1、3. 電火花線切割加工（Wire Cut Electrical Discharge Machining),線切割加工的基本原理 線切割加工的機(jī)理 線切割加工的分類、設(shè)備 影響線切割加工藝指標(biāo)的因素 線切割加工工藝及應(yīng)用 線切割控制系統(tǒng)和編程技術(shù) 線切割加工新技術(shù),3.1 電火花線切割加工原理,電極絲與工件之間脈沖放電（正極性加工） 電極絲沿其軸向作走絲運(yùn)動（金屬絲0.0060.2mm） 工件相對于電極絲在X、Y平面內(nèi)作數(shù)控運(yùn)動 快走絲：走絲速度 810m/s，往復(fù)運(yùn)動（我國獨(dú)創(chuàng)） 慢走絲：走絲速度 0.2 m/s，單向運(yùn)動,電火花線切割加工原理,3.2 線切割加工機(jī)理,放電間隙的構(gòu)成,一次放電

2、的微觀過程,第一步：形成放電通道,一次放電的微觀過程,第二步：電弧成長、金屬熔解、氣化,一次放電的微觀過程,第三步：爆炸、電極材料拋出,一次放電的微觀過程,第四步：冷卻、排屑、極間消電離,3.3 線切割加工的分類、設(shè)備,3.3.1 線切割加工的分類： 按電極絲的運(yùn)行速度： 高速走絲電火花線切割機(jī)床（810m/s） 低速走絲電火花線切割機(jī)床（ 0.2 m/s） 按機(jī)床控制方式： 靠模仿型控制 光電跟蹤控制 數(shù)字程序控制（95%以上） 按加工尺寸范圍： 大、中、小型,3.3.2 線切割加工設(shè)備的組成,脈沖電源 控制系統(tǒng) 工作液循環(huán)系統(tǒng) 機(jī)床本體 坐標(biāo)工作臺 走絲機(jī)構(gòu) 絲架 床身,快走絲線切割加工設(shè)

3、備組成,快走絲線切割加工設(shè)備,快走絲線切割加工設(shè)備,蘇州蘭博高科技企業(yè)集團(tuán)（DK7725）,慢走絲線切割加工設(shè)備組成,慢走絲線切割加工設(shè)備,慢走絲線切割加工設(shè)備,兩種切割機(jī)床的區(qū)別,兩種切割機(jī)床加工工藝水平比較,快走絲切割機(jī)床運(yùn)絲機(jī)構(gòu),一定長度的電極絲平整地卷繞在儲絲筒上，絲張力與排繞時的拉緊力有關(guān)，走絲速度等于儲絲筒周邊的線速度，通常為810m/s。,慢走絲切割機(jī)床運(yùn)絲機(jī)構(gòu),快走絲切割機(jī)床錐度切割裝置,快走絲切割機(jī)床錐度切割裝置,偏移式絲架 最大切割錐度5度。,慢走絲切割機(jī)床錐度切割裝置,線切割用脈沖電源,為什么采用正極性加工？ 電極絲細(xì)，WM不能過大，即：電流小（15A），窄脈沖（260s

4、） 短脈沖加工中，正極性加工保護(hù)工具電極,線切割用脈沖電源,線切割用脈沖電源 晶體管矩形波脈沖電源 高頻分組脈沖電源 低損耗電源 電流上升率小（di/dt），電極散熱好，損耗低,晶體管矩形波脈沖電源 控制功率管的VT基極以形成電壓脈寬ti、電流脈寬te和脈沖間隔t0，限流電阻R1、 R2決定峰值電流e。 用于高速走絲線切割機(jī)床。,高頻分組脈沖電源,把較高頻率的小脈寬和小脈間的矩形波脈沖分組成為大脈寬和大脈間輸出。,并聯(lián)電容脈沖電源 是實(shí)現(xiàn)短放電時間高峰值電流的一種方法，常用于低速走絲線切割機(jī)床。,并聯(lián)電容脈沖電源 利用晶體管開通時間ti和截止時間t0的不同組合，可以改變充電電壓波形的前沿。而且

