑條件差而需采用窄脈寬和高峰值電流的要求。5.3.2電火花線切割加工設(shè)備3.脈沖電源

4）并聯(lián)電容型脈沖電源

在這種電路中，依靠調(diào)整晶體管的通斷時間、限流電阻的個數(shù)及電容器的容量，可控制放電的重復(fù)頻率，而每次放電的能量由直流電源的電壓及電容器的容量決定。

圖5—12并聯(lián)電容型電路的電壓、電流波形及脈沖電源電路簡圖

返回

從圖中可知，按照晶體管的開關(guān)狀態(tài)，電容器兩端的電壓波形呈現(xiàn)一種階梯狀態(tài)，利用晶體管開通時間ti和截止時間to的不同組合，可以改變充電電壓波形的前沿。而且，一旦放電電流發(fā)生，可使晶體管變?yōu)榻刂範顟B(tài)，阻止直流電源供給電流。

第二十頁，共62頁。第五章電火花線切割加工5.4電火花線切割系統(tǒng)和編程技術(shù)

返回第二十一頁，共62頁。5.4.1電火花線切割控制系統(tǒng)*控制系統(tǒng)是進行電火花線切割加工的重要組成環(huán)節(jié)，是機床工作的指揮中心。控制系統(tǒng)的技術(shù)水平、穩(wěn)定性、可靠性、控制精度及自動化程度等直接影響工件的加工工藝指標和工人的勞動強度。

*控制系統(tǒng)的作用是：在電火花線切割加工過程中，根據(jù)工件的形狀和尺寸要求，自動控制電極絲相對于工件的運動軌跡；同時自動控制伺服進給速度，實現(xiàn)對工件的形狀和尺寸加工。

*電火花線切割加工機床控制系統(tǒng)的主要功能：（2）加工控制

主要包括對伺服進給速度、脈沖電源、走絲機構(gòu)、工作液循環(huán)系統(tǒng)以及其他的機床操作的控制。此外，失效安全及自診斷功能等也是重要方面。

（1）軌跡控制

精確控制電極絲相對于工件的運動軌跡，加工出需要的工件形狀和尺寸。

第二十二頁，共62頁。數(shù)控電火花線切割加工的控制原理

圖5-13數(shù)字程序控制過程框圖

5.4.1電火花線切割控制系統(tǒng)程序程序輸入機構(gòu)專用計算機插補運算執(zhí)行機構(gòu)坐標工作臺（放電間隙）圖樣把圖樣上工件的形狀和尺寸編制成程序指令。

將程序指令通過鍵盤或使用穿孔紙帶或磁帶，或直接傳輸給計算機。

計算機根據(jù)輸入的程序進行計算，并發(fā)出進給信號來控制驅(qū)動電動機，由驅(qū)動電動機帶動精密絲杠，使工件相對于電極絲作軌跡運動最終實現(xiàn)加工過程的自動控制。

目前電火花線切割加工機床的軌跡控制系統(tǒng)普遍采用數(shù)字程序控制，并已發(fā)展到微型計算機直接控制階段。第二十三頁，共62頁。*數(shù)字程序控制系統(tǒng)能夠控制加工同一平面上由直線和圓弧組成的任何圖形的工件，這是最基本的控制功能。

圖5—14切割直線的原理

*控制方法有逐點比較法、數(shù)字積分法、矢量判別法、最小偏差法等。1．軌跡控制原理

5.4.1電火花線切割控制系統(tǒng)*高速走絲線切割機床的控制系統(tǒng)普遍采用逐點比較法。機床在

X、

Y

兩個方向不能同時進給，只能按直線的斜度和圓弧的曲率來交替地一步一個微米地分步“插補”進給。*下面通過圖5—14來分析說明逐點比較法切割直線時的四個節(jié)拍：第一拍：偏差判別。第二拍：進給。第三拍：偏差計算。第四拍：終點判斷。

目的是判別目前的加工坐標點對規(guī)定幾何軌跡的偏離位置，然后決定拖板的走向。一般用Ｆ代表偏差值，Ｆ＝０，表示加工點恰好在線（軌跡）上。Ｆ>０，表示加工點在線的上方或左方，Ｆ<０，表示加工點在線的下方或右方，以此來決定第二拍進給的軸向和正、負方向。

