第5章数控电火花线切割机床编程与操作电火花加工又称放电加工或电蚀加工，它是在一定的介质中利用工具电极与工件电极之间的脉冲放电所产生的电蚀作用来对工件进行加工的一种工艺方法，属于特种加工范畴。电火花加工工艺方法包括电火花成形加工、电火花线切割加工、电火花成形磨削、电火花高速小孔加工等工艺方法。而其中电火花线切割加工和电火花成形加工是特种加工中常用的两种。本章主要介绍电火花线切割加工机床编程与操作，并对数控电火花成形加工机床作简单介绍。5.1、数控电火花线切割机床工作原理、分类及其结构组成5.1.1数控电火花线切割机床的工作原理数控电火花线切割加工是线电极电火花加工的简称，是电火花加工的一种，它是利用工件与工具电极之间的间隙脉冲放电所产生的局部瞬时高温，对金属材料进行电蚀除的一种加工方法。数控电火花线切割机床的工作原理如图5.1所示。被切割的工件作为工件电板、卷绕在丝筒上的电极丝作为工具电极与高频脉冲电源的负极相接。电极丝8穿过工件5上预先钻好的小孔，经导向轮4由贮丝筒6带动连续地沿其自身轴线作往复交替移动，并在张紧状态下由上、下导丝轮支承着通过加工区。安装在坐标工作台9上的工件接脉冲电源的正极，工件通过绝缘板安装在工作台上，由数控装置10按加工程序发出指令，控制两台步进电动机11，驱动工作台在水平面上沿X轴、Y轴两个坐标方向移动而合成任意平面曲线轨迹。由高频脉冲电源7对电极丝8与工件5施加脉冲电压，喷嘴3将工作液以一定的压力喷向加工区，当电极丝与工件的距离小到一定程度时，在脉冲电压的作用下，工作液被击穿，电极丝与工件之间形成瞬时放电通道，产生瞬时高温，使金属局部熔化甚至汽化而被蚀除下来。若工作台按照规定的步序带动工件不断地进给，就能切割出所需要的形状。由于贮丝筒带动电极丝作正、反交替的高速移动，所以电极丝基本上不被蚀除，可使用较长时间，口o0101一工作液2一泵3一喷嘴4一导向轮5一工件6一贮丝筒7一脉冲电源 8—电极丝9一坐标工作台10一数控装置11一步进电动机图5.1数控电火花线切割机床工作原理图为了在切割过程中能始终保持适宜的极间间隙，从而使火花放电能持续不断地进行，而不产生或少产生短路、空载和电弧放电，在电火花线切割机床的控制系统中设有控制电极丝和工件间相对运动速度的变频进给控制电路。它是一个频率可变的脉冲发生器，能把极间放电电压的变化转换成脉冲频率的变化，以控制输入步进电动机的进给脉冲的速度。5.1.2数控电火花线切割机床的分类和基本结构组成数控电火花线切割机床，根据电极丝运动的方式可以分为快速走丝电火花线切割机床和慢速走丝电火花线切割机床。1
1 第 5 章 数控电火花线切割机床编程与操作 电火花加工又称放电加工或电蚀加工，它是在一定的介质中利用工具电极与工件电极之 间的脉冲放电所产生的电蚀作用来对工件进行加工的一种工艺方法，属于特种加工范畴。电 火花加工工艺方法包括电火花成形加工、电火花线切割加工、电火花成形磨削、电火花高速 小孔加工等工艺方法。而其中电火花线切割加工和电火花成形加工是特种加工中常用的两种。 本章主要介绍电火花线切割加工机床编程与操作，并对数控电火花成形加工机床作简单介绍。 5.1 数控电火花线切割机床工作原理、分类及其结构组成 5.1.1 数控电火花线切割机床的工作原理 数控电火花线切割加工是线电极电火花加工的简称，是电火花加工的一种，它是利用工 件与工具电极之间的间隙脉冲放电所产生的局部瞬时高温，对金属材料进行电蚀除的一种加 工方法。 数控电火花线切割机床的工作原理如图 5.1 所示。被切割的工件作为工件电板、卷绕在 丝筒上的电极丝作为工具电极与高频脉冲电源的负极相接。电极丝 8 穿过工件 5 上预先钻好 的小孔，经导向轮 4 由贮丝筒 6 带动连续地沿其自身轴线作往复交替移动，并在张紧状态下 由上、下导丝轮支承着通过加工区。安装在坐标工作台 9 上的工件接脉冲电源的正极，工件 通过绝缘板安装在工作台上，由数控装置 10 按加工程序发出指令，控制两台步进电动机 11， 驱动工作台在水平面上沿 X 轴、Y 轴两个坐标方向移动而合成任意平面曲线轨迹。由高频脉冲 电源 7 对电极丝 8 与工件 5 施加脉冲电压，喷嘴 3 将工作液以一定的压力喷向加工区，当电 极丝与工件的距离小到一定程度时，在脉冲电压的作用下，工作液被击穿，电极丝与工件之 间形成瞬时放电通道，产生瞬时高温，使金属局部熔化甚至汽化而被蚀除下来。若工作台按 照规定的步序带动工件不断地进给，就能切割出所需要的形状。由于贮丝筒带动电极丝作正、 反交替的高速移动，所以电极丝基本上不被蚀除，可使用较长时间。 1—工作液 2—泵 3—喷嘴 4—导向轮 5—工件 6—贮丝筒 7—脉冲电源 8—电极丝 9—坐标工作台 10—数控装置 11—步进电动机 图 5.1 数控电火花线切割机床工作原理图 为了在切割过程中能始终保持适宜的极间间隙，从而使火花放电能持续不断地进行，而 不产生或少产生短路、空载和电弧放电，在电火花线切割机床的控制系统中设有控制电极丝 和工件间相对运动速度的变频进给控制电路。它是一个频率可变的脉冲发生器，能把极间放 电电压的变化转换成脉冲频率的变化，以控制输入步进电动机的进给脉冲的速度。 5.1.2 数控电火花线切割机床的分类和基本结构组成 数控电火花线切割机床，根据电极丝运动的方式可以分为快速走丝电火花线切割机床和 慢速走丝电火花线切割机床
