模塊四 數(shù)控線切割機(jī)床操作

項(xiàng)目：凸凹模的加工凸凹模的加工工藝路線圖

項(xiàng)目

凸凹模的加工【項(xiàng)目目標(biāo)】1.了解線切割加工的概念與特點(diǎn)、基本原理、應(yīng)用范圍等；2.掌握上絲和緊絲的操作方法；3.掌握線切割工藝及編程基礎(chǔ)（含3B代碼編程及G代碼編程）；4.學(xué)會(huì)正確操作機(jī)床，按圖樣要求分析加工工藝，編制并加工出合格產(chǎn)品；5.通過(guò)對(duì)企業(yè)產(chǎn)品凸凹模的加工，培養(yǎng)學(xué)生自主搜索資料、合作探究、規(guī)范操作意識(shí)，提高分析和解決問(wèn)題的能力，習(xí)得精益求精的工匠精神，養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)?！卷?xiàng)目描述】【項(xiàng)目鏈接】一、線切割機(jī)床的概述數(shù)控電火花線切割機(jī)床，簡(jiǎn)稱線切割機(jī)床，是以運(yùn)動(dòng)的金屬絲為工具電極，在控制系統(tǒng)的控制下，按預(yù)先設(shè)定的軌跡對(duì)工件進(jìn)行加工。線切割機(jī)床適合加工各種模具，切割微細(xì)精密及形狀復(fù)雜的零件、樣板，切割鎢片、硅片等。廣泛應(yīng)用在機(jī)械、電子電氣等領(lǐng)域。二、線切割機(jī)床的3B程序指令1.3B格式編程的格式（表4-1）表4-1

3B格式編程的格式BXBYBJGZ分隔符號(hào)X坐標(biāo)值分隔符號(hào)Y坐標(biāo)值分隔符號(hào)計(jì)數(shù)長(zhǎng)度計(jì)數(shù)方向加工指令其中：B——分隔符號(hào)X、Y——直線的終點(diǎn)相對(duì)于起點(diǎn)的相對(duì)坐標(biāo)，或圓弧的起點(diǎn)相對(duì)于圓弧圓心的相對(duì)坐標(biāo)。J——計(jì)數(shù)長(zhǎng)度，單位μm。G——計(jì)數(shù)方向，分GX和GY兩種。Z——加工指令，分直線加工指令和圓弧加工指令兩類，共12條。

圖4-3加工直線的指令

圖4-4圓弧加工指令三、線切割機(jī)床的ISO程序指令隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，為有利于國(guó)際交流合作，目前，我國(guó)生產(chǎn)的線切割機(jī)床逐步采用標(biāo)準(zhǔn)的G代碼編程格式。G代碼編程是一種通用的編程方法，由于其控制功能強(qiáng)大，使用廣泛，它將是數(shù)控發(fā)展的方向。程序段格式和程序格式1．ISO程序段格式程序段由若干個(gè)程序字組成，格式如下：N＿

G＿

X＿

Y＿功能地址含義順序號(hào)N程序段號(hào)準(zhǔn)備功能G指令動(dòng)作方式尺寸字X、Y、Z坐標(biāo)軸移動(dòng)指令A(yù)、B、C、U、V附加軸移動(dòng)指令I(lǐng)、J圓弧中心坐標(biāo)錐度參數(shù)W、H、S錐度參數(shù)指令進(jìn)給速度F速度進(jìn)給指令輔助功能M機(jī)床開(kāi)關(guān)及程序調(diào)用指令補(bǔ)償字D間隙及電極絲補(bǔ)償指令字是組成程序段的基本單元，一般都是由一個(gè)英文字母加若干位十進(jìn)制數(shù)字組成的，如：X8000，這個(gè)英文字母稱為地址字符。不同的地址字符表示的功能也不一樣，各種地址字符的含義和功能見(jiàn)表。（1）順序號(hào)

