第一节数控线切割加工原理特点及应用

第一节数控线切割加工原理特点及应用第1页，共60页，2023年，2月20日，星期三第一节数控线切割加工原理、特点及应用一、数控线切割加工原理线切割加工技术是线电极电火花加工技术，是电火花加工技术中的一种，简称线切割加工，也是利用工具电极对工件进行脉冲放电时产生的电腐蚀现象来进行加工的。电火花线切割加工是用运动着的金属丝做电极，利用电极丝和工件在水平面内的相对运动来切割出各种形状的工件。若电极丝相对工件进行有规律的倾斜运动，还可加工出带锥度的工件。第2页，共60页，2023年，2月20日，星期三数控线切割的加工原理1—工作台2—夹具3—工件4—脉冲电源5—电极丝6—导轮7—丝架8—工作液箱9—储丝筒第3页，共60页，2023年，2月20日，星期三二、数控线切割加工特点（1）加工对象不受硬度的限制，可用于一般切削方法难以加工或者无法加工的金属材料和半导体材料，特别适合淬火工具钢、硬质合金等高硬度材料的加工；但无法加工非金属导电材料。（2）能加工细小、形状复杂的工件。由于电极丝直径最小可达0.01mm，所以能加工出窄缝、锐角（小圆角半径）等细微结构。（3）加工精度较高。由于电极丝是不断移动的，所以电极丝的磨损很小，目前电火花加工精度已经能达到μm级，表面粗糙度可达Ra0.05μm，完全可以满足一般精密零件的加工要求。第4页，共60页，2023年，2月20日，星期三（4）用户不需要制造电极，节约了电极制造时间和电极材料，减低了加工成本。（5）工作液选用乳化液或去离子水等，而不是煤油，可节约能源物资，防止着火。（6）一般采用精规准一次加工成形，在加工中大都不需要转换加工规准。（7）工件材料被蚀除的量很少，这不仅有助于提高加工速度，而且加工下来的材料还可以再利用。（8）便于实现自动化，采用数控技术、只要编好程序，就能自动加工，操作方便、加工周期短，成本低，较安全。第5页，共60页，2023年，2月20日，星期三三、数控线切割的应用（1）加工模具。（2）加工电火花成形加工用的电极。（3）加工零件。（4）稀有、贵重、超硬金属材料的加工。第6页，共60页，2023年，2月20日，星期三常见数控线切割加工的零件a）各种形状及键槽b）齿轮内外齿形c）窄长冲模d）斜直纹表面曲面体e）各种平面图案第7页，共60页，2023年，2月20日，星期三第二节影响数控线切割加工工艺指标的主要因素一、线切割加工的技术指标切割速度表面粗糙度加工精度技术指标第8页，共60页，2023年，2月20日，星期三二、影响线切割工艺指标的主要因素脉冲参数电极丝及其移动速度进给速度影响技术指标的因素工件材料及其厚度工作液第9页，共60页，2023年，2月20日，星期三第三节数控线切割加工工艺的制订

一、零件图的工艺分析不适合或不能使用电火花线切割加工的工件，有如下几种：1）表面粗糙度和尺寸精度要求很高，切割后无法进行手工研磨的工件；2）窄缝小于电极丝直径加放电间隙的工件，或图形内拐角处不允许带有电极丝半径加放电间隙所形成的圆角的工件；3）非导电材料；4）厚度超过丝架跨距的零件；5）加工长度超过x，y拖板行程长度，且精度要求较高的工件；第10页，共60页，2023年，2月20日，星期三二、工艺准备（一）合理地确定切割路线正确的切割路线能减少工件变形，容易保证加工精度。为避免材料内部组织和内应力对加工精度的影响，除了考虑工件的坯料中取出位置外，还必须合理选择程序的走向和起点。如图所示。加工程序引入点为A，起点为a，则走向可有：①A-a-b-c-d-e-f-a-A②A-a-f-e-d-c-b-a-A如选②走向，则在切割过程中，工件悬留在被切缝af切开后易变形的部分，会带来较大误差。如选①走向，就可减少或避免这种影响。