项目实施

一、电火花线切割机床简介

根据GB/T 15375—2008《金属切削机床型号编制方法》的规定，线切割机床型号是以DK77开头的，如DK7740的含义如下：

D为机床的类别代号，表示电加工机床；

K为机床特性代号，表示数控；

7为组别代号，表示电火花加工机床；

7为型别代号，表示往复走丝线切割机床；

40为基本参数代号，表示工作台横向行程为400mm。

电火花线切割机床的主要技术参数包括工作台行程（纵向行程×横向行程）、最大切割厚度、加工表面粗糙度、加工精度、切割速度，以及数控系统的控制功能等。

1．电火花线切割机床的分类

（1）快走丝线切割机床（快走丝线切割机床）。电火花线切割机床广泛使用后，我国独创了快走丝线切割加工模式，即机床的电极丝在加工中做高速往复运动，反复通过加工间隙。电极丝材料常用直径为0.1～0.3mm的钼丝或钨钼丝，工作液通常用乳化液。一般来讲，快走丝线切割机床（见图1-1）价格便宜、结构简单、生产率高，目前在我国应用较为广泛，本项目将主要介绍快走丝线切割机床的加工方法。

（2）慢走丝电火花线切割机床（慢走丝线切割机床）。慢走丝线切割机床（见图1-2）是国外生产和使用的机床，生产加工时，电极丝单向通过加工间隙，不重复使用，电极材料常用黄铜，工作液通常用去离子水、煤油等。一般走丝速度低于0.2m/s，走丝过程中振动小、加工平稳、加工精度高、自动化程度也高，所以机床造价和加工成本都比较高。

2．快走丝线切割机床的主要结构

快走丝线切割机床的主要结构包括机床、脉冲电源、控制系统三大部分。其中，机床由床身、工作台、走丝系统组成。

（1）机床。

①床身。床身通常都是铸铁材料，是工作台、走丝系统等的支撑和固定基础，一般采用箱式结构，有足够的强度和刚度。有的机床将电源和工作液箱放置在床身内部，有的考虑到电源发热和工作液泵的振动而将其放置到床身外部。

②工作台。工作台由上、下滑板组成，是安装工件和电极丝加工工件的平台，为保证加工精度，工作台导轨的精度、刚度和耐磨程度都较高。一般都是采用丝杠和螺母组成的运动副将旋转运动变为工作台的直线运动，丝杠和螺母间必须消除间隙。

③走丝系统。快走丝电火花线切割机床的走丝系统由丝架、储丝筒、导丝轮、张力调节器等组成。走丝系统如图1-3所示。一定长度的电极丝平整地卷绕在丝筒上，电极丝张力与排绕时的拉紧力有关，储丝筒通过联轴节与驱动电动机相连。为了重复使用该段电极丝，电动机由专门的换向装置控制做正反向交替运转。走丝速度等于储丝筒周边的线速度，通常为8～10m/s。在运动过程中，电极丝由丝架支撑，并依靠导丝轮承担电极丝的高速移动，并保持电极丝与工作台垂直或倾斜一定的几何角度。当电极丝工作一定程度时会有所伸长，使得电极丝张力减小，影响加工精度和表面粗糙度，张力调节器的作用就是把伸长的丝收入张力调节器，使运行的电极丝保持在一个恒定的张力上，也称恒张力机构。

（4）脉冲电源。受加工表面粗糙度和电极丝允许承载电流范围的限制，线切割加工脉冲电源的脉宽较窄（2～60μs），单个脉冲能量及平均电流较小，所以线切割加工（电火花线切割加工）总是采用正极性加工。

（5）控制系统。电火花线切割加工的控制系统一般采用数控系统，具体有以下两方面的作用。

①轨迹控制作用。控制系统精确地控制电极丝的运动轨迹，使零件获得所需的形状和尺寸。

②加工控制。控制系统能根据放电间隙大小与放电状态控制进给速度，使之与工件材料的蚀除速度相平衡，保持正常的稳定切割加工。

目前绝大部分机床采用数字程序，并且普遍采用绘图式编程技术，操作者首先在计算机屏幕上画出要加工的零件图形，线切割专用软件（如YH软件、CAXA线切割软件）会自动将图形转化为ISO代码或3B代码等线切割程序。

