电火花线切割机工作原理及加工工艺制定.docx
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电火花线切割机工作原理及加工工艺制定
电火花线切割机工作原理及加工工艺制定
第一节概述
电火花加工又称电蚀加工或放电加工，它采用金属丝导线作为工具电极切割工件，利用
工件与工具电极之间的间隙脉冲放电所产生的局部瞬时高温，对金属材料进行蚀除的一种加
工方法。
一、电火花线切割机工作原理
电火花线切割机床的工作原理如图6-1所示。
卷绕在丝筒上的电极丝（一般快走丝线切
割机用钼丝，慢走丝线切割机用黄铜丝）与高频脉冲电源的负极相接，连续地沿其自身轴线
行进，并在张紧状态下由上、下导丝轮支承着通过加工区。
安装在坐标工作台上的工件接脉冲电源的正极。
工作液由喷嘴以一定的压力喷向加工区。
当脉冲电压击穿电极丝和工件之间
的极间间隙时，两者之间随即产生火花放电而蚀除工件。
图百」数控电火花线切割机床工作原理圏
1-X作液2亠泵3-酸唏4导向轮5—工杵
6—丝简『一脉冲电游呂一电扱丝9—坐标工作台
10-数控装置11一步进跑动机
二、电火花加工的极性效应
在电火花加工过程中，两极都会受到电腐蚀，但由于所接电源的极性不同，两极的蚀除量不同，这种现象称为极性效应。
习惯上通常把工件接正极时的电火花加工称为正极性加工,把工件接负极时的电火花加工称为负极性加工。
从提高生产率和减少工具电极损耗的角度来看，极性效应愈显著愈好，采用短脉冲精加工时，应选用正极性加工；采用长脉冲粗加工时，应选用负极性加工。
在实际生产中，极性的选择主要依靠机床参数表或通过试验确定。
三、电火花线切割机的主要加工对象
1．加工模具电火花线切割机广泛用于加工硬质合金、淬火钢模具零件，调整不同间隙补偿量，只需一次编程就可以切割凸模、凸模固定板、凹模卸料板；挤压模、粉末冶金模、弯曲模、塑料模等带锥度的模具。
以及形状复杂、带有尖角的窄缝形小型凹模，可采用整体结构淬火后线切割加工，既能保证模具精度，又可简化模具设计和制造。
2．加工点火化成形加工用的电极
带锥度型腔加工的电极，一般穿孔加工的电极，对于用银钨、铜钨合金材料等，用线切割加工特别经济。
3．加工零件
可用于加工品种多、数量少的零件，特殊难加材料的零件。
试验样件、样板，各种型孔、齿轮、样板、成形刀具以及细微型孔和已型槽孔加工。
尤其是薄壁件加工，可多片叠在一起
加工。
四、电火花线切割加工的特点1．以金属丝为电极，降低了成形工具电极的设计制造费用。
2．加工时工具与工件不直接接触（有些特种加工方法不需要工具），不承受较大的作用力。
3．工具的硬度可以比工件低，只要是导电或半导电材料都可以加工。
4．电极丝直径较细，介于0.003—0.3mm之间切缝很窄，可实现套料加工。
5．采用移动的长电极丝加工，电极丝损耗少，加工进度高。
6．不能加工盲孔或纵向阶梯表面。
第二节数控线切割加工工艺制订数控电火花线切割加工一般是零件加工的最后一道工序，如图6-2所示，为线切割加工的工艺过程。
与通用机械加工工艺有很大差别，因此数控电火花线切割编程与其它数控机床相比，有着自己的特点。
编程前应细致分析零件的加工要求和特点，充分考虑零件的线切割
加工工艺，做好编程前的工艺处理。
图6-2线切割加工工艺
一、坯料准备
模具工件一般采用锻造毛坯，其线切割加工常在淬火与回火后进行。
由于手材料淬透
性的影响，当大面积去除金属和切断加工时，会使材料内部残余应力的相对平衡遭到
破坏而产生变形，影响加工精度，甚至在加工中造成材料突然开裂。