1.快速走丝数控电火花线切割机床快速走丝数控电火花线切割机床见图5.2。床身1是安装工作台2和走丝系统的基础，工作台2的定位精度和灵敏度是影响加工曲线轮廓精度的重要因素。走丝系统的贮丝筒5由单独电动机、联轴节和专门的换向器驱动，作正反向交替运转，走丝速度一般为360～600m/min，并且保持一定的张力。这类机床的电极丝运行速度快（钼丝电极作高速往复运动达480～600m/min），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，一直使用到断线为止。电极丝一般用耐电腐蚀较好的钼丝，直径为Φ0.10.2mm，工作液通常采用乳化液。快速走丝线切割机由于走丝速度快，能自动排除短路现象。工作时，工作液靠快速运行的钼丝带入加工间隙。品aIEBT01一床身2一工作台3一丝架4一立柱5一贮丝筒6一数控箱7一工作液循环系统图5.2快速走丝数控电火花线切割机床数控电火花线切割机床由走丝机构、工作台、机床床身、供液系统、脉冲电源和控制系统等组成。走丝机构的作用是使电极丝以一定速度连续不断地通过放电加工区。走丝机构主要由走丝电动机、丝架和导轮等组成。图5.3为目前应用较广的快速走丝电火花线切割机床走丝机构示意图。电极丝由贮丝筒经丝架、导轮和导向器，穿过工件后，再经过导向器和导轮返回到购丝筒。工作时，电动机通过弹性联轴器带动贮丝筒作旋转运动，同时贮丝筒作轴向移动，这样电极丝就整齐地卷绕在贮丝筒上。当丝筒移动到终端时，贮丝筒立即反向转动，同时作反向移动。如此往复运动，使电极丝始终卷绕在贮丝筒上，反复使用直至断丝。1脉冲发生器1一滑轮 2—导轮3一导电器4—导向器6一工作台5一工件图5.3快速走丝电火花线切割机床走丝机构示意图工作台用于安装夹具和被切割工件，并带动工件在工作台平面内作X轴、Y轴两个方向的移动。工作台由驱动电动机（直流或交流电动机和步进电动机）、测速反馈系统、进给丝杠（一般使用滚珠丝杠）、纵向和横向拖板、工作液盛盘等组成。床身用于支承和连接工作台、走丝机构等部件：安放机床电器：存放供液系统。供液系统由工作液、工作液箱、工作液泵和循环导管组成。工作液起绝缘、排屑、冷却等作用。由于供液系统中的工作液是循环使用的，又称工作液循环系统。由于线切割电极丝2
2 1．快速走丝数控电火花线切割机床 快速走丝数控电火花线切割机床见图 5.2。床身 1 是安装工作台 2 和走丝系统的基础， 工作台 2 的定位精度和灵敏度是影响加工曲线轮廓精度的重要因素。走丝系统的贮丝筒 5 由 单独电动机、联轴节和专门的换向器驱动，作正反向交替运转，走丝速度一般为 360～ 600m/min，并且保持一定的张力。这类机床的电极丝运行速度快（钼丝电极作高速往复运动 达 480～600m/min），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 使用到断线为止。电极丝一般用耐电腐蚀较好的钼丝，直径为φ0.1～0.2mm，工作液通常采 用乳化液。快速走丝线切割机由于走丝速度快，能自动排除短路现象。工作时，工作液靠快 速运行的钼丝带入加工间隙。 1—床身 2—工作台 3—丝架 4—立柱 5—贮丝筒 6—数控箱 7—工作液循环系统 图 5.2 快速走丝数控电火花线切割机床 数控电火花线切割机床由走丝机构、工作台、机床床身、供液系统、脉冲电源和控制系 统等组成。 走丝机构的作用是使电极丝以一定速度连续不断地通过放电加工区。走丝机构主要由走 丝电动机、丝架和导轮等组成。图 5.3 为目前应用较广的快速走丝电火花线切割机床走丝机 构示意图。电极丝由贮丝筒经丝架、导轮和导向器，穿过工件后，再经过导向器和导轮返回 到贮丝筒。工作时，电动机通过弹性联轴器带动贮丝筒作旋转运动，同时贮丝筒作轴向移动， 这样电极丝就整齐地卷绕在贮丝筒上。当贮丝筒移动到终端时，贮丝筒立即反向转动，同时 作反向移动。如此往复运动，使电极丝始终卷绕在贮丝筒上，反复使用直至断丝。 1—滑轮 2—导轮 3—导电器 4—导向器 5—工件 6—工作台 图 5.3 快速走丝电火花线切割机床走丝机构示意图 工作台用于安装夹具和被切割工件，并带动工件在工作台平面内作 X 轴、Y 轴两个方向 的移动。工作台由驱动电动机（直流或交流电动机和步进电动机）、测速反馈系统、进给丝杠 （一般使用滚珠丝杠）、纵向和横向拖板、工作液盛盘等组成。床身用于支承和连接工作台、 走丝机构等部件；安放机床电器；存放供液系统。 供液系统由工作液、工作液箱、工作液泵和循环导管组成。工作液起绝缘、排屑、冷却 等作用。由于供液系统中的工作液是循环使用的，又称工作液循环系统。由于线切割电极丝
很细，放电时产生热量和如果不及时排出电蚀物，电极丝会因过热或极间短路造成断丝。每次脉冲放电后，工件与电极丝之间必须迅速恢复绝缘状态，否则脉冲放电就会转变为稳定持续的电弧放电，影响加工质量。因此放电部位电极丝必须用流动的工作液充分包围起来，在加工过程中，工作液把加工过程中产生的金属颗粒迅速地从电极之间冲走，使加工顺利进行：工作液还可冷却受热的电极和工件，防止工件变形。图5.4是快速走丝线切割机床工作液循环系统图。工作液（乳化液）由泵2供给，经节流阀3调压，通过上、下供液管4，由快速运行的电极丝5带入放电间隙中。回液的处理也比较简单，仅用滤清器8对乳化液过滤，去除乳化液中的放电腐蚀产物。21一贮液箱2一泵3一节流阀4一上、下供液管5一电极丝6一工件：7一工作台：8一滤清器图5.4快速走丝线切割机床工作液循环系统图脉冲电源就是产生脉冲电流的能源装置，是为工件和电极丝之间的放电加工提供能量，它对加工质量和加工效率有直接的影响。