4.2　数控电火花线切割加工

4.2.1　数控电火花线切割机床的组成结构

数控电火花线切割机床分为高速往复走丝电火花线切割机和低速单向走丝电火花线切割机。往复走丝电火花线切割机床的走丝速度为6～12m/s，产品的最大特点是具有1.5°锥度切割功能，加工厚度可超过1000mm，广泛应用于各类中低档模具制造和特殊零件加工。低速走丝线切割机电极丝以铜线作为工具电极，一般以低于0.2m/s的速度作单向运动，在铜线与铜、钢或超硬合金等被加工物材料之间施加60～300V的脉冲电压，并保持5～50μm间隙，间隙中充满脱离子水等绝缘介质，使电极与被加工物之间发生火花放电、腐蚀工件表面，加工精度高、表面质量好（接近磨削），但不宜加工大厚度工件，适用于各种形状的冷冲模具、微细异形孔、窄缝、样板、粉末冶金模、成形刀具等复杂形状的工件。

数控快走丝电火花线切割机床的电极丝作高速往复运动。电极丝可以多次重复使用，走丝速度为8～10m/s，一般使用钼丝。

数控快走丝电火花线切割机床主要由床身、工作台、锥度切割装置、走丝机构、机床电气箱、工作液循环系统、脉冲电源、数控系统等组成，如图4-5所示。

（1）工作台

坐标工作台是用来承载工件，由控制系统发出进给信号分别控制X、Y方向的驱动电动机，按设定的轨迹运动，完成工件的切割运动。该工作台主要由工作台驱动电动机（步进电动机或交、直流伺服电动机）、进给丝杠、导轨与拖板、安装工件的工作台面等组成。

（2）走丝机构

线切割机床走丝机构的主要功能是带动电极丝按一定的线速度，在加工区域保持张力的均匀一致，以完成预定的加工任务。

快速走丝线切割机床的线电极，被整齐有序地排绕在储丝筒1表面，如图4-6所示，线电极从储丝筒上的一端经丝架上上导轮（导向器）2定位后，或穿过工件、或再经过下导轮（定位器）返回到储丝筒上的另一端。加工时，线电极在储丝筒电极的驱动下，将在上、下导轮之间做高速往复运动。当驱动储丝筒的电动机为交流电动机时，线电极的走丝速度受到电动机转速和储丝筒外径的影响而固定为450m/min左右，最高可达700m/min。如果采用直流电动机驱动储丝筒，该驱动装置则可根据加工工件的厚度自动调整线电极的走丝速度，使加工参数更为合理。尤其是在进行大厚度工件切割时，需要有更高的走丝速度，这样会有利于线电极的冷却和电蚀物的排除，以获得较高的表面粗糙度。为了使加工时线电极有一个较固定的张紧力，在绕线时要有一定的拉力（预紧力），以减少加工时线电极的振动幅度，提高加工精度。

（3）锥度切割装置

电极丝是通过两个导轮来支撑，并使电极丝工作部分与工作台面保持一定的几何角度。当切割直壁时，电极丝与工作台面垂直。需要进行锥度切割时，有的机床采用偏移上下导轮的方法，如图4-7所示，这种方法加工的锥度一般较小。采用四坐标联动机构的机床，能切割较大的锥度，并可进行上下异型截面形状的加工。

（4）数控系统

控制系统的主要作用是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，来实现工件形状和尺寸的加工，即当控制系统使电极丝相对工件按一定轨迹运动时，同时还应实现进给速度的自动控制，以维持正常的稳定切割加工。进给速度是根据放电间隙大小与放电状态自动控制的，使进给速度与工件材料的蚀除速度相平衡。

（5）脉冲电源

电火花线切割所用的脉冲电源又称高频电源，是线切割机床重要的组成部分之一，是决定线切割加工工艺指标的关键装置，提供工件和电极丝之间的放电加工能量。线切割加工的切割速度，被加工面的表面粗糙度，尺寸和形状精度及电极丝的损耗等，都将受到脉冲电源的影响。

（6）工作液循环系统

快速走丝线切割机床工作液循环系统原理如图4-8所示。工作液泵7将工作液经滤网8吸入，并通过主进液管6分别送到上、下丝臂进液管，用阀门调节其供液量的大小，加工后的废液由工作台1靠自重（通过回液管2）流回工作液箱9。废液经过过滤层3，大部分蚀物被过滤掉。乳化液主要用于快速走丝线切割机床。

4.2.2　数控线切割的加工工艺流程

（1）数控线切割的加工工艺流程如图4-9所示

（2）数控线切割的加工工艺见表4-14

（3）电极丝的选用

目前电极丝的种类很多，有纯铜丝、钼丝、黄铜丝和各种专用铜丝。表4-15为电火花常用的电极丝。

为了满足切缝和拐角的要求，需要选用线径丝细的电极丝，但是线径细，加工的厚度就会受到限制。表4-16列出线径、拐角R极限和能加工的工件厚度的极限。

（4）电极丝的校正

（5）脉冲参数的选择

线切割加工时，可改变的脉冲参数主要有电流峰值、脉冲宽度、脉冲间隔、空载电压、放电电流。快走丝线切割加工脉冲参数的选择见表4-19。

（6）多次切割加工参数的选择

多次切割加工也称二次切割加工，它是在对工件进行第一次切割之后，利用适当的偏移量和更精的加工规准，使线电极沿原切割轨迹逆向或顺向再次对工件进行精修的切割加工。多次切割加工的有关参数选择见表4-20。