为减少这种影响，
应在加工前作好工艺准备：
下料一锻造一退火一机加工一划线一加工型孔一淬火一磨一退磁处理
二、工件装夹和位置确定
工件在机床工作台或夹具中的位置直接影响工件各基点坐标的计算，同时也影响切割部
位和切割起点的选择。
合理装夹工件不但有利于编程，而且有利于减少加工变形，保证加工精度。
线切割加工中工件的装夹方法主要有以下几种：
1.工件装夹方式
（1）悬臂式装夹如图6-3所示，这种方式装夹方便、通用性强，但装夹误差较大。
仅用于工件加工精度要求不高或悬臂较短的情况。
图6-3悬臂方式装夹工件图6-4两端支撑方式装夹工件
（2）两端支撑方式装夹如图6-4所示，这种方式装夹方便、稳定，定位精度高，但不适
于装夹较小的零件。
（3）桥式支撑方式装夹如图6-5所示，在通用夹具上放置垫铁后再装夹工件。
这种方式
装夹方便，对大、中、小型工件都能适用。
（4）板式支撑方式装夹如图6-6所示，使用有通孔的支撑板装夹工件，这种方式装夹精
度咼。
图6-5桥式支撑方式装夹工件
图6-6板式支撑方式装夹工件图6-7百分表找正
2.工件位置的校正
采用上述方式安装后，还需进行位置校正，才能使零件的定位基准面分别与机床的工作台面及X、Y轴平行，以保证所切割的工件表面与基准面之间的相对位置精度。
（1）百分表找正
如图6-7所示，用磁力表架将百分表固定在丝架或其他位置上，百分表的测头与工件基
准面接触，往复移动工作台，按百分表的指示值调整工件的位置，直至百分表指针的偏摆范
围达到要求的数值，找正应在相互垂直的三个方向进行。
（2）划线找正
如图6-8所示，利用固定在丝架上的划针对正工件上的基准线或基准面，往复移动工作
台，根据目测调整工件的位置，直至划针的运动轨迹同工件上的基准线或基准面完全吻合。
该法用于精度要求不高的工件，也可以在工件表面较为粗糙的表面上进行。
（3）固定基面定位找正
将夹具的位置找正就可保证工件
如图6-9所示，利用通用或专用夹具上的定位基准面,的正确加工位置。
3•电极丝位置的找正
线切割加工前，应将电极丝调整到与工作台面垂直的位置。
（1）目测法
如图6-10所示，可以直接利用目测或借助2—8倍的放大镜进行。
将电极丝移动到加工的起点上（穿丝孔中心），利用穿丝处的十字基准线，分别沿划线方向观察电极丝与基准线的重合情况，调整电极丝的上下导轮位置，直至在两个方向观察电极丝与基准线都重合为止。
适用于加工精度不高的场合。
（2）
火花法
如图6-11所示，从X、Y两个方向分别移动工作台，使电极丝逐渐逼近工件的基准面，
若出现的火花上下均匀，则说明电极丝的位置已调整好，适用于加工精度不高的场合。
当精
度要求较高时，使用专门的对丝仪，操作方法相同。
图6-11火花法
校正器
第二节数控线切割加工工艺制订
三、线切割加工主要工艺问题
1.切割部位、切割路线、切割起点和穿丝孔位置的选择
（1）切割部位的选择
在电火花线切割加工中，常出现加工变形问题，影响了加工精度，严重时会造成工件报
废。
工件变形的主要原因是工件中存在的内应力在线切割加工时重新分布而造成。
为了减少
工件变形，必须考虑工件在坯料中的切割部位，合理选择切割起点、穿丝孔位置和切割路线。
线切割加工时，坯料的边角处变形较大（尤其是热处理性能较差的淬火钢和硬质合金）因此在选择切割部位、切割路线时，应尽量避开坯料的边角处，使切割轨迹距离各少寸均匀,
如图6-12所示。
图6-12切割部位的选择
（2）切割路线的选择