位于程序段之首，表示程序段的序號(hào)，后續(xù)數(shù)字2～4位，如N04、N0020等。（2）準(zhǔn)備功能G

準(zhǔn)備功能G是建立機(jī)床或控制系統(tǒng)工作方式的一種指令，其后有兩位正整數(shù)，即G00～G99。（3）尺寸字

尺寸字在程序段中主要是用來(lái)指令電極絲運(yùn)動(dòng)到達(dá)的坐標(biāo)位置。電火花線切割加工常用的尺寸字有X、Y、A、U、V、I、J等。尺寸字后的數(shù)字在要求代數(shù)符號(hào)時(shí)應(yīng)加正負(fù)號(hào)，單位為μm。（4）輔助功能M

由M功能指令及后續(xù)的兩位數(shù)字組成，即M00～M99，用來(lái)指令機(jī)床輔助裝置的接通或斷開(kāi)。2．程序格式一個(gè)完整的加工程序是由程序名、程序的主體（若干程序段）和程序結(jié)束指令組成，如：O1234;（程序開(kāi)始）

N10

G90

G92

X-15000

Y0;

N20

G01

X-11000

Y0;

N30

G01

X-10000

Y0;

N40

G01

X-10000

Y-9800;

N50

G03

X9800

Y-10000

I200

J0;

N60

G01

X9800

Y-10000;

N70

G03

X10000

Y-9800

I0

J200;

………………

（從N10段到此為程序內(nèi)容）

N180

M02;（程序結(jié)束）

%（1）程序名

數(shù)控系統(tǒng)一般在每個(gè)數(shù)控程序開(kāi)始必須指定該程序名，并將程序名按規(guī)定的要求寫(xiě)在程序的開(kāi)始。程序開(kāi)始的地址符通常有O、L、％等，在其后寫(xiě)數(shù)字，如O1234。（2）程序的主體

程序的主體由若干程序段組成，如上面加工程序中N01～N170段。所謂程序段，就是由一個(gè)地址或符號(hào)開(kāi)始，以“；”或“LF”為程序段結(jié)束符的一行程序；也有的數(shù)控系統(tǒng)程序段結(jié)束時(shí)不用“；”或“LF”這些特殊字符作為程序段結(jié)束標(biāo)志，每一行程序就是一個(gè)程序段。如上面的程序，每個(gè)程序段以程序段序號(hào)和其他各種字組成，以“；”結(jié)束。（3）程序結(jié)束指令M02

M02指令安排在程序的最后，單列一段。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行到M02程序段時(shí)，就會(huì)自動(dòng)停止進(jìn)給并使數(shù)控系統(tǒng)復(fù)位。3．G代碼及其編程代碼功能代碼功能G00

快速定位G55

加工坐標(biāo)系2G01

直線插補(bǔ)G56

加工坐標(biāo)系3G05X軸鏡像G59

加工坐標(biāo)系6G06Y軸鏡像G80

接觸感知G07X、Y軸交換G82

半程移動(dòng)G08X軸鏡像，Y軸鏡像G84

微弱放電找正G09X軸鏡像，X、Y軸交換G90

絕對(duì)坐標(biāo)G10Y軸鏡像，X、Y軸交換G91

增量坐標(biāo)G11Y軸鏡像，X軸鏡像，X、Y軸交換G92

定起點(diǎn)G12

消除鏡像M00

程序暫停G40

取消間隙補(bǔ)償M02

程序結(jié)束G41

左偏間隙補(bǔ)償，D偏移量M05

取消接觸感知G42

右偏間隙補(bǔ)償，D偏移量M96

主程序調(diào)用文件程序G50

消除錐度M97

主程序調(diào)用文件結(jié)束G51

錐度左偏W

下導(dǎo)輪到工作臺(tái)面高度G52

錐度右偏H

工件厚度G54

加工坐標(biāo)系1S

工作臺(tái)面到上導(dǎo)輪高度（1）快速定位指令G00

其程序段格式為：G00

X__

Y__；

數(shù)控系統(tǒng)在執(zhí)行該指令時(shí)，電極絲快速移動(dòng)到指定位置。

注意：如果程序段中有G01或G02，那么G00無(wú)效。（2）直線插補(bǔ)指令：G01數(shù)控系統(tǒng)在執(zhí)行該指令時(shí)，電極絲以給定的速度，從當(dāng)前點(diǎn)沿著當(dāng)前點(diǎn)與

