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控线切割机床的操作与编程 教学目标(2008-05-06 10：40：00)转载标签：杂谈1)了解线切割加工工艺路线2)重点线径补偿问题3)掌握冲裁模的间隙控制2.教学重点和难点1)重点：冲孔模具2)难点：落料模具3.教学手段与方法：多媒体、实物4.讲授学时：2学时5.4.1线切割加工工艺路线1.快走丝线切割机床的加工步骤(1)根据图纸尺寸及工件的实际情况来计算坐标点并编程，或采用自动编程方法编出程序。在编程安排工艺上，应考虑工件的装夹方法，如在加工跳步模的凹模时，应先加工较小的型孔，再加工较大的型孔，以避免最后加工小孔时将孔距误差带到小孔上，形成小孔的穿丝预孔不在小孔有效范围内，从而导致无法加工的现象产生。此外，当采用编程补偿时，还应检查实际钼丝的直径。(2)将编好的程序输入到机床数控装置中，并进行空程校验或用薄料试切以校对程序。(3)把工件装夹在机床的十字拖板上，必须注意装夹位置，使加工型孔与图纸要求及编程安排相符。工件坯料上应根据需要，在适当的位置上预先打好穿丝孔。穿丝孔及引入引出线应安排在废料位置处。(4)将钼丝盘安装在上丝电机轴上，接通上丝电机电源，将钼丝顺次通过导电块、上挡丝块、上导轮、工件上的穿丝预孔、下导轮、下挡丝块，再引到储丝筒上，固定在储丝筒一端的螺钉上。开启上丝电机电源开关，此时钼丝被张紧，调节机床上的电压旋钮，使张紧力适中；用手柄摇动储丝筒，使钼丝顺次绕上储丝筒；到所需要的钼丝长度后，关闭电源，掐断钼丝，固定于储丝筒另一端的螺钉上。调节储丝筒下面的两个换向开关，保证储丝筒轴向行走的行程在丝长范围内，以防因惯性而拉断钼丝。绕丝时，钼丝应尽量置于储丝筒的中间部位，并注意不能出现叠丝现象。(5)调节好换向开关的位置，开启走丝电机，检查走丝情况，并注意对钼丝的预紧。(6)进行起始位置的调整操作，如对中心、找端面等。记下起始位置的X、Y坐标值，以便在应急处理和检查时用。(7)开启机床电源和走丝马达、水泵马达，再开启高频电源；接着，开启控制台的进给开关，检查步进电机是否吸住，并复查十字拖板起点的X、Y坐标值。然后，把控制台变频粗调放在自动一边，开启控制台加工开关，调整变频细调和机床电压，使机床切割状态稳定后开始正式加工。(8)加工结束后，先后关闭加工开关、高频电源、水泵马达和走丝马达，并检查加工结束时十字拖板的X、Y轴向坐标值；封闭加工时应与起点坐标值相一致。在加工多孔模或内外都要切割的凸凹模时，切割好了一个型孔后，应先将钼丝松下。然后，控制机床走到下一个型孔的起始位置，再穿上钼丝，进行下一个型孔的加工；如此直至全部型孔都加工完毕。最后，拆下工件进行检查。慢走丝线切割机床的加工操作步骤也基本类同，其电极丝的挂接比快走丝更简单，不需要预紧，丝挂好后，设置并加载张力即可。这类机床还具有空运行调试功能，可以很快地完成程序检查的操作。此外，还有自动找端面、找中心等比较方便的其他功能。由于电切削加工可以切割很硬的金属材料，所以，在模具零件等的加工工序安排上，通常都将电切削工序放在热处理淬火之后进行，这也正是电加工的优势所在。对热处理后的坯料进行电火花线切割加工时，由于大面积去除金属和切断加工，会使材料内部残余应力的相对平衡受到破坏，从而产生很大的变形，破坏了零件的加工精度，甚至在切割过程中，材料会突然开裂。为了消除这些影响，除要选择锻造性能好，淬透性好，热处理变形小的材料外，在线切割加工工艺上也要作合理安排。例如，图5-20所示的切割路线安排上，图(a)的切割路线是错误的，按此加工，切割完前几段线后，继续加工时，由于原来主要连接的部位被割离，余下的材料与夹持部分连接较少，工件刚度大为降低，容易产生变形，从而影响加工精度。如按图(b)的切割路线加工，可减少由于材料割离后残余应力重新分布而引起的变形，所以，一般情况下，最好将工件与其夹持部分分割的线段安排在切割总程序的末端。