如加工程序引入点为B点，起点为d，这时无论选哪种走向，其切割精度都会受到材料变形的影响。程序起点对加工精度的影响第11页，共60页，2023年，2月20日，星期三（二）工件毛坯的准备毛坯的准备工序是指凸模或凹模在线切割加工之前的全部加工工序。1．凹模的准备工序1）下料—用锯床切断所需材料。2）锻造—改善内部组织，并锻成所需的形状。3）退火—消除锻造内应力，改善加工性能。4）刨（铣）—刨六面，并留磨削余量0.4～0.6mm。5）磨—磨出上下平面及相邻两侧面,对角尺。6）划线—划出刃口轮廓线和孔(螺孔、销孔、穿丝孔等)的位置。7）加工型孔部分—当凹模较大时，为减少线切割加工量，需将型孔漏料部分铣（车）出，只切割刃口高度；对淬透性差的材料，可将型孔的部分材料去除，留3～5mm切割余量。8）孔加工—加工螺孔、销孔、穿丝孔等。9）淬火—达设计要求。10）磨—磨削上下平面及相邻两侧面，对角尺。11）退磁处理第12页，共60页，2023年，2月20日，星期三2．凸模的准备工序凸模的准备工序，可根据凸模的结构特点，参照凹模的准备工序，将其中不需要的工序去掉即可。但应注意以下几点：1）为便于加工和装夹，一般都将毛坯锻造成平行六面体。对尺寸、形状相同，断面尺寸较小的凸模，可将几个凸模制成一个毛坯。2）凸模的切割轮廓线与毛坯侧面之间应留足够的切割余量（一般不小于5mm）。毛坯上还要留出装夹部位。3）在有些情况下，为防止切割时模坯产生变形，要在模坯上加工出穿丝孔。切割的引入程序从穿丝孔开始。

第13页，共60页，2023年，2月20日，星期三（三）穿丝孔和电极丝切入位置的选择切入位置的选择a）凹模b）凸模第14页，共60页，2023年，2月20日，星期三（四）电极丝位置的调整线切割加工之前，应将电极丝调整到切割的起始坐标位置上，其调整方法有以下几种：1．目测法目测法调整电极丝位置利用穿丝处划出的十字基准线，分别沿划线方向观察电极丝与基准线的相对位置，根据两者的偏离情况移动工作台，当电极丝中心分别与纵横方向基准线重合时，工作台纵、横方向上的读数就确定了电极丝中心的位置。第15页，共60页，2023年，2月20日，星期三2.火花法火花法调整电极丝位置移动工作台使工件的基准面逐渐靠近电极丝，在出现火花的瞬时，记下工作台的相应坐标值，再根据放电间隙推算电极丝中心的坐标。此法简单易行，但往往因电极丝靠近基准面时产生的放电间隙，与正常切割条件下的放电间隙不完全相同而产生误差。第16页，共60页，2023年，2月20日，星期三3．自动找中心就是让电极丝在工件孔的中心自动定位。此法是根据线电极与工件的短路信号，来确定电极丝的中心位置。数控功能较强的线切割机床常用这种方法。自动找中心第17页，共60页，2023年，2月20日，星期三三、零件的装夹和位置校正（一）工件的装夹1．悬臂式装夹悬臂式装夹装夹简单方便，通用性强。但由于工件平面难与工作平台找平，工件悬伸端易受力挠曲，易出现切割出的侧面与工件上、下平面间的垂直度误差。通常只在工件加工要求低或悬臂部分短的情况下使用。第18页，共60页，2023年，2月20日，星期三2．两端支撑方式装夹两端支撑方式装夹工件两端固定在两相对工作台面上，装夹简单方便，支撑稳定，定位精度高。但要求工件长度大于两工作台面的距离，不适合装夹小型工件，且工件刚性要好，中间悬空部不会产生挠曲。第19页，共60页，2023年，2月20日，星期三3．桥式支撑方式装夹桥式去撑方式装夹在通用夹具上放置垫铁后，先在两端支撑的工作台面上架上两根支撑垫铁，再在垫铁上安装工件，垫铁的侧面也可做定位面使用。方便灵活，通用性强，对大、中、小型工件都适用。第20页，共60页，2023年，2月20日，星期三4．板式支撑方式装夹根据常规工件的形状和尺寸大小，制成带各种矩形或圆形孔的平板作为辅助工作台，将工件安装在支撑板上。