目標(biāo)點(diǎn)的連線移動(dòng)，此時(shí)電極絲的移動(dòng)軌跡為一條直線。其序段格式為：G01

X__

Y__；（3）圓弧插補(bǔ)指令：G02、G03

G02為順時(shí)針插補(bǔ)圓弧指令，G03為逆時(shí)針插補(bǔ)圓弧指令。

用圓弧插補(bǔ)指令編寫(xiě)的程序段格式為：

G02

X__

Y__

I__

J__

G03

X__

Y__

I__

J__程序段中：X、Y分別表示圓弧終點(diǎn)坐標(biāo)。在絕對(duì)編程方式下，其值為圓弧終點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo)；在增量編程方式下，其值為圓弧終點(diǎn)相對(duì)于起點(diǎn)的坐標(biāo)。I、J是圓心相對(duì)圓弧起點(diǎn)的坐標(biāo)。不管是絕對(duì)編程方式還是增量編程方式，I、J的值都是指圓弧的圓心相對(duì)于圓弧起點(diǎn)的坐標(biāo)。（4）指令G90、G91、G92

G90為絕對(duì)尺寸指令。表示該程序段中的編程尺寸是按絕對(duì)尺寸給定的，即移動(dòng)指令終點(diǎn)坐標(biāo)值X、Y都是以工件坐標(biāo)系原點(diǎn)(程序的零點(diǎn))為基準(zhǔn)來(lái)計(jì)算的。

G91為增量尺寸指令。該指令表示程序段中的編程尺寸是按增量尺寸給定的，即坐標(biāo)值均以前一個(gè)坐標(biāo)位置作為起點(diǎn)來(lái)計(jì)算下一點(diǎn)的位置值。

G92為設(shè)定工件坐標(biāo)系指令。G92指令中的坐標(biāo)值為加工程序的起點(diǎn)坐標(biāo)值。其程序段格式為：G92

X__

Y__（5）鏡像及交換指令G05、G06、G07、G08、G10、G11、G12

G05為X軸鏡像，函數(shù)關(guān)系式：X＝-X

G06為Y軸鏡像，函數(shù)關(guān)系式：Y＝-Y在加工模具零件時(shí)，常會(huì)遇到所加工零件上的形狀是對(duì)稱的。如圖4-5所示中的ABC和A′B′C′的加工程序，可以先編制其中一個(gè)，然后通過(guò)鏡像交換指令即可加工。G12為鏡像消除指令。凡有鏡像交換指令的程序，都需用G12作為該程序的消除指令。圖4-5

Y軸鏡像（6）間隙補(bǔ)償指令G40、G41、G42G41為左偏補(bǔ)償指令，其程序段格式為：G41D__G42為右偏補(bǔ)償指令，其程序段格式為：G42D__程序段中的D表示電極絲偏移量，其計(jì)算方法與前面方法相同。注意：左偏、右偏是沿加工方向看，電極絲在加工圖形左邊為左偏；電極絲在右邊為右偏，如圖4-6所示。

圖4-6

間隙補(bǔ)償指令四、確定計(jì)算坐標(biāo)系由于圖形上、下對(duì)稱，孔的圓心在圖形對(duì)稱軸上，圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)（如圖6.35）。因?yàn)閳D形對(duì)稱于X軸，所以只需求出X軸上半部（或下半部）鉬絲中心軌跡上各段的交點(diǎn)坐標(biāo)值，從而使計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)化。五、確定補(bǔ)償距離補(bǔ)償距離為：ΔR=(0.1/2+0.01)mm=0.06mm鉬絲中心軌跡，如圖所示。六、計(jì)算交點(diǎn)坐標(biāo)

