线切割加工原理 与传统的切削加工方法不同，电火花加工是利用工具电极和工 件两极之间脉冲放电时产生的电腐蚀现象对工件进行尺寸加工 的加工方法。电腐蚀现象的一个最简单例子是电气开关的触点 的电腐蚀，这种腐蚀是由于触点开闭时产生的火花引起的，逐 渐地会损坏触点。电火花腐蚀的主要原因是：电火花放电时火 花通道内瞬时产生一个高温热源，将局部金属熔化和气化而蚀 除。但这种简单的电腐蚀还不能构成实用的电火花加工。实用 的电火花加工要求： 1.必须使工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定间隙， 通常约为几微米至几百微米，如果间隙过大，极间电压不能击 穿极间介质，因而不能产生火花放电。如果间隙过小，很容易 形成短路接触，也不能产生火花放电。因此电火花加工中必须 有间隙自动调节装置，或称伺服控制系统。 2.火花放电应是短时间的脉冲放电，放电持续时间为 10-7-10-3S, 且每次放电后需停歇一段时间，以保证消电离，避免持续电弧 放电烧伤工件。 3.火花放电必须在具有一定绝缘性能的液体介质中进行，如煤 油、皂化液等。液体介质又称工作液，它们必须具有（1）较高 的绝缘性能，以利于产生脉冲性的火花放电；（2）液体介质还 有排除间隙内电蚀产物，保证在时间和空间上分散的重复性脉 冲放电正常进行；（3）冷却电极的作用。 因此，一般电火花加工设备都具有实现这些要求的装置，它们 包括脉冲电源，工作液循环系统，工具电极与工件的相对伺服 进给系统以及机床主体等。 它主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件, 例如模具的 凸模、凹模。它是在电火花穿孔、成形加工的基础上发展起来 的。它不仅使电火花加工的应用得到了发展，而且某些方面已 1/7 取代了电火花穿孔、成形加工。线切割机床已占电火花机床的 大半。 其工作原理: 绕在运丝筒上的电极丝沿运丝筒的回转方向以一 定的速度移动，装在机床工作台上的工件由工作台按预定控制 轨迹相对与电极丝做成型运动。脉冲电源的一极接工件，另一 极接电极丝。在工件与电极丝之间总是保持一定的放电间隙且 喷洒工作液，电极之间的火花放电蚀出一定的缝隙，连续不断 的脉冲放电就切出了所需形状和尺寸的工件。 电极丝的粗细影响切割缝隙的宽窄，电极丝直径越细，切缝越 小。电极丝直径最小的可达 φ0.05,但太小时,电极丝强度太低容 易折断。一般采用直径为 0.18mm 的电极丝。 根据电极丝移动速度的大小分为高速走丝线切割和低速走丝线 切割。低速走丝线切割的加工质量高，但设备费用、加工成本 也高。我国普遍采用高速走丝线切割，近年正在发展低速走丝 线切割。 高速走丝时，线电极采用高强度钼丝，钼丝以 8~10m/s 的速度 作往复运动，加工过程中钼丝可重复使用。低速走丝时，多采 用铜丝，电极丝以小于 0.2m/s 的速度作单方向低速移动,电极 丝只能一次性使用。电极丝与工件之间的相对运动一般采用自 动控制，现在已全部采用数字程序控制，即电火花数控线切割。 工作液起绝缘、冷却和冲走屑末的作用。工作液一般为皂化液 ( 乳化液）。随着科技的发展也不断出现一些新型线切割专用 工作液 线切割机床加工原理 线 线切割机床加工的基本原理是：利用一根运动着的金属丝（直径为 0.02～的 钼丝或黄铜丝）作为工具电极，在金属丝与工件间施加脉冲电流，产生放电腐蚀， 对工件进行切割加工。 