线切割理论教案.docx

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线切割理论教案

线切割理论教案

烟台轻工业学校

（理论教案）

专业名称：

数控

课程名称：

线切割

授课班级：

12模数一班

授课教师：

于威_______

课时1、2

一．教学内容：

1．电火花数控线切割的工作原理以及基础知识；

2．线切割机床的特点及应用范围；

二．教学目的：

1．了解电加工与电火花数控线切割的基础知识；

2．懂得线切割的基本原理；

三．教学难点和重点

线切割的基本原理；

四．教学手段

讲解、举例、启发式、多媒体教学

五．教学过程

（一）数控线切割机床的基本工作原理

电火花线切割加工是在电火花加工基础上发展起来的一种新的工艺形式，是用线状电极（铜丝、钼丝或钨钼合金丝等）靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割。

电火花线切割加工机床的运动由数控装置控制时，称为数控线切割加工。

数控线切割机床的基本工作原理如图7-2所示，是利用移动的细金属线（钼丝）作为工具电极（接脉冲电源负电极），被切割的工件为工件电极（接脉冲电源正电极）。

在加工中，工具电极和工件电极之间加上脉冲电压，并且由工作液循环装置供给具有一定绝缘性能的工作液（图中未画出），当工具电极与工件电极的距离小到一定程度时，在脉冲电压的作用下，工作液被击穿，工具电极与工件电极之间形成瞬时放电通道，产生瞬时高温，使金属局部熔化甚至气化而被蚀除下来，若工件在数控装置控制下（工作台）相对电极丝按预定的轨迹进行运动，就能切割出所需要的形状。

由于贮丝筒带动钼丝作正、反交替的高速移动，所以钼丝基本上不被蚀除，可使用较长时间。

（二）机床的基本组成

数控电火花线切割机床由工作台、走丝机构、供液系统、脉冲电源、和控制系统（控制柜）等五大部分组成。

1）工作台又称切割台，由工作台面、中拖板和下拖板组成。

2）走丝机构走丝机构主要由贮丝筒、走丝电动机、丝架和导轮等组成。

3）供液系统供液系统是为机床的切割加工提供足够、合适的工作液。

工作液的种类很多，有煤油、乳化液、去离子水、蒸馏水、洗涤液、酒精等。

4）高频电源

（三）数控线切割加工特点数控线切割加工相对一般加工方法具有以下特点：

（1）用计算机辅助自动编程软件，可方便地加工一般切削方法难以加工或无法加工的复杂零件，如冲模、凸轮、样板及外形复杂的精密零件等。

（2）于采用直径不等的移动的细金属丝（铜丝或钼丝等）作工具电极，因而具备：

①线切割刀具简单，大大简化生产准备工作；

②缝很窄，利于材料的利用，可加工有细小结构的零件；

③可不必考虑电极丝损耗对加工精度的影响（快走丝线切割，采用底损耗脉冲电源；慢走丝线切割，采用单向连续供丝，在加工区总是保持新线电极加工），因而加工精度高；

④靠锥度切割功能，有可能实现凸凹模一次加工成形；

⑤电极丝材料不必比工件材料硬，因此无论被加工零件的硬度如何，只要是导体或半导体的材料都能进行加工；

⑥零件无法从周边切入时，工件上需钻穿丝孔；

⑦切削力很小，可以忽略。

（3）依靠数控系统的线径偏移补偿功能，使冲模加工的凹凸模间隙可以任意调节。

（5）采用四轴联动，可加工上、下面异型体，形状扭曲曲面体，变锥度和球形体等零件。

（6）粗、中、精加工，只需调整电参数即可，操作方便，自动化程度高。

（7）对象主要是平面形状，台阶盲孔型零件还无法进行加工。

（8）采用乳化液或去离子水的工作液，不必担心发生火灾，可以昼夜无人连续工作。

（9）切割加工的效率低，加工成本高，不适合形状简单的大批零件的加工。

六．学生巩固

七．作业

1.线切割加工原理

2.线切割机床组成

课时3、4

教学内容：

1电加工的概念与发展以及应用；

2.线切割机床的工艺参数；

3.机床的种类和型号；

二．教学目的：

1.了解线切割机床种类和特点；

2.明确机床的工艺指标；

三．教学重难点：

机床的工艺指标

四．教学手段：

讲解、举例

五．教学过程：

（一）电加工

电加工：

直接利用电能对金属材料按零件形状和尺寸要求加工成形的一种工艺方法。

1、电加工的产生、发展：

产生于1943年原苏联科学院的拉扎林柯夫妇，在研究火花放电时，通过开关触点受到腐蚀损坏的现象，发现电火花瞬时高温可使局部的金属熔化，气化而被蚀除掉，因而开创和发明了电火花加工的方式，并用铜丝在淬火钢上加工出小孔，实现了软金属工具加工任何硬金属材料，首次摆脱了传统的切削加工方式，直接利用电能和热能来去除金属，获得以“柔”“克”“刚”的效果。