將電極絲中心點(diǎn)軌跡劃分成單一的直線或圓弧段。求E點(diǎn)的坐標(biāo)值：因兩圓弧的切點(diǎn)必定在兩圓弧的連心線OO1上。直線OO1的方程為Y=(2.75/3)X。故可求得E點(diǎn)的坐標(biāo)值X、Y為X=-1.570mmY=-1.493mm其余各點(diǎn)坐標(biāo)可直接從圖形中求得到,見(jiàn)表。切割型孔時(shí)電極絲中心至圓心O的距離（半徑）為R=（1.1-0.06）mm=1.04mm交點(diǎn)XY交點(diǎn)XY圓心XYB-3.74-2.11G-30.81O1-3-2.75C-3.74-0.81H-30.81O2-3-2.75D-3-0.81I-3.742.11

E-1.57-1.4393K-6.962.11

【項(xiàng)目實(shí)施】一、線切割機(jī)床Z軸行程的調(diào)整

線切割加工時(shí)，高速走絲機(jī)床的上導(dǎo)輪(或低速走絲機(jī)床的上導(dǎo)向器)與下導(dǎo)輪(或下導(dǎo)向器)的距離由加工工件的厚度決定。上導(dǎo)輪與下導(dǎo)輪的距離越小，電極絲運(yùn)行時(shí)振動(dòng)的振幅越小，加工粗糙度越低。線架的下臂是固定的，上臂是可調(diào)的。高速走絲線切割機(jī)床是靠手搖手輪調(diào)整Z軸行程，低速走絲線切割機(jī)床是按Z向鍵自動(dòng)調(diào)整Z軸行程。要注意的是，高速走絲機(jī)床在調(diào)整Z軸行程前須松開(kāi)鎖緊螺釘，調(diào)整后須固緊鎖緊螺釘，而低速走絲線切割機(jī)床是自動(dòng)鎖緊。Z軸行程即上臂升降的位置由工件上表面決定，高速走絲線切割機(jī)床的上臂下表面與工件上表面的距離一般是10～20mm，低速走絲線切割機(jī)床Z軸行程的調(diào)整按說(shuō)明書(shū)要求確定。例如北京阿奇公司的XENON低速走絲線切割機(jī)要求工件上表面與噴嘴端面距離保持在0.05～O.10mm。二、線切割機(jī)床的上絲及穿絲操作1.上絲操作上絲的過(guò)程是將電極絲從絲盤(pán)繞到高速走絲線切割機(jī)床貯絲筒上的過(guò)程。對(duì)不同的機(jī)床操作可能略有不同，下面以北京阿奇公司的FW系列為例說(shuō)明上絲的三個(gè)要點(diǎn)(如圖4-8，圖4-9所示)。1-上絲電機(jī)電壓泵；2-上絲電機(jī)啟停開(kāi)關(guān)；3-絲簡(jiǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)；4-緊急停止開(kāi)關(guān)；5-上絲電機(jī)電壓調(diào)節(jié)按鈕；6-絲簡(jiǎn)停止開(kāi)關(guān)；

圖4-8

上絲示意圖

圖4-9貯絲筒操作面板1）上絲以前，要先移開(kāi)左、右行程開(kāi)關(guān)，再啟動(dòng)絲筒，將其移到行程左端或右端極限位置(目的是將電極絲上滿，如果不需要上滿，則需與極限位置有一段距離)；2）上絲過(guò)程中要打開(kāi)上絲電機(jī)起停開(kāi)關(guān)，并旋轉(zhuǎn)上絲電機(jī)電壓調(diào)節(jié)按鈕以調(diào)節(jié)上絲電機(jī)的反向力矩(目的是保證上絲過(guò)程中電極絲上有均勻的張力)；3）按照機(jī)床的操作說(shuō)明書(shū)，按上絲示意圖提示將電極絲從絲盤(pán)繞到貯絲筒上。注意：應(yīng)在上絲前試好左右行程開(kāi)關(guān)與絲筒旋轉(zhuǎn)方向、絲筒移動(dòng)方向的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以確定上絲時(shí)啟動(dòng)的行程開(kāi)關(guān)。三、電極絲垂直度的調(diào)整在進(jìn)行精密零件加工或切割錐度等情況下需要重新校正電極絲對(duì)工作臺(tái)平面的垂直度。電極絲垂直度找正的常見(jiàn)方法有兩種，一種是利用找正塊，另一種是利用校正器。1.利用找正塊進(jìn)行火花法找正找正塊是一個(gè)六方體或類似六方體（如圖4-10（a）所示）。在校正電極絲垂直度時(shí)，首先目測(cè)電極絲的垂直度，若明顯不垂直，則調(diào)節(jié)U，V軸，使電極絲大致垂直工作臺(tái)；然后將找正塊放在工作臺(tái)上，在弱加工條件下，將電極絲沿X方向緩緩移向找正塊。當(dāng)電極絲塊碰到找正塊時(shí)，電極絲與找正塊之間產(chǎn)生火花放電，肉眼觀察產(chǎn)生的火花。若火花上下均勻（如圖4-10（b）所示），則表明該方向上電極絲垂直度良好；若下面火花多（如圖4-10（c）所示），則說(shuō)明電極絲右傾，故將U軸的值調(diào)小，直至火花上下均勻；若上面火花多（如圖4-10（d）所示），則說(shuō)明電極絲左傾，故將U軸的值調(diào)大，直至火花上下均勻。同理，調(diào)節(jié)V軸的值，使電極絲在V軸垂直度良好。(a)找正塊

