电火花线切割加工

线切割加工原理、特点和应用

电火花线切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，简称WEDM）是线电极电火花加工的简称，是电火花加工的一种，有时又称线切割。其基本原理如图所示。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。它主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件，例如冲裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、样板、电火花成型加工用的金属电极，各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等，具有加工余量小、加工精度高、生产周期短、制造成本低等突出优点，已在生产中获得广泛的应用，目前国内外的电火花线切割机床已占电加工机床总数的60％以上。

根据电极丝的运行速度不同，电火花线切割机床通常分为两类：

一类是高速走丝电火花线切割机床（WEDM-HS），其电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为8～10m/s，电极丝可重复使用，加工速度较高，但快速走丝容易造成电极丝抖动和反向时停顿，使加工质量下降，是我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的电火花线切割加工模式；

另一类是低速走丝电火花线切割机床（WEDM-LS），其电极丝作低速单向运动，一般走丝速度低于0.2m/s，电极丝放电后不再使用，工作平稳、均匀、抖动小、加工质量较好，但加工速度较低，是国外生产和使用的主要机种。

切割属电加工范畴,是由前苏联发明的,我国是第一个用于工业生产的国家,当时由复旦大学和苏州风机械厂合

作生产的是最早的机型叫复旦型,我们国内在此基础上发展了快走丝系统(HS).欧美和日本发展了慢走系统(LS)。主要区别是：

1.电极丝我国采用钨钼合金丝,国外采用黄铜丝;

2.我国采用皂化工作液,国外采用去离子水;

3.我国的走丝速度为11米/秒左右,国外为3~5米/分,

4.我们的电极丝是重复利用的直到断丝为至,国外是走过后不再重用,

5.我们的精度不如国外高.

根据对电极丝运动轨迹的控制形式不同，电火花线切割机床又可分为三种：

第一种是*模仿形控制，其在进行线切割加工前，预先制造出与工件形状相同的*模，加工时把工件毛坯和*模同时装夹在机床工作台上，在切割过程中电极丝紧紧地贴着*模边缘作轨迹移动，从而切割出与*模形状和精度相同的工件来；

第二种是光电跟踪控制，其在进行线切割加工前，先根据零件图样按一定放大比例描绘出一张光电跟踪图，加工时将图样置于机床的光电跟踪台上，跟踪台上的光电头始终追随墨线图形的轨迹运动，再借助于电气、机械的联动，控制机床工作台连同工件相对电极丝做相似形的运动，从而切割出与图样形状相同的工件来；

第三种是数字程序控制，采用先进的数字化自动控制技术，驱动机床按照加工前根据工件几何形状参数预先编制好的数控加工程序自动完成加工，不需要制作*模样板也无需绘制放大图，比前面两种控制形式具有更高的加工精度和广阔的应用范围，目前国内外 95％以上的电火花线切割机床都已采用数控化。

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；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1.6m。

2．数控线切割机床组成部分

数控线切割机床的外形如图所示，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。

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。

五、线切割加工程序的编制方法

1．程序格式

N R B X B Y B J G Z

——————————

程圆间 X 间 Y 间计计加

序弧隔坐隔坐隔数数工

段半符标符标符长方指

号径值值度向令

其中间隔符B的作用是将X、Y、J数码区分开来。这种程序格式称为“三B格式”。加工直线时，R为零。

在一个完整程序的最后应有停机符“FF”，表示程序结束。

（1）坐标系和坐标值X、Y的确定

平面坐标系是这样规定的：面对机床操作台，工作台平面为坐标平面，左右方向为X轴，且右方为正；前后方向为Y轴，且前方为正。

坐标系的原点随程序段的不同而变化：加工直线时，以该直线的起点为坐标系的原点，X、Y取该直线终点的坐标值；加工圆弧时，以该圆弧的圆心为坐标系的原点X、Y取该圆弧起点的坐标值。坐标值的负号均不写，单位为µm。（2）计数方向G的确定

不管是加工直线还是圆弧，计数方向均按终点的位置来确定。具体确定的原则如下：

加工直线时，计数方向取直线终点靠近的那一坐标轴。例如，在图中，加工直线OA，计数方向取X轴，记作GX；加工OB，计数方向取Y轴，记作GY：加工OC，计数方向取X轴、Y轴均可，记作GX或GY。

加工圆弧时，终点靠近何轴，则计数方向取另一轴。例如：在中，加工圆弧AB，计数方向取X轴，记作GX；加工MN，计数方向取Y轴，记作GY；加工PQ，计数方向取X轴、Y轴均可，记作GX或GY。

（3）计数长度J的确定

计数长度是在计数方向的基础上确定的，是被加工的直线或圆弧在计数方向的坐标轴上投影的绝对值总和，单位为µm。

例如，在图中，加工直线OA，计数方向为X轴，计数长度为OB，数值等于A点的X坐标值。在图中，加工半径为0.5mm的圆弧MN，计数方向为X轴，计数长度为500×3=1500µm，即MN中三段90º圆弧在X轴在投影的绝对值总和，而不是500×2=1000µm。

快走丝切割机断丝原因的分析

高速走丝电火花线切割加工中的断丝问题一直一个最普遍的问题。它使加工停顿并不得不从头开始，浪费了大量时间，破坏了加工表面的完整性，增加了加工的困难。

断丝原因的分析及解决办法：

1.与电极丝相关的断丝

丝张力及走丝速度。对于高速走丝线切割加工，广泛采用0．06～0．25mm的钼丝，因它耐损耗、抗拉强度高、丝质不易变脆且较少断丝。提高电极丝的张力可减少丝振的影响，从而提高精度和切割速度。丝张力的波动对加工稳定性影响很大。产生波动的原因是：贮丝筒上的电极丝正反运动时张力不一样；工作一段时间后电极丝又会伸，致使张力下降（一般认为张力在12～15N较合适人张力下降的后果是丝振加剧，极易断丝。

2. 与脉冲电源相关的断丝

（1）加工电流很大，火花放电异常，导致断丝。种故障多数脉冲电源的输出已变为直流输出所致。从脉冲电源的输出级向多谐振荡器逐级检查波形，更换损坏的元件，使输出为合乎要求的脉冲波形时才能投入使用。