装夹精度高，适用于批量生产各种小型和异型工件。但无论切割型孔还是外形都需要穿丝，通用性也较差。板式支撑方式装夹第21页，共60页，2023年，2月20日，星期三5．复式支撑方式在工作台面上装夹专用夹具并校正好位置，再将工件装夹于其中。对于批量加工可大大缩短装夹和校正时间，提高效率。复式支撑方式第22页，共60页，2023年，2月20日，星期三（二）工件的调整1．用百分表找正用磁力表架将百分表固定在丝架或其它位置上，百分表的测量头与工件基面接触，往复移动工作台，按百分表指示值调整工件的位置，直至百分表指针的偏摆范围达到所要求的数值。找正应在相互垂直的三个方向上进行。用百分表找正第23页，共60页，2023年，2月20日，星期三2．划线法找正工件的切割图形与定位基准之间的相互位置精度要求不高时，可采用划线法找正，如图所示。利用固定在丝架上的划针对准工件上划出的基准线，往复移动工作台，目测划针、基准间的偏离情况，将工件调整到正确位置。划线法找正第24页，共60页，2023年，2月20日，星期三四、加工参数的选择（一）脉冲参数的选择脉冲电源的波形及参数的影响是相当大的，如矩形波脉冲电源的参数主要有电压、电流、脉冲宽度、脉冲间隔等。所以根据不同的加工对象选择合理的电参数是非常重要的。应用脉冲宽度ti/S电流峰值Ie/A脉冲间隔t0/S空载电压/V快速切割或加大厚度工件Ra>2.5m20～40大于12为实现稳定加工,一般选择t0/ti=3～4以上一般为70～90半精加工Ra=1.25～2.5m6～206～12精加工Ra<1.25m2～64.8以下快速走丝线切割加工脉冲参数的选择第25页，共60页，2023年，2月20日，星期三（二）电极丝的选择常用电极丝有钼丝、钨丝、黄铜丝和包芯丝等。钨丝抗拉强度高，直径在0.03～0.1mm范围内，一般用于各种窄缝的精加工，但价格昂贵。黄铜丝适合于慢速加工，加工表面粗糙度和平直度较好，蚀屑附着少，但抗拉强度差，损耗大，直径在0.1～0.3mm范围内，一般用于慢速单向走丝加工。钼丝抗拉强度高，适于快速走丝加工，所以我国快速走丝机床大都选用钼丝作电极丝，直径在0.08～0.2mm范围内。电极丝直径的选择应该根据切缝宽窄、工件厚度和拐角大小来选择。加工带尖角、窄缝的小型模具零件宜选择较细的电极丝；若加工大厚度工件或大电流切割时应选择较粗的电极丝。第26页，共60页，2023年，2月20日，星期三（三）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，加工时必须正确选配。常用的工作液主要有乳化液和去离子水。

（1）慢速走丝线切割加工，目前普遍使用去离子水。为了提高切割速度，在加工时还要加进有利于提高切割速度的导电液，以增加工作液的电阻率。加工淬火钢，使电阻率在2×104Ω.cm左右；加工硬质合金电阻率在30×104Ω.cm左右。

（2）对于快速走丝线切割加工,目前最常用的是乳化液，乳化液是由乳化油和工作介质配制(浓度为5﹪～10﹪)而成的。工作介质可用自来水，也可用蒸馏水、高纯水和磁化水。（3）对加工表面粗糙度和精度要求比较高的工件，配比可适当浓些，使加工表面均匀。（4）对要求切割速度快或大厚度工件，配比可淡点，这样加工比较稳定，且不易断丝。（5）工作液用蒸馏水配制，对材料Cr12的工件，配比淡点，可减轻工件表面的条纹，使工件表面均匀。第27页，共60页，2023年，2月20日，星期三第四节

