一 模具的电火花和线切割加工原理

一 模具的电火花和线切割加工原理 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 一 特种加工的概念 20世纪40年代，前苏联科学家拉扎连柯 夫妇发明了电火花加工，从而开创了有别于 传统机械加工的新方法，它们从广义上定义 为特种加工(NTM，Non-Traditional Machining)，也被称为非传统加工技术; 加工原理:将电、热、光、声、化学等能量 或其组合施加到工件被加工的部位上，从而 实现材料去除 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 二、特种加工的特点 (1)不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量(如 电、化学、光、声、热等)去除金属材料。 (2) 加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械 切削力，故加工的难易与工件硬度无关。 (3) 各种加工方法可以任意复合、扬长避短，形成 新的工艺方法，更突出其优越性。如电解电火花 加工(ECDM)、电解电弧加工(ECAM) 就是两 种特种加工复合而形成的新加工方法。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 三、特种加工的适用范围 可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属或非金 属材料，长于加工复杂、微细表面和低刚度的零件。 四、特种加工的研究 (1) 微细化。如微细电火花加工、微细超声波加工、 微细激光加工、微细电化学加工等，特种微细加工 技术有望成为三维实体微细加工的主流技术。 (2) 特种加工的应用领域正在拓宽。如，非导电材料 的电火花加工，电火花、激光、电子束表面改性等。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 (3) 广泛采用自动化技术。建立特种加工的 CAD/CAM和FMS系统，这是当前特种加工技 术的主要发展趋势。用简单工具电极加工复杂的 三维曲面是电解加工和电火花加工的发展方向。 目前已实现用四轴联动线切割机床切出扭曲变截 面的叶片。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 五、特种加工方法的分类 加 工 方 法 主要能量形式 作用形式 符号 电火花成型加工 电能、热能 熔化、气化 EDM 电火花加工 电火花线切割加工 电能、热能 熔化、气化 WEDM 电解加工 电化学能 金属离子阳极溶解 ECM(ELM) 电解磨削 电化学能、机械能 阳极溶解、磨削 EGM(ECG) 电解研磨 电化学能、机械能 阳极溶解、研磨 ECH 电铸 电化学能 金属离子阴极沉积 EFM 电化学加工 涂镀 电化学能 金属离子阴极沉积 EPM 激光束加工 光能、热能 熔化、气化 LBM 电子束加工 光能、热能 熔化、气化 EBM 离子束加工 电能、机械能 切蚀 IBM 高能束加工 等离子弧加工 电能、热能 熔化、气化 PAM 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 超声加工 声能、机械能 切蚀 USM 磨料流加工 机械能 切蚀 AFM 物料切蚀 加工 液体喷射加工 机械能 切蚀 HDM 化学铣削 化学能 腐蚀 CHM 化学抛光 化学能 腐蚀 CHP 化学加工 光刻 光能、化学能 光化学腐蚀 PCM 电化学电弧加工 电化学能 熔化、气化腐蚀 ECAM 复合加工 电解电化学机械磨削 电能、热能 离子溶解、熔化、切割 MEEC 五、特种加工方法的分类 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 六、常见特种加工方法的综合比较 加工方法 可加工材料 工具损耗率/% (最低/平均) 材料去除率/ (mm 3 /min) (平均/最高) 可达到尺寸 精度/mm (平均/最高) 可达到表 面粗糙度 Ra/μm (平均/最高) 主要适用范围 电火花 成型加工 0.1/10 30/3000 0.03/0.003 10/0.04 从数微米的孔、槽到 数米的超大型模具、工 件等，如各种类型的孔、 各种类型的模具 电火花线 切割加工 较小(可补偿) 20/200 * (mm 2 /min) 0.02/0.002 5/0.32 切割各种二维及三维 直纹面组成的模具及零 件，也常用于钼、钨、 半导体材料或贵重金属 切削 电解加工 任何导电 金属材料，如 硬质合金钢、 耐热钢、不锈 钢、淬火钢、 钛合金等 不损耗 100/10000 0.1/0.01 1.25/0.16 从微小零件到超大型 