5、一旦放電電流發(fā)生，可使晶體管變?yōu)榻刂範(fàn)顟B(tài)，阻止電源供給電流。每次放電的能量是由直流電壓及電容器的容量決定的。,并聯(lián)電容型電路的電壓、電流波形,低損耗電源 減小放電電流的上升率可降低電極絲的損耗，還可以提高加工精度及重復(fù)使用的電極絲壽命。 前階梯波脈沖電源可滿足電流上升率小的要求，它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。,前階梯波放電電流波形,工作液循環(huán)系統(tǒng),工作液： 慢走絲：去離子水，浸泡式 快走絲：乳化液，澆注式 對工作液的要求 絕緣性能 洗滌性能 冷卻性能 環(huán)保 工作液循環(huán)系統(tǒng)的組成 工作液泵、液箱、過濾器、管道和流量控制閥等組成,3.4 影響線切割工藝指標(biāo)

6、的因素,主要工藝指標(biāo)（1） 線切割速度（mm2/min） 在保持一定表面粗糙度的切割過程中，單位時間內(nèi)電極絲中心在工件切過的面積總和。 最大切割速度 不計(jì)切割方向和表面粗糙度的條件下，能達(dá)到的切割速度。高速走絲40 80 mm2/min。 切割效率 每安培電流的切割速度，一般為20 mm2/（min A）。,主要工藝指標(biāo)（2） 表面粗糙度Ra 高速： Ra52.5 m；低速： Ra1.250.2 m 電極絲的損耗量 切割一定面積后，電極絲直徑的減少量 對高速走絲機(jī)床，切割10000 mm2面積后電極絲直徑的減少量。此時鉬絲直徑減小不應(yīng)大于0.01mm。 加工精度：尺寸、形狀精度和位置精度 高速

7、：0.010.02 mm；低速： 0.0050.002 mm,3.4 影響線切割工藝指標(biāo)的因素,3.4 影響線切割工藝指標(biāo)的因素,電參數(shù) 電極絲及其移動速度 工件厚度及材料 預(yù)置進(jìn)給速度,3.4 影響線切割工藝指標(biāo)的因素,電參數(shù) 脈寬ti：ti 加大，加工速度提高，Ra降低 (260s)。 脈間t0：t0減小，平均電流增大，切割速度加快。但t0過小，引起電弧和斷絲（48s） 開路電壓：對放電峰值電流和電加工間隙有影響，u加工間隙易排削。但絲損大。 放電峰值電流：峰值電流提高，切割速度快， 粗糙度差，易斷絲。 脈沖電壓波形：在相同的工藝條件下，高頻分組脈沖可獲得好的加工效果。,3.4 影響線切割

8、工藝指標(biāo)的因素,電極絲及其移動速度 電極絲材料：高速走絲0.060.20mm鉬絲，低速走絲0.3mm以下鍍鋅黃銅絲（高生產(chǎn)率）和 0.03mm以上鉬絲（精細(xì)加工）。 電極絲張力 過小電極絲振動不穩(wěn)定精度下降 （解決方法：恒張力裝置） 電極絲移動速度 過小排屑、冷卻差精度下降 過快電極絲振動精度下降 電極絲直徑 過小峰值電流小加工速度慢 過大切縫寬度增大,3.4 影響線切割工藝指標(biāo)的因素,工件的厚度及材料 工件厚度（一般為50 100mm） 過薄電極絲抖動精度下降 排屑、消電離好、加工穩(wěn)定 過厚 排屑、消電離差不穩(wěn)定 電極絲抖動小、 精度高 工件材料 工件材料熱學(xué)常數(shù)不同，加工效果也不同,3.4