数控线切割的程序编制一、数控线切割加工编程基础（一）坐标系的建立数控线切割机床坐标系面向机床正面，横向为X方向，且丝向右运行为X+方向，向左运行为X-方向；纵向为Y方向，且丝向外运行为Y-方向，向内运行为Y+方向。第28页，共60页，2023年，2月20日，星期三（二）间隙补偿量的计算丝切割加工时，控制台所控制的是电极丝中心的移动轨迹，同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，如图所示。图中双点划线表示电极丝中心的轨迹，实线表示型孔或凸模轮廓。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，这样才能加工出合格零件。如果采用的数控线切割机床具有补偿功能，可通过G41、G42指令实现间隙补偿，但需要知道间隙补偿量。电极丝中心轨迹a）凹模b）凸模第29页，共60页，2023年，2月20日，星期三1．正负符号的判定间隙补偿量的正负，可根据在电极丝中心轨迹图形中圆弧半径及直线段法线长度的变化情况来确定，±△R对圆弧是用于修正圆弧的半径，对于直线段是用于修正其法线长度。对于圆弧，当考虑电极丝中心轨迹后，若圆弧半径比原图形半径增大时取正，减小时取负；对于直线段，当考虑电极丝中心轨迹后，使该直线段的法线长度增加时取正，减小时取负。2．间隙补偿量的计算一般情况，应考虑电极丝半径r、电极丝和工件之间放电间隙δ来计算电极丝中心的间隙补偿量△R＝r＋δ。第30页，共60页，2023年，2月20日，星期三二、ISO格式程序编制（一）坐标方式指令G90为绝对坐标指令。该指令表示程序段中的编程尺寸是按绝对坐标给定的。G91为增量坐标指令。该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。第31页，共60页，2023年，2月20日，星期三（二）坐标系指令1．工件坐标系设置指令G92G92工件坐标系设置指令是指将加工时工件坐标系原点设定在距电极丝中心现在位置一定距离处，也就是以当前电极丝中心在将要建立的坐标系的坐标值来定义工件坐标系。只设定程序原点，电极丝仍在原来位置，并不产生运动。编程格式：G92X＿Y＿；例如：G92X20Y40；指令G92第32页，共60页，2023年，2月20日，星期三2．工件坐标系选择指令G54～G59通过G54～G59，给出工件坐标系原点在机床坐标系的位置，也就是，确定了机床坐标系和工件坐标系的相互位置关系。通过操作面板，将工件坐标系原点的值输入规定的存储单元，程序通过选择相应的G54～G59指令激活此值，从而建立工件坐标系。第33页，共60页，2023年，2月20日，星期三（三）运动指令1．G00快速定位指令在线切割机床不放电的情况下，使指定的某轴以快速移动到指定位置。编程格式：G00X＿Y＿；例如：G00X60Y80；快速定位第34页，共60页，2023年，2月20日，星期三2．G01直线插补指令用于线切割机床在各个坐标平面内加工任意斜率的直线轮廓和用直线逼近曲线轮廓。编程格式：G01X＿Y＿；

例如：G01X80Y60；直线插补第35页，共60页，2023年，2月20日，星期三3．G02、G03圆弧插补指令用于线切割机床在坐标平面内加工圆弧。G02-顺时针加工圆弧的插补指令，G03-逆时针加工圆弧的插补指令。编程格式：G02X＿Y＿I＿J＿；或G03X＿Y＿I＿J＿；其中，X、Y──表示圆弧终点坐标；I、J──表示圆心坐标，指圆心相对圆弧起点的增量值，I是X方向坐标值，J是Y方向坐标值。例如图所示，加工程序为：N01G92X10Y10；N02G02X30Y30I20J0；N03G03X45Y15I15J0；第36页，共60页，2023年，2月20日，星期三4．