第3章-電火花線切割加工

第3章電火花線切割加工主要內容：電火花線切割加工原理、特點和應用范圍電火花線切割加工設備電火花線切割控制系統(tǒng)和編程技術影響電火花線切割加工工藝指標的因素電火花線切割加工工藝第一節(jié)電火花線切割加工原理電火花線切割加工（WEDM）是用線狀電極（鉬絲/鎢絲/銅絲）靠火花放電切割工件的，簡稱線切割加工。電火花線切割加工的基本原理是用移動的細金屬導線（鉬絲/鎢絲/銅絲）作電極，對工件進行脈沖火花放電、切割成形。第一節(jié)電火花線切割加工原理電火花線切割加工（WEDM）是用線狀電極（鉬絲/鎢絲/銅絲）靠火花放電切割工件的，簡稱線切割加工。電火花線切割加工的基本原理是用移動的細金屬導線（鉬絲/鎢絲/銅絲）作電極，對工件進行脈沖火花放電、切割成形。電火花線切割加工分類根據電極絲的運行速度分為兩大類：高速走絲（快走絲）電火花線切割機床WEDM-HS高速往復走絲(8~10m/s)，我國獨創(chuàng)低速走絲（慢走絲）電火花線切割機床WEDM-LS單向低速走絲(0.2m/s)，國外生產和使用過去曾靠仿形和光電跟蹤控制，現(xiàn)在都已采用數字控制高速走絲電火花線切割加工原理

圖

5—1高速走絲電火花線切割加工原理1—絕緣底板2—工件3—脈沖電源4—鉬絲5—導向輪6—支架7—貯絲筒

線切割工藝示意裝置結構利用細鉬絲4作為工具電極進行切割。加工能源由脈沖電源3供給鉬絲穿過工件上預鉆好的小孔，經導向輪5由儲絲筒7帶動鉬絲作正反向交替移動工件安裝在工作臺上，由數控裝置按加工要求發(fā)出指令，控制兩臺步進電機帶動工作臺在水平X、Y兩個坐標方向移動從而合成各種曲線軌跡，把工件切割成形。在加工時，由噴嘴將工作液以一定的壓力噴向加工區(qū)，當脈沖電壓擊穿電極絲和工件之間的放電間隙時，兩極之間即產生火花放電而蝕除工件。高速走絲電火花線切割機床的加工原理：xy低速走絲電火花線切割加工原理

圖5—2低速走絲電火花線切割加工原理及設備組成示意圖1—脈沖電源；2—工件；3—工作液箱；4—去離子水；5—泵；6—儲絲筒；7—工作臺；8—X軸電動機；9—數控裝置；10—Y軸電動機；11—收絲筒

在加工時中，電極絲一方面相對工件2不斷做上（下）單向移動，由儲絲筒6經導向輪，最后到收絲筒11。工件2安裝在工作臺7上。工作臺7在數控伺服X軸電動機8、Y軸電動機10驅動下，在X、Y軸實現(xiàn)切割進給，使電極絲沿加工圖形的軌跡，對工件進行加工。在電極絲和工件之間加上脈沖電源1提供加工能源。在電極絲和工件之間澆注去離子水工作液，這時不斷產生火花放電，使工件不斷被電腐蝕，可控制完成工件的尺寸加工。電火花線切割加工特點與電火花加工的共性：電壓、電流波形與電火花加工基本相似加工機理、生產率、表面粗糙度等工藝規(guī)律，材料可加工性與電火花加工基本相似與電火花加工的不同：電極采用直徑較小的細絲，平均加工電流、脈沖寬度不能太大，加工工藝參數范圍小，屬于中、精加工，正極性加工采用水或水基工作液，有明顯的電解電流。但不會起火，易于實現(xiàn)無人運行。電解效應存在且有利于改善表面粗糙度。電火花線切割加工特點（續(xù)）一般沒有穩(wěn)定電弧放電（有相對運動）電極與工件之間存在“疏松接觸”式輕壓放電現(xiàn)象省掉了成形的工具電極，大大降低了成形電極的設計和制造電極絲較細，可以加工微細異型孔、窄縫和復雜形狀的工件采用移動的長電極絲進行加工，單位長度上電極絲的損耗較低，對精度影響小（慢走絲的電極絲一次性使用，不影響精度）線切割加工的應用范圍線切割加工適于加工各種直紋面的工件，其應用如下：加工模具

各種形狀的沖模，只需要一次編成加工電火花成型加工用的電極加工零件用于試制新產品，單件小批量生產，特殊難加工材料的加工第二節(jié)

線切割加工加工設備主要由：機床本體、脈沖電源、控制系統(tǒng)、工作液循環(huán)系統(tǒng)和機床附件等組成在老式單板機系統(tǒng)中脈沖電源和控制系統(tǒng)是分離的，而在新型的系統(tǒng)中控制系統(tǒng)集成于脈沖電源柜之中，但功能上還是獨立的。兩軸快走絲線切割加工加工設備兩軸慢走絲線切割加工加工設備走絲機構在線切割設備中，走絲機構是關鍵部件之一。走絲系統(tǒng)使電極絲以一定的速度運動并保持一定的張力?？熳呓z機床上，電極絲是卷繞在貯絲筒上，絲的張力與卷繞時的拉緊力有關，現(xiàn)已有恒張力機構慢走絲機床上，電極絲一次使用。有一個收絲輪、一個張緊電機。收絲輪負責拉動電極絲使其運動，張緊電機使電極絲保持一定的恒張力。不論快走絲還是慢走絲都有斷絲保護裝置。低速走絲系統(tǒng)示意圖圖

