1.4 数控线切割加工基本理论
1.4.1 线切割机床的加工原理
电火花切割加工简称“线切割”，它是利用移动着的细金属丝（铜丝或钼丝）做工具电极，并在金属丝与工件之间通以脉冲电流，利用脉冲放电的电腐蚀作用对工件进行切割加工的。其加工原理见图1-18，电极丝4穿过工件5上预先钻好的小孔，经导轮3由贮丝桶2带动做往复交替移动。工件通过绝缘板7安装在工作台上，由数控装置1按加工程序发出指令，控制两台步进电机11，以驱动工作台在水平面上沿X、Y两个坐标方向移动而合成任意平面曲线轨迹。由高频脉冲发生器8对电极丝与工件施加脉冲电压，喷嘴6将工作液以一定的压力喷向加工区，当脉冲电压击穿电极丝和工件之间的间隙时，两者之间随即产生电火花放电而切割工件，图中9、10分别为液压泵和油箱。
图1-18 线切割机床加工原理
线切割有许多无可比拟的优点，如：线切割具有加工余量小、加工精度高、生产周期短、制造成本低等突出优点，线切割已在生产中获得广泛的应用。电火花线切割加工能正常运行，必须具备下列条件：
（1）钼丝与工件的被加工表面之间必须保持一定间隙，间隙的宽度由工作电压、加工量等加工条件而定。
（2）电火花线切割机床加工时，必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，如煤油、皂化油、去离子水等，要求较高绝缘性是为了利于产生脉冲性的火花放电，液体介质还有排除间隙内电蚀产物和冷却电极作用。钼丝和工件被加工表面之间保持一定间隙，如果间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，则不能产生电火花放电；如果间隙过小，则容易形成短路连接，也不能产生电火花放电。
（3）必须采用脉冲电源，即火花放电必须是脉冲性、间歇性的，在脉冲间隔内，使间隙介质消除电离，使下一个脉冲能在两极间击穿放电。
1.4.2 线切割加工特点与应用范围
1．线切割加工特点
线切割加工具有很多优点，发展速度很快，得到广泛的应用，其优点如下。
1）加工精度高
线切割是通过高温熔化或气化局部金属而达到材料的切除，因此，工件和电极之间没有切削力，工件不存在力学变形。线切割采用移动的电极丝进行加工，因此，电极丝在单位长度上的损耗较少，对加工精度的影响也小。线切割加工自动化程度高，可以对影响加工精度的加工参数（脉冲宽度、脉冲间隙、加工电流）进行调节和控制，提高切割精度。
2）加工形状复杂的零件
线切割可以加工其他方法难以加工或根本无法加工的零件，如凸轮、异形槽、冲模等外形复杂的精密零件和狭缝，尺寸精度可达到±0.01mm，表面粗糙度Ra为1.25～2.5μm。
3）材料的利用率高
线切割加工的切缝很窄，只对工件进行轮廓切割加工，实际的金属的腐蚀量很小，材料的利用率高，适合于贵重金属的加工。
2．线切割加工应用
线切割广泛应用于加工各种硬质合金和淬火钢格冲模、样板、各种外形复杂的精细小零件、窄缝等，并可多件叠加起来加工，能获得一致的尺寸。因此，线切割工艺为新产品试制、精密零件和模具的制造开辟了一条新的途径。具体应用如下。
（1）加工各种模具，如凸凹模、粉末冶金。
（2）加工成形工具，如加工带锥度型腔的电极板、微细复杂形状的电极和各种形状的样板、成形刀具。
（3）加工微细孔、槽、窄缝、激光器件等。
（4）各种稀有金属和贵重金属的加工。
（5）加工各种由直线组成的直纹面，如圆锥面、螺旋面及各种二维曲面等。
（6）同时切割凹凸模。利用线切割机的锥度切割功能，可一次加工出达到所需配合间隙的一副冲裁模具。
1.4.3 四轴数控线切割加工原理
图1-19为四轴线切割加工原理图，在NC控制装置的作用下，工作台做X-Y方向的移动，上、下导向器做U-V方向移动，构成四轴联动控制，使电极丝倾斜一定的角度，从而实现锥度切割和上下异形截面形状的加工。
图1-19 四轴数控线切割加工原理
1.4.4 线切割加工工艺内容
利用线切割机床进行加工时，经常会遇到如何解决加工速度与表面粗糙度的矛盾、加工速度的提高与减少电极丝损耗的矛盾及如何避免断丝等。要正确解决这些问题，就必须制定出合理的线切割加工工艺。线切割加工工艺的制定包括以下内容。
1）电极丝
电极丝的粗细影响切割缝隙的宽窄，电极丝直径越细，切缝越小。电极丝直径最小的可达φ0.05mm，但太小时，电极丝强度太低容易折断。一般采用直径为0.1～0.3mm的电极丝。
2）电极丝移动速度
根据电极丝移动速度的大小分为高速走丝线切割和低速走丝线切割。低速走丝线切割的加工质量高，但设备费用、加工成本也高。高速走丝时，线电极采用高强度钼丝，钼丝以8～10m/s的速度做往复运动，加工过程中钼丝可重复使用。低速走丝时，多采用铜丝，电极丝以小于0.2m/s的速度做单方向低速移动，电极丝只能一次性使用。
3）切割起点与切割路线的选择
切割起点是起始切割点，往往也是几何图形的终止点。起点选择不当会使工件切割表面留下痕迹。起始点应尽量选在几何图形的拐角处；起始点应尽量选在工件表面粗糙度值要求高的一侧，且尽可能选在工件切割后容易修磨的表面上。
切割路线的选择主要以防止或减少工件变形为原则，一般应考虑使靠近装夹这一边图形为最后切割为宜。一般情况下，最好将工件与夹持部分分割的线段安排在切割路线的末端。
4）穿丝孔的选择
穿丝孔是工件上为穿过电极丝而预先钻出的小孔。穿丝孔的大小应便于钻孔或镗孔加工，不宜过大或过小，一般在3～10mm范围内取整数值。穿丝孔常用做加工基准，因此，穿丝孔一般在较高精度的机床上进行，或采用电火花穿孔，以保证穿丝孔的位置、尺寸精度。
5）电参数的选择
脉冲宽度越宽加工效率越高，加工越稳定，但表面粗糙度值会增大。反之亦然。因此，根据不同工件的加工要求选择合适的脉冲宽度。
脉冲间隔小，使切割速度提高，但会给排屑带来困难，加工不稳定。脉冲间隔大，使排屑有充裕的时间，使切割速度下降。
放电峰值的选择会影响切割速度和断丝。低速走丝机床峰值电流一般为100～150A，最大达1000A。工件较厚、粗切削时采用较大的放电峰值电流。
空载电压的大小会直接影响到放电间隙的大小，进而引起切割速度和加工精度的变化，对断丝影响也较大。当电极丝直径较小（0.1mm）、切缝较窄，或要减小加工面腰鼓形时，应选较低的空载电压。当要改善拐角的塌角时，应尽量选择较高的空载电压，一般低速走丝机床选150V。