數(shù)控線切割機(jī)床組成

 

 線切割主要由主機(jī)、機(jī)床電氣箱、工作液箱、自適應(yīng)脈沖電源和數(shù)控系統(tǒng)等組成，如圖1所示。

 

 

 

 

圖1 HCKX250A型數(shù)控快走絲線切割機(jī)床

 

 

 

2.線切割機(jī)床的加工原理

 

 （1）線切割——數(shù)控電火花線切割加工的簡(jiǎn)稱。

 

（2）工作原理：利用移動(dòng)的金屬絲作工具電極，并在金屬絲和工件間通以脈沖電流，利用脈沖放電的腐蝕作用對(duì)工件進(jìn)行切割加工的。

 

（3）由于它利用的是絲電極，因此，只能作輪廓切割加工。

 

（4）工作原理如圖2所示。

 

 

 

圖2 線切割機(jī)床的加工原理 

 

1--數(shù)控裝置 2--儲(chǔ)絲簡(jiǎn) 3--導(dǎo)輪 4--電極絲 5--工件 6--噴嘴

 

 7--絕緣板 8--脈沖發(fā)生器 9--液壓泵 10--水箱 11--控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

 

 

 

（5）當(dāng)工件與線電極間的間隙足以被脈沖電壓擊穿時(shí)，兩者之間即產(chǎn)生火花放電而切割工件。

（6）通過(guò)數(shù)控裝置l發(fā)出的指令，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)11，驅(qū)動(dòng)X、Y兩托板移動(dòng)，可加工出任意曲線輪廓的工件。

3.線切割機(jī)床的分類

（1）根據(jù)控制方式的不同，電火花線切割機(jī)床分為：電氣靠模線切割機(jī)床；光電跟蹤線切割機(jī)床；數(shù)字控制線切割機(jī)床。

（2）根據(jù)電極絲走絲方式的不同，數(shù)控線切割機(jī)床分為：快走絲線切割機(jī)床；慢走絲線切割機(jī)床。

1）快走絲線切割機(jī)床

①線電極運(yùn)行速度較快（300—700m／min）。

②可雙向往復(fù)運(yùn)行，即絲電極可重復(fù)使用，直到絲電極損耗到一定程度或斷絲為止。

③常用線電極為：鉬絲（Φ0.1～Φ0.2mm）。

④工作液通常為：乳化液或皂化液。

⑤由于電極絲的損耗和電極絲運(yùn)動(dòng)過(guò)程中換向的影響，其加工精度要比慢走絲差，表面粗糙度要高；

⑥尺寸精度：0.015～0.02mm；

⑦表面粗糙度Rɑ：1．25～2.5μm。

⑧一般尺寸精度zui高可達(dá)到：0．01mm，表面粗糙度Rɑ為：0.63～1.25μm。

2）慢走絲線切割機(jī)床

①線電極運(yùn)行速度較低（0.5～15m/min）。

②線電極只能單向運(yùn)動(dòng)，不能重復(fù)使用，這樣可避免電極損耗對(duì)加工精度的影響。

③絲電極有：紫銅、黃銅、鎢、鉬和各種合金，直徑一般為0.1～0.35mm。

④工作液：去離子水、煤油。

⑤尺寸精度：±0.001mm

⑥表面粗糙度：Ry0.3μm。

4.線切割加工工藝指標(biāo)