工件、模具的加工，如 型孔、型腔、抛光、去 毛刺等 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 电解磨削 1/50 1/100 0.02/0.001 1.25/0.04 硬质合金钢等难加工 材料的磨削，如硬质合 金刀具、量具等 超声波 加 工 任何脆性 材料 0.1/10 1/50 0.03/0.005 0.63/0.16 加工脆硬材料，如玻 璃、石英、宝石、金刚 石、硅等，可加工型孔、 型腔、小孔等 激光加工 精密加工小孔、窄缝 及成型切割、蚀刻，如 金刚石拉丝模、钟表宝 石轴承等 电子束 加 工 瞬时去 除 率很高，受功 率限制，平均 去除率不高 0.01/0.001 10/1.25 在各种难加工材料上 打微小孔、切缝、蚀刻、 焊接等，常用于制造大、 中规模集成电路微电子 器件 离子束 加 工 任何材料 不损耗(三种 加工，没有成型 用的工具) 很低 /0.01 μm /0.01 对零件表面进行超精 密、超微量加工、抛光、 刻蚀、掺杂、镀覆等 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 五、 电火花加工的基本原理 1.电火花加工的物理本质 电火花加工基于电火花腐蚀原理，是 在工具电极与工件电极相互靠近时，极间形成 脉冲性火花放电，在电火花通道中产生瞬时高 温，使金属局部熔化，甚至气化，从而将金属 蚀除下来。 其中，两电极表面的金属材料的蚀除过程大致 分为以下几个阶段: 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 图2-1 电火花加工原理 脉 冲 电 源 工 具 电 极 工件电极 (a) (b) (c) (d) (e) B A 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 (1)极间介质的电离、击穿，形成放电通道。工具电 极与工件电极缓缓靠近，极间的电场强度增大， 由于两电极的微观表面是凹凸不平的，因此在两 极间距离最近的A、B处电场强度最大。 液体介质在在强大的电场作用下，逐步形成了大量 负粒子和正粒子，并最终导致液体介质电离、击 穿，形成放电通道。通道内因高温热膨胀形成的 压力高达几万帕，高温高压的放电通道急速扩展， 产生强烈的冲击波向四周传播。在放电的同时还 伴随着光效应和声效应，形成电火花。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 (2) 电极材料的熔化、气化热膨胀 液体介质被电离、击穿，形成放电通道后，通道间 带负电的粒子奔向正极，带正电的粒子奔向负极， 粒子间相互撞击，产生大量的热能，使通道瞬间达 到很高的温度。通道高温首先使工作液汽化，进而 气化，然后高温向四周扩散，使两电极表面的金属 材料开始熔化直至沸腾气化。气化后的工作液和金 属蒸气瞬间体积猛增，形成了爆炸的特性。所以在 观察电火花加工时，可以看到工件与工具电极间有 冒烟现象，并听到轻微的爆炸声。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 (3) 电极材料的抛出 正负电极间产生的电火花现象，使放电通道产生高 温高压。通道中心的压力最高，工作液和金属气化 后不断向外膨胀，形成内外瞬间压力差，高压力处 的熔融金属液体和蒸汽被排挤，抛出放电通道，大 部分被抛入到工作液中。仔细观察电火花加工，可 以看到桔红色的火花四溅，这就是被抛出的高温金 属熔滴和碎屑。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 (4) 极间介质的消电离 加工液流入放电间隙，将电蚀产物及残余的热量带 走，并恢复绝缘状态。若电火花放电过程中产生的 电蚀产物来不及排除和扩散，产生的热量将不能及 时传出，使该处介质局部过热，局部过热的工作液 高温分解、积炭，使加工无法继续进行，并烧坏电 极。 因此，为了保证电火花加工过程的正常进行，在两 次放电之间必须有足够的时间间隔让电蚀产物充分 排出，恢复诺缤ǖ赖木敌裕构ぷ饕航橹氏 离。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 上述步骤在一秒内约数千次甚至数万次地往复式 进行，即单个脉冲放电结束，经过一段时间间隔 (即脉冲间隔)使工作液恢复绝缘后，第二个脉冲 又作用到工具电极和工件上，又会在当时极间距 离相对最近或绝缘强度最弱处击穿放电，蚀出另 一个小凹坑。这样以相当高的频率连续不断地放 电，工件不断地被蚀除，故工件加工表面将由无 数个相互重叠的小凹坑组成。 所以电火花加工是大量的微小放电痕迹逐渐累积 而成的去除金属的加工方式。