线切割理论教案

1、烟台轻工业学校（理论教案）课时1、 2一教学内容：电火花数控线切割的工作原理以及基础知识；2线切割机床的特点及应用范围；二教学目的：了解电加工与电火花数控线切割的基础知识；2懂得线切割的基本原理；三教学难点和重点线切割的基本原理；四教学手段讲解、举例、启发式、多媒体教学五教学过程（一）数控线切割机床的基本工作原理电火花线切割加工是在电火花加工基础上发展起来的一种新的工艺形式，是用线状电极（铜丝、钼丝或钨钼合金丝等）靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割。电火花线切割加工机床的运动由数控装置控制时，称为数控线切割加工。数控线切割机床的基本工作原理如图7-2 所示， 是利用移动的细金属线（钼

2、丝）作为工具电极（接脉冲电源负电极），被切割的工件为工件电极（接脉冲电源正电极）。在加工中，工具电极和工件电极之间加上脉冲电压，并且由工作液循环装置供给具有一定绝缘性能的工作液（图中未画出），当工具电极与工件电极的距离小到一定程度时，在脉冲电压的作用下，工作液被击穿，工具电极与工件电极之间形成瞬时放电通道，产生瞬时高温，使金属局部熔化甚至气化而被蚀除下来，若工件在数控装置控制下（工作台）相对电极丝按预定的轨迹进行运动，就能切割出所需要的形状。由于贮丝筒带动钼丝作正、反交替的高速移动，所以钼丝基本上不被蚀除，可使用较长时间。（二）机床的基本组成数控电火花线切割机床由工作台、走丝机构、供液系统、脉

3、冲电源、和控制系统（控制柜）等五大部分组成。1）工作台又称切割台，由工作台面、中拖板和下拖板组成。）走丝机构走丝机构主要由贮丝筒、走丝电动机、丝架和导轮等组成。3)供液系统供液系统是为机床的切割加工提供足够、合适的工作液。工作液的种类很多，有煤油、乳化液、去离子水、蒸馏水、洗涤液、酒精等。4) 高频电源（三） 数控线切割加工特点数控线切割加工相对一般加工方法具有以下特点：（ 1）用计算机辅助自动编程软件，可方便地加工一般切削方法难以加工或无法加工的复杂零件，如冲模、凸轮、样板及外形复杂的精密零件等。（ 2）于采用直径不等的移动的细金属丝（铜丝或钼丝等）作工具电极，因而具备：线切割刀具简单，大大

4、简化生产准备工作；缝很窄，利于材料的利用，可加工有细小结构的零件；可不必考虑电极丝损耗对加工精度的影响（快走丝线切割，采用底损耗脉冲电源；慢走丝线切割，采用单向连续供丝，在加工区总是保持新线电极加工），因而加工精度高；靠锥度切割功能，有可能实现凸凹模一次加工成形；电极丝材料不必比工件材料硬，因此无论被加工零件的硬度如何，只要是导体或半导体的材料都能进行加工；零件无法从周边切入时，工件上需钻穿丝孔；切削力很小，可以忽略。（ 3）依靠数控系统的线径偏移补偿功能，使冲模加工的凹凸模间隙可以任意调节。5）采用四轴联动，可加工上、下面异型体，形状扭曲曲面体，变锥度和球形体等零件。（ 6）粗、中、精加工，

5、只需调整电参数即可，操作方便，自动化程（ 7）对象主要是平面形状，台阶盲孔型零件还无法进行加工。（ 8）采用乳化液或去离子水的工作液，不必担心发生火灾，可以昼夜无人连续工作。（ 9）切割加工的效率低，加工成本高，不适合形状简单的大批零件的加工。六学生巩固七作业线切割加工原理线切割机床组成课时3、 4教学内容：电加工的概念与发展以及应用；线切割机床的工艺参数；机床的种类和型号；二教学目的：了解线切割机床种类和特点；明确机床的工艺指标； 三教学重难点：机床的工艺指标四教学手段：讲解、举例五教学过程：（一）电加工电加工： 直接利用电能对金属材料按零件形状和尺寸要求加工成形的一种工艺方法。1、电加工的