常用的工藝指標(biāo)有：切割速度、加工精度和表面粗糙度。

（1）切割速度

1）線切割加工就是對(duì)工件進(jìn)行切縫的加工。

2）切割速度（或加工速度）表示：

①單位時(shí)間內(nèi)電極絲中心所切割過(guò)的有效面積（mm2/min） ；

②進(jìn)給速度（mm／min）附加線切割厚度。

（2）加工精度

加工精度包括：被加工工件的形狀精度和位置精度。

1）形狀精度

①被加工工件的形狀精度是指從XY平面看到的加工形狀的平面精度（即尺寸精度），被加工表面的Z向垂直度。

②提高形狀精度：要求切割面的線性度要小。即：被加工表面要均勻平滑，垂直度小。

③慢走絲線切割加工的工件多為正腰鼓形，即工件中部凹進(jìn)，

④快走絲卻相反，一般是工件中部凸出。

2）位置精度

①位置精度——是指所切割輪廓間的相對(duì)位置偏差。

②位置精度的決定因素：

a.機(jī)床本身的精度，即機(jī)床的機(jī)械精度和控制精度；

b.操作過(guò)程中所選用的定位方式。

3）加工表面粗糙度

①表面粗糙度——是指加工后輪廓表面的微觀不平度。

②表示粗糙度的參數(shù)主要有：Rɑ、Rz、Ry。

③慢走絲線切割加工的表面粗糙度用下列公式表示：Ry = kz tk0.38 Ip0.34

式中：κz為常數(shù)；tk為脈沖寬度（μs）；Ip為脈沖峰值電流（A）。

5.影響加工工藝指標(biāo)的因素

可分為電量與非電量因素的影響。

（1）電參量對(duì)加工工藝指標(biāo)的影響

電參量——是指脈沖電源的參變量，包括脈沖峰值、脈沖寬度、脈沖頻率和電源電壓。

1） 脈沖峰值電流 對(duì)加工工藝指標(biāo)的影響

在其他參數(shù)不變的情況下，脈沖峰值電流的增大會(huì)增加單個(gè)脈沖放電的能量，加工電流也會(huì)隨之增 大。線切割速度會(huì)明顯增加，表面粗糙度變差。

2）脈沖寬度對(duì)加工工藝指標(biāo)的影響

①在加工電流保持不變的情況下，使脈沖寬度和脈沖停歇時(shí)間成一定比例變化。

②脈沖寬度增加，切割速度會(huì)隨之增大，但脈寬增大到一定數(shù)值后，加工速度不再隨脈沖的增大而增大。

③線切割加工的脈沖寬度一般不大于50μs。

④增大脈寬，表面粗糙度會(huì)有所上升。

3）脈沖頻率對(duì)加工工藝指標(biāo)的影響

①單個(gè)脈沖能量一定的條件下，提高脈沖放電次數(shù)，即提高脈沖頻率，加工速度會(huì)提高。

②理論上，單個(gè)脈沖能量不變，則加工表面的粗糙度也不變。

③事實(shí)上，對(duì)快走絲線切割，當(dāng)脈沖頻率加大時(shí)，加工電流會(huì)隨之增大，引起換向切割條紋的明顯不同，切割工件的表面粗糙度會(huì)隨之變差。

4）電源電壓對(duì)加工工藝參數(shù)的影響

①峰值電流和加工電流保持不變的條件下，增大電源電壓，能明顯提高切割速度，但對(duì)表面粗糙度的影響不大。

②在排屑困難、小能量、小粗糙度條件下，以及對(duì)高阻抗、高熔點(diǎn)材料進(jìn)行切割加工時(shí)，電源電壓的增高會(huì)提高加工的穩(wěn)定性，切割速度和加工面質(zhì)量都會(huì)有所改善。

（2）非電參量對(duì)加工工藝指標(biāo)的影響

1）走絲速度

①對(duì)切割速度的影響：主要是通過(guò)改變排屑條件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

②提高走絲速度有利于：電極絲把工作液帶入較大厚度的工件放電間隙中；電蝕產(chǎn)物的排出，使加工穩(wěn)定，提高加工速度。

③走絲速度過(guò)高：會(huì)導(dǎo)致機(jī)械振動(dòng)加大、加工精度降低和表面粗糙度增大，并易造成斷絲。

④對(duì)快走絲線切割，應(yīng)考慮由于絲電極速度的改變所產(chǎn)生的換向切割條紋對(duì)表面粗糙度的影響。

2）電極絲張力對(duì)加工工藝指標(biāo)的影響

①提高電極絲的張力可以減小加工過(guò)程中絲的振動(dòng)，從而提高加工精度和切割速度。

②如果過(guò)分增大絲的張力，會(huì)引起頻繁斷絲而影響加工速度。

③電極絲張力的波動(dòng)對(duì)加工穩(wěn)定性和加工質(zhì)量影響很大，采用恒張力裝置可以減小絲張力的波動(dòng)。

3）電極絲對(duì)加工工藝指標(biāo)的影響

①包括絲的材料和絲的粗細(xì)兩個(gè)方面

②絲電極材料:慢走絲線切割多采用黃銅和紫銅絲作為電極材料，快走絲線切割多采用鉬絲和鎢鉬合金作為電極材料。

③絲的粗細(xì)：增大絲半徑，可以提高電極絲容許的脈沖電流值，可以提高加工速度，但同時(shí)，加工表面粗糙度增大。一般，使用粗電極絲切割厚工件；使用細(xì)電極絲切割粗糙度要求高的工件。

4）工件厚度對(duì)加工工藝指標(biāo)的影響

①切割薄工件時(shí)

