数控低速走丝电火花线切割机床加工锥度的方法与技巧

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数控低速走丝电火花线切割机床广泛地应用于模具制造行业及各种硬质合金以及精密零件的加工。能进行高精度的锥度加工是这种机床的重要性能之一。为了保证切割零件的锥度与尺寸都满足加工要求，技术人员必须掌握好加工锥度的方法及技巧。本文以北京阿奇夏米尔CA20数控低速走丝电火花线切割机床为例，详细介绍了锥度零件切割的步骤，锥度加工误差的修正以及一些锥度切割的技巧，对实际生产具有指导意义。
1 锥度零件切割的加工步骤
' w. S1 b, n( E2 ?* S, \, m加工如图1（略）所示的凸模零件，工件厚度50 mm，加工锥度要求为3°。
6 e2 p4 L8 s6 T加工此锥度零件的过程分为：加工前准备、锥度加工的编程、加工开始、加工过程中、加工结束5个过程。
1.1 加工前准备
(1）启动机床电源，执行开机。开机后首先要执行各轴回机械原点操作。
$ P% j; w7 P' p* h0 h: m: G(2) 检查丝卷所剩余丝是否够用，如不够用，则须更换新丝。
! }8 G6 U# ]+ O" T5 j; @9 m(3) 根据加工零件的精度要求、工艺数据，选择电极丝类型，应考虑电极丝的材料和丝直径。
(4) 穿丝，利用找正器完成电极丝找正。
8 a; P& Y/ N# K, r(5) 紧固并找正工件，虽然数控低速走丝电火花线切割加工作用力小，不象机械切削机床那样要承受很大的切削力，但因其切割时要高压冲水，所以装夹要稳定牢固。
# [1 J+ S1 K! Z; b(6) 定位加工起始点。利用加工准备的各种功能和手控盒，完成加工起始点的定位，并将Z轴移动到适当高度。将所有轴坐标设为参考点。
1.2 锥度加工的编程
北京阿奇夏米尔CA20数控低速走丝电火花线切割机床使用的编程软件是FIKUS编程系统。其编程过程简捷：先运行FIKUS编程系统，进入FIKUS系统的界面；在FIKUS系统的CAD环境下，绘制零件的轮廓；完成零件轮廓的绘制后，从CAD环境进入到CAM环境中；新建刀路轨迹，选择所使用的机床，这里选择控制系统“ACTS-PARK”，建立一个刀路的名称；这时候需要建立零件，通过拾取轮廓来新建零件，锥度加工的要点就是在新建零件时在角度选项中输入角度即可，如图2（略）所示设置参数；建立好零件之后建立程序，选择等锥度加工功能图标，则出现定义程序的对话框；接着在程序名上点击鼠标右键选择计算；这时系统对编程过程中给定的信息进行了处理，可以使用3D仿真功能，模拟实际加工效果；最后进行后置处理，设置CNC程序号，使用处理功能产生所需要的G代码文件。
* K1 V- x3 G& w6 ?9 G* N4 u3 d1.3 加工开始
（1）将FIKUS编程系统生成的ISO代码程序拷入机床D盘的相应目录位置。
+ P' U( k- o4 m, Y9 L. r+ W7 V& z（2）根据工件图纸中的工艺要求利用TEC-CUT生成相应的工艺参数文件。在TECCUT对话框中，注意要输入加工锥度3，系统会对放电加工的能量进行调整，放电能量及丝张力等已被自动优化，以避免因冲水条件不佳所引起的断丝，同时每一次切割的补偿值也已被重新修正。可重命名此新TEC文件，并可点击TEC编辑器进行编辑及修改。
7 G' i2 Q2 h# C6 c0 a* H+ F2 c1 U（3）打开低压冲液，调节流量计使流量计指示位置与参数表中修切参数中的压力相一致。
7 Z6 q* U4 k, {( D1 @# j（4）对于锥度加工，机床加工时的轨迹计算始终是根据Z轴位置坐标进行计算的，故锥度加工时通常不需要对工件高度进行设定。
