1、 - 1 -江 苏 省 无 锡 交 通 高 等 职 业 技 术 学 校毕 业 论 文数 控 线 切 割 加 工 方 法系 部 名 称 ： 机 电 工 程 系专 业 名 称 ： 机 电 设 备 安 装 与 维 修班 级 ： 083381学 号 ： 37姓 名 ： 赵 海指 导 教 师 ： 曹 雨- 2 -2013年 4月数控线切割加工方法摘要近年来，随着在我国国民经济的飞速发展，特别是工业技术飞速发展的新形势下，急需发展模具加工技术，而数控电火花切割技术正是模具加工工艺领域中的一种关键技术。目前在电机，仪表等行业新产品的研制开发过程中，常采用数控电火花线切割方法直接切割出零件，大大缩短了研制周期
2、，并降低了成本。在众多工业产品的生产过程中，都用到了数控电火花切割机床，如飞机制造、汽车模具制造、手机零部件的生产等，因此电火花机床的研究与改进是我国国内市场的需要，也能为我国的工业的发展起一定的作用。电火花线切割，其基本工作原理是利用连续移动细金属丝（成为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。本次论文以电火花线切割为主线，综合了线切割的发展，电火花线切割机床，电火花线切割加工质量及其影响因素，电火花线切割加工程序编制等。把以前学过的基础课程融汇到综合应用本次论文当中来，所谓学以致用。关键词：工业生产 电火花线切割 发展史 加工质量 程序编制- 3 -目录摘要 3第一章 电
3、火花线切割的介绍1.1 电火花线切割的发展 51.2 电火花线切割机床的类型 10第二章 电火花线切割加工机理 2.1 脉冲电源 14 2.2 机械系统 242.3 断丝机理 262.4 加工控制 32第三章 电火花线切割加工质量 3.1 电火花线切割加工精度 403.2 工艺参数对加工精度的影响 44第四章 案例分析 4.1 3B 格式编程 474.2 案例一 504.3 案例二 51结论 54致谢 55参考文献 56- 4 -第一章 电火花线切割的介绍1.1电火花线切割的发展1.1.1 电火花线切割机的产生20 世纪中期，苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀的现象和原因时，发现电火花
4、的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法，线切割放电机也于 1960 年发明于苏联。当时以投影器观看轮廓面前后进给工作台面加工，其实认为加工速度虽慢，却可加工传统机械不易加工的微细形状。代表的实用例子是化织喷嘴的异型孔加工。1.1.2 国内线切割机的发展五十年代，电火花加工开始被认识，电火花机床开始进入加工领域，虽然当时只能解决硬度问题，打些丝锥钻头之类。但这是电加工在模具行业大行其道的开始。这时人们已经认识到如果“钢丝锯” 加上“电火花”，“锯”有硬度的淬火钢应是可能的。于是，让一个轴上储的大量铜丝经两个导向轮缠绕到另一个储丝轴上，两个导向轮间放上工件，
5、工件接 RC 电源的正极，铜丝接 RC 电源的负极，就实现了火花切割。尽管当时两个储丝轴像电影片盘一样的更换，尽管当时以各种摩擦方式制造丝的张力，也尽管当时以防锈防臭的磨床冷却液做加工液，必竟实现了“线电极火花切割”。六十年代初期，某些军工企业和模具行业骨干厂以技术革新、自制自用的形式开始制造“线切割”。大多是用铜丝、丝速 25 米/分、 RC 电源，至多是电子管脉冲源，控制方式业多是手摇和靠模。- 5 -就这样切出的如山字形矽钢片和电子管极板冲模仍是另人瞩目。随着电子控制技术发展，放大样板、仿形和光电跟踪的控制方式也一度推动了线切割的进步。直到 1969 年，晶体管被广泛应用，开关逻辑电路也