根据电极丝的运行速度，电火花线切割机床通常分为两大类：一类是高速 走丝（或称快走丝）电火花线切割机床（WEDM-HS），这类机床的电极丝作高速 往复运动，一般走丝速度为 8～/s，这是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；另一类是低速走丝（或称慢走丝）电火花切割机 床（ＷEDS-LS），这类机床的电极作低速单向运动，一般走丝速度低于/s，这是 国外生产和使用的主要机种。 图 a、b 为高速走丝电火花线切割工艺及装置的示意图。工件接高频脉冲电 源的正极，电极丝接负极，即采用正极性加工，电极丝缠绕在贮丝筒上，电机 带动贮丝筒运动，致使电极丝不断地进入和离开放电区域，电极丝与工件之间 浇注工作液介质。当电频脉冲电源通电后，随着工作液的电离、击穿，形成放 电通道，电子高速奔向正极，正离子奔向负极，于是电能转变为动能，粒子间 的相互撞击以及粒子与电极材料的撞击，又将动能转变为热能。在放电通道内， 正极和负极表面分别成为瞬时热源，达到很高的温度，使工作液介质汽化、热 裂分解、金属材料熔化、沸腾、汽化。在热膨胀、局部微爆炸、电动力、液体 动力等综合作用下，蚀除下来的金属微粒随着电极丝和移动和工作液的冲洗而 被抛出放电区，于是在金属表面形成凹坑。在脉冲间隔时间内工作液介质消电 离，放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，恢复了工作液的绝缘性。由于加 工过程是连续的，步进电机受控系统的控制，使工作台在水平面沿两个坐标方 赂伺服进给运动，于是工作就逐步被切割成各种形状。 线－钼丝 5－导向轮 6－支架 7－ 贮丝筒 随着制造工业的进步，数控加工已逐步主导了传统的机械加工，员工对特 种加工的认识与了解需求也越来越大，对于数控技术大家都可以较为容易理解 3/7 为计算机控制原理，但对于电加工技术的认识就比较少了，有必要与大家共同 探讨数控电加工设备，了解未来工业成就的支柱。 传统的机械加工已经有很久的历史，它对于人类的生产技术和物质文明起 了极大的作用。但随着人类科技的进步复杂的工艺生产又严重制约了生产力的 发展。直到____年前苏联拉扎林柯夫才摆脱了传统的切削加工方法。利用电能 来切削金属。它是通过带负电荷的工具电极和带正电荷的工件之间产生一次火 花放电，产生瞬时的高温，使局部的金属熔化、气化而被蚀除掉，获得“以柔克 刚”的效果。 二、电加工的分类及其原理 根据放电加工原理及能量作用大致可分为：电火花加工、电化学加工、电 子束加工、离子束加工、等离子弧加工等。电火花加工又称放电加工，简称 EDM，是通过工具电极和工件之间不断产生脉冲性的火花放电，靠放电时局部 瞬时产生高温把金属蚀除下来的一种加工方法。电化学加工是通过电解溶液与 金属离子溶解加工。电子束加工是焊接过程中的一种溶化、气化加工。离子束 加工是蚀刻注入进行原子撞击的一种动能加工。等离子弧加工是喷镀过程通过 涂覆热能熔化的一种加工方法。 三、数控机床的发展及系统结构 数控机床的出现是在____年美国的帕森斯公司和麻省理工学院伺服机构试 验所研制成功，直到____年数控系统才投入实用性阶段，我国数控机床的研制 始于____年由清华大学研制的三座标数控机床，到了____年诞生了第一台用于 直线 ──圆弧插补的晶体管数控系统，即第二代数控系统，也就是现在线切割机 床走线控制系统的初型。 使用微处理器的 CNC 数控系统是目前使用最多的一种系统。也是现代计算 机网络的必然控制手段。如下图： 它的工作座标系是采用右手直角笛卡儿坐标系，在程序编制中，可根据图 纸尺寸的标注方法及精度要求可以任意选用绝对座标和相对座标系进行图表程 序处理。 4/7 四、 电火花加工的分类 电火花加工在电加工行业中应用最为广泛的一种加工方法，约占该行业的 90%。