(b)垂直度較好

(c)垂直度較差（右傾）(d)垂直度較差（左傾）圖4-10

火花法校正電極絲垂直度在用火花法校正電極絲的垂直度時(shí)，需要注意幾點(diǎn)：1）找正塊使用一次后，其表面會(huì)留下細(xì)小的放電痕跡。下次找正時(shí)，要重新?lián)Q位置，不可用有放電痕跡的位置碰火花校正電極絲的垂直度。2）在精密零件加工前，分別校正U，V軸的垂直度后，需要再檢驗(yàn)電極絲垂直度校正的效果。具體方法是：重新分別從U，V軸方向碰火花，看火花是否均勻。若U，V方向上火花均勻，則說(shuō)明電極絲垂直度較好；若U，V方向上火花不均勻，則重新校正，再檢驗(yàn)。2）在校正電極絲垂直度之前，電極絲應(yīng)張緊，張力與加工中使用的張力相同。4）在用火花法校正電極絲垂直度時(shí)，電極絲要運(yùn)行，以免電極絲斷絲。2.用校正器進(jìn)行校正校正器是一個(gè)觸點(diǎn)與指示燈構(gòu)成的光電校正裝置，電極絲與觸點(diǎn)接觸時(shí)指示燈亮。它的靈敏度較高，使用方便且直觀。底座用耐磨不變形的大理石或花崗巖制成，如圖4-11所示。使用校正器進(jìn)行校正電極絲垂直度的方法與火花法大致相似，如圖4-12所示，主要區(qū)別是：火花法是觀察火花上下是否均勻，而用校正儀則是觀察指示燈。若在校正過(guò)程中，指示燈同時(shí)亮，則說(shuō)明電極絲垂直度良好，否則需要校正。1-上下測(cè)量頭；2-上下指示燈；3-導(dǎo)線及夾子；4-蓋板；5-支座圖4-11DF55-J50A型垂直度校正器

圖4-12

垂直度校正器校正工件四、工件的裝夾線切割加工屬于較精密加工，工作的裝夾對(duì)加工零件的定位精度有直接影響，特別在模具制造等加工中，需要認(rèn)真仔細(xì)地裝夾工件。1.線切割加工的工件在裝夾中需要注意如下幾點(diǎn)：1）工件的定位面要有良好的精度，一般以磨削加工過(guò)的面定位為好，棱邊倒鈍，孔口倒角。2）切人點(diǎn)要導(dǎo)電，熱處理件切入處要去除殘物及氧化皮。3）熱處理件要充分回火去應(yīng)力，平磨件要充分退磁。4）工件裝夾的位置應(yīng)利于工件找正，并應(yīng)與機(jī)床的行程相適應(yīng)，夾緊螺釘高度要合適，避免干涉到加工過(guò)程，上導(dǎo)輪要壓得較低。5）對(duì)工件的夾緊力要均勻，不得使工件變形和翹起。6）批量生產(chǎn)時(shí)，最好采用專用夾具，以利于提高生產(chǎn)率。7）加工精度要求較高時(shí)，工件裝夾后，必須通過(guò)百分表來(lái)校正工件，使工件平行于機(jī)床坐標(biāo)軸，垂直于工作臺(tái)。2.在實(shí)際線切割加工中，常見(jiàn)的工件裝夾方法有：（1）懸臂式支撐