9、 影響線切割工藝指標(biāo)的因素,預(yù)置進(jìn)給速度（進(jìn)給速度的調(diào)節(jié)） 進(jìn)給速度蝕除速度 易短路不穩(wěn)定 進(jìn)給速度蝕除速度 開路不穩(wěn)定 進(jìn)給速度蝕除速度 最佳 電壓，電流表的指針擺動情況，可以判斷加工的穩(wěn)定性。,3.5 線切割加工工藝及應(yīng)用,線切割加工的特點(diǎn) 線切割工藝的應(yīng)用,2. 線切割加工的特點(diǎn),（1）無需特定形狀的工具電極，節(jié)約了電極設(shè)計(jì)、制造費(fèi)用，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時間,（2）由于加工表面的幾何輪廓由CNC控制的運(yùn)動獲得，容易獲得復(fù)雜的平面形狀,（3）電極絲在加工中不斷移動，使電極絲損耗較少，有利于提高加工精度,（4）由于電極絲較細(xì)，可以加工微細(xì)異形孔、窄縫和復(fù)雜形狀工件，由于切縫很窄，金屬去除量少，可

10、對工件套料加工，材料利用率高，節(jié)約貴重金屬,（5）不同工件只需編制不同程序，易實(shí)現(xiàn)自動化,（6）不能加工盲孔類零件表面和階梯形表面（立體形狀表面）,共性： 加工機(jī)理相似（靠瞬時放電熔化金屬來加工） 加工電壓，電流波形，放電形式相似 生產(chǎn)率，表面粗糙度等工藝規(guī)律相似 材料的可加工性相似。都可加工一切導(dǎo)電材料,線切割加工的特點(diǎn)與電火花加工相比較,不同點(diǎn)： 電極工具直徑小，脈沖寬度，平均電流不能太大。屬中、精正極性加工 疏松接觸式輕壓放電現(xiàn)象 采用水或水基工作液，不會引然起火，易實(shí)現(xiàn)安全無人運(yùn)轉(zhuǎn)。 因電極絲與工件始終有相對運(yùn)動，無穩(wěn)定電弧放電狀態(tài)。 省掉成型工具電極的費(fèi)用，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間。 電極絲

11、細(xì)，切縫窄，可凸，凹模同時加工，節(jié)省材料。 電極絲的損耗對加工精度影響小。,線切割加工的特點(diǎn)與電火花加工相比較,線切割加工工藝的應(yīng)用,加工微型齒輪,微細(xì)結(jié)構(gòu)和復(fù)雜形狀,微細(xì)結(jié)構(gòu)和復(fù)雜形狀,微細(xì)結(jié)構(gòu)和復(fù)雜形狀,高硬度導(dǎo)電材料成型加工,模具形面及型腔加工,模具形面及型腔加工,利用二維線切割機(jī)床，加工三維直紋曲面,利用二維線切割機(jī)床，加工三維復(fù)雜曲面,雙曲面加工,平面凸輪加工,螺旋曲面加工,端面凸輪加工,窄螺旋槽加工,寶塔加工,3.6 線切割控制系統(tǒng)和編程技術(shù),線切割控制系統(tǒng) 線切割數(shù)控編程方法,3.6.1 線切割控制系統(tǒng),線切割控制系統(tǒng)的組成 軌跡控制原理 加工控制功能,線切割控制系統(tǒng)的組成,切割

12、軌跡控制系統(tǒng) 控制電極絲相對于工件的運(yùn)動軌跡 進(jìn)給控制系統(tǒng) 進(jìn)給速度=蝕除速度 走絲機(jī)構(gòu)控制 機(jī)床操作控制及其他輔助控制,軌跡控制原理,常用的軌跡控制方法 逐點(diǎn)比較法、數(shù)字積分法、矢量判別法、最小偏差法 逐點(diǎn)比較法 偏差F = tg -tg0 0 沿X軸方向進(jìn)一步 F = Ri - R00 沿X軸方向進(jìn)一步,F=tg -tg0,F = Ri - R0,逐點(diǎn)比較法的控制過程,1.偏差判別 2.進(jìn)給 3.偏差計(jì)算 4.終點(diǎn)判斷,加工控制功能,進(jìn)給控制：進(jìn)給速度=蝕除速度 短路回退：按遠(yuǎn)路退回（記憶路徑功能） 間隙補(bǔ)償： 圖形微放：縮放、旋轉(zhuǎn)、平移圖形 適應(yīng)控制：根據(jù)工況改變電規(guī)準(zhǔn) 自動找中心： 信