脉冲电源又称高频电源，其作用是把普通的交流电转换成高频率的单向脉冲电源，以使电极间产生电火花放电来蚀除金属。加工时，电极丝接脉冲电源的负极，工件接正极。电火花线切割脉冲电源是影响电火花线切割加工工艺指标最关键的设备之一。为了满足切割加工条件和工艺指标，对脉冲电源的要求是：①脉冲峰值电流要适当：②脉冲宽度要窄：③脉冲频率要尽量高：有利于减少电极丝损耗：③参数调节方便，适应性强。快速走丝电火花线切割机床结构简单，但快速走丝容易造成电极丝抖动，机床的振动较大，而且电极丝换向时，放电和进给停止，使加工表面出现凹凸不平的斑马形条纹。此外由于电极丝的导向采用导轮机构，导轮的损耗大：而电极丝的反复使用，电极丝也有一定损耗，这些都给提高加工精度带来较大的困难。一般快速走丝线切割机加工精度为0.01～0.02mm，表面粗糙度为Ra为2.5Hm。由于快速走丝线切割加工时难以达到高精度和高表面质量的要求，所以一般采用较高加工速度一次切割成形。2.慢速走丝数控电火花线切割机床慢速走丝数控电火花线切割机床见图5.5所示，其走丝速度一般不超过12m/min，可使用纯铜、黄铜、钨、钼和各种合金以及金属涂覆线作为电极丝，其直径为Φ0.03～Φ0.35mm。工作时电极丝单向运行，经放电加工后不再使用，避免了电极丝损耗给加工精度带来的影响。此外还配备了电极丝张力调节机构，使电极丝在慢速运行过程中，工作平稳、均匀，抖动小。所有这些保证了慢速走丝线切割机的加工高精度。图5.6为慢速走丝机构，新发展的线切割机床大多采用这种走丝机构。电极丝由供丝卷筒，通过电极丝张紧机构（由滑轮、压紧轮、制动轮组成），穿过上导丝嘴、工件、下导丝嘴后，再由滑轮导向，经卷丝机构（由卷丝滚轮、压紧轮、滑轮组成），进入废丝回收箱。可见慢速走丝线切割机电极丝是单向运行，经放电加工后不再使用。3
3 很细，放电时产生热量和如果不及时排出电蚀物，电极丝会因过热或极间短路造成断丝。每 次脉冲放电后，工件与电极丝之间必须迅速恢复绝缘状态，否则脉冲放电就会转变为稳定持 续的电弧放电，影响加工质量。因此放电部位电极丝必须用流动的工作液充分包围起来，在 加工过程中，工作液把加工过程中产生的金属颗粒迅速地从电极之间冲走，使加工顺利进行； 工作液还可冷却受热的电极和工件，防止工件变形。 图 5.4 是快速走丝线切割机床工作液循环系统图。工作液（乳化液）由泵 2 供给，经节 流阀 3 调压，通过上、下供液管 4，由快速运行的电极丝 5 带入放电间隙中。回液的处理也比 较简单，仅用滤清器 8 对乳化液过滤，去除乳化液中的放电腐蚀产物。 1—贮液箱 2—泵 3—节流阀 4—上、下供液管 5—电极丝 6—工件 7—工作台 8—滤清器 图 5.4 快速走丝线切割机床工作液循环系统图 脉冲电源就是产生脉冲电流的能源装置，是为工件和电极丝之间的放电加工提供能量， 它对加工质量和加工效率有直接的影响。脉冲电源又称高频电源，其作用是把普通的交流电 转换成高频率的单向脉冲电源，以使电极间产生电火花放电来蚀除金属。加工时，电极丝接 脉冲电源的负极，工件接正极。电火花线切割脉冲电源是影响电火花线切割加工工艺指标最 关键的设备之一。为了满足切割加工条件和工艺指标，对脉冲电源的要求是：①脉冲峰值电 流要适当；②脉冲宽度要窄；③脉冲频率要尽量高；④有利于减少电极丝损耗；⑤参数调节 方便，适应性强。 快速走丝电火花线切割机床结构简单，但快速走丝容易造成电极丝抖动，机床的振动较 大，而且电极丝换向时，放电和进给停止，使加工表面出现凹凸不平的斑马形条纹。此外由 于电极丝的导向采用导轮机构，导轮的损耗大；而电极丝的反复使用，电极丝也有一定损耗， 这些都给提高加工精度带来较大的困难。一般快速走丝线切割机加工精度为 0.01～0.02mm， 表面粗糙度为 Ra 为 2.5µm。由于快速走丝线切割加工时难以达到高精度和高表面质量的要求， 所以一般采用较高加工速度一次切割成形。 2．慢速走丝数控电火花线切割机床 慢速走丝数控电火花线切割机床见图 5.5 所示，其走丝速度一般不超过 12m/min，可使用 纯铜、黄铜、钨、钼和各种合金以及金属涂覆线作为电极丝，其直径为φ0.03～φ0.35mm。 工作时电极丝单向运行，经放电加工后不再使用，避免了电极丝损耗给加工精度带来的影响。 此外还配备了电极丝张力调节机构，使电极丝在慢速运行过程中，工作平稳、均匀，抖动小。 所有这些保证了慢速走丝线切割机的加工高精度。 图 5.6 为慢速走丝机构，新发展的线切割机床大多采用这种走丝机构。电极丝由供丝卷 筒，通过电极丝张紧机构（由滑轮、压紧轮、制动轮组成），穿过上导丝嘴、工件、下导丝嘴 后，再由滑轮导向，经卷丝机构（由卷丝滚轮、压紧轮、滑轮组成），进入废丝回收箱。可见， 慢速走丝线切割机电极丝是单向运行，经放电加工后不再使用
