数控电火花线切割加工工艺与编程

数控加工工艺与编程第 一 节 数 控 线 切 割 加 工 原 理 、 特 点 及 应 用 第 七 章 数 控 电 火 花 切 割 加 工 工 艺 与 编 程第 二 节 影 响 线 切 割 加 工 工 艺 指 标 的 主 要 因 素 第 三 节 数 控 线 切 割 加 工 工 艺 的 制 订 第 四 节 数 控 线 切 割 的 程 序 编 制 数控加工工艺与编程第 一 节 数 控 线 切 割 加 工 原 理 、 特 点 及 应 用 一 、 数 控 线 切 割 加 工 原 理 线 切 割 加 工 技 术 是 线 电 极 电 火 花 加 工 技 术 ， 是 电 火 花加 工 技 术 中 的 一 种 ， 简 称 线 切 割 加 工 ， 也 是 利 用 工 具 电 极对 工 件 进 行 脉 冲 放 电 时 产 生 的 电 腐 蚀 现 象 来 进 行 加 工 的 。电 火 花 线 切 割 加 工 是 用 运 动 着 的 金 属 丝 做 电 极 ， 利 用 电 极丝 和 工 件 在 水 平 面 内 的 相 对 运 动 来 切 割 出 各 种 形 状 的 工 件 。若 电 极 丝 相 对 工 件 进 行 有 规 律 的 倾 斜 运 动 ， 还 可 加 工 出 带锥 度 的 工 件 。 数控加工工艺与编程 数 控 线 切 割 的 加 工 原 理1工 作 台 2夹 具 3工 件 4脉 冲 电 源 5电 极 丝 6导 轮 7丝 架 8工 作 液 箱 9储 丝 筒 数控加工工艺与编程二 、 数 控 线 切 割 加 工 特 点 （ 1） 加 工 对 象 不 受 硬 度 的 限 制 ， 可 用 于 一 般 切 削 方法 难 以 加 工 或 者 无 法 加 工 的 金 属 材 料 和 半 导 体 材 料 ， 特 别适 合 淬 火 工 具 钢 、 硬 质 合 金 等 高 硬 度 材 料 的 加 工 ； 但 无 法加 工 非 金 属 导 电 材 料 。 （ 2） 能 加 工 细 小 、 形 状 复 杂 的 工 件 。 由 于 电 极 丝 直径 最 小 可 达 0.01m m ， 所 以 能 加 工 出 窄 缝 、 锐 角 （ 小 圆 角半 径 ） 等 细 微 结 构 。 （ 3） 加 工 精 度 较 高 。 由 于 电 极 丝 是 不 断 移 动 的 ， 所以 电 极 丝 的 磨 损 很 小 ， 目 前 电 火 花 加 工 精 度 已 经 能 达 到m 级 ， 表 面 粗 糙 度 可 达 Ra0.05m ， 完 全 可 以 满 足 一 般 精 密 零 件 的 加 工 要 求 。 数控加工工艺与编程 （ 4） 用 户 不 需 要 制 造 电 极 ， 节 约 了 电 极 制 造 时 间 和电 极 材 料 ， 减 低 了 加 工 成 本 。 （ 5） 工 作 液 选 用 乳 化 液 或 去 离 子 水 等 ， 而 不 是 煤 油 ，可 节 约 能 源 物 资 ， 防 止 着 火 。 （ 6） 一 般 采 用 精 规 准 一 次 加 工 成 形 ， 在 加 工 中 大 都不 需 要 转 换 加 工 规 准 。 （ 7） 工 件 材 料 被 蚀 除 的 量 很 少 ， 这 不 仅 有 助 于 提 高加 工 速 度 ， 而 且 加 工 下 来 的 材 料 还 可 以 再 利 用 。 （ 8） 便 于 实 现 自 动 化 ， 采 用 数 控 技 术 、 只 要 编 好 程序 ， 就 能 自 动 加 工 ， 操 作 方 便 、 加 工 周 期 短 ， 成 本 低 ，较 安 全 。 数控加工工艺与编程三 、 数 控 线 切 割 的 应 用 （ 1） 加 工 模 具 。（ 2） 加 工 电 火 花 成 形 加 工 用 的 电 极 。