13、息顯示：加工過程相關(guān)信息,間隙補(bǔ)償方法,r,r,凸體的加工,凹體的加工,3.6.2 線切割數(shù)控編程方法,編程方法 手工編程： 自動編程：根據(jù)圖紙要求由計(jì)算機(jī)自動完成 程序代碼形式 G指令（ISO標(biāo)準(zhǔn)代碼） 3B指令 自動編程 語言式編程 繪圖式編程,G指令編程方法,引入坐標(biāo)： 將圖形置于坐標(biāo)系中，計(jì)算出加工起始點(diǎn)和終點(diǎn)坐標(biāo)（單位：m），可帶正負(fù)號，正號可忽略,G指令： 直線 絕對坐標(biāo)式 相對坐標(biāo)式 圓弧 絕對坐標(biāo)式 相對坐標(biāo)式,G指令格式：絕對坐標(biāo)式（直線）,絕對坐標(biāo)式,G01XaYb,ABCA：,G90(表明絕對坐標(biāo)式),AB：G01X1000Y1000,BC：G01X4000Y1000,C

14、A：G01X1000Y5000,a：終點(diǎn)的X坐標(biāo)值(m) b：終點(diǎn)的Y坐標(biāo)值(m),M02,G指令格式：絕對坐標(biāo)式（直線）,絕對坐標(biāo)式,G01XaYb,a：終點(diǎn)的X坐標(biāo)值(m) b：終點(diǎn)的Y坐標(biāo)值(m),ACBA：,G90(表明絕對坐標(biāo)式),AC：G01X4000Y1000,CB：G01X1000Y1000,BA：G01X1000Y5000,M02,G指令格式：相對坐標(biāo)式（直線）,相對坐標(biāo)式,G01XaYb,ABCA：,G91(表明相對坐標(biāo)式),AB：G01X0Y-4000,BC：G01X3000Y0,CA：G01X-3000Y4000,a：X的坐標(biāo)增量(m) b：Y的坐標(biāo)增量(m) 坐標(biāo)值增

15、大： 坐標(biāo)值減小： 坐標(biāo)值不變：0,M02,G指令格式：相對坐標(biāo)式（直線）,相對坐標(biāo)式,G01XaYb,a：X的坐標(biāo)增量(m) b：Y的坐標(biāo)增量(m) 增大： 減?。?不變：0,ACBA：,G91(表明相對坐標(biāo)式),AC：G01X3000Y-4000,CB：G01X-3000Y0,BA：G01X0Y4000,M02,G指令格式：絕對坐標(biāo)式（圓弧）,絕對坐標(biāo)式（順時針 G02）,G02XaYb IcJd,ABC：,G90(表明絕對坐標(biāo)式),AB：G02X5000Y0 I0 J-5000,BC：G02X0Y-5000 I -5000 J0,a：圓弧終點(diǎn)的X坐標(biāo)(m) b：圓弧終點(diǎn)的Y坐標(biāo)(m) c

16、：圓心相對于加工起點(diǎn)的X坐標(biāo)(m) d：圓心相對于加工起點(diǎn)的Y坐標(biāo)(m),M02,G指令格式：絕對坐標(biāo)式（圓?。?絕對坐標(biāo)式（逆時針 G03）,G03XaYb IcJd,a：圓弧終點(diǎn)的X坐標(biāo)(m) b：圓弧終點(diǎn)的Y坐標(biāo)(m) c：圓心相對于加工起點(diǎn)的X坐標(biāo)(m) d：圓心相對于加工起點(diǎn)的Y坐標(biāo)(m),ADC：,G90(表明絕對坐標(biāo)式),AD：G03X-5000Y0 I 0J -5000,DC：G03X0Y-5000 I 5000 J0,M02,G指令格式：相對坐標(biāo)式（圓弧）,相對坐標(biāo)式（順時針 G02 ）,G02XaYb IcJd,ABC：,G91(表明相對坐標(biāo)式),AB：G02X5000Y

