电火花线切割加工课件

单击此处编辑母版标题样式,第三章 电火花线切割加工,*,98,第三章 电火花线切割加工,电火花线切割加工的起源：,电火花线切割加工（,Wire Cut EDM,，简称,WEDM,）是在电火花加工基础上于,20,世纪,50,年代末最早在前苏联发展起来的一种新的工艺形式，是用线状电极（钼丝或铜丝）靠电火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割，有时简称线切割。它已得到广泛应用，目前国内外线切割机床占电加工机床的,70%,左右。,3.1,电火花,线切割加工原理、特点及应用范围,3.2,电火花线切割加工设,备,3.3,电火花线切割控制系统和编程技术,3.4,影响线切割工艺指标的加工工艺规律因素,3.,5,线切割加工工艺及扩展应用,2,3.1.1,线切割加工的原理,利用移动的细金属导线（铜丝或钼丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电，切割成形。,3.1,电火花,线切割加工原理、特点,二、,电火花加工、电火花线切割加工的特点,1,共同特点,(1),二者的加工原理相同，都是通过电火花放电产生的热来熔解去除金属的，所以二者加工材料的难易与材料的硬度无关，加工中不存在显著的机械切削力。,(2),二者的加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律基本相似，可以加工硬质合金等一切导电材料。,(3),最小角部半径有限制。电火花加工中最小角部半径为加工间隙，线切割加工中最小角部半径为电极丝的半径加上加工间隙。,1,和电火花加工相比共同特点,(1),二者的加工原理相同，所以二者加工材料的难易与材料的,硬度,无关，加工中不存在显著的机械切削力。加工用,电压、电流波形,类似。,(2),二者的,加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律,基本相似，可以加工硬质合金等一切导电材料。,(3),最小角部半径,有限制。电火花加工中最小角部半径为加工间隙，线切割加工中最小角部半径为电极丝的半径加上加工间隙。,2,和,电火花加工相比,不同特点,(1),从成形原理来看。,电火花加工是将电极形状复制到工件上的一种工艺方法。在实际中可以加工通孔,(,穿孔加工,),和盲孔,(,成型加工；而线切割加工是利用移动的细金属导线,(,铜丝或钼丝,),做电极，对工件进行脉冲火花放电，切割成型的一种工艺方法，。,图,1,电火花加工,图,3-1,线切割加工,(2),采用水或水基工作液不会引燃起火，容易实现安全无人运转。,(3),不产生稳定电弧放电。,电极丝与工件始终有相对运动，尤其是快速走丝电火花线切割加工，间隙状态可以认为是由正常火花放电、开路和短路这三种状态组成；,(4),电极与工件之间存在着“疏松接触”式轻压放电现象。,在电极丝和工件之间存在着某种电化学产生的绝缘薄膜介质，当电极丝被顶弯所造成的压力和电极丝相对工件的移动摩擦使这种介质减薄到可被击穿的程度，才发生火花放电。因此电极短路已不成为大问题；,(5),省掉了成型的工具电极。,大大降低了成型工具电极的设计和制造费用，缩短了生产准备时间。这对新产品的试制是很有意义的；,(6),由于电极丝比较细，可以加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件。,由于切缝很窄，且只对工件材料进行“套料”加工，实际金属去除量很少，材料的利用率和能量利用率都很高。这尤其是对加工贵重金属有重要意义；,（,7,）电极损耗小。,由于采用移动的长电极丝进行加工，单位长度电极丝的损耗少，对加工精度的影响小，特别在低速走丝线切割加工时，电极丝一次使用，电极损耗对加工精度的影响更小。,(a),电火花加工产品,(b),线切割加工产品,图,3,加工产品实例,三、 线切割加工的应用范围,1.,加工模具 。,2.,加工电火花成形加工用的电极,3.,加工零件,3.2,电火花线切割加工设备,一,机床分类、型号,1,分类,线切割加工机床可按多种方法进行分类，通常按电极丝的走丝速度分成快速走丝线切割机床,(WEDM-HS),与慢速走丝线切割机床,(WEDM-LS),。,1),快速走丝线切割机床,快速走丝线切割机床的电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为,8,10 m/s,，,是我国独创的电火花线切割加工模式。快速走丝线切割机床上运动的电极丝能够双向往返运行，重复使用，直至断丝为止。线电极材料常用直径为,0.10,0.30 mm,的钼丝,(,有时也用钨丝或钨钼丝,),。对小圆角或窄缝切割，也可采用直径为,0.6 mm,的钼丝。,工作液通常采用乳化液。快速走丝线切割机床结构简单、价格便宜、生产率高，但由于运行速度快，工作时机床震动较大。钼丝和导轮的损耗快，加工精度和表面粗糙度就不如慢速走丝线切割机床，其加工精度一般为,0.01,0.02 mm,，,表面粗糙度,Ra,为,1.25,2.5,m,。,2),慢速走丝线切割机床,慢速走丝线切割机床走丝速度低于,0.2 m/s,。,常用黄铜丝,(,有时也采用紫铜、钨、钼和各种合金的涂覆线,),作为电极丝，铜丝直径通常为,0.10,0.35 mm,。,电极丝仅从一个单方向通过加工间隙，不重复使用，避免了因电极丝的损耗而降低加工精度。同时由于走丝速度慢，机床及电极丝的震动小，因此加工过程平稳，加工精度高，可达,0.005 mm,，,表面粗糙度,Ra0.32 m,。,慢速走丝线切割机床的工作液一般采用去离子水、煤油等，生产率较高。