電火花數(shù)控線切割實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū) 機(jī)電

1、廣東石油化工學(xué)院一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?. 了解電火花數(shù)控線切割的基本原理和特點(diǎn)。2. 了解電火花數(shù)控線切割機(jī)主要結(jié)構(gòu)及一般的加工工藝。3. 掌握數(shù)控線切割的編程方法并獨(dú)自完成一個(gè)零件的編程和加工。二、數(shù)控電火花線切割的基本原理和特點(diǎn)1. 數(shù)控電火花線切割加工的基本原理電火花線切割加工（Wire Cut Electrical Discharge Machining,簡(jiǎn)稱WEDM）是特種加工的一種，也是電火花加工的一個(gè)分支，它是利用移動(dòng)的細(xì)金屬絲作為工具電極，在金屬絲與工件間加以脈沖電源，利用脈沖放電的電腐蝕作用對(duì)工件進(jìn)行切割加工。2. 高頻放電加工原理 高頻脈沖電源是電火花線切割機(jī)床進(jìn)行電蝕加工的一種

2、能源。用來(lái)產(chǎn)生高頻電脈沖。高頻電源電路由主振級(jí)、前置放大級(jí)、功率放大級(jí)和整流電源四部分組成。有電子管和晶體管式，目前多用后者。高頻電源性能的好壞直接影響工件加工后的表面質(zhì)量和生產(chǎn)率。電火花加工是利用火花放電產(chǎn)生的電蝕現(xiàn)象來(lái)進(jìn)行加工的。實(shí)質(zhì)上是由電、熱和流體動(dòng)力結(jié)合作用的結(jié)果。加工時(shí)工件接高頻電源的正極，工具電極接負(fù)極，在充滿液體介質(zhì)的工具電極與工件之間的間隙上，施加脈沖電壓后便產(chǎn)生很強(qiáng)的電場(chǎng)，從而使這個(gè)區(qū)域的介質(zhì)電離，形成放電通道（火花放電擊穿電位比電弧放電擊穿電位高，大于36千伏/厘米），并產(chǎn)生火花放電。由于放電時(shí)間短（持續(xù)時(shí)間10-610-3）且發(fā)生在放電區(qū)域的某點(diǎn)上，所以能量高度集中，放

3、電區(qū)域溫度急劇升高（火花放電通道和工具電極上溫度為1000012000度），致使金屬材料熔化甚至蒸發(fā)，以達(dá)到去除材料完成加工的目的。3. 數(shù)控原理 數(shù)控程序是指用專用計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行自動(dòng)控制,任何平面直線和曲線都可通過(guò)控制X、Y兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)來(lái)合成，計(jì)算機(jī)就是根據(jù)人的指令來(lái)發(fā)出進(jìn)給信號(hào)，指揮線切割機(jī)床上X、Y兩個(gè)方向上的步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)。數(shù)控系統(tǒng)主要由輸入裝置、控制器、運(yùn)算器和輸出裝置組成輸入裝置的作用是接受程序指令并對(duì)指令進(jìn)行識(shí)別，再轉(zhuǎn)換適當(dāng)?shù)男畔⑺徒o各有關(guān)的寄存器，作為控制和運(yùn)算的依據(jù)，控制器則根據(jù)程序指令控制運(yùn)算器及輸出裝置。運(yùn)算器在控制器的控制下對(duì)輸出裝置送來(lái)的數(shù)據(jù)及時(shí)進(jìn)行運(yùn)算，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)

4、果向輸出裝置輸出進(jìn)給脈沖。輸出裝置在控制器的控制下接受運(yùn)算器的輸出脈沖，經(jīng)過(guò)放大后驅(qū)動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)。伺服機(jī)構(gòu)的工作是將數(shù)控輸出裝置輸出的脈沖轉(zhuǎn)換成機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的位移量（步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)所帶動(dòng)工作臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)的距離）。對(duì)每一個(gè)輸出脈沖，機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)的距離稱為脈沖當(dāng)量。實(shí)驗(yàn)用機(jī)床脈沖當(dāng)量為0.001。4. 數(shù)控電火花線切割特點(diǎn) l 不需要制作電極，可降低制造費(fèi)用，縮短生產(chǎn)周期。l 能加工精密、形狀復(fù)雜而細(xì)小的內(nèi)、外形面，以及高熔點(diǎn)、高硬度難切削的材料。l 電極損耗極小，節(jié)省材料，有利于加工精度的提高。l 工具電極和工件不直接接觸，無(wú)機(jī)械加工中的宏觀切削力，適宜于加工低剛度零件及細(xì)小零件。l 加工精度高，

