電火花線切割加工.doc

線切割加工原理、特點(diǎn)和應(yīng)用電火花線切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，簡稱WEDM）是線電極電火花加工的簡稱，是電火花加工的一種，有時又稱線切割。其基本原理如圖所示。被切割的工件作為工件電極，鉬絲作為工具電極，脈沖電源發(fā)出一連串的脈沖電壓，加到工件電極和工具電極上。鉬絲與工件之間施加足夠的具有一定絕緣性能的工作液（圖中未畫出）。當(dāng)鉬絲與工件的距離小到一定程度時，在脈沖電壓的作用下，工作液被擊穿，在鉬絲與工件之間形成瞬間放電通道，產(chǎn)生瞬時高溫，使金屬局部熔化甚至汽化而被蝕除下來。若工作臺帶動工件不斷進(jìn)給，就能切割出所需要的形狀。由于貯絲筒帶動鉬絲交替作正、反向的高速移動，所以鉬絲基本上不被蝕除，可使用較長的時間。它主要用于加工各種形狀復(fù)雜和精密細(xì)小的工件，例如沖裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、樣板、電火花成型加工用的金屬電極，各種微細(xì)孔槽、窄縫、任意曲線等，具有加工余量小、加工精度高、生產(chǎn)周期短、制造成本低等突出優(yōu)點(diǎn)，已在生產(chǎn)中獲得廣泛的應(yīng)用，目前國內(nèi)外的電火花線切割機(jī)床已占電加工機(jī)床總數(shù)的60以上。根據(jù)電極絲的運(yùn)行速度不同，電火花線切割機(jī)床通常分為兩類：一類是高速走絲電火花線切割機(jī)床（WEDM-HS），其電極絲作高速往復(fù)運(yùn)動，一般走絲速度為810m/s，電極絲可重復(fù)使用，加工速度較高，但快速走絲容易造成電極絲抖動和反向時停頓，使加工質(zhì)量下降，是我國生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種，也是我國獨(dú)創(chuàng)的電火花線切割加工模式；另一類是低速走絲電火花線切割機(jī)床（WEDM-LS），其電極絲作低速單向運(yùn)動，一般走絲速度低于0.2m/s，電極絲放電后不再使用，工作平穩(wěn)、均勻、抖動小、加工質(zhì)量較好，但加工速度較低，是國外生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種。切割屬電加工范疇,是由前蘇聯(lián)發(fā)明的,我國是第一個用于工業(yè)生產(chǎn)的國家,當(dāng)時由復(fù)旦大學(xué)和蘇州風(fēng)機(jī)械廠合作生產(chǎn)的是最早的機(jī)型叫復(fù)旦型,我們國內(nèi)在此基礎(chǔ)上發(fā)展了快走絲系統(tǒng)(HS).歐美和日本發(fā)展了慢走系統(tǒng)(LS) 。主要區(qū)別是： 1.電極絲我國采用鎢鉬合金絲,國外采用黃銅絲; 2.我國采用皂化工作液,國外采用去離子水; 3.我國的走絲速度為11米/秒左右,國外為35米/分, 4.我們的電極絲是重復(fù)利用的直到斷絲為至,國外是走過后不再重用, 5.我們的精度不如國外高. 根據(jù)對電極絲運(yùn)動軌跡的控制形式不同，電火花線切割機(jī)床又可分為三種：第一種是*模仿形控制，其在進(jìn)行線切割加工前，預(yù)先制造出與工件形狀相同的*模，加工時把工件毛坯和*模同時裝夾在機(jī)床工作臺上，在切割過程中電極絲緊緊地貼著*模邊緣作軌跡移動，從而切割出與*模形狀和精度相同的工件來； 第二種是光電跟蹤控制，其在進(jìn)行線切割加工前，先根據(jù)零件圖樣按一定放大比例描繪出一張光電跟蹤圖，加工時將圖樣置于機(jī)床的光電跟蹤臺上，跟蹤臺上的光電頭始終追隨墨線圖形的軌跡運(yùn)動，再借助于電氣、機(jī)械的聯(lián)動，控制機(jī)床工作臺連同工件相對電極絲做相似形的運(yùn)動，從而切割出與圖樣形狀相同的工件來；第三種是數(shù)字程序控制，采用先進(jìn)的數(shù)字化自動控制技術(shù)，驅(qū)動機(jī)床按照加工前根據(jù)工件幾何形狀參數(shù)預(yù)先編制好的數(shù)控加工程序自動完成加工，不需要制作*模樣板也無需繪制放大圖，比前面兩種控制形式具有更高的加工精度和廣闊的應(yīng)用范圍，目前國內(nèi)外 95以上的電火花線切割機(jī)床都已采用數(shù)控化。