,慢走丝机床主要由日本、瑞士等国生产，目前国内有少数企业引进国外先进技术与外企合作生产慢走丝机床。,2,型号,国标规定的数控电火花线切割机床的型号，如,DK7725,的基本含义为：,D,为机床的类别代号，表示是电加工机床；,K,为机床的特性代号，表示是数控机床；第一个,7,为组代号，表示是电火花加工机床，第二个,7,为系代号,(,快走丝线切割机床为,7,，慢走丝线切割机床为,6,，电火花成型机床为,1),；,25,为基本参数代号，表示工作台横向行程为,250 mm,。,例如，数控电火花线切割机床型号,DK7725,的含义如下：,D K 7 7 25,基本参数代号,(,工作台横向行程,250 mm),型别代号,(,快速走丝线切割机床,),组别代号,(,电火花加工机床,),机床特性代号,(,数控,),机床类别代号,(,电加工机床,),表,3-1 DK77,系列数控电火花线切割机床的主要型号及技术参数,表,3-2,快、慢速走丝电火花线切割加工特点比较,二、 快走丝线切割机床简介,由于科学技术的发展，目前在生产中使用的快走丝线切割机床几乎全部采用数字程序控制，这类机床主要由机床本体、脉冲电源、数控系统和工作液循环系统组成。,1,机床本体,机床本体主要由床身、工作台、运丝机构和丝架等组成，具体介绍如下：,1),床身,床身是支承和固定工作台、运丝机构等的基体。因此，要求床身应有一定的刚度和强度，一般采用箱体式结构。床身里面安装有机床电气系统、脉冲电源、工作液循环系统等元器件。,2),工作台,目前在电火花线切割机床上采用的坐标工作台，大多为,X,、,Y,方向线性运动。,不论是哪种控制方式，电火花线切割机床最终都是通过坐标工作台与丝架的相对运动来完成零件加工的，坐标工作台应具有很高的坐标精度和运动精度，而且要求运动灵敏、轻巧，一般都采用“十”字滑板、滚珠导轨，传动丝杠和螺母之间必须消除间隙，以保证滑板的运动精度和灵敏度。,3),走丝机构,在快走丝线切割加工时，电极丝需要不断地往复运动，这个运动是由运丝机构来完成的。最常见的运丝机构是单滚筒式，电极丝绕在储丝筒上，并由丝筒作周期性的正反旋转使电极丝高速往返运动。,4),丝架,运丝机构除上面所叙述的内容外，还包括丝架。丝架的主要作用是在电极丝快速移动时，对电极丝起支撑作用，并使电极丝工作部分与工作台平面保持垂直。为获得良好的工艺效果，上、下丝架之间的距离宜尽可能小。,为了实现锥度加工，有多种方法。,a,偏移式丝架：,b,双坐标联动式丝架,2,脉冲电源,电火花线切割加工的脉冲电源与电火花成型加工作用的脉冲电源在原理上相同，不过受加工表面粗糙度和电极丝允许承载电流的限制，线切割加工脉冲电源的脉宽较窄,(2,60 s),，,单个脉冲能量、平均电流,(1,5 A),一般较小，所以线切割总是,采用正极性加工,。,1,）晶体管矩形脉冲波电源,3-6,晶体管矩形脉冲电压电流波形及电源,*,晶体管式矩形波脉冲电源的工作方式与电火花成形加工类同,。,*,它是通过控制功率管,VT,的基极以形成电压脉宽,t,i,、,电流脉宽,t,e,和脉冲间隔,t,o,，,限流电阻,、,决定峰值电流,i,e,。,*,这种电源广泛用于高速走丝线切割机床，而在低速走丝机床中用的不多。,2,）高频分组脉冲电源,高频分组脉冲波形,高频分组脉冲电源原理图,*,这种波是由矩形波派生出来的，即把较高频率的小脉宽,t,i,和小脉间,t,o,的矩形波脉冲分组成为大脉宽,i,和大脉间,o,输出。,*,加工时由高频脉冲发生器、分组脉冲发生器和与门电路产生高频分组脉冲波形，然后经脉冲放大和功率输出，将高频分组脉冲能量输送到放电间隙，进行放电腐蚀加工。,*,它既具有高频脉冲加工表面粗糙度值小，又具有低频脉冲加工速度高、电极丝损耗低的双重特点，在相同的加工条件下，可获得较好的加工工艺效果。,3,）并联电容型脉冲电源,如右图所示。这是实现短放电时间高峰值电流的一种方法，常用于早期的低速走丝线切割机床中，以满足低速走丝时因排屑条件差而需采用窄脉宽和高峰值电流的要求。,在这种电路中，依靠调整晶体管的通断时间、限流电阻的个数及电容器的容量，可控制放电的重复频率，而每次放电的能量由直流电源的电压及电容器的容量决定。,图,312,并联电容型电路的电压、电流波形及脉冲电源电路简图,从图中可知，按照晶体管的开关状态，电容器两端的电压波形呈现一种阶梯状态，利用晶体管开通时间,t,i,和截止时间,t,o,的不同组合，可以改变充电电压波形的前沿。而且，一旦放电电流发生，可使晶体管变为截止状态，阻止直流电源供给电流。,如右图所示。这是实现短放电时间高峰值电流的一种方法，常用于早期的低速走丝线切割机床中，以满足低速走丝时因排屑条件差而需采用窄脉宽和高峰值电流的要求。,在这种电路中，依靠调整晶体管的通断时间、限流电阻的个数及电容器的容量，可控制放电的重复频率，而每次放电的能量由直流电源的电压及电容器的容量决定。,图,312,并联电容型电路的电压、电流波形及脉冲电源电路简图,从图中可知，按照晶体管的开关状态，电容器两端的电压波形呈现一种阶梯状态，利用晶体管开通时间,t,i,和截止时间,t,o,的不同组合，可以改变充电电压波形的前沿。而且，一旦放电电流发生，可使晶体管变为截止状态，阻止直流电源供给电流。,如右图所示。这是实现短放电时间高峰值电流的一种方法，常用于早期的低速走丝线切割机床中，以满足低速走丝时因排屑条件差而需采用窄脉宽和高峰值电流的要求。,在这种电路中，依靠调整晶体管的通断时间、限流电阻的个数及电容器的容量，可控制放电的重复频率，而每次放电的能量由直流电源的电压及电容器的容量决定。