5、尺寸精度0.01mm，表面粗糙度Ra1.60.8m；一般不需要電規(guī)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)化。l 不能加工母線不是直線的表面和盲孔及縱向階梯表面。l 生產(chǎn)效率高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 三、數(shù)控線切割加工的設(shè)備組成電火花數(shù)控線切割的設(shè)備主要由機(jī)床主體、脈沖電源、控制系統(tǒng)三部分組成。實(shí)驗(yàn)中采用的是DK7725和DK7732/300Z6的兩種型號(hào)。1. 機(jī)床由床身、工作臺(tái)、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)、工作液循環(huán)系統(tǒng)、機(jī)床電器張緊裝置等組成。l 床身 床身通常為鑄鐵件，是機(jī)床的支撐體，上面裝有工作臺(tái)、絲架、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)是箱式體，內(nèi)部裝有機(jī)床電源和工作液箱。l 工作臺(tái) 上面有用來(lái)裝夾工件的裝置，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)變速機(jī)構(gòu)將動(dòng)力傳給絲桿螺母副，并將

6、其變成坐標(biāo)軸的直線運(yùn)動(dòng)，從而獲得各種平面圖形的曲線軌跡。工作臺(tái)主要有上下拖板、絲桿螺母副、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和道軌等組成。上下拖板采用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾動(dòng)絲桿副驅(qū)動(dòng)。l 運(yùn)絲機(jī)構(gòu) 運(yùn)絲機(jī)構(gòu)是由貯絲筒與絲架組成。其鉬絲的運(yùn)動(dòng)是由絲筒電機(jī)以正、反轉(zhuǎn)動(dòng)得到的，絲架上裝有導(dǎo)線輪及導(dǎo)電柱（塊），固定在上面的中間部位。l 電極絲 由于導(dǎo)電導(dǎo)熱、強(qiáng)度、韌性和自身工藝性能等因素，目前多采用鉬絲或銅絲，加工中電極絲作高速移動(dòng)(正、反向)。實(shí)驗(yàn)中機(jī)床的鉬絲直徑，長(zhǎng)。l 工作液循環(huán)系統(tǒng) 由于火花放電是在瞬間把高能密度的脈沖送到尺寸極小的加工部位，而在脈沖間的一定間隙里介質(zhì)必須消電離(使之不轉(zhuǎn)為弧光放電)才能實(shí)現(xiàn)電火花加工，故

7、必須使用工作液。其作用是絕緣；壓縮放電通道；帶走電蝕產(chǎn)物；冷卻；消電離。工作液本身應(yīng)不腐蝕工件并且使用安全。目前常用的是左右的乳化油(磺酸鋇、環(huán)烷酸鋅、磺化油待等配制而成)，亦可用煤油。2. 脈沖電源l 高頻電源是產(chǎn)生切割工作的能源，高頻電源的質(zhì)量以及高頻電源的參數(shù)的選擇，直接影響到工作質(zhì)量以及加工效率。本機(jī)床選用了較為先進(jìn)的WSL1高頻電源，其特點(diǎn)是：效率高，大功率切割加工時(shí)電源穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單，電源參數(shù)易選擇直觀等。3. 控制系統(tǒng) 電火花數(shù)控線切割機(jī)床控制系統(tǒng)的主要功能有：l 軌跡控制 精確地控制電極絲相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡。l 加工控制 控制伺服進(jìn)給速度、電源裝置、運(yùn)絲機(jī)構(gòu)、工作液系統(tǒng)等。四

8、、電火花數(shù)控線切割的編程方法1. 程序格式 我國(guó)快走絲數(shù)控線切割機(jī)床采用統(tǒng)一的五指令3B編程格式。在該程序格式中無(wú)偏移補(bǔ)償，偏移補(bǔ)償量需在計(jì)數(shù)長(zhǎng)度中進(jìn)行加減。若用自動(dòng)編程，則可在后置處理中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)偏移補(bǔ)償。 3B的一般格式BXBYBJGZ格式中：B分隔號(hào)；X軸坐標(biāo)值；Y軸坐標(biāo)值；J加工線段的計(jì)數(shù)長(zhǎng)度；G加工線段的計(jì)數(shù)方向；（按X方向計(jì)數(shù)為GX；按Y方向計(jì)數(shù)為GY）Z加工指令；（直線4種；圓弧8種）注意： 格式中X、Y、J均取決對(duì)值，單位為微米（）。2. 直線（斜線）的編程l 坐標(biāo)系與坐標(biāo)值X、Y的確定對(duì)于直線（斜線）而言，坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)在線段的起點(diǎn)。坐標(biāo)值、是該線段的終點(diǎn)相對(duì)起點(diǎn)的絕對(duì)值。編程時(shí)，