6、产生、发展：产生于 1943 年原苏联科学院的拉扎林柯夫妇，在研究火花放电时，通过开关触点受到腐蚀损坏的现象，发现电火花瞬时高温可使局部的金属熔化，气化而被蚀除掉，因而开创和发明了电火花加工的方式，并用铜丝在淬火钢上加工出小孔，实现了软金属工具加工任何硬金属材料， 首次摆脱了传统的切削加工方式，直接利用电能和热能来去除金属，获得以“柔” “克” “刚”的效果。发展：由前苏联50 年代引入我国，60 年代末上海电表厂发明了我国独创的高速走丝线切割机床。2、电加工分类：（目前分类）电火花加工；电火花成形加工、电火花线切割加工、电化学加工；电解加工、电解磨加工、电解研磨、电铸、涂镀电子束加工；切割、

7、打孔、焊接离子束加工；蚀刻、镀覆、注入等离子弧加工；切割（喷镀）3、电加工的特点：、 加工过程中, 工具和工件之间不存在明显的机械切削力, 且在多数情况下 , 工具不与工件直接接触。、加工用的工具硬度可以低于工件材料的硬度。、工件材料可以是任何硬度的金属材料，还可以是磁性材料等。、加工的材料必须为金属导电体。（二）数控线切割机床的种类与型号种类根据电极丝的运行速度，数控线切割机床通常分为两大类：一类是快走丝数控线切割机床，这类机床的电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为8 12m/s,是我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的电火花线切割加工模式；另一类是慢走丝数控线切割机床，这类机床的电极丝作

8、低速单向运动，一般走丝速度为 2 m/min,是国外生产和使用的主要机种。它们在机床方面和加工工艺水平方面的比较如表所示2.型号（三）数控线切割加工的主要工艺指标切割速度表面粗糙度电极丝损耗量加工精度影响数控线切割加工工艺指标的主要因素电参数对线切割加工指标的影响 TOC o 1-5 h z （1）脉冲宽度ti（2）脉冲间隔to（3）开路电压ui（ 4）放电峰值电流i e放电波形（6）极性7）变频、进给速度非电参数对线切割加工指标的影响 （ 1）电极丝直径的影响 （ 2）电极丝走丝速度的影响 （ 3）工件厚度及材料的影响 （ 4）工作液的影响其他因素对线切割加工的影响机械部分的精度，例如导轨、

9、轴承、导轮等的磨损，传动误差等 都会对加工产生相当的影响。当导轮、轴承偏摆、工作液上下冲水不 均匀时，会使加工表面产生上下凹凸相间的条纹，恶化工艺指标六学生巩固 七作业 1. 电加工的应用 2. 工艺指标及影响因素课时5、 6教学内容：工件的装夹方法工件的找正方法电极丝的位置找正教学目的：了解和正确选择工件的装夹方法学会工件的找正方法熟练掌握电极丝起始位置的找正教学重难点工件装夹方法的选择电极丝位置找正教学手段讲授、操作练习、举例教学过程（一） 工 件的装夹方式对工件装夹的基本要求（ 1）工件的装夹基准面应清洁无毛刺，经过热处理的工件，在穿丝孔或凹模类工件扩孔的台阶处，要清理干净残渣及表面氧化

10、膜。2） 夹具精度要高。工件至少用两个侧面固定在夹具或工作台上。3）装夹工件的位置要有利于工件的找正，并能满足加工行程的需要，工作台移动时，不得与丝架相碰。（ 4）装夹工件的作用力要均匀，不得使工件变形或翘起。批量加工时最好采用专用夹具，以提高效率。（ 5）装夹困难的细小、精密、薄壁工件应固定在辅助工作台或不易变形的辅助夹具上。装夹方式（ 1）悬臂支撑方式（ 2）两端支撑方式（ 3）桥式支撑方式（ 4）板式支撑方式（ 5）复式支撑方式常用的线切割加工夹具1）压板夹具2）磁性夹具3）分度夹具（二）工件位置的校正调整1）拉表法2）划线法3）固定基面靠定法4）碰火花法电 极丝的位置校正1）目视法1）