6、成熟了许多。复旦大学的几位老师以“ 与生产实践相结合”成果的方式推出了“数字程序控制线切割机”，分立元件，四十多块印刷板，数码管和氖灯显示，常州以手工下线的 70 步进电机，双 V 钢球导轨，丝杠加导轨排丝，F 形丝架，。直到今天，用钼丝、丝杠加导轨排丝、F 形丝架、直径 150 左右的丝筒、行程开关换向等仍在延用。 几年内，许多无线电专用设备厂相继以“复旦”作”蓝本”生产线切割机，当时主要问题是元器件质量，控制系统可靠性，。机械精度问题尚未充分认识。进入市场商品化最早的是杭无专，1973 年。年产几十台已令人咋舌了。当时为买到几只耐压 80 伏的大功率三极管，要派人持支票到晶体管厂坐等一个月
7、。 1977 年，Z80、8086 单片机的上市给线切割带来突飞猛进发展的机遇。苏州的几个主要生产厂很快以 Z80 取代了分立元器件，体积、结构都大为改观。可靠性已不是扼喉问题。产量大幅提高。几年内单片机的型号和功能不断更新，线切割得到高速发展。单板机的改型进步，推动操作控制和显示系统的逐渐完善，编程输入、接口电路、变频、驱动的日臻规范，使线切割成了单扳机应用的一个杰作。市场优势地位就是这时打下的。 八十年代是线切割大普及的年代，它成了模具行业的主力军，成了机械行业发展最快的新工种。以至现在模具行业的不少从业人员离开线切割就不知道怎麽生产模具。硬度高形状复杂就无从下手。 计算机在九十年代大发展
8、大普及，在线切割的应用也得到长足发展，用计算机现成的系统，把绘图软件修补改造就能编程，功能控制和接口嫁接过来就能操纵机床，数据存储图形显示又都是线切割的强项。线切割是 IT 业大有作为的领域。当然，强大功能资源的浪费、系统运行的可靠性、缺乏占据全行业主- 6 -导地位，易学易懂易普及且实用的软件，是困扰 PC 机大面积展开成行业主力的关键。 据 2001 年统计，全国快走丝线切割机总保有量约 65 万台，其中分立元件占 11。5%，PC 机占 1315%，大部分为单扳机，占 85%左右，是行业的主战机型。 至今快走丝线切割机仍是我国特有的，结构简单廉价低耗高可靠，运行成本低，50100mm/分
9、的速度，0。010。02mm 的精度，尚能满足绝大多场合的需求。如果有高水平的维护和精细操作，再多花一倍时间，精度到0。0050。01mm 之间，光洁度接近慢走丝效果，也是可能的1.1.3 国外线切割机的发展国外的线切割机初始于六十年代末期，并首先在日本、瑞士产业化，商品化。一开始他们的基本模式是这样的：依托 PC 机的强大功能资源，精密机械制造的传统优势，力求高精度、自动化。用铜丝，0。30。35mm 丝径，一次性使用，丝速 26 米/分，无害化的去离子水。早期的慢走丝与快速往复走丝相比，精度、光洁度占优，而速度、切厚能力、内尖角的清根能力和操作方便均不及。据 2001 年统计，进口（包括合
10、资仿制）慢走丝线切割机总保有量突破4000 台。但利用率稍差，各使用厂操作水平也有较大差异。发展至今，慢走丝线切割机又有大幅进步，如操作人性化，以至一台机子可转换世界各种语言界面。打穿丝孔，自动穿丝，可无人值守，精度可稳定在 级，0。8 以上的光洁度，最大 200mm/分的效率等，但切厚能力仍不及快走丝，内尖角的清根能力仍受丝径限制，开机运行成本也太高。 慢走丝线切割机运行成本是这样的：耗电3200W，3。2 元/小时；耗液（包括水发生器和过滤）7 元/小时；耗丝0。4 元/米*180 米/ 小时=72 元/小时；总计 82。2 元/小时。与快走丝相比约 45：1 。如果再考虑 100倍以上的
11、购置费。 - 7 -随着大量新技术的应用，慢走丝线切割机也日臻完善，如自打孔自穿丝，从加热拉长捋直，丝端头处理，细管向工件面的引导定位，高压水的承托和穿认，接触传感，到穿丝成功的判定，简直是精密传动自动控制的典范。再如恒张力系统，利用软铁盘在磁粉中转动的阻尼，利用磁场中转子的发电效应，利用双电机的差速差力，反馈控制取得准确的张力。慢速和纯水也使火花不暴露的浸泡加工成为可能，窄脉宽大峰值的应用，使厚度加工能力和最大加工速度也达到很高的水准。 很大程度上，购置慢走丝线切割机成了“追求精度、注重质量、经济实力”的一种展示。 总之，快慢走丝呈相互拟补，相互竞争，相互促进，各具特色，各展所长，将是长期共