工作液易于進(jìn)入和充滿放電間隙，有利于排屑和消除電解液過(guò)程中工作液里的正負(fù)離子。

但工件太薄，則易使電極絲抖動(dòng)，不利于加工精度和表面粗糙度。

②切割厚工件時(shí)

工作液難以進(jìn)入和充滿放電間隙，故加工穩(wěn)定性差，但由于電極絲不易抖動(dòng)，故加工精度和表面租糙度較好。

5）工作液對(duì)加工工藝指標(biāo)的影響

①工作液的作用：介電、冷卻、排屑等

②對(duì)加工速度和加工質(zhì)量的影響：

用煤油加工出的工件呈暗灰色；

用去離子水加工出的工件呈灰色；

用乳化液加工出的工件呈銀白色。

③工作液的電阻率對(duì)加工速度的影響：

快走絲線切割機(jī)床的工作液裝置一般都沒(méi)有凈化設(shè)施，工作液使用時(shí)間不能太長(zhǎng)；

慢走絲線切割由于多用去離子水，所以應(yīng)定期更換離子交換樹脂。

6.線切割的加工形式

線切割加工可以分為平面加工、錐度加工和二次切割加工等。

（1）平面加工

平面加工——是指電極絲在加工過(guò)程中始終是嚴(yán)格垂直的，電極絲只在X、Y方向移動(dòng)，進(jìn)行二維平面形狀的加工。

（2）錐度加工

錐度加工——是指在加工過(guò)程中，通過(guò)對(duì)X、Y、U、V軸的控制，實(shí)現(xiàn)上下異形的立體加工。

在進(jìn)行錐度加工時(shí)需要變量的值：

A：定義所要加工的錐度、 Z1：程序面高度

Z2：加工速度顯示面高度、 Z3：上導(dǎo)嘴到工作臺(tái)上表面距離（等于ΔZ3+S+Z5）

ΔZ3：用于確定Z3的參數(shù)，該參數(shù)在設(shè)備安裝調(diào)試后由系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)定

S：上導(dǎo)嘴與工件上表面間隙，在工件裝夾完畢后用塞尺測(cè)出，一般取0.1～0.2mm為宜。

Z4：下導(dǎo)嘴到工作臺(tái)上表面距離，該參數(shù)在設(shè)備安裝調(diào)試后由系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)定； Z5：與程序面對(duì)應(yīng)的非程序面高度。 



 

 

圖3 錐度加工裝置

 

1-電極絲回收 2-電極絲下導(dǎo)軌 3-電極絲上導(dǎo)軌 4-電極絲供給 5-V軸驅(qū)動(dòng)器

 

6-U軸驅(qū)動(dòng)器 7-Y軸驅(qū)動(dòng)器 8-X軸驅(qū)動(dòng)器 9-數(shù)控紙帶

 

 

 

圖

 

A：定義所要加工的錐度；Z1：程序面高度； Z2：加工速度顯示面高度；  

 

Z3：上導(dǎo)嘴到工作臺(tái)上表面距離（等于ΔZ3+S+Z5） ；Z5：與程序面對(duì)應(yīng)的非程序面高度； 

 

ΔZ3：用于確定Z3的參數(shù)，由系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)定；S：上導(dǎo)嘴與工件上表面間隙，一般取0.1～0.2mm為宜。

 

 

 

圖5 錐度

 

 

 

錐度A值的正負(fù)號(hào)定義與所使用的絲半徑偏置方式（G41、G42）有關(guān)

 

（3）二次切割加工

 

1）二次切割加工——預(yù)先留出精加工余量進(jìn)行*次切割加工，然后針對(duì)留下的精加工余量，把加工條件改為精加工條件，分段縮小偏置量，再進(jìn)行切割加工。

 

2）一般可分為1～5次切割，稱為二次切割加工法。

 

二次切割加工有如下三個(gè)目的：

 

①可去掉*次切割時(shí)在起始接頭處留下的凸起部分。

 

②改善表面粗糙度。逐漸改變每次切割時(shí)的電條件，降低單個(gè)脈沖能量，改善加工表面粗糙度。

 

③提高尺寸精度。

 

經(jīng)過(guò)熱處理的材料，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，這種應(yīng)力在內(nèi)部是處于穩(wěn)定狀態(tài)的，但經(jīng)過(guò)線切割放電機(jī)加工后，會(huì)破壞這種穩(wěn)定狀態(tài)，使內(nèi)部應(yīng)力釋放，產(chǎn)生變形。

 

對(duì)粗加工后的工件，再進(jìn)行1～4次的精加工，可改善表面粗糙度，還能修正尺寸精度。

 

 

 

圖6 一次切割留下的凸起部分

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