（6）工作液循环系统。工作液循环系统中的工作液循环与过滤装置主要包括工作液箱、工作液泵、流量控制阀、进液管、回液管和过滤网罩等，是电火花线切割机床必不可少的部分。工作液的作用是及时地从加工区域中排除电蚀材料，并连续充分供给清洁的工作液，以保证脉冲放电过程稳定、顺利。

3．电火花线切割机床主要工艺指标

（1）切割速度。线切割机床的切割速度是指在保证一定表面粗糙度的切割过程中，单位时间内电极丝中心线在工件上切过的面积总和，单位为mm2/min。最高切割速度是指在不计切割方向和表面粗糙度等条件下，所能达到的最大切割速度。通常快走丝线切割机床加工时的切割速度为40～80mm2/min，切割速度的快慢与加工电流的大小有关。为了在不同脉冲电源、不同加工电流下比较切割效果，将每安培电流的切割速度称为切割效率，一般切割效率为20mm2/（min·A）。

（2）加工精度。加工精度是指线切割机床所加工工件的尺寸精度、形状精度和位置精度的总称。加工精度是一项综合指标，它包括切割轨迹的控制精度、机械传动精度、工件装夹定位精度以及脉冲电源参数的波动、电极丝的直径误差、损耗与抖动、工作液脏污程度的变化、加工操作者的熟练程度等对加工精度的影响。

（3）表面粗糙度。在我国和欧洲，表面粗糙度常用轮廓算术平均偏差Ra（μm）来表示，在日本常用Rmax来表示。

（4）电极丝损耗量。对于快走丝线切割机床，电极丝损耗量用电极丝在切割10000mm2面积后电极丝直径的减少量来表示，一般减小量应该小于0.01mm。对于慢走丝线切割机床，由于电极丝的使用是一次性的，故电极丝损耗量可忽略不计。

二、电火花线切割加工原理及特点

1．电火花线切割加工的原理

电火花线切割加工的原理是利用移动的细金属丝（快走丝线切割加工常用的是钼丝，慢走丝线切割加工常用的是黄铜丝）作为电极工具，在细金属丝与工件间加脉冲电流，对工件进行脉冲火花放电，利用放电通道里的瞬时高温来蚀除金属、切割成型。