UU1一工作液流量计2一数控箱3一手控盒4一走丝系统5一上丝架6一下丝架7一工作台8一床身图5.5慢速走丝数控电火花线切割机床1一贮丝筒2、9一压紧轮3一制动轮4、7、10一滑轮5一供丝卷筒6一废丝回收箱8一卷丝滚轮11一下导丝嘴12一工件13一上导丝嘴图5.6慢速走丝电火花线切割机床的走丝机构慢速走丝线切割机床常用的工作液是去离子水和煤油。采用去离子水作工作液，具有冷却速度快、流动容易、不易燃等优点。去离子水的电阻率大小对加工速度、加工表面粗糙度、放电间隙大小都有影响。为了提高切割速度和防止工件锈蚀，常在去离子水中加入少量的导电液和防锈液。但高精度加工时必须有效控制去离子水的电阻率，具体数值应根据被加工工件的材料和厚度来调整。慢速走丝线切割机使用可以调节压力的上、下喷嘴将去离子水喷人放电间隙，实现火花放电。图5.7是慢速走丝线切割机床工作液循环系统图。其供液系统与快速走丝线切割机基本相同，但由于走丝速度慢，工作液（去离子水）主要是靠上、下高压喷嘴喷入放电间隙中。慢速走丝线切割机床的回液系统主要是对工作液进行去离子处理的离子交换树脂净化装置。慢速走丝线切割机床属于精密加工机床，为了达到高精度加工的要求，通常进行多次切割，一般为24次切割。一般慢速走丝线切割机床加工精度为0.005～0.01mm，表面粗糙度为Ra为0.4μm。由于慢速走丝数控电火花线切割机床具有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等特点，因而已能实现无人操作的加工。4
4 1—工作液流量计 2—数控箱 3—手控盒 4—走丝系统 5—上丝架 6—下丝架 7—工作台 8—床身 图 5.5 慢速走丝数控电火花线切割机床 1—贮丝筒 2、9—压紧轮 3—制动轮 4、7、10—滑轮 5—供丝卷筒 6—废丝回收箱 8—卷丝滚轮 11—下导丝嘴 12—工件 13—上导丝嘴 图 5.6 慢速走丝电火花线切割机床的走丝机构 慢速走丝线切割机床常用的工作液是去离子水和煤油。采用去离子水作工作液，具有冷 却速度快、流动容易、不易燃等优点。去离子水的电阻率大小对加工速度、加工表面粗糙度、 放电间隙大小都有影响。为了提高切割速度和防止工件锈蚀，常在去离子水中加入少量的导 电液和防锈液。但高精度加工时必须有效控制去离子水的电阻率，具体数值应根据被加工工 件的材料和厚度来调整。慢速走丝线切割机使用可以调节压力的上、下喷嘴将去离子水喷人 放电间隙，实现火花放电。 图 5.7 是慢速走丝线切割机床工作液循环系统图。其供液系统与快速走丝线切割机基本 相同，但由于走丝速度慢，工作液（去离子水）主要是靠上、下高压喷嘴喷入放电间隙中。 慢速走丝线切割机床的回液系统主要是对工作液进行去离子处理的离子交换树脂净化装置。 慢速走丝线切割机床属于精密加工机床，为了达到高精度加工的要求，通常进行多次切 割，一般为 2～4 次切割。一般慢速走丝线切割机床加工精度为 0.005～0.01mm，表面粗糙度 为 Ra 为 0.4µm。 由于慢速走丝数控电火花线切割机床具有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等特点，因而已能实现无人操作的加工
P21工件2一电极丝3、11一压力表4一节流阀5一电阻率检测装置6、12一泵7一清液槽8一离子交换树脂净化器9一电磁阀10一过滤器13一污液槽图5.7慢速走丝线切割机床工作液循环系统图5.1.3数控电火花线切割加工的特点与应用1.数控电火花线切割加工的特点（1）可以加工用一般切削方法难以加工或无法加工的形状复杂的工件，如冲模、凸轮、样板、外形复杂的精密零件及窄缝等，加工的尺寸精度可达0.01～0.02mm，表面粗糙度值Ra可达1.6μm。（2）电极丝在加工中不接触工件，两者之间的作用力很小，因而不需要电极丝、工件及夹具有足够的刚度，以抵抗切削变形。（3）电极丝材料不必比工件材料硬，可以加工用一般切削方法难以加工或无法加工的金属材料和半导体材料。如淬火钢、硬质合金等：而非导电材料用线切割加工则无法实现。（4）直接利用电、热能进行加工，可以比较方便地对影响加工精度的加工参数（如脉冲宽度、脉冲间隔、加工电流等）进行调整，有利于加工精度的提高，便于实现加工过程的自动化控制。（5）与一般切削加工相比，线切割加工的效率低，加工成本高，不适合形状简单的大批零件的加工。2.数控电火花线切割加工的应用数控电火花线切割机广泛用于加工硬质合金、淬火钢模具零件：用于切割样板；由于所用的电极丝直径很细，特别适用于加工形状复杂的细小零件、窄缝等。如形状复杂、带有尖角的窄缝形小型凹模，可采用整体结构火后线切割加工，既能保证模具精度，又可简化模具设计和制造。此外，电火花线切割加工，还可用于除盲孔以外的其它难加工金属零件的加工。由于数控线切割加工具有上述许多特点，已成为机械制造行业不可缺少的一种先进加工方法，并为新产品试制、精密零件的制造开辟了一条新的途径。5.2数控电火花线切割加工的工艺过程数控线切割加工时，为了使工件达到图样规定的尺寸、形状位置精度和表面粗糙度要求，必须合理制定数控线切割加工工艺。只有工艺合理，才能高效率地加工出质量好的工件。下面对线切割加工工艺分析的主要问题进行讨论。5.2.1零件图工艺分析数控电火花线切割加工过程分为四个步骤：（1）对工件图样进行审核及分析：（2）加工前的准备；（3）加工；5