,图,312,并联电容型电路的电压、电流波形及脉冲电源电路简图,从图中可知，按照晶体管的开关状态，电容器两端的电压波形呈现一种阶梯状态，利用晶体管开通时间,t,i,和截止时间,t,o,的不同组合，可以改变充电电压波形的前沿。而且，一旦放电电流发生，可使晶体管变为截止状态，阻止直流电源供给电流。,图,312,前阶梯波波形,4,）低损耗电源,*,这种脉冲电源就是阶梯形脉冲电源，一般为前阶梯波，其电流波形如图,312,所示。前阶梯波是由矩形波组合而成，可由几路起始脉冲放电时间顺序延迟的矩形波叠加而成。,*,如果每个脉冲在击穿放电间隙后，电压及电流逐步升高，则可以在不太降低生产率的情况下，大大减少电极丝的损耗，延长重复使用电极丝的寿命，提高加工精度，这对于快速走丝线切割加工是很有意义的。,3,、工作液循环系统,工作液循环与过滤装置是电火花线切割机床不可缺少的一部分，其主要包括工作液箱、工作液泵、流量控制阀、进液管、回液管和过滤网罩等。工作液的作用是及时地从加工区域中排除电蚀产物，并连续充分供给清洁的工作液，以保证脉冲放电过程稳定而顺利地进行。目前绝大部分快走丝机床的工作液是专用乳化液。乳化液种类繁多，大家可根据相关资料来正确选用,低速走丝机床多采用去离子水做工作液。,高速走丝线切割机床采用乳化液做工作液。,3.3,电火花线切割控制系统和编程技术,一、线切割控制系统,*,控制系统是进行电火花线切割加工的重要组成环节，是机床工作的指挥中心。控制系统的技术水平、稳定性、可靠性、控制精度及自动化程度等直接影响工件的加工工艺指标和工人的劳动强度。,*,控制系统的作用是：在电火花线切割加工过程中，根据工件的形状和尺寸要求，自动控制电极丝相对于工件的运动轨迹；同时自动控制伺服进给速度，实现对工件的形状和尺寸加工。,*,电火花线切割加工机床控制系统的主要功能：,（,2,）加工控制,主要包括对伺服进给速度、脉冲电源、走丝机构、工作液循环系统以及其他的机床操作的控制。此外，失效安全及自诊断功能等也是重要方面。,（,1,）轨迹控制,精确控制电极丝相对于工件的运动轨迹，加工出需要的工件形状和尺寸。,数控电火花线切割加工的控制原理,图,3-13,数字程序控制过程框图,程 序,程序输入机构,专用计算机插补运算,执行机构,坐标工作台,(,放电间隙,),图 样,把图样上工件的形状和尺寸编制成程序指令。,将程序指令通过键盘或使用穿孔纸带或磁带，或直接传输给计算机。,计算机根据输入的程序进行计算，并发出进给信号来控制驱动电动机，,由驱动电动机带动精密丝杠，使工件相对于电极丝作轨迹运动,最终实现加工过程的自动控制。,目前电火花线切割加工机床的轨迹控制系统普遍采用数字程序控制，并已发展到微型计算机直接控制阶段。,*,数字程序控制系统能够控制加工同一平面上由直线和圆弧组成的任何图形的工件，这是最基本的控制功能。,图,314,切割直线的原理,*,控制方法有逐点比较法、数字积分法、矢量判别法、最小偏差法等。,1,轨迹控制原理,*,高速走丝线切割机床的控制系统普遍采用逐点比较法。机床在,X,、,Y,两个方向不能同时进给，只能按直线的斜度和圆弧的曲率来交替地一步一个微米地分步,“,插补,”,进给。,*,下面通过图,314,来分析说明逐点比较法切割直线时的四个节拍：,第一拍：偏差判别。,第二拍：进给。,第三拍：偏差计算。,第四拍：终点判断。,目的是判别目前的加工坐标点对规定几何轨迹的偏离位置，然后决定拖板的走向。一般用代表偏差值，表示加工点恰好在线（轨迹）上。,，表示加工点在线的上方或左方，,，表示加工点在线的下方或右方，以此来决定第二拍进给的轴向和正、负方向。,按照偏差计算公式，计算和比较进给一步后新的坐标点对规定轨迹新的偏差值，作为下一步判别走向的依据。,根据偏差值命令坐标工作台沿,+,向或,-,向；或,+,向或,-,向进给一步，向规定的轨迹靠拢，缩小偏差。,根据计数长度判断是否到达程序规定的加工终点。若到达终点，则停止插补和进给，否则再回到第一拍。,*,进给速度控制,2,加工控制功能,*,图形的缩放、旋转和平移,*,短路回退,*,间隙补偿,*,自动找中心,*,适应控制,*,信息显示,*,故障安全和自诊断等功能,能根据加工间隙的平均电压或放电状态的变化，通过取样、变频电路，不定期地向计算机发出中断申请，暂停插补运算，自动调整伺服进给速度，保持某一平均放电间隙，使加工稳定，提高切割速度和加工精度。,经常记忆电极丝经过的路线。发生短路时，改变加工条件并沿原来的轨迹快速后退，消除短路，防止断丝。,线切割加工数控系统所控制的是电极丝中心移动的轨迹。因此，加工有配合间隙冲模的凸、凹模时，电极丝中心轨迹应该向原图形之外或内偏移，进行“间隙补偿”。,利用图形的任意缩放功能可以加工出任意比例的相似图形；利用任意角度的旋转功能可使零件的编程大大简化；而平移功能则同样极大地简化了跳步模具的编程。,具有断电记忆等功能。,可动态显示程序号、计数长度等轨迹参数，较完善地采用计算机,CRT,屏幕显示，还可以显示电规准参数、切割轨迹图形和切割速度、切割时间等。,使孔中的电极丝自动找正后停止在孔中心处。,在工件切割厚度变化的场合，改变规准之后，能自动改变伺服进给速度或电参数，不用人工调节就能自动进行高效率、高精度的稳定加工。,数控线切割加工机床的控制系统是根据人的,“,命令,”,控制机床进行加工的。因此必须先将要加工工件的图形用机器所能接受的,“,语言,”,编好,“,命令,”,，以便输入控制系统，这种,“,命令,”,就是线切割加工程序。这项工作叫数控线切割编程，简称编程。,数控线切割编程方法分为手工编程和微机自动编程。,为了便于机器接受,“,命令,”,，必须按照一定的格式来编制线切割加工机床的数控程序。