第7章 数控电火花线切割加工及编程,7.1 数控线切割加工机床的结 构组成及其工作原理 7.2 数控线切割机床的编程 7.3 数控电火花加工机床的结构组成及其工作原理 7.4 数控电火花加工机床的编程,通过本章的学习了解数控电火花线切割加工的工作原理与特点，掌握数控电火花线切割加工机床优点、分类和结构，数控线切割机床的3B和ISO编程方法等。,学习目的,本章的学习重点是数控电火花线切割加工机床结构和编程，了解目前国内、外数控电火花线切割加工的现状。,重点,第7章 数控电火花线切割加工及编程,7.1.1 线切割机的工作原理与特点 7.1.2 电火花线切割机的用途 7.1.3 电火花线切割机的种类 7.1.4 数控电火花线切割加工工艺,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,7.1.1 线切割机的工作原理与特点 1线切割机的工作原理 数控线切割加工的基本原理是利用移动的细金属丝(铜丝或钼丝)作为工具电极(接高频脉冲电源的负极)，对工件(接高频脉冲电源的正极)进行脉冲火花放电而切割成所需的工件形状与尺寸。,线切割视频实例,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,如图7.2所示，电极丝穿过工件上预先钻好的小孔(穿丝孔)，经导轮由走丝机构带动进行轴向走丝运动。工件通过绝缘板安装在工作台上，由数控装置按加工程序指令控制沿X、Y两个坐标轴方向移动而合成所需的直线、圆弧等平面轨迹。在移动的同时，电极和工件间不断地产生放电腐蚀现象，工作液通过喷嘴注入，将电蚀产物带走，最后在金属工件上留下细丝切割形成的细缝轨迹线，从而达到了使一部分金属与另一部分金属分离的加工要求。,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,图7.1 快速走丝线切割加工原理,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,2电火花线切割的特点 和电火花成型机床不同，线切割是利用电极来进行加工的。由于切缝较小，因此对工件进行套裁，可有效地利用工件材料，特别适合模具加工。但线切割主要是对通孔进行加工，较适合于冷冲模；而电火花成型机床则主要是对盲孔进行加工，较适合于型腔模。,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,电火花线切割具有电火花加工的共性，金属材料的硬度和韧性并不影响加工速度，常用来加工淬火钢和硬质合金；对于非金属材料的加工，也正在研究，当前绝大多数的线切割机都采用数字程序控制。其工艺特点为： (1) 采用直径不等的细金属丝(铜丝或钼丝等)作工具电极。 刀具简单，降低生产准备工时。 (2) 利用计算机辅助制图自动编程软件。 加工直纹表面。 (3) 电极丝直径较细(0.0250.3)，切缝很窄。 利于材料的利用 适合细小零件的加工,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,(4) 电极丝不断更新(低速走丝)或往复使用(高速走丝)，可以完全或短时间不考虑电极丝损耗对加工精度的影响。 (5) 依靠计算机对电极丝轨迹的控制和偏移轨迹的计算，可方便地调整凹凸模具的配合间隙；依靠锥度切割功能，有可能实现凹凸模一次加工成型。 (6) 对于粗、中、精加工，只需调整电参数即可。 (7) 加工对象主要是平面形状，可实现锥面加工。 (8) 当零件无法从周边切入时，工件上需钻穿丝孔。,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,7.1.2 电火花线切割机的用途 数控线切割加工为新产品的试制、精密零件及模具加工开辟了一条新的途径，主要应用于以下几个方面： (1) 加工模具。数控线切割加工适用于各种形状的冲模。调整不同的间隙补偿量，只需一次编程就可以切割凸模、凸模固定板、凹模及卸料板等。线切割机还可以用于加工挤压模、粉末冶金模、弯曲模、塑料模等通常带锥度的模具。,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,(2) 加工电火花成型加工用的电极。一般穿孔加工用的电极、带锥度型腔加工用的电极，以及铜钨、银钨合金之类的电极材料，都可以用线切割机来加工。另外，线切割机也适用于加工微细复杂形状的电极。 (3) 加工零件。在试制新产品时，用线切割机在板料上直接割出零件，可大大缩短制造周期、降低成本。加工薄件时还可多片叠在一起加工。在零件制造方面，线切割机可用于加工品种多、数量少的零件，特殊的难加工材料的零件，材料试验样件，各种型孔、凸轮、样板、成型刀具，同时还可以进行微细加工和异形槽加工等。,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,7.1.3 电火花线切割机的种类 1快速走丝数控线切割机床 快速走丝数控线切割机床通常使用钼丝作为电极，线切割速度可达300 mm2/min，即单位时间(每分钟)内电极丝中心线在工件上切过的面积总和为300 mm2；切割零件的表面粗糙度值Ra一般为1.252.5 m，最佳Ra也只有1 m；线切割零件的加工精度在0.010.02 mm之间。,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,2慢速走丝数控线切割机床 慢速走丝数控线切割机床使用铜丝作为电极，且铜丝仅使用一次，不重复使用。线切割速度为4080 mm2/min,即单位时间(每分钟)内电极丝中心线在工件上切过的面积总和为4080 mm2；所加工的工件表面粗糙度值Ra一般可达1.25 m，最佳Ra可达 0.2 m；零件的加工精度在0.0020.005 mm之间。因铜丝经放电加工后不再使用，从而避免了电极丝损耗给加工精度带来的影响。此外，还配备了电极丝张力调节机构，使电极丝在慢速运动过程中平稳、均匀、抖动小，所以在加工高精度零件时，慢速走丝数控线切割机床得到了广泛的应用。,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,在选择数控线切割机床时一般都选快速走丝数控线切割机床，只有在加工高精度零件时，才选择慢速走丝数控线切割机床。 快、慢速走丝数控线切割机床的加工特点比较如表7-1所示。,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,表7-1 快、慢速走丝数控线切割机床的加工特点比较,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,7.1.4 数控电火花线切割加工工艺 数控线切割加工时，为了使工件达到图样规定的尺寸、形状位置精度和表面粗糙度要求，必须合理制定数控线切割加工工艺。只有工艺合理，才能高效率地加工出质量好的工件。下面就数控线切割加工工艺分析的主要问题进行讨论。,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,1. 工艺分析 1) 零件图工艺分析 a. 对零件图进行分析以明确加工要求。 b.对工件上已加工表面进行分析，确定哪些面可以作为工艺基准，采用什么方法定位。遵循基准选择原则外，还应使标注方便于编程。 c. 零件进行安装和调整。 d. 分析零件的形状及材料热处理后的状态，考虑会不会在加工过程中发生变形，哪些部位最容易变形。线切割加工往往是最后一道工序，发生变形难以弥补。,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,2) 工艺基准的选择 在选择工艺基准时应注意以下几点： a. 分析选择主要定位基准以保证将工件正确、可靠地装夹在机床或夹具上。应尽量使定位基准与设计基准重合。 b. 选择某些工艺基准作为电极丝的定位基准，用来将电极丝调整到相对于工件正确的位置。对于以底平面作主要定位基准的工件，当其上具有相互垂直而且又同时垂直于底平面的相邻侧面时，应选择这两个侧面作为电极丝的定位基准。,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,3) 工件的装夹 装夹工件时，必须保证工件的切割部位位于机床工作台纵向、横向进给的允许范围之内，以避免超出极限，同时应考虑切割时电极丝的运动空间。夹具应尽可能选择通用(或标准)件，所选夹具应方便装夹，以便于协调工件和机床的尺寸关系。,线切割工件装夹,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,工件装夹的一般要求如下：工件的基准表面应清洁无毛刺，经热处理的工件在穿丝孔内及扩孔的台阶处要清除热处理残物及氧化皮；夹具应具有必要的精度，将其稳固地固定在工作台上，拧紧螺丝时用力要均匀；工件装夹的位置应有利于工件找正，并应与机床行程相适应，工作台移动时工件不得与丝架相碰；对工件的夹紧力要均匀，不得使工件变形或翘起；大批零件加工时，最好采用夹具，以提高生产效率；细小、精密、薄壁的工件应固定在不易变形的辅助夹具上。