12、存的局面。快走丝不经铺垫直接卖到国外的可能很小，慢走丝也不可能把快走丝淘汰出局。凭借快走丝的廉价和实用，用示范推广的办法首先介绍到国外的某个地区，被认识和采用的可能也是有的。1.2 电火花线切割机床的类型1.2.1 按电极丝运行速度分（一）高速电火花线切割机床（往 复 走 丝 电 火 花 线 切 割 机 床 ）高 速 电 火 花 线 切 割 机 床 的 走 丝 速 度 为 6 12 m/s， 是 我 国 独 创 的 机 种 。自 1970 年 9 月 由 第 三 机 械 工 业 部 所 属 国 营 长 风 机 械 总 厂 研 制 成 功 “数 字 程序 自 动 控 制 线 切 割 机 床 ”，
13、 为 该 类 机 床 国 内 首 创 。 1972 年 第 三 机 械 工 业 部 对工 厂 生 产 的 CKX 数 控 线 切 割 机 床 进 行 技 术 鉴 定 ， 认 为 已 经 达 到 当 时 国 内 先 进水 平 。 1973 年 按 照 第 三 机 械 工 业 部 的 决 定 ， 编 号 为 CKX 1 的 数 控 线 切割 机 床 开 始 投 入 批 量 生 产 。 1981 年 9 月 成 功 研 制 出 具 有 锥 度 切 割 功 能 的DK3220 型 的 坐 标 数 控 机 ， 产 品 的 最 大 特 点 是 具 有 1.5 度 锥 度 切 割 功 能 。 完成 了 线
14、切 割 机 床 的 重 大 技 术 改 进 。 随 着 大 锥 度 切 割 技 术 逐 步 完 善 ， 变 锥 度 、上 下 异 形 的 切 割 加 工 也 取 得 了 很 大 的 进 步 。 大 厚 度 切 割 技 术 的 突 破 ， 横 剖 面及 纵 剖 面 精 度 有 了 较 大 提 高 ， 加 工 厚 度 可 超 过 1000mm 以 上 。 使 往 复 走 丝 线切 割 机 床 更 具 有 一 定 的 优 势 。 同 时 满 足 了 国 内 外 客 户 的 需 求 。 这 类 机 床 的 数量 正 以 较 快 的 速 度 增 长 ， 由 原 来 年 产 量 23 千 台 上 升 到
15、年 产 量 数 万 台 ， 目- 8 -前 全 国 往 复 走 丝 线 切 割 机 床 的 存 量 已 达 20 余 万 台 ， 应 用 于 各 类 中 低 档 模 具制 造 和 特 殊 零 件 加 工 ， 成 为 我 国 数 控 机 床 中 应 用 最 广 泛 的 机 种 之 一 。 但 由 于往 复 走 丝 线 切 割 机 床 不 能 对 电 极 丝 实 施 恒 张 力 控 制 ， 故 电 极 丝 抖 动 大 ， 在加 工 过 程 中 易 断 丝 。 由 于 电 级 丝 是 往 复 使 用 ， 所 以 会 造 成 电 极 丝 损 耗 ， 加 工精 度 和 表 面 质 量 降 低 。（二）低
16、速线切割机床低速线切割机床电 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60300V 的 脉 冲 电 压 ， 并 保 持 550um 间 隙 ， 间 隙 中 充 满 脱 离 子 水 (接 近 蒸馏 水 )等 绝 缘 介 质 ， 使 电 极 与 被 加 工 物 之 间 发 生 火 花 放 电 ， 并 彼 此 被 消 耗 、腐 蚀 ， 在 工 件 表 面 上 电 蚀 出 无 数 的 小 坑 ， 通 过 NC 控 制 的 监 测 和 管