目前高速走丝线切割机床一般采用,3B,（,个别扩充为,4B,或,5B,）,数控程序,格式，而低速走丝线切割机床普遍采用,ISO,（,国际标准化组织）或,EIA,（,美国电子工业协会）数控程序,格式。,二,电火花线切割编程 要点,1,、,3B,程序指令格式,不管是什么图形，只要能分解为直线和圆弧就可依次分别编程。,B,X,B,Y,B,J,G,Z,分隔符,X,坐标值,分隔符,Y,坐标值,分隔符,计数长度,计数方向,加工指令,表,3-1 3B,程序指令格式,图,314,加工指令,B,分隔符号。,X,、,Y,坐标值。,G,计数方向。,J,计数长度,。,Z,加工指令。,表中各个参数的含义为：,它在程序单上起着把,X,、,Y,和,J,数值分隔开的作用。,分,x,或,y,，,即可按,X,方向或,Y,方向计数，工作台在该方向每走,1,m,，,即计数累减,1,，当累减到计数长度,J=0,时，这段程序即加工完毕。,为了保证所要加工的圆弧或直线段能按要求的长度加工出来，一般线切割加工机床是用从起点到终点某个滑板进给的总长度来作为计数长度的。,分为直线,L,与圆弧,R,两大类。,直线的终点对其起点的坐标值或圆弧起点对其圆心的坐标值，编程时均取绝对值，以,m,为单位，最多为,6,位数。,圆弧按第一步进入的象限及走向的顺圆、逆圆而分为顺圆,SR,1,、,SR,2,、,SR,3,、,SR,4,及,逆圆,NR,1,、,NR,2,、,NR,3,、,NR,4,共八,种。,直线按走向和终点所在象限而分为,L,1,、,L,2,、,L,3,、,L,4,四种。,返回直线编程方法,返回圆弧编程方法,2,、,直线的编程方法,X,原点,终点,(x,，,y),以直线的起点为原点，建立正常的直角坐标系，,x,，,y,表示直线终点的坐标绝对值。,在直线,3B,代码中，,x,，,y,值主要是确定该直线的斜率，所以可将直线终点坐标的绝对值除以它们的最大公约数作为,x,，,y,的值，以简化数值。,若直线与,X,或,Y,轴重合，为区别一般直线，,x,，,y,均可写作,0,也可以不写。,计数方向的选取原则，应取此程序最后一步的轴向为计数方向。对直线而言，取,X,、,Y,中较大的绝对值和轴向作为计数长度和计数方向。,J,的取值方法为：由计数方向,G,确定投影方向，若,G=,Gx,，,则将直线向,X,轴投影得到长度的绝对值即为,J,的值；若,G=,Gy,，,则将直线向,Y,轴投影得到长度的绝对值即为,J,的值。,加工指令,Z,按照直线走向和终点所在的坐标象限不同可分为,L,1,、,L,2,、,L,3,、,L,4,，,其中与,+X,轴重合的直线算作,L,1,，,与,-,X,轴重合的直线算作,L,3,，,与,+Y,轴重合的直线算作,L,2,，,与,-,Y,轴重合的直线算作,L,4,，,具体可参考,图,3,15,。,终点,(0,，,0),计数长度,G=,Gx,x,3,、,圆弧的编程方法,以圆弧的圆心为坐标原点，建立正常的直角坐标系。,x,，,y,值的确定,:,用,x,，,y,表示圆弧起点坐标的绝对值。,G,的确定,:,计数方向（分,Gx,和,Gy,）,同样也取与该圆弧终点时走向较平行的轴向作为计数方向，以减少编程和加工误差，即取终点坐标绝对值小的轴向为计数方向（与直线编程相反）。,J,的确定,:,按计数方向,G,（,Gx,或,Gy,）,取圆弧在轴或轴上的投影值作为计数长度,。如果圆弧较长，跨越两个以上象限，则分别取计数方向轴（或轴）上各个象限投影值的绝对值相累加，作为该方向总的计数长度。,加工指令,Z,按照第一步进入的象限可分为,R,1,、,R,2,、,R,3,、,R,4,；,按切割的走向可分为顺圆,S,和逆圆,N,，,于是共有,8,种指令：,SR,1,、,SR,2,、,SR,3,、,SR,4,、,NR,1,、,NR,2,、,NR,3,、,NR,4,，,具体可参考,图,3,15,。,y,C,（,x，y,）,原点,G,x,J,例,3-1,对如图,315,所示的图形进行编程。,解：,该工件由三段直线和一段圆弧组成，故需要分成四段来编写程序：,4,、,编程举例,加工直线段,AB,以起点,A,为坐标原点，因,AB,与,X,轴正重合，,X,、,Y,均可作,0,计，故程序为：,B,40000,BB,40000,G,X,L,1,或,BBB,40000,G,X,L,1,（按,X,40000,，,Y,0,，,也可编程为：,B,40000,B0B,40000,G,X,L,1,，,不会出错）,加工斜线段,BC,以,B,点为坐标原点，则,C,点对,B,点的坐标为,X,=10000,，,Y,=90000,，,故程序为：,B,1,B,9,B,90000,G,Y,L,1,加工圆弧,CD,以该圆弧圆心,O,为坐标原点，经计算，圆弧起点,C,对圆心,O,点的坐标为：,X,=30000,，,Y,=40000,，,故程序为：,B,30000,B,40000,B,60000,G,x,NR,1,图,315,以,D,点为坐标原点，终点,A,对,D,点的坐标为,X,=10000,，,Y,= 90000,，,故程序为：,B,1,B,9,B,90000,G,Y,L,4,加工整个工件的程序单如下表,加工斜线段,DA,实际线切割加工和编程时，要考虑钼丝半径,r,和单面放电间隙,S,的影响。对于切割孔和凹体，应将程序轨迹偏移减小（,r+S,）,距离，对于凸体，则应偏移增大（,r+S,）,距离。,程序,B,X,B,Y,B,J,G,Z,1,B,B,B,40000,G,X,L,1,2,B,1,B,9,B,90000,G,Y,L,1,3,B,30000,B,40000,B,60000,G,X,NR,1,4,B,1,B,9,B,90000,G,Y,L,4,5,停 机 代 码,D,图,316,3,ISO,代码的手工编程方法,1,、,ISO,代码程序格式,对线切割加工来说，某一图段（直线或圆弧）的程序格式为,：,N,G,X,Y,I,J,字母是组成程序段的基本单元，一般是由一个关键字母加若干位十进制数字组成，具体如下：,程序段号,N,：,准备功能指令,G,：,是建立机床或控制系统方式的一种指令，其后为两位数字表示各种不同的功能。