線切割機(jī)床程序輸入方法有三種：鍵盤輸入，穿孔紙帶輸入和磁盤輸入。線切割能加工各種高硬度、高強(qiáng)度、高韌性和高脆性的導(dǎo)電材料，如淬火鋼、硬質(zhì)合金等。加工時，鉬絲與工件始終不接觸，有0.01mm左右的間隙，幾乎不存在切削力；能加工各種沖模、凸輪、樣板等外形復(fù)雜的精密零件及窄縫等；尺寸精度可達(dá)0.020.01mm，表面粗糙度Ra值可達(dá)1.6m。 2數(shù)控線切割機(jī)床組成部分 數(shù)控線切割機(jī)床的外形如圖所示，其組成包括機(jī)床主機(jī)、脈沖電源和數(shù)控裝置三大部分。 （1）機(jī)床主機(jī)部分 機(jī)床主機(jī)部分由運(yùn)絲機(jī)構(gòu)、工作臺、床身、工作液系統(tǒng)等組成。運(yùn)絲機(jī)構(gòu):電動機(jī)通過聯(lián)軸節(jié)帶動貯絲筒交替作正、反向轉(zhuǎn)動，鉬絲整齊地排列在貯絲筒上，并經(jīng)過絲架作往復(fù)高速移動（線速度為9m/s左右）。工作臺:用于安裝并帶動工件在工作臺平面內(nèi)作X、Y兩個方向的移動。工作臺分上下兩層，分別與X、Y向絲杠相連，由兩個步進(jìn)電機(jī)分別驅(qū)動。步進(jìn)電機(jī)每接收到計算機(jī)發(fā)出的一個脈沖信號，其輸出軸就旋轉(zhuǎn)一個步距角，通過一對齒輪變速帶動絲杠轉(zhuǎn)動，從而使工作臺在相應(yīng)的方向上移動0.01mm。工作臺的有效行程為250320mm。 床身 用于支承和連接工作臺、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)、機(jī)床電器、及存放工作液系統(tǒng)。 工作液系統(tǒng) 由工作液、工作液箱、工作液泵和循環(huán)導(dǎo)管組成。工作液起絕緣、排屑、冷卻的作用。每次脈沖放電后，工件與鉬絲之間必須迅速恢復(fù)絕緣狀態(tài)，否則脈沖放電就會轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定持續(xù)的電弧放電，影響加工質(zhì)量。在加工過程中，工作液可把加工過程中產(chǎn)生的金屬顆粒迅速從電極之間沖走，使加工順利進(jìn)行。工作液還可冷卻受熱的電極和工件，防止工件變形。 （2）脈沖電源 脈沖電源又稱高頻電源，其作用是把普通的50Hz交流電轉(zhuǎn)換成高頻率的單向脈沖電壓。加工時，鉬絲接脈沖電源負(fù)極，工件接正極。 （3）數(shù)控裝置 數(shù)控裝置以PC機(jī)為核心，配備有其他一些硬件及控制軟件。加工程序可用鍵盤輸入或磁盤輸入。通過它可實(shí)現(xiàn)放大、縮小等多種功能的加工，其控制精度為0.001mm，加工精度為0.001mm。 五、線切割加工程序的編制方法 1程序格式 N R B X B Y B J G Z 程 圓 間 X 間 Y 間 計 計 加 序 弧 隔 坐 隔 坐 隔 數(shù) 數(shù) 工 段 半 符 標(biāo) 符 標(biāo) 符 長 方 指 號 徑 值 值 度 向 令 其中間隔符B的作用是將X、Y、J數(shù)碼區(qū)分開來。這種程序格式稱為“三B格式”。加工直線時，R為零。 在一個完整程序的最后應(yīng)有停機(jī)符“FF”，表示程序結(jié)束。 （1）坐標(biāo)系和坐標(biāo)值X、Y的確定 平面坐標(biāo)系是這樣規(guī)定的：面對機(jī)床操作臺，工作臺平面為坐標(biāo)平面，左右方向?yàn)閄軸，且右方為正；前后方向?yàn)閅軸，且前方為正。 坐標(biāo)系的原點(diǎn)隨程序段的不同而變化：加工直線時，以該直線的起點(diǎn)為坐標(biāo)系的原點(diǎn)，X、Y取該直線終點(diǎn)的坐標(biāo)值；加工圓弧時，以該圓弧的圓心為坐標(biāo)系的原點(diǎn)X、Y取該圓弧起點(diǎn)的坐標(biāo)值。坐標(biāo)值的負(fù)號均不寫，單位為m。 （2）計數(shù)方向G的確定 不管是加工直線還是圓弧，計數(shù)方向均按終點(diǎn)的位置來確定。具體確定的原則如下： 加工直線時，計數(shù)方向取直線終點(diǎn)靠近的那一坐標(biāo)軸。例如，在圖中，加工直線OA，計數(shù)方向取X軸，記作GX；加工OB，計數(shù)方向取Y軸，記作GY：加工OC，計數(shù)方向取X軸、Y軸均可，記作GX或GY。 加工圓弧時，終點(diǎn)靠近何軸，則計數(shù)方向取另一軸。例如：在中，加工圓弧AB，計數(shù)方向取X軸，記作GX；加工MN，計數(shù)方向取Y軸，記作GY；加工PQ，計數(shù)方向取X軸、Y軸均可，記作GX或GY。 （3）計數(shù)長度J的確定 計數(shù)長度是在計數(shù)方向的基礎(chǔ)上確定的，是被加工的直線或圓弧在計數(shù)方向的坐標(biāo)軸上投影的絕對值總和，單位為m。 例如，在圖中，加工直線OA，計數(shù)方向?yàn)閄軸，計數(shù)長度為OB，數(shù)值等于A點(diǎn)的X坐標(biāo)值。在圖中，加工半徑為0.5mm的圓弧MN，計數(shù)方向?yàn)閄軸，計數(shù)長度為5003=1500m，即MN中三段90圓弧在X軸在投影的絕對值總和，而不是5002=1000m。快走絲切割機(jī)斷絲原因的分析高速走絲電火花線切割加工中的斷絲問題一直一個最普遍的問題。它使加工停頓并不得不從頭開始，浪費(fèi)了大量時間，破壞了加工表面的完整性，增加了加工的困難。斷絲原因的分析及解決辦法：1.與電極絲相關(guān)的斷絲 絲張力及走絲速度。對于高速走絲線切割加工，廣泛采用006025mm的鉬絲，因它耐損耗、抗拉強(qiáng)度高、絲質(zhì)不易變脆且較少斷絲。提高電極絲的張力可減少絲振的影響，從而提高精度和切割速度。絲張力的波動對加工穩(wěn)定性影響很大。產(chǎn)生波動的原因是：貯絲筒上的電極絲正反運(yùn)動時張力不一樣；工作一段時間后電極絲又會伸，致使張力下降（一般認(rèn)為張力在1215N較合適人張力下降的后果是絲振加劇，極易斷絲。 2.與脈沖電源相關(guān)的斷絲 （1）加工電流很大，火花放電異常，導(dǎo)致斷絲。種故障多數(shù)脈沖電源的輸出已變?yōu)橹绷鬏敵鏊?。從脈沖電源的輸出級向多諧振蕩器逐級檢查波形，更換損壞的元件，使輸出為合乎要求的脈沖波形時才能投入使用。 （2）輸出電流超過限值斷絲。在加工過程中火花放電突然變?yōu)樗{(lán)色的弧光放電，電流超過限值，將鉬絲燒斷。用示波器測輸端和振蕩部分都無波形輸出。可判斷故障出在振蕩部分。檢查發(fā)現(xiàn)有三極管的。立功極間內(nèi)部開路，中極間內(nèi)部擊穿，更換此管，高頻電源恢復(fù)正常。 另一種情況也是在加工過程中突然斷絲，電流在限值以上。用示波器測量高頻電源輸出端，其波形幅值減小，并有負(fù)波，而脈沖寬度符合要求，測量推動級波形其頻率、脈沖寬度及幅值均符合要求。判斷故障在功放部分。檢查功率管，測得其中一只管子的ce極間內(nèi)部擊穿，使末級電流直接加到鋼絲與工件之間引起電弧燒斷鉬絲。換去該管，恢復(fù)正常。 （3）鉬絲上出現(xiàn)燒傷點(diǎn)發(fā)生斷絲。