（ 3） 加 工 零 件 。（ 4） 稀 有 、 贵 重 、 超 硬 金 属 材 料 的 加 工 。 数控加工工艺与编程 常 见 数 控 线 切 割 加 工 的 零 件a） 各 种 形 状 及 键 槽 b） 齿 轮 内 外 齿 形 c） 窄 长 冲 模 d） 斜 直 纹 表 面 曲 面 体 e） 各 种 平 面 图 案 数控加工工艺与编程第 二 节 影 响 数 控 线 切 割 加 工 工 艺 指 标 的 主 要 因 素 一 、 线 切 割 加 工 的 技 术 指 标切割速度表面粗糙度加工精度技术指标 数控加工工艺与编程二 、 影 响 线 切 割 工 艺 指 标 的 主 要 因 素脉冲参数电极丝及其移动速度进给速度影 响 技 术 指标 的 因 素工件材料及其厚度工作液 数控加工工艺与编程第 三 节 数 控 线 切 割 加 工 工 艺 的 制 订 一 、 零 件 图 的 工 艺 分 析 不 适 合 或 不 能 使 用 电 火 花 线 切 割 加 工 的 工 件 ， 有 如 下几 种 ： 1） 表 面 粗 糙 度 和 尺 寸 精 度 要 求 很 高 ， 切 割 后 无 法 进行 手 工 研 磨 的 工 件 。 2） 窄 缝 小 于 电 极 丝 直 径 加 放 电 间 隙 的 工 件 ， 或 图 形内 拐 角 处 不 允 许 带 有 电 极 丝 半 径 加 放 电 间 隙 所 形 成 的 圆 角的 工 件 。 3） 非 导 电 材 料 。 4） 厚 度 超 过 丝 架 跨 距 的 零 件 。 5） 加 工 长 度 超 过 x， y拖 板 行 程 长 度 ， 且 精 度 要 求 较高 的 工 件 。 数控加工工艺与编程 二 、 工 艺 准 备 （ 一 ） 合 理 地 确 定 切 割 路 线 正 确 的 切 割 路 线 能 减 少 工 件 变 形 ， 容 易 保 证 加 工 精 度 。 为 避 免材 料 内 部 组 织 和 内 应 力 对 加 工 精 度 的 影 响 ， 除 了 考 虑 工 件 的 坯 料 中取 出 位 置 外 ， 还 必 须 合 理 选 择 程 序 的 走 向 和 起 点 。如 图 所 示 。 加 工 程 序 引 入 点 为 A，起 点 为 a， 则 走 向 可 有 ： A-a-b-c-d-e-f-a-A A-a-f-e-d-c-b-a-A如 选 走 向 ， 则 在 切 割 过 程 中 ，工 件 悬 留 在 被 切 缝 af切 开 后 易 变 形 的 部 分 ， 会 带 来 较 大 误 差 。 如选 走 向 ， 就 可 减 少 或 避 免 这 种影 响 。 如 加 工 程 序 引 入 点 为 B点 ，起 点 为 d， 这 时 无 论 选 哪 种 走 向 ，其 切 割 精 度 都 会 受 到 材 料 变 形 的影 响 。 程 序 起 点 对 加 工 精 度 的 影 响 数控加工工艺与编程（ 二 ） 工 件 毛 坯 的 准 备毛 坯 的 准 备 工 序 是 指 凸 模 或 凹 模 在 线 切 割 加 工 之 前 的 全 部 加 工 工 序 。1 凹 模 的 准 备 工 序1） 下 料 用 锯 床 切 断 所 需 材 料 。2） 锻 造 改 善 内 部 组 织 ， 并 锻 成 所 需 的 形 状 。3） 退 火 消 除 锻 造 内 应 力 ， 改 善 加 工 性 能 。4） 刨 （ 铣 ） 刨 六 面 ， 并 留 磨 削 余 量 0.4 0.6m m 。5） 磨 磨 出 上 下 平 面 及 相 邻 两 侧 面 ,对 角 尺 。6） 划 线 划 出 刃 口 轮 廓 线 和 孔 (螺 孔 、 销 孔 、 穿 丝 孔 等 )的 位 置 。