第3章 电火花线切割.ppt

1、3. 电火花线切割加工（Wire Cut Electrical Discharge Machining),线切割加工的基本原理 线切割加工的机理 线切割加工的分类、设备 影响线切割加工艺指标的因素 线切割加工工艺及应用 线切割控制系统和编程技术 线切割加工新技术,3.1 电火花线切割加工原理,电极丝与工件之间脉冲放电（正极性加工） 电极丝沿其轴向作走丝运动（金属丝0.0060.2mm） 工件相对于电极丝在X、Y平面内作数控运动 快走丝：走丝速度 810m/s，往复运动（我国独创） 慢走丝：走丝速度 0.2 m/s，单向运动,电火花线切割加工原理,3.2 线切割加工机理,放电间隙的构成,一次放电

2、的微观过程,第一步：形成放电通道,一次放电的微观过程,第二步：电弧成长、金属熔解、气化,一次放电的微观过程,第三步：爆炸、电极材料抛出,一次放电的微观过程,第四步：冷却、排屑、极间消电离,3.3 线切割加工的分类、设备,3.3.1 线切割加工的分类： 按电极丝的运行速度： 高速走丝电火花线切割机床（810m/s） 低速走丝电火花线切割机床（ 0.2 m/s） 按机床控制方式： 靠模仿型控制 光电跟踪控制 数字程序控制（95%以上） 按加工尺寸范围： 大、中、小型,3.3.2 线切割加工设备的组成,脉冲电源 控制系统 工作液循环系统 机床本体 坐标工作台 走丝机构 丝架 床身,快走丝线切割加工设

3、备组成,快走丝线切割加工设备,快走丝线切割加工设备,苏州兰博高科技企业集团（DK7725）,慢走丝线切割加工设备组成,慢走丝线切割加工设备,慢走丝线切割加工设备,两种切割机床的区别,两种切割机床加工工艺水平比较,快走丝切割机床运丝机构,一定长度的电极丝平整地卷绕在储丝筒上，丝张力与排绕时的拉紧力有关，走丝速度等于储丝筒周边的线速度，通常为810m/s。,慢走丝切割机床运丝机构,快走丝切割机床锥度切割装置,快走丝切割机床锥度切割装置,偏移式丝架 最大切割锥度5度。,慢走丝切割机床锥度切割装置,线切割用脉冲电源,为什么采用正极性加工？ 电极丝细，WM不能过大，即：电流小（15A），窄脉冲（260s

4、） 短脉冲加工中，正极性加工保护工具电极,线切割用脉冲电源,线切割用脉冲电源 晶体管矩形波脉冲电源 高频分组脉冲电源 低损耗电源 电流上升率小（di/dt），电极散热好，损耗低,晶体管矩形波脉冲电源 控制功率管的VT基极以形成电压脉宽ti、电流脉宽te和脉冲间隔t0，限流电阻R1、 R2决定峰值电流e。 用于高速走丝线切割机床。,高频分组脉冲电源,把较高频率的小脉宽和小脉间的矩形波脉冲分组成为大脉宽和大脉间输出。,并联电容脉冲电源 是实现短放电时间高峰值电流的一种方法，常用于低速走丝线切割机床。,并联电容脉冲电源 利用晶体管开通时间ti和截止时间t0的不同组合，可以改变充电电压波形的前沿。而且

5、一旦放电电流发生，可使晶体管变为截止状态，阻止电源供给电流。每次放电的能量是由直流电压及电容器的容量决定的。,并联电容型电路的电压、电流波形,低损耗电源 减小放电电流的上升率可降低电极丝的损耗，还可以提高加工精度及重复使用的电极丝寿命。 前阶梯波脉冲电源可满足电流上升率小的要求，它是由矩形波组合而成，可由几路起始脉冲放电时间顺序延迟的矩形波叠加而成。,前阶梯波放电电流波形,工作液循环系统,工作液： 慢走丝：去离子水，浸泡式 快走丝：乳化液，浇注式 对工作液的要求 绝缘性能 洗涤性能 冷却性能 环保 工作液循环系统的组成 工作液泵、液箱、过滤器、管道和流量控制阀等组成,3.4 影响线切割工艺指标

6、的因素,主要工艺指标（1） 线切割速度（mm2/min） 在保持一定表面粗糙度的切割过程中，单位时间内电极丝中心在工件切过的面积总和。 最大切割速度 不计切割方向和表面粗糙度的条件下，能达到的切割速度。高速走丝40 80 mm2/min。 切割效率 每安培电流的切割速度，一般为20 mm2/（min A）。,主要工艺指标（2） 表面粗糙度Ra 高速： Ra52.5 m；低速： Ra1.250.2 m 电极丝的损耗量 切割一定面积后，电极丝直径的减少量 对高速走丝机床，切割10000 mm2面积后电极丝直径的减少量。此时钼丝直径减小不应大于0.01mm。 加工精度：尺寸、形状精度和位置精度 高速