（7）工件装夹方式见表4-21

（8）工件的校正

工件采用上述方式装夹后，必须进行校正，使工件的定位面分别与机床的工作台面及工作台进给方向X、Y方向保持平行，才能保证切割加工表面与基准面的相对位置精度。常用的校正方法见表4-22。

（9）工作液电阻率

电阻率需要根据工件材质而定。对于表面在加工时容易形成绝缘膜的铝材、钼、结合剂烧结的金刚石以及由于电腐蚀使表面氧化的硬质合金和表面容易产生气孔的工件材料，如果要提高工作液的电阻率，一般可按表4-23进行选择。

（10）数控线切割参数见表4-24～表4-26

（11）慢走丝常用电极丝材料的性能及常用的冲液方式（见表4-27、　　表4-28）

（12）数控快、慢走丝电火花线切割机床的主要区别见表4-29

（13）快走丝电火花线切割机床与慢走丝电火花线切割机床加工工艺　　水平比较见表4-30

4.2.3　数控线切割加工实例

（1）零件图分析

如图4-10所示为支架零件图。其材料为铝。该零件的主要尺寸直径为ϕ100，厚度为40mm，凸台的直径ϕ42；孔的直径为ϕ2；四个外形槽尺寸宽为12mm，开口槽尺寸宽为6mm，以工件中心线为基准槽底间距为57mm。线切割加工零件的外形，其尺寸公差为自由公差。零件外圆ϕ100的圆心与内孔ϕ2基准圆的圆心同轴度公差为ϕ0.08。零件内孔表面粗糙度Ra为1.6μm，其余被加工表面的粗糙度Ra均为32μm。

（2）线切割加工工艺分析

由前面可知，零件内孔在车床上加工，线切割加工零件外形，零件外形与内孔有同轴度的要求，线切割加工外形时需以内孔为基准。因为是批量生产，为了节省找正时间，提高生产效率，可利用120°标准V形铁定位已加工好的工件外形，在加工前，可根据外圆的尺寸，改变钼丝的起始位置。

（3）工件装夹与找正　

工件装夹如图4-11所示，工件靠近V形块，用压板组件把工件固定紧。V形块用百分表找正，保证V形铁V形凹槽中心线平行线切割工作台某一个方向。这样，无论工件坯料大小，工件的中心都处在同一条直线上。

（4）工件在坯料上的排布

工件的外圆已加工至图样要求ϕ100，按图4-10所示的方向加工，工件无法装夹，根据工件的形状，可把图4-10图形旋转45°，如图4-11所示。这样，工件两端装夹量约为10mm。装夹时，注意线切割工作台支撑板的距离，防止切割上工作台支撑板。

（5）选择钼丝起始位置和切入点

此工序为切割工件外形，钼丝可在坯料的外部切入，起始点的位置如图4-12所示。

（6）确定切割路线

切割路线如图4-12所示，工件外形圆弧已加工完毕，为了防止工件在未加工完时脱离坯料，线切割最后加工工件压紧部分，箭头所指方向为切割路线方向。

（7）计算平均尺寸

平均尺寸见图4-13。

（8）确定计算坐标系

选ϕ25内孔圆心为坐标系的原点，建立坐标系，如图4-13所示。

（9）确定偏移量

选择直径为ϕ0.18的钼丝，加工铝件时单面放电间隙可取0.02mm，钼丝中心偏移量f=0.18/2+0.02=0.11mm。

（10）编制加工程序

采用自动编程软件绘图编程（略）。

（11）零件加工

1）钼丝起始点的确定　工件装夹前，需用游标卡尺测量坯料外圆尺寸，把零件分成若干组，每组外圆尺寸的偏差控制在0.1mm。在第一组里拿出一件作为标准件装夹。为把调整好垂直度的钼丝摇至ϕ25的孔内，利用线切割自动找中心的功能找出工件的中心位置，为了减少误差，可以采用多次找中心的方法找正。找正完毕，手轮对零，摇动手轮使钼丝向X正方向、Y的负方向上分别移动37.770mm，此时钼丝停在切割起始位置P点上。当钼丝在ϕ25的孔中心处时，也可以执行表4-31的程序使钼丝移动到切割起始位置上。

当加工其他组工件时，求出这一组和第一组工件坯料直径平均偏差Δd，在X方向上移动钼丝≈0.577Δdmm，当Δd为正值时，向X正向移动，反之，向X负向移动。

2）选择电参数　脉冲宽度8～12μs，脉冲间隔4～6，电压70～75V，平均加工电流0.8～1.2A。

3）冷却液的选择　油基型乳化液，型号为DX-2。