选择切割路线时，应尽量使工件在整个切割过程中具有良好的刚性，一般将工件与其夹持部位分离的切割段安排在最后切割，以减小工件变形，如图6-13所示。
实际加工过程中，为了保持工件的刚性，有时采用边切割边夹持的方法，如加工中用胶水粘结工件。
夹持余宜
a）不正确b）正确
图6-13切割路线的选择
（3）切割起点的选择
但电极丝返回到起点时必然存在重复位置误差，造成
。
为此，应合理选择加工起点:
切割的起点一般也是切割的终点，
加工痕迹，影响了切割精度和表面质量
1应在表面粗糙度要求较小的表面上选择切割起点;
2应尽量在切割图形的交点上选择切割起点
3对于无切割交点的工件，切割起点应尽量选择在便于钳工修复的部位。
如外轮廓的平面、半径大的弧面，要避免选择在凹入部分的表面上。
（4）穿丝孔位置的选择
使用穿丝孔切割工件，可使坯料保持完整，从而有利于保持刚度，减小工件变形。
在
切割起点确定后，可以确定穿丝孔的位置，一般穿丝孔加工在切割起点的附近，轨迹交点或
便于计算的坐标点上，直径不宜太大或太小，一般选择在3-10毫米的范围内，如图6-14所
示。
a）不正确b）不好c）好
图6-14穿丝孔
在同一块毛坯上要切出两个以上工件时，不能仅设一个穿丝孔将所有工件一次性切割出
来。
加工大型工件时最好在加工轨迹上多设置几个穿丝孔，以便在切割中发生断丝时能够就
近重新穿丝。
切割带有封闭型孔的工件时，穿丝孔应位于待切割型孔内部，设在型孔中心计
算、操作方便，但无用的切入行程较长。
对大型型孔工件，穿丝孔应设在靠近加工轨迹的边
角处。
切割外形时，可以将穿丝孔设在型面外边，靠近切割起点处。
切割窄槽时，穿丝孔应设在图形的最宽处，如图6-15所示。
图6-15穿丝孔位置应选择在图形的最宽处
2.引入和切出方式的选择
（1）引入方式的选择
在线切割加工中，引入点通常与工件切割起点不重合，这就需要一段从引入点切割到切
割起点的引入切割段。
当切割起点选在切割图形的交点上时，引入切割段通常采用直线方式;
当切割起点选在切割图形的表面上时，对于无补偿的切割，弓I入切割段通常采用圆弧方式，并与切割起始段相切，对于带补偿的切割，引入切割段在圆弧方式引入前需增加用于建立补
偿的直线段，如图6-16所示。
a）直线引入b）无补偿切割的圆弧引入c）带补偿切割的圆弧引入
图6-16引入方式
（2）切出方式的选择
线和圆弧两种，如图6-17所示。
a）直线切出b）无补偿切割的圆弧切出c）带补偿切割的圆弧切出
图6-17切出方式
图6-18切出切割段中的保护切割段
此外，当电极丝切割到边缘时，材料易发生变形，会造成切口闭合而夹断电极丝。
因此,
有时在切出切割段还增设一段保护电极丝的切割段，如图6-18中的AA〃切割段。
3.偏移量的计算
电火花线切割加工中偏移量的计算比较简单，偏移量为电极丝半径与单边放电间隙之
和，如图6-19。
£d
f（6-1）
2
式中：
f偏移量；
d——电极丝直径；
匚—单边放电间隙。
电极丝直径的选择应根据工件厚度和拐角尺寸大小来选择。
若加工大厚度工件或大电流切割时应选较粗的电极丝，若加工带尖角、窄缝的小零件宜选用较细的电极丝。
放电间隙的大小与加工条件参数有关，可以通过查表（机床生产厂家提供的加工条件参
数表）再计算得到，一般快速走丝线切割加工时，取单边放电间隙A=0.01〜0.02mm。
对
于加工条件参数表中查不到的加工情况和加工精度要求很高的情况，可以通过切割一个正方
形试件后实测得到。
图6-19偏移量的计算
总结提问：
1.电火花线切割机的主要加工对象有哪些？
2.工件位置和电极丝位置的找正方法有哪些?