对精度要求较高的零件，最好采用图(c)的方案，电极丝不由坯料的外部切入，而是将切割起点取在坯件预制的穿丝孔中。对于切割孔类工件，为减少变形，可采用两次切割法，如图5-21所示。第一次粗加工型孔，周边留余量0.10.5 mm，以补偿材料应变后的变形。第二次切割为精加工，这样可达到较满意的效果。为更好地避免切割大孔形时产生尖角应力开裂的可能性，还可以用其他加工方法对型孔预先进行镂空处理，同时对尖角处添加过渡圆。5.4.2线径补偿问题在数控线切割加工中，由于数控装置所控制的是电极丝中心的行走轨迹，而实际加工轮廓却是由丝径外围和被切金属间产生电蚀作用而形成的。和数控铣床加工轮廓时需考虑刀具半径补偿一样，线切割加工时也必须考虑这一尺寸偏差，这在线切割加工中称之为线径补偿量。其值通常为：f=丝半径+单边放电间隙(+精加工余量)。同样，线径补偿的编程控制也可有编程预补偿和机床补偿两种方式。从上一节的编程实例1中可以知道，针对图5-17所示零件的预补偿编程是很麻烦的，一旦改变补偿量的大小，就需要重新编程。下面的实例是在图5-18零件程序的基础上考虑采用机床线径补偿方式后的ISO格式加工程序。从以上程序中可以看出，该程序中所用的数据，基本上都是按原来的轮廓轨迹来直接进行编写的，线径补偿在程序中的体现仅仅只是少数几个代码而已(带下划线的)。在编程预补偿和机床补偿两种方式中，采用机床自动补偿更具有灵活性。若线径改变后需要变更一个偏移值，只需改变补偿量的大小的设定；对整个轮廓轨迹重新补偿计算的工作，则由机床数控装置自动进行，更改过程简单方便。事实上，对于冲模零件的线切割加工而言，采用机床补偿的方法相当方便。只需要按冲件图形尺寸编出一个程序，输入到机床控制系统中，以后在加工时再根据需要给定补偿量，再适当修改一下切入的程序段，即可分别加工出凸、凹模以及卸料板、固定板等的型孔。对于ISO格式程序来说，机床补偿是可以在程序中使用补偿指令来控制的，但在快走丝所用的3B格式程序中，是没有控制补偿用的指令代码的。若要进行线径补偿，则需要在机床上进行专门的设定。当然，对一些补偿功能还不完善的机床(比如国内的快走丝线切割)而言，若想采用机床补偿方式，则还需要在对整个轮廓轨迹编程时，预先对轨迹中所有的尖角进行修圆处理，其过渡圆角半径一般在0.10.5 mm范围内选用。为此，有的机床就采用了4B程序格式，它在补偿问题上较之3B格式有一定的优势。5.4.3冲裁模的间隙控制加工冲裁模的凸、凹模时，应考虑电极丝半径r，电极丝与工件间的单面放电间隙电及凸模与凹模间的单面配合间隙配。首先应明确的是：当用线切割机床切割凸模外形时，丝中心的轨迹应是在凸模外形基础上沿周边均匀增大一个线径补偿量f，即+f(正偏移)；切割凹模孔时，丝中心的轨迹应是在凹模孔形基础上沿周边均匀减小一个线径补偿量f，即f(负偏移)。线径补偿量f=r+电。当加工冲孔模具时(即冲后要求保证孔的尺寸)，由于冲孔凸模的尺寸基本上和工件孔的尺寸一致，而冲孔凹模的尺寸应该是冲孔凸模加上配。若以加工直径为d的圆孔为例，则：加工凸模时丝中心的轨迹尺寸d丝凸应为：d丝凸=d+2f=d+2(r+电)=d+2f凸加工凹模时丝中心的轨迹尺寸d丝凹应为：d丝凹=d+2配2f=d 2(f-配)=d 2f凹加工冲孔凸模时应该考虑的线径补偿量为：f凸=f=r+电加工冲孔凹模时应该考虑的线径补偿量为：f凹=f配=r+电配当加工落料模时(即冲后要求保证冲下的工件尺寸)，此时，落料凹模由工件的尺寸确定，落料凸模则是落料凹模的尺寸减去配。若以加工直径为D的圆外形为例，则加工凹模时丝中心的轨迹尺寸D丝凹应为：D丝凹=D2f=D2(r+电)=D2f凹加工凸模时丝中心的轨迹尺寸D丝凸应为：D丝凸=D2配+2f=D+2(f配)=D+2f凸加工落料凸模时应该考虑的线径补偿量为：f凸=f配=r+电配加工落料凹模时应该考虑的线径补偿量为：f凹=f=r+电对于凸模固定板和卸料板而言，其线径补偿量的确定原则和凹模类似。