,尺寸字：尺寸字在程序段中主要是用来控制电极丝运动到达的坐标位置。,辅助功能指令,M,：,位于程序段之首，表示一条程序的序号，后续为,2,4,位数字。,电火花线切割加工常用的尺寸字有,X,、,Y,、,U,、,V,、,A,、,I,、,J,等，尺寸字的后续数字应加正负号，单位为,m,。,其中,I,、,J,为圆弧的圆心对圆弧起点的坐标值。其它为线段的终点坐标值。,由,M,功能指令及后续两位数组成，即,M00,M99,，,用来指令机床辅助装置的接通或断开。其中,M00,为程序暂停；,M01,为选择停止；,M02,为程序结束。,例如,：,2,、,ISO,代码按终点坐标有两种表达及输入方式,圆：以图形中某一适当点为坐标原点，用,X,、,Y,表示某段圆弧终点的绝对坐标值，用,I,、,J,表示圆心对圆弧起点的坐标值（图,3,18b,）。,（,1,）,绝对坐标方式，代码为,G90,线：以图形中某一适当点为坐标原点，用,X,、,Y,表示终点的绝对坐标值（图,3,18a,）。,（图,3,18a,）,（图,3,18b,）,（,2,）,增量（相对）坐标方式，代码为,G91,线：以线起点为坐标原点，用,X,、,Y,表达线的终点对起点的坐标值。,圆：以圆弧的起点为坐标原点，用,X,、,Y,来表示圆弧终点对起点的坐标值，用,I,、,J,来表示圆心对圆弧起点的坐标值（图,3,18c,）。,注意：,在编写程序时，采用哪种坐标方式，原则上都可以，但要根据具体的情况来确定，它与被加工零件图样的尺寸标注方法有关。,（图,3,18c,）,(1),以绝对坐标方式（,G90,）,输入进行编程,（,如右图所示,）,图,3,19(a),以绝对坐标编程,例,3-3,要加工如图,3,19,（,a,）、（,b,）,所示由,4,条直线和一个半圆组成的型孔或凹模，穿丝孔中钼丝中心的坐标为（,5,，,20,），按顺时针切割。,3,、,ISO,代码手工编程举例,N1 G92 X5000 Y20000,给定起始点圆心的绝对坐标,N2 G01 X5000 Y12500,直线终点的绝对坐标,N3 X-5000 Y12500,直线终点的绝对坐标,N4 X-5000 Y32500,直线终点的绝对坐标,N5 X5000 Y32500,直线终点的绝对坐标,N6 X5000 Y27500,直线终点的绝对坐标,N7 G02 X5000 Y12500 I0 J-7500 X,、,Y,之值为顺圆弧终点的绝对坐标，,I,、,J,之值为圆心对圆弧起点的相对坐标。,N8 G01 X5000 Y20000,直线终点的绝对坐标,N9 M02,程序结束,例,3-3,要加工如图,3,19,（,a,）、（,b,）,所示由,4,条直线和一个半圆组成的型孔或凹模，穿丝孔中钼丝中心的坐标为（,5,，,20,），按顺时针切割。,(2),以增量（相对）坐标方式（,G91,）,输入编程,（,如右图所示,）,N1 G92 X5000 Y20000,给定起始点圆心的绝对坐标,N2 G01 X0 Y-7500,直线终点对起始点的相对坐标,N3 X-1000 Y0,直线终点对直线终点的相对坐标,N4 X0 Y20000,直线终点对直线终点的相对坐标,N5 X10000 Y0,直线终点对直线终点的相对坐标,N6 X0 Y-5000,直线终点对直线终点的相对坐标,N7 G02 X0 Y-15000 I0 J-7500 X,、,Y,之值为顺圆弧终点对圆弧起点的相对坐标，,I,、,J,之值为圆心对圆弧起点的相对坐标。,N8 G01 X0 Y7500,直线终点对圆弧终点的相对坐标,N9 M02,程序结束,图,3,19(b),以相对坐标编程,4,自动编程,人工编程通常是根据图纸把图形分解成直线段和圆弧段，并把每段的起点、终点，中心线的交点、切点的坐标一一定出，按这些直线的起点、终点，圆弧的中心、半径、起点、终点坐标进行编程的。,当零件的形状比较复杂或具有非圆曲线时，人工编程的工作量大，容易出错，甚至无法实现。为了简化编程工作，提高工作效率，我们可以利用计算机进行自动编程。,计算机自动编程的工作过程是根据加工工件图纸输入工件图纸及尺寸，通过计算机自动编程软件处理转换成线切割控制系统所需要的加工代码（如,3B,或,ISO,代码等），工作图形可在,CRT,屏幕上显示，也可以打印出程序清单和图形，或将加工代码拷贝到磁盘，或将程序通过编程计算机用通信方式传输给线切割控制系统。,自动编程使用专用的数控语言及各种应用软件。由于计算机技术的发展和普及，现在很多数控线切割加工机床都配有微机编程系统。,1,）处理直线、圆弧、非圆曲线和列表曲线所组成的图形。,2,）能以相对坐标和绝对坐标编程。,3,）能进行图形旋转、平移、对称（镜像）、比例缩放、偏移、加线径补偿量、加过渡圆弧和导角等。,4,）,CRT,显示、打印图表、绘图机作图、直接输入线切割加工机床等多种输出方式。,微机自动编程系统的主要功能：,此外，低速走丝线切割加工机床和近年来我国生产的一些高速走丝数控线切割加工机床，本身已具有多种自动编程机的功能，实现控制机与编程机合二为一，在控制加工的同时，可以“脱机”进行自动编程。,3.4,电火花线切割工艺指标因素,一、,主要工艺指标,二、,电参数对工艺指标的影响,三、,非电参数对工艺指标的影响,四、,合理选择电火花线切割加工工艺,一、 主要工艺指标,1,切割速度,线切割加工中的切割速度是指在保证一定的表面粗糙度的切割过程中，单位时间内电极丝中心线在工件上切过的面积的总和，单位为,mm2/min,。