按工具电极和工件相对运动的方式不同，大致可分为电火花成型加工、线 切割加工、电火花磨削加工、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、 电火花表面强化与刻字加工等六大类。其中线切割加工占了电火花加工的 60%， 电火花成型加工占了 30%。随着电加工工艺的蓬勃发展，线切割加工就成了先 进工艺制作的标志。 五、 电火花线切割加工的原理 线切割加工的基本原理是利用移动的细小金属导线（铜丝或钼丝）作电极， 对工件进行脉冲火花放电，通过计算机进给控制系统。配合一定浓度的水基乳 化液进行冷却排屑，就可以对工件进行图形加工。如下图： 六、电火花线切割加工分类及其控制方式 ①、按控制方式分为：靠模仿型控制、光电跟踪控制、数字程序控制、微 机控制等。 ②、按走丝速度分为：低速走丝方式（俗称慢走丝）和高速走丝方式（俗 称快走丝）。 现代的电加工设备已经很少靠模仿型控制和光电跟踪控制方式。快走丝线 切割主要是台式单板机和柜式工控机两种。台式单板机主要以 3B 程序控制。个 别的还用 4B 或 5B 格式。柜式工控机是近代网络化的必然产物。采用的是国际标 准化程序 ISO 代码。以 CPU 为依据的控制系统方式。慢走丝线切割的控制方式是 以柜式工控机为主。极个别的是全智能化操作系统。国产的慢走丝一般是半自 动控制方式。而国外进口机大部分都是全自动操作方式。采用去离子水作工作 液，只有在特殊精加工时才采用绝缘性能较好的煤油。 5/7 快走丝线切割的电极丝广泛采用 0.06?0.25mm 的钼丝作高速往复运动，它 的运动速度为 7?10 米/秒。可控加工精度在 0.005?0.015m 左右。慢走丝线切割的 电极丝一般采用 0.2mm 的铜丝作低速单向运动。它的运动速度低于 0.2 米/秒。 可控加工精度在 0.002?0.005mm 左右。也就是一条头发丝的 1/10 到 1 20。 七、 控制介质 数控线切割机床的控制系统是根据人的“命令”控制加工的。所以必须先将 要进行线切割加工的图形用线切割控制系统所能接受的“语言”编制好命令。这 种“命令”也就是加工程序。编程对于线切割加工来说是重中之重的技术核心部 分。是产品尺寸达标与否、模具配合的主要控制手段。现在流行采用的程序格 式主要有 3B（个别扩充为 4B 或 5B）格式，ISO 格式。EIA（美国电子工业协会） 格式。我国的数控线切割快走丝机床主要采用统一的五指令 3B 格式。 在 IT 时代的今天，信息网络已融合在高科技制造行业当中，传统的手工编 程和纸带控制方式已经不能满足现代加工需要。程序的编制都已依赖于电脑来 完成。目前的编程软件主要有 YH、CAXA、YCUT、HGD、AUTOP、ZCAD。朝着自 动编程技术发展的方向，软件的开发不单在于图形的程序编制简单化，有的软 件还包含于机电一体化编程控制系统中。依赖扫描技术辅以 4 轴联动或 5 轴联 动控制为基础，结合多项的技术参数设置。控制系统就能加工出理想的工件产 品。 八、电火花线切割加工工艺 在电加工的技术角度来说，最重要的是在于它的工艺技术和技巧，只有工 艺合理，才能高效率地加工出质量好的工件， 分析图样是保证工件质量和工件 综合技术指标的第一步，其中加工路线和正确装夹方法最为重要。加工操作主 要在于电极丝的垂直度，脉冲电源的电参数调整，变频进给速度控制等是表面 粗糙度和加工精度的重要标志。 九、结束语 6/7 从特种加工的角度来说，电加工是由电能转换为热能的一种结果，从数控 加工来说又是以数字模式转换为机械模式两者相结合，成就了数控电加工设备 在现代加工中的出色地位。 7/7