若卸料板与凸模间的单边配合间隙为卸(卸料板的单边尺寸比凸模大卸)，凸模固定板与凸模间的单边配合过盈量为固(设固定板的单边尺寸比凸模小固)，则：对冲孔模具：f卸=r+电卸f固=r+电+固对落料模具：f卸=r+电+配卸f固=r+电+配+固在冲裁模具配作加工时，各主要零部件的线径补偿量设置如图5-22所示。只要熟知各零件相对的线径补偿量关系，无论是采用人工补偿编程加工还是机床自动补偿，或者是利用微机自动编程，都能够正确地设置而获得所需的程序。零件外形，是采用落料模具冲制而成的。当采用机床自动补偿的加工方式时，通常只需要直接按冲件外形进行编程即可。但对于大多数国产快走丝线切割机床而言，由于其线径补偿功能不很完善，必须在对图形中所有尖角进行修圆(添加过渡圆)后，才可使用机床的自动补偿功能。若不考虑引入、引出线，对图5-17所示零件按基本尺寸并以0.2的半径修圆后，其程序清单应为：B 0B 0B 39642 GX L1直线A-B B0 B200 B178 GY NR 4过渡圆B 9968 B89708 B89708 GY L1直线B-C B199 B22 B82 GX NR 4过渡圆B 29908 B40069 B59816 GX NR 1圆弧C-D B120 B160 B182 GY NR 2过渡圆B 9968 B89708 B89708 GY L4直线D-A B199 B22 B199 GX NR 3过渡圆D程序结束若丝半径r=0.06mm，电=0.01mm。配=0.015mm，卸=0.02mm，固=0.01mm，则各个补偿量分别为：f凹=f=r+电=0.07mm f凸=r+电配=0.055mm f卸=r+电+配卸=0.065mm f固=r+电+配+固=0.095mm加工时按这些补偿量设置即可分别完成凹模、凸模、卸料板和固定板的加工。当然还应注意加工凸模和凹模时引入、引出线的不同。5.4.4加工过程控制如何合理地调节控制加工过程，要根据加工状态决定。在加工过程中，调整变频进给旋钮，在调整到最佳状态时，其电压表指针和电流表指针的摆动都比较小，甚至不动，这时加工最稳定。加工过程中如果电流表指针经常向小的方向摆动，表示有瞬时开路，可提高变频进给速度；反之，如果电流表指针经常向大的方向摆动，表示有瞬时短路，应减慢变频进给速度。若以电压表来判断则相反。在换向切断脉冲电源的瞬时，电压达到最大值，电流为零，这是正常现象。如果条件允许，最好用示波器来观察加工状态，它不仅直观，而且还可以测量脉冲电源的各种参数。使用时，将示波器输入线的正极接工件，负极接电极丝。调整好示波器，观察波形即可。目前，用于线切割机床的脉冲电源多是晶体管式的，其末级用硅高频大功率三极管，也有末级用VMOS管的。脉冲电源参数的选择，根据不同的工艺要求而定。脉冲电源的参数调节一般有脉宽、脉高和脉冲间隔以及功放管并联的个数等四项。若所加工的工件表面粗糙度要求较高的话，一般选较窄的脉宽。若纯粹追求效率而不讲究表面质量的话，可将脉高和脉宽打得较大。若切割的工件厚度较大，则一般选功放管并联个数多的，脉冲间隔大的，加工状态稳定性好的。1.中途暂停处理加工过程中因某些特殊原因必须停车时，应先关闭加工开关、高频电源；然后，关闭水泵马达、走丝马达。对快走丝机床来说，在加工直线或斜线段停机时，只需记下控制台面板计数长度J的数字，计数方向和加工指令。以后继续加工时，只要按记下的数字来人工输入指令(加工斜线时，其X、Y坐标值仍可照原来的数值)。在加工圆弧段停机时，应记下控制台面板上的X、Y坐标值、计数长度J的数字、计数方向和加工指令。以后继续加工时，也只要按记下的数字来人工输入还没有加工部分的程序指令，然后继续加工。2.断丝后的继续加工处理快走丝机床加工过程中突然断丝，应先关闭高频电源和加工开关；然后，关闭水泵马达、走丝马达；把变频粗调放置在手动一边；开启加工开关，让十字拖板继续按规定程序走完，直到回到起始点位置。接着去掉断丝，若剩下电极丝还可使用，则直接在工件预孔中重新穿丝，并在人工紧丝后重新进行加工。