17、-5000 I0 J-5000,BC：G02X -5000 Y -5000 I -5000J0,a：圓弧終點(diǎn)相對于起點(diǎn)的X坐標(biāo)增量(m) b：圓弧終點(diǎn)相對于起點(diǎn)的Y坐標(biāo)增量(m) c：圓心相對于加工起點(diǎn)的X坐標(biāo)增量(m) d：圓心相對于加工起點(diǎn)的Y坐標(biāo)增量(m),M02,G指令格式：相對坐標(biāo)式（圓?。?相對坐標(biāo)式（逆時針 G03）,ADC：,G91(表明相對坐標(biāo)式),AD：G03X-5000Y -5000 I 0J -5000,DC：G03X 5000 Y-5000 I 5000 J0,M02,G03XaYb IcJd,a：圓弧終點(diǎn)相對于起點(diǎn)的X坐標(biāo)增量(m) b：圓弧終點(diǎn)相對于起點(diǎn)的Y坐標(biāo)增

18、量(m) c：圓心相對于加工起點(diǎn)的X坐標(biāo)增量(m) d：圓心相對于加工起點(diǎn)的Y坐標(biāo)增量(m),G指令編程原則,每個程序行只允許含一個代碼(如，G01、G02、G90等),注釋行以“ ”開始至行尾結(jié)束,每行程序必須含結(jié)束行“ M02 ”，結(jié)束行以后的內(nèi)容將 被系統(tǒng)忽略,程序開始可標(biāo)記行號，系統(tǒng)不對行號檢查，用戶標(biāo)記用,每行程序用“ ；”結(jié)束，但不是必需的,程序起始行（G92）必須在其他所有行（不含注釋行） 之前，但不是必需的,G代碼格式,1、運(yùn)動指令,2、坐標(biāo)方式指令,3、坐標(biāo)系指令,4、補(bǔ)償指令,D-表示偏移量（補(bǔ)償距離），確定方法與半徑補(bǔ)償方法相同，一般數(shù)控線切割機(jī)床偏移量在00.5mm之間

19、。,5、系統(tǒng)輔助功能指令,N01 G92X0Y0 N05 G90 N10 G01X0 Y12000 N15 G01X6000 Y21000 N20 G01X0 Y28000 N25 G01X0 Y48000 N30 G01X18000 Y48000 N35 G02X22000 Y44000 I 0J 4000 N40 G01X22000 Y28000 N45 G03X30000 Y21000 I0J -8000 N50 G01X49000 Y21000 N51 G01X37000 Y0 N60 G01X0 Y0 N65 M02,ABCDEFGHIJKA,G指令編程實(shí)例(絕對坐標(biāo)式),G指令編程

20、實(shí)例(絕對坐標(biāo)式),ABC DE FH B A ：,N05 % 2005-10-02 編寫,N10 G92X0Y0,N15 G90 (表明絕對坐標(biāo)式),N20 G01X15000Y0,N25 G01X35000Y0,N30 G03X40000Y5000 I 0J 5000,N35 G01X40000Y50000,N40 G03X0Y50000 I-20000J-15000;,N45 G01X0Y32000,N50 G01X15000Y0,N55 G01X0Y0,N60 M02,G指令編程實(shí)例(相對坐標(biāo)式),ABC DE FH B A ：,N05 % 2005-10-02編寫,N10 G92X0