,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,装夹方法主要有以下几种： a. 悬臂式装夹。如图7.2所示，这种方式装夹方便、通用性强。但由于工件一端悬伸，易出现切割表面与工件上、下平面间的垂直度误差，仅用于加工要求不高或悬臂较短的情况。,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,图7.2 悬臂式装夹,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,b. 两端支撑方式装夹。如图7.3所示，这种方式装夹方便、稳定，定位精度高，但不适于装夹较大的零件。 c. 桥式支撑方式装夹。如图7.4所示，这种方式是在通用夹具上放置垫铁后再装夹工件，装夹方便，对大、中、小型工件都适用。,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,图7.3 两端支撑方式装夹,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,图7.4 桥式支撑方式装夹,(4) 板式支撑方式装夹。如图7.5所示，这种方式是根据常用的工件形状和尺寸，采用有通孔的支撑板装夹工件，装夹精度高，但通用性差。 (5) 复式支撑方式装夹。如图7.6所示，在桥式夹具上，再装上专用夹具组合而成。其装夹方便，特别适合于成批零件的加工。这种方式可节省工件找正和调整电极丝相对位置等的辅助工时，易保证工件加工的一致性。,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,图7.5 板式支撑方式装夹,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,图7.6 复式支撑方式装夹,4) 加工路线的选择 在加工中，工件内部应力的释放要引起工件的变形，所以在选择加工路线时，应尽量避免破坏工件或毛坯结构刚性。 在选择加工路线时应注意以下几点： a. 避免从工件端面由外向里开始加工，破坏工件的强度，引起变形，应从穿丝孔开始加工，如图7.7所示。,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,图7.7 加工路线选择之一 (a) 错误，从工件端面由外向里开始加工 (b) 正确，从穿丝孔开始加工,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,图7.8 加工路线选择之二 (a) 错误，从同一穿丝孔开始加工 (b) 正确，从不同穿丝孔开始加工,b. 不能沿工件端面加工。若沿工件端面加工，则放电时电极丝单向受电火花冲击力，使电极丝运行不稳定，难以保证尺寸和表面精度。 c. 加工路线距端面距离应大于5 mm，以保证工件结构强度少受影响而发生变形。 d. 加工路线应向远离工件夹具的方向进行加工，以避免加工中因内应力释放引起工件变形，待最后再转向工件夹具处进行加工。 e. 当在一块毛坯上要切出两个以上零件时，不应该连续一次切割出来，而应从不同穿丝孔开始加工，如图7.8所示。,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,2电极丝的选择和穿丝孔位置的确定 1) 电极丝的选择 电极丝应具有良好的导电性和抗电蚀性，抗拉强度高、材质均匀。常用电极丝有钼丝、钨丝、黄铜丝和包芯丝等。 钨丝 抗拉强度高，直径0.030.1 mm 窄缝的精加工 黄铜丝 慢速加工，表面粗糙度和平直度较好，抗拉强度差，直径0.10.3 mm，慢速单向走丝 钼丝 抗拉强度高，快速走丝，直径在0.080.2 mm,7.1 数控线切割加工机床的结构组成及其工作原理,2) 穿丝孔位置的确定 a. 当切割凸模需要设置穿丝孔时，位置可选在加工轨迹的拐角附近，以简化编程。 b. 切割凹模等零件的内表面时，将穿丝孔设置在工件对称中心，这样对编程计算和电极丝定位都较为方便，但切入行程较长，不适合大型工件采用。 c. 在加工大型工件时，穿丝孔应设置在靠近加工轨迹边角