9、坐標(biāo)系的原點(diǎn)隨程序段的不同而變化。l 計(jì)數(shù)方向G的確定計(jì)數(shù)方向是以終點(diǎn)坐標(biāo)的絕對(duì)值的大小來(lái)判斷的，對(duì)于直線（斜線）來(lái)說(shuō)取絕對(duì)值大的為計(jì)數(shù)方向（0=0時(shí)，45°和225°取G，135°和315°取G）。l 計(jì)數(shù)長(zhǎng)度J的確定計(jì)數(shù)長(zhǎng)度是在計(jì)數(shù)方向的基礎(chǔ)上確定的即計(jì)數(shù)長(zhǎng)度是被加工直線在計(jì)數(shù)方向坐標(biāo)軸上的投影絕對(duì)值。注意：計(jì)數(shù)長(zhǎng)度不能為零。l 加工指令Z的確定加工直線時(shí)有四種指令：L1、L2、L3、L4；L1是第一象限，取0°90°；L2是第二象限，取90°180°；L3是第三象限，取180°270°；L

10、4是第四象限，取270°360°；當(dāng)直線與軸或軸重合時(shí)，編程時(shí)，、的數(shù)值可省略不寫(xiě)出，例如：程序B50000B0B050000GL1，可簡(jiǎn)化為BBB050000GL13. 圓式圓弧的編程l 坐標(biāo)系與坐標(biāo)值X、Y的確定對(duì)于圓式圓弧而言，坐標(biāo)原點(diǎn)建立在圓式圓弧的圓心位置；X、Y值是該圓式圓弧起點(diǎn)相對(duì)于圓心的坐標(biāo)值的絕對(duì)值。l 計(jì)數(shù)方向G的確定l 比較圓或圓弧終點(diǎn)坐標(biāo)絕對(duì)值的大小，取絕對(duì)值小的為計(jì)數(shù)方向（0=0時(shí)，45°和225°取G，135°和315°取G。l 計(jì)數(shù)長(zhǎng)度J的確定圓或圓弧在計(jì)數(shù)方向上投影的絕對(duì)值的總和。l 加工指令的確定是由

11、圓或圓弧起點(diǎn)所在的象限決定的，指令共有8 種，逆圓4種，順圓4種，分別用NR(m)、SR(m)。五、電火花線切割加工的工藝步驟及要求電火花線切割加工是實(shí)現(xiàn)工件尺寸加工一種技術(shù)。一定設(shè)備條件下，合理制定加工工藝路線是保證工件加工質(zhì)量重要環(huán)節(jié)。 1、工藝步驟l 對(duì)圖樣進(jìn)行分析和審核分析圖樣對(duì)保證工件加工質(zhì)量和工件綜合技術(shù)指標(biāo)是有決定意義第一步。符合線切割加工工藝條件下，應(yīng)著重表面粗糙度、尺寸精度、工件厚度、工件材料、尺寸大小、配合間隙和沖制件厚度等方面仔細(xì)考慮。 l 編程編程時(shí)，要配料情況，選擇一個(gè)合理裝夾位置，同時(shí)確定一個(gè)合理起割點(diǎn)和切割路線。 起割點(diǎn)應(yīng)取圖形拐角處

12、，或容易將凸尖角修去部位。 切割路線主要止或減少材料變形為原則，一般應(yīng)考慮使靠近裝夾著圖形最后切割為易。 l 加工 加工時(shí)要注意調(diào)整電極絲垂直度。在裝夾工件前必須以工作臺(tái)為基準(zhǔn)，再根據(jù)技術(shù)要求裝夾坯料。條件許可時(shí)最好以角尺刀口再?gòu)?fù)測(cè)一次電極絲對(duì)裝夾好工件的垂直度。如發(fā)現(xiàn)不垂直需要立即修正。正確選擇好電參數(shù)。脈沖電源的電參數(shù)選擇是否恰當(dāng)，對(duì)加工零件的表面粗糙度、精度及切割速度起著決定的作用。脈寬增加、脈間減小、電壓升高、峰值電流增大（放電功率管增多）都會(huì)使切割速度提高，但加工的質(zhì)量會(huì)降低。反之則可以改善加工的質(zhì)量。l 檢驗(yàn)2、工藝要求l 工作液的選配 ：工作液對(duì)切割速度、表面