7、：0.010.02 mm；低速： 0.0050.002 mm,3.4 影响线切割工艺指标的因素,3.4 影响线切割工艺指标的因素,电参数 电极丝及其移动速度 工件厚度及材料 预置进给速度,3.4 影响线切割工艺指标的因素,电参数 脉宽ti：ti 加大，加工速度提高，Ra降低 (260s)。 脉间t0：t0减小，平均电流增大，切割速度加快。但t0过小，引起电弧和断丝（48s） 开路电压：对放电峰值电流和电加工间隙有影响，u加工间隙易排削。但丝损大。 放电峰值电流：峰值电流提高，切割速度快， 粗糙度差，易断丝。 脉冲电压波形：在相同的工艺条件下，高频分组脉冲可获得好的加工效果。,3.4 影响线切割

8、工艺指标的因素,电极丝及其移动速度 电极丝材料：高速走丝0.060.20mm钼丝，低速走丝0.3mm以下镀锌黄铜丝（高生产率）和 0.03mm以上钼丝（精细加工）。 电极丝张力 过小电极丝振动不稳定精度下降 （解决方法：恒张力装置） 电极丝移动速度 过小排屑、冷却差精度下降 过快电极丝振动精度下降 电极丝直径 过小峰值电流小加工速度慢 过大切缝宽度增大,3.4 影响线切割工艺指标的因素,工件的厚度及材料 工件厚度（一般为50 100mm） 过薄电极丝抖动精度下降 排屑、消电离好、加工稳定 过厚 排屑、消电离差不稳定 电极丝抖动小、 精度高 工件材料 工件材料热学常数不同，加工效果也不同,3.4

9、 影响线切割工艺指标的因素,预置进给速度（进给速度的调节） 进给速度蚀除速度 易短路不稳定 进给速度蚀除速度 开路不稳定 进给速度蚀除速度 最佳 电压，电流表的指针摆动情况，可以判断加工的稳定性。,3.5 线切割加工工艺及应用,线切割加工的特点 线切割工艺的应用,2. 线切割加工的特点,（1）无需特定形状的工具电极，节约了电极设计、制造费用，缩短了生产准备时间,（2）由于加工表面的几何轮廓由CNC控制的运动获得，容易获得复杂的平面形状,（3）电极丝在加工中不断移动，使电极丝损耗较少，有利于提高加工精度,（4）由于电极丝较细，可以加工微细异形孔、窄缝和复杂形状工件，由于切缝很窄，金属去除量少，可

10、对工件套料加工，材料利用率高，节约贵重金属,（5）不同工件只需编制不同程序，易实现自动化,（6）不能加工盲孔类零件表面和阶梯形表面（立体形状表面）,共性： 加工机理相似（靠瞬时放电熔化金属来加工） 加工电压，电流波形，放电形式相似 生产率，表面粗糙度等工艺规律相似 材料的可加工性相似。都可加工一切导电材料,线切割加工的特点与电火花加工相比较,不同点： 电极工具直径小，脉冲宽度，平均电流不能太大。属中、精正极性加工 疏松接触式轻压放电现象 采用水或水基工作液，不会引然起火，易实现安全无人运转。 因电极丝与工件始终有相对运动，无稳定电弧放电状态。 省掉成型工具电极的费用，缩短生产准备时间。 电极丝

11、细，切缝窄，可凸，凹模同时加工，节省材料。 电极丝的损耗对加工精度影响小。,线切割加工的特点与电火花加工相比较,线切割加工工艺的应用,加工微型齿轮,微细结构和复杂形状,微细结构和复杂形状,微细结构和复杂形状,高硬度导电材料成型加工,模具形面及型腔加工,模具形面及型腔加工,利用二维线切割机床，加工三维直纹曲面,利用二维线切割机床，加工三维复杂曲面,双曲面加工,平面凸轮加工,螺旋曲面加工,端面凸轮加工,窄螺旋槽加工,宝塔加工,3.6 线切割控制系统和编程技术,线切割控制系统 线切割数控编程方法,3.6.1 线切割控制系统,线切割控制系统的组成 轨迹控制原理 加工控制功能,线切割控制系统的组成,切割

12、轨迹控制系统 控制电极丝相对于工件的运动轨迹 进给控制系统 进给速度=蚀除速度 走丝机构控制 机床操作控制及其他辅助控制,轨迹控制原理,常用的轨迹控制方法 逐点比较法、数字积分法、矢量判别法、最小偏差法 逐点比较法 偏差F = tg -tg0 0 沿X轴方向进一步 F = Ri - R00 沿X轴方向进一步,F=tg -tg0,F = Ri - R0,逐点比较法的控制过程,1.偏差判别 2.进给 3.偏差计算 4.终点判断,加工控制功能,进给控制：进给速度=蚀除速度 短路回退：按远路退回（记忆路径功能） 间隙补偿： 图形微放：缩放、旋转、平移图形 适应控制：根据工况改变电规准 自动找中心： 信