一旦鉬絲上出現(xiàn)“疙瘩”狀的燒傷點(diǎn)，極易發(fā)生斷絲現(xiàn)象。一般認(rèn)為，這是粘附在電極絲上的加工屑（陽極物質(zhì)）所為，該粘附物起到了使放電集中在電極絲上的作用，此時若冷卻散熱條件差，就很可能使該處的溫度升高，這樣一來在連續(xù)的放電中就可能繼續(xù)有其他加工屑粘附在該點(diǎn)附近，如此造成一種惡性循環(huán)，最后導(dǎo)致該處發(fā)生燒傷現(xiàn)象。什么是線切割加工線切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，簡稱WEDM），全稱電火花線切割加工。其基本工作原理是利用連續(xù)移動的細(xì)金屬絲（稱為電極絲）作電極，對工件進(jìn)行脈沖火花放電蝕除金屬、切割成型。它主要用于加工各種形狀復(fù)雜和精密細(xì)小的工件，例如沖裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、樣板、電火花成型加工用的金屬電極，各種微細(xì)孔槽、窄縫、任意曲線等，具有加工余量小、加工精度高、生產(chǎn)周期短、制造成本低等突出優(yōu)點(diǎn)，已在生產(chǎn)中獲得廣泛的應(yīng)用，目前國內(nèi)外的電火花線切割機(jī)床已占電加工機(jī)床總數(shù)的60以上。根據(jù)電極絲的運(yùn)行速度不同，電火花線切割機(jī)床通常分為兩類：一類是高速走絲電火花線切割機(jī)床（WEDM-HS），其電極絲作高速往復(fù)運(yùn)動，一般走絲速度為810m/s，電極絲可重復(fù)使用，加工速度較高，但快速走絲容易造成電極絲抖動和反向時停頓，使加工質(zhì)量下降，是我國生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種，也是我國獨(dú)創(chuàng)的電火花線切割加工模式；另一類是低速走絲電火花線切割機(jī)床（WEDM-LS），其電極絲作低速單向運(yùn)動，一般走絲速度低于0.2m/s，電極絲放電后不再使用，工作平穩(wěn)、均勻、抖動小、加工質(zhì)量較好，但加工速度較低，是國外生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種。根據(jù)對電極絲運(yùn)動軌跡的控制形式不同，電火花線切割機(jī)床又可分為三種：一種是*模仿形控制，其在進(jìn)行線切割加工前，預(yù)先制造出與工件形狀相同的*模，加工時把工件毛坯和*模同時裝夾在機(jī)床工作臺上，在切割過程中電極絲緊緊地貼著*模邊緣作軌跡移動，從而切割出與*模形狀和精度相同的工件來；另一種是光電跟蹤控制，其在進(jìn)行線切割加工前，先根據(jù)零件圖樣按一定放大比例描繪出一張光電跟蹤圖，加工時將圖樣置于機(jī)床的光電跟蹤臺上，跟蹤臺上的光電頭始終追隨墨線圖形的軌跡運(yùn)動，再借助于電氣、機(jī)械的聯(lián)動，控制機(jī)床工作臺連同工件相對電極絲做相似形的運(yùn)動，從而切割出與圖樣形狀相同的工件來；再一種是數(shù)字程序控制，采用先進(jìn)的數(shù)字化自動控制技術(shù)，驅(qū)動機(jī)床按照加工前根據(jù)工件幾何形狀參數(shù)預(yù)先編制好的數(shù)控加工程序自動完成加工，不需要制作*模樣板也無需繪制放大圖，比前面兩種控制形式具有更高的加工精度和廣闊的應(yīng)用范圍，目前國內(nèi)外95以上的電火花線切割機(jī)床都已采用數(shù)控化。線切割原理介紹線切割加工機(jī)發(fā)展史20世紀(jì)中期 蘇聯(lián)拉扎林科夫婦研究開關(guān)觸點(diǎn)受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因時，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時高溫可以使局部的金屬熔化、氧化而被腐蝕掉，從而開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工方法 線切割放電機(jī)也于1960年發(fā)明于蘇聯(lián)。