5—5

低速走絲系統(tǒng)示意圖1—

收絲卷筒

2—未使用的金屬絲

3—拉絲模

4—張力電動機5—電極絲張力調節(jié)軸

6—退火裝置

7—導向器

8—工件

自未使用的金屬絲筒

2（繞有

1～

3kg金屬絲）、靠卷絲輪

1使金屬絲以較低的速度（通常

0.2m／s以下）移動。為了提供一定的張力（2～25N），在走絲路徑中裝有一個機械式或電磁式張力機構

4和

5。拉絲模電極絲退火裝置為了減輕電極絲的振動，加工時應使其跨度盡可能小，通常在工件的上下采用藍寶石

V

形導向器或圓孔金剛石模塊導向器√為實現(xiàn)斷絲時能自動停車并報警，走絲系統(tǒng)中通常還裝有斷絲檢測微動開關。

√

導向器附近裝有引電部分，工作液一般通過引電區(qū)和導向器再進入加工區(qū)，可使全部電極絲的通電部分都能冷卻。

√

近代的機床上還裝有靠高壓水射流沖刷引導的自動穿絲機構，能使電極絲經一個導向器穿過工件上的穿絲孔而被傳送到另一個導向器，在必要時也能自動切斷并再穿絲，為無人連續(xù)切割創(chuàng)造了條件。

用過的電極絲集中到卷絲筒上或送到專門的收集器中。圖5—4高速走絲系統(tǒng)示意圖一定長度的電極絲平整地卷繞在貯絲筒上，絲張力與排繞時的拉緊力有關（如恒張力裝置），貯絲筒通過聯(lián)軸節(jié)與驅動電動機相連。為了重復使用該段電極絲，電動機由專門的換向裝置控制作正反向交替運轉。走絲速度等于貯絲筒周邊的線速度，通常為

8～10m／s。

在運動過程中，電極絲由絲架支撐，并依靠導輪保持電極絲與工作臺垂直或傾斜一定的幾何角度（錐度切割時）。

高速走絲系統(tǒng)示意圖錐度切割裝置目前實現(xiàn)錐度切割的方法有兩種：偏移式絲架快走絲上使用，絲架沿著導輪的徑向平移和軸向旋轉雙坐標聯(lián)動裝置采用兩軸工作臺，帶動上導絲嘴運動

圖５—6偏移式絲架實現(xiàn)錐度加工的方法

圖

5—6a為上（或下）絲臂平動法，上（或下）絲臂沿

x、

y方向平移，此法錐度不宜過大，否則鉬絲易拉斷，導輪易磨損，工件上有一定的加工圓角。

(a)(b)(c)偏移式絲架圖

5—6b為上、下絲臂同時繞一定中心移動的方法，如果模具刃口放在中心“O”上，則加工圓角近似為電極絲半徑。此法加工錐度也不宜過大。圖

5—6c為上、下絲臂分別沿導輪徑向平動和軸向擺動的方法，用此法時加工錐度不影響導輪磨損。最大切割錐度通?？蛇_

5°以上。四軸聯(lián)動錐度切割裝置圖5—7四軸聯(lián)動錐度切割裝置1—

X軸驅動電動機；2—Y軸驅動電動機；3—控制裝置；4—數控紙帶；5—V軸驅動電動機；6—U軸驅動電動機；

7—上導向器；8—工件；9—下導向器

它主要依靠上導向器作縱橫兩軸（稱u、v軸）驅動，與工作臺的x、y軸在一起構成NC（數字控制）四軸同時控制（圖5—7），這種方式的自由度很大，依靠功能豐富的軟件，可以實現(xiàn)上下異形截面形狀的加工。最大的傾斜角度θ一般為±5°，有的甚至可達30°～50°（與工件厚度有關）。

脈沖電源與成形機脈沖電源的差別：由于能量小，脈寬小，所以只能正極性加工。脈沖波形采用等頻率波形或高頻分組波形常用的脈沖電源晶體管矩形波脈沖電源高頻分組脈沖電源節(jié)能型脈沖電源晶體管矩形波脈沖電源

*晶體管式矩形波脈沖電源的工作方式與電火花成形加工類同。

圖5—8晶體管矩形波脈沖電源

*

它是通過控制功率管VT的基極以形成電壓脈寬ti、電流脈寬te和脈沖間隔to，限流電阻Ｒ１、Ｒ２決定峰值電流ie。

*這種電源廣泛用于高速走絲線切割機床，而在低速走絲機床中用的不多。

圖5—9高頻分組脈沖波形

高頻分組脈沖電源

圖5—10高頻分組脈沖電源的電路原理方框圖

*這種波是由矩形波派生出來的，即把較高頻率的小脈寬ti和小脈間to的矩形波脈沖分組成為大脈寬Ｔi和大脈間Ｔo輸出。

*加工時由高頻脈沖發(fā)生器、分組脈沖發(fā)生器和與門電路產生高頻分組脈沖波形，然后經脈沖放大和功率輸出，將高頻分組脈沖能量輸送到放電間隙，進行放電腐蝕加工。

