电火花线切割数控编程技术

第8章电火花线切割加工编程,1电火花线切割加工概述,2电火花线切割的工艺与工装,3电火花线切割编程方法,1.1电火花线切割的基本原理,1.2电火花线切割的加工特点,第一节电火花线切割加工概述,1.5电火花线切割加工机床,1.3电火花线切割的工艺范围,1.4电火花线切割的工艺范围实例,1.1电火花线切割的基本原理,8-1电火花线切割的基本原理,线切割加工的基本原理：利用作为负极的电极丝和作为正极的金属材料工件之间脉冲火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求,对工件加工的一种工艺方法。,线切割加工时，线电极一方面相对于工件不断地移动(慢速走丝是单向移动，快速走丝是往返移动)，另一方面，装夹工件的十字工作台，由数控伺服电动机驱动，在x、y轴方向实现切割进给，使线电极沿加工图形的轨迹运动对工件进行切割加工。,1.2电火花线切割的加工特点,1、数控线切割加工是轮廓切割加工，勿需设计和制造成形工具电极，降低费用，缩短了生产周期。,2、直接利用电能进行脉冲放电加工，工具电极和工件不直接接触，无机械加工中的宏观切削力，适宜于加工低刚度零件及细小零件。,3、无论工件硬度如何，只要是导电或半导电的材料都能进行加工。,4、切缝可窄达仅0.005mm，只对沿工件材料轮廓进行加工，材料利用率高，能有效节约贵重材料。,5、移动的长电极丝连续不断地通过切割区，单位长度电极丝的损耗量较小，加工精度高。,6、一般采用水基工作液，可避免发生火灾，安全可靠，可实现昼夜无人值守连续加工。,7、通常用于加工零件上的直壁曲面，也可进行锥度切割和加工上下截面异形体、形状扭曲的曲面体和球形体等零件。,1.2电火花线切割的加工特点,8、不能加工盲孔及纵向阶梯表面。,9、被加工材料必须导电。,1.3电火花线切割的工艺范围,线切割广泛用于加工硬质合金、淬火钢模具零件、样板、各种形状复杂的细小零件、窄缝等。如形状复杂、带有尖角窄缝的小型凹模的型孔可采用整体结构在淬火后加工，既能保证模具精度，也可简化模具设计和制造。此外，电火花线切割还可加工除盲孔以外的其它难加工的金属零件。,1.4电火花线切割的工艺范围实例,1.高硬材料2.微细结构3.复杂形状4.高精度尺寸零件5.高表面质量零件,复杂型腔零件,精密冷冲模具,1.4电火花线切割的工艺范围实例（续）,各种零件的加工,棱锥体形件,冷冲凸模的加工,多孔窄缝加工,1.5电火花线切割加工机床,图8-2数控电火花线切割机床组成,数控装置,脉冲电源,主机,一、分类：,1.按电极丝运动速度分,快走丝6-10m/s,慢走丝0.001-0.25m/s,立式,卧式,冲液式,浸液式,3.按工作液供给方式分,2.按电极丝位置分,表8-1快、慢走丝线切割机床的主要区别,二、组成：床身、坐标工作台、走丝机构、线架、工作液箱、附件和夹具,(1)床身：一般为铸件，是坐标工作台、绕丝机构及线架的支承和固定基础。通常采用箱式结构，有足够的强度和刚度。床身内部安置电源和工作液箱。,(2)坐标工作台：装夹工件；工作台的移动精度直接影响工件的加工质量，因此各拖板均采用滚珠丝杠传动副和滚动导轨，便于实现精确和微量移动，且运动灵活、平稳。,线切割机床的坐标系：以右手直角笛卡尔坐标系为基础，参考电极丝相对静止工件的运动方向来决定：面向机床正面，横向为X方向，且丝向右运行为X正方向，向左运行为X负方向；纵向为Y方向，且丝向外运行为Y正方向，向内运行为Y负方向。,(3)走丝机构：使电极丝以一定的速度并保持一定的张力连续不断进入和离开放电区域，是线切割机床区别于普通机床的主要标志。快走丝机构的电极丝材料一般采用钼丝，慢走丝机构的电极丝材料一般采用成卷的黄铜丝。,(4)脉冲电源：把工频交流电流转换成一定频率的单向脉冲电流，以供给火花放电间隙所需要的能量来蚀除金属。脉宽较窄(260s)，单个脉冲能量、平均电流一般较小。