若在加工工件即将完成时断丝，也可考虑从末尾进行切割，但是这时必须重新编制程序，且在两次切割的相交处及时关闭高频电源和机床，以免损坏已加工的表面，然后把电极丝松下，取下工件。在本机床上具体操作时可按控制盘面板上暂停按钮，再按9，工作台会自动退回到前一个工艺穿丝孔位置，显示器显示F。重新穿丝后，按REG(切割)键，从该位置按原路线重新切割加工。3.意外断电后的处理在加工过程中，有时会出现控制台故障或突然电源切断的现象。若是控制台出现故障，则切割的图形就与要求不相符合。如果割错的部分是在废料上，则工件还可挽救；否则，工件只得报废。若是突然断电，则此时控制台面板上的数据已全部清除，但是工件仍可挽救。在上述这两种可以挽救的情况下，首先应松下电极丝，然后按断丝方法处理，并重新返回起始点后重新加工。4.短路故障处理线切割机床一般都具有短路后沿加工路线回退处理的功能。快走丝线切割机床的具体操作如下：先断开加工开关，然后按一下控制面板上的暂停按钮，合上手动开关，再按上6键、B键，再连续按点动按钮。此时，拖板按原加工路线回退，回退次数与按点动按钮次数相同；直到短路状态消除，再断开手动开关，按暂停按钮；按6键，按B键，然后合上加工开关，切割加工则继续进行。若点动回退直到显示F，仍未脱离短路状态，则需靠人工排除。此时，应断开手动开关，再按功能键，显示器显示Pxxx(在切割的程序段号)，再按常规人工处理短路故障。处理完后，再合上加工开关，加工便可继续进行。慢走丝线切割机床如果需要临时停机，可按进给暂停，则走丝、高频、冷却液都将自动关闭。下次继续加工时再逐个开启后，再按循环启动即可。若需要卸丝进行其他工作，可按断丝或断电的情况进行处置。慢走丝的断丝处理比快走丝简单，断丝后如果没有进行系统复位的操作，可直接在断丝处结上丝并挂好，再按循环启动继续加工。如果在断丝处无法进行穿丝操作，可先回到加工起点，待穿好丝并加电后，按下空行再开，则机床将自动按原路线以较快的速度移至断丝点，到达后呈临时停止状态，再按循环启动即可继续加工。如果出现意外断电或者进行过系统复位操作，可先按下锁住再开，则系统将会在机械锁住的情况下从头开始运行程序，直至检索到断电时所在位置后，处于进给暂停状态，开启其他各电源后，即可按循环启动继续加工。5.5锥度切割的编程及实现1.教学目标1)了解锥度加工的实现机理2)掌握锥度加工数据的设定3)掌握锥度切割的三种实现方式2.教学重点和难点1)重点：锥度加工的编程2)难点：工件面高度3.教学手段与方法：多媒体、实物4.讲授学时：2学时5.5.1锥度加工的实现机理要在线切割加工中实现锥度切割，就应想办法让电极丝能相对于工件面产生倾斜，而不再是传统的垂直穿越。当然，丝与工件面间的倾斜不能是保持某一固定的倾斜方向状态，因为这样的话，最多只能是在某一方向面上割出锥度，而当改变加工方向面后则可能得不到锥度，或所得到得锥度不是所期望的。真正的锥度切割应是能自动地根据所加工的方向面随时改变其倾斜方向，以保证所加工出的锥度工件在锥度范围内的每一个横截面的形状都应是按一定比例缩放得到的。就像如图5-23中圆锥台零件和棱锥台零件所示的一样，在不同的方位上丝产生相对应的倾斜，但丝和垂直面的倾斜角度基本上是保持恒定的。实现锥度的切割加工可通过控制上下丝架导向器按一定程序轨迹移动来实现。根据机床的结构布局安排，可有如图5-24所示的三种实现方式。方式1：上丝架可动，下丝架不动，方式2：下丝架可动，上丝架不动，。方式3：上、下丝架都可动，其中，方式3的结构很复杂，很少采用，只有在需要特别大的加工锥度的情况下，才按方式3设计制造。方式1和2的结构复杂程度相当，主要就是看操作使用的环境场合的需要而设计制造。本机床锥度的切割加工就是采用方式1实现的。锥度加工控制范围主要受到可动丝架导向器的移动行程的限制，本机床是按使用圆形导向器时最大切割锥度为10来设计的。此时，要求上丝架的U、V轴向最大行程不得小于12.5mm。本机床根据采用的上下导向器形状的不同而有两种加工锥度范围。