按照偏差計算公式，計算和比較進給一步后新的坐標點對規(guī)定軌跡新的偏差Ｆ值，作為下一步判別走向的依據(jù)。

根據(jù)Ｆ偏差值命令坐標工作臺沿+Ｘ向或-Ｘ向；或+Ｙ向或-Ｙ向進給一步，向規(guī)定的軌跡靠攏，縮小偏差。

根據(jù)計數(shù)長度判斷是否到達程序規(guī)定的加工終點。若到達終點，則停止插補和進給，否則再回到第一拍。第二十四頁，共62頁。*進給速度控制

5.4.1電火花線切割控制系統(tǒng)2．加工控制功能*圖形的縮放、旋轉(zhuǎn)和平移*短路回退

*間隙補償

*自動找中心

*適應(yīng)控制

*信息顯示

*故障安全和自診斷等功能

能根據(jù)加工間隙的平均電壓或放電狀態(tài)的變化，通過取樣、變頻電路，不定期地向計算機發(fā)出中斷申請，暫停插補運算，自動調(diào)整伺服進給速度，保持某一平均放電間隙，使加工穩(wěn)定，提高切割速度和加工精度。

經(jīng)常記憶電極絲經(jīng)過的路線。發(fā)生短路時，改變加工條件并沿原來的軌跡快速后退，消除短路，防止斷絲。

線切割加工數(shù)控系統(tǒng)所控制的是電極絲中心移動的軌跡。因此，加工有配合間隙沖模的凸、凹模時，電極絲中心軌跡應(yīng)該向原圖形之外或內(nèi)偏移，進行“間隙補償”。

利用圖形的任意縮放功能可以加工出任意比例的相似圖形；利用任意角度的旋轉(zhuǎn)功能可使零件的編程大大簡化；而平移功能則同樣極大地簡化了跳步模具的編程。具有斷電記憶等功能。

可動態(tài)顯示程序號、計數(shù)長度等軌跡參數(shù)，較完善地采用計算機CRT屏幕顯示，還可以顯示電規(guī)準參數(shù)、切割軌跡圖形和切割速度、切割時間等。

使孔中的電極絲自動找正后停止在孔中心處。

在工件切割厚度變化的場合，改變規(guī)準之后，能自動改變伺服進給速度或電參數(shù)，不用人工調(diào)節(jié)就能自動進行高效率、高精度的穩(wěn)定加工。第二十五頁，共62頁。5.4.2電火花線切割編程

數(shù)控線切割加工機床的控制系統(tǒng)是根據(jù)人的“命令”控制機床進行加工的。因此必須先將要加工工件的圖形用機器所能接受的“語言”編好“命令”，以便輸入控制系統(tǒng)，這種“命令”就是線切割加工程序。這項工作叫數(shù)控線切割編程，簡稱編程。

數(shù)控線切割編程方法分為手工編程和微機自動編程。

為了便于機器接受“命令”，必須按照一定的格式來編制線切割加工機床的數(shù)控程序。目前高速走絲線切割機床一般采用

3B（個別擴充為4B或5B）數(shù)控程序格式，而低速走絲線切割機床普遍采用ISO（國際標準化組織）或EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會）數(shù)控程序格式。

第二十六頁，共62頁。1、3B程序指令格式

不管是什么圖形，只要能分解為直線和圓弧就可依次分別編程。

5.4.2電火花線切割編程

BXBYBJGZ分隔符X

坐標值分隔符Y

坐標值分隔符計數(shù)長度計數(shù)方向加工指令表

5-13B程序指令格式

圖5—15加工指令

B——分隔符號。

X、Y——坐標值。G——計數(shù)方向。J——計數(shù)長度。

Z——加工指令。

表中各個參數(shù)的含義為：

它在程序單上起著把

X、Y

和

J數(shù)值分隔開的作用。

分Ｇx或Ｇy，即可按X方向或Y方向計數(shù)，工作臺在該方向每走1μm，即計數(shù)累減1，當(dāng)累減到計數(shù)長度J=0時，這段程序即加工完畢。

為了保證所要加工的圓弧或直線段能按要求的長度加工出來，一般線切割加工機床是用從起點到終點某個滑板進給的總長度來作為計數(shù)長度的。分為直線L與圓弧R兩大類。

直線的終點對其起點的坐標值或圓弧起點對其圓心的坐標值，編程時均取絕對值，以μm為單位，最多為6位數(shù)。

圓弧按第一步進入的象限及走向的順圓、逆圓而分為順圓SR1、SR2、SR3、SR4及逆圓NR1、NR2、NR3、NR4共八種。

直線按走向和終點所在象限而分為L1、L2、L3、L4四種。返回直線編程方法返回圓弧編程方法第二十七頁，共62頁。5.4.2電火花線切割編程

2、直線的編程方法

XY原點終點(x，y)以直線的起點為原點，建立正常的直角坐標系，x，y

表示直線終點的坐標絕對值。

在直線

3B

代碼中，x，y

值主要是確定該直線的斜率，所以可將直線終點坐標的絕對值除以它們的最大公約數(shù)作為

x，y

的值，以簡化數(shù)值。

若直線與

X

或

Y

軸重合，為區(qū)別一般直線，x，y

均可寫作

0

也可以不寫。計數(shù)方向Ｇ的選取原則，應(yīng)取此程序最后一步的軸向為計數(shù)方向。對直線而言，取X、Y中較大的絕對值和軸向作為計數(shù)長度Ｊ和計數(shù)方向Ｇ。J