11、观测基准面2）观测基准线2）火花3）自动找中心六学生操作练习七作业工件的装夹方电极丝位置的找正课时7、 8一教学内容：电火花数控线切割的编程种类；. 3B格式直线，斜线，圆弧手工编程的方法；二教学目的：.会运用3B格式编制直线，斜线和圆弧的程序；. 懂得基本的数学三角函数的运用；三教学难点和重点3B格式手工编程四教学手段讲解、实例练习五教学过程（一）线切割编程1. 基础知识（ 1） 、 什么叫程序编制事先将人们的意图用机器所能接受的语言编排好 , “命令”告诉控制台，这个工作叫程序编制。（2）、程序编制的方法有两种：、直角坐标编程的称为会语式编程（即手工编程）：这是通过手工 将零件图中的直线、

12、斜线、圆弧、按程序格式书写出来，然后输入控 制器进行加工。、电脑作图编程：只要将零件图形在电脑作好，输入补偿量程序就可以自动生成，直接控制机床加工2.线切割编程分电脑编程和手工编程，如今大部分都是采用电脑编程 的，但是手工编程是基础，是编写和修改程序的依据，因此必须掌握好。在学习电脑编程前首先学习手工编程，手工编程有3B, 4B, ISO（国际通用标准编程，也就是一般数控专业所学的 G代码编程，例如G01,G91等），EL等，目前国内使用比较多的是 3B格式的编程。（二）3B格式手工编程1、程序编制的格式：BXBYBJGZJ称为：3B格式）BXBYBJGZ分隔X坐分隔Y坐分隔计数计数加工符号标

13、值符号标值符号长度方向指令意义：B-一分隔符，它将X、Y、J的数值区分开。X X的坐标值。Y Y的坐标值。（X和Y的数值在程序中的单位为微米,1mm=1000um）计数长度。G 计数方向（分 G期口 GY TOC o 1-5 h z Z 加工指令（共有12种指令，线有4种，圆弧8种）2、编程步骤：、直线的编程步骤、将直线的切割起点作为原点，建立直角坐标系。、 X,Y 的值取直线终点相对于原点的坐标值（取绝对值）。、G值，根据直线的终点坐标值，谁大取谁，即当 XY时取GX反之取GY。、 J 值，计数方向轴上的实际尺寸，即直线的长度。、乙确定加工指令：直线的加工指令有 4种；与X轴平行往正方向 走

14、的为L1;往负方向走的为L3;与Y轴平行往正方向走的为L2;往 负方向走的为L4。、写出程序格式。举例：程序格式中所使用的单位为微米。（加工长度为10mm勺正方形）A-B:将坐标移到A点，直线是与X轴平行且往正方向走，所以程序格式书写为：B10000B10000B10000GXL1B-C:将坐标移到B点，直线是与Y轴平行且往正方向走，所以程序格式书写为：B10000B10000B10000GYL2C-D:将坐标移到C点，直线是与X轴平行且往负方向走，所以程序格式书写为：B10000B10000B10000GXL3D-A:将坐标移到D点，直线是与Y轴平行且往负方向走，所以程序格式书写为：B100

15、00B10000B10000GYL4延 伸 知 识 ： 直 线 的 程 序 是 可 以 简 写 的 ， 例 如 A-BB10000B10000B10000GXL1可以简写为BBB10000GXL1要注意的是，只有直线的程序是可以简写的，斜线和圆弧是不可以简写的。、斜线的编程步骤、将斜线的切割起点作为原点，建立直角坐标系。、X,Y的值取斜线线终点相对于原点的坐标值（取绝对值）。、G值，根据斜线的终点坐标值，谁大取谁，即当 XY时取GX反之取GY当坐标值X=Y时，45、225 时取GY 135、315 时取GX或可任意取向。、J值，G值确定以后J就是斜线在G方向轴上的投影长度。、 Z, 斜线的加工

