第3章 电火花线切割

电火花线切割加工原理
3.2 线切割加工机理
放电间隙的构成
一次放电的微观过程
第一步：形成放电通道
一次放电的微观过程
第二步：电弧成长、金属熔解、气化
一次放电的微观过程
第三步：爆炸、电极材料抛出
一次放电的微观过程
第四步：冷却、排屑、极间消电离
3.3 线切割加工的分类、设备
3.3.1 线切割加工的分类：
3. 电火花线切割加工
（Wire Cut Electrical Discharge Machining)
线切割加工的基本原理 线切割加工的机理 线切割加工的分类、设备 影响线切割加工艺指标的因素 线切割加工工艺及应用 线切割控制系统和编程技术 线切割加工新技术
3.1 电火花线切割加工原理
电
X
源
Y
❖ 电极丝与工件之间脉冲放电（正极性加工） ❖ 电极丝沿其轴向作走丝运动（金属丝φ0.006~0.2mm） ❖ 工件相对于电极丝在X、Y平面内作数控运动 ❖ 快走丝：走丝速度 8～10m/s，往复运动（我国独创） ❖ 慢走丝：走丝速度＜ 0.2 m/s，单向运动
M02
Y A(1,5)
B(1,1) C(4,1)
O X
G指令格式：绝对坐标式（直线）
• 绝对坐标式
G01■Xa■Yb
a：终点的X坐标值(μm) b：终点的Y坐标值(μm)
Y A(1,5)
A→C→B→A：
G90 (表明绝对坐标式) A→C：G01■X4000■Y1000 C→B：G01■X1000■Y1000 B→A：G01■X1000■Y5000
（3）电极丝在加工中不断移动，使电极丝于电极丝较细，可以加工微细异形孔、窄缝 和复杂形状工件，由于切缝很窄，金属去除量少， 可对工件套料加工，材料利用率高，节约贵重金属
（5）不同工件只需编制不同程序，易实现自动化
（6）不能加工盲孔类零件表面和阶梯形表面（立体形状 表面）
M02
B(1,1)
C(4,1)
O X
G指令格式：相对坐标式（直线）
• 相对坐标式
G01■Xa■Yb
a：X的坐标增量(μm) b：Y的坐标增量(μm) 坐标值增大：＋ 坐标值减小：－ 坐标值不变：0
Y
A(1,5)
A→B→C→A：
G91 (表明相对坐标式) A→B：G01■X0■Y-4000 B→C：G01■X3000■Y0 C→A：G01■X-3000Y4000
▪ 进给速度＝蚀除速度 ➢ 最佳 电压，电流表的指针摆动情况，可以判 断加工的稳定性。
3.5 线切割加工工艺及应用
线切割加工的特点 线切割工艺的应用
• 2. 线切割加工的特点
（1）无需特定形状的工具电极，节约了电极设计、制造 费用，缩短了生产准备时间
（2）由于加工表面的几何轮廓由CNC控制的运动获得， 容易获得复杂的平面形状
并联电容脉冲电源
是实现短放电时间高峰值电流的一种方法，常用 于低速走丝线切割机床。
并联电容脉冲电源
利用晶体管开通时间ti和截止时间t0的不同组合，可以
改变充电电压波形的前沿。而且一旦放电电流发生， 可使晶体管变为截止状态，阻止电源供给电流。每次 放电的能量是由直流电压及电容器的容量决定的。
并联电容型电路的电压、电流波形
线切割控制系统 线切割数控编程方法
3.6.1 线切割控制系统
• 线切割控制系统的组成 • 轨迹控制原理 • 加工控制功能
线切割控制系统的组成
• 切割轨迹控制系统 – 控制电极丝相对于工件的运动轨迹
• 进给控制系统 – 进给速度=蚀除速度
• 走丝机构控制 • 机床操作控制及其他辅助控制
图纸
编程
– 电参数 – 电极丝及其移动速度 – 工件厚度及材料 – 预置进给速度
3.4 影响线切割工艺指标的因素
电参数
– 脉宽ti：ti 加大，加工速度提高，Ra降低
(2～60s)。
– 脉间t0：t0减小，平均电流增大，切割速度加快。但t0过小，
引起电弧和断丝（4～8s）
– 开路电压：对放电峰值电流和电加工间隙有影响，u↑加工
M02
B(1,1)
C(4,1)
O X
G指令格式：相对坐标式（直线）
– 电极丝的损耗量
• 切割一定面积后，电极丝直径的减少量 • 对高速走丝机床，切割10000 mm2面积后
电极丝直径的减少量。此时钼丝直径减小不 应大于0.01mm。
– 加工精度：尺寸、形状精度和位置精度
• 高速：0.01～0.02 mm；低速： 0.005～ 0.002 mm
3.4 影响线切割工艺指标的因素
间隙↑易排削。但丝损大。 – 放电峰值电流：峰值电流提高，切割速度快，