发展：

由前苏联50年代引入我国，60年代末上海电表厂发明了我国独创的高速走丝线切割机床。

2、电加工分类：

（目前分类）

电火花加工；①电火花成形加工、②电火花线切割加工、

电化学加工；①电解加工、②电解磨加工、③电解研磨、④电铸、⑤涂镀

电子束加工；①切割、②打孔、③焊接

离子束加工；①蚀刻、②镀覆、③注入

等离子弧加工；切割（喷镀）

3、电加工的特点：

（1）、加工过程中,工具和工件之间不存在明显的机械切削力,且在多数情况下,工具不与工件直接接触。

（2）、加工用的工具硬度可以低于工件材料的硬度。

（3）、工件材料可以是任何硬度的金属材料，还可以是磁性材料等。

（4）、加工的材料必须为金属导电体。

（二）数控线切割机床的种类与型号

1.种类

根据电极丝的运行速度，数控线切割机床通常分为两大类：

一类是快走丝数控线切割机床，这类机床的电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为8～12m/s，是我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的电火花线切割加工模式；另一类是慢走丝数控线切割机床，这类机床的电极丝作低速单向运动，一般走丝速度为2m/min，是国外生产和使用的主要机种。

它们在机床方面和加工工艺水平方面的比较如表所示

2.型号

（三）数控线切割加工的主要工艺指标

1.切割速度

2.表面粗糙度

3.电极丝损耗量

4.加工精度

影响数控线切割加工工艺指标的主要因素

1.电参数对线切割加工指标的影响

（1）脉冲宽度ti

（2）脉冲间隔to

（3）开路电压ui

（4）放电峰值电流ie

（5）放电波形

（6）极性

（7）变频、进给速度

2.非电参数对线切割加工指标的影响

（1）电极丝直径的影响

（2）电极丝走丝速度的影响

（3）工件厚度及材料的影响

（4）工作液的影响

3.其他因素对线切割加工的影响

机械部分的精度，例如导轨、轴承、导轮等的磨损，传动误差等都会对加工产生相当的影响。

当导轮、轴承偏摆、工作液上下冲水不均匀时，会使加工表面产生上下凹凸相间的条纹，恶化工艺指标

六．学生巩固

七．作业

1.电加工的应用

2.工艺指标及影响因素

课时5、6

一．教学内容：

1.工件的装夹方法

2.工件的找正方法

3.电极丝的位置找正

二．教学目的：

1.了解和正确选择工件的装夹方法

2.学会工件的找正方法

3.熟练掌握电极丝起始位置的找正

三．教学重难点

工件装夹方法的选择

电极丝位置找正

四．教学手段

讲授、操作练习、举例

五．教学过程

（一）工件的装夹方式

1.对工件装夹的基本要求

（1）工件的装夹基准面应清洁无毛刺，经过热处理的工件，在穿丝孔或凹模类工件扩孔的台阶处，要清理干净残渣及表面氧化膜。

（2）夹具精度要高。

工件至少用两个侧面固定在夹具或工作台上。

（3）装夹工件的位置要有利于工件的找正，并能满足加工行程的需要，工作台移动时，不得与丝架相碰。

（4）装夹工件的作用力要均匀，不得使工件变形或翘起。

批量加工时最好采用专用夹具，以提高效率。

（5）装夹困难的细小、精密、薄壁工件应固定在辅助工作台或不易变形的辅助夹具上。

2.装夹方式