13、息显示：加工过程相关信息,间隙补偿方法,r,r,凸体的加工,凹体的加工,3.6.2 线切割数控编程方法,编程方法 手工编程： 自动编程：根据图纸要求由计算机自动完成 程序代码形式 G指令（ISO标准代码） 3B指令 自动编程 语言式编程 绘图式编程,G指令编程方法,引入坐标： 将图形置于坐标系中，计算出加工起始点和终点坐标（单位：m），可带正负号，正号可忽略,G指令： 直线 绝对坐标式 相对坐标式 圆弧 绝对坐标式 相对坐标式,G指令格式：绝对坐标式（直线）,绝对坐标式,G01XaYb,ABCA：,G90(表明绝对坐标式),AB：G01X1000Y1000,BC：G01X4000Y1000,C

14、A：G01X1000Y5000,a：终点的X坐标值(m) b：终点的Y坐标值(m),M02,G指令格式：绝对坐标式（直线）,绝对坐标式,G01XaYb,a：终点的X坐标值(m) b：终点的Y坐标值(m),ACBA：,G90(表明绝对坐标式),AC：G01X4000Y1000,CB：G01X1000Y1000,BA：G01X1000Y5000,M02,G指令格式：相对坐标式（直线）,相对坐标式,G01XaYb,ABCA：,G91(表明相对坐标式),AB：G01X0Y-4000,BC：G01X3000Y0,CA：G01X-3000Y4000,a：X的坐标增量(m) b：Y的坐标增量(m) 坐标值增

15、大： 坐标值减小： 坐标值不变：0,M02,G指令格式：相对坐标式（直线）,相对坐标式,G01XaYb,a：X的坐标增量(m) b：Y的坐标增量(m) 增大： 减小： 不变：0,ACBA：,G91(表明相对坐标式),AC：G01X3000Y-4000,CB：G01X-3000Y0,BA：G01X0Y4000,M02,G指令格式：绝对坐标式（圆弧）,绝对坐标式（顺时针 G02）,G02XaYb IcJd,ABC：,G90(表明绝对坐标式),AB：G02X5000Y0 I0 J-5000,BC：G02X0Y-5000 I -5000 J0,a：圆弧终点的X坐标(m) b：圆弧终点的Y坐标(m) c

16、：圆心相对于加工起点的X坐标(m) d：圆心相对于加工起点的Y坐标(m),M02,G指令格式：绝对坐标式（圆弧）,绝对坐标式（逆时针 G03）,G03XaYb IcJd,a：圆弧终点的X坐标(m) b：圆弧终点的Y坐标(m) c：圆心相对于加工起点的X坐标(m) d：圆心相对于加工起点的Y坐标(m),ADC：,G90(表明绝对坐标式),AD：G03X-5000Y0 I 0J -5000,DC：G03X0Y-5000 I 5000 J0,M02,G指令格式：相对坐标式（圆弧）,相对坐标式（顺时针 G02 ）,G02XaYb IcJd,ABC：,G91(表明相对坐标式),AB：G02X5000Y

17、-5000 I0 J-5000,BC：G02X -5000 Y -5000 I -5000J0,a：圆弧终点相对于起点的X坐标增量(m) b：圆弧终点相对于起点的Y坐标增量(m) c：圆心相对于加工起点的X坐标增量(m) d：圆心相对于加工起点的Y坐标增量(m),M02,G指令格式：相对坐标式（圆弧）,相对坐标式（逆时针 G03）,ADC：,G91(表明相对坐标式),AD：G03X-5000Y -5000 I 0J -5000,DC：G03X 5000 Y-5000 I 5000 J0,M02,G03XaYb IcJd,a：圆弧终点相对于起点的X坐标增量(m) b：圆弧终点相对于起点的Y坐标增

18、量(m) c：圆心相对于加工起点的X坐标增量(m) d：圆心相对于加工起点的Y坐标增量(m),G指令编程原则,每个程序行只允许含一个代码(如，G01、G02、G90等),注释行以“ ”开始至行尾结束,每行程序必须含结束行“ M02 ”，结束行以后的内容将 被系统忽略,程序开始可标记行号，系统不对行号检查，用户标记用,每行程序用“ ；”结束，但不是必需的,程序起始行（G92）必须在其他所有行（不含注释行） 之前，但不是必需的,G代码格式,1、运动指令,2、坐标方式指令,3、坐标系指令,4、补偿指令,D-表示偏移量（补偿距离），确定方法与半径补偿方法相同，一般数控线切割机床偏移量在00.5mm之间