形式：晶体管短形波脉冲电源、高频分组脉冲电源、并联电容型脉冲电源。,(5)数控装置：在电火花线切割加工过程中，按加工要求自动控制电极丝相对工件的运动轨迹和进给速度，来实现对工件的形状和尺寸加工。,三、数控电火花线切割机床主要技术参数：,1.工作台尺寸2.最大加工厚度3.X、Y轴行程4.最大切割锥度5.定位精度6.最大加工电流7.最大加工速度8.电极丝直径范围9.电极丝运行速度,2.1工艺分析,2.2切割路线的确定,第二节电火花线切割的工艺与工装,2.3电极丝初始位置的确定,2.4加工条件的选择,图8-3线切割加工的步骤,分析图纸,电极丝准备上丝垂直度校核,编程,电极丝定位,加工,检验,工件准备打穿丝孔工件装夹,工艺分析选择工艺基准确定切割路线编写加工程序,准备工作环节,垂直度校正器,2.1工艺分析,首先对零件图进行分析以明确加工要求。其次是确定工艺基准，采用什么方法定位。,注：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。,2.1工艺分析(续),1、电火花线切割加工工艺指标,2.1工艺分析(续),2、影响工艺指标的主要因素,主要电参数,线电极,工件厚度,1）峰值电流2）脉冲宽度3）脉冲间隔,工件太薄，电极丝易产生抖动，对加工精度和表面粗糙度不利。工件太厚，工作液难于进入和充满放电间隙，加工稳定性差。,1）直径：2)走丝速度,3、线电极的选择,一般情况下，快速走丝机床常用钼丝作线电极，钨丝或其它昂贵金属丝因成本高而很少用，其它线材因抗拉强度低，在快速走丝机床上不能使用。慢速走丝机床上则可用各种铜丝、铁丝，专用合金丝以及镀层(如镀锌等)的电极丝。,2.1工艺分析(续),2.1工艺分析(续),常用电极材料,2.2切割路线的确定,应将工件与其夹持部分的分割部分安排在切割路线的末端。,切割路线应从坯件预制的穿丝孔开始，由外向内顺序切割。,(a)错误的切割路线,(b)正确的切割路线,图8-4切割路线的选择1,图8-5切割路线的选择2,(a)错误方案,(b)错误方案,(c)最好方案,2.2切割路线的确定(续),两次切割法。切割孔类零件，为减少变形，采用两次切割。,在一块毛坯上要切出两个以上零件时，应从该毛坯的不同预制穿丝孔开始加工。,加工的路线，距离端面(侧面)应大于5mm。,(a)错误方案,(b)正确方案,图8-7切割路线的选择4,图8-6切割路线的选择3,1一第一次切割路线；2一第一次切割后的图形；3一第二次切割的图形,2.3电极丝初始位置的确定,1穿丝孔的主要作用,(1)对于切割凹模或带孔的工件，必须先有一个孔用来将电极丝穿进去，然后才能进行加工。,(2)减小凹模或工件在线切割加工中的变形。在线切割中工件坯料的内应力会失去平衡而产生变形，影响加工精度，严重时切缝甚至会夹住、拉断电极丝。,(,c,),(,),图8-8切割凸模时穿丝孔位置及切割方向比较图,2穿丝孔的注意事项：,1)穿丝孔的加工：穿丝孔的加工方法取决于现场的设备。在生产中穿丝孔常常用钻头直接钻出来，对于材料硬度较高或工件较厚的工件，则需要采用高速电火花加工等方法来打孔。,2)穿丝孔位置和直径的选择：穿丝孔的位置与加工零件轮廓的最小距离和工件的厚度有关，工件越厚，则最小距离越大，一般不小于3mm。若穿丝孔与欲加工零件图形的最小距离过小，则可能导致工件报废；若穿丝孔与欲加工零件图形的位置过大，则会增加切割行程。,图8-9穿丝孔的大小与位置,2穿丝孔的注意事项：,3)穿丝孔的直径不宜过小或过大，否则加工较困难。若由于零件轨迹等方面的原因导致穿丝孔的直径必须很小，则在打穿丝孔时要小心，尽量避免打歪或尽可能减少穿丝孔的深度。,图8-10穿丝孔高度,4)穿丝孔加工完成后，一定要注意清理里面的毛刺，以避免加工中产生短路而导致加工不能正常进行。