,最高切割速度是指在不计切割方向和表面粗糙度等条件下，所能达到的最大切割速度。通常快走丝线切割加工的切割速度为,40,80mm,2,/min,，,它与加工电流大小有关，为了在不同脉冲电源、不同加工电流下比较切割效果，将每安培电流的切割速度称为切割效率，一般切割效率为,20 mm2/(minA),。,2,加工精度,加工精度是指所加工工件的尺寸精度、形状精度和位置精度的总称。加工精度是一项综合指标，它包括切割轨迹的控制精度、机械传动精度、工件装夹定位精度以及脉冲电源参数的波动、电极丝的直径误差、损耗与抖动、工作液脏污程度的变化、加工操作者的熟练程度等对加工精度的影响。,3,表面粗糙度,在我国和欧洲表面粗糙度常用轮廓算术平均偏差,Ra(m),来表示，在日本常用,Rmax,来,表示。,4,电极丝损耗量,对快走丝机床，电极丝损耗量用电极丝在切割,10 000 mm2,面积后电极丝直径的减少量来表示，一般减小量不应大于,0.01 mm,。,对慢走丝机床，由于电极丝是一次性的，故电极丝损耗量可忽略不计。,二、 电参数对工艺指标的影响,1,脉冲宽度,t,i,对工艺指标的影响,在其他条件不变的情况下，增大脉冲宽度,t,i,，,线切割加工的速度提高，表面粗糙度变差。这是因为当脉冲宽度增加时，单个脉冲放电能量增大，放电痕迹会变大。同时，随着脉冲宽度的增加，电极丝损耗也变大。因为脉冲宽度增加，正离子对电极丝的轰击加强，结果使得接负极的电极丝损耗变大。,当脉冲宽度,t,i,增大到一临界值后，线切割加工速度将随脉冲宽度的增大而明显减小。因为当脉冲宽度,t,i,达到一临界值后，加工稳定性变差，从而影响了加工速度。,2,脉冲间隔,to,对工艺指标的影响,在其他条件不变的情况下，减小脉冲间隔,to,，,脉冲频率将提高，所以单位时间内放电次数增多，平均电流增大，从而提高了切割速度。,脉冲间隔,to,在电火花加工中的主要作用是消电离和恢复液体介质的绝缘。脉冲间隔,to,不能过小，否则会影响电蚀产物的排出和火花通道的消电离，导致加工稳定性变差和加工速度降低，甚至断丝。当然，也不是说脉冲间隔,to,越大，加工就越稳定。脉冲间隔过大会使加工速度明显降低，严重时不能连续进给，加工变得不稳定。,在电火花成型加工中，脉冲间隔的变化对加工表面粗糙度影响不大。在线切割加工中，在其余参数不变的情况下，脉冲间隔减小，线切割工件的表面粗糙度数值稍有增大。这是因为一般电火花线切割加工用的电极丝直径都在,0.25 mm,以下，放电面积很小，脉冲间隔的减小导致平均加工电流增大，由于面积效应的作用，致使加工表面粗糙度值增大。,脉冲间隔的合理选取，与电参数、走丝速度、电极丝直径、工件材料及厚度有很大关系。因此，在选取脉冲间隔时必须根据具体情况而定。当走丝速度较快、电极丝直径较大、工件较薄时，因排屑条件好，可以适当缩短脉冲间隔时间。反之，则可适当增大脉冲间隔。,3,放电峰值电流对工艺指标的影响,放电峰值电流增大，单个脉冲能量增多，工件放电痕迹增大，故切割速度迅速提高，表面粗糙度数值增大，电极丝损耗增大，加工精度有所下降。因此第一次切割加工及加工较厚工件时取较大的放电峰值电流。,放电峰值电流不能无限制增大，当其达到一定临界值后，若再继续增大峰值电流，则加工的稳定性变差，加工速度明显下降，甚至断丝。,4,开路电压,ui,改变该值会引起放电峰值电流和放电加工间隙的改变。,ui,提高，加工间隙增大，排屑变易，可以提高切割速度和加工过程的稳定性。但易造成电极丝振动，通常,ui,的提高会增加电源中限流电阻的发热损耗，还会使丝损加大。,5,放电波形,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。电流波形的前沿上升比较缓慢时，电极丝损耗较少。不过当脉宽很窄时，必须要有陡的前沿才能进行有效的加工。,综上所述，电参数对线切割电火花加工的工艺指标的影响有如下规律：,(1),加工速度随着加工峰值电流、脉冲宽度的增大和脉冲间隔的减小而提高，即加工速度随着加工平均电流的增加而提高。实验证明，增大峰值电流对切割速度的影响比用增大脉宽的办法显著。,(2),加工表面粗糙度数值随着加工峰值电流、脉冲宽度的增大及脉冲间隔的减小而增大，不过脉冲间隔对表面粗糙度影响较小。,三、 非电参数对工艺指标的影响,1,电极丝及其材料对工艺指标的影响,a,电极丝的选择,目前电火花线切割加工使用的电极丝材料有钼丝、钨丝、钨钼合金丝、黄铜丝、铜钨丝等。目前，快走丝线切割加工中广泛使用钼丝作为电极丝，慢走丝线切割加工中广泛使用直径为,0.1 mm,以上的黄铜丝作为电极丝。,b,电极丝的直径,电极丝的直径是根据加工要求和工艺条件选取的。在加工要求允许的情况下，可选用直径大些的电极丝。下表是常见的几种直径的钼丝的最小拉断力。快走丝一般采用,0.10,0.25 mm,的钼丝。,c.,走丝速度对工艺指标的影响,对于快走丝线切割机床，在一定的范围内，随着走丝速度,(,简称丝速,),的提高，有利于脉冲结束时放电通道迅速消电离。同时，高速运动的电极丝能把工作液带入厚度较大工件的放电间隙中，有利于排屑和放电加工稳定进行。故在一定加工条件下，随着丝速的增大，加工速度提高。图,1,为快走丝线切割机床走丝速度与切割速度关系的实验曲线。实验证明：当走丝速度由,1.4 m/s,上升到,7,9 m/s,时，走丝速度对切割速度的影响非常明显。若再继续增大走丝速度，切割速度不仅不增大，反而开始下降，这是因为丝速再增大，排屑条件虽然仍在改善，蚀除作用基本不变，但是储丝筒一次排丝的运转时间减少，使其在一定时间内的正反向换向次数增多，非加工时间增多，从而使加工速度降低。