16、指令有4 种； 根据斜线在直角坐标四个不同象限而分别为L1 （第一象限）、L2 （第二象限）、L3 （第三象限）、L4 （第四象限） 。、写出程序格式举例：（图为10X20的长方形）A-B:将坐标移到A点，求出B点坐标值。X=20cos30 =Y=20Sin30 =10因为：XY所以GX计X, J=17321,斜线处在第四象限为L2。程序格式为：B17321B10000B17321GXL2B-C:将坐标移到B点，求出C点坐标值。X=10cos60 =5Y=10Sin60 =因为：XY所以GY计Y, J=8660,斜线处在第一象限为L1。程序格式为：B5000B8660B8660GYL1同理：C

17、-D 的程序格式为：B17321B10000B17321GXL4D-A 的程序格式为：B5000B8660B8660GYL3、圆弧的编程步骤、将圆弧的圆心设为坐标原点，建立直角坐标系。、X、Y值取圆弧起点相对于原点的坐标值（取绝对值）。、G值，根据圆弧的终点坐标，谁小取谁，若 XY则取GX反之GY当终点坐标值 X=Y时，45 135取GX + 45 -45 取GY 或者任意取。、J值，当G值确定后J就是不同象限各部分的圆弧在 G方向轴上 的投影长度总和。、 Z, 圆弧的加工指令，有8 种，顺圆4种，逆圆4种，根据圆弧起 点所在象限以及旋转方向确定。如图所示：第一象限第二象限第三象限第四象限顺圆

18、 SR1 SR2 SR3 SR4逆圆 NR1 NR2 NR3 NR4、写出程序格式举例：如图，要加工一段圆弧，首先将直角坐标移到圆弧的圆心处，找出起点坐标值。如果加工路线是从 A点到B点，那么A (5, 0), B (0, 5),终点坐标值XY, GY计Y。J=Y1+Y2+Y3=5000+5000+5000=1500。 0( J 值计算如图)加工路线是逆时针方向。起点 B处于第二象限。所以：程序格式书写为：B0B5000B15000GYNR2六学生练习七.作业编写上图3B程序课时9、10一.教学内容：.电火花数控线切割的编程种类；. ISO格式直线，斜线，圆弧手工编程的方法；二.教学目的：.会

19、运用ISO格式编制直线，斜线和圆弧的程序;.懂得基本的数学三角函数的运用；三.教学难点和重点ISO格式手工编程四.教学手段 讲解、实例练习五.教学过程（一）ISO代码数控程序编制ISO代码为国际标准化机构制定的用于数控的一种标准代码，与数控车、数控铳ISO代码一致，采用8单位补编码。.程序格式一个完整的程序由程序名、程序段和程序结束指令组成。其格式如下:运动坐标方式坐标系补偿M代镜像锥度坐标其他指令指令指令指令码指令指令指令指令. ISO代码及编程我国快速走丝数控电火花切割机床常用的ISO代码与国际上使用的标准代码基本一致，但也存在不同之处下面讨论一些与数控车、铳编程指令有所不同的指令。G50

20、 G54G52锥度加工指令 此方法可加工带锥度工件，例如模具中的凹模漏料孔加工，如图 6-30所示。G51-一锥度左偏指令；G52-一锥度右偏指令；G50取消锥度指令。程序段格式：G51 AG52 A6-30所示。G50 （单列一段）在进行锥度加工时，还需输入工件及工作台参数，如图困6-10凹4生坦加T；【例题6-4】编制图6-30所示凹模的数控线切割程序。已知电极丝直径为。，单边放电间隙为，刃口斜度 A=o,工件厚度为H=15m m下导轮中心到工作台面的距离 W=60m，m工作台面到上导轮中心的高度 S=100mm计算偏移量：编写的数控加工程序：。G54 G55 G56 G57 G58 G5