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 图2-2 电火花表面局部放大图 (a) 单脉冲放电凹坑 (b) 多脉冲放电凹坑 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 2、电火花加工、电火花线切割加工的特点 1(共同特点 二者的加工原理相同，都是通过电火花放电 产生的热来熔解去除金属的，所以二者加工材料 的难易与材料的硬度无关，加工中不存在显著的 机械切削力。 二者的加工机理、生产率、表面粗糙度等工 艺规律基本相似，可以加工硬质合金等一切导电 材料。 最小角部半径有限制。电火花加工中最小角 部半径为加工间隙，线切割加工中最小角部半径 为电极丝的半径加上加工间隙。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 2(不同特点 从加工原理来看，电火花加工是将电极形状 复制到工件上的一种工艺方法。在实际中可以加 工通孔(穿孔加工)和盲孔(成型加工);而线切割 加工是利用移动的细金属导线(铜丝或钼丝)做电 极，对工件进行脉冲火花放电，切割成型的一种 工艺方法。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 图 电火花加工 3 4 5 6 7 2 1 (b) 穿孔加工 (c) 成型加工 电极 工件 电极 工件 1—工件;2—脉冲电源; 3—自动进给调节系统; 4—工具;5—工作液; 6—过滤器;7—工作液泵 (a) 电火花加工原理示意图 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 图 线切割加工 (a) 加工示意图 5 4 3 2 1 1—绝缘底板; 2—工件; 3—脉冲电源; 4—滚丝筒; 5—电极丝 (b) 线切割加工原理示意图 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 从产品形状角度看，电火花加工必须先用数 控加工等方法加工出与产品形状相似的电极;线 切割加工中产品的形状是通过工作台按给定的控 制程序移动而合成的，只对工件进行轮廓图形加 工，余料仍可利用。 从电极角度看，电火花加工必须制作成型用 的电极(一般用铜、石墨等材料制作而成);线切 割加工用移动的细金属导线(铜丝或钼丝)做电极。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 从电极损耗角度看，电火花加工中电极相对 静止，易损耗，故通常采用多个电极加工;而线 切割加工中由于电极丝连续移动，使新的电极丝 不断地补充和替换在电蚀加工区受到损耗的电极 丝，避免了电极损耗对加工精度的影响 从应用角度看，电火花加工可以加工通孔、 盲孔，特别适宜加工形状复杂的塑料模具等零件 的型腔以及刻文字、花纹等;而线切割加工只能 加工通孔，能方便地加工出小孔、形状复杂的窄 缝及各种形状复杂的零件。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 (a) 电火花加工产品 (b) 线切割加工产品 图2-5 加工产品实例 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 3、机床型号、 规格 视频线规格配置磁共振要求常用水泵型号参数扭矩规格钢结构技术规格书 、分类 我国国标规定，电火花成型机床均用D71加上机床工作 台面宽度的1/10表示。例如D7132中，D表示电加工成 型机床(若该机床为数控电加工机床，则在D后加K，即 DK);71表示电火花成型机床;32表示机床工作台的宽度 为320 mm。 在中国大陆外，电火花加工机床的型号没有采用统一标 准，由各个生产企业自行确定，如日本沙迪克(Sodick)公 司生产的A3R、A10R，瑞士夏米尔(Charmilles)技术 公司的ROBOFORM20/30/35，台湾乔懋机电工业股份 有限公司的JM322/430，北京阿奇工业电子有限公司的 SF100等。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 电火花加工机床按其大小可分为小型(D7125以 下)、中型(D7125,D7163)和大型(D7163 以上);按数控程度分为非数控、单轴数控和三 轴数控。随着科学技术的进步，国外已经大批生 产三坐标数控电火花机床，以及带有工具电极库、 能按程序自动更换电极的电火花加工中心，我国 的大部分电加工机床厂现在也正开始研制生产三 坐标数控电火花加工机床。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 4、电火花加工机床结构 电火花加工机床主要由机床本体、脉冲 电源、自动进给调节系统、工作液过滤和循环系 统、数控系统等部分组成，如图所示。