的取值方法為：由計數(shù)方向

G

確定投影方向，若

G=Gx，則將直線向

X

軸投影得到長度的絕對值即為

J

的值；若

G=Gy，則將直線向

Y

軸投影得到長度的絕對值即為

J

的值。加工指令

Z

按照直線走向和終點所在的坐標象限不同可分為

L1、L2、L3、L4，其中與+X

軸重合的直線算作

L1，與-X

軸重合的直線算作

L3，與+Y

軸重合的直線算作

L2，與-Y

軸重合的直線算作

L4，具體可參考圖５—15。終點(0，0)計數(shù)長度G=Gx第二十八頁，共62頁。x5.4.2電火花線切割編程

3、圓弧的編程方法以圓弧的圓心為坐標原點，建立正常的直角坐標系。

x，y

值的確定:用

x，y

表示圓弧起點坐標的絕對值。G

的確定:

計數(shù)方向（分Gx

和Gy）同樣也取與該圓弧終點時走向較平行的軸向作為計數(shù)方向，以減少編程和加工誤差，即取終點坐標絕對值小的軸向為計數(shù)方向（與直線編程相反）。J

的確定:按計數(shù)方向G（Gx

或Gy）取圓弧在Ｘ軸或Ｙ軸上的投影值作為計數(shù)長度。如果圓弧較長，跨越兩個以上象限，則分別取計數(shù)方向Ｘ軸（或Ｙ軸）上各個象限投影值的絕對值相累加，作為該方向總的計數(shù)長度。加工指令

Z

按照第一步進入的象限可分為

R1、R2、R3、R4；按切割的走向可分為順圓

S

和逆圓

N，于是共有

8

種指令：SR1、SR2、SR3、SR4、NR1、NR2、NR3、NR4，具體可參考圖５—15。yC（x，y）原點GxJ第二十九頁，共62頁。例5-1對如圖5—16所示的圖形進行編程。

解：

該工件由三段直線和一段圓弧組成，故需要分成四段來編寫程序：

5.4.2電火花線切割編程

4、編程舉例加工直線段

AB

以起點

A

為坐標原點，因AB與

X軸正重合，X、Y均可作0計，故程序為：

B40000BB40000GXL1或BBB40000GXL1（按X＝40000，Y＝0，也可編程為：B40000B0B40000GXL1，不會出錯）加工斜線段

BC

以

B

點為坐標原點，則

C

點對

B

點的坐標為

X=10000，

Y=90000，故程序為：B1B9B90000GYL1

加工圓弧

CD

以該圓弧圓心

O

為坐標原點，經(jīng)計算，圓弧起點

C

對圓心

O

點的坐標為：

X=30000，

Y=40000，故程序為：

B30000B40000B60000GxNR1

圖5—16

第三十頁，共62頁。

以

D

點為坐標原點，終點

A

對

D

點的坐標為

X=10000，

Y=90000，故程序為：

B1B9B90000GYL4

加工整個工件的程序單如下表

5.4.2電火花線切割編程

4、編程舉例加工斜線段

DA

實際線切割加工和編程時，要考慮鉬絲半徑r和單面放電間隙S的影響。對于切割孔和凹體，應(yīng)將程序軌跡偏移減小（r+S）距離，對于凸體，則應(yīng)偏移增大（r+S）距離。

程序BXBYBJGZ1B

B

B40000GXL12B1B9B90000GYL13B30000B40000B60000GXNR14B1B9B90000GYL45停機代碼D圖5—16

第三十一頁，共62頁。

例

5-2

用3B

代碼編制加工圖5—17(a)所示的線切割加工程序。已知線切割加工用的電極絲直徑為

0.18mm，單邊放電間隙為

0.01mm，圖中

A

點為穿絲孔，加工方向沿

A—B—C—D—E—F—G—H—Ｂ—A

進行。

(a)零件圖

(b)鉬絲軌跡圖

解

：

(1)分析?，F(xiàn)用線切割加工凸模狀的零件圖，實際加工中由于鉬絲半徑和放電間隙的影響，鉬絲中心運行的軌跡形狀如圖5—17(b)中虛線所示，即加工軌跡與零件圖相差一個補償量，補償量的大小為：