*它既具有高頻脈沖加工表面粗糙度值小，又具有低頻脈沖加工速度高、電極絲損耗低的雙重特點，在相同的加工條件下，可獲得較好的加工工藝效果。

降低損耗的措施實驗表明成形加工中，精加工時，當脈沖的前后沿變緩后可以降低電極的損耗。因此采用如下方法實現(xiàn)：采用階梯波脈沖波形分前階梯/后階梯/前后階梯三種波形。采用串聯(lián)電感線切割加工正好和成形加工的精加工條件相同，可以采用上述方法。圖5—11前階梯波波形

階梯波脈沖電源*這種脈沖電源就是階梯形脈沖電源，一般為前階梯波，其電流波形如圖5—11所示。前階梯波是由矩形波組合而成，可由幾路起始脈沖放電時間順序延遲的矩形波疊加而成。

*

如果每個脈沖在擊穿放電間隙后，電壓及電流逐步升高，則可以在不太降低生產率的情況下，大大減少電極絲的損耗，延長重復使用電極絲的壽命，提高加工精度，這對于快速走絲線切割加工是很有意義的。

圖3-9線切割節(jié)能型脈沖電源主回路和波形圖

a)主回路圖b)電壓電流波形圖串聯(lián)電感*工作液的主要作用是在電火花線切割加工過程中脈沖間歇時間內及時將已蝕除下來的電蝕產物從加工區(qū)域中排除，使電極絲與工件間的介質迅速恢復絕緣狀態(tài)，保證火花放電不會變?yōu)檫B續(xù)的弧光放電，使線切割順利進行下去。

工作液及其循環(huán)系統(tǒng)

*工作液應具有一定的介電能力、較好的消電離能力、滲透性好、穩(wěn)定性好等特性，還應有較好的洗滌性能、防腐蝕性能、對人體無危害等。

*

一般線切割機床的工作液循環(huán)系統(tǒng)包括：工作液箱、工作液泵、流量控制閥、進液管、回流管及過濾網罩等。對于高速走絲線切割機床，通常采用澆注式的供液方式；而對于低速走絲線切割機床，近年來有些已采用浸泡式的供液方式。*

低速走絲線切割機床大多采用去離子水作工作液，只有在特殊精加工時才采用絕緣性能較高的煤油。*

高速走絲線切割機床使用的工作液是專用乳化液。如：ＤＸ－１、ＤＸ－３等第三節(jié)

線切割控制系統(tǒng)和編程技術線切割控制系統(tǒng)包括：軌跡控制加工控制編程技術對零件加工軌跡進行編程，零件形狀分：柱面/錐度/上下異型使用的數控指令格式：3B(4B,5B)/ISO/EIA，目前我國廣泛使用的是：3B和ISO兩種線切割控制系統(tǒng)線切割控制系統(tǒng)包括：軌跡控制精確控制電極絲相對于工件的運動軌跡，包括直線插補和圓弧插補，插補方法較多，在數控技術中已經介紹。但是在電火花加工中由于需要回退，所以必須具有反向插補功能加工控制控制伺服進給、脈沖電源、走絲機構、工作液循環(huán)、走絲速度、絲的張力等*數字程序控制系統(tǒng)能夠控制加工同一平面上由直線和圓弧組成的任何圖形的工件，這是最基本的控制功能。

圖5—14切割直線的原理

*控制方法有逐點比較法、數字積分法、矢量判別法、最小偏差法等。軌跡控制原理

*高速走絲線切割機床的控制系統(tǒng)普遍采用逐點比較法。機床在

X、

Y

兩個方向不能同時進給，只能按直線的斜度和圓弧的曲率來交替地一步一個微米地分步“插補”進給。*下面通過圖5—14來分析說明逐點比較法切割直線時的四個節(jié)拍：第一拍：偏差判別。第二拍：進給。第三拍：偏差計算。第四拍：終點判斷。根據Ｆ偏差值命令坐標工作臺沿+Ｘ向或-Ｘ向；或+Ｙ向或-Ｙ向進給一步，向規(guī)定的軌跡靠攏，縮小偏差。

根據計數長度判斷是否到達程序規(guī)定的加工終點。若到達終點，則停止插補和進給，否則再回到第一拍。按照偏差計算公式，計算和比較進給一步后新的坐標點對規(guī)定軌跡新的偏差Ｆ值，作為下一步判別走向的依據。

目的是判別目前的加工坐標點對規(guī)定幾何軌跡的偏離位置，然后決定拖板的走向。一般用Ｆ代表偏差值，Ｆ＝０，表示加工點恰好在線（軌跡）上。Ｆ>０，表示加工點在線的上方或左方，Ｆ<０，表示加工點在線的下方或右方，以此來決定第二拍進給的軸向和正、負方向。