- K$ W( G' ?% A+ E2 y- |（5）利用图形校验窗口进行几何轨迹检查。若发现几何轨迹有错误，则必须重新检查和生成ISO文件，否则不能得到预期的加工工件。
! {) R: @( \6 `8 q7 M) n（6）放电加工。进入加工窗口中的加工页面，选择欲加工的ISO和TEC文件；按启动加工按钮，此时可进入“优化”页修改加工参数或进入“跟踪”页进一步确认欲加工的几何轨迹，按手控盒上的启动键开始加工。
% i* z+ c' ~" O6 c1.4 加工过程中
（1）查看加工状态及修改加工参数。进入加工页面中的“优化”页，以查看加工状态或修改加工参数，修改参数后点击刷新按钮即可保存此更改。
（2）查看加工轨迹，进入加工页面中的“跟踪”页，以查看实际的加工轨迹。
1.5 加工结束
3 ^1 m1 I5 x& c  h9 ^" R（1）将液槽内工作液排至安全液面
  I1 S% W* b% P1 p8 ~（2）将已切割完的工件取下，进行玻璃丸喷砂处理（可以去除附着在工件表面的铜屑和变质层，并提高表面光洁度）或用弱酸清洗。
（3）使用测量工具对工件进行检测，包括锥度的精度、尺寸的精度、表面粗糙度要求。
$ W7 I* {0 {  f. t* T8 E3 ^. b- X6 z2 锥度加工误差的修正
; G1 @+ ?, `0 m4 L9 ~- W4 p当进行高精度的锥度加工时，通常需要通过测试来修正锥度误差。
9 e# b4 }" V* ^: s1 x+ F1 x2.1 测定Z轴位置
当拆卸过导丝嘴后，需要重新测定Z轴的高度，方法为：Z轴回机械原点；移动Y轴及V轴，使上水嘴移动至工作台正上方；将Z 轴移动至机械坐标为20 mm的高度，用20 mm 的量块检查此时上水嘴与工作台之间的距离是否为20 mm，如有偏差，通过手动移动Z轴使其距离达到20 mm，记录此时Z轴绝对坐标，例如Z0=19.990；进入“机床配置”中的“用户配置”页，重设Z行程参数。假定当前Z轴行程的设置为252.215　mm，则可将它重设为：252.215+(20-19.990)=252.225(mm)，然后点击刷新；最后Z轴要重回机械原点。
. A/ x9 o7 [# v3 Q2.2 导丝嘴中心位置调整
导丝嘴准确的中心位置确认是非常必要的。通过加工一锥度试件，如图3（略）所示，测试调整锥度角度和程序面尺寸两个项目。
（1）修正锥度
4 n2 b7 [, R7 {: b% w按照工艺参数中的补偿值加工一锥度试件，通过测量仪器检测锥度角，根据测量结果进行第一次调节。
7 l8 j+ H* @) d& M% R如图4（略）所示，锥度加工是通过U、V轴的联动实现的。在锥度加工时，由于锥度的大小与U、V轴的移动距离有直接关系。因此锥度是计算机根据机床的设置参数ZSD值（上导丝嘴与工作台面的距离）、ZID值（下导丝嘴与工作台面的距离）及Z0（机械坐标值）来计算U、V轴的移动距离，如果切割的锥度角偏大时，也就是U或V轴的移动距离多了，这时可以通过调整ZSD值来修正锥度。
; s0 X2 l9 K4 Q; \( U) ?6 L8 h在图4中，当角度为α值的锥度，那么理论的ZMA值等于(U or V) / Tan α，通过计算可知。同样，实际切割一锥度，可以通过测量的锥度角与U、V轴的移动距离，计算出实际的ZMA值。从而得到ZSD值的修正公式：Modif ZSD = (U or V)/tanα- (U or V)/tanθ。
1 `7 J# w: _7 _6 K& ^修正ZMA值时，锥度角偏小时，ZSD值应该增加Modif ZSD值；锥度角偏大时，ZSD值应该减去Modif ZSD值。