鉬絲半徑+單邊放電間隔=0.09+0.01=0.1mm

5.4.2電火花線切割編程

4、編程舉例圖5—17線切割圖形

第三十二頁，共62頁。表

5-3圓弧

EF

和

E′F′特點比較表

圖5—17線切割圖形

*在加工中需要注意的是

E′F′圓弧的編程，圓弧

EF(如圖5—17(a)所示)與圓弧

E′F′(如圖5—17(b)所示)有較多不同點，它們的特點比較如表

5-3

所示。

5.4.2電火花線切割編程

4、編程舉例（例

5-2）

起點起點所在象限圓弧首先進入象限圓弧經(jīng)歷象限圓弧

EFEX軸上第四相象第二、三象限圓弧

E′F′

E′第一象限第一象限第一、二、三、四象限(a)零件圖

(b)鉬絲軌跡圖第三十三頁，共62頁。5.4.2電火花線切割編程

4、編程舉例（例

5-2）

(2)計算并編制圓弧

E′F′的

3B

代碼。在圖5—17(b)中，最難編制的是圓弧

E′F′，其具體計算過程如下：

√

以圓弧

E′F′的圓心為坐標原點，建立直角坐標系，則

E′點的坐標為：YE′=0.1mm，

XE′=(20-0.1)2-0.12=19.900mm。根據(jù)對稱原理可得

F′的坐標為(-19.900，0.1)。

√

根據(jù)上述計算可知圓弧

E′F′的終點坐標的

Y

的絕對值小，所以計數(shù)方向為

Y。

圓弧

E′F′在第一、二、三、四象限分別向

Y

軸投影得到長度的絕對值分別為

0.1mm、19.9mm、19.9mm、0.1mm，故

J=40000。

E′F′B19900B100B40000GYSR1√由上可知，圓弧

E′F′的

3B

代碼為

√圓弧

E′F′首先在第一象限順時針切割，故加工指令為

SR1。

圖5—17（b）

第三十四頁，共62頁。

5.4.2電火花線切割編程

4、編程舉例（例

5-2）

(3)經(jīng)過上述分析計算，可得軌跡形狀的

3B

程序，如

表5-4

所示。

程序BXBYBJGZ備注1B0B0B2900GYL2加工A′B′線段2B40100B0B40100GXL1加工B′C′線段3B0B40200B40200GYL2加工C′D′線段4B0B0B20200GXL3加工D′E′線段5B19900B100B40000GYSR1加工E′F′圓弧線段6B20200B0B20200GXL3加工F′G′線段7B0B40200B40200GYL4加工G′H′線段8B40100B0B40100GXL1加工H′B′線段9B0B2900B2900GYL4加工B′A′線段10停機代碼D

表５-４

切割軌跡3B程序單

第三十五頁，共62頁。5.4.3ISO代碼的手工編程方法1、ISO代碼程序格式

對線切割加工來說，某一圖段（直線或圓?。┑某绦蚋袷綖椋篘××××G××X××××××Y××××××I××××××J××××××

字母是組成程序段的基本單元，一般是由一個關(guān)鍵字母加若干位十進制數(shù)字組成，具體如下：

程序段號

N：準備功能指令

G：是建立機床或控制系統(tǒng)方式的一種指令，其后為兩位數(shù)字表示各種不同的功能。尺寸字：尺寸字在程序段中主要是用來控制電極絲運動到達的坐標位置。輔助功能指令M：

位于程序段之首，表示一條程序的序號，后續(xù)為2～4位數(shù)字。

電火花線切割加工常用的尺寸字有X、Y、U、V、A、I、J等，尺寸字的后續(xù)數(shù)字應(yīng)加正負號，單位為μm。其中I、J為圓弧的圓心對圓弧起點的坐標值。其它為線段的終點坐標值。

由M功能指令及后續(xù)兩位數(shù)組成，即M00～M99，用來指令機床輔助裝置的接通或斷開。其中M00為程序暫停；M01為選擇停止；M02為程序結(jié)束。例如：第三十六頁，共62頁。5.4.3ISO代碼的手工編程方法2、ISO代碼按終點坐標有兩種表達及輸入方式

圓：以圖形中某一適當(dāng)點為坐標原點，用±X、±Y表示某段圓弧終點的絕對坐標值，用I、J表示圓心對圓弧起點的坐標值（圖5—18b）。

（1）絕對坐標方式，代碼為G90

線：以圖形中某一適當(dāng)點為坐標原點，用±X、±Y表示終點的絕對坐標值（圖5—18a）。（圖5—18a）（圖5—18b）第三十七頁，共62頁。5.4.3ISO代碼的手工編程方法2、ISO代碼按終點坐標有兩種表達及輸入方式