加工控制功能*進給速度控制

*圖形的縮放、旋轉和平移

*短路回退

*間隙補償

*自動找中心

*適應控制

*信息顯示

*故障安全和自診斷等功能

能根據加工間隙的平均電壓或放電狀態(tài)的變化，通過取樣、變頻電路，不定期地向計算機發(fā)出中斷申請，暫停插補運算，自動調整伺服進給速度，保持某一平均放電間隙，使加工穩(wěn)定，提高切割速度和加工精度。經常記憶電極絲經過的路線。發(fā)生短路時，改變加工條件并沿原來的軌跡快速后退，消除短路，防止斷絲。線切割加工數控系統(tǒng)所控制的是電極絲中心移動的軌跡。因此，加工有配合間隙沖模的凸、凹模時，電極絲中心軌跡應該向原圖形之外或內偏移，進行“間隙補償”。利用圖形的任意縮放功能可以加工出任意比例的相似圖形；利用任意角度的旋轉功能可使零件的編程大大簡化；而平移功能則同樣極大地簡化了跳步模具的編程。具有斷電記憶等功能?？蓜討B(tài)顯示程序號、計數長度等軌跡參數，較完善地采用計算機CRT屏幕顯示，還可以顯示電規(guī)準參數、切割軌跡圖形和切割速度、切割時間等。使孔中的電極絲自動找正后停止在孔中心處。在工件切割厚度變化的場合，改變規(guī)準之后，能自動改變伺服進給速度或電參數，不用人工調節(jié)就能自動進行高效率、高精度的穩(wěn)定加工。電火花線切割編程數控線切割加工機床的控制系統(tǒng)是根據人的“命令”控制機床進行加工的。因此必須先將要加工工件的圖形用機器所能接受的“語言”編好“命令”，以便輸入控制系統(tǒng)，這種“命令”就是線切割加工程序。這項工作叫數控線切割編程，簡稱編程。

數控線切割編程方法分為手工編程和微機自動編程。

為了便于機器接受“命令”，必須按照一定的格式來編制線切割加工機床的數控程序。目前高速走絲線切割機床一般采用

3B（個別擴充為4B或5B）數控程序格式，而低速走絲線切割機床普遍采用ISO（國際標準化組織）或EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會）數控程序格式。

編程技術對零件加工軌跡進行編程即數控編程技術。線切割中零件形狀分為：柱面/錐度/上下異型數控指令格式：3B(4B,5B)ISO（國際標準化組織）EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會）目前我國廣泛使用的是：3B和ISO兩種如何進行數控編程？手動編程與自動編程數控編程-3B3B編程格式：BxByBJGZx,y—直線的終點坐標或圓弧的起點坐標絕對值，單位umJ—計數長度G—計數方向Z—加工指令直線L（L1,L2,L3,L4）順圓弧SR(SR1,SR2,SR3,SR4)逆圓弧NR(NR1,NR2,NR3,NR4)所有坐標都是相對的數控編程-ISO與普通數控機床的ISO編程相同：G90/G91G92G00G01/G02/G03G81與普通數控機床的ISO編程不同如G80/M05等脈沖電源參數控制指令（不同的機床不同）3B程序指令格式

不管是什么圖形，只要能分解為直線和圓弧就可依次分別編程。

BXBYBJGZ分隔符X

坐標值分隔符Y

坐標值分隔符計數長度計數方向加工指令表

5-13B程序指令格式

圖5—15加工指令

B——分隔符號。

X、Y——坐標值。G——計數方向。J——計數長度。

Z——加工指令。

表中各個參數的含義為：

它在程序單上起著把

X、Y

和

J數值分隔開的作用。

分Ｇx或Ｇy，即可按X方向或Y方向計數，工作臺在該方向每走1μm，即計數累減1，當累減到計數長度J=0時，這段程序即加工完畢。分為直線L與圓弧R兩大類。直線的終點對其起點的坐標值或圓弧起點對其圓心的坐標值，編程時均取絕對值，以μm為單位，最多為6位數。圓弧按第一步進入的象限及走向的順圓、逆圓而分為順圓SR1、SR2、SR3、SR4及逆圓NR1、NR2、NR3、NR4共八種。直線按走向和終點所在象限而分為L1、L2、L3、L4四種。返回直線編程方法返回圓弧編程方法為了保證所要加工的圓弧或直線段能按要求的長度加工出來，一般線切割加工機床是用從起點到終點某個滑板進給的總長度來作為計數長度的。直線的編程方法

XY原點終點(x，y)以直線的起點為原點，建立正常的直角坐標系，x，y

表示直線終點的坐標絕對值。

在直線

3B

代碼中，x，y

值主要是確定該直線的斜率，所以可將直線終點坐標的絕對值除以它們的最大公約數作為

x，y

的值，以簡化數值。

若直線與

X

或

Y

軸重合，為區(qū)別一般直線，x，y

均可寫作

0

也可以不寫。計數方向Ｇ的選取原則，應取此程序最后一步的軸向為計數方向。對直線而言，取X、Y中較大的絕對值和軸向作為計數長度Ｊ和計數方向Ｇ。J

的取值方法為：由計數方向

G

確定投影方向，若

G=Gx，則將直線向

X

軸投影得到長度的絕對值即為

J

的值；若

G=Gy，則將直線向

Y

軸投影得到長度的絕對值即為

J

的值。加工指令

Z

按照直線走向和終點所在的坐標象限不同可分為

L1、L2、L3、L4，其中與+X

軸重合的直線算作

L1，與-X

軸重合的直線算作

L3，與+Y

軸重合的直線算作

L2，與-Y

軸重合的直線算作

L4，具體可參考圖５—15。終點(0，0)計數長度G=Gxx圓弧的編程方法

以圓弧的圓心為坐標原點，建立正常的直角坐標系。

x，y

值的確定:用

x，y

表示圓弧起點坐標的絕對值。G

的確定:

計數方向（分Gx

和Gy）同樣也取與該圓弧終點時走向較平行的軸向作為計數方向，以減少編程和加工誤差，即取終點坐標絕對值小的軸向為計數方向（與直線編程相反）。J

的確定:按計數方向G（Gx

或Gy）取圓弧在Ｘ軸或Ｙ軸上的投影值作為計數長度。如果圓弧較長，跨越兩個以上象限，則分別取計數方向Ｘ軸（或Ｙ軸）上各個象限投影值的絕對值相累加，作為該方向總的計數長度。加工指令

Z

按照第一步進入的象限可分為

R1、R2、R3、R4；按切割的走向可分為順圓

S

和逆圓

N，于是共有

8

種指令：SR1、SR2、SR3、SR4、NR1、NR2、NR3、NR4，具體可參考圖５—15。yC（x，y）原點GxJ例5-1對如圖5—16所示的圖形進行編程。

解：

該工件由三段直線和一段圓弧組成，故需要分成四段來編寫程序：

編程舉例

加工直線段

AB

以起點

A

為坐標原點，因AB與

X軸正重合，X、Y均可作0計，故程序為：B40000BB40000GXL1或BBB40000GXL1（按X＝40000，Y＝0，也可編程為：B40000B0B40000GXL1，不會出錯）加工斜線段

BC

以

B

點為坐標原點，則

C

點對

B

點的坐標為

X=10000，

Y=90000，故程序為：B1B9B90000GYL1

加工圓弧

CD

以該圓弧圓心

O

為坐標原點，經計算，圓弧起點

C

對圓心

O

點的坐標為：

X=30000，

Y=40000，故程序為：

B30000B40000B60000GxNR1

圖5—16

以

D

點為坐標原點，終點

A

對

D

點的坐標為

X=10000，

Y=90000，故程序為：

B1B9B90000GYL4

加工整個工件的程序單如下表

加工斜線段

DA

實際線切割加工和編程時，要考慮鉬絲半徑r和單面放電間隙S的影響。對于切割孔和凹體，應將程序軌跡偏移減?。╮+S）距離，對于凸體，則應偏移增大（r+S）距離。

程序BXBYBJGZ1B

B

B40000GXL12B1B9B90000GYL13B30000B40000B60000GXNR14B1B9B90000GYL45停機代碼D圖5—16

例

5-2

用3B

代碼編制加工圖5—17(a)所示的線切割加工程序。已知線切割加工用的電極絲直徑為

0.18mm，單邊放電間隙為

0.01mm，圖中

A

點為穿絲孔，加工方向沿

A—B—C—D—E—F—G—H—Ｂ—A

進行。

(a)零件圖

(b)鉬絲軌跡圖解

：

(1)分析?，F(xiàn)用線切割加工凸模狀的零件圖，實際加工中由于鉬絲半徑和放電間隙的影響，鉬絲中心運行的軌跡形狀如圖5—17(b)中虛線所示，即加工軌跡與零件圖相差一個補償量，補償量的大小為：

鉬絲半徑+單邊放電間隔=0.09+0.01=0.1mm

編程舉例

圖5—17線切割圖形

表

5-3圓弧

EF

和

E′F′特點比較表

圖5—17線切割圖形

*在加工中需要注意的是

E′F′圓弧的編程，圓弧

EF(如圖5—17(a)所示)與圓弧

E′F′(如圖5—17(b)所示)有較多不同點，它們的特點比較如表

5-3

所示。

起點起點所在象限圓弧首先進入象限圓弧經歷象限圓弧

EFEX軸上第四相象第二、三象限圓弧

E′F′

E′第一象限第一象限第一、二、三、四象限(a)零件圖

(b)鉬絲軌跡圖

(2)計算并編制圓弧

E′F′的

3B

代碼。在圖5—17(b)中，最難編制的是圓弧

E′F′，其具體計算過程如下：

√以圓弧

E′F′的圓心為坐標原點，建立直角坐標系，則

E′點的坐標為：YE′=0.1mm，

XE′=(20-0.1)2-0.12=19.900mm。根據對稱原理可得

F′的坐標為(-19.900，0.1)。

√根據上述計算可知圓弧

E′F′的終點坐標的

Y

的絕對值小，所以計數方向為

Y。

圓弧

E′F′在第一、二、三、四象限分別向

Y

軸投影得到長度的絕對值分別為

0.1mm、19.9mm、19.9mm、0.1mm，故

J=40000。

E′F′B19900B100B40000GYSR1√由上可知，圓弧

E′F′的

3B

代碼為

√圓弧

E′F′首先在第一象限順時針切割，故加工指令為

SR1。

圖5—17（b）

(3)經過上述分析計算，可得軌跡形狀的

3B

程序，如

表5-4

所示。

程序BXBYBJGZ備注1B0B0B2900GYL2加工A′B′線段2B40100B0B40100GXL1加工B′C′線段3B0B40200B40200GYL2加工C′D′線段4B0B0B20200GXL3加工D′E′線段5B19900B100B40000GYSR1加工E′F′圓弧線段6B20200B0B20200GXL3加工F′G′線段7B0B40200B40200GYL4加工G′H′線段8B40100B0B40100GXL1加工H′B′線段9B0B2900B2900GYL4加工B′A′線段10停機代碼D