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 图 电火花机床 间 隙 参考值 增益 设定 控制装置 进给系统 自动进给调节系统 比较器 放大器 间 隙 传感器 脉冲电源 床 身 工作液循环 过滤系统 (a) 原理图 (b) 实物 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 机床本体 主要由床身、立柱、主轴头及附件、工作台等部分组 成，是用以实现工件和工具电极的装夹固定和运 动的机械系统。主轴头下面装夹的电极是自动调 节系统的执行机构，质量的好坏将影响到进给系 统的灵敏度及加工过程的稳定性，进而影响工件 的加工精度。 机床主轴头和工作台常有一些附件，如可调节 工具电极角度的夹头、平动头、油杯等。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 (a) 机械式平动头 (b) 数控平动头 图 平动头外形 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 图平动头扩大间隙原理图 (a) 电极在最左 (b) 电极在最上 (c) 电极在最右 (e) 电极平动后的轨迹 (d) 电极在最下 电极 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 电火花加工时粗加工、中加工、精加工的电火花放电 间隙不同。当用一个电极进行粗加工时，将工件的大 部分余量蚀除掉后，其底面和侧壁四周的表面粗糙度 很差，为了将其修光，就得转换规准逐挡进行修整。 但由于中、精加工规准的放电间隙更小，若不采取措 施则四周侧壁就无法修光了。 平动头是一个使装在其上的电极能产生向外机械补偿 动作的工艺附件。当用单电极加工型腔时，使用平动 头可以补偿上一个加工规准和下一个加工规准之间的 放电间隙差。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 平动头的动作原理是:利用偏心机构将伺服电机的旋转运 动通过平动轨迹保持机构转化成电极上每一个质点都 能围绕其原始位置在水平面内作平面小圆周运动，许 多小圆的外包络线面积就形成加工横截面积，其中每 个质点运动轨迹的半径就称为平动量，其大小可以由 零逐渐调大，以补偿粗、中、精加工的电火花放电间 隙δ之差，从而达到修光型腔的目的。目前，机床上安 装的平动头有机械式平动头和数控平动头，机械式平 动头由于有平动轨迹半径的存在，它无法加工有清角 要求的型腔;而数控平动头可以两轴联动，能加工出 清棱、清角的型孔和型腔。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 采用平动头电火花加工有如下特点: (1) 可以通过改变轨迹半径来调整电极的作用尺寸，因此尺 寸加工不再受放电间隙的限制。 (2) 用同一尺寸的工具电极，通过轨迹半径的改变，可以实 现转换电规准的修整，即采用一个电极就能由粗至精直 接加工出一副型腔。 (3) 在加工过程中，工具电极的轴线与工件的轴线相偏移， 除了电极处于放电区域的部分外，工具电极与工件的间 隙都大于放电间隙，实际上减小了同时放电的面积，这 有利于电蚀产物的排除，提高加工稳定性。 (4) 工具电极移动方式的改变，可使加工的表面粗糙度大有 改善，特别是底平面处。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 2. 脉冲电源 在电火花加工过程中，脉冲电源的作用是提供频率 较高的单向脉冲电流，向工件和工具电极间的加 工间隙提供所需要的放电能量以蚀除金属。脉冲 电源的性能直接关系到电火花加工的加工速度、 表面质量、加工精度、工具电极损耗等工艺指标。 脉冲电源输入为380 V、50 Hz的交流电， 其输出应满足如下要求: 要有一定的脉冲放电能量，否则不能使工件 金属气化。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 火花放电必须是短时间的脉冲性放电，使得热 量来不及扩散，从而有效地提高成型性和加工精度。 脉冲波形是单向的，以便充分利用极性效应， 提高加工速度和降低工具电极损耗。 脉冲波形的主要参数(峰值电流、脉冲宽度、 脉冲间歇等)有较宽的调节范围，以满足粗、中、 精加工的要求。 有适当的脉冲间隔时间，使放电介质有足够时 间消除电离并冲去金属颗粒，以免引起电弧而烧伤 工件。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 目前普及型(经济型)的电火花加工机床都采用高 低压复合的晶体管脉冲电源，中、高档电火花加 工机床都采用微机数字化控制的脉冲电源，而且 内部存有电火花加工规准的数据库，可以通过微 机设置和调用各挡粗、中、精加工规准参数。