（2）增量（相對）坐標方式，代碼為G91

線：以線起點為坐標原點，用±X、±Y表達線的終點對起點的坐標值。圓：以圓弧的起點為坐標原點，用±X、±Y來表示圓弧終點對起點的坐標值，用I、J來表示圓心對圓弧起點的坐標值（圖5—18c）。

注意：在編寫程序時，采用哪種坐標方式，原則上都可以，但要根據(jù)具體的情況來確定，它與被加工零件圖樣的尺寸標注方法有關(guān)。

（圖5—18c）第三十八頁，共62頁。(1)以絕對坐標方式（G90）輸入進行編程（如右圖所示）

圖5—19(a)以絕對坐標編程

例5-3要加工如圖5—19（a）、（b）所示由4條直線和一個半圓組成的型孔或凹模，穿絲孔中鉬絲中心①的坐標為（5，20），按順時針切割。

5.4.3ISO代碼的手工編程方法3、ISO代碼手工編程舉例

N1G92X5000Y20000給定起始點圓心①的絕對坐標

N2G01X5000Y12500直線②終點的絕對坐標

N3X-5000Y12500直線③終點的絕對坐標

N4X-5000Y32500直線④終點的絕對坐標

N5X5000Y32500直線⑤終點的絕對坐標

N6X5000Y27500直線⑥終點的絕對坐標

N7G02X5000Y12500I0J-7500X、Y之值為順圓?、呓K點的絕對坐標，I、J之值為圓心對圓弧起點的相對坐標。

N8G01X5000Y20000直線⑧終點的絕對坐標

N9M02程序結(jié)束

第三十九頁，共62頁。5.4.3ISO代碼的手工編程方法3、ISO代碼手工編程舉例

例5-3要加工如圖5—19（a）、（b）所示由4條直線和一個半圓組成的型孔或凹模，穿絲孔中鉬絲中心①的坐標為（5，20），按順時針切割。

(2)以增量（相對）坐標方式（G91）輸入編程（如右圖所示）

N1G92X5000Y20000給定起始點圓心①的絕對坐標

N2G01X0Y-7500直線②終點對起始點①的相對坐標

N3X-1000Y0直線③終點對直線②終點的相對坐標

N4X0Y20000直線④終點對直線③終點的相對坐標

N5X10000Y0直線⑤終點對直線④終點的相對坐標

N6X0Y-5000直線⑥終點對直線⑤終點的相對坐標

N7G02X0Y-15000I0J-7500X、Y之值為順圓?、呓K點對圓弧起點的相對坐標，I、J之值為圓心對圓弧起點的相對坐標。

N8G01X0Y7500直線⑧終點對圓?、嘟K點的相對坐標

N9M02程序結(jié)束圖5—19(b)以相對坐標編程

第四十頁，共62頁。5.4.4自動編程

人工編程通常是根據(jù)圖紙把圖形分解成直線段和圓弧段，并把每段的起點、終點，中心線的交點、切點的坐標一一定出，按這些直線的起點、終點，圓弧的中心、半徑、起點、終點坐標進行編程的。

當(dāng)零件的形狀比較復(fù)雜或具有非圓曲線時，人工編程的工作量大，容易出錯，甚至無法實現(xiàn)。為了簡化編程工作，提高工作效率，我們可以利用計算機進行自動編程。

計算機自動編程的工作過程是根據(jù)加工工件圖紙輸入工件圖紙及尺寸，通過計算機自動編程軟件處理轉(zhuǎn)換成線切割控制系統(tǒng)所需要的加工代碼（如3B或ISO代碼等），工作圖形可在CRT屏幕上顯示，也可以打印出程序清單和圖形，或?qū)⒓庸ごa拷貝到磁盤，或?qū)⒊绦蛲ㄟ^編程計算機用通信方式傳輸給線切割控制系統(tǒng)。自動編程使用專用的數(shù)控語言及各種應(yīng)用軟件。由于計算機技術(shù)的發(fā)展和普及，現(xiàn)在很多數(shù)控線切割加工機床都配有微機編程系統(tǒng)。第四十一頁，共62頁。1）處理直線、圓弧、非圓曲線和列表曲線所組成的圖形。2）能以相對坐標和絕對坐標編程。

