1模块一模块一 数控快走丝电火花线切割加工数控快走丝电火花线切割加工第一单元第一单元 数控快走丝电火花线切割机床的技术性使用课题数控快走丝电火花线切割机床的技术性使用课题本单元主要介绍数控快走丝线切割加工前需进行的选择电极丝、安装工件、确定切割路线、选配工作液等各项工艺准备工作及加工程序编制的基本方法和技术要点，为下一步操作奠定良好基础。课题课题 1.1.11.1.1 数控快走丝线切割加工的基本工艺流程数控快走丝线切割加工的基本工艺流程一零件图样工艺分析一零件图样工艺分析在消化零件图样时，主要分析零件的材料牌号、结构参数、加工精度和表面粗糙度等是否符合快走丝线切割加工的工艺特征。当工件为非导电材料，或工件的加工厚度超过线切割机床丝架的跨距，或工件的加工长度超过机床坐标工作台沿X、Y 两个坐标方向的有效进程，一般不宜采用线切割加工。在线切割加工时，因电极丝具有一定的直径 d，加工时又有放电间隙，使电极丝中心的运动轨迹与加工面相距 l，即 l=d/2+,如图 19 所示。因此，在工件的凹面处不能得到“清角” ，而是半径为 l 的圆角，要求凹角的过渡圆弧半径Rl,才能进行线切割加工。同理，窄缝宽度小于电极丝直径加放电间隙的工作，也不能进行线切割加工。快走丝线切割的加工所能达到的加工精度和表面粗糙度值是有限的，若非特殊需要，零件图样上标注的值尽可能不要太小，否则对生产率的影响很大。例如，表面粗糙度 Ra 值的大小对线切割速度 Vw 影响很大，Ra 值降低一档，将使 Vw大幅度下降。二准备电极丝二准备电极丝电极丝是线切割加工过程中必不可少的重要工具，合理选择电极丝的材料、直径及其均匀性是保证加工稳定进行的重要环节。1.1. 选择电极丝材料选择电极丝材料电极丝材料应具有良好的导电性、较大的抗拉强度和良好的耐电腐蚀性能，且电极丝的质量应该均匀，直线性好，无弯折和打结现象，便于穿丝。快走丝线切割机床上用的电极丝主要是钼丝和钨钼合金丝，尤以钼丝的抗拉强度较高，韧性好，不易断丝，因而应用广泛;钨钼合金的加工效果比钼丝好，但抗拉强度较差，价格较贵，仅在特殊情况下使用。2.2. 确定电极丝直径确定电极丝直径2电极丝材料不同，其直径范围也不同，一般钼丝为0.060.25mm，钨钼合金丝为0.030.35mm。电极丝直径小，有利于加工出窄缝合内尖角的工件，但线径太细，能够加工的工件厚度也将受限。因此，电极丝直径的大小应根据切缝宽窄、工件厚度及凹角尺寸大小等要求进行确定，快走丝线切割加工中一般使用0.120.20mm 的电极丝。3.3. 电极丝半径补偿电极丝半径补偿类似于数控铣削加工，数控快走丝线切割加工时，数控系统所控制的是电极丝中心移动的轨迹。加工工件外部轮廓形状时，电极丝中心轨迹应在所加工图形的外面；加工工件内部轮廓形状时，电极丝中心轨迹应在所加工图形以内。工件轮廓与电极丝中心轨迹间的距离，即为电极丝半径补偿量 l，其在数值上等于电极丝半径与单面放电间隙之和。放电间隙与工件的材料、结构、走丝速度、电极丝的张紧程度、导轮的运行状态、工作液种类及脏污程度、脉冲电源参数等情况有关，用快走丝电火花线切割机床进行加工，在脉冲峰值电压 Ui=6080V 时，一般单面放电间隙=0.010.02mm。在实际工作中，要精确地确定电极丝半径补偿 l 是比较困难的，可以在每次正式加工前，先在确定的加工条件下，试切一个工件相同材料、相同厚度的正方形，再实测出尺寸，求得准确的 l 值，以便更准确地实施加工。但是当积累了很多的工艺数据或者生产厂家提供了有关工艺参数时，只要查数据即可。电极丝半径补偿的方向，按切割工件内、外轮廓以及线切割路线的不同而定。4.4. 电极丝垂直度的校正电极丝垂直度的校正电极丝垂直度的校正是将电极丝校正到与机床坐标工作台表面垂直。在具有 U、V 轴的数控快走丝线切割机床上，电极丝运行一段时间重新穿丝后或加工新工件之前，需要重新调整电极丝对坐标工作台表面的垂直度。校正时使用一个各平面相互平行或垂直的长方体，称为校正器。