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(jiǎn)稱WEDM）是線電極電火花加工的簡(jiǎn)稱，是電火花加工的一種，有時(shí)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(shí)，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(shí)高溫，使金屬局部熔化甚至汽化而被蝕除下來(lái)。若工作臺(tái)帶動(dòng)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(dòng)鉬絲交替作正、反向的高速移動(dòng)，所以鉬絲基本上不被蝕除，可使用較長(zhǎng)的時(shí)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(guó)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(dòng)，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(dòng)和反向時(shí)停頓，使加工質(zhì)量下降，是我國(guó)生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種，也是我國(guó)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(dòng)，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(dòng)小、加工質(zhì)量較好，但加工速度較低，是國(guó)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(guó)是第一個(gè)用于工業(yè)生產(chǎn)的國(guó)家,當(dāng)時(shí)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(guó)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(guó)采用鎢鉬合金絲,國(guó)外采用黃銅絲; 2.我國(guó)采用皂化工作液,國(guó)外采用去離子水; 3.我國(guó)的走絲速度為11米/秒左右,國(guó)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(guó)外是走過(guò)后不再重用, 5.我們的精度不如國(guó)外高. 根據(jù)對(duì)電極絲運(yùn)動(dòng)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(shí)把工件毛坯和*模同時(shí)裝夾在機(jī)床工作臺(tái)上，在切割過(guò)程中電極絲緊緊地貼著*模邊緣作軌跡移動(dòng)，從而切割出與*模形狀和精度相同的工件來(lái)； 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(shí)將圖樣置于機(jī)床的光電跟蹤臺(tái)上，跟蹤臺(tái)上的光電頭始終追隨墨線圖形的軌跡運(yùn)動(dòng)，再借助于電氣、機(jī)械的聯(lián)動(dòng)，控制機(jī)床工作臺(tái)連同工件相對(duì)電極絲做相似形的運(yùn)動(dòng)，從而切割出與圖樣形狀相同的工件來(lái)；第三種是數(shù)字程序控制，采用先進(jìn)的數(shù)字化自動(dòng)控制技術(shù)，驅(qū)動(dòng)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(dòng)完成加工，不需要制作*模樣板也無(wú)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(guó)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(shí)，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(tái)、床身、工作液系統(tǒng)等組成。運(yùn)絲機(jī)構(gòu):電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸節(jié)帶動(dòng)貯絲筒交替作正、反向轉(zhuǎn)動(dòng)，鉬絲整齊地排列在貯絲筒上，并經(jīng)過(guò)絲架作往復(fù)高速移動(dòng)（線速度為9m/s左右）。工作臺(tái):用于安裝并帶動(dòng)工件在工作臺(tái)平面內(nèi)作X、Y兩個(gè)方向的移動(dòng)。工作臺(tái)分上下兩層，分別與X、Y向絲杠相連，由兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)每接收到計(jì)算機(jī)發(fā)出的一個(gè)脈沖信號(hào)，其輸出軸就旋轉(zhuǎn)一個(gè)步距角，通過(guò)一對(duì)齒輪變速帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使工作臺(tái)在相應(yīng)的方向上移動(dòng)0.01mm。工作臺(tái)的有效行程為250320mm。 床身 用于支承和連接工作臺(tái)、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(huì)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(guò)程中，工作液可把加工過(guò)程中產(chǎn)生的金屬顆粒迅速?gòu)碾姌O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(shí)，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(guò)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(jì) 計(jì) 加 序 弧 隔 坐 隔 坐 隔 數(shù) 數(shù) 工 段 半 符 標(biāo) 符 標(biāo) 符 長(zhǎng) 方 指 號(hào) 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(lái)。這種程序格式稱為“三B格式”。加工直線時(shí)，R為零。 在一個(gè)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(duì)機(jī)床操作臺(tái)，工作臺(tái)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(shí)，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(shí)，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(hào)均不寫，單位為m。 （2）計(jì)數(shù)方向G的確定 不管是加工直線還是圓弧，計(jì)數(shù)方向均按終點(diǎn)的位置來(lái)確定。具體確定的原則如下： 加工直線時(shí)，計(jì)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(jì)數(shù)方向取X軸，記作GX；加工OB，計(jì)數(shù)方向取Y軸，記作GY：加工OC，計(jì)數(shù)方向取X軸、Y軸均可，記作GX或GY。 加工圓弧時(shí)，終點(diǎn)靠近何軸，則計(jì)數(shù)方向取另一軸。例如：在中，加工圓弧AB，計(jì)數(shù)方向取X軸，記作GX；加工MN，計(jì)數(shù)方向取Y軸，記作GY；加工PQ，計(jì)數(shù)方向取X軸、Y軸均可，記作GX或GY。 （3）計(jì)數(shù)長(zhǎng)度J的確定 計(jì)數(shù)長(zhǎng)度是在計(jì)數(shù)方向的基礎(chǔ)上確定的，是被加工的直線或圓弧在計(jì)數(shù)方向的坐標(biāo)軸上投影的絕對(duì)值總和，單位為m。 