21、9当工件上有多个型孔需加工，为使尺寸计算简单，可将每个型孔上便于编程的某一点设为其加工坐标系原点，建立其自有的加工坐标系。程序段格式：G54(单列一段)其余五个加工坐标系设定指令的格式与 G54相同（ 3）手动操作指令G80、 G82、 G84 其具体格式如下：（4） M是系统的辅助功能指令（二）程序编制步骤（ 1）根据相应的装夹情况和切割方向，确定相应的计算坐标系。为了简化计算，尽量选取图形的对称轴线为坐标轴。（2）按选定的电极丝半径r、放电间隙S,计算电极丝中心相对工件轮廓的偏移量D。（3）采用3B格式编程，将电极丝中心轨迹分割成平滑的直线和单一的圆弧，计算出各段轨迹交点的坐标值；采用4B

22、或ISO格式编程，将需切割的工件轮廓分割成平滑的直线和单一的圆弧，按轮廓平均尺寸计算出各线段交点的坐标值。（ 4）根据电极丝中心轨迹（或轮廓）各交点坐标值及各线段的加工顺序，逐段编制程序。（ 5）程序检验（三）例题ISO格式切割程序单如下：H000=+00000000 H001=+0000011；0H005=+00000000； T84 T86 G54 G90 G92X+0Y+0U+0V+；0C007；G01X+100Y+； 0 +H005；G41H00；0C007；G41H000G01X+1100Y+0+H005 G41H001G03X-1100Y+0I-1100J+0; +H005X+11

23、00Y+0I+1100J+Q +H005G40H000G01X+100Y+0M0Q握线切割加工工艺的特点、取件位置及切割路线2.懂得线切割机床的基本操作和工件的加工流程三.教学重难点线切割加工工艺的特点、取件位置及切割路线四.教学手段讲解、举例分析五.教学过程（一）数控线切割中的工艺处理数控电火花线切割加工，一般是作为工件尤其是模具加工中的 最后工序。要达到加工零件的精度及表面粗糙度要求，应合理控制线 切割加工时的各种工艺参数（电参数、切割速度、工件装夹等），同时应安排好零件的工艺路线及线切割加工前的准备加工。有关模具加 工的线切割加工工艺准备和工艺过程，如图所示。_道定切软计算儡移阳总，1蝙

24、制程序*分析零件密祥制定工艺路线机械及工基泡面股 模型乱漏 粗邰处螺钉孔销灯孔.+岸火0火.零件图工艺分析）.凹角、尖角和窄缝宽度的尺寸分析对于形状复杂的精密冲模，在凸凹模设计图样上应注明拐角处的过渡圆弧半径R。加工凹角时：R凹角Ad/2+S;加工尖角时：R尖角二R凹角-= d/2+ S-A, 为凸、凹模配合间隙。同理，加工窄缝 时，H窄缝宽度A d+8 X 2。) . 表面粗糙度和加工精度分析线切割加工表面是由无数的小坑和凸起组成的，粗细较均匀，特别有利于保存润滑油，而机械加工表面则存在切削或磨削刀痕并具有方向性。在相同表面粗糙度的情况下，其耐磨性比机械加工的表面好。因此，采用线切割加工时，

25、工件表面粗糙度的要求可以较机械加工法减低半级到一级。此外，如果线切割加工的表面粗糙度等级提高一级，则切割速度将大幅度下降。所以，图纸中要合理给定表面粗糙度。线切割加工所能达到的最好粗糙度是有限的，若无特殊需要，对表面粗糙度的要求不能太高。同样， 加工精度的给定也要合理，目前，绝大多数数控线切割机床的脉冲当量一般为每步，由于工作台传动精度所限，加上走丝系统和其他方面的影响，切割加工精度一般为6 级左右，如果加工精度要求很高，是难于实现的。2、偏移量的确定3、取件位置、切割路线及起点的选择1)取件位置的选择在切割热处理性能较差的材料时，工件应取自坯件的里侧，减少工件变形。2） 切割路线及起点的选择