7） 加 工 型 孔 部 分 当 凹 模 较 大 时 ， 为 减 少 线 切 割 加 工 量 ， 需 将 型 孔 漏料 部 分 铣 （ 车 ） 出 ， 只 切 割 刃 口 高 度 ； 对 淬 透 性 差 的 材 料 ， 可 将 型 孔的 部 分 材 料 去 除 ， 留 3 5m m 切 割 余 量 。8） 孔 加 工 加 工 螺 孔 、 销 孔 、 穿 丝 孔 等 。 9） 淬 火 达 设 计 要 求 。10） 磨 磨 削 上 下 平 面 及 相 邻 两 侧 面 ， 对 角 尺 。11） 退 磁 处 理 数控加工工艺与编程 2 凸 模 的 准 备 工 序 凸 模 的 准 备 工 序 ， 可 根 据 凸 模 的 结 构 特 点 ， 参 照 凹 模的 准 备 工 序 ， 将 其 中 不 需 要 的 工 序 去 掉 即 可 。 但 应 注 意 以下 几 点 ： 1） 为 便 于 加 工 和 装 夹 ， 一 般 都 将 毛 坯 锻 造 成 平 行 六 面体 。 对 尺 寸 、 形 状 相 同 ， 断 面 尺 寸 较 小 的 凸 模 ， 可 将 几 个凸 模 制 成 一 个 毛 坯 。 2） 凸 模 的 切 割 轮 廓 线 与 毛 坯 侧 面 之 间 应 留 足 够 的 切 割余 量 （ 一 般 不 小 于 5m m ） 。 毛 坯 上 还 要 留 出 装 夹 部 位 。 3） 在 有 些 情 况 下 ， 为 防 止 切 割 时 模 坯 产 生 变 形 ， 要 在模 坯 上 加 工 出 穿 丝 孔 。 切 割 的 引 入 程 序 从 穿 丝 孔 开 始 。 数控加工工艺与编程（ 三 ） 穿 丝 孔 和 电 极 丝 切 入 位 置 的 选 择 切 入 位 置 的 选 择 a） 凹 模 b） 凸 模 数控加工工艺与编程 （ 四 ） 电 极 丝 位 置 的 调 整 线 切 割 加 工 之 前 ， 应 将 电 极 丝 调 整 到 切 割 的 起 始 坐 标 位置 上 ， 其 调 整 方 法 有 以 下 几 种 ： 1 目 测 法 目 测 法 调 整 电 极 丝 位 置 利 用 穿 丝 处 划 出 的 十字 基 准 线 ， 分 别 沿 划 线 方向 观 察 电 极 丝 与 基 准 线 的相 对 位 置 ， 根 据 两 者 的 偏离 情 况 移 动 工 作 台 ， 当 电极 丝 中 心 分 别 与 纵 横 方 向基 准 线 重 合 时 ， 工 作 台 纵 、横 方 向 上 的 读 数 就 确 定 了电 极 丝 中 心 的 位 置 。 数控加工工艺与编程 2.火 花 法 火 花 法 调 整 电 极 丝 位 置 移 动 工 作 台 使 工 件的 基 准 面 逐 渐 靠 近 电 极丝 ， 在 出 现 火 花 的 瞬 时 ，记 下 工 作 台 的 相 应 坐 标值 ， 再 根 据 放 电 间 隙 推算 电 极 丝 中 心 的 坐 标 。此 法 简 单 易 行 ， 但 往 往因 电 极 丝 靠 近 基 准 面 时产 生 的 放 电 间 隙 ， 与 正常 切 割 条 件 下 的 放 电 间隙 不 完 全 相 同 而 产 生 误差 。 数控加工工艺与编程3 自 动 找 中 心 就 是 让 电 极 丝在 工 件 孔 的 中 心 自动 定 位 。 此 法 是 根据 线 电 极 与 工 件 的短 路 信 号 ， 来 确 定电 极 丝 的 中 心 位 置 。数 控 功 能 较 强 的 线切 割 机 床 常 用 这 种方 法 。 自 动 找 中 心 数控加工工艺与编程三 、 零 件 的 装 夹 和 位 置 校 正（ 一 ） 工 件 的 装 夹 1 悬 臂 式 装 夹 悬 臂 式 装 夹 装 夹 简 单 方 便 ，通 用 性 强 。 但 由 于 工件 平 面 难 与 工 作 平 台找 平 ， 工 件 悬 伸 端 易受 力 挠 曲 ， 易 出 现 切割 出 的 侧 面 与 工 件 上 、下 平 面 间 的 垂 直 度 误差 。 