数控快走丝电火花线切割加工工艺方法研究

siemens70

数控快走丝电火花线切割加工工艺方法研究

电火花线切割加工在对一些难切削的材料、特殊及复杂形状的零件的加工上较传统的切削加工方法具有明显的优势，因此被广泛应用于模具、工具、航空航天等制造加工领域。

    根据电极丝运动的方式将电火花线切割机床分为快走丝电火花线切割机床和慢走丝电火花线切割机床，二者具有不同的特点和应用场合。慢走丝电火花线切割机床主要应用在精度要求较高的场合，快走丝电火花线切割机床因其操作简单、成本低等优点而被普遍采用。在线切割加工过程中，影响加工质量和效率的因素较多，本文结合本单位在研制、生产中积累的经验和相关资料，对数控快走丝电火花线切割加工的工艺方法进行研究。分述如下:

& q0 q# H8 M' e    一、加工准备

    由于线切割加工依靠缠绕在储丝筒上、经过导电块和若干导轮穿越工件进行加工，通常要求工件具有良好的定位基准面以及在工件的适当位置预先加工穿丝孔。
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3 h% }  v0 i, W4 Z$ x    线切割加工不同于普通的切削加工，在加工过程中依靠高频脉冲电源在电极丝与工件间形成火花放电，从而去除工件材料，因此没有大的切削抗力，装夹量也可以减小。线切割机床一般具有两个平行、等高的桥板，可以采用悬臂支撑、双端支撑、桥式支撑、板式支撑、复式支撑以及弱磁力夹具等装夹方法。一种较好的装夹方法是直角装夹，即利用两个垂直的表面定位，并采用压板压紧。该方法具有装夹稳定、装夹量小的优点，但是要求基准面平整且相互垂直，以保证工件尺寸要求。

$ C3 U: f8 R; e; [9 I- e3 c+ h    另外，使用线切割加工内腔时，必须在工件的适当位置预先加工穿丝孔，以免切坏工件。穿丝孔最主要的用途是供电极丝通过，有时兼做定位基准使用。由于孔定位不易找正或者需要额外的工装，因此一般情况下不用穿丝孔做定位基准。通常是利用外表面定位，然后移动到穿丝孔位置进行切割。穿丝孔直径不宜太大也不宜太小，通常在φ3mm～10 mm之间，工件尺寸越大，穿丝孔直径也应越大。对于不同的工件，加工穿丝孔的位置不同。在切割中、小孔形凹形类工件时，穿丝孔应位于凹形的中心位置，既便于穿丝孔加工位置准确，又便于控制坐标轨迹的计算；在切割凸形或大孔形凹形类工件时，穿丝孔应设置在加工起点附近，以缩短无用切割行程，同时应便于简化有关轨迹控制的计算。
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, J1 |" x7 X5 [$ Y    二、程序编制

    数控线切割机床采用交互式图形编程，以CAD技术为前提，具有速度快、精度高、直观性好、使用方便、便于检查和修改等优点。以笔者所在单位购买的苏州沙迪克三光公司的DK77系列机床配置的CAXA软件为例，在编程过程中需要考虑图形画法、走丝路线选择、偏移量确定等问题。

    在实际的研制生产中，操作者经常遇到的问题是无法生成加工轨迹或者生成的加工轨迹并不符合预期目标。以下是笔者积累的一些经验。

    (1)如果起切线段在圆上，经常出现导入线不符合要求的情形。这是因为软件系统中，对于圆线段存在一个默认点(往往是最右端的1/4点)为圆的起点和终点，而采用直线切入方式时默认的导入线是从入丝点到选中的线段起点。如果导入线不符合要求，可以将圆打断，并定义符合要求的打断点，重新生成加工轨迹即可。如图1所示，图a不符合要求，在特定点将圆打断即可，图b为理想的导入线。

/ w/ [0 m  |% R    (2)绘制图形后，生成加工轨迹时选择加工轮廓并指定搜索路径后无法搜索到所有的加工轮廓的情形。造成此问题的原因通常有四种:第一，在某个交点处(交点位于搜索到的加工轮廓与未搜索到的加工轮廓交界处)存在两条以上的线段。解决办法是将图形局部放大，找出这样的点并将多余的线段剪裁或删除掉；第二，存在多余线段，即在同一处(搜索到的加工轮廓与未搜索到的加工轮廓交界处)存在两条或两条以上的线段。

    解决办法是删除可能具有多余线段的线段，然后重画图形，看是否存在多余线段，如此检验各处，直到能正常生成加工轨迹为止；第三，存在电极丝会同时接触多处加工轮廓的地方，比如直线段长度小于电极丝直径或者内圆弧半径小于电极丝半径等。解决方法是将这些位置的尺寸增大，利用尖角或圆角过渡避免问题；第四，加工轮廓不封闭，即某两条线没有相交。解决办法是将图形局部放大，找出不相交的线段并将它们连接。
% }3 c+ L4 u# v" F+ |, V- D  w对于具有严格公差要求的尺寸在编程中需要根据机床的具体情况，将尺寸公差带入进行编程，即不以名义尺寸进行编程，而是在名义尺寸的基础上加上公差带的1/2进行编程。例如，某线性尺寸为 ，在编程中输入的尺寸一般为10.01(= 10+(0.05-0.03)/2) mm。采用此方法得到的零件尺寸能较好地满足尺寸公差要求。
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/ g% C, ~) J2 U    线切割加工路线选择对加工质量的影响比较明显，确定加工路线以减小加工过程中工件变形为原则。

