线切割(项目五)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,项目五 穿孔模具的电火线切割,4220,平板毛坯,0.18mm,的钼丝，单边放电间隙为,0.01mm,。,一、电火花加工概述,切削加工本质与特点：,1,）刀具材料硬度必须大于工件材料硬度；,2,）利用机械能切除工件上多余材料。,电火花加工本质与特点：,1,）工具材料硬度可以低于工件材料硬度；,2,）不是利用机械能，而是利用电能与热能去除金属材料；,3,）加工过程中，工具与工件之间不存在显著机械切削力。,1,、电火花加工原理,在工具（,铜公,）与工件之间不断产生脉冲性火花放电，靠放电时局部、瞬时产生的高温把多余金属蚀除下来（,电腐蚀现象,），使工件达到所要求的尺寸、形状及表面质量。,产生电场,突出点阴极放电,工件液介质电离,高强度放电,产生高温高压,气化腐蚀电极,2,、电火花加工要求,1,）工具电极与工件之间必须保持一定的放电间隙（,几微米至几百微米,）,间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，无法放电；间隙过小，容易引起短路。,2,）必须是脉冲电源,即瞬时放电延续一段时间后，停歇一段时间再放电。（,放电延续时间为,1,1000,微秒,）,使放电产生的热量来不及传导到其它部分而集中在电蚀点，否则，像持续电弧放电那样，会烧伤表面而无法用作尺寸加工。,3,）必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行,如：,煤油、皂化液、去离子水,等。,A,）形成放电；,B,）悬浮排除电蚀产物；,C,）冷却电极与工件表面,3,、电火花加工特点,1,）主要优点,A.,适用于任何难切削材料的加工,取决于材料的导电性及热学特性，与其力学特性无关。,B .,可加工特殊及复杂形状的表面和零件,2,）局限性,A .,主要用于加工金属等导电材料，一定条件下也可以加工半导体和非导体材料。,B .,一般加工速度较慢,C .,存在电极损耗,二、电火花线切割加工,电火花加工分为电火花成型加工与电火花线切割加工,一）电火花线切割加工原理,利用电腐蚀加工原理，采用移动的细金属导线（钼丝或铜丝）作为电极，进行脉冲火花放电，切割工件 。,采用简单的,线状,电极替代成型电极,简化电极的制作,电极丝源源不断地贯穿工件的加工区,电极损耗得以均匀分布，减少或得到补偿。,脉冲,电源,+,-,V,X,Y,2,二）电火花线切割的分类,根据电极丝的运行速度分类：,高速走丝线切割机床，也称快走丝线切割机床。,低速走丝线切割机床，也称慢走丝线切割机床。,两者的区别：,快走丝,一般采用钼丝或铜丝,(,目前通常用直径,0.08,0.2mm,的细丝钼丝,),作电极,丝速在,810m/s,，可以反复使用直到断丝为止,快走丝,加工精度,0.010.02mm,。,慢走丝,一般采用铜丝作电极,线电极只是单向通过，不重复使用。,慢走丝,通常丝速低于,0.2m/s,，粗糙度,Ra0.1,0.2um,，加工精度,0.001mm.,。,三）电火花线切割加工的特点,1,。与电火花成型加工的共性,1,）线切割加工的电压、电流波形基本相似,2,）加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律与电火花相似,2,。与电火花成型加工不同点,1,）工件一般接正极,由于电极丝较细，脉宽、电流等电参数较小，,2,）采用水或水基工作液,。,不会引燃，可安全无人运转；工作液电阻率较煤油低，会有电解效应，有益于表面质量。,3,）不能形成稳定的电弧放电,丝与工件相对运动，由正常放电、开路和短路三种状态组成。,4,）电极与工件间存在“疏松接触”式轻压放电现象,只有电极丝与工件之间保持一定轻微接触压力，才能发生放电。,5,）不需要成型电极，成本降低。,6,）电极丝较细，可以加工微细异形孔，窄缝和复杂工件。,7,）电极丝损耗小，对加工的精度影响小。,四）电火花线切割加工范围,1,。加工模具,2,。加工电火花成型加工时的电极,3,。加工零件,IC,芯片引脚框架模,线切割零件,三、电火花线切割加工设备,（,快走丝,）,快速走丝线切割机床总体示意图,一）机床本体,1,）床身,2,）工作台,3,）走丝机构,4,）锥度切割装置,坐标工作台,坐标工作台用以装夹工件。,下拖板通常与床身固定联接；,中拖板置于下拖板之上，可沿横向导轨作,X,坐标方向往复移动；,上拖板（工作台）则置于中拖板之上，可沿纵向导轨作,Y,坐标方向往复移动。