通 常 只 在 工 件 加工 要 求 低 或 悬 臂 部 分短 的 情 况 下 使 用 。 数控加工工艺与编程2 两 端 支 撑 方 式 装 夹 两 端 支 撑 方 式 装 夹 工 件 两 端 固 定在 两 相 对 工 作 台 面上 ， 装 夹 简 单 方 便 ，支 撑 稳 定 ， 定 位 精度 高 。 但 要 求 工 件长 度 大 于 两 工 作 台面 的 距 离 ， 不 适 合装 夹 小 型 工 件 ， 且工 件 刚 性 要 好 ， 中间 悬 空 部 不 会 产 生挠 曲 。 数控加工工艺与编程3 桥 式 支 撑 方 式 装 夹 桥 式 去 撑 方 式 装 夹 在 通 用 夹具 上 放 置 垫 铁 后 ，先 在 两 端 支 撑 的工 作 台 面 上 架 上两 根 支 撑 垫 铁 ，再 在 垫 铁 上 安 装工 件 ， 垫 铁 的 侧面 也 可 做 定 位 面使 用 。 方 便 灵 活 ，通 用 性 强 ， 对 大 、中 、 小 型 工 件 都适 用 。 数控加工工艺与编程4 板 式 支 撑 方 式 装 夹 根 据 常 规 工 件的 形 状 和 尺 寸 大 小 ，制 成 带 各 种 矩 形 或圆 形 孔 的 平 板 作 为辅 助 工 作 台 ， 将 工件 安 装 在 支 撑 板 上 。装 夹 精 度 高 ， 适 用于 批 量 生 产 各 种 小型 和 异 型 工 件 。 但无 论 切 割 型 孔 还 是外 形 都 需 要 穿 丝 ，通 用 性 也 较 差 。 板 式 支 撑 方 式 装 夹 数控加工工艺与编程5 复 式 支 撑 方 式 在 工 作 台面 上 装 夹 专 用夹 具 并 校 正 好位 置 ， 再 将 工件 装 夹 于 其 中 。对 于 批 量 加 工可 大 大 缩 短 装夹 和 校 正 时 间 ，提 高 效 率 。 复 式 支 撑 方 式 数控加工工艺与编程（ 二 ） 工 件 的 调 整1 用 百 分 表 找 正 用 磁 力 表 架 将百 分 表 固 定 在 丝 架 或其 它 位 置 上 ， 百 分 表的 测 量 头 与 工 件 基 面接 触 ， 往 复 移 动 工 作台 ， 按 百 分 表 指 示 值调 整 工 件 的 位 置 ， 直至 百 分 表 指 针 的 偏 摆范 围 达 到 所 要 求 的 数值 。 找 正 应 在 相 互 垂直 的 三 个 方 向 上 进 行 。 用 百 分 表 找 正 数控加工工艺与编程2 划 线 法 找 正 工 件 的 切 割 图形 与 定 位 基 准 之 间的 相 互 位 置 精 度 要求 不 高 时 ， 可 采 用划 线 法 找 正 ， 如 图所 示 。 利 用 固 定 在丝 架 上 的 划 针 对 准工 件 上 划 出 的 基 准线 ， 往 复 移 动 工 作台 ， 目 测 划 针 、 基准 间 的 偏 离 情 况 ，将 工 件 调 整 到 正 确 位 置 。 划 线 法 找 正 数控加工工艺与编程 四 、 加 工 参 数 的 选 择 （ 一 ） 脉 冲 参 数 的 选 择 脉 冲 电 源 的 波 形 及 参 数 的 影 响 是 相 当 大 的 ， 如 矩 形波 脉 冲 电 源 的 参 数 主 要 有 电 压 、 电 流 、 脉 冲 宽 度 、 脉 冲间 隔 等 。 所 以 根 据 不 同 的 加 工 对 象 选 择 合 理 的 电 参 数 是非 常 重 要 的 。 应 用 脉 冲 宽 度 ti/s 电 流 峰 值 Ie/A 脉 冲 间 隔 t0/s 空 载 电 压 /V 快 速 切 割 或 加 大厚 度 工 件Ra2.5m 20 40 大 于 12 为 实 现 稳 定 加 工 ,一 般 选 择t0/ti=3 4以 上 一 般 为 70 90半 精 加 工Ra=1.25 2.5m 6 20 6 12精 加 工Ra|Xe|时 ，取 Gy； |Xe|Ye|时 ， 取 Gx； |Xe|=|Ye|时 ， 取 Gx或 Gy均 可 。 