當(dāng)時以投影器觀看輪廓面前后左右手動進(jìn)給工作臺面加工，其實(shí)認(rèn)為加工速度雖慢，卻可加工傳統(tǒng)機(jī)械不易加工的微細(xì)形狀。代表的實(shí)用例子是化織噴嘴的異形孔加工。當(dāng)時使用之加工液用礦物質(zhì)性油(燈油)。絕緣性高，極間距離小，加工速度低于現(xiàn)在械械，實(shí)用性受限。將之NC化，在脫離子水(接近蒸餾水)中加工的機(jī)種首先由瑞士放電加工機(jī)械制造廠在1969年巴黎工作母機(jī)展覽會中展出，改進(jìn)加工速度，確立無人運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的安全性。但NC紙帶的制成卻很費(fèi)事，若不用大型計算機(jī)自動程序設(shè)計，對使用者是很大的負(fù)擔(dān)。在廉價的自動程序設(shè)計裝置(Automatic Programed Tools APT)出現(xiàn)前，普及甚緩。日本制造廠開發(fā)用小型計算機(jī)自動程序設(shè)計的線切割放電加工機(jī)廉價，加速普及。線切割放電加工的加工形狀為二次元輪廓。自動程序裝置廣用簡易形APT(APT語言比正式機(jī)型容易)，簡易形APT的出現(xiàn)為線切割放電機(jī)發(fā)展的重要因素。線切割放電加工基本原理線切割放電加工以銅線作為工具電極，在銅線與銅、鋼或超硬合金等被加工物材料之間施加60300V的脈沖電壓，并保持550um間隙，間隙中充滿煤油、純水等絕緣介質(zhì)，使電極與被加工物之間發(fā)生火花放電，并彼此被消耗、腐蝕.在工件表面上電蝕出無數(shù)的小坑，通過NC控制的監(jiān)測和管控，伺服機(jī)構(gòu)執(zhí)行，使這種放電現(xiàn)象均勻一致，從而達(dá)到加工物被加工，使之成為合乎要求之尺寸大小及形狀精度的產(chǎn)品.電火花加工的物理原理如下：為了在2個電極之間產(chǎn)生電火花，這2個電極之間的電壓必須高于間隙(電極-工件之間)擊穿電壓取決于：1) 電極和工件之間的距離；2) 電介液的絕緣能力(水質(zhì)比電阻)；3) 間隙的污染狀況(腐蝕廢物)。放電首先在電場最強(qiáng)的點(diǎn)發(fā)生，這是個復(fù)雜的過程；自由正離子和電子在場中積累，很快形成一個被電離的導(dǎo)電通道；在這個階段，兩板間形成電流。導(dǎo)致粒子間發(fā)生無數(shù)次碰撞，形成一個等離子區(qū)，并很快升高到8000到12000度的高溫，在兩導(dǎo)體表面瞬間熔化一些材料，同時，由于電極和電介液的汽化，形成一個氣泡，并且它的壓力規(guī)則上升直到非常高；然后電流中斷，溫度突然降低，引起氣泡內(nèi)向爆炸，產(chǎn)生的動力把溶化的物質(zhì)拋出彈坑，然后被腐蝕的材料在電介液中重新凝結(jié)成小的球體，并被電介液排走；對于電極及工件腐蝕對不對稱的問題，主要取決于電極熱傳導(dǎo)性，材料的熔點(diǎn)持續(xù)時間以及放電密度，發(fā)生在電極上稱作損耗，發(fā)生在工件上稱作去除材料。電火花加工的工業(yè)安全為了確保操作者和機(jī)床在最佳安全條件下，及同一廠內(nèi)人員的健康和具備舒適的工作環(huán)境，使機(jī)器設(shè)備長時間保持原有加工性能及精準(zhǔn)度， 延長使用壽命，必須遵守線切割放電加工的安全規(guī)則。一、 環(huán)境：環(huán)境的選擇與線切割放電加工設(shè)備及其操作人員有直接的關(guān)系，環(huán)境