2．电火花线切割加工的特点

（1）电火花线切割加工是轮廓切割加工，不需要设计和制造成型工具电极，极大地降低了加工成本，缩短了生产准备时间。

（2）沿轮廓对工件材料进行切割加工（也称套料加工）时，材料利用率高，特别是贵金属材料的加工利用率。

（3）电火花线切割加工直接利用电能在工具电极和工件间脉冲放电加工，没有普通机床加工中的切削力，适宜于加工刚度低和细小的零件。

（4）电火花线切割能加工硬度高且能导电或半导电的材料。

（5）电极丝连续不断地通过切割区，单位长度电极丝的损耗量较小，加工精度高。

（6）一般采用水溶液作为工作液，能够避免发生火灾，安全可靠，可实现连续加工。

（7）利用计算机控制的补偿功能，可加工零件上的直壁曲面，也可进行锥度切割和加工凹凸模、球形体等零件。

（8）无法加工盲孔及纵向阶梯表面。

三、线切割机床的基本操作

1．开机操作步骤

（1）按下启动按钮，关闭上丝电动机。

（2）启动运丝电动机。

（3）启动工作液泵，调节好工作液流量，使工作液完全包裹住电极丝。

（4）打开断丝保护开关。

（5）接通电源，线切割机床开始按预定程序加工。

2．关机步骤

（1）断开电源。

（2）关闭工作液泵。

（3）关闭运丝电动机。

（4）关闭总电源。

3．操作面板使用简介

线切割机床操作面板如图1-4所示。

SB1：急停按钮。

SB2：启动按钮。

KBY（略）。

SA1～SA4：高频功放电流选择开关。

SA5：高频脉冲宽度选择琴键开关。

SA6：高频脉冲间隔选择琴键开关。

SA7：高低压切换按钮（L表示低压，H表示高压）。

SA9：加工结束停机转换按钮（OFF表示停机床电气，ON表示全停，既停机床电气，也停控制台。）。

PA：加工高频电流表。

PV：高频取样电压表。

4．线切割机床的上丝及穿丝操作

（1）上丝。上丝路径如图1-5所示，上丝的步骤如下。

①按下储丝筒停止按钮，断开断丝检测开关。

②将丝盘套在上丝电动机轴上，并用螺母锁紧。

③用摇手将储丝筒摇至一端位置且与极限位置保留一段距离。

④将丝盘上电极丝一端拉出绕过上丝介轮、导轮，并将丝头固定在储丝筒端部的紧固螺钉上。

⑤剪掉多余丝头，顺时针转动储丝筒几圈后打开上丝电动机开关，拉紧电极丝。

⑥转动储丝筒，将电板丝缠绕至10～15mm宽度，取下摇手，松开储丝筒停止按钮，将调速旋钮调至“1”挡。

⑦调整储丝筒左右行程挡块，按下储丝筒开启按钮开始绕丝。

⑧接近极限位置时，按下储丝筒停止按钮。

⑨拉紧电极丝，关掉上丝电动机，剪掉多余电极丝并固定好丝头，自动上丝完成。

小提醒：

上丝、紧丝过程中，要确认电极丝在导轮沟里面，并且接触良好。不同的机床上丝路径中的导轮位置不尽相同，需要根据相关说明或者在老师指导下进行操作。

（2）穿丝操作。穿丝操作如下。

①拉动电极丝丝头，按照操作说明书依次绕接各导轮、导电块至储丝筒。在操作中要注意手拉的力度，防止电极丝打折。

②穿丝开始时，首先要保证储丝筒上的电极丝与辅助导轮、张紧导轮、主导轮在同一个平面上，否则在运丝过程中，储丝筒上的电极丝会重叠，从而导致断丝。

③穿丝后人工启动行程开关时，要注意储丝筒移动的方向，并要调整左右行程挡杆，使储丝筒左右往返换向时，储丝筒左右两端留有3～5mm的电极丝余量。

（3）储丝筒行程调整。穿丝完毕后，根据储丝筒上电极丝的多少和位置来确定储丝筒的行程。为防止机械性断丝，在行程挡块确定的长度之外，储丝筒两端还应留有一定的储丝量。具体调整方法如下。

①用摇把将储丝筒摇至在轴向剩下8mm左右的位置停止。

②松开相应的限位块上的紧固螺钉，移动限位块至接近行程开关的中心位置后固定。

③用同样的方法调整另一端，两行程挡块之间的距离即储丝筒的行程。

若手动上丝，则无须开启储丝筒，用摇手匀速转动储丝筒即可将丝上满。在上丝和穿丝操作中，要注意储丝筒上、下边丝不能交叉，摇把使用后必须立即取下，以免误操作使摇手甩出，造成人身伤害或设备损坏；上丝结束时，一定要沿绕丝方向拉紧电极丝再关断上丝电机，避免电极丝松脱造成乱丝。

5．加工工件的装夹

工件的装夹对线切割加工零件的定位精度有直接影响，特别是在模具制造等加工过程中，更需要认真仔细。线切割加工的工件在装夹中一般有以下7点注意事项。

①工件一般以磨削加工过的面作为定位面，要求有良好的精度，棱边倒钝，孔口倒角。

②切入点要导电，热处理件切入处要去除残物及氧化皮。

③热处理件要充分回火去应力，平磨件要充分退磁。

④工件装夹的位置应利于工件找正，并应与机床的行程相适应，夹紧螺钉高度要合适，避免干涉到加工过程，上导轮要压得较低。

⑤对工件的夹紧力要均匀，不得使工件变形或翘起。

⑥批量生产时，最好采用专用夹具，以提高生产率。

⑦当加工精度要求较高时，工件装夹后必须通过百分表来校正，使工件平行于机床坐标轴，垂直于工作台。

6．电极丝的定位

电火花线切割机床加工的范围很广，如果有些工件的加工部位要以已加工好的外形面或圆孔、矩形孔为定位基准时，就必须先确定电极丝在这些定位基准中的位置。例如，确定电极丝与外形面相切时的位置，确定电极丝在圆孔、矩形孔的中心位置，再按程序移动电极丝到加工部位进行加工，这样才能保证工件的位置精度。一般的电火花线切割机床都具有自动找端面、自动找中心的功能。