17、控 ， 伺 服机 构 执 行 ， 使 这 种 放 电 现 象 均 匀 一 致 ， 从 而 达 到 加 工 物 被 加 工 ， 使 之 成 为 合乎 要 求 之 尺 寸 大 小 及 形 状 精 度 的 产 品 。 目 前 精 度 可 达 0.001mm 级 ， 表 面 质量 也 接 近 磨 削 水 平 。 电 极 丝 放 电 后 不 再 使 用 ， 而 且 采 用 无 电 阻 防 电 解 电 源 ，一 般 均 带 有 自 动 穿 丝 和 恒 张 力 装 置 。 工 作 平 稳 、 均 匀 、 抖 动 小 、 加 工 精 度 高 、表 面 质 量 好 ， 但 不 宜 加 工 大 厚 度 工 件 。
18、 由 于 机 床 结 构 精 密 ， 技 术 含 量 高 ， 机床 价 格 高 ， 因 此 使 用 成 本 也 高 。（三）立 式 回 转 电 火 花 线 切 割 机 床立 式 回 转 电 火 花 线 切 割 机 的 特 点 与 传 统 的 高 速 走 丝 和 低 速 走 丝 电 火 花 线切 割 加 工 均 有 不 同 ， 首 先 是 电 极 丝 的 运 动 方 式 比 传 统 两 种 的 电 火 花 线 切 割 加工 多 了 一 个 电 极 丝 的 回 转 运 动 ； 其 次 ， 电 极 丝 走 丝 速 度 介 于 高 速 走 丝 和 低 速走 丝 直 接 ， 速 度 为 1 2m/s。
19、由 于 加 工 过 程 中 电 极 丝 增 加 了 旋 转 运 动 ， 所 以立 式 回 旋 电 火 花 线 切 割 机 与 其 他 类 型 线 切 割 机 相 比 ， 最 大 的 区 别 在 于 走 丝 系统 。 立 式 回 转 电 火 花 线 切 割 机 的 走 丝 系 统 由 走 丝 端 和 放 丝 端 两 套 结 构 完 全 相同 的 两 端 做 为 走 丝 结 构 ， 实 现 了 电 极 丝 的 高 速 旋 转 运 动 和 低 速 走 丝 的 复 合 运动 。 两 套 主 轴 头 之 间 的 区 域 为 有 效 加 工 区 域 。 除 走 丝 系 统 外 ， 机 床 其 他 组 成部
20、 分 与 高 速 走 丝 线 切 割 机 相 同 。1.2.2 按电极丝运动轨迹的控制形式分（一） 靠模仿形控制电火花线切割机床- 9 -靠模仿形电火花线切割机床，其在进行线切割加工前，预先制造出与工件形状相同的靠模，加工时把工件毛坯和靠模同时装夹在机床工作台上，在切割过程中电极丝紧紧的贴着靠模边缘作轨迹运动，从而切割出与靠模形状和精度相同的工件。（二） 光电跟踪控制电火花线切割机床光电跟踪控制电火花线切割机床，其在进行线切割前，先根据零件图样按一定比例描绘出一张光电跟踪图，加工时将图样置于机床的光电跟踪台上，跟踪台上的光点头始终追随墨线图形的轨迹运动，再借助于电气、机械的联动，控制机床工作台
21、连同工件相对电极丝做相似形的运动，从而切割出与图样形状相同的工件。（三） 数字程序控制电火花线切割机床数字程序控制电火花线切割机床，采用先进的数字化自动控制技术，驱动机床按照加工前根据工件几何形状参数预先编制好的数控加工程序自动完成加工，不需要制作靠模样板也无需绘制放大图，比前面两种控制形式具有更高的加工精度和广阔的应用范围，目前国内外 95%以上的电火花线切割人机床都以采用数字化。1.2.3 电火花线切割的应用范围在目前的生产中，数控电火花线切割技术应用广泛，不仅是因其加工效率高精度高，更重要的是其加工范围广泛。数控电火花线切割可加工下列工件： 1、电火花成形用电极 线切割技术适合加工一般穿孔加工用、带锥度型腔加工用及微细复杂形状的电极，同时还有铜钨、银钨合金之类的电极材料。2、模具 适用于加工各种形状的冲模、注塑模、挤压模、粉末冶金模、弯曲模等。3、零件 适合于线切割加工的零件：1)各种形状孔及键槽；2)齿轮内外齿形；3)窄长冲模；- 10 -4)斜直纹表面曲面体;5)各种平面图案。利用线切割加工零件的优势：可加工试验样件、各种型孔、特殊齿轮凸轮、成型刀具等复杂形状零件及高硬材料的零件；可进行微细结构、异形槽和标准缺陷的加工；可在坯料上直接割出零件；加工薄件时可多片叠在一起加工