工件直接裝夾在臺(tái)面上或橋式夾具的一個(gè)刃口上，如圖4-13所示的懸臂式支撐通用性強(qiáng)，裝夾方便，但容易出現(xiàn)上仰或傾斜，一般只在工件精度要求不高的情況下使用。如果由于加工部位所限只能采用此裝夾方法而加工又有垂直度要求時(shí)，要拉表找正工件上表面。（2）垂直刃口支撐

如圖4-14所示，工件裝在具有垂直刃口的夾具上，此種方法裝夾后工件也能懸伸出一角便于加工。裝夾精度和穩(wěn)定性較懸伸式為好，也便于拉表找正，裝夾時(shí)注意夾緊點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)刃口。

圖4-13懸臂式支撐

圖4-14垂直刃口支撐（2）垂直刃口支撐

如圖4-14所示，工件裝在具有垂直刃口的夾具上，此種方法裝夾后工件也能懸伸出一角便于加工。裝夾精度和穩(wěn)定性較懸伸式為好，也便于拉表找正，裝夾時(shí)注意夾緊點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)刃口。（3）橋式支撐方式

如圖4-15所示，此種裝夾方式是快走線切割最常用的裝夾方法，適用于裝夾各類工件，特別是方形工件，裝夾后穩(wěn)定。只要工件上、下表面平行，裝夾力均勻，工件表面即能保證與臺(tái)面平行。橋的側(cè)面也可作定位面使用，拉表找正橋的側(cè)面與工作臺(tái)X方向平行，工件如果有較好的定位側(cè)面，與橋的側(cè)面靠緊即可保證工件與X方向平行。（4）板式支撐方式

如圖4-16所示，加工某些外周邊已無(wú)裝夾余量或裝夾余量很小、中間有孔的零件，可在底面加一托板，用膠粘固或螺栓壓緊，使工件與托板連成一體，且保證導(dǎo)電良好，加工時(shí)連托板一塊切割。圖4-15橋式支撐方式

圖4-16板式支撐方式（5）分度夾具裝夾1）軸向安裝的分度夾具：如小孔機(jī)上彈簧夾頭的切割，要求沿軸向切兩個(gè)垂直的窄槽，即可采用專用的軸向安裝的分度夾具，如圖4-17所示。分度夾具安裝于工作臺(tái)上，三爪內(nèi)裝一檢棒，拉表跟工作臺(tái)的X或Y方向找平行，工件安裝于三爪上，旋轉(zhuǎn)找正外圓和端面。找中心后切完第一個(gè)槽，旋轉(zhuǎn)分度夾具旋鈕，轉(zhuǎn)動(dòng)90°，切另一槽。2）端面安裝的分度夾具：如加工中心上鏈輪的切割，其外圓尺寸已超過(guò)工作臺(tái)行程，不能一次裝夾切割，即可采用分齒加工的方法。如圖4-18所示，工件安裝在分度夾具的端面上，通過(guò)心軸定位在夾具的錐孔中，一次加工2～3齒，通過(guò)連續(xù)分度完成一個(gè)零件的加工。圖4-17軸向安裝的分度夾具

圖4-18端面安裝的分度夾具五、凸凹模線切割加工程序切割凸凹模時(shí)，不僅要切割外表面，而且還要切割內(nèi)表面，因此要在凸凹模型孔的中心O處鉆穿絲孔。先切割型孔，然后再按B→C→D→E→F→G→H→I→K→A→B的順序切割。1.3B格式切割程序單見(jiàn)表4-5。2.ISO格式切割程序單見(jiàn)表4-5。表4-5

ISO格式切割程序序號(hào)BXBYBJGZ說(shuō)明1B

B

B001040GxL3穿絲切割2B1040B

B004160GySR2

3B

B

B001040GxL1

4

D拆卸鉬絲5B

B

B013000GyL4空走6B

B

B003740GxL