5 1—工件 2—电极丝 3、11—压力表 4—节流阀 5—电阻率检测装置 6、12—泵 7—清液槽 8—离子交换树脂净化器 9—电磁阀 10—过滤器 13—污液槽 图 5.7 慢速走丝线切割机床工作液循环系统图 5.1.3 数控电火花线切割加工的特点与应用 1．数控电火花线切割加工的特点 （1）可以加工用一般切削方法难以加工或无法加工的形状复杂的工件，如冲模、凸轮、 样板、外形复杂的精密零件及窄缝等，加工的尺寸精度可达 0.01～0.02mm，表面粗糙度值 Ra 可达 1.6μm。 （2）电极丝在加工中不接触工件，两者之间的作用力很小，因而不需要电极丝、工件及 夹具有足够的刚度，以抵抗切削变形。 （3）电极丝材料不必比工件材料硬，可以加工用一般切削方法难以加工或无法加工的金 属材料和半导体材料。如淬火钢、硬质合金等；而非导电材料用线切割加工则无法实现。 （4）直接利用电、热能进行加工，可以比较方便地对影响加工精度的加工参数（如脉冲 宽度、脉冲间隔、加工电流等）进行调整，有利于加工精度的提高，便于实现加工过程的自 动化控制。 （5）与一般切削加工相比，线切割加工的效率低，加工成本高，不适合形状简单的大批零 件的加工。 2．数控电火花线切割加工的应用 数控电火花线切割机广泛用于加工硬质合金、淬火钢模具零件；用于切割样板；由于所 用的电极丝直径很细，特别适用于加工形状复杂的细小零件、窄缝等。如形状复杂、带有尖 角的窄缝形小型凹模，可采用整体结构淬火后线切割加工，既能保证模具精度，又可简化模 具设计和制造。此外，电火花线切割加工，还可用于除盲孔以外的其它难加工金属零件的加 工。由于数控线切割加工具有上述许多特点，已成为机械制造行业不可缺少的一种先进加工 方法，并为新产品试制、精密零件的制造开辟了一条新的途径。 5.2 数控电火花线切割加工的工艺过程 数控线切割加工时，为了使工件达到图样规定的尺寸、形状位置精度和表面粗糙度要求， 必须合 理制定数控线切割加工工艺。只有工艺合理，才能高效率地加工出质量好的工件。下面对线 切割加工工艺分析的主要问题进行讨论。 5.2.1 零件图工艺分析 数控电火花线切割加工过程分为四个步骤： （1）对工件图样进行审核及分析； （2）加工前的准备； （3）加工；
（4）检验。图5.8所示为数控电火花线切割加工工艺路线图。机床的检查与调整选用通用或专用装爽方式通用量具工作液的选配专用量具工件的找正电极丝的选择及校正仪器测量穿丝孔的加工确定电极丝中心的坐标其他其他临时停车确定编程原点直线K圆弧R检验法长时停车数学处理控制台显示断丝手工编程机床空走突然断电自动编程试切样板短路先割非重要零件介质制作其他CRT作图检查图5.8数控电火花线切割加工工艺路线零件图分析对保证工件加工质量和工件的综合技术指标是具有决定意义的第一步。主要分析零件的凹角和尖角是否符合线切割加工的工艺条件，零件的加工精度、表面粗糙度是否在线切割加工所能达到的经济精度范围内。进行线切割加工时，由于大面积去除金属和切断加工，会使材料内部残余应力的相对平衡状态受到破坏，材料就会产生第二次较大变形。1．凸、凹模尖角处的尺寸分析线切割加工是用电极丝作为工具电极来加工的，因为电极丝有一定的直径D，加工时又有放电间隙8，使电极丝中心运动轨迹与给定图线相差距离L，如图5.9所示，即L=D/2+8，这样，加工凸模类零件时，电极丝中心轨迹应放大：加工凹模类零件时，电极丝中心轨迹应缩小，如图5.10所示。电极丝工件L图5.9电极丝与工件放电位置的关系电极丝中心轨迹凹模轮瀚凸模轮廓b)凹模轮哪a)凸模轮廓图5.10电极丝中心运动轨迹与给定图线的关系一般数控装置都具有刀具补偿功能，不需要计算刀具中心运动轨迹，只需要按零件轮廓6
6 （4）检验。 图 5.8 所示为数控电火花线切割加工工艺路线图。 图 5.8 数控电火花线切割加工工艺路线 零件图分析对保证工件加工质量和工件的综合技术指标是具有决定意义的第一步。主要 分析零件的凹角和尖角是否符合线切割加工的工艺条件，零件的加工精度、表面粗糙度是否 在线切割加工所能达到的经济精度范围内。进行线切割加工时，由于大面积去除金属和切断 加工，会使材料内部残余应力的相对平衡状态受到破坏，材料就会产生第二次较大变形。 1. 凸、凹模尖角处的尺寸分析 线切割加工是用电极丝作为工具电极来加工的，因为电极丝有一定的直径 D，加工时又有 放电间隙δ，使电极丝中心运动轨迹与给定图线相差距离 L，如图 5.9 所示，即 L = D/2 + δ， 这样，加工凸模类零件时，电极丝中心轨迹应放大；加工凹模类零件时，电极丝中心轨迹应 缩小，如图 5.10 所示。 图 5.9 电极丝与工件放电位置的关系 图 5.10 电极丝中心运动轨迹与给定图线的关系 一般数控装置都具有刀具补偿功能，不需要计算刀具中心运动轨迹，只需要按零件轮廓
编程，使编程简单方便。但需要考虑电极丝直径及放电间隙，即要设置间隙补偿量JB。JB=±(D/2+8)加工凸模时取“+”，加工凹模时取“_”值。线切割加工时，在工件的凹形尖角处不能得到“清角”，而是半径等于L的圆弧。对于形状复杂的精密冲模，在凸、凹模设计图纸上应注明凸凹尖角处的过渡圆弧半径R。加工凹形尖角时R≥L=D/2+8加工凸形尖角时R2=R△式中：Ri一凹形尖角圆弧半径：R2一凸形尖角圆弧半径；一凸、凹模配合间隙；D一电极丝的直径；8一放电间隙。2.电极丝的选择（1）电极丝材料选择目前电极丝材料的种类很多，主要有纯铜丝、黄铜丝、专用黄铜丝、钼丝、钨丝、各种合金丝及镀层金属丝等。常用电极丝材料及其特点如表5-1。表5-1常用电极丝材料及其特点材料特点线径/mm纯铜0.1~0.25适用于切割速度要求不高或精加工时用。丝不易卷曲，抗拉强度低，容易断丝黄铜1~0.30适用于高速加工，加工面的蚀屑附着少，表面粗糙度和加工面的平直度也较好专用黄0.05~适用于高速、高精度和理想的表面粗糙度加工以及自动穿丝，但价格高铜0. 35钼0. 06~由于它的抗拉强度高，一般用于快速走丝，在进行微细、窄缝加工时，也可用于慢0.25速走丝钨0. 