举例1）用绝对坐标G90编程N01G92X0Y0；N02G90G01X10Y0；N03G01X10Y20；N04G02X40Y20I15J0；N05G01X40Y0；N06G01X0Y0；N07M02；2）用增量坐标G91编程：N01G92X0Y0；N02G91；N03G01X10Y0；N04G01X0Y20；N05G02X30Y0I15J0；N06G01X0Y-20；N07G01X-40Y0；N08M02；第37页，共60页，2023年，2月20日，星期三（四）补偿指令电极丝补偿功能是指电极丝在编程轨迹上进行一个间隙补偿量的偏移。1．左偏补偿指令G41、右偏补偿指令G42顺着电极丝加工路线来看，若电极丝在工件的左边为G41；若电极丝在工件的右边为G42编程格式：G41D＿；G42D＿；2．取消间隙补偿指令G40编程格式：G40（单独一个程序段）；凸模加工间隙补偿指令的确定a）G41加工b）G42加工凹模加工间隙补偿指令的确定a）G41加工b）G42加工第38页，共60页，2023年，2月20日，星期三（五）M代码M为系统辅助功能指令，常用M功能指令如下：M00—程序暂停；M02—程序结束；M05—接触感知解除；M96—主程序调用子程序；M97—主程序调用子程序结束；第39页，共60页，2023年，2月20日，星期三1．确定计算坐标系建立如图所示坐标系，以孔的圆心为坐标原点。由于图形对称于X轴，所以只需求出X轴上半部（或下半部）钼丝中心轨迹上各段的交点坐标值，从而使计算过程简化。2．确定间隙补偿量间隙补偿量为：ΔR=(0.1/2+0.01)mm=0.06mm电极丝中心轨迹，如凸凹模编程示意图中双点划线所示。（六）数控电火花线切割加工综合应用凸凹模凸凹模编程示意图第40页，共60页，2023年，2月20日，星期三

3．计算交点坐标因为ISO格式编程时，具有间隙补偿功能，可按照工件的实际尺寸进行编程，因此只要计算出工件的几何交点坐标值即可。4．确定加工顺序切割凸凹模时，不仅要切割外表面，而且还要切割内表面，因此要在凸凹模型孔的中心O处钻穿丝孔。先切割型孔，然后再按B→C→D→E→F→G→H→I→K→A→B的顺序切割。第41页，共60页，2023年，2月20日，星期三5．编写程序单%MOJUN01G54G90G92X0Y0；N02G41D60；N03G01X100Y0；N04G01X1100Y0；N05G03X-1100Y0I-1100J0；N06G03X1100Y0I1100J0；N07G40；N08G01X1Y0；N09M00；取废料N10G01X0Y0；N11M00；拆丝N12M05G00X-30；空走N13M05G00Y-27.5；N14M00；穿丝N15G54G90G92X-2500Y-2000；N16G42D60；N17G01X-2801Y-2012；N18G01X-3800Y-2050；N19X-3800Y-750；N20X-3000Y-750；N21G02X-1526Y-1399I0J-2000；N22G03X-1526Y1399I1526J1399；N23G02X-3000Y750I-1474J1351；N24G01X-3800Y750；N25G01X-3800Y2050；N26G01X-6900Y2050；N27G01X-6900Y-2050；N28G01X-3800Y-2050；N29G40；N30G01X-2801Y-2012；N31G01X-2500Y-2000；N32M02；程序结束第42页，共60页，2023年，2月20日，星期三三、3B格式程序编制（一）分隔符号B在程序中起着将X、Y和J数值分隔开的作用，以免混淆。（二）终点坐标值（X、Y）X、Y为终点坐标值，一般规定只输入坐标的绝对值，其单位为μm，μm以下应四舍五入。加工圆弧时，程序中的X、Y坐标必须是圆弧起点相对于圆弧圆心的坐标值。加工斜线时，程序中的X、Y坐标必须是该斜线终点相对直线起点的坐标值。斜线程序段中允许将X和Y的值按相同的比例放大或缩小，只要其比值保持不变。