练习：
6-1试述数控电火花线切割加工原理。
6-2试述数控电火花线切割加工特点。
6-3简述数控电火花线切割加工应注意的主要问题。
序号2日期班级课题电火花线切割加工工艺指标的主要影响因素重点：
1、实现电火花加工的基本条件2、3B\4B格式程序编制方法重点与难点
难点：
1、3B/4B格式程序编制方法
教学手段：
多媒体教学
教学方法：
案例教学
复习：
切割部位、切割路线、切割起点和穿丝孔位置的选择（5分钟）
引入：
如何实现电火花加工（5分钟）
正课：
电火花线切割加工工艺指标的主要影响因素（90分钟）
知识点（80分钟）：
第三节电火花线切割加工工艺指标的主要影响因素
一、实现电火花加工的基本条件
1．电火花加工必须采用直流脉冲电源
为了使电火花放电产生的热量来不及传导扩散出去，形成极小范围内的瞬时高温，使
金属局部熔化、气化，放电时间必须极其短促，一般小于1ms。
放电之后，为使介质有足
够的时间恢复到绝缘状态，还需有一定的放电停歇时间，不然会引起持续的电弧放电。
2．脉冲放电能量应足够大放电通道要有很大的电流密度，脉冲放电产生的热量应足以使金属局部熔化或气化。
3．工件与工具电极之间必须保持合理的距离（即放电间隙）
如果两极间距离大于放电间隙，介质不能被击穿，无法产生火花放电；两极间距离小于放电间隙，会导致积炭，甚至发生电弧放电。
4．两极间必须充人绝缘介质电火花成形加工一般用煤油作为介质，线切割加工一般
用去离子水或乳化液。
绝缘介质是实现电火花放电的必要条件，绝缘介质还有利于排除放电间隙中的电蚀产物，对工件和工具电极起到冷却作用。
、脉冲电源参数
电火花加工用脉冲电源即脉冲发生器，它的作用是把普通50H2的交流电转换成频率较
应用
电流峰值Ic/A
脉冲宽度ti/gs
脉冲间隔to/gs
空载电压
快速切割或较厚工件Ra>2.5卩m
大于12
20〜40
为实现稳定的加
一般为
70〜90
半精加工Ra=1.25gm
6〜12
6〜20
工一般选择t0/
精加工Ra<1.25gm
4.8以下
2〜6
忙3〜4
高的单向脉冲电流，以使电极间隙产生电火花放电来蚀除金属。
脉冲电源对放电加工的加工
速度、表面质量、加工过程的稳定性和工具电极的损耗等技术经济指标有很大的影响。
脉冲
电源参数包括电流峰值、脉冲宽度、脉冲间隔、空载电压、放电电流，快走丝线切割加工脉冲参数的选择见表6-1，快走丝线切割加工脉冲参数的选择见表6-2。
1•电流峰值
电流峰值指短路时放电电流的瞬时最大值，在其他参数不变时，电流峰值增大，切割
速度明显增大，但表面质量会变差，电极丝的损耗加大甚至断丝。
表6-1快走丝线切割加工脉冲参数的选择
2•脉冲宽度
脉冲宽度是指脉冲电流持续的时间，在其他参数不变时，脉冲宽度增大，切割速度明
显加快，电蚀物随之增加，来不及排出，造成切割过程不稳，反而使切割速度下降，表面质
量变差，电极丝的损耗加大甚至断丝。
试验证明改变脉冲宽度不如改变电流峰值对切割速度影响显著。
3•脉冲间隔
脉冲间隔是指两个连续脉冲之间的时间，它直接影响平均电流，在其他参数不变时，
脉冲间隔减小相当与增加了单位时间内的放电次数，平均电流增大，切割速度加快，但脉冲
间隔过小，会造成电弧放电和断丝。
4.空载电压
空载电压是指放电间隙被击穿之前的极间峰值电压，对电流峰值和加工间隙有影响。
提高空载电压，加工间隙增大，切缝宽，易排屑，提高了切割速度和加工稳定性，但易造成电极丝振动，使加工面质量变差，也会造成电极丝损耗增大。
5.放电波形
电流波形的前沿上升比较缓慢时，电极丝损耗少，不过当脉冲宽度很窄时，必须要有
陡的前沿才能进行有效的切割。
在相同的工艺条件下，高频分组脉冲常常能获得较好的加工效果。
表6-2慢走丝线切割加工脉冲参数的选择