（1）悬臂支撑方式

（2）两端支撑方式

（3）桥式支撑方式

（4）板式支撑方式

（5）复式支撑方式

3.常用的线切割加工夹具

（1）压板夹具

（2）磁性夹具

（3）分度夹具

（二）工件位置的校正调整

（1）拉表法

（2）划线法

（3）固定基面靠定法

（4）碰火花法

（二）电极丝的位置校正

（1）目视法

1）观测基准面

2）观测基准线

（2）火花法

（3）自动找中心法

六．学生操作练习

七．作业

1.工件的装夹方法

2.电极丝位置的找正

课时7、8

一．教学内容：

1．电火花数控线切割的编程种类；

2．3B格式直线，斜线，圆弧手工编程的方法；

二．教学目的：

1.会运用3B格式编制直线，斜线和圆弧的程序；

2.懂得基本的数学三角函数的运用；

三．教学难点和重点

3B格式手工编程

四．教学手段

讲解、实例练习

五．教学过程

（一）线切割编程

1.基础知识

（1）、什么叫程序编制？

事先将人们的意图用机器所能接受的语言编排好,“命令”告诉控制台，这个工作叫程序编制。

（2）、程序编制的方法有两种：

①、直角坐标编程的称为会语式编程（即手工编程）：

这是通过手工将零件图中的直线、斜线、圆弧、按程序格式书写出来，然后输入控制器进行加工。

②、电脑作图编程：

只要将零件图形在电脑作好，输入补偿量程序就可以自动生成，直接控制机床加工

2.线切割编程分电脑编程和手工编程，如今大部分都是采用电脑编程的，但是手工编程是基础，是编写和修改程序的依据，因此必须掌握好。

在学习电脑编程前首先学习手工编程，手工编程有3B，4B，ISO（国际通用标准编程，也就是一般数控专业所学的G代码编程，例如G01,G91等）,EL等，目前国内使用比较多的是3B格式的编程。

（二）3B格式手工编程

1、程序编制的格式：

BXBYBJGZ（简称为：

3B格式）

B

X

B

Y

B

J

G

Z

分隔符号

X坐标值

分隔符号

Y坐标值

分隔符号

计数长度

计数方向

加工指令

意义：

B——分隔符，它将X、Y、J的数值区分开。

X——X的坐标值。

Y——Y的坐标值。

（X和Y的数值在程序中的单位为微米，1mm=1000um）

J——计数长度。

G——计数方向（分GX和GY）

Z——加工指令（共有12种指令，线有4种，圆弧8种）

2、编程步骤：

（1）、直线的编程步骤

①、将直线的切割起点作为原点，建立直角坐标系。

②、X,Y的值取直线终点相对于原点的坐标值（取绝对值）。

③、G值，根据直线的终点坐标值，谁大取谁，即当X>Y时取GX，反之取GY。

④、J值，计数方向轴上的实际尺寸，即直线的长度。

⑤、Z,确定加工指令：

直线的加工指令有4种；与X轴平行往正方向走的为L1；往负方向走的为L3；与Y轴平行往正方向走的为L2；往负方向走的为L4。

⑥、写出程序格式。

举例：

程序格式中所使用的单位为微米。

（加工长度为10mm的正方形）

A-B：

将坐标移到A点，直线是与X轴平行且往正方向走，所以程序格式书写为：

B10000B10000B10000GXL1

B-C：

将坐标移到B点，直线是与Y轴平行且往正方向走，所以程序格式书写为：

B10000B10000B10000GYL2

C-D:

将坐标移到C点，直线是与X轴平行且往负方向走，所以程序格式书写为：

B10000B10000B10000GXL3

D-A：

将坐标移到D点，直线是与Y轴平行且往负方向走，所以程序格式书写为：

B10000B10000B10000GYL4

延伸知识：

直线的程序是可以简写的，例如A-BB10000B10000B10000GXL1

可以简写为BBB10000GXL1

要注意的是，只有直线的程序是可以简写的，斜线和圆弧是不可以简写的。

（2）、斜线的编程步骤

①、将斜线的切割起点作为原点，建立直角坐标系。

②、X,Y的值取斜线线终点相对于原点的坐标值（取绝对值）。

③、G值，根据斜线的终点坐标值，谁大取谁，即当X>Y时取GX，反之取GY。

当坐标值X=Y时，45°、225°时取GY，135°、315°时取GX；或可任意取向。

④、J值，G值确定以后J就是斜线在G方向轴上的投影长度。

⑤、Z,斜线的加工指令有4种；根据斜线在直角坐标四个不同象限而分别为L1（第一象限）、L2（第二象限）、L3（第三象限）、L4（第四象限）。

⑥、写出程序格式。

举例：

（图为10X20的长方形）

A-B：

将坐标移到A点，求出B点坐标值。

X=20cos30°=17.321Y=20Sin30°=10

因为：

X>Y，所以GX，计X，J=17321，斜线处在第四象限为L2。

程序格式为：

B17321B10000B17321GXL2

B-C：

将坐标移到B点，求出C点坐标值。

X=10cos60°=5Y=10Sin60°=8.66

因为：

X

程序格式为：

B5000B8660B8660GYL1

同理：

C-D的程序格式为：

B17321B10000B17321GXL4

D-A的程序格式为：

B5000B8660B8660GYL3

（3）、圆弧的编程步骤

①、将圆弧的圆心设为坐标原点，建立直角坐标系。

②、X、Y值取圆弧起点相对于原点的坐标值（取绝对值）。

③、G值，根据圆弧的终点坐标，谁小取谁，若X

④、J值，当G值确定后J就是不同象限各部分的圆弧在G方向轴上的投影长度总和。

⑤、Z,圆弧的加工指令，有8种，顺圆4种，逆圆4种，根据圆弧起点所在象限以及旋转方向确定。

如图所示：

第一象限第二象限第三象限第四象限

顺圆SR1SR2SR3SR4

逆圆NR1NR2NR3NR4

⑥、写出程序格式

举例：

如图，要加工一段圆弧，首先将直角坐标移到圆弧的圆心处，找出起点坐标值。

如果加工路线是从A点到B点，那么A（5，0），B（0，5），终点坐标值X

J＝X1+X2+X3＝5000+5000+5000＝15000。

（J值计算如图）

加工路线是顺时针方向，起点处于第四象限。

所以：

程序格式书写为：

B5000B0B15000GXSR4

如果加工路线改为从B点到A点，那么终点A的坐标值X>Y，GY，计Y。

J=Y1+Y2+Y3=5000+5000+5000=15000。

（J值计算如图）

加工路线是逆时针方向。

起点B处于第二象限。

所以：

程序格式书写为：

B0B5000B15000GYNR2

六．学生练习

七．作业

编写上图3B程序

课时9、10

一．教学内容：

1．电火花数控线切割的编程种类；

2．ISO格式直线，斜线，圆弧手工编程的方法；

二．教学目的：

1.会运用ISO格式编制直线，斜线和圆弧的程序；

2.懂得基本的数学三角函数的运用；

三．教学难点和重点

ISO格式手工编程

四．教学手段

讲解、实例练习

五．教学过程

（一）ISO代码数控程序编制

ISO代码为国际标准化机构制定的用于数控的一种标准代码，与数控车、数控铣ISO代码一致，采用8单位补编码。

1．程序格式

一个完整的程序由程序名、程序段和程序结束指令组成。

其格式如下：

运动

指令

坐标方式

指令

坐标系

指令

补偿

指令

M代码

镜像

指令

锥度

指令

坐标

指令

其他

指令

2．ISO代码及编程

我国快速走丝数控电火花切割机床常用的ISO代码与国际上使用的标准代码基本一致，但也存在不同之处

下面讨论一些与数控车、铣编程指令有所不同的指令。

（1）G50、G51、G52锥度加工指令此方法可加工带锥度工件，例如模具中的凹模漏料孔加工，如图6-30所示。

G51——锥度左偏指令；

G52——锥度右偏指令；

G50——取消锥度指令。

程序段格式：

G51A___

G52A___

G50（单列一段）

在进行锥度加工时，还需输入工件及工作台参数，如图6-30所示。

【例题6-4】编制图6-30所示凹模的数控线切割程序。

已知电极丝直径为φ0.12mm，单边放电间隙为0.01mm，刃口斜度A=0.5о，工件厚度为H=15mm，下导轮中心到工作台面的距离W=60mm，工作台面到上导轮中心的高度S=100mm。

计算偏移量：

编写的数控加工程序：

。

（2）G54、G55、G56、G57、G58、G59当工件上有多个型孔需加工，为使尺寸计算简单，可将每个型孔上便于编程的某一点设为其加工坐标系原点，建立其自有的加工坐标系。

程序段格式：

G54（单列一段）

其余五个加工坐标系设定指令的格式与G54相同。

（3）手动操作指令G80、G82、G84其具体格式如下：

（4）M是系统的辅助功能指令

（二）程序编制步骤

（1）根据相应的装夹情况和切割方向，确定相应的计算坐标系。

为了简化计算，尽量选取图形的对称轴线为坐标轴。

（2）按选定的电极丝半径r、放电间隙δ，计算电极丝中心相对工件轮廓的偏移量D。

（3）采用3B格式编程，将电极丝中心轨迹分割成平滑的直线和单一的圆弧，计算出各段轨迹交点的坐标值；采用4B或ISO格式编程，将需切割的工件轮廓分割成平滑的直线和单一的圆弧，按轮廓平均尺寸计算出各线段交点的坐标值。