表５-４

切割軌跡3B程序單

線切割編程是根據圖樣提供的數據經過分析和計算編寫出現(xiàn)切割機床能夠接受的數控程序。自動編程：用戶輸入要切割的軌跡數據，經過排序、用戶指定切割方向和切入點自動生成數控程序，可以生成各種格式的數控程序。其過程與手動編程差不多只不過用軟件實現(xiàn)。自動編程圖3-12用掃描儀直接輸入圖形編程切割出的工件圖形

對快走絲機床，電極絲損耗量用電極絲在切割

10000mm２面積后電極絲直徑的減少量來表示，一般鉬絲直徑減小量不應大于

0.01mm。對慢走絲機床，由于電極絲是一次性的，故電極絲損耗量可忽略不計。

切割速度

線切割加工的主要工藝指標

電極絲損耗量

加工精度表面粗糙度

我國和歐洲通常采用輪廓算術平均偏差

Ra（μm）來表示表面粗糙度，日本則采用

Rmax（μm）來表示。高速走絲線切割加工的表面粗糙度一般為

Ra5～2.5μm，最佳也只有

Ra1μm左右。低速走絲線切割加工的表面粗糙度一般為

Ra1.25μm，最佳可達

Ra0.2μm。

加工精度是指加工后工件的尺寸精度、幾何形狀精度（如直線度、平面度、圓度等）和位置精度（如平行度、垂直度、傾斜度等）的總稱。高速走絲線切割加工的可控加工精度在

0.01～0.02mm

左右，低速走絲線切割加工可達

0.005～0.002mm

左右。

在一定的切割條件下，單位時間內電極絲中心線在工件上切過的面積總和稱為切割速度，單位為mm2/min。通?？熳呓z線切割速度為

50～100mm2/min，而慢走絲切割速度為100～150

mm2/min，它與加工電流大小有關，為了在不同脈沖電源、不同加工電流下比較切割效果，將每安培電流的切割速度稱為切割效率，一般切割效率為

20mm2/(min·A)。第四節(jié)

影響線切割工藝指標的因素脈沖寬度ti

電參數的影響脈沖間隔

to

開路電壓ui

放電峰值電流ie

放電波形

通常情況下，放電脈沖寬度ti加大時，切割速度提高，加工表面粗糙度變差。一般取脈沖寬度ti＝2～60μs。在分組脈沖及光整加工時，ti可小至０.５μs以下。放電脈沖間隔to減小時，平均電流增大，切割速度加快。但脈沖間隔to過小會引起電弧放電和斷絲。一般情況下，取脈沖間隔to＝(4～8)ti。在切割大厚度工件時，應取較大值，以保持加工過程的穩(wěn)定性。改變該值會引起放電峰值電流和放電加工間隙的改變。ui提高，加工間隙增大，排屑變易，可以提高切割速度和加工過程的穩(wěn)定性。但易造成電極絲振動，通常ui的提高會增加電源中限流電阻的發(fā)熱損耗，還會使絲損加大。峰值電流增大，切割加工速度提高，表面粗糙度變差，電極絲的損耗比加大。一般取峰值電流ie小于

40A，平均電流小于

5A。慢走絲線切割加工時，因脈寬很窄，小于１μs，電極絲又較粗，故ie有時大于100A甚至500A。在相同的工藝條件下，高頻分組脈沖常常能獲得較好的加工效果。電流波形的前沿上升比較緩慢時，電極絲損耗較少。不過當脈寬很窄時，必須要有陡的前沿才能進行有效的加工。非電參數的影響1.電極絲及其材料對工藝指標的影響

目前電火花線切割加工使用的電極絲材料有鉬絲、鎢絲、鎢鉬合金絲、黃銅絲、銅鎢絲等?？熳呓z線切割加工中廣泛使用鉬絲作為電極絲，因它耐損耗、抗拉強度高、絲質不易變脆且較少斷絲。

提高電極絲的張力可減輕絲振的影響，從而提高精度和切割速度。

采用恒張力裝置可以在一定程度上改善絲張力的波動。但如果過分將張力增大，切割速度不僅不繼續(xù)上升，反而容易斷絲。

電極絲的直徑是根據加工要求和工藝條件選取的。在加工要求允許的情況下，可選用直徑大些的電極絲。直徑大，抗拉強度大，承受電流大，可采用較強的電規(guī)準進行加工，能夠提高輸出的脈沖能量，提高加工速度。

若電極絲過粗，則難加工出內尖角工件，降低了加工精度；

若電極絲直徑過小，則抗拉強度低，易斷絲，而且切縫較窄，放電產物排除條件差，加工經常出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，導致加工速度降低。

