数控线切割加工

数控线切割加工

数控电火花线切割机床既是数控机床，电火花线切割加工是在电火花加工基础上用线状电极(钼丝或铜丝)靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割，有时简称线切割。控制系统是进行电火花线切割加工的重要组成部分，控制系统的稳定性、可靠性、控制精度及自动化程度都直接影响到加工工艺指标和工人的劳动强度。

2.1 数控线切割加工机床的组成、基本原理与应用

2.1.1．数控线切割机床的组成

数控线切割机床的外形如图2-1 所示，其组成包括机床主机、脉冲电源和数控装置三大部分。

（1）机床主机部分

机床主机部分由运丝机构、工作台、床身、工作液系统等组成。

运丝机构电动机通过联轴节带动贮丝筒交替作正、反向转动，钼丝整齐地排列在贮丝筒上，并经过丝架作往复高速移动（线速度为9m/s 左右）。

工作台用于安装并带动工件在工作台平面内作X、Y 两个方向的移动。工作台分上下两层，分别与X、Y 向丝杠相连，由两个步进电机分别驱动。步进电机每接收到计算机发出的一个脉冲信号，其输出轴就旋转一个步距角，通过一对齿轮变速带动丝杠转动，从而使工作台在相应的方向上移动0.01mm。工作台的有效行程为250×320mm。

图2-1数控线切割机床外形图

床身用于支承和连接工作台、运丝机构、机床电器、及存放工作液系统。工作液系统由工作液、工作液箱、工作液泵和循环导管组成。工作液起绝缘、排屑、冷却的作用。每次脉冲放电后，工件与钼丝之间必须迅速恢复绝缘状态，否则脉冲放电就会转变为稳定持续的电弧放电，影响加工质量。在加工过程中，工作液可把加工过程中产生的金属颗粒迅速从电极之间冲走，使加工顺利进行。工作液还可冷却受热的电极和工件，防止工件变形。（2）脉冲电源

脉冲电源又称高频电源，其作用是把普通的50Hz 交流电转换成高频率的单向脉冲电压。加工时，钼丝接脉冲电源负极，工件接正极。

（3）数控装置

数控装置以PC 机为核心，配备有其他一些硬件及控制软件。加工程序可用键盘输入或磁盘输入。通过它可实现放大、缩小等多种功能的加工，其控制精度为±0.001mm，加工精度为±0.001mm。

2.1.2线切割加工原理

线切割加工是线电极电火花加工的简称，是电火花加工的一种，其基本原理如图2-2所示。被切割的工件作为工件电极，钼丝作为工具电极，脉冲电源发出一连串的脉冲电压，加到工件电极和工具电极上。钼丝与工件之间施加足够的具有一定绝缘性能的工作液（图中未画出）。当钼丝与工件的距离小到一定程度时，在脉冲电压的作用下，工作液被击穿，在钼丝与工件之间形成瞬间放电通道，产生瞬时高温，使金属局部熔化甚至汽化而被蚀除下来。若工作台带动工件不断进给，就能切割出所需要的形状。由于贮丝筒带动钼丝交替作正、反向的高速移动，所以钼丝基本上不被蚀除，可使用较长的时间。

图2-2线切割加工原理图

线切割机床程序输入方法有三种：键盘输入，穿孔纸带输入和磁盘输入。线切割能加工各种高硬度、高强度、高韧性和高脆性的导电材料，如淬火钢、硬质合金等。加工时，钼丝与工件始终不接触，有0.01mm左右的间隙，几乎不存在切削力；对微细异形孔、窄缝和复杂形状工件有独特的优势。能加工各种冲模、凸轮、样板等外形复杂的精密零件及窄缝等；尺寸精度可达0.02~0.01mm，表面粗糙度Ra值可达 1.6μm。加工粉末冶金模、镶拼型腔模、拉丝模、波纹板成型模。适合于小批量、多品种零件的加工，减少模具制作费用，缩短生产周期。

电火花线切割加工能正常运行，必须具备下列条件：

1. 钼丝与工件的被加工表面之间必须保持一定间隙，间隙的宽度由工作电压、加工量等加工条件而定。

2.电火花线切割机床加工时，必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，如煤油、皂化油、去离子水等，要求教高绝缘性是为了利于产生脉冲性的火花放电，液体介质还有排除间隙内电蚀产物和冷却电极作用。钼丝和工件被加工表面之间保持一定间隙，如果间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，则不能产生电火花放电；如果间隙过小，则容易形成短路连接，也不能产生电火花放电。