3）能進行圖形旋轉(zhuǎn)、平移、對稱（鏡像）、比例縮放、偏移、加線徑補償量、加過渡圓弧和導(dǎo)角等。

4）CRT顯示、打印圖表、繪圖機作圖、直接輸入線切割加工機床等多種輸出方式。

5.4.4自動編程微機自動編程系統(tǒng)的主要功能：此外，低速走絲線切割加工機床和近年來我國生產(chǎn)的一些高速走絲數(shù)控線切割加工機床，本身已具有多種自動編程機的功能，實現(xiàn)控制機與編程機合二為一，在控制加工的同時，可以“脫機”進行自動編程。返回第四十二頁，共62頁。第五章電火花線切割加工5.5電火花線切割的應(yīng)用

電火花線切割加工已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于國防、民用生產(chǎn)和科研工作中，用于加工各種難加工材料、復(fù)雜表面和有特殊要求的的零件、刀具和模具等。

返回第四十三頁，共62頁。切割速度

一、線切割加工的主要工藝指標

電極絲損耗量

5.5.1影響線切割工藝指標的因素

加工精度表面粗糙度

我國和歐洲通常采用輪廓算術(shù)平均偏差

Ra（μm）來表示表面粗糙度，日本則采用

Rmax（μm）來表示。高速走絲線切割加工的表面粗糙度一般為

Ra5～2.5μm，最佳也只有

Ra1μm左右。低速走絲線切割加工的表面粗糙度一般為

Ra1.25μm，最佳可達

Ra0.2μm。

對快走絲機床，電極絲損耗量用電極絲在切割

10000mm２面積后電極絲直徑的減少量來表示，一般鉬絲直徑減小量不應(yīng)大于

0.01mm。對慢走絲機床，由于電極絲是一次性的，故電極絲損耗量可忽略不計。

加工精度是指加工后工件的尺寸精度、幾何形狀精度（如直線度、平面度、圓度等）和位置精度（如平行度、垂直度、傾斜度等）的總稱。高速走絲線切割加工的可控加工精度在

0.01～0.02mm

左右，低速走絲線切割加工可達

0.005～0.002mm

左右。

在一定的切割條件下，單位時間內(nèi)電極絲中心線在工件上切過的面積總和稱為切割速度，單位為mm2/min。通常快走絲線切割速度為

50～100mm2/min，而慢走絲切割速度為100～150

mm2/min，它與加工電流大小有關(guān)，為了在不同脈沖電源、不同加工電流下比較切割效果，將每安培電流的切割速度稱為切割效率，一般切割效率為

20mm2/(min·A)。第四十四頁，共62頁。脈沖寬度ti

二、電參數(shù)的影響

5.5.1影響線切割工藝指標的因素

脈沖間隔

to

開路電壓ui

放電峰值電流ie

放電波形

通常情況下，放電脈沖寬度ti加大時，切割速度提高，加工表面粗糙度變差。一般取脈沖寬度ti＝2～60μs。在分組脈沖及光整加工時，ti可小至０.５μs以下。

放電脈沖間隔to減小時，平均電流增大，切割速度加快。但脈沖間隔to過小會引起電弧放電和斷絲。一般情況下，取脈沖間隔to＝(4～8)ti。在切割大厚度工件時，應(yīng)取較大值，以保持加工過程的穩(wěn)定性。

改變該值會引起放電峰值電流和放電加工間隙的改變。ui提高，加工間隙增大，排屑變易，可以提高切割速度和加工過程的穩(wěn)定性。但易造成電極絲振動，通常ui的提高會增加電源中限流電阻的發(fā)熱損耗，還會使絲損加大。

峰值電流增大，切割加工速度提高，表面粗糙度變差，電極絲的損耗比加大。一般取峰值電流ie小于

40A，平均電流小于

5A。慢走絲線切割加工時，因脈寬很窄，小于１μs，電極絲又較粗，故ie有時大于100A甚至500A。

在相同的工藝條件下，高頻分組脈沖常常能獲得較好的加工效果。電流波形的前沿上升比較緩慢時，電極絲損耗較少。不過當(dāng)脈寬很窄時，必須要有陡的前沿才能進行有效的加工。第四十五頁，共62頁。5.5.1影響線切割工藝指標的因素

三、非電參數(shù)的影響1.電極絲及其材料對工藝指標的影響

目前電火花線切割加工使用的電極絲材料有鉬絲、鎢絲、鎢鉬合金絲、黃銅絲、銅鎢絲等?？熳呓z線切割加工中廣泛使用鉬絲作為電極絲，因它耐損耗、抗拉強度高、絲質(zhì)不易變脆且較少斷絲。

提高電極絲的張力可減輕絲振的影響，從而提高精度和切割速度。

采用恒張力裝置可以在一定程度上改善絲張力的波動。但如果過分將張力增大，切割速度不僅不繼續(xù)上升，反而容易斷絲。

電極絲的直徑是根據(jù)加工要求和工藝條件選取的。在加工要求允許的情況下，可選用直徑大些的電極絲。直徑大，抗拉強度大，承受電流大，可采用較強的電規(guī)準進行加工，能夠提高輸出的脈沖能量，提高加工速度。