斜 线 的 计 数 方 向 数控加工工艺与编程 2 加 工 圆 弧 圆 弧 计 数 方 向 的 选 取 ，应 看 圆 弧 的 终 点 的 情 况 而 定， 从 理 论 上 讲 ， 应 该 是 当 加工 圆 弧 达 到 终 点 时 ， 走 最 后一 步 的 是 哪 个 坐 标 ， 就 应 选此 坐 标 作 为 计 数 方 向 。 实 际加 工 中 ， 将 45 线 作 为 分 界线 ， 当 圆 弧 终 点 坐 标 为 （ Xe， Ye） 时 ， 若 |Xe|Ye|时 ，取 Gy； |Ye|Xe|时 ， 取 Gx；|Xe|=|Ye|时 ， 取 Gx或 Gy均 可。 圆 弧 的 计 数 方 向 数控加工工艺与编程 （ 四 ） 计 数 长 度 J 当 计 数 方 向 确 定 后 ， 计数 长 度 J是 指 被 加 工 图 形 在 计数 方 向 坐 标 轴 上 的 投 影 长 度（ 即 绝 对 值 ） 的 总 和 ， 以 m为 单 位 。 1 对 于 斜 线 加 工 图 所 示 斜 线 OA，其 终 点 为 A（ Xe,Ye） ， 且YeXe， 因 为 |Ye|Xe|， OA斜 线 与 X轴 夹 角 大 于 45 时， 计 数 方 向 取 Gy， 斜 线 OA在 Y轴 上 的 投 影 长 度 为 Ye， 故 J=Ye 斜 线 的 G和 J 数控加工工艺与编程 2跨两象限的圆弧 加工图所示圆弧，加工起点A在第四象限，终点B(Xe,Ye)在第一象限，因为加工终点靠近Y轴，|Ye|Xe|，计数方向取Gx；计数长度为各象限中的圆弧段在X轴上投影长度的总和，即J=J X1+JX2。跨 两 象 限 的 圆 弧 的 G和 J 数控加工工艺与编程 加 工 如 图 所 示圆 弧 ， 加 工 终 点B(Xe,Ye)， 因 加 工 终点 B 靠 近 X 轴 ，|Xe|Ye|， 故 计 数 方向 取 Gy， J为 各 象 限的 圆 弧 段 在 Y轴 上 投影 长 度 的 总 和 ， 即J=J y1+Jy2+Jy3。 3 跨 多 个 象 限 圆 弧 跨 多 个 象 限 圆 弧 的 G和 J 数控加工工艺与编程（ 五 ） 加 工 指 令 Z 1.直 线 段 加 工 指 令 a） 直 线 加 工 指 令 b） 坐 标 轴 上 直 线 加 工 指 令 数控加工工艺与编程2.圆 弧 加 工 指 令 c） 顺 时 针 圆 弧 指 令 d） 逆 时 针 圆 弧 指 令 数控加工工艺与编程（ 六 ） 应 用 举 例 加 工 如 图 所 示 斜 线 OA， 终 点 A的 坐 标 为Xe=17m m ， Ye=5m m ， 写 出 加 工 程 序 。其 程 序 为 ：B17000B5000B17000GxL1在 斜 线 段 的 程 序 中 X和 Y值可 按 比 例 缩 小 同 样 倍 数 ，故 程 序 可 写 为 ： B17 B5 B17000GxL1 数控加工工艺与编程加 工 图 中 所 示 直 线 ， 其 长 度 为 21.5m m ， 写 出 其 程 序 。 在 与 坐 标 轴 重 合 的程 序 中 ， X或 Y的 数 值 即使 不 为 零 ， 也 不 必 写 出 。因 此 ， 相 应 的 程 序 为 ： BBB021500GyL2 数控加工工艺与编程加 工 如 图 示 圆 弧 ， 加 工 起 点 的 坐 标 为 A(-5,0),试 编 制 程 序 。 其 程 序 为 ： B5000 BB010000GySR2 数控加工工艺与编程加 工 图 示 的 1/4圆 弧 ， 加 工 起 点 A（ 0.707,0.707） ，终 点 为 B(-0.707,0.707)， 试 编 制 程 序 。 