26、在加工中，工件内部残余应力的相对平衡受到破坏后，会引起工件变形，所以在选择切割路线时，须注意以下方面。1）应将工件与其夹持部分分割的部分安排在切割路线的末端2）切割路线应从坯件预制的穿丝孔开始，由外向内顺序切割3）两次切割法切割孔类零件，为减少变形，采用两次切割，4）在一块毛坯上要切出两个以上零件时，不应连续一次切割出来，而应从该毛坯的不同预制穿丝孔开始加工，。5）加工的路线，距离端面（侧面）应大于5mm。）电极丝初始位置的确定线切割加工前，应将电极丝调整到切割的起始位置上，可通过对穿丝孔来实现。穿丝孔位置的确定，有如下原则：当切割凸模需要设置穿丝孔时，其位置可选在加工轨迹的拐角附近，以简化编

27、程。切割凹模等零件的内表面时，将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。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重新穿丝，切入断丝点。4、编程尺寸计算线切割加工时，为了获得所要求的加工尺寸，电极丝和加工图形之间必须保持一定的距离，编程时首先要求出电极丝中心轨迹与加工图形之间的垂直距离 R （间隙补偿距离），并将电极丝中心轨迹分割成单一的直线或圆弧段，求出各线段的交点坐标后，逐步进行编程。具体步骤如下：（ 1）设置加工坐标系根据

28、工件的装夹情况和切割方向，确定加工坐标系。为简化计算，应尽量选取图形的对称轴线为坐标轴。（ 2）补偿计算按选定的电极丝半径r,放电间隙5和凸、凹模的单面配合间 隙Z/2,则加工凹模的补偿距离AR i=r+S,加工凸模的补偿距离 R2=r + S -Z/2,（ 3） 将电极丝中心轨迹分割成平滑的直线和单一的圆弧线，按型孔或凸模的平均尺寸计算出各线段交点的坐标值。5、零件定位方式的确定与夹具选择6、辅助程序六学生巩固七作业制定下图的加工工艺课时15、 16一教学内容综合应用实例精解二教学目的通过实例，综合应用指令，并锻炼全面考虑加工工艺的能力。三教学重难点工艺方案、加工路线四教学手段讨论、探究（现

29、场教学）教具引用五教学过程（一）教学设计1 确立题目；2帮助学生全面分析工艺问题；3共同编程；4加工，并观察效果；5分析存在的问题。（二）主要内容：加工如图所示的工件，根据图纸要求的尺寸，试编制ISO 程序，以及写出加工的工艺和步骤。1、准备工作根据图纸分析，要求加工的工件为低压骨架下型腔(图中的顶杆孔未画出)，而且是一模两穴。工件的材料为模具材料，并且在线切割加工之前进行热处理，硬度达到 5258HRC材料准备在切割加工前，型腔的外形加工结束并保证尺寸精度和位置精度。考虑到工件在加工前淬火，所以穿丝孔应在未热处理前预制，可用4的钻头完成；如有条件可在热处理完成后在电火花穿孔机上完成。(小的顶杆孔只能在电火花穿孔机上加工)。工件装夹和调整采用桥式支撑装夹方式，压板夹具固定。在装夹时，两块垫铁各自斜放，使工件和垫铁留有间隙，方便电极丝位置的确定。用百分表找正调整工件，使工件的底平面和工作台平行，工件的直角侧面和工作台 X、Y互相平行。上丝、紧丝和调垂直度电极丝的松紧适宜，用火花法调整电极丝的垂直度，即电极丝与工件的底平面(装夹面)垂直电极丝位置的调整为了保证工件内形相对于外形的位置精度和下型腔的装配精度，我们必须使电极丝的起始切割点位于下型腔的中心位置。电极丝位置的调整采用火花四面找正。2、IS