細電極絲的優(yōu)點是可以得到較小半徑的內尖角，加工精度能相應提高。

非電參數的影響1.電極絲及其材料對工藝指標的影響

對于快走絲線切割機床，在一定的范圍內，隨著走絲速度的提高，加工速度也提高。提高走絲速度有利于電極絲把工作液帶入較大厚度的工件放電間隙中，有利于電蝕產物的排除和放電加工的穩(wěn)定。但走絲速度過高，將加大機械振動、降低精度和切割速度，表面粗糙度也惡化，并易造成斷絲，一般以小于10m/s為宜。

快走絲線切割加工時，電極絲通過往復運動進行加工，工件表面往往會出現(xiàn)黑白交錯相間的條紋，電極絲進口處呈黑色，出口處呈白色。(如圖5—20所示)

電極絲往復運動還會造成斜度。

(如圖5—21所示)對于慢走絲線切割機床，電極絲的材料和直徑有較大的選擇范圍。由于電極絲單方向運動，加之便于維持放電間隙中的工作液和蝕除產物的大致均勻，所以可以避免黑白相間的條紋。同時，由于慢走絲系統(tǒng)電極絲運動速度低、一次性使用，張力均勻，振動較小，所以加工穩(wěn)定性、表面粗糙度、精度指標等均好于快走絲機床。

2.工件厚度及其材料對工藝指標的影響

工件材料薄，工作液容易進入和充滿放電間隙，對排屑和消電離有利，加工穩(wěn)定性好。

若工件材料太厚，工作液難進入和充滿放電間隙，這樣對排屑和消電離不利，加工穩(wěn)定性差，但電極絲不易抖動，因此切割精度較高，表面粗糙度值較小。

切割速度起先隨厚度的增加而增加，達到某一最大值（一般為50～100mm）后開始下降，這是因為厚度過大時，沖液和排屑條件變差。若工件太薄，電極絲易產生抖動，對加工精度和表面粗糙度帶來不良影響，且脈沖利用率低，切割速度下降。

工件材料的化學、物理性能不同，加工效果也將會有較大差異。

非電參數的影響3.預置進給速度對工藝指標的影響調節(jié)預置進給速度，使其緊密跟蹤工件蝕除速度，保持加工間隙恒定在最佳值左右，可以使有效放電狀態(tài)的比例大，而開路和短路的比例小，從而使切割速度達到給定加工條件下的最大值，相應的加工精度和表面質量也好。如果預置進給速度調得太快，超過工件可能的蝕除速度會出現(xiàn)頻繁的短路現(xiàn)象，切割速度反而低，表面粗糙度也差，上下端面切縫呈焦黃色，甚至可能斷絲。若進給速度調得太慢，明顯落后于工件可能的蝕除速度，極間將偏開路，有時會時而開路時而短路，上下端面切縫發(fā)焦黃色，影響工藝指標。在相同的工作條件下，采用的工作液不同，得到的加工速度、表面粗糙度不同。工作液的注入方式和注入方向對線切割加工精度有較大影響。合理調節(jié)預置進給速度，使其達到較好的加工狀態(tài)是很重要的。機床機械部分精度（例如導軌、軸承、傳動誤差等）會影響工藝指標。非電參數的影響合理選擇電參數要求切割速度高單個脈沖能量大，即脈寬大、峰值電流大、空載電壓高要求表面粗糙度單個脈沖能量小，可采用分組脈沖。要求電極損耗小采用階梯波（主要前階梯）或串聯(lián)電感，使電流前沿上升緩慢。切割厚工件采用大電流、大脈寬和大的脈間的矩形波。線切割加工的三種狀態(tài)過跟蹤欠跟蹤正常跟蹤數控線切割機床加工效果的好壞，在很大程度上還取決于操作者調整進給速度是否適宜，為此可將示波器接到放電間隙，根據加工波形來直觀地判斷與調整.合理控制進給速度對于壓頻轉換的線切割機床而言要合理調整變頻進給的頻率，以控制進給速度。新型的線切割機床可直接控制進給速度，具有自動跟蹤功能。如何控制進給速度？用示波器觀察放電波形觀察電壓表和電流表指針，擺動最小工作電流達到短路電流的70%~80%計算不同條件下的工作電流和短路電流合理控制進給速度（續(xù)1）(1)進給速度過高(過跟蹤)——空載電壓波形消失，加工電壓波形變弱，短路電壓波形濃。接近于短路，加工，表面發(fā)焦呈褐色，工件的上下端面均有過燒現(xiàn)象。(2)進給速度過低(欠跟蹤)——空載電壓波形較濃，時而出現(xiàn)加工波形，短路波形出現(xiàn)較少。這時工件蝕除的線速度大于進給速度，間隙近于開路，加工表面亦發(fā)焦呈淡褐色，工件的上下端面也有過燒現(xiàn)象。合理控制進給速度（續(xù)2）(3)進給速度稍低(欠佳跟蹤)——此時間隙中空載、加工、短路形比較穩(wěn)定。這時工件蝕除的線速度略高于進給速度，加工表面較粗交錯相間的條紋。(4)進給速度適宜(最佳跟蹤)——空載及短路波形弱，加工波形濃而穩(wěn)定。這時工件蝕除的速度與進給速度相當，加工表面細而亮，絲紋均勻。在這種情況下，能得到表面粗糙度好、精度高的加工效果。表3-2根據進給狀態(tài)調整變頻的方法實頻狀態(tài)進給狀態(tài)加工面狀況切割速度電極絲變頻調整過跟蹤慢而穩(wěn)焦褐色低略焦，老化快應減慢進給速度欠跟蹤忽慢忽快