,线切割加工时通过控制系统发出进给信号，控制两个驱动电机带动拖板沿两个坐标方向各自移动，合成各种平面图形曲线 轨迹，进行加工。,工作台的移动精度直接影响工件的加工质量，因此各拖板均采用滚珠丝杠传动副和滚动导轨，便于实现精确和微量移动，且运动灵活、平稳。,快速走丝线切割机床绕丝筒原理,丝筒机构,走丝机构使电极丝以一定的速度连续不断进入和离开放电区域，是线切割机床区别于普通机床的主要标志,快走丝机构的电极丝材料一般采用钼丝，细而长的钼丝以一定张力平整地卷绕在储丝筒上，储丝筒通过弹性联轴器与驱动电机相连，作旋转运动，同时沿轴向移动，走丝速度等于储丝筒周边的线速度。为重复使用该段钼丝，储丝筒下方的 走丝溜扳 上置有左、右行程撞块，当储丝筒轴向运动到钼丝供丝端终端时，行程撞块碰到行程开关，立即控制储丝筒反转，使供丝端成为收丝端，钼丝反向移动，如此循环交替运转，实现钼丝的往复运动。在运动过程中，钼丝由丝架支撑，并依靠上、下导轮形成锯弓状。,运丝及张力机构,快速走丝线切割机床运丝及普通张力机构,北京,AGIE-CHARMILLES,的恒张力机构,恒张力机构,X,Y,O,O,O,O,a),b),c),偏移式丝架实现锥度加工的方法,锥度切割装置,锥度切割装置用于某些有锥度（斜度）的内外表面，,脉冲电源,电火花线切割用的脉冲电源的作用是把工频交流电流转换成一定频率的单向脉冲电流，以供给火花放电间隙所需要的能量来蚀除金属。,脉冲电源对线切割加工的生产率、表面质量、加工速度、加工过程的稳定性和电极丝损耗等技术经济指标有很大的影响，应给予足够的重视。,电极丝细,允许脉冲能量小,脉冲宽度、脉冲电流小,宜采用正极性加工,电极丝,钼丝,0.080.2mm,工作液循环系统,快走丝线切割时采用的工作液一般是,5, ,15,浓度的油酸钾皂乳化液。,液压泵抽出储液箱里的工作液，流经上、下供液管 被压送到加工区域，随后经坐标工作台中的回液管流回储液箱，经过滤复原后，继续使用。,快走丝线切割系统结构特点：,相对切向运动,利于,介质更换,无,拉弧,放电,的转移,提高,光洁度,机床,动态性能不好，高速部件易损，丝耗影响精度,快走丝线切割加工现状,最大切割速度：,218mm2/min,最好的表面粗糙度：,1um,最高加工精度,105um,最大切割厚度：,1000mm,最大切割锥度 ：,90,快走丝线切割加工的发展方向,断丝的预报与防断丝对策,恒张力机构的研究,大锥度机床的关键技术,自动编程技术,慢走丝线切割加工的特点,走丝速度慢，振动小，精度高，机床寿命长,丝不重复使用，单向移动，不回收,损耗小，加工精度高,采用铜丝作为电极丝,采用去离子水作为工作液,有时采用浸液式加工,四、电火花线切割控制系统,一）轨迹控制,精确控制电极丝相对工件的运动轨迹，以获得所需的形状与尺寸。,由数控技术控制,控制原理,-,逐点比较法（快走丝）控制直线与圆弧轨迹。,二）加工控制,主要包括对伺服进给速度、电源装置、走丝机构、工作液系统及其它机床操作控制。,1,）进给速度控制,根据放电间隙大小与放电状态自动控制伺服进给速度，使进给速度与工件材料的蚀除速度相平衡,-,稳定加工、提高切割速度和加工精度。,2,）短路回退,发生短路时，减小加工规准并沿原来轨迹快速后退，消除短路，防止断丝。,3,）间隙补偿,补偿电极丝半径和放电间隙。,4,）图形缩放、旋转和平移,5,）适应控制,工件厚度变化时，改变规准之后，能自动改变进给速度和电参数。,6,）自动找中心,使孔中的电极丝自动找正后停止在孔中心处。,五、电火花线切割的数控编程,将要线切割的工件几何图形，按线切割系统所能接受的“语言”编排好“命令”，输入到线切割机的数控系统中控制机床加工，所编制的“命令”就是,线切割程序,，编制“命令”的工作就叫做,数控线切割编程,。,数控线切割编程可分为,手工编程,和,自动编程,两类。,手工编程主要由,3B,、,4B,、,5B,、,ISO,，使用最多的是,3B,格式。为了与国际接轨，目前有的厂家也使用,ISO,代码。我们在这里主要介绍,3B,法。,N,B,X,B,Y,B,J,G,Z,序号,间隔符,X,轴坐标值,间隔符,Y,轴坐标值,间隔符,计数长度,计数方向,加工指令,3B,程 序 格 式,我国快走丝数控线切割机床采用统一的,五指令,3B,程序格式,。,B,x,B,y,B,J G Z,B-,分隔符。,隔离,x,、,y,、,J,等数字,。,B,后面的数字为,0,时，“,0”,可不写。,一）直线编程,B,x,B,y,B,J G Z,x,、,y-,直线终点坐标值。, X,、,Y,值不带正负号,，取绝对值。,单位：,m,。