如工件具有不同的锥度 (如2°～20°)，将有多个锥度面需调整，为了满足每一个锥度角度调整，通常只调整最大的锥度角度。
（2）检查并修正程序面尺寸
( r' C) {: ~! ~2 `( h修正锥度后，第二次切割的锥度已经很准确，只是尺寸精度还需调整。故必须对程序面尺寸进行测量，对尺寸误差予以修正。
* q& V; r4 P5 I  A如图5（略）所示，ZID值是机床设置参数中表示下导丝嘴至工作台面的距离。ZID值的变化决定着程序面的变化，即决定着编程尺寸的变化。例如切如图6（略）所示的凸模锥度上小下大，加工要求保证底面的尺寸，但实际切割的零件底面尺寸偏大。那么可把ZID值减小些，此时计算机认定的高度就降低了，程序面就比实际位置低一点，按其上小下大的关系，在零件底面的实际位置形成的尺寸就会小一点。
尺寸的单侧误差R是编程尺寸P与测量尺寸M之差的一半，即R=(P-M)/2。ZID的修正值∂按照公式计算：∂=R/tanA。
ZID修正规则：切割凹模时，程序面位于工件底部，如果试件尺寸偏小，则ZID值必须增加；切割凸模时，程序面位于工件底部，由于试件属于凹模，如果尺寸偏小，意味着切割凸模的尺寸会偏大，则ZID值必须减小。
ZID修正之后，ZSD值必须同时赋予一反向符号的ZID值。例如：ZID增加0.1 mm，ZSD必须同时减小0.1 mm。
3 锥度零件切割的技巧
对于锥度切割，其尺寸往往难以控制，且切割效率与无锥度切割相比低很多，锥度越大，差别就越大。这主要是由于锥度加工时排屑不理想等多方面的原因造成的。
+ Q* a3 c: ]0 w  [- h1 U（1）由于锥度切割时排屑困难，容易断丝，因此必须降低加工能量。
/ l2 o6 z7 a7 [4 Y& f（2）为了改善喷流状况，应尽量减小上喷嘴与工件上表面之间的距离。
+ [6 ]5 h7 S: ?5 P" a（3）由于在锥度的加工过程中，各个断面层上的加工周长不同，放电间隙也不同，因此精加工时应采用比无锥度加工更多的切削量。
（4）由于电极丝的刚性等原因，改硬丝为软丝进行加工可减小切割引起的误差。
（5）切一个锥角为A°、刃带高度为H的落料模，有时会出现刃带不齐的问题。实际上，机床加工的尺寸误差带来的刃带不齐，在理论上是存在的，切割的锥角越小，因尺寸误差带来的刃带不齐就越明显。要减小刃带不齐的程度，只有提高切割精度，也就是提高切锥度和切直的刃带的各自的尺寸精度，就要求不管是切锥度部分还是切直的刃带部分，均要多切几次，以减小尺寸误差，从而减小刃带不齐的量。如果切割件的锥度较大，尺寸方向上的误差带来的刃带不齐会大大减小，因此如果在零件允许时，为了取得较齐的刃带，应尽量加大锥角。
以目前的锥度切割处理方法，对于小圆角，可能会因锥角大而形成过切，不能加工，此时可采用锥度件上下等圆角的处理方法。
如果锥角小，为了保证刃带的切割精度，应先切直的部分，再切锥的部分。否则会因切直的部分时切割量小走得非常快而切不上或切不均匀。
还有一点就是丝的垂直，工件上表面的平行要确保。目前一些技术人员为了操作方便，采用火花找工件的方式来找垂直，实际上即使通过靠边把丝与工件表面找垂直了，但如果工件与工作台不垂直，这时通过工作台的移动形成的程序面与工件上表面已有一定的夹角，实际在工件表面形成的轮廓已不是一个理论轮廓，这一点一定要注意。
4 结束语
9 V' V; _: {7 V- s+ \5 R; I* P使用数控低速走丝电火花线切割机床进行高精度锥度加工前，必须进行锥度误差的调整。调整过程是比较繁琐的工作，只有掌握好这些工艺技巧，才能加工出合格的锥度零件。
摘自《电加工与模具》2009年增刊