（4）根据电极丝中心轨迹（或轮廓）各交点坐标值及各线段的加工顺序，逐段编制程序。

（5）程序检验

（三）例题

ISO格式切割程序单如下：

H000=+00000000H001=+00000110；

H005=+00000000；T84T86G54G90G92X+0Y+0U+0V+0；

C007；

G01X+100Y+0；G04X0.0+H005；

G41H000；

C007；

G41H000；

G01X+1100Y+0；G04X0.0+H005；G41H001；

G03X-1100Y+0I-1100J+0；G04X0.0+H005；

X+1100Y+0I+1100J+0；G04X0.0+H005；

G40H000G01X+100Y+0；

M00；//取废料

C007；

G01X+0Y+0；G04X0.0+H005；

T85T87；

M00；//拆丝

M05G00X-3000；//空走

M05G00Y-2750；

M00；//穿丝

H000=+00000000H001=+00000110；

H005=+00000000；T84T86G54G90G92X-2500Y-2000U+0V+0；

C007；

G01X-2801Y-2012；G04X0.0+H005；

G41H000；

C007；

G41H000；

G01X-3800Y-2050；G04X0.0+H005；

G41H001；

X-3800Y-750；G04X0.0+H005；

X-3000Y-750；G04X0.0+H005；

G02X-1526Y-1399I+0J-2000；G04X0.0+H005；

G03X-1526Y+1399I+1526J+1399；G04X0.0+H005；

G02X-3000Y+750I-1474J+1351；G04X0.0+H005；

G01X-3800Y+750；G04X0.0+H005；

X-3800Y+2050；G04X0.0+H005；

X-6900Y+2050；G04X0.0+H005；

X-6900Y-2050；G04X0.0+H005；

X-3800Y-2050；G04X0.0+H005；

G40H000G01X-2801Y-2012；

M00；

C007；

G01X-2500Y-2000；G04X0.0+H005；

T85T87M02；//程序结束

六．学生练习

整理上述程序

七．作业

课时11、12

一．教学内容

数控电火花线切割加工实例

二．教学目的

1.熟练掌握手工编程方法

2.学会线切割加工工艺分析

三．教学重难点

1.编程

2.工艺确定

四．教学手段

讲解、练习、巡回指导

五．教学过程

编制加工图6.34所示凸凹模（图示尺寸是根据刃口尺寸公差及凸凹模配合间隙计算出的平均尺寸）的数控线切割程序。

电极丝直径为φ0.1mm的钼丝，单面放电间隙为0.01mm。

1、确定计算坐标系

由于图形上、下对称，孔的圆心在图形对称轴上，圆心为坐标原点。

因为图形对称于X轴，所以只需求出X轴上半部（或下半部）钼丝中心轨迹上各段的交点坐标值，从而使计算过程简化

2、确定补偿距离

补偿距离为：

ΔR=（0.1/2+0.01）mm=0.06mm

钼丝中心轨迹，如图6.35中双点划线所示。

3、计算交点坐标

将电极丝中心点轨迹划分成单一的直线或圆弧段。

求E点的坐标值：

因两圆弧的切点必定在两圆弧的连心线OO1上。

直线OO1的方程为Y=（2.75/3）X。

故可求得E点的坐标值X、Y为

X=-1.570mmY=-1.493mm

其余各点坐标可直接从图形中求得到,见表6.11。

切割型孔时电极丝中心至圆心O的距离（半径）为

R=（1.1-0.06）mm=1.04mm

表6.11——凸凹模轨迹图形各段交点及圆心坐标

交点

X

Y

交点

X

Y

圆心

X

Y

B

-3.74

-2.11

G

-3

0.81

O1

-3

-2.75

C

-3.74

-0.81

H

-3

0.81

O2

-3

-2.75

D

-3

-0.81

I

-3.74

2.11

E

-1.57

-1.4393

K

-6.96

2.11

4、编写程序单

切割凸凹模时，不仅要切割外表面，而且还要切割内表面，因此要在凸凹模型孔的中心O处钻穿丝孔。

先切割型孔，然后再按B→C→D→E→F→G→H→I→K→A→B的顺序切割。

（1）3B格式切割程序单见表所示。

序号

B

X

B

Y

B

J

G

Z

说明

1

B

B

B

001040

Gx

L3

穿丝切割

2

B

1040

B

B

004160

Gy

SR2

3

B

B

B

001040

Gx

L1

4

D

拆卸钼丝

5

B

B

B

013000

Gy

L4

空走

6

B

B

B

003740

Gx

L3

空走

7

D

重新装上钼丝

8

B

B

B

012190

Gy

L2

切入并加工BC段

9

B

B

B

000740

Gx

L1

10

B

B

1940

B

000629

Gy