用V型导向器时可加工小锥度角，其加工锥度范围为1.5。当需要加工大锥度角时需用圆形导向器，其加工锥度范围为5。V型槽导向器与圆形导向器可简单地进行更换，先更换上圆形导向器后，按照上丝架双向可动极限行程范围，找到各轴向的行程中间点。再以此点位来调装固定下圆形导向器，然后再返回来调整U、V轴进行校丝垂直操作，最后从找好的U、V原点处确认各向行程不小于12.5mm；否则，将会在切割10的大锥度时产生超程报警。5.5.2锥度加工数据的设定可在MDI方式下由功能按钮功能设定(SET)的第4页中设定锥度加工所需的各种数据。若不设定这些数据，即使程序中有丝倾斜的指令，也不能进行锥度加工。这些数据包括：加工方式(CUTTING MODE)：锥度加工时，设定为1；垂直加工时，设定为0；锥度加工带画图方式时，设定为2。工件面高度I(WORK PLANE)：设定工件面的高度。在指定的工件面高度的面上，程序的尺寸与工件的尺寸相同，如图5-25所示。上导向面高度J(UPPER GUIDE)：设定上导向面的高度。在V型槽导向的情况下，从上导向滑块上的刻度尺上所读得的值再加上1 mm，便是所设定的数字。速度控制面高度M(FEED PLANE)：指定程序指令速度的面。在这个面上，丝的移动速度与指令速度相等，一般设在锥度加工部分的最上面至最下面之间的某高度面上。画图面高度L(DRAWING PLANE)：用于设定当加工方式为2时的机械手臂作图面高度。所绘图形的大小是和画图面轨迹大小相一致的。下导向面高度S(LOWER GUIDE)：用于设定下导向面离工件安装台的距离。若不搭桥板，以当前工件安装基准台面为准。对V型导向器而言，这一距离已于出厂时便已测出，S=25.3 mm。对圆形导向器而言，这一距离应为27 mm。当更换导向器时，应用参数设定的番号167来更改此设定。以上各高度均是以工件安装台为基准来设定的，以上导向的方向为正，设定值以当时设定的输入单位系设定。5.5.3锥度加工的编程从前述可知，锥度加工即是在丝垂直加工的基础上，同时有了上丝架的U、V坐标轴移动。但在程序中是无法直接指令U、V轴的，我们在程序中只能指令丝倾斜的角度和倾斜方向，U、V轴的移动是由数控装置根据这些数据和锥度加工设定的各控制面高度数据来自动计算并控制实施的。也就是说，要实现锥度加工，必须要进行锥度加工数据设定和程序中指令丝倾斜两方面内容的结合才行。锥度加工的程序指令形式基本上和线径补偿指令的形式相似。有倾斜方式和倾斜角度两个内容。G50-丝倾斜取消方式，即丝垂直加工方式，是电源投入时的缺省方式。G51-丝倾斜左方式。上导向在程序面指定通路行进方向的左侧移动。G52-丝倾斜右方式。上导向在程序面指定通路行进方向的右侧移动。丝倾斜角度由地址T指令，有小数点时角度单位为1，无小数点时角度设定单位为0.001，最大指令5.000。角度值是以从垂直位置起的偏角进行指令，无论是左倾还是右倾，都用正值指令；若为负值指令，则左右倾斜交换。可在丝倾斜方式指令前或统一程序段中指令倾斜角度，还可在程序中途变更倾斜角度。在锥度加工编程中应注意如下问题：(1)锥度加工可以和线径补偿同时使用。(2)一般，锥度加工的编程同样应该有一个引入加载和引出卸载的过程。(3)在锥度加工方式中，若指令了无移动量的程序段时，丝倾斜将取消。(4)锥度加工途中，指令暂停G04、回参考点G28、坐标系设定G92时，丝倾斜将在前一个程序段取消。(5)MDI运转方式下无法进行锥度加工。(6)锥度加工中，一般可在直线与直线相交，直线与圆弧或圆弧与圆弧圆滑相接的形状上正常进行，而在直线与圆弧或圆弧与圆弧相交的形状上将得不到指令角度的加工面。(7)尖角时，下导向与上导向的偏差变大，此时上导向丝架有可能超程。因此，有必要对零件图形进行尖角修圆处理或采用锥度拐角R指令功能。如图5-27是这两种方式的实施效果，其区别在于尖角修圆时为圆锥状过渡，而用锥度拐角时则为斜圆柱状过渡。要插入锥度拐角R指令，可在移动指令的同一程序段指令地