不均勻不光潔

易出深痕低易燒絲，絲上

有白斑傷痕應加快進給速度欠佳跟蹤慢而穩(wěn)略焦褐，有條紋較快焦色應稍增加進給速度最佳跟蹤很穩(wěn)發(fā)白，光潔最快發(fā)白，老化慢不需再調整合理控制進給速度（續(xù)3）表3-3加工電流與短路電流的最佳比值脈沖電源空載電壓/V405060708090100110120加工電流與短路電流最佳比值β0．50．60．660．710．750．780．80．820．83第五節(jié)

線切割加工工藝及其擴展線切割加工主要加工三類型面:切割直壁二維型面有錐度的型面變錐度的型面或上下異型面擴展功能增加一個旋轉軸此軸可以伺服線切割加工擴展工藝—雙曲面軸伺服線切割加工擴展工藝—阿基米德螺旋線X軸與軸聯(lián)動插補線切割加工擴展工藝—螺旋曲面線切割加工擴展工藝—正弦曲面線切割加工擴展工藝—螺旋槽線切割加工擴展工藝—寶塔線切割加工擴展工藝—太師椅圖3-22數控二軸聯(lián)動加

分度線切割加工太師椅線切割加工擴展工藝—扭轉四方錐臺圖3-23數控三軸聯(lián)動加分度線切割加工扭轉四方錐臺

a)加工原理圖b)外形圖電火花線切割加工內容總結掌握電火花線切割加工原理、特點、分類和應用范圍掌握電火花線切割控制系統(tǒng)熟練掌握電火花線切割編程技術掌握電火花線切割加工工藝指標及其影響因素了解電火花線切割加工設備了解電火花線切割加工工藝圖5—21電極絲運動引起的斜度

如圖5—21所示，當電極絲上下運動時，電極絲進口處與出口處的切縫寬窄不同。寬口是電極絲的入口處，窄口是電極絲的出口處。

因此，當電極絲往復運動時，在同一切割表面中電極絲進口與出口的高低不同。這對加工精度和表面粗糙度是有影響的。

返回圖5—22是切縫剖面示意圖。由圖可知，電極絲的切縫不是直壁縫，而是兩端小、中間大的鼓形縫。圖5—22切縫剖面示意圖

入口處

出口處

電極絲往復運動引起的斜度：這也是往復走絲工藝的特性之一。圖5—20與電極絲運動方向有關的條紋

電極絲往復運動進行加工時，黑白條紋的出現(xiàn)與電極絲的運動有關，這是排屑和冷卻條件不同造成的。

當電極絲從上向下運動時，工作液由電極絲從上部帶入工件內，放電產物從下部被帶出。返回如右圖所示:在上部工作液充分，冷卻條件好，下部工作液少，冷卻條件差，但排屑條件比上部好。工作液在放電間隙里受高溫熱裂分解，形成高壓氣體，急劇向外擴散，對上部蝕除物的排除造成困難。這時，放電產生的炭黑等物質將凝聚附著在上部加工表面上，使之呈黑色。在下部，排屑條件好，工作液少，放電產物中炭黑較少，而且放電常常是在氣體中發(fā)生的，因此加工表面呈白色。

同理，當電極絲從下向上運動時，下部呈黑色，上部呈白色。這樣，經過電火花線切割加工的表面，就形成黑白交錯相間的條紋。高速走絲獨有的黑白條紋，對工件的加工精度和表面粗糙度都造成不良的影響。

ISO代碼的手工編程方法1、ISO代碼程序格式

對線切割加工來說，某一圖段（直線或圓?。┑某绦蚋袷綖椋篘××××G××X××××××Y××××××I××××××J××××××

字母是組成程序段的基本單元，一般是由一個關鍵字母加若干位十進制數字組成，具體如下：

程序段號

N：準備功能指令

G：是建立機床或控制系統(tǒng)方式的一種指令，其后為兩位數字表示各種不同的功能。尺寸字：尺寸字在程序段中主要是用來控制電極絲運動到達的坐標位置。輔助功能指令M：位于程序段之首，表示一條程序的序號，后續(xù)為2～4位數字。電火花線切割加工常用的尺寸字有X、Y、U、V、A、I、J等，尺寸字的后續(xù)數字應加正負號，單位為μm。其中I、J為圓弧的圓心對圓弧起點的坐標值。其它為線段的終點坐標值。由M功能指令及后續(xù)兩位數組成，即M00～M99，用來指令機床輔助裝置的接通或斷開。其中M00為程序暫停；M01為選擇停止；M02為程序結束。例如：

ISO代碼的手工編程方法2、ISO代碼按終點坐標有兩種表達及輸入方式

圓：以圖形中某一適當點為坐標原點，用±X、±Y表示某段圓弧終點的絕對坐標值，用I、J表示圓心對圓弧起點的坐標值（圖5—18b）。

（1）絕對坐標方式，代碼為G90

線：以圖形中某一適當點為坐標原點，用±X、±Y表示終點的絕對坐標值（圖5—18a）。（圖5—18a）（圖5—18b）