03~由于抗拉强度高，可用于各种窄缝的微细加工，但价格昂贵0. 10一般情况下，快速走丝机床常用钼丝作电极丝，钨丝或其他昂贵金属丝因成本高而很少使用，其他丝材因抗拉强度低，在快走丝机床上不能使用。慢速走丝机床上则可用各种铜丝、铁丝、专用合金丝以及镀层（如镀锌等）的电极丝。(2）电极丝直径的选择电极丝直径D应根据工件加工的切缝宽窄、工件厚度及拐角尺寸大小等来选择。由图5.11可知，电极丝直径D与拐角半径R的关系为D≤2mm（R-8）。所以，在拐角要求小的微细线切割加工中，需要选用线径细的电极，但线径太细，能够加工的工件厚度也将会受到限制。线径与拐角极限和工件厚度的关系如表5-2。L电极丝图5.11电极丝直径与拐角半径的关系表5-2线径与拐角极限和工件厚度的关系线电极直径D/mm拐角极限Ramix/mm切割工件厚度/mm线电极直径D/mm1拐角极限Rux/mm钨0.05钨0.070.04~0.07切割工件厚度/mm钨0.100~100~200~300.05~0.100.07~0.12黄铜0.15黄铜0.20黄铜0.250.10~0.160.12~0.200.05~0.220~500~100以上0~100以上7
7 编程，使编程简单方便。但需要考虑电极丝直径及放电间隙，即要设置间隙补偿量 JB。 JB = ±（D/2 + δ） 加工凸模时取“+”，加工凹模时取“-”值。 线切割加工时，在工件的凹形尖角处不能得到“清角”，而是半径等于 L 的圆弧。 对于形状复杂的精密冲模，在凸、凹模设计图纸上应注明凸凹尖角处的过渡圆弧半径 R。 加工凹形尖角时 R1 ≥L = D/2 + δ 加工凸形尖角时 R2 = R1 – Δ 式中：R1 —凹形尖角圆弧半径； R2 —凸形尖角圆弧半径； Δ—凸、凹模配合间隙； D—电极丝的直径； δ—放电间隙。 2. 电极丝的选择 (1）电极丝材料选择 目前电极丝材料的种类很多，主要有纯铜丝、黄铜丝、专用黄铜丝、钼丝、钨丝、各种 合金丝及镀层金属丝等。常用电极丝材料及其特点如表 5-1。 表 5-1 常用电极丝材料及其特点 材料 线径/mm 特点 纯铜 0.1～0.25 适用于切割速度要求不高或精加工时用。丝不易卷曲，抗拉强度低，容易断丝 黄铜 1～0.30 适用于高速加工，加工面的蚀屑附着少，表面粗糙度和加工面的平直度也较好 专用黄 铜 0.05～ 0.35 适用于高速、高精度和理想的表面粗糙度加工以及自动穿丝，但价格高 钼 0.06～ 0.25 由于它的抗拉强度高，一般用于快速走丝，在进行微细、窄缝加工时，也可用于慢 速走丝 钨 0.03～ 0.10 由于抗拉强度高，可用于各种窄缝的微细加工，但价格昂贵 一般情况下，快速走丝机床常用钼丝作电极丝，钨丝或其他昂贵金属丝因成本高而很少 使用，其他丝材因抗拉强度低，在快走丝机床上不能使用。慢速走丝机床上则可用各种铜丝、 铁丝、专用合金丝以及镀层（如镀锌等）的电极丝。 (2）电极丝直径的选择 电极丝直径Ｄ应根据工件加工的切缝宽窄、工件厚度及拐角尺寸大小等来选择。由图 5.11 可知，电极丝直径Ｄ与拐角半径 R 的关系为Ｄ≤2mm(R –δ)。所以，在拐角要求小的微细线 切割加工中，需要选用线径细的电极，但线径太细，能够加工的工件厚度也将会受到限制。 线径与拐角极限和工件厚度的关系如表 5-2。 图 5.11 电极丝直径与拐角半径的关系 表 5-2 线径与拐角极限和工件厚度的关系 线电极直径 D/mm 拐角极限 RMIN/mm 切割工件厚度/mm 线电极直径 D/mm 拐角极限 RMIN/mm 切割工件厚度/mm 钨 0.05 钨 0.07 钨 0.10 0.04～0.07 0.05～0.10 0.07～0.12 0～10 0～20 0～30 黄铜 0.15 黄铜 0.20 黄铜 0.25 0.10～0.16 0.12～0.20 0.05～0.22 0～50 0～100 以上 0～100 以上
3.工件加工基准的选择为了便于线切割加工，根据工件外形和加工要求，应准备相应的校正和加工基准，并且次基准应尽量与图样的设计基准一致，常见的有以下两种形式。（1）以外形为校正和加工基准外形是矩形的工件，一般需要有两个相互垂直的基准面，并垂直于工件的上、下平面（如图5.12所示）。1D-图5.12矩形工件的校正与加工基准图5.13加工基准的选择2）以外形为校正基准，内孔为加工基准无论是矩形、圆形还是其他异型工件，都应准备一个与工件的上、下平面保持垂直的校正基准，此时其中一个内孔可作为加工基准，如图5.13所示。在大多数情况下，外形基面在线切割加工前的机械加工中就已准备好了。工件淬硬后，若基面变形很小，稍加打光便可用线切割加工：若变形较大，则应当重新修磨基面。4.穿丝孔的确定（1）切割凸模类零件为避免将坏件外形切断引起的变形（工件内应力失去平衡造成）而影响加工精度，通常在坏件内部外形附近预制穿丝孔（如图5.14）。夹tr持持部部a)b)c)图5.14切割点与切割路线的安排(2）切割凹模、孔类零件此时可将穿丝孔位置选在待切割型腔（孔）内部。当穿丝孔位置选在待切割型腔（孔）的边角处时，切割过程中无用的轨迹最短；而穿丝孔位置选在已知坐标尺寸的交点处则有利于尺寸推算：切割孔类零件时，若将穿丝孔位置选在型孔中心可使编程操作容易。因此，要根据具体情况来选择穿丝孔的位置。（3）穿丝孔大小穿丝孔大小要适宜，一般不宜太小，如果穿丝孔径太小，不但钻孔难度增加，而且也不便于穿丝。但是，若穿丝孔径太大，则会增加工艺上的难度。一般穿丝孔常用直径为Φ(3～10mm。如果预制孔可用车削等方法加工，则穿丝孔径也可大些。5.切割路线的确定线切割加工工艺中，切割起始点和切割路线的安排合理与否，将影响工件变形的大小，从而影响加工精度。切割点应取在图形的拐角处，或取在容易将凸尖修去的部位。切割路线主要以防止或减少模具变形为原则，一般应考虑使靠近装夹一侧图形最后切割为宜。由外向内的切割路线，通常在加工凸模零件时采用，见图5.14。其中，图5.14a所示的8