粗糙度差，易断丝。 – 脉冲电压波形：在相同的工艺条件下，高频分组脉冲可获
得好的加工效果。
3.4 影响线切割工艺指标的因素
电极丝及其移动速度
❖ 电极丝材料：高速走丝0.06～0.20mm钼丝，低速走 丝0.3mm以下镀锌黄铜丝（高生产率）和 0.03mm 以上钼丝（精细加工）。
u
线切割用脉冲电源
晶体管矩形波脉冲电源
t
高频分组脉冲电源
低损耗电源
u
电流上升率小（di/dt），
电极散热好，损耗低
t
u
t
晶体管矩形波脉冲电源
控制功率管的VT基极以形成电压脉宽ti、电流脉宽te 和脉冲间隔t0，限流电阻R1、 R2决定峰值电流îe。
用于高速走丝线切割机床。
高频分组脉冲电源
把较高频率的 小脉宽和小脉 间的矩形波脉 冲分组成为大 脉宽和大脉间 输出。
– 坐标工作台 – 走丝机构 – 丝架 – 床身
快走丝线切割加工设备组成
快走丝线切割加工设备
快走丝线切割加工设备
苏州兰博高科技企业集团（DK7725）
慢走丝线切割加工设备组成
慢走丝线切割加工设备
慢走丝线切割加工设备
两种切割机床的区别
项目 走丝速度 (m/min)
走丝方向
快走丝线切割机 慢走丝线切割机
– 按电极丝的运行速度： • 高速走丝电火花线切割机床（8～10m/s） • 低速走丝电火花线切割机床（＜ 0.2 m/s）
– 按机床控制方式： • 靠模仿型控制 • 光电跟踪控制 • 数字程序控制（95%以上）
– 按加工尺寸范围： • 大、中、小型
3.3.2 线切割加工设备的组成
❖脉冲电源 ❖控制系统 ❖工作液循环系统 ❖机床本体
属中、精正极性加工
• 疏松接触式轻压放电现象 • 采用水或水基工作液，不会引然起火，易实现安
全无人运转。
• 因电极丝与工件始终有相对运动，无稳定电弧放
电状态。
• 省掉成型工具电极的费用，缩短生产准备时间。 • 电极丝细，切缝窄，可凸，凹模同时加工，节省
材料。
• 电极丝的损耗对加工精度影响小。
线切割加工工艺的应用
低损耗电源
减小放电电流的上升率可降低电极丝的损耗，还可以 提高加工精度及重复使用的电极丝寿命。 前阶梯波脉冲电源可满足电流上升率小的要求，它是 由矩形波组合而成，可由几路起始脉冲放电时间顺序 延迟的矩形波叠加而成。
前阶梯波放电电流波形
工作液循环系统
工作液： – 慢走丝：去离子水，浸泡式 – 快走丝：乳化液，浇注式
输入程序
工作台运动
执行机构
插补运算
轨迹控制原理
• 常用的轨迹控制方法
逐点比较法、数字积分法、矢量判别法、最小偏差法
• 逐点比较法
偏差F = tg -tg0 >0 沿X轴方向进一步
F = Ri - R0<0 沿X轴方向进一步
F=tgα -tgα0
Y A0（X0,Y0）
A（X, Y）
α0
X
O
α
F = Ri - R0
加工精度 （mm)
±0.01 ~ ±0.02
重复精度 (mm)
±0.01
电极丝损耗 加工(3~10)×104
(mm)
mm2时，损耗0.01
慢走丝线切割机 20 ~ 240 1.6 ~ 0.2
±0.002 ~ ±0.005 ±0.002 忽略不计
快走丝切割机床运丝机构
一定长度的电 极丝平整地卷 绕在储丝筒上， 丝张力与排绕 时的拉紧力有 关，走丝速度 等于储丝筒周 边的线速度， 通常为8～ 10m/s。
慢走丝切割机床运丝机构
快走丝切割机床锥度切割装置
快走丝切割机床锥度切割装置
偏移式丝架 最大切割锥度5度。
慢走丝切割机床锥度切割装置
线切割用脉冲电源
为什么采用正极性加工？
– 电极丝细，WM不能过大，即：电流小（1～ 5A），窄脉冲（2～60s）
– 短脉冲加工中，正极性加工保护工具电极
线切割用脉冲电源
– 最大切割速度
不计切割方向和表面粗糙度的条件下，能达到的 切割速度。高速走丝40 ～80 mm2/min。
– 切割效率
每安培电流的切割速度，一般为20 mm2/（min A）。
3.4 影响线切割工艺指标的因素
主要工艺指标（2）
– 表面粗糙度Ra
• 高速： Ra5～2.5 m；低速： Ra1.25～ 0.2 m
YA
Ai（X0,Y0）
A0（X0,Y0）
Ri R0
BX O
逐点比较法的控制过程
N=0
计算F
Y
F=0
N
N
Y
F>0
向上或向左 进给
向下或向右 进给
N=N+1
N=N+1
N N=N0 Y
结束加工
向左或向右 进给
N=N+1
1.偏差判别 2.进给 3.偏差计算 4.终点判断