（1）自动找端面。自动找端面是靠检测电极丝与工件之间的短路信号来进行的，可分为粗定位和精定位两种。把增量进给按键置于“×100”或“×1000”位置时为粗定位；把增量进给按键置于“×1”或“×10”位置时为精定位，一次进给0.001mm或0.01mm。对于高精度零件，要进行多次精定位，用平均值求出定位坐标值。

（2）自动找中心。自动找中心和自动找端面的原理相同。找孔中心时，系统先后对X、Y两轴的正负方向自动定位，自动计算平均值，并定位在中点。X、Y两轴的正负方向定位如图1-6所示，先定位在圆的X方向的中点，再定位在圆的Y方向的中点，即是该圆的圆心。影响自动找中心精度的关键是孔的精度和表面粗糙度。特别是热处理后最好对定位孔进行磨削，以清除孔的氧化层。

四、电火花线切割机床安全操作规程

1．开机前的准备工作

（1）开机前要给各润滑点加油，检查电极丝是否安装到位、储丝筒手柄是否归置到安全地方、工作液箱是否盛满皂化油水液并保持清洁，检查各管道接头是否牢固。

（2）检查机床与控制箱的连线是否接好，输入信号是否与拖板移动方向一致，并将高频脉冲电源调好。

（3）检查工作台纵横向行程是否灵活，滚丝筒拖板往复移动是否灵活，并将滚丝筒拖板移至行程开关在两挡板的中间位置。行程开关挡块要调在需要的范围内，以免开机时滚丝筒拖板冲出造成脱丝。必须在滚丝筒移动到中间位置时，才能关闭滚丝筒电动机电源，切勿在将要换向时关闭，以因为免惯性作用使滚丝筒拖板移动而冲断钥丝，甚至导致丝杆螺母脱丝。

（4）开机慢速空转3分钟min，检查各传动部件是否正常，确认无故障后，才可正常使用。

2．机床安全操作规程

电火花线切割机床加工操作时，为不使机床及人员受到损坏及危害，必须严格按照以下操作规程执行。

（1）进入线切割实训车间必须穿合身的收袖工作服，戴工作帽，禁止穿高跟鞋、拖鞋、凉鞋、短裤、裙子等。只有经过此类机器设备培训的人员才能获准使用该机器设备。

（2）为了避免工作液及电柜过热，冷却系统必须处于连续工作状态。

（3）为了避免直接接触到通电的电线，必须关闭机台防护门。

（4）加工者应熟练掌握操作面板各按键的具体功能及使用中的状态，并且在机台的操作过程中灵活运用。同时应熟知画面的转换，特别是几个重要的画面（如准备画面，观察画面）所具有的功能。

（5）在加工工件时，应注意装夹方式是否会伤到加工平台，在使用时应保持平台干燥，若长期不使用，应涂抹防锈油以保护机床。

（6）在架设工件时，应注意切割过程中是否会撞到上下机头，对于有加工小孔的工件应采用特殊的加工工艺，避免因废料无法取出而造成卡料，影响机床精度。

（7）工件的装夹以方便和稳固为原则，在架设工件时压紧力以工件不被水冲动为原则。

（8）加工过程中，经常会遇到使用一般架模方法无法加工的工件，此时就必须使用特殊的夹具。

（9）加工时应特别注意电压表的电压是否在规定的标准范围内。

（10）加工中不能直接用手触摸工件及电极丝，落料时应注意避免料头卡机头的现象，料头较难取出时要注意设备和手指不受到伤害。

（11）操作人员加工后应注意勤洗手，特别在用餐前应洗净双手，避免因杂质较多的工作液摄入而危害身体健康。

（12）在电源柜内部或机床的电器件上进行各种维修和检测时，总开关必须置于“OFF”位置，并设立标示牌（维修中勿开电源）。

（13）维修和检测时，必须遵守安全指示，在进行任何维修工作之前都必须查阅手册中的相应章节。

（14）只有当控制柜切断电源后，才能触摸电子组件。拿组件时只能抓住把手，不要接触到印刷电路板的镀金线。

（15）应注意及时更换设备易损耗件，以保持机床精度。

（16）工作结束或下班时要切断电源，擦拭机床及全部控制装置，保持机床整洁，最好用保护罩将计算机全部盖好，清扫工作场地（要避免灰尘飞扬），特别是要将机床的导轨滑动面擦干净，并涂抹润滑油，认真做好运行记录。