例如，在圖中，加工直線OA，計(jì)數(shù)方向?yàn)閄軸，計(jì)數(shù)長(zhǎng)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(jì)數(shù)方向?yàn)閄軸，計(jì)數(shù)長(zhǎng)度為5003=1500m，即MN中三段90圓弧在X軸在投影的絕對(duì)值總和，而不是5002=1000m?？熳呓z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(wèn)題一直一個(gè)最普遍的問(wèn)題。它使加工停頓并不得不從頭開始，浪費(fèi)了大量時(shí)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(duì)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(dòng)對(duì)加工穩(wěn)定性影響很大。產(chǎn)生波動(dòng)的原因是：貯絲筒上的電極絲正反運(yùn)動(dòng)時(shí)張力不一樣；工作一段時(shí)間后電極絲又會(huì)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隆拿}沖電源的輸出級(jí)向多諧振蕩器逐級(jí)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(shí)才能投入使用。 （2）輸出電流超過(guò)限值斷絲。在加工過(guò)程中火花放電突然變?yōu)樗{(lán)色的弧光放電，電流超過(guò)限值，將鉬絲燒斷。用示波器測(cè)輸端和振蕩部分都無(wú)波形輸出?？膳袛喙收铣鲈谡袷幉糠?。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(guò)程中突然斷絲，電流在限值以上。用示波器測(cè)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(cè)量推動(dòng)級(jí)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(cè)得其中一只管子的ce極間內(nèi)部擊穿，使末級(jí)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(yáng)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(shí)若冷卻散熱條件差，就很可能使該處的溫度升高，這樣一來(lái)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(jiǎn)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(dòng)的細(xì)金屬絲（稱為電極絲）作電極，對(duì)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(guó)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(dòng)，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(dòng)和反向時(shí)停頓，使加工質(zhì)量下降，是我國(guó)生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種，也是我國(guó)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(dòng)，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(dòng)小、加工質(zhì)量較好，但加工速度較低，是國(guó)外生產(chǎn)和使用的主要機(jī)種。根據(jù)對(duì)電極絲運(yùn)動(dòng)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(shí)把工件毛坯和*模同時(shí)裝夾在機(jī)床工作臺(tái)上，在切割過(guò)程中電極絲緊緊地貼著*模邊緣作軌跡移動(dòng)，從而切割出與*模形狀和精度相同的工件來(lái)；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(shí)將圖樣置于機(jī)床的光電跟蹤臺(tái)上，跟蹤臺(tái)上的光電頭始終追隨墨線圖形的軌跡運(yùn)動(dòng)，再借助于電氣、機(jī)械的聯(lián)動(dòng)，控制機(jī)床工作臺(tái)連同工件相對(duì)電極絲做相似形的運(yùn)動(dòng)，從而切割出與圖樣形狀相同的工件來(lái)；再一種是數(shù)字程序控制，采用先進(jìn)的數(shù)字化自動(dòng)控制技術(shù)，驅(qū)動(dòng)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(dòng)完成加工，不需要制作*模樣板也無(wú)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(guó)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(shí)，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時(shí)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(shí)以投影器觀看輪廓面前后左右手動(dòng)進(jìn)給工作臺(tái)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(shí)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(huì)中展出，改進(jìn)加工速度，確立無(wú)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(jì)算機(jī)自動(dòng)程序設(shè)計(jì)，對(duì)使用者是很大的負(fù)擔(dān)。在廉價(jià)的自動(dòng)程序設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)自動(dòng)程序設(shè)計(jì)的線切割放電加工機(jī)廉價(jià)，加速普及。線切割放電加工的加工形狀為二次元輪廓。自動(dòng)程序裝置廣用簡(jiǎn)易形APT(APT語(yǔ)言比正式機(jī)型容易)，簡(jiǎn)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(wú)數(shù)的小坑，通過(guò)NC控制的監(jiān)測(cè)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(gè)電極之間產(chǎn)生電火花，這2個(gè)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(chǎng)最強(qiáng)的點(diǎn)發(fā)生，這是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程；自由正離子和電子在場(chǎng)中積累，很快形成一個(gè)被電離的導(dǎo)電通道；在這個(gè)階段，兩板間形成電流。導(dǎo)致粒子間發(fā)生無(wú)數(shù)次碰撞，形成一個(gè)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(shí)，由于電極和電介液的汽化，形成一個(gè)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(dòng)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(duì)于電極及工件腐蝕對(duì)不對(duì)稱的問(wèn)題，主要取決于電極熱傳導(dǎo)性，材料的熔點(diǎn)持續(xù)時(shí)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(zhǎng)時(shí)間保持原有加工性能及精準(zhǔn)度， 延長(zhǎng)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