8 3. 工件加工基准的选择 为了便于线切割加工，根据工件外形和加工要求，应准备相应的校正和加工基准，并且 次基准应尽量与图样的设计基准一致，常见的有以下两种形式。 (1）以外形为校正和加工基准 外形是矩形的工件，一般需要有两个相互垂直的基准面，并垂直于工件的上、下平面（如 图 5.12 所示）。 图 5.12 矩形工件的校正与加工基准 图 5.13 加工基准的选择 (2）以外形为校正基准，内孔为加工基准 无论是矩形、圆形还是其他异型工件，都应准备一个与工件的上、下平面保持垂直的校 正基准，此时其中一个内孔可作为加工基准，如图 5.13 所示。在大多数情况下，外形基面在 线切割加工前的机械加工中就已准备好了。工件淬硬后，若基面变形很小，稍加打光便可用 线切割加工；若变形较大，则应当重新修磨基面。 4. 穿丝孔的确定 (1）切割凸模类零件 为避免将坯件外形切断引起的变形（工件内应力失去平衡造成）而影响加工精度，通常 在坯件内部外形附近预制穿丝孔（如图 5.14）。 图 5.14 切割点与切割路线的安排 (2）切割凹模、孔类零件 此时可将穿丝孔位置选在待切割型腔（孔）内部。当穿丝孔位置选在待切割型腔（孔） 的边角处时，切割过程中无用的轨迹最短；而穿丝孔位置选在已知坐标尺寸的交点处则有利 于尺寸推算；切割孔类零件时，若将穿丝孔位置选在型孔中心可使编程操作容易。因此，要 根据具体情况来选择穿丝孔的位置。 (3）穿丝孔大小 穿丝孔大小要适宜，一般不宜太小，如果穿丝孔径太小，不但钻孔难度增加，而且也不 便于穿丝。但是，若穿丝孔径太大，则会增加工艺上的难度。一般穿丝孔常用直径为φ(3～ 10)mm。如果预制孔可用车削等方法加工，则穿丝孔径也可大些。 5. 切割路线的确定 线切割加工工艺中，切割起始点和切割路线的安排合理与否，将影响工件变形的大小， 从而影响加工精度。切割点应取在图形的拐角处，或取在容易将凸尖修去的部位。切割路线 主要以防止或减少模具变形为原则，一般应考虑使靠近装夹一侧图形最后切割为宜。 由外向内的切割路线，通常在加工凸模零件时采用，见图 5.14。其中，图 5.14a 所示的
切割路线是错误的，因为当切割完第一边继续加工时，由于原来主要连接的部位被割离，余下材料与夹持部分的连接较少，工件的刚度大为降低，容易产生变形而影响加工精度。如按图5.14b所示的切割路线加工，可减少由于材料割离后残余应力重新分布而引起的变形。所以，一般情况下，最好将工件与其夹持部分分割的线段安排在切割路线的末端。对于精度要求较高的零件，最好采用图5.14C所示的方案，电极丝不是由坏件外部切入，而是将切割起始点取在坏件预制的穿丝孔中，这种方案可使工件的变形最小。加工过程中工件刚度变化的影响，见图5.15。如图5.15（a）所示，切割完第一条边后，火持部分(a)(b)图5.15切割加工路线合理选择工件上需切离的部分与夹持部分的连接变少工件刚度也大为降低，容易产生变形，从而影响加工精度。这种情况较普遍，应采用合理的切割加工路线，使其得到改善。故一般情况下应将工件与其夹持部分相分割的线段安排在切割加工总程序的末端。如图5.15（b）所示的切割加工路线，就可减少因材料割离后残余应力重新分布而引起的变形。切割孔类零件时，为了减少变形，还可采用二次切割法，如图5.16所示。第一次粗加工型孔，各边留余量0.1～0.5mm，以补偿材料被切割后由于内应力重新分布而产生的变形。第二次切割为精加工，这样可以达到比较满意的效果。521一第一次切割的理论图形：2一第一次切割的实际图形：3一第二次切割的图形图5.16二次切割孔类零件6.工作液的选择数控线切割加工时，工作液是脉冲放电的介质，对加工工艺指标影响很大，对切割速度、表面粗糙度和加工精度也有影响。应根据线切割机床的类型和加工对象，选择工作液的种类、浓度及导电率等。对快速走丝线切割加工，一般常用浓度为10%左右的乳化液，此时可达到较高的线切割速度。对于慢走丝线切割加工，普遍使用去离子水或煤油。适当添加某些导电液有利于提高切割速度。一般使用电阻率为2*10*Q·m左右的工作液，可达到较高的切割速度。工作液的电阻率过高或过低均有降低线切割速度的倾向。5.2.2工件的装夹线切割加工对工件装夹的基本要求：（1）工件的装夹基准面应清洁无毛刺，经过热处理的工件，在穿丝孔或凹模类工件扩孔的台阶处，要清理热处理液的渣物及氧化膜表面。2）夹具精度要高，工件至少用两个侧面固定在夹具或工件台上，如图5.17所示。9