19、。,5、系统辅助功能指令,N01 G92X0Y0 N05 G90 N10 G01X0 Y12000 N15 G01X6000 Y21000 N20 G01X0 Y28000 N25 G01X0 Y48000 N30 G01X18000 Y48000 N35 G02X22000 Y44000 I 0J 4000 N40 G01X22000 Y28000 N45 G03X30000 Y21000 I0J -8000 N50 G01X49000 Y21000 N51 G01X37000 Y0 N60 G01X0 Y0 N65 M02,ABCDEFGHIJKA,G指令编程实例(绝对坐标式),G指令编程

20、实例(绝对坐标式),ABC DE FH B A ：,N05 % 2005-10-02 编写,N10 G92X0Y0,N15 G90 (表明绝对坐标式),N20 G01X15000Y0,N25 G01X35000Y0,N30 G03X40000Y5000 I 0J 5000,N35 G01X40000Y50000,N40 G03X0Y50000 I-20000J-15000;,N45 G01X0Y32000,N50 G01X15000Y0,N55 G01X0Y0,N60 M02,G指令编程实例(相对坐标式),ABC DE FH B A ：,N05 % 2005-10-02编写,N10 G92X0

21、Y0,N15 G91 (表明相对坐标式),N20 G01X15000Y0,N25 G01X20000Y0,N30 G03X5000Y5000 I 0J 5000,N35 G01X0Y45000,N40 G03X-40000Y0 I-20000J-15000,N45 G01X0Y-18000,N50 G01X15000Y-32000,N55 G01X-1500Y0,N60 M02,3B指令编程方法,3B指令： 格式： BxByBJGZ 直线 圆弧,3B指令(直线),BxByBJGZ,B：分隔符， B后的数为0时，此0可以不写,x、y：直线在x、y轴上的投影值(m),J：计数长度(m)，取投影值大

22、的， 即：x大取x值，大y取y值,G：计数方向，取投影值大的方向， 即：x大取G x ， y大取G y,Z：加工指令，根据加工的方向确定,注意：把直线的起点作为坐标原点,(1) 平行于X轴的直线,BC：,BBB3000GxL1,BBB3000GxL3,CB：,x、y：0，可忽略不写,计数长度J ：直线实际长度,计数方向G ： Gx (平行于x轴),加工指令Z：,(2) 平行于Y轴的直线,AB：,BBB4000GyL4,BBB4000GyL2,BA：,x、y：0，可忽略不写,计数长度J ：直线实际长度,计数方向G ： Gy (平行于y轴),加工指令Z：,(3) 斜线,AC：,B3000B4000

23、B4000GyL4,B3000B4000B4000GyL2,CA：,x、y：线段在x、y轴上的投影值,计数长度J ：在两个投影值中取大的,计数方向G ： x值大取Gx； y 值大取Gy,加工指令Z：,3B指令(圆弧)编程方法,x、y：起点相对于圆心的坐标值（绝对值， m ）,计数方向G：取终点坐标中取绝对值较小的轴作为计数方向,加工指令Z：在两个象限交汇处，按其第一步进入象限为主,计数长度J：计数方向的步数。跨越象限时，分别取计数 方向上各象限投影的绝对值相累加值,注意：把圆弧的圆心作为坐标原点,3B指令（圆弧）的编程举例,AA：逆时针,B0B5000B20000GxNR2,B0B5000B2

24、0000GxSR1,AA：顺时针,AB：顺时针,B0B5000B5000GySR1,B5000B0B5000GxNR1,BA：逆时针,整个工件的编程举例,ABCDA,B B B40000GxL1 B 1B 9B90000GyL1 B30000B40000B60000GxNR1 B 1B 9B90000GyL4,语言式编程,根据加工工件的图样及某种语言式编程方法对几何元素定义语句的规定，就可以编写出描述工件的源程序，将源程序输入装有该种语言式编程软件的计算机就可输出线切割加工用的程序。,例：图示凹模，穿丝孔为坐标原点O，间隙补偿量为f=0.09mm,源程序为 P0=0/0 点P0的坐标为(0,0) C1=P0/4 C1的圆心为P0,半径4 C3=P0/8.5 C3的圆心为P0,半径8.5 L1=2.5/-90 法线长2.5,法向角-90 P6=L1/C3$L 点P6是线L1和圆C3的左交点 C2=P6/1.5 C2的圆心为P6,半径为1.5 L2=2/270 L2法线长2,法向角为270 P1=L2/Cl$L 点Pl是线L2和C1圆的左交点 P2=L2/C2$R 点P2是线L2和C2圆的右交点 P3=P6/0/