,图,1,快速走丝方式丝速对加工速度的影响,对应最大加工速度的最佳走丝速度与工艺条件、加工对象有关，特别是与工件材料的厚度有很大关系。当其他工艺条件相同时，工件材料厚一些，对应于最大加工速度的走丝速度就高些，即图,1,中的曲线将随工件厚度增加而向右移。,在国产的快走丝机床中，有相当一部分机床的走丝速度可调节，比如深圳福斯特数控机床有限公司生产的线切割机床的走丝速度有,3 m/s,、,6 m/s,、,9 m/s,、,12 m/s,，,可根据不同的加工工件厚度选用最佳的加工速度,(,如表,5-2,所示,),；还有另外一些机床只有一种走丝速度，如北京阿奇公司的,FW,系列快走丝机床的走丝速度为,8.7 m/s,。,表,2,丝速选择范围表,对慢走丝线切割机床来说，同样也是走丝速度越快，加工速度越快。因为慢走丝机床的电极丝的线速度范围约为每秒零点几毫米到几百毫米。这种走丝方式是比较平稳均匀的，电极丝抖动小，故加工出的零件表面粗糙度好、加工精度高；但丝速慢导致放电产物不能及时被带出放电间隙，易造成短路及不稳定放电现象。提高电极丝走丝速度，工作液容易被带入放电间隙，放电产物也容易排出间隙之外，故改善了间隙状态，进而可提高加工速度。但在一定的工艺条件下，当丝速达到某一值后，加工速度就趋向稳定,(,如图,2,所示,),。慢走丝线切割机床的最佳走丝速度与加工对象、电极丝材料、直径等有关。现在慢走丝机床的操作说明书中都会推荐相应的走丝速度值。,图,2,慢速走丝方式丝速对加工速度的影响,d,电极丝往复运动对工艺指标的影响,快走丝线切割加工时，加工工件表面往往会出现黑白交错相间的条纹,(,如图所示,),，电极丝进口处呈黑色，出口处呈白色。,图与电极丝运动方向有关的条纹,电极丝往复运动还会造成斜度。电极丝上下运动时，电极丝进口处与出口处的切缝宽窄不同,(,如图所示,),。宽口是电极丝的入口处，窄口是电极丝的出口处。故当电极丝往复运动时，在同一切割表面中电极丝进口与出口的高低不同。这对加工精度和表面粗糙度是有影响的。,图电极丝运动引起的斜度,图,切缝剖面示意图,右图是切缝剖面示意图。由图可知，电极丝的切缝不是直壁缝，而是两端小、中间大的鼓形缝。这也是往复走丝工艺的特性之一。,e,电极丝张力对工艺指标的影响,电极丝张力对工艺指标的影响如下图所示。由图可知，在起始阶段电极丝的张力越大，则切割速度越快，这是由于张力大时，电极丝的振幅变小，切缝宽度变窄，进给速度加快。,图,电极丝张力与进给速度图,2,工作液对工艺指标的影响,在相同的工作条件下，采用不同的工作液可以得到不同的加工速度、表面粗糙度。电火花线切割加工的切割速度与工作液的介电系数、流动性、洗涤性等有关。快走丝线切割机床的工作液有煤油、去离子水、乳化液、洗涤剂液、酒精溶液等。但由于煤油、酒精溶液加工时加工速度低、易燃烧，现已很少采用。目前，快走丝线切割工作液广泛采用的是乳化液，其加工速度快。慢走丝线切割机床采用的工作液是去离子水和煤油。,工作液的注入方式和注入方向对线切割加工精度有较大影响。工作液的注入方式有浸泡式、喷入式和浸泡喷入复合式。在浸泡式注入方法中，线切割加工区域流动性差，加工不稳定，放电间隙大小不均匀，很难获得理想的加工精度；喷入式注入方式是目前国产快走丝线切割机床应用最广的一种，因为工作液以喷入这种方式强迫注入工作区域，其间隙的工作液流动更快，加工较稳定。但是，由于工作液喷入时难免带进一些空气，故不时发生气体介质放电，其蚀除特性与液体介质放电不同，从而影响了加工精度。浸泡式和喷入式比较，喷入式的优点明显，所以大多数快走丝线切割机床采用这种方式。在精密电火花线切割加工中，慢走丝线切割加工普遍采用浸泡喷入复合式的工作液注入方式，它既体现了喷入式的优点，同时又避免了喷入时带入空气的隐患。,工作液的喷入方向分单向和双向两种。无论采用哪种喷入方向，在电火花线切割加工中，因切缝狭小、放电区域介质液体的介电系数不均匀，所以放电间隙也不均匀，并且导致加工面不平、加工精度不高。,若采用单向喷入工作液，入口部分工作液纯净，出口处工作液杂质较多，这样会造成加工斜度,(,如图,(a),所示,),；若采用双向喷入工作液，则上下入口较为纯净，中间部位杂质较多，介电系数低，这样造成鼓形切割面,(,如图,b),所示,),。工件越厚，这种现象越明显。,图,工作液喷入方式对线切割加工精度的影响,3,工件材料及厚度对工艺指标的影响,a,工件材料对工艺指标的影响,工艺条件大体相同的情况下，工件材料的化学、物理性能不同，加工效果也将会有较大差异。,在慢速走丝方式、煤油介质情况下，加工铜件过程稳定，加工速度较快。加工硬质合金等高熔点、高硬度、高脆性材料时，加工稳定性及加工速度都比加工铜件低。加工钢件，特别是不锈钢、磁钢和未淬火或淬火硬度低的钢等材料时，加工稳定性差，加工速度低，表面粗糙度也差。,在快速走丝方式、乳化液介质的情况下，加工铜件、铝件时，加工过程稳定，加工速度快。加工不锈钢、磁钢、末淬火或淬火硬度低的高碳钢时，加工稳定性差些，加工速度也低，表面粗糙度也差。加工硬质合金钢时，加工比较稳定，加工速度低，但表面粗糙度好。,材料不同，加工效果不同，这是因为工件材料不同，脉冲放电能量在两极上的分配、传导和转换都不同。从热学观点来看，材料的电火花加工性与其熔点、沸点有很大关系。表,3,为常用工件材料的有关元素或物质的熔点和沸点。,b,工件厚度对工艺指标的影响,工件厚度对工作液进入和流出加工区域以及电蚀产物的排除、通道的消电离等都有较大的影响。同时，电火花通道压力对电极丝抖动的抑制作用也与工件厚度有关。这样，工件厚度对电火花加工稳定性和加工速度必然产生相应的影响。