,(a)直接用打孔机打孔，操作较困难；,(b)是在不影响使用的情况下，将底部先铣削出一个较大的底孔来减小穿丝孔的深度，从而降低打孔的难度。这种方法在加工塑料模的顶杆孔等零件时常常应用。,3穿丝孔位置的确定原则如下,图8-11电极丝初始位置的选择,切割凹模零件的内表面时，穿丝孔设置在工件对称中心上，对编程计算和电极丝定位都较方便。但切入行程较长，不适合大型工件，此时应将穿丝孔设置在靠近加工轨迹边角处或选在已知坐标点上。,2.3电极丝初始位置的确定(续),切割凸模时，穿丝孔位置可选在加工轨迹的拐角附近，以简化编程。,在一块毛坯上要切出两个以上零件或在加工大型工件时，应沿加工轨迹设置多个穿丝孔，以便发生断丝时能就近穿丝。,2.4加工条件的选择,电参数的选择线切割加工一般采用晶体管高频脉冲电源，用单个脉冲能量小、脉宽窄、频率高的电参数进行正极性加工。,工作液的选配工作液对切割速度、表面粗糙度、加工精度等都有较大影响。常用的工作液主要有乳化液(快速走丝线切割加工)和去离子水(慢速走丝线切割加工)。,a、要获得较好的表面粗糙度时，所选用的电参数要小；,b、要获得较高的切割速度，脉冲参数要大些，但加工电流的增大受到电极丝截面的限制，过大的电流将引起断丝；,C、加工大厚度工件时，为了帮助排屑和工作液进入加工区，宜选用较高的脉冲电压、较大的脉宽和电流峰值，以增大放电间隙。,2.4加工条件的选择,电极丝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(快速走丝加工)、钨丝、黄铜丝(慢速导向走丝加工),工件装夹及常用夹具,电极丝直径的选择：根据切缝宽窄、工件厚度和拐角尺寸大小来选择a、若加工带尖角、窄缝的小型零件宜选用较细的电极丝；b、若加工大厚度的工件或大电流切割时应选较粗的电极丝。,表2线切割加工工件安装典型方式,线切割加工的工件在装夹过程中需要注意:,(1)确认工件的设计基准或加工基准面，尽可能使设计或加工的基准面与X、Y轴平行。,(2)工件的基准面应清洁、无毛刺。经过热处理的工件，在穿丝孔内及扩孔的台阶处，要清理热处理残物及氧化皮。,(3)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。,(4)工件的装夹应确保加工中电极丝不会过分靠近或误切割机床工作台。,(5)工件的夹紧力大小要适中、均匀，不得使工件变形或翘起。,图8-12阿奇公司专用夹具及装夹示意图,图8-133R专用夹具,3.13B代码编程,3.24B代码编程,第三节电火花线切割编程方法,3.3ISO代码数控程序编程,3.4计算机自动编程,3.13B代码编程,编程格式：BXBYBJGZ,B间隔符，它的作用是将X、Y、J数码区分开来；,J表示加工线段的计数长度，单位为m，为正数；G表示加工线段计数方向，记为GX或GY；Z表示加工指令。,X、Y表示增量(相对)坐标值；单位为m，负号不写。,整个程序的最后，应有停机符“MJ”，表示程序结束(加工完毕)。,3.13B代码编程(续),坐标系与坐标值X、Y的确定：,坐标系：,X、Y的确定：编程时，采用相对坐标系，即坐标系的原点随程序段的不同而变化。,参考电极丝相对静止工件的运动方向来决定。面向机床正面，横向为X方向，且丝向右运行为X正方向；纵向为Y方向，且丝向外运行为Y正方向。,加工直线时，以该直线的起点为坐标系的原点，X、Y取该直线终点的坐标值；,加工圆弧时，以该圆弧的圆心为坐标系的原点，X、Y取该圆弧起点的坐标值。,3.13B代码编程(续),计数方向G的确定：按终点的位置来确定。,加工直线时，终点靠近何轴，则计数方向取该轴。如图8-14。,加工圆弧时，终点靠近何轴，则计数方向取另一轴。如图8-15。,图8-14直线的计数方向8-15圆弧的计数方向,3.13B代码编程(续),计数长度J的确定：被加工的直线或圆弧在计数方向坐标轴上投影的绝对值总和。,例1：在图8-16中加工直线OA时，试确定G和J。