    在实际操作中应首先确定工件的装夹方法，然后根据电极丝和夹具位置确定切割路线。正确的加工路线应从靠近夹具的位置向远离夹具的方向运动，最后再转向夹具的方向。如图2a路线a - b - c - d - a中直到工件落下都一直具有稳定的装夹效果。而图2b路线a - d - c - b - a的装夹效果就比较差， 而如果从b点开始切割，无论如何都不能达到最好的装夹效果。

    程序编制中另外一个重要的问题是选择合适的偏移量。根据电火花线切割加工原理，在电极丝与工件金属表面之间存在一个放电间隙， 该间隙根据不同机床的要求不同，一般为0.01 mm。利用编程软件获得的加工轨迹是对电极丝中心而言的，因此偏移量为放电间隙与电极丝半径之和。
% O7 F6 H: b# S* M/ d    式中: f为偏移量；δ为放电间隙；Φ 为电极丝直径。
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    三、电参数选择

  S$ d" ~* }& ^  @    对加工质量具有明显影响的电参数主要包括脉冲电流、脉冲宽度、脉冲间隔、运丝速度等，通常需要在保证表面质量、尺寸精度的前提下，尽量提高加工效率。
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, `  G+ r" z: D/ Q  b- q- m; {. ]    脉冲电源是影响加工表面质量的重要因素。减小单个脉冲能量可以改善表面粗糙度。决定单个脉冲能量的因素主要是脉冲宽度和脉冲电流。因此采用小的脉冲宽度和脉冲电流可获得良好的表面粗糙度。但是单个脉冲能量越小， 切割速度越慢， 如果脉冲电流太小，将不能产生放电火化， 不能正常切割。一般来讲，精加工时，脉冲宽度可在20μs内选择；中加工时，可在20μs～60μs内选择。

    脉冲间隔对切割速度影响较大，而对表面粗糙度影响较小。脉冲间隔越小，单位时间放电加工的次数越多，因而切割速度也越高。实际上，脉冲间隔不能太小，否则放电产物来不及被冲刷掉，放电间隙不能充分消电离，加工不稳定，容易烧伤工件或断丝。对于厚度较大的工件，应适当加大脉冲间隔，以充分消除放电产物，形成稳定切割。一般脉冲间隔在10μs～250μs范围内基本上能适应各种加工条件，进行稳定加工。
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    走丝速度对加工速度具有一定影响，随着走丝速度的提高，加工速度将明显增大。但是，高速度会引起电极丝较大的振动而使工件表面的直线度和粗糙度恶化。因此，应在保证加工质量的前提下，选择一个具有适当加工速度的合理走丝速度。

    根据经验，采用苏州沙迪克三光公司生产的普通快走丝线切割机床切割厚度大于20 mm的普通钢件时，当电压表指针在50 ±10 V左右、电流表指针在1～3±0.5 A时，选定的电参数比较合理，获得的加工质量高。

    良好的加工质量与工件材料、切割形状、电参数、工作液等都具有密切联系，在实际的生产中需要结合各种因素，不断调整电参数以满足各项要求。
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    四、工作液的使用

    在电火花线切割过程中，需要稳定地供给有一定绝缘性能的工作介质———工作液，以冷却电极丝和工件，排除电蚀产物等。因此工作液要求具有一定的绝缘性能、较好的洗涤性能、较好的冷却性能以及无污染、无害等。工作液的好坏将直接影响加工的顺利进行，对切割速度、表面粗糙度、加工精度均有不可忽视的影响。快走丝线切割机床常用的工作液有水类工作液、煤油工作液、皂化液、乳化型工作液等。
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' k9 a9 T% \' ]1 f    自来水、蒸馏水、去离子水等水类工作液对放电间隙的冷却效果较好，特别是在工件厚度较大的情况下，冷却效果更好。但是，由于水类工作液使电极丝冷热变化频繁，电极丝容易变脆，因而容易断丝。此外，这种工作液洗涤性能差，不利于放电产物排出，故切割表面黑脏。
- i( U) h. O: ~2 `; P0 G煤油介电强度高，间隙消耗放电能量多，分配到两极的能量少，排屑困难，故切割速度低。但煤油受冷热变化影响不明显，且润滑性能好，因此不容易断丝。皂化液洗涤性能好，有利于排屑，切割速度较高。

' }9 |' e& |( E, J5 j/ q) S    乳化型工作液的节电强度比水高，比煤油低，冷却能力比水弱，比煤油好，洗涤性比水和煤油都好，较非乳化型工作液的切割速度高，是普遍使用的工作液。

    纯净的工作液最初使用时并不能获得最好加工效果，而在使用1～2个工作日后，金属屑进入工作液中形成一定脏度的混合液，这种混合液在切割中具有良好的效果。因此，定期更换工作液时往往不需要将工作液箱清洗非常干净，以获得具有一定脏度的混合液。
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" k$ D/ W) q9 Y# d6 v    五、多次切割工艺方法的应用

& l) v; H2 u% w: u1 n2 Y    慢走丝线切割机床比快走丝线切割机床具有更高的加工精度，其中一个原因是前者在加工中使用多次切割的先进工艺。为了获得较高的加工精度，可以考虑在快走丝线切割机床采用多次切割工艺。相关文献对快走丝线切割多次切割特性及其可行性进行了研究，表明只要快走丝线切割机的制造精度符合国家有关标准，并附有良好的导向装置及选择合适的精微修光脉冲参数，就可进行多次切割加工。其中如何保证第三次切割时的精修稳定性是

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[ 本帖最后由 siemens70 于 2006-11-4 21:03 编辑 ]

xiaomao123

很详细  楼主辛苦了

lyc1230

楼主辛苦了谢谢楼主!

cardws

对于我这样的新手来说真是收益非浅