3.必须采用脉冲电源，即火花放电必须是脉冲性、间歇性，图2-3中ti为脉冲宽度、to为脉冲间隔、tp为脉冲周期。在脉冲间隔内，使间隙介质消除电离，使下一个脉冲能在两极间击穿放电。

图2-3

2.1.3 数控线切割机床的分类

（1）按控制方式可分为靠模仿型控制、光电跟踪控制、数字程序控制及微机控制等；（2）按电源形式可分为RC电源、晶体管电源、分组脉冲电源及自适应控制电源等；（3）按加工特点可分为大、中、小型以及普通直壁切割型与锥度切割型等；

（4）按走丝速度可分为慢走丝方式和快走丝方式两种。

2.1.4 线切割加工的加工对象

1.广泛应用于加工各种冲模。

2.可以加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件

3.加工样板和成型刀具。

4.加工粉末冶金模、镶拼型腔模、拉丝模、波纹板成型模。

5.加工硬质材料、切割薄片，切割贵重金属材料。

6.加工凸轮，特殊的齿轮。

7.适合于小批量、多品种零件的加工，减少模具制作费用，缩短生产周期。

2.2线切割加工程序的编程方法

数控线切割机床的控制系统是根据指令控制机床进行加工的，要加工出所需要的图形，必须首先把要切割的图形编成一定的命令，并将之输入控制系统中，这就是程序。在数控机床中编辑程序有两种方式，一种是手工编程，另一种是自动编程。人工编程采用各种数学方法，使用一般的计算工具，人工地对编程所需的数据进行处理和运算。为了简化编程工作，随着计算机的飞速发展，自动变成已经成为主要编程手段。自动编程使用专用的数控语言及各种输入手段向计算机输入必要的形状和尺寸数据，利用专门的应用软件即可求得各交切点坐标及编写加工程序所需的数据。

2.2.1手工编程

线切割机床编程格式是用3B指令格式：编程格式如表1所示，表中B为分隔符，它

表1 3B程序格式

的作用是把X、Y、J这些数码分开，便于计算机识别。当程序往控制器输入时，读入第一个B后它使控制器作好接受J值的准备，读入第二个B后作好接受Y轴坐标值的准备。读入第三个B后作好接受J值的准备。加工斜线时，程序中X、Y必须是该斜线段终点相对起点的坐标值。加工圆弧时，程序中X、Y必须是圆弧起点相对其圆心的坐标值。X、Y、J的数值均以um为单位。

（1）记数方向G和记数长度J

为保证所要加工的圆弧或线段能按要求的长度加工出来，一般线切割机床是通过控制从起点到终点某个工作台进给的总长度来达到的。因此在计算机中设立了一个J记数器来进行记数，即把加工该线段的工作台进给总长度J的数值预先置入J计数器中，加工时当被确定为记数长度这个坐标的工作台每进给一步，J计数器就减1。这样，当J计数器减到零时，则表示该圆弧或直线已加工到终点。加工斜线段时必须用进给距离比较长的一个方向作进给控制，若线段的终点为A（Xe，Ye）,当| Xe |>| Ye |,记数方向取Gx，反之，记数方向取Gy，如果两个坐标值一样时，则两个记数方向均可。当圆弧终点坐标靠近Y轴时，计数方向取Gx，靠近X轴时，计数方向取Gy，既圆弧取终点坐标绝对值小的为记数方向。如图2-5所示。

记数长度是直线或圆弧在记数方向坐标轴上投影长度总和。对斜线段，如图2-4，当｜Xe |>| Ye |时，取Ｊ＝| Xe |，反之，则取Ｊ＝| Ye |，对于圆弧，它可能跨越几个象限，如图，圆弧都是从Ａ到Ｂ，如图2-5所示，后图记数方向为Ｇx，Ｊ＝Ｊx1＋Ｊx2＋Ｊx3, 前图记数方向为Ｇy，Ｊ＝Ｊy1＋Ｊy2＋Ｊy3。