,答：因为加工终点靠近X轴,故计数方向G为X轴，记为GX；计数长度J为OB，数值等于A点的X坐标值。,O,图8-16加工直线时的计数方向和计数长度,例3：加工图8-17b所示圆弧，加工终点B,试确定G和J。,b答：因加工终点B靠近X轴，故计数方向取GY；J为各象限的圆弧段在Y轴上投影长度的总和,即J=Jy1+Jy2+Jy3。,a答：因为加工终点靠近Y轴,计数方向取GX；计数长度为各象限中的圆弧段在X轴上投影长度的总和，即J=JX1+JX2。,3.13B代码编程(续),加工指令Z的确定：用于表达被加工图形的形状、所在象限和加工方向等信息。共有12种加工指令。,加工直线时有四种加工指令：Ll、L2、L3、L4。直线在第象限时，加工指令记作L1。如图8-18(a)。,加工顺时针圆弧时有四种加工指令：SRl、SR2、SR3、SR4。圆弧的起点在第象限时，加工指令记作SR1。如图8-18(b)。,加工逆时针圆弧时有四种加工指令：NRl、NR2、NR3、NR4。当圆弧的起点在第象限时，加工指令记作NRl。如图8-18(c)。,(a)加工直线时的指令范围(b)加工顺圆弧时的指令范围(c)加工逆圆弧时的指令范围图8-18加工指令的确定范围,3.13B代码编程(续),例4：零件的图形如图8-19所示。该图由六条直线和二个圆弧组成，编制其程序。,确定加工路线：起始点为A，加工路线按逆时针方向进行。分别计算各段曲线的坐标值。按“3B”格式编写程序单。程序如下：,图8-19例3图,Example.3b；扩展名为3B的文件名B40000B0B40000GXL1；AB直线段B20000B0B40000GYSR2；BC圆弧B40000B0B40000GXL1；CD直线段B0B50000B50000GYL2；DE直线段B120000B10000B120000GXL2；EF直线段,B0B20000B20000GYL4；FG直线段B0B10000B20000GXNR2；GH圆弧B0B20000B20000GYL4；HA直线段MJ；结束语句,3.24B代码编程,自学内容,3.3.1程序段编程格式：,N_G_X_Y_,N_语句号字，用于识别程序段的编号，由地址码N和后面若干数字组成。如：N30表示该语句的语句号为30。,G_为功能字。由地址码G和后面的数字组成。,X_Y_为尺寸字。尺寸字由地址码(X、Y)、“、”符号、后面若干数字组成。单位为m、以及绝对数值组成。,3.3.2程序格式：,一个完整的加工程序是由程序名、程序的主体(若干程序段)、程序结束指令组成。,3.3ISO代码数控程序编程,3.3.2程序格式(续),P10.CUTN01G92X0Y0N02G01X5000Y5000N10G01X0Y0N11M02,程序名,程序段,程序结束,程序主体,功能字,程序名：由文件名和扩展名组成。文件名可用字母和数字，最多可用8个字符，文件名不能重复。扩展名最多用3个字母，如P10.CUT。,程序的主体：由若于程序段组成。分为主程序和子程序。,程序结束指令M02：安排在程序的最后，单列一段。当数控系统执行到M02程序段时，就会自动停止进给并使数控系统复位。,3.3.3ISO代码及其编程：,表3电火花线切割数控机床常用的ISO代码,快速定位指令G00,使指定的某轴以最快速度移动到指定位置。,程序段格式：G00X_Y_,图8-20快速定位,G00X60000Y80000,直线插补指令G0l,在各个坐标平面内加工任意斜率的直线轮廓,如图8-21直线插补,G92X40000Y20000G01X80000Y60000,程序段格式：G01X_Y_,圆弧插补指令G02G03,程序段格式：G02/G03X_Y_I_J_,图8-22圆弧插补,G92X10000Y10000起切点AG02X30000Y30000I20000J0AB段圆弧G03X45000Y15000I15000J0BC段圆弧,X、Y圆弧终点；,I、J圆弧圆心相对圆弧起点在X、Y方向的增量；,指令G90、G9l、G92,G90绝对坐标指令。