21、Y0,N15 G91 (表明相對坐標(biāo)式),N20 G01X15000Y0,N25 G01X20000Y0,N30 G03X5000Y5000 I 0J 5000,N35 G01X0Y45000,N40 G03X-40000Y0 I-20000J-15000,N45 G01X0Y-18000,N50 G01X15000Y-32000,N55 G01X-1500Y0,N60 M02,3B指令編程方法,3B指令： 格式： BxByBJGZ 直線 圓弧,3B指令(直線),BxByBJGZ,B：分隔符， B后的數(shù)為0時，此0可以不寫,x、y：直線在x、y軸上的投影值(m),J：計(jì)數(shù)長度(m)，取投影值大

22、的， 即：x大取x值，大y取y值,G：計(jì)數(shù)方向，取投影值大的方向， 即：x大取G x ， y大取G y,Z：加工指令，根據(jù)加工的方向確定,注意：把直線的起點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn),(1) 平行于X軸的直線,BC：,BBB3000GxL1,BBB3000GxL3,CB：,x、y：0，可忽略不寫,計(jì)數(shù)長度J ：直線實(shí)際長度,計(jì)數(shù)方向G ： Gx (平行于x軸),加工指令Z：,(2) 平行于Y軸的直線,AB：,BBB4000GyL4,BBB4000GyL2,BA：,x、y：0，可忽略不寫,計(jì)數(shù)長度J ：直線實(shí)際長度,計(jì)數(shù)方向G ： Gy (平行于y軸),加工指令Z：,(3) 斜線,AC：,B3000B4000

23、B4000GyL4,B3000B4000B4000GyL2,CA：,x、y：線段在x、y軸上的投影值,計(jì)數(shù)長度J ：在兩個投影值中取大的,計(jì)數(shù)方向G ： x值大取Gx； y 值大取Gy,加工指令Z：,3B指令(圓弧)編程方法,x、y：起點(diǎn)相對于圓心的坐標(biāo)值（絕對值， m ）,計(jì)數(shù)方向G：取終點(diǎn)坐標(biāo)中取絕對值較小的軸作為計(jì)數(shù)方向,加工指令Z：在兩個象限交匯處，按其第一步進(jìn)入象限為主,計(jì)數(shù)長度J：計(jì)數(shù)方向的步數(shù)。跨越象限時，分別取計(jì)數(shù) 方向上各象限投影的絕對值相累加值,注意：把圓弧的圓心作為坐標(biāo)原點(diǎn),3B指令（圓弧）的編程舉例,AA：逆時針,B0B5000B20000GxNR2,B0B5000B2

24、0000GxSR1,AA：順時針,AB：順時針,B0B5000B5000GySR1,B5000B0B5000GxNR1,BA：逆時針,整個工件的編程舉例,ABCDA,B B B40000GxL1 B 1B 9B90000GyL1 B30000B40000B60000GxNR1 B 1B 9B90000GyL4,語言式編程,根據(jù)加工工件的圖樣及某種語言式編程方法對幾何元素定義語句的規(guī)定，就可以編寫出描述工件的源程序，將源程序輸入裝有該種語言式編程軟件的計(jì)算機(jī)就可輸出線切割加工用的程序。,例：圖示凹模，穿絲孔為坐標(biāo)原點(diǎn)O，間隙補(bǔ)償量為f=0.09mm,源程序?yàn)?P0=0/0 點(diǎn)P0的坐標(biāo)為(0,0) C1=P0/4 C1的圓心為P0,半徑4 C3=P0/8.5 C3的圓心為P0,半徑8.5 L1=2.5/-90 法線長2.5,法向角-90 P6=L1/C3$L 點(diǎn)P6是線L1和圓C3的左交點(diǎn) C2=P6/1.5 C2的圓心為P6,半徑為1.5 L2=2/270 L2法線長2,法向角為270 P1=L2/Cl$L 點(diǎn)Pl是線L2和C1圓的左交點(diǎn) P2=L2/C2$R 點(diǎn)P2是線L2和C2圓的右交點(diǎn) P3=P6/0/