操作思路是选择校正器上的两个垂直于地面的相邻侧面作为基准面，校正器地面贴实工作台面，且两侧面分别平行于X、Y 坐标轴方向。再选择机床的微弱放电功能，使电极丝与校正器间被加上脉冲电压，手动沿 X 或 Y坐标轴方向将电极丝移到接近校正器的一个侧面，直到产生轻微放电火花，如图 110 所示。然后观察电极丝和校正器侧面可接触长度上放电火花的均匀程度，如出现上端或下端中只有一端有火花，说明该端离校正器侧面距离近，而另一端离校正器侧面远，电极丝不平行于该侧面，需要矫正。最后通过手动电动 U 轴或 V 轴坐标直到上下火花均匀一致，则电极丝被调整到平行于该侧面。将电极丝分别调正到与校正器上的两个侧面平行，由于两个侧面均垂直于底面，因此电极丝也垂直于底面，即垂直于机床工作台面。3三安装工件三安装工件1.1. 选择工艺基准选择工艺基准为了便于线切割加工，应准备相应的定位基准以保证将工件正确、可靠地装夹在机或夹具上。通常，选择工件上面积较大的外表面作为主要定位基准，并且所选基准应尽量与图样上的设计基准一致。在线切割前，还应选好电极丝的校正基准，用来将电极丝调整到相对于工件正确的坐标位置。对于外形是矩形状的工件，若已选择底平面作为主要定位基准，当其上具有两个相互垂直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校正基准；对于圆盘形及其他异形状的工件，则一般准备一个与工件上作主要定位基准的平面保持垂直的内孔或穿丝孔作为校正基准。2.2. 制定工件安装方案制定工件安装方案表 15 中列出了快走丝线切割机床上装夹工件的一些典型方法。名称简图说明悬臂支撑方式工件一端悬伸，装夹简单方便，通用性强。因工件平面与工作台面找平，工件悬伸端易手里挠曲，导致所切割出的侧面与工件底平面的垂直度误差，通常只在工件加工要求或悬臂部分短的情况下使用两端支撑方式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，不适于装夹小型工件，且工件刚性要好，中间悬空部不会产生挠曲桥式支撑方式先在两端支撑的工作台面上架上两根支撑垫铁，再在垫铁上安装工作，垫铁的侧面也可作定位面使用。方便灵活，通用性强，对大、中、小型工件都适用4板式支撑方式根据常规工件的形状和尺寸大小，制成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，适合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3.3. 校正工件位置校正工件位置工件安装后，还必须进行校正方能使工件的定位基准面分别与机床的工作台面及 X、Y进给方向保持平行，从而保证切割出的表面与基准面之间的相对位置精度。表表 1 16 6 中列出了常用于校正工件位置的一些典型方法中列出了常用于校正工件位置的一些典型方法名称名称简图简图说明说明拉表法利用磁力表座，将百分表或千分表固定在机床的丝架上或其他固定部位，使测量头与工件基面接触，然后往复移动工作台，按表中指示的数值调整相应工件的位置，直至指针的偏转值在定位精度所允许的范围之内。校正应在在三个坐标方向上进行5划线法利用固定在丝架上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，直到划针的运动轨迹同工件上的基准线或基准面完全吻合。可用于工件待切割图形与定位基准相互位置要求不高的工件，也可以在对表面较为粗糙的基面进行校正时使用固定基面靠定法利用通用或专用夹具中纵、横方向的定位基准面，先行通过校正保证基准面与相应坐标方向一致后，将具有相同基准面的工件直接在夹具上靠定，就可保证工件的正确加工位置四确定切割方案四确定切割方案1.1. 安排切割路线安排切割路线安排切割路线即为确定线切割加工的起点和走向。