表示程序段中的编程尺寸是按绝对坐标给定的。G91增量坐标指令。表示程序段中的编程尺寸是按增量坐标给定的，即坐标值均以前一个坐标作为起点来计算下一点的位置值。,G92设置加工坐标系指令。,程序段格式：G92X_Y_,X、Y加工程序的起点的坐标值。,例5：加工图8-23所示零件（电极丝直径与放电间隙忽略不计）。,P1/程序名N01G92X0Y0/确定加工程序起点O，设置加工坐标系N02G01X10000Y0N03G01X10000Y20000N04G02X40000Y20000I15000J0N05G01X40000Y0N06G01X0Y0N07M02/程序结束35,用G90编程,图8-23,间隙补偿指令G40、G41、G42,G41左偏补偿指令，其程序段格式为：G41D；G42右偏补偿指令，其程序段格式为：G42D；,注：左偏、右偏是沿加工方向看，电极丝在加工图形左边为左偏；电极丝在加工图形右边为右偏。,(a)G41加工(b)G42加工,图8-24凸模加工间隙补偿指令的确定,(a)G41加工(b)G42加工,图8-25凹模加工间隙补偿指令的确定,锥度加工指令G50、G5l、G52,沿走丝方向看，电极丝向左偏离。顺时针加工，锥度左偏加工的工件为上大下小；逆时针加工，左偏时工件上小下大。,G5l锥度左偏指令程序段格式：G51A,G52锥度右偏指令程序段格式：G52A,沿走丝方向看，电极丝向右偏离。顺时针加工，锥度右偏加工的工件为上小下大；逆时针加工，右偏时工件上大小下。,G50取消锥度指令。,A表示锥度值；,例6：用绝对坐标编写如图8-26所示的凸模加工程序，切入长度为10mm，间隙补偿量f0.1mm。,图8-26例5,A4N01G92X0Y0起始点坐标N02G41D100左侧补偿，f0.1N03G01Xl0000线，切入长度10mmN04Y10000线，终点(10，10)N05X20000线，终点(20，10)N06G02X30000Y10000I5000J0顺圆,终点坐标(30,10),圆心对起点坐标(5,0),N07G01X40000Y10000线，终点(40，10)N08G02X40000Y-10000I0J-10000顺圆,终点坐标(40,-10),圆心对起点坐标(0,-10)N09G03X30000Y-10000I-5000J0逆圆,终点为(30,-10),圆心对起点坐标为(-5,0)N10G02X20000Y-10000I-5000J0顺圆,终点坐标(20,-10),圆心对起点坐标(-5,0)N11G01X10000Y-10000线，终点为(10，-10)N12Y0线，终点为(10，0)N13G40消除补偿线N14G01X0Y0线，回起始点N15M02加工结束,3.4计算机自动编程,SCAM的进入：在CNC主画面下按F8键，进入SCAM自动编程系统，屏幕显示如图：,图8-27SCAM系统屏幕,3.4计算机自动编程（续）,一、CAD绘图功能,可绘制零件图，并可把该零件图转换成加工路径状态（指定穿丝点，切入点，切割方向等）,图8-28CAD屏幕,3.4计算机自动编程（续）,二、CAM系统参数,图形文件选择、基本参数设定、放电条件设定,图8-29CAM屏幕,图8-30生成NC代码画面,F1反向-改变切割方向，若当前为顺时针方向，按F1后变为逆时针方向。,F2均布-把一个图形按给定的角度和个数分布在圆周上。,F3-生成ISO格式的NC代码。F4-生成3B格式的NC代码。,THEEND!THANKS!,补充的例子,例7请写出图8-31所示轨迹的3B程序。,图8-31编程图形,解：对图7-31(a)，起点为A，终点为B，J=J1+J2+J3+J4=10000+50000+50000+20000=130000故其3B程序为：