工件材料薄，工作液容易进入和充满放电间隙，对排屑和消电离有利，加工稳定性好。但是工件若太薄，对固定丝架来说，电极丝从工件两端面到导轮的距离大，易发生抖动，对加工精度和表面粗糙度带来不良影响，且脉冲利用率低，切割速度下降；若工件材料太厚，工作液难进入和充满放电间隙，这样对排屑和消电离不利，加工稳定性差。,工件材料的厚度大小对加工速度有较大影响。在一定的工艺条件下，加工速度将随工件厚度的变化而变化，一般都有一个对应最大加工速度的工件厚度。图,a,为慢速走丝时工件厚度对加工速度的影响。图,b,为快速走丝时工件厚度对加工速度的影响。,图,a,慢速走丝时工件厚度对加工速度的影响,图,b,快速走丝时工件厚度对加工速度的影响,4,进给速度对工艺指标的影响,a,进给速度对加工速度的影响,在线切割加工时，工件不断被蚀除，即有一个蚀除速度；另一方面，为了电火花放电正常进行，电极丝必须向前进给，即有一个进给速度。在正常加工中，蚀除速度大致等于进给速度，从而使放电间隙维持在一个正常的范围内，使线切割加工能连续进行下去。,蚀除速度与机器的性能、工件的材料、电参数、非电参数等有关，但一旦对某一工件进行加工时，它就可以看成是一个常量；在国产的快走丝机床中，有很多机床的进给速度需要人工调节，它又是一个随时可变的可调节参数。,b,进给速度对工件表面质量的影响,进给速度调节不当，不但会造成频繁的短路、开路，而且还影响加工工件的表面粗糙度，致使出现不稳定条纹，或者出现表面烧蚀现象。分下列几种情况讨论：,(i),进给速度过高。这时工件蚀除的线速度低于进给速度，会频繁出现短路，造成加工不稳定，平均加工速度降低，加工表面发焦，呈褐色，工件的上下端面均有过烧现象。,(ii),进给速度过低。这时工件蚀除的线速度大于进给速度，经常出现开路现象，导致加工不能连续进行，加工表面亦发焦，呈淡褐色，工件的上下端面也有过烧现象。,(iii),进给速度稍低。这时工件蚀除的线速度略高于进给速度，加工表面较粗、较白，两端面有黑白相间的条纹。,(,iiii,),进给速度适宜。这时工件蚀除的线速度与进给速度相匹配，加工表面细而亮，丝纹均匀。因此，在这种情况下，能得到表面粗糙度好、精度高的加工效果。,5,火花通道压力对工艺指标的影响,在液体介质中进行脉冲放电时，产生的放电压力具有急剧爆发的性质，对放电点附近的液体、气体和蚀除物产生强大的冲击作用，使之向四周喷射，同时伴随发生光、声等效应。这种火花通道的压力对电极丝产生较大的后向推力，使电极丝发生弯曲。因此，实际加工轨迹往往落后于工作台运动轨迹。例如，切割直角轨迹工件时，切割轨迹应在图中,a,点处转弯，但由于电极丝受到放电压力的作用，实际加工轨迹如图中实线所示，如图所示。,图,放电压力使电极丝弯曲示意图,为了减缓因电极丝受火花通道压力而造成的滞后变形给工件造成的误差，许多机床采用了许多特殊的补偿措施。如图,13,中为了避免塌角，附加了一段,a,a,段程序。当工作台的运动轨迹从,a,到,a,再返回到,a,点时，滞后的电极丝也刚好从,b,点运动到了,a,点。,图,电极丝弯曲对加工精度的影响,3.3.4,合理选择电火花线切割加工工艺,1,抓住主要矛盾，兼顾方方面面,正如上一章所述，像电火花成型加工一样，在电火花线切割加工中，影响工艺指标的因素很多，且各种因素对工艺指标的影响是互相关联的，又是互相矛盾的。如为了提高加工速度，可以通过增大峰值电流来实现，但这又会导致工件的表面粗糙度变差等。所以在实际加工中还是要抓住主要矛盾，全面考虑。,加工速度与脉冲电源的波形和电参数有直接关系，它将随着单个脉冲放电能量的增加和脉冲频率的提高而提高。然而，有时由于加工条件和其他因素的制约，使单个脉冲放电能量不能太大。因此，提高加工速度，除了合理选择脉冲电源的波形和电参数外，还要注意其他因素的影响，例如工作液的种类、浓度、脏污程度和喷流情况的影响，电极丝的材料、直径、走丝速度和抖动情况的影响，工件材料和厚度的影响，加工进给速度、稳定性的影响等，以便在两极间维持最佳的放电条件，提高脉冲利用率，得到较快的加工速度。,表面粗糙度主要取决于单个脉冲放电能量的大小，但电极丝的走丝速度、抖动情况、进给速度的控制情况等对表面粗糙度的影响也很大。电极丝张紧力不足，将出现松丝、抖动或弯曲，影响加工表面粗糙度。电极丝的张紧力要选得恰当，使之在放电加工中受热和发生损耗后，电极丝不断丝。,2,尽量减少断丝次数,在线切割加工过程中，电极丝断丝是一个很常见的问题，其后果往往也很严重。断丝一方面严重影响加工速度，特别是快走丝机床在加工中间断丝，另一方面，断丝将严重影响加工工件的表面粗糙度。所以在操作过程中，要不断积累经验，学会处理断丝问题。可以这样说，在线切割加工中，能否正确处理断丝问题是操作熟不熟练的重要标志。,国产高速走丝线切割加工机床一般都采用,X,、,Y,两直角坐标轴，可以加工出各种复杂轮廓的二维零件。,3.5,线切割加工工艺及其扩展应用,一、电火花线切割加工工艺,1,、直壁二维型面的线切割加工,这类机床只有工作台,X,、,Y,两个数控轴，钼丝在切割时始终处于垂直状态，因此只能切割直上直下的直壁二维图形曲面，常用以切割直壁没有落料角（无锥度）的冲模和工具电极。,这类机床结构简单、价格便宜，由于调整环节少，故可控精度较高，早期绝大多数的线切割机床都属于这类产品。,这类机床上除工作台有,X,、,Y,两个数控轴外，在上丝架上还有一个小型工作台,U,、,V,两个数控轴，使电极丝（钼丝）上端可作倾斜移动，从而切割出倾斜有锥度的表面。,由于工作台的,X,、,Y,和上,丝架上小型工作台的,U,、,V,四个数控轴是同步、成比例的，因此切割出的斜度（锥度）是相等的。,可以用来切割有落料角的冲模。现在生产的大多数快走丝线切割机床都属于此