在快走丝线切割加工过程中，工件原有内部残余应力的平衡状态被破坏，释放出来会引起工件的变形，从而达不到提高切割精度要求。如图 111 所示为切割某工件的外形，若选择毛坯外部的点 A 作为穿丝点，工件轮廓上的点 a 为切割起始点，则有外向内顺序的切割走向可有 AabcdefaA 和 AafedcbaA 两种方案。后一种方案当切割完第一边 Aaf 后继续加工时，工件部分与夹持部分之间由于材料大部分已被割断，相互之间连接较少，工件刚度大为降低，容易产生变形而影响切割精度，严重时甚至会夹住、拉断电极丝，使加工中断；而前一种方案则先切向远离夹持部分的方向，待最后再转向夹持部分处将工件切落，可减少甚至避免这些不利影响。若选择毛坯外部的点 B 作为穿丝点，切割起始点为 d，则无论选择哪种走向，切割精度都会受到材料变形的影响。一般情况下，最好将切割起始点安排在靠近夹持端，将工件与夹持部分分离的切割段安排在切割走向的末端。对于精度要求较高的零件，最好将切割起始点取在毛坯上预制的穿丝孔中，电极丝不由毛坯外部直接切入，以免工件在切开处变形。并注意切割路线与毛坯外形的距离6应大于 5mm，以避免沿外形侧面切割时电极丝单边受电火花冲击力，运行不稳定，难以保证切割精度。线切割后，在切割起始点处总会残留一个高出加工表面的接痕，称之为突尖，如图112 所示。源于切割完毕以前，电极丝的中心轨迹尚未达到点 P 时，由于放电间隙及电极丝半径的存在，被切割部分在自重作用下就已经掉了下来。在高速走丝线切割加工中多用细的电极丝，突尖一般很小；低速走丝线切割加工因放电间隙及电极丝半径都比较大，突尖更为明显。为去除突尖，应尽可能把切割起始点选在切割表面的拐角位置或是切割质量要求不高的表面上，或在容易修整的部位。此外，还可采用多次切割的方式除掉突尖。2.2. 穿丝孔位置的确定与加工穿丝孔位置的确定与加工为了减少将毛坯外形切断所引起的变形，通常不论切割什么性质的工件，都在毛坯上适当位置预先钻好穿丝孔，把电极丝从孔中穿入之后才进行切割加工，使毛坯保持完整，如图 113 所示。在同一块毛坯上要切出两个以上零件时，应针对每个零件设置各自独立的穿丝孔，不能仅设一个穿丝孔将所有零件一次性切割出来。在切割大型工件时，最好沿加工轨迹设置多个穿丝孔，以便切割中发生断丝时就近重新穿丝，切入断丝点继续进行切割。穿丝孔的位置最好选在已知轨迹尺寸的交点处或便于运算的坐标点上，以简化编程时有关坐标尺寸的推算。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，当设在型孔的中心时，编程计算和电极丝定位操作都较为方便，但无用的切入行程较长，对大的型孔切割，为缩短无用行程，穿丝孔应设在靠近加工轨迹的边角处。切割外形时，可将穿丝孔选在型面以外，并放在靠近切割起始点处。切割槽时，穿丝孔位置要放在图形的最宽处，不允许穿丝孔与切割轨迹有相交的现象，如图 114 所示。穿丝孔的直径大小要适宜。孔径太小，不但钻孔难度增加，也不便于穿丝；但若孔径过大，加工起来将耗费更多的工时。常用穿丝孔直径为 310mm，如果所切割工件的型孔数目较多，孔径较小，排布也较为密集，应采用较小的穿丝孔（0.30.5mm） ，以避免各穿丝孔间相互打通。穿丝孔的设置具有一定的灵活性，应视具体情况妥善加以确定。3.3. 毛坯的热处理安排毛坯的热处理安排快走丝线切割加工一般在工件材料经过淬火处理和磨削加工后进行，淬火处理易使材7料内部的残余应力显著增加，而磨削加工过程中的高温和大面积去除金属，也会使材料内部出现残余应力。线切割加工时，一旦残余应力释放，其相对平衡状态受到破坏，就会引发工件材料产生较大变形，导致线切割完的工件与电极丝轨迹有很大差异，影响加工精度。淬火不当的材料还会在切割中出现裂纹，甚至会猛烈炸开。为此，线切割加工前要严格执行热处理规范，工件淬火后应进行回火才能进行磨削和线切割加工，而且最好进行两次回火处理或采用高温回火，处理后的硬度在 5860HRC 为宜。同时，注意线切割