13、粗糙度、加工精度等都有較大影響，加工時(shí)必須正確選配。常用的工作液主要有乳化液和去離子水。 對(duì)于快速走絲線切割加工,目前最常用的是乳化液. 乳化液是由乳化油和工作介質(zhì)配制(濃度為510)而成的。工作介質(zhì)可用自來(lái)水,也可用蒸餾水、高純水和磁化水。l 工件裝夾：裝夾工件時(shí)，必須保證工件的切割部位位于機(jī)床工作臺(tái)縱向、橫向進(jìn)給的允許范圍之內(nèi)，避免超出極限。同時(shí)應(yīng)考慮切割時(shí)電極絲運(yùn)動(dòng)空間。夾具應(yīng)盡可能選擇通用（或標(biāo)準(zhǔn)）件，所選夾具應(yīng)便于裝夾，便于協(xié)調(diào)工件和機(jī)床的尺寸關(guān)系。在加工大型模具時(shí)，要特別注意工件的定位方式，尤其在加工快結(jié)束時(shí)，工件的變形、重力的作用會(huì)使電極絲被夾緊，影響加工。 l 工件的調(diào)整 ：采

14、用以上方式裝夾工件，還必須配合找正法進(jìn)行調(diào)整，方能使工件的定位基準(zhǔn)面分別與機(jī)床的工作臺(tái)面和工作臺(tái)的進(jìn)給方向x、y保持平行，以保證所切割的表面與基準(zhǔn)面之間的相對(duì)位置精度。l 電參數(shù)的合理選擇：電參數(shù)主要包括脈沖電流、脈沖寬度、脈沖間隔、運(yùn)絲速度等，通常需要在保證表面質(zhì)量、尺寸精度的前提下，盡量提高加工效率。    脈沖電源是影響加工表面質(zhì)量的重要因素。減小單個(gè)脈沖能量可以改善表面粗糙度。決定單個(gè)脈沖能量的因素主要是脈沖寬度和脈沖電流。因此采用小的脈沖寬度和脈沖電流可獲得良好的表面粗糙度。但是單個(gè)脈沖能量越小， 切割速度越慢， 如果脈沖電流太小，將

15、不能產(chǎn)生放電火化，不能正常切割。一般來(lái)講，精加工時(shí)，脈沖寬度可在20s內(nèi)選擇；中加工時(shí)，可在20s60s內(nèi)選擇。l 脈沖間隔對(duì)切割速度影響較大，而對(duì)表面粗糙度影響較小。脈沖間隔越小，單位時(shí)間放電加工的次數(shù)越多，因而切割速度也越高。實(shí)際上，脈沖間隔不能太小，否則放電產(chǎn)物來(lái)不及被沖刷掉，放電間隙不能充分消電離，加工不穩(wěn)定，容易燒傷工件或斷絲。對(duì)于厚度較大的工件，應(yīng)適當(dāng)加大脈沖間隔，以充分消除放電產(chǎn)物，形成穩(wěn)定切割。一般脈沖間隔在10s250s范圍內(nèi)基本上能適應(yīng)各種加工條件，進(jìn)行穩(wěn)定加工。走絲速度對(duì)加工速度具有一定影響，隨著走絲速度的提高，加工速度將明顯增大。但是，高速度會(huì)引起電極絲較大的振動(dòng)而使工

16、件表面的直線度和粗糙度惡化。因此，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，選擇一個(gè)具有適當(dāng)加工速度的合理走絲速度。l 電參數(shù)選擇根據(jù)粗糙度要求，選擇脈沖寬度。當(dāng)需要Ra特別小時(shí)，又要求電極絲損耗低，可選擇 2s、4s、5s窄脈沖寬度的分組脈沖。這里必須說(shuō)明， 脈沖愈寬單個(gè)脈沖的能量愈大，切割效率較高，并且放電間隙較大，加工穩(wěn)定，但粗糙程度Ra值增大；若要粗糙程度Ra低，則脈沖需選用窄一些，但單個(gè)脈沖能量小切割效率低，又由于放電間隙小，加工的穩(wěn)定性差。經(jīng)綜合以上情況，脈沖寬度選擇應(yīng)統(tǒng)籌考慮Ra、切割速度和穩(wěn)定性，應(yīng)用時(shí)可參考表31選取。表31： 脈沖寬度(s)51015203040 工件粗糙度Ra2.02.52.83.23.64.0工件厚度 H(mm)102030405060708090200電流開(kāi)關(guān)123脈沖間隔比()345678六、操作步驟DK7732/Z6 機(jī)床 DK7725機(jī)床程序輸入：開(kāi)機(jī)（計(jì)算機(jī)）進(jìn)入編程系統(tǒng)主界面3B編程輸入程序F3存盤(pán)ESC返回主界面模擬切割（檢查程序是否正確），文件調(diào)入進(jìn)入程序編輯界面，進(jìn)行修改。電參數(shù)設(shè)置：根據(jù)加工零