相 应 的 程 序 为 ： B707 B707 B001414GxNR1由 于 终 点 恰 好 在 45 线 上 ，故 也 可 取 Gy， 则B707 B707 B000586GyNR1 数控加工工艺与编程加 工 如 图 所 示 圆 弧 ， 加 工 起 点 为 A（ -2， 9） ， 终点 为 B（ 9， -2） ， 编 制 加 工 程 序 。 圆 弧 半 径 ： R= m =9220m 计 数 长 度 ： JYAC=9000mJYCD=9220mJ YDB=R-2000m =7200m则 JY= JYAC+ JYCD+ JYDB=（ 9000+9220+7220） m =25440m其 程 序 为 ：B2000 B9000 B025440GyNR2 2 29000 2000 数控加工工艺与编程将 凸 凹 模 零 件 用 3B格 式 编 写 程 序 单 。 数控加工工艺与编程 （ 1） 求 电 极 丝 中 心 轨 迹 坐 标 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=-1.570m m Y=-1.493m m其 余 各 点 坐 标 可 直 接 从 图 形 中 求 得 到 ， 见 下 表 。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） m m =1.04m m交 点 X Y 交 点 X Y 圆 心 X YB -3.74 -2.11 G -3 0.81 O1 -3 -2.75 C -3.74 -0.81 H -3 0.81 O2 -3 -2.75D -3 -0.81 I -3.74 2.11E -1.57 -1.4393 K -6.96 2.11 数控加工工艺与编程（ 2） 用 3B格 式 编 写 程 序 单 。序 号 B X B Y B J G Z 说 明1 B B B 001040 G x L3 穿 丝 切 割2 B 1040 B B 004160 G y SR23 B B B 001040 G x L14 D 拆 卸 钼 丝5 B B B 013000 G y L4 空 走6 B B B 003740 G x L3 空 走 7 D 重 新 装 上 钼 丝8 B B B 012190 G y L2 切 入 并 加 工 BC段9 B B B 000740 G x L110 B B 1940 B 000629 G y SR1 数控加工工艺与编程11 B 1570 B 1439 B 005641 G y NR312 B 1430 B 1311 B 001430 G x SR413 B B B 000740 G x L314 B B B 001300 G y L215 B B B 003220 G x L316 B B B 004220 G y L417 B B B 003220 G x L118 B B B 008000 G y L4 退 出 19 D 加 工 结 束 数控加工工艺与编程复 习 思 考 题1 电 火 花 线 切 割 加 工 原 理 是 什 么 ？2 线 切 割 工 件 时 ， 电 极 丝 和 工 件 分 别 与 电 源 的 什 么 极 相 接 ？3 数 控 电 火 花 线 切 割 加 工 特 点 是 什 么 ， 使 用 在 什 么 情 况 ？4 线 切 割 加 工 中 常 用 的 电 极 丝 有 哪 几 种 ？5 线 切 割 加 工 时 ， 工 件 的 装 夹 方 式 有 哪 几 种 ？6 影 响 电 火 花 线 切 割 加 工 工 艺 指 标 主 要 有 哪 些 因 素 ？