工件材料WC加工液导电率1OX1O4Q.cm
电极丝直径©0.2mm加工液压力第一次切割1〜2kg/cm2
电极丝张力0.2A/（120g）第二次切割1〜2kg/cm2
电极丝速度6〜10mm/min加工液流量上/下5〜6L/min
工件厚度/mm
加工条件编
号
偏移量编号
电压/V
电流/A
速度/（mm/min）
20
1st
C423
H175
62
7.0
2.0〜2.6
2nd
C725
H125
60
1.0
7.0〜8.0
3rd
C755
H115
65
0.5
9.0〜10.0
4th
C785
H110
60
0.3
9.0〜10.0
30
1st
C433
H174
32
7.2
1.5〜1.8
2nd
C725
H124
60
1.0
6.0〜7.0
3rd
C755
H114
60
0.7
9.0〜10.0
4th
C785
H109
60
0.3
9.0〜10.0
40
1st
C443
H178
34
7.5
1.2〜1.5
2nd
C725
H128
60
1.5
5.0〜6.0
3rd
C755
H113
65
1.1
9.0〜10.0
4th
C785
H108
30
0.7
9.0〜10.0
50
1st
C453
H178
35
7.0
0.9〜1.1
2nd
C725
H128
58
1.5
4.0〜5.0
3rd
C755
H113
42
1.3
6.0〜7.0
4th
C785
H108
30
0.7
9.0〜10.0
60
1st
C463
H179
35
7.0
0.8〜0.9
2nd
C725
H129
58
1.5
4.0〜5.0
3rd
C755
H114
42
1.3
6.0〜7.0
4th
C785
H109
30
0.7
9.0〜10.0
70
1st
C473
H185
33
6.8
0.6〜0.8
2nd
C725
H135
55
1.5
3.5〜4.5
3rd
C755
H115
35
1.5
4.0〜5.0
4th
C785
H110
30
1.0
7.0-
-8.0
1st
C483
H185
33
6.5
0.5-
-0.6
80
2nd
C725
H135
55
1.5
3.5-
-4.5
3rd
C755
H115
35
1.5
4.0-
-5.0
4th
C785
H110
30
1.0
7.0-
-8.0
1st
C493
H185
34
6.5
0.5-
-0.6
90
2nd
C725
H135
52
1.5
3.0-
-4.0
3rd
C755
H115
30
1.5
3.5-
-4.5
4th
C785
H110
30
1.5
7.0-
-8.0
1st
C493
H185
34
6.3
0.4-
-0.5
100
2nd
C725
H135
52
1.5
3.0-
-4.0
3rd
C755
H115
30
1.5
3.0-
-4.0
4th
C785
H110
30
1.0
7.0-
-8.0
三、电极丝及其速度
1电极丝材料
电极丝不同，线切割加工的速度也不同。
到目前为止，比较适合作电极丝的材料主要有钼丝、钨钼合金丝、纯铜丝、黄铜丝等。
为了提高切割性能，椰油专用的各种电极丝，女口内为黄铜丝外，渡熔点较低的锌或锌合金，允许较大的峰值电流，在火花放电时产生较大的汽化爆炸力，达到较高的切割速度。
2.电极丝直径
线切割加工的蚀除量是切缝宽度、零件厚度的乘积。
电极丝直径直接影响峰值电流的
大小、切缝的宽窄，而切缝宽度影响排屑过程。
电极丝直径愈小，允许的峰值电流小，切缝窄，不利于排屑，影响切割速度和稳定性。
电极丝直径过大，造成切缝过宽，蚀除量多，反而影响切割速度，使加工表面质量变差。
3•电极丝走丝速度