若電極絲過粗，則難加工出內(nèi)尖角工件，降低了加工精度；

若電極絲直徑過小，則抗拉強度低，易斷絲，而且切縫較窄，放電產(chǎn)物排除條件差，加工經(jīng)常出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，導(dǎo)致加工速度降低。

細電極絲的優(yōu)點是可以得到較小半徑的內(nèi)尖角，加工精度能相應(yīng)提高。

第四十六頁，共62頁。5.5.1影響線切割工藝指標的因素

三、非電參數(shù)的影響1.電極絲及其材料對工藝指標的影響

對于快走絲線切割機床，在一定的范圍內(nèi)，隨著走絲速度的提高，加工速度也提高。提高走絲速度有利于電極絲把工作液帶入較大厚度的工件放電間隙中，有利于電蝕產(chǎn)物的排除和放電加工的穩(wěn)定。但走絲速度過高，將加大機械振動、降低精度和切割速度，表面粗糙度也惡化，并易造成斷絲，一般以小于10m/s為宜。

快走絲線切割加工時，電極絲通過往復(fù)運動進行加工，工件表面往往會出現(xiàn)黑白交錯相間的條紋，電極絲進口處呈黑色，出口處呈白色。(如圖5—20所示)

電極絲往復(fù)運動還會造成斜度。

(如圖5—21所示、圖5—21所示)對于慢走絲線切割機床，電極絲的材料和直徑有較大的選擇范圍。由于電極絲單方向運動，加之便于維持放電間隙中的工作液和蝕除產(chǎn)物的大致均勻，所以可以避免黑白相間的條紋。同時，由于慢走絲系統(tǒng)電極絲運動速度低、一次性使用，張力均勻，振動較小，所以加工穩(wěn)定性、表面粗糙度、精度指標等均好于快走絲機床。

第四十七頁，共62頁。5.5.1影響線切割工藝指標的因素

三、非電參數(shù)的影響2.工件厚度及其材料對工藝指標的影響

工件材料薄，工作液容易進入和充滿放電間隙，對排屑和消電離有利，加工穩(wěn)定性好。

若工件材料太厚，工作液難進入和充滿放電間隙，這樣對排屑和消電離不利，加工穩(wěn)定性差，但電極絲不易抖動，因此切割精度較高，表面粗糙度值較小。

切割速度起先隨厚度的增加而增加，達到某一最大值（一般為50～100mm）后開始下降，這是因為厚度過大時，沖液和排屑條件變差。若工件太薄，電極絲易產(chǎn)生抖動，對加工精度和表面粗糙度帶來不良影響，且脈沖利用率低，切割速度下降。

工件材料的化學(xué)、物理性能不同，加工效果也將會有較大差異。

第四十八頁，共62頁。5.5.1影響線切割工藝指標的因素

三、非電參數(shù)的影響

3.預(yù)置進給速度對工藝指標的影響調(diào)節(jié)預(yù)置進給速度，使其緊密跟蹤工件蝕除速度，保持加工間隙恒定在最佳值左右，可以使有效放電狀態(tài)的比例大，而開路和短路的比例小，從而使切割速度達到給定加工條件下的最大值，相應(yīng)的加工精度和表面質(zhì)量也好。如果預(yù)置進給速度調(diào)得太快，超過工件可能的蝕除速度會出現(xiàn)頻繁的短路現(xiàn)象，切割速度反而低，表面粗糙度也差，上下端面切縫呈焦黃色，甚至可能斷絲。若進給速度調(diào)得太慢，明顯落后于工件可能的蝕除速度，極間將偏開路，有時會時而開路時而短路，上下端面切縫發(fā)焦黃色，影響工藝指標。在相同的工作條件下，采用的工作液不同，得到的加工速度、表面粗糙度不同。工作液的注入方式和注入方向?qū)€切割加工精度有較大影響。合理調(diào)節(jié)預(yù)置進給速度，使其達到較好的加工狀態(tài)是很重要的。機床機械部分精度（例如導(dǎo)軌、軸承、傳動誤差等）會影響工藝指標。第四十九頁，共62頁。

國產(chǎn)高速走絲線切割加工機床一般都采用

X、

Y

兩直角坐標軸，可以加工出各種復(fù)雜輪廓的二維零件。

5.5.2線切割加工工藝及其應(yīng)用

1、直壁二維型面的線切割加工

這類機床只有工作臺X、Y兩個數(shù)控軸，鉬絲在切割時始終處于垂直狀態(tài)，因此只能切割直上直下的直壁二維圖形曲面，常用以切割直壁沒有落料角（無錐度）的沖模和工具電極。