9 切割路线是错误的，因为当切割完第一边继续加工时，由于原来主要连接的部位被割离，余 下材料与夹持部分的连接较少，工件的刚度大为降低，容易产生变形而影响加工精度。如按 图 5.14b 所示的切割路线加工，可减少由于材料割离后残余应力重新分布而引起的变形。所 以，一般情况下，最好将工件与其夹持部分分割的线段安排在切割路线的末端。对于精度要 求较高的零件，最好采用图 5.14C 所示的方案，电极丝不是由坯件外部切入，而是将切割起 始点取在坯件预制的穿丝孔中，这种方案可使工件的变形最小。 加工过程中工件刚度变化的影响，见图 5.15。如图 5.15（a）所示,切割完第一条边后， 图 5.15 切割加工路线合理选择 工件上需切离的部分与夹持部分的连接变少工件刚度也大为降低，容易产生变形，从而影响 加工精度。这种情况较普遍，应采用合理的切割加工路线，使其得到改善。故一般情况下， 应将工件与其夹持部分相分割的线段安排在切割加工总程序的末端。如图 5.15（b）所示的切 割加工路线，就可减少因材料割离后残余应力重新分布而引起的变形。 切割孔类零件时，为了减少变形，还可采用二次切割法，如图 5.16 所示。第一次粗加工 型孔，各边留余量 0.1～0.5mm，以补偿材料被切割后由于内应力重新分布而产生的变形。第 二次切割为精加工，这样可以达到比较满意的效果。 1—第一次切割的理论图形；2—第一次切割的实际图形；3—第二次切割的图形 图 5.16 二次切割孔类零件 6. 工作液的选择 数控线切割加工时，工作液是脉冲放电的介质，对加工工艺指标影响很大，对切割速度、 表面粗糙度和加工精度也有影响。应根据线切割机床的类型和加工对象，选择工作液的种类、 浓度及导电率等。对快速走丝线切割加工，一般常用浓度为 10%左右的乳化液，此时可达到较 高的线切割速度。对于慢走丝线切割加工，普遍使用去离子水或煤油。适当添加某些导电液 有利于提高切割速度。一般使用电阻率为 2*104Ω·m 左右的工作液，可达到较高的切割速度。 工作液的电阻率过高或过低均有降低线切割速度的倾向。 5.2.2 工件的装夹 线切割加工对工件装夹的基本要求： (1) 工件的装夹基准面应清洁无毛刺，经过热处理的工件，在穿丝孔或凹模类工件扩孔的 台阶处， 要清理热处理液的渣物及氧化膜表面。 (2) 夹具精度要高，工件至少用两个侧面固定在夹具或工件台上，如图 5.17 所示
工件压板弹簧压板IK工件挡板工件图5.17两个侧面固定工件（3）装夹工件的位置要有有利于工件的找正，并能满足加工形成的需要，工作台移动时，不得与丝架相碰。（4）装夹工件的作用力要均匀，不得使工件变形或翘起。（5）批量加工时最好采用专用夹具，以提高效率（6）细小、精密、薄壁工件应固定在辅助工作台或不易变形的辅助夹具上，如图5.18所示。工件工件挡板000000工件辅助工作台b)夹具a)辅助工作台图5.18辅助工作台和夹具5.3数控电火花线切割机床程序编制目前，数控电火花线切割机床编程常用的程序格式有3B、4B格式及符合国际标准的ISO格式等。快走丝线切割机床一般采用3B、4B格式，而慢走丝线切割机床多采用ISO格式（G代码）。3B是无间隙补偿程序格式，不能实现电极丝半径和放电间隙的自动补偿：4B是有间隙补偿格式，能实现电极丝半径与放电间隙的自动补偿。国产DK7740C型数控电火花线切割机床采用3B格式，既可用手工编程，又可用自动编程软件进行自动编程。5.3.1无间隙补偿（3B格式）编程我国采用的3B、4B格式一般用于快走丝线切割机床，其功能少，兼容性差，只能用相对坐标而不能用绝对坐标编程。但其针对性强，通俗易懂，目前被我国绝大多数快走丝线切割机床生产厂所采用。下面对3B格式编程作一介绍。1.程序格式3B格式程序描述的是电极丝中心的运动轨迹，没有间隙补偿功能，但可通过机床的数控装置或一些自动编程软件，自动实现间隙补偿。3B程序格式见表5-3。表5-33B程序格式BXBYBJGZ分隔符号X坐标值分隔符号Y坐标值」分隔符号」计数长度」计数方向」加工指令其中：B一分隔符，表示一条程序段开始，并将X、Y、J等数码区分开来。B后的数值为O时，10
10 图 5.17 两个侧面固定工件 (3）装夹工件的位置要有有利于工件的找正，并能满足加工形成的需要，工作台移动时， 不得与丝架相碰。 (4）装夹工件的作用力要均匀，不得使工件变形或翘起。 (5）批量加工时最好采用专用夹具，以提高效率。 (6）细小、精密、薄壁工件应固定在辅助工作台或不易变形的辅助夹具上，如图 5.18 所 示。 图 5.18 辅助工作台和夹具 5.3 数控电火花线切割机床程序编制 目前，数控电火花线切割机床编程常用的程序格式有 3B、4B 格式及符合国际标准的 ISO 格式等。快走丝线切割机床一般采用 3B、4B 格式，而慢走丝线切割机床多采用 ISO 格式（G 代码）。3B 是无间隙补偿程序格式，不能实现电极丝半径和放电间隙的自动补偿；4B 是有间 隙补偿格式，能实现电极丝半径与放电间隙的自动补偿。国产 DK7740C 型数控电火花线切割 机床采用 3B 格式，既可用手工编程，又可用自动编程软件进行自动编程。 5.3.1 无间隙补偿（3B 格式）编程 我国采用的 3B、4B 格式一般用于快走丝线切割机床，其功能少，兼容性差，只能用相对 坐标而不能用绝对坐标编程。但其针对性强，通俗易懂，目前被我国绝大多数快走丝线切割 机床生产厂所采用。下面对 3B 格式编程作一介绍。 1. 程序格式 3B 格式程序描述的是电极丝中心的运动轨迹，没有间隙补偿功能，但可通过机床的数控 装置或一些自动编程软件，自动实现间隙补偿。3B 程序格式见表 5-3。 表 5-3 3B 程序格式 B X B Y B J G Z 分隔符号 X 坐标值 分隔符号 Y 坐标值 分隔符号 计数长度 计数方向 加工指令 其中： B—分隔符，表示一条程序段开始，并将 X、Y、J 等数码区分开来。B 后的数值为 0 时