,坐标原点为直线段的起点。,即可理解为,x,、,y,为直线终点相对起点坐标差值。,平行于,X,或,Y,坐标轴的直线段，取,X = Y = 0,。,因,x,、,y,的比值表示直线的斜度，故也可用公约数将,x,、,y,缩小整倍数。,一）直线编程,B,x,B,y,B,J G Z,G-,计数方向。,分,Gx,或,Gy,，即按,x,方向或,y,方向计数，工作台在该方向上每走,1m,，即计数累减,1,，当累减到计数长度,J=0,时，这段程序加工完毕。,当加工的直线段位于图中的阴影区域时，取,Gy,，否则取,Gx,。,45,度直线，,、,象限取,Gx,，,、,象限取,Gy,。,一）直线编程,B,x,B,y,B,J G Z,J-,计数长度。,单位：,m,。,当计数方向为,Gx,时，,J = X,；当计数方向为,Gy,时，,J = Y,。,取直线终点坐标,x,、,y,中较大的绝对值和轴向作为计数长度,J,和计数方向,G,。,例：直线终点（,10.5,，,-13.32,），,取,J=13320,，,G,为,Gy,。,一）直线编程,B,x,B,y,B,J G Z,Z-,加工指令。,按直线走向和终点所在象限不同分为,L1,、,L2,、,L3,、,L4,。,当加工的斜直线段在第,、,、,、,象限时，加工指令,Z,分别取,L1,、,L2,、,L3,、,L4,。,当加工的直线段分别平行于,+X,、,+Y,、,-X,、,-Y,坐标轴时，加工指令,Z,分别取,L1,、,L2,、,L3,、,L4,。,与,x,、,y,轴重合的直线，编程时,x,、,y,均可作,0,，且在,B,后可不写。,加工举例：,如图所示，在一平板毛坯上切割加工出一五边形的工件（板厚,2mm,）。,1,切割加工工艺路线,从避免或减少工件材料内部组织及内应力对加工变形的影响，以及从避免或减少加工痕迹等方面考虑，切割起点选在毛坯外的,A,点。具体的切割加工路线为：,A B C D E F G H,B B B3000 GY L2,B B B15000 GX L1,B5000 B10000,B10000,GY L2,B B B5000 GX L3,B5000 B6000,B6000,GY L3,B B B5000 GY L4,B5000 B1000 B5000 GX L3,DD,间 隙 补 偿,在数控线切割机床上，电极丝的中心轨迹和图纸上工件轮廓差别的补偿称为间隙补偿。,1,）补偿量,F,的确定,F = d / 2 +,（,m,）,式中：,d ,钼丝直径；,放电间隙，一般取,0.01mm,。,2,）加工时补偿量,F,的设置,在加工之前，首先将计算所得的补偿量,F,的具体数值输入系统，并注意其正负值。切割凸模或外轮廓时，取正值，按,X,键；切割凹模或内轮廓时，取负值，按,Y,键。,二）圆弧编程,B,x,B,y,B,J G Z,x,、,y-,圆弧起点坐标值。, X,、,Y,值不带正负号,，取绝对值。,单位：,m,。,坐标原点为圆弧的圆心。,即可理解为,x,、,y,为圆弧起点相对圆弧圆心的坐标差值。,二）圆弧编程,B,x,B,y,B,J G Z,G-,计数方向。,取圆弧终点坐标中绝对值较小的轴向作为计数方向（与直线相反）。,当加工的圆弧段终点位于图中的阴影区域时，取,Gx,，否则取,Gy,。,二）圆弧编程,B,x,B,y,B,J G Z,J-,计数长度。,单位：,m,。,当计数方向为,Gx,时，,J,为在,X,轴方向上加工圆弧时的总移动量；当计数方向为,Gy,时，,J,为在,Y,方向上加工圆弧时的总移动量。,总移动量,-,圆弧较长，跨越几个象限时，则取圆弧在计数方向坐标轴上各象限投影值之和。,二）圆弧编程,B,x,B,y,B,J G Z,Z-,加工指令。,按照圆弧起点所在的象限可分为,R1,、,R2,、,R3,、,R4,；按切割的走向可分为顺圆,S,和逆圆,N,，于是共有,8,种指令：,SR1,、,SR2,、,SR3,、,SR4,、,NR1,、,NR2,、,NR3,、,NR4,。,解 对图,(a),，,起点为,A,，,终点为,B,，,J=J1+J2+J3+J4=10000+50000+50000+20000=130000,故其,3B,程序为：,B30000 B40000 B130000 Gy NR1,对图,(b),，,起点为,B,，,终点为,A,，,J=J1+J2+J3+J4=40000+50000+50000+30000=170000,故其,3B,程序为：,B40000 B30000 B170000 Gx SR4,4220,平板毛坯,0.18mm,的钼丝，单边放电间隙为,0.01mm,。,