1.4 数控电火花线切割加工概述

1.4.1 数控电火花线切割加工的基本原理

数控电火花线切割加工（WEDM）是用线状电极依靠火花放电对工件进行切割加工的方法。根据电极丝的运行速度，数控电火花线切割机床通常分为两大类：高速走丝（或称快走丝）电火花线切割（WEDM-HS）机床和低速走丝（或称慢走丝）电火花线切割（WEDM-LS）机床。

1.高速走丝电火花线切割加工

高速走丝电火花线切割（WEDM-HS）机床，是目前我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的电火花线切割加工模式。这类机床的电极丝（钼丝）做高速往复运动，走丝速度一般为8～10m/s。图1-5所示为高速走丝电火花线切割工艺及装置的示意图。钼丝4为切割用的工具电极，工作时钼丝穿过工件上预钻好的小孔，经导轮5由储丝筒7带动钼丝做正反向交替移动，加工能源由脉冲电源3供给。工件安装在工作台上，由数控装置按加工要求发出指令，控制两台步进电动机带动工作台在水平面X、Y两个坐标方向移动，从而合成各种曲线轨迹，把工件切割成形。在加工时，由喷嘴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放电间隙时，两极之间即产生火花放电而蚀除工件材料。

图1-5 高速走丝电火花线切割工艺及装置的示意图

1—夹具 2—工件 3—脉冲电源 4—钼丝 5—导轮 6—丝架 7—储丝筒

这类机床的电极丝运行速度快，而且是双向往返循环地运行，即成千上万次地反复通过加工间隙，一直使用到断丝为止。电极丝经常采用的是钼丝（直径为0.1～0.2mm），工作液通常采用乳化液，也可采用矿物油（切割速度低，易产生火灾）、去离子水等。电极丝的快速运动能将工作液带进狭窄的加工间隙，以保持加工间隙的“清洁”状态，有利于切割速度的提高。相对来说，高速走丝电火花线切割机床结构比较简单，价格比低速走丝机床便宜。但是由于其运丝速度快，机床的振动较大，电极丝的振动也大，导轮损耗也大，给提高加工精度带来较大的困难。另外，电极丝在加工反复运行中的放电损耗也是不能忽视的，因而要得到高精度的加工和维持加工精度也是比较困难的。目前能达到的精度为0.01mm，表面粗糙度Ra为0.63～1.25μm，当一般的加工精度为0.015～0.02mm，表面粗糙度Ra为1.25～2.5μm时，可满足一般模具的要求。目前我国国内制造和使用的电火花线切割机床大多为高速走丝电火花线切割机床。

2.低速走丝电火花线切割加工

低速走丝电火花线切割（WEDM-LS）机床，是国外生产和使用的主要机种，我国已生产和逐步更多地采用慢走丝机床。这类机床的电极丝做低速单向运动，一般走丝速度低于0.2m/s。低速走丝电火花线切割加工一般是利用铜丝作为电极丝，靠火花放电对工件进行切割。图1-6所示为低速走丝电火花线切割工艺及装置的示意图。在加工中，电极丝经导轮由储丝筒6带动电极丝相对工件2不断做向上（或向下）的单向移动；另外，安装工件的工作台7，由数控伺服X轴电动机8、Y轴电动机10驱动，实现X、Y轴的切割进给，使电极丝沿加工图形的轨迹对工件进行加工。它在电极丝和工件之间加上脉冲电源1，同时在电极丝和工件之间浇注去离子水工作液，不断产生火花放电，使工件不断被电腐蚀，可控制完成工件的尺寸加工。

图1-6 低速走丝电火花线切割工艺及装置的示意图

1—脉冲电源 2—工件 3—工作液箱 4—去离子水 5—泵 6—储丝筒

7—工作台 8—X轴电动机 9—数控装置 10—Y轴电动机 11—收丝筒

这类机床的运丝速度慢，可使用纯铜、黄铜、钨、钼和合金以及金属涂覆线作为电极丝，其直径一般为0.03～0.35mm。这种机床所用电极丝只是单方向通过加工间隙，不重复使用，可避免电极丝损耗给加工精度带来的影响。工作液主要是去离子水或煤油。使用去离子水工作效率高，没有引起火灾的危险。这类机床的切割速度目前已达到350～400mm2/min，最佳表面粗糙度Ra可达到0.05μm，与高速走丝线切割加工相比，尺寸精度大大提高，加工精度能达到±0.001mm，但一般的经济加工精度为0.002～0.005mm，表面粗糙度Ra为0.03μm。低速走丝电火花线切割加工机床由于解决了能自动卸除加工废料、自动搬运工件、自动穿电极丝和自适应控制技术的应用，因而已能实现无人操作的加工。但低速走丝电火花线切割加工机床在目前的造价以及加工成本均要比高速走丝电火花线切割机床高得多。

数控电火花线切割机床市场上，有一种被用户称作“中走丝”的数控电火花线切割机床正在成为销量担当。所谓的“中走丝”，并不是指走丝速度介于高速走丝与低速走丝之间，而是指加工质量介于高速走丝与低速走丝之间。中走丝数控电火花切割机床能够实现无条纹切割和多次切割，加工质量优于普通高速走丝数控电火花线切割机床，三次切割后精度和表面粗糙度接近于一般的低速走丝数控电火花线切割机床。

数控电火花线切割机床除了按走丝速度分类，也可以按加工尺寸范围分类，分为大、中、小型数控电火花线切割机床；按使用范围分类，可分为普通型与专用型数控电火花线切割机床等；按控制电动机分类，可分为步进电动机驱动和伺服电动机驱动数控电火花线切割机床；按控制核心分类，可分为单核控制和多核控制数控电火花线切割机床。数控电火花线切割机床的控制功能在不断丰富，开放化、智能化程度也在不断提高。