线切割加工师傅不会传授你的：锥度加工方法与技巧

线切割加工师傅不会传授你的：锥度加工方法与技巧

能进行高精度锥度加工是数控慢走丝线切割机床的明

显优势之一。加工有锥度的模具零件是较难掌握的技术，本文重点分析如何保证切割零件的锥度与尺寸精度。（请注意，这些资料是工厂里大师傅互不传授的技术，或者说一些大师傅也是一知半解。）1 锥度加工的几何原理及规律

数控慢走丝线切割机床的上、下导丝嘴两点形成一条直线，以下导丝嘴为X、Y轴固定点，上导丝嘴随U、V轴的移动产生锥度，U、V轴移动距离越大，产生的锥度就越大，锥度加工示意图如图1所示。下导丝嘴平面为X、Y平面，上导丝嘴平面为U、V平面，工作台面为程序轨迹平面。在切直身零件（不带锥度）时，电极丝在这3个平面坐标点的垂直投影是重叠的，加工时机床显示的X、Y坐标值与程序中的坐标值相同，因此通常忽略了这3个平面的存在。但锥度加工时，处于不同高度的3个平面上的电极丝处于不同的坐标位置，机床执行加工时X、Y坐标值与程序轨迹的X、Y 坐标值不同。在图1中，机床将上喷嘴底部与工作台面的重叠面默认为机械坐标Z轴的零点，上喷嘴在不同的高度会有不同的Z0值。ZSD与ZID为预设值，可以通过调整这2个数值来修正锥度。ZSD:上导丝嘴到上喷嘴底部的距离

ZID:下导丝嘴到工作台面的距离图1 锥度加工示意图锥度

加工时，机床X、Y与U、V轴坐标计算示意图如图2所示。已知ZSD、ZID、Z0值、切割锥度?及程序面X值。

图2 机床X、Y与U、V轴坐标计算示意图

计算X轴实际坐标值：c = ZID×tan? X轴实际坐标值= 程序面X值- c计算U轴实际坐标值：b = ZSD + Z0 + ZIDU轴实际坐标值a = b×tan?

根据锥度加工的计算原理，可以得知在Z0与设定角度没有改变的情况下，修改ZID值或者ZSD值，将会导致切割锥度与程序面尺寸发生以下变化：

ZSD值的变化影响切割角度。将ZSD值增大，那么机床数控系统会认为高度增加了，而此时实际高度并未发生变化，但U、V轴移动距离会变大，将导致切割角度增大。

ZID值的变化影响程序面尺寸与切割角度。将ZID值增大，那么机床认为高度增加了，而此时实际高度并未发生变化，但U、V轴移动距离会变大，也就影响切割角度增大；同时机床认为工作台面与下导丝嘴的距离增加了，X、Y轴移动距离会变大，在切割上小下大的凸模时，将导致程序面尺寸变大。

2 锥度加工的修正

在加工高精度锥度零件之前，需要应用三角函数关系对机床的锥度参数进行严格的修正。

2.1 锥度加工的修正步骤

根据锥度加工尺寸与锥度的变化规律，可以利用ZSD值来修正锥度，利用ZID值来修正程序面尺寸。在切割锥度零件之前，切割一个凸模（上小下大），测量实际锥度值与程序面尺寸。据此来进行机床ZSD、ZID参数的修正。修正参数的计算过程分为2个步骤，首先应选择修正ZSD值，然后再修正ZID值。修正ZID值时，会影响高度参数变化从而影响了锥度，必须把修正值附加在ZSD上，使高度参数不变锥度才不会发生改变。换言之，如果ZID增加一值后，ZSD应减去这一值。执行以上2个试切步骤即可切割出尺寸、角度符合要求的零件。

步骤一：修正ZSD，得到准确的锥度。

修正ZSD示意图如图3所示。已知ZSD、ZID、Z0、理论角度值α、角度测量θ值，求修正锥度的Modif ZSD值。ZMA:理论的Z向距离ZX:实际的Z向距离UorV:实际的UorV距离图3 修正ZSD示意图

Modif ZSD=ZMA-ZXZMA=ZSD+Z0+ZIDZX=UorV/tanθUorV=ZMA* tanαModif ZSD=(ZSD+Z0+ZID)－

(ZSD+Z0+ZID)* tanα/ tanθ

Modif ZSD是一无正负的值，当切割的锥度偏小时，将ZSD 值增加Modif ZSD，当切割的锥度偏大时，将ZSD值减少Modif ZSD 。

步骤二：得到准确的程序面尺寸并保证锥度。

修正ZID示意图如图4所示。已知理论值角度α、程序尺寸P、测量尺寸M，求修正程序面尺寸的Modif ZID值。图4 修正ZID示意图

Modif ZID = R / tanαR = P－MModif ZID=(P－M) / tanαModif ZSD是一无正负的值，当程序面尺寸偏小时，将ZID 值增加Modif ZID，当程序面尺寸偏大时，将ZID值减少Modif ZID。

调整ZID值后，为了保持ZMA高度不变，当ZID值增加Modif ZID时，ZSD减少Modif ZID，当ZID值减少Modif ZID 时，ZSD增加Modif ZID。

2.2 锥度加工修正实例

根据以上2个步骤的修正公式来做锥度加工修正。试切一个锥度零件，相关数据如下：

工件厚度：30.08mmZSD值5.274；ZID值11.494；Z0值30.912；主程序面尺寸6.0mm，锥度单边4°；实测结果：尺寸

5.978mm，锥度单边3.95°（1）调整ZSD来修正锥度：Modif ZSD=（ZSD+Z0+ZID）－（ZSD+Z0+ZID）*tan4/tan3.95

=(5.274+30.912+11.494)-(5.274+30.912+11.494)* tan4/tan3.95 =－0.605mm锥度偏小，需要将ZSD增加Modif ZSD。修正后ZSD =5.274+0.605=5.879mm

（2）调整ZID来修正主程序面尺寸：Modif ZID =（6－5.978）/2/tan4=0.1573mm主程序面尺寸偏小，ZID需要增加Modif

ZID，相应的ZSD要减小Modif ZID。修正后ZID

=11.494+0.1573=11.651mm修正后ZSD

=5.879-0.1573=5.722mm

（3）将修正后的参数输入机床页面ZSD、ZID选项，点击保存即可。再切割一个锥度件时，得到的程序面尺寸与角度值都已经比较精确。

3.3 锥度修正器的应用

锥度加工进行ZSD与ZID值修正的计算过程繁琐，而且容易出错。为了简化工作难度，提出了利用EXCEL软件功能自动计算修正值的方法（见图5）。制作的修正器只需要输入锥度加工的已知信息，表格中设定了计算公式，此方法极大地简化了锥度加工的修正过程，安全可靠。图5 锥度修正器页面

表格中设定的公式为：“修正后的ZSD”

=(C5+D5+E5)*TAN(RADIANS(H5))/TAN(RADIANS(I5))-(C 5+D5+E5)+C5-(F5-G5)/2/TAN(RADIANS(H5))“修正后的ZID”=(F5-G5)/2/TAN(RADIANS(H5))+D5

3 锥度加工程序及加工设定

3.1 锥度加工程序类型

一般认为，锥度加工分为固定锥度加工与上下异形锥度加工两类。固定锥度加工指锥度是一定的，且其上、下表面具备相似的表面形状。有圆角时，上、下轮廓圆角的半径不同，