对于平行于X轴或Y轴的直线，即当X或Y为零时，X或Y值均可不写，但分隔符号必须保留。BXBYBJGZ分隔符号X坐标值分隔符号Y坐标值分隔符号计数长度计数方向加工指令第43页，共60页，2023年，2月20日，星期三（三）计数方向G1．加工直线加工直线时，必须用进给距离比较长的一个方向作为计数方向，进行进给长度控制。|Ye|>|Xe|时，取Gy；|Xe|>|Ye|时，取Gx；|Xe|=|Ye|时，取Gx或Gy均可。斜线的计数方向第44页，共60页，2023年，2月20日，星期三2．加工圆弧圆弧计数方向的选取，应看圆弧的终点的情况而定，从理论上讲，应该是当加工圆弧达到终点时，走最后一步的是哪个坐标，就应选此坐标作为计数方向。实际加工中，将45°线作为分界线，当圆弧终点坐标为（Xe，Ye）时，若|Xe|>|Ye|时，取Gy；|Ye|>|Xe|时，取Gx；|Xe|=|Ye|时，取Gx或Gy均可。圆弧的计数方向第45页，共60页，2023年，2月20日，星期三（四）计数长度J当计数方向确定后，计数长度J是指被加工图形在计数方向坐标轴上的投影长度（即绝对值）的总和，以μm为单位。1．对于斜线加工图所示斜线OA，其终点为A（Xe,Ye），且Ye>Xe，因为|Ye|>|Xe|，OA斜线与X轴夹角大于45°时，计数方向取Gy，斜线OA在Y轴上的投影长度为Ye，故J=Ye斜线的G和J第46页，共60页，2023年，2月20日，星期三2．跨两象限的圆弧加工图所示圆弧，加工起点A在第四象限，终点B(Xe,Ye)在第一象限，因为加工终点靠近Y轴，|Ye|>|Xe|，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。跨两象限的圆弧的G和J第47页，共60页，2023年，2月20日，星期三加工如图所示圆弧，加工终点B(Xe,Ye)，因加工终点B靠近X轴，|Xe|>|Ye|，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。3．跨多个象限圆弧跨多个象限圆弧的G和J第48页，共60页，2023年，2月20日，星期三（五）加工指令Z1.直线段加工指令a）直线加工指令b）坐标轴上直线加工指令第49页，共60页，2023年，2月20日，星期三2.圆弧加工指令c）顺时针圆弧指令d）逆时针圆弧指令第50页，共60页，2023年，2月20日，星期三（六）应用举例例7-1加工如图所示斜线OA，终点A的坐标为Xe=17mm，Ye=5mm，写出加工程序。其程序为：B17000B5000B17000GxL1在斜线段的程序中X和Y值可按比例缩小同样倍数，故程序可写为：B17B5B17000GxL1第51页，共60页，2023年，2月20日，星期三例7-2加工图中所示直线，其长度为21.5mm，写出其程序。在与坐标轴重合的程序中，X或Y的数值即使不为零，也不必写出。因此，相应的程序为：BBB021500GyL2第52页，共60页，2023年，2月20日，星期三例7-3加工如图示圆弧，加工起点的坐标为A(-5,0),试编制程序。

其程序为：B5000BB010000GySR2第53页，共60页，2023年，2月20日，星期三例7-4加工图示的1/4圆弧，加工起点A（0.707,0.707），终点为B(-0.707,0.707)，试编制程序。相应的程序为：B707B707B001414GxNR1由于终点恰好在45°线上，故也可取Gy，则B707B707B000586GyNR1第54页，共60页，2023年，2月20日，星期三例7-5加工如图所示圆弧，加工起点为A（-2，9），终点为B（9，-2），编制加工程序。圆弧半径：R=μm=9220μm计数长度：JYAC=9000μmJYCD=9220