這類機床結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，由于調(diào)整環(huán)節(jié)少，故可控精度較高，早期絕大多數(shù)的線切割機床都屬于這類產(chǎn)品。

第五十頁，共62頁。

這類機床上除工作臺有X、Y兩個數(shù)控軸外，在上絲架上還有一個小型工作臺U、V兩個數(shù)控軸，使電極絲（鉬絲）上端可作傾斜移動，從而切割出傾斜有錐度的表面。

由于工作臺的X、Y和上絲架上小型工作臺的U、V四個數(shù)控軸是同步、成比例的，因此切割出的斜度（錐度）是相等的。

可以用來切割有落料角的沖?！，F(xiàn)在生產(chǎn)的大多數(shù)快走絲線切割機床都屬于此類機床。可調(diào)節(jié)的錐度最早只有30～100，現(xiàn)在已經(jīng)達到300甚至600以上。

5.5.2線切割加工工藝及其應(yīng)用

2、等錐角三維曲面切割加工第五十一頁，共62頁。5.5.2線切割加工工藝及其應(yīng)用

3、變錐度、上下異型面切割加工*在上下異型面切割加工中，軌跡控制的主要內(nèi)容是：

電極絲中心軌跡計算上下絲架投影軌跡計算拖動軸位移增量計算和細插補計算。

*這類機床在X、Y和U、V工作臺等機械結(jié)構(gòu)上與上述機床類似，所不同的是在編程和控制軟件上有所區(qū)別。*在切割上下不同的截面，例如上圓下方（圖5—23）的多維曲面時，在軟件上需按上截面和下截面分別編程，然后在切割時加以“合成”（例如指定上下異形面上的對應(yīng)點等）。電極絲（鉬絲）在切割過程中的斜度不是固定的，可以隨時變化。圖5—23“天圓地方”上下異形面

*國內(nèi)外生產(chǎn)的低速走絲線切割加工機床一般都能實現(xiàn)上下異型面的切割加工。現(xiàn)在少數(shù)高速走絲線切割加工機床也已經(jīng)具有上下異型面切割加工的功能。第五十二頁，共62頁。在普通的二維線切割加工機床上增加一個數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺附件；

5.5.2線切割加工工藝及其應(yīng)用

4、三維直紋曲面的線切割加工工件裝在用步進電動機驅(qū)動的回轉(zhuǎn)工作臺上；

采取數(shù)控移動和數(shù)控轉(zhuǎn)動相結(jié)合的方式編程；

用θ角方向的單步轉(zhuǎn)動來代替Ｙ軸方向的單步移動；

這時可完成象螺旋表面、雙曲線表面和正弦曲面等這些復(fù)雜曲面加工工藝。

如果我們要完成像螺旋表面、雙曲線表面和正弦曲面等這些復(fù)雜曲面加工工藝。可以采用下面的方法：

第五十三頁，共62頁。5.5.2線切割加工工藝及其應(yīng)用

4、三維直紋曲面的線切割加工

如圖

5—24所示為工件數(shù)控轉(zhuǎn)動θ角和X、Y數(shù)控二軸或三軸聯(lián)動加工各種三維直紋曲面實例的示意圖。

采用

CNC（計算機數(shù)控）控制的四軸聯(lián)動線切割加工機床，更容易實現(xiàn)三維直紋曲面的加工。

目前，一般采用上下面獨立編程法，這種方法首先分別編制出工件上表面和下表面二維圖形的

APT程序，經(jīng)后置處理得到上下表面的

ISO

程序，然后將兩個ISO

程序經(jīng)軌跡合成后得到四軸聯(lián)動線切割加工的

ISO

程序。

第五十四頁，共62頁。結(jié)束第五十五頁，共62頁。圖5—21電極絲運動引起的斜度

如圖5—21所示，當(dāng)電極絲上下運動時，電極絲進口處與出口處的切縫寬窄不同。寬口是電極絲的入口處，窄口是電極絲的出口處。

因此，當(dāng)電極絲往復(fù)運動時，在同一切割表面中電極絲進口與出口的高低不同。這對加工精度和表面粗糙度是有影響的。

返回5.5.1影響線切割工藝指標的因素

三、非電參數(shù)的影響1.電極絲及其材料對工藝指標的影響

圖5—22是切縫剖面示意圖。由圖可知，電極絲的切縫不是直壁縫，而是兩端小、中間大的鼓形縫。圖5—22