对于高速线切割加工，在一定范围内，提高速度有利于把工作液带入割缝冲走电蚀物，
保持加工的稳定。
对于厚件，提高速度有利于减少电极丝在加工区逗留的时间，减少电极丝
的损耗。
但走丝速度过高，将使电极丝的振动加剧，降低切割精度，使表面质量变差，易断丝。
高走丝线切割走丝速度以小于10m/s为宜，慢走丝线切割电极丝张力均匀，振动小，加
工稳定、表面质量较好。
四、工件厚度及材料
厚件，工作液难以进入放电间隙，加工稳定性差，但电极丝不易抖动，加工精度和表面质量好。
厚度过大时，排屑条件变差，导致切割速度下降。
薄件，工作液易进入并充满放电间隙，对排屑有利，加工稳定性好。
但工件太薄，电极丝易产生抖动，对加工精度和表面质量不利。
工件材料不同，熔点、汽化点、热导率等不同，加工效果也不同。
如加工铜、铝、淬火钢时，使用乳化液作为工作液，加工过程稳定，切割速度高；加工硬质合金时，加工过程比较稳定表面质量好，切割速度低；加工不锈钢、磁钢、未淬火钢时，稳定性较差，切割速度低，表面质量差。
加工条件参数的选择电火花线切割机的加工条件参数包括与放电脉冲设定有关的参数和与机械、控制有关的参数两大类。
不同的电火花线切割机，加工条件参数的项目及其取值会有一定差异。
加工时，若要求获得较好的表面粗糙度，应该选用较小的脉冲参数；若要求获得较快的切割速度，应该选用较大的脉冲参数，但加工电流的增大受排屑条件及电极丝截面积的限制，过大的电流易引起断丝。
五、工作液的准备
工作液对切割速度、表面粗糙度、加工精度等影响较大，加工时应合理选配。
常用的工作液主要有乳化液和去离子水。
（1）快走丝线切割加工，一般采用质量分数为10%左右的乳化液，乳化液是由乳化油
和工作介质配置（浓度为8〜15%而成，工作介质可以是水，也可以是蒸馏水、高纯水、磁化水。
（2）慢走丝线切割加工，普遍采用去离子水，适当添加某些导电液，增加工作液的电导率，有利于提高切割速度，一般使用电阻率为2x104q•cm左右的工作液，可达到较高的切割效果，如加工淬火钢。
加工硬质合金时，电阻率一般在3x105q•cm左右。
工作液电阻率
过高、过低有降低切割速度的倾向。
第四节数控电火花线切割加工编程
数控电火花线切割机的编程格式主要有两类：
3B、4B格式和ISO代码格式。
3B、4B格
式是较早的线切割数控系统的编程格式，而ISO代码格式是国际标准代码格式。
但由于3B、4B代码格式应用仍然比较广泛，目前生产的数控电火花线切割机一般都能够接受这两种格式的程序。
、
一、数控电火花线切割加工编程基础
1.坐标系建立
数控电火花线切割加工机床的坐标系与其他数控机床一致，遵循右手迪卡尔原则。
编程
坐标系选择也遵循基准重合原则，为简化计算尽量选取图形对称轴线为坐标轴。
建立工件坐
标系时，找正原理与数控铳床类似。
程序中一般使用G92旨令建立坐标系，其含义同数控铳
床编程。
2•间隙补偿量计算
线切割加工时，控制台控制的是电极丝中心的移动，为了获得所要求的加工尺寸，电极
丝与加工轮廓之间必须保持一合理距离，如图6-20所示，图中双点划线表示电极丝中心轨迹，
实线表示零件轮廓。
由于存在放电间隙，编程时首先要求出电极丝中心轨迹与图形轮廓之间的垂直距离R，作为放电间隙补偿量，再进行加工编程，这样才能加工出合格的零件。
如果机床具有补偿功能，可通过G41、G42旨令实现间隙补偿，按照零件轮廓尺寸编程即可。
一般情况下，线切割加工时间隙补偿量等于电极丝半径r与电极丝放电间隙：
之和。
加
工模具凸、凹模时，应考虑凸、凹模之间的单边配合间隙Z/2。
当加工冲孔模具时，凸模
尺寸由孔的尺寸确定，配合间隙Z
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