例 如汉川机床厂、日本沙迪克公司的电火花加工机 床，这些加工规准用C代码(例如C320)表示和 调用，三菱公司则用 E代码表示。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 自动进给调节系统 自动进给调节系统的性能直接影响加工稳定性和加工 效果。 电火花成型加工的自动进给调节系统，主要包含伺服 进给系统和参数控制系统。伺服进给系统主要用 于控制放电间隙的大小，而参数控制系统主要用 于控制电火花成型加工中的各种参数(如放电电流、 脉冲宽度、脉冲间隔等)，以便能够获得最佳的加 工工艺指标等 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 工作液过滤和循环系统 随着电火花加工的进行，蚀除产物越来越多，充 斥在电极和工件之间，或粘连在电极和工件的表 面上。蚀除产物的聚集，会与电极或工件形成二 次放电。这就破坏了电火花加工的稳定性，降低 了加工速度，影响了加工精度和表面粗诙取? 为了改善电火花加工的条件，一 种办法是使电极 振动，以加强排屑作用;另一种办法是对工作液 进行强迫循环过滤，以改善间隙状态。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 数控系统 1) 数控电火花机床的类型 根据机床的数控坐标轴的数目，目前常见的数控 机床有三轴数控电火花机床、四轴三联动数控电 火花机床、四轴联动或五轴联动甚至六轴联动电 火花加工机床。三轴数控电火花加工机床的主轴 Z和工作台X、Y都是数控的。从数控插补功能上 讲，又将这类型机床细分为三轴两联动机床和三 轴三联动机床。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 三轴两联动是指X、Y、Z三轴中，只有两轴(如 X、Y轴)能进行插补运算和联动，电极只能在平 面内走斜线和圆弧轨迹(电极在Z轴方向只能作 伺服进给运动，但不是插补运动)。三轴三联动 系统的电极可在空间作X、Y、Z方向的插补联动 (例如可以走空间螺旋线)。 四轴三联动数控机床增加了C轴，即主轴可以 数控回转和分度。 现在部分数控电火花机床还带有工具电 极库，在加工中可以根据事先编制好的程序，自 动更换电极。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 数控电火花机床的数控系统工作原理 数控电火花机床能实现工具电极和工件 之间的多种相对运动，可以用来加工多种较复杂 的型腔。目前，绝大部分电火花数控机床采用国 际上通用的ISO代码进行编程、程序控制、数控 摇动加工 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 表 常用的电火花数控指令 代 码 功 能 代 码 功 能 G00 快速移动，定位指令 G81 移动到机床的极限 G01 直线插补 G82 回到当前位置与零点的一半处 G02 顺时针圆弧插补指令 G90 绝对坐标指令 G03 逆时针圆弧插补指令 G91 增量坐标指令 G04 暂停指令 G92 制定坐标原点 G17 XOY 平面选择 M00 暂停指令 G18 XOZ 平面选择 M02 程序结束指令 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 G19 YOZ 平面选择 M05 忽略接触感知 G20 英制 M08 旋转头开 G21 公制 M09 旋转头关 G40 取消电极补偿 M80 冲油、工作液流动 G41 电极左补偿 M84 接通脉冲电源 G42 电极右补偿 M85 关断脉冲电源 G54 选择工作坐标系1 M89 工作液排除 G55 选择工作坐标系2 M98 子程序调用 G56 选择工作坐标系3 M99 子程序结束 G80 移动轴直到接触感知 表常用的电火花数控指令 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 表 工作坐标系 G54 工作坐标系0 G55 工作坐标系1 G56 工作坐标系2 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 以上代码，绝大部分与数控铣床、车床 的代码相同，只有G54、G80、G82、M05等 是以前接触较少的指令，其具体用法如下: 图2-12 工作坐标系切换 O G54(X0 , Y0) X 20 3 0 Y G54(X20 , Y30) G55(X0 , Y0) O X Y 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 一般的慢走丝线切割机床和部分快走丝线切割机 床都有几个或几十个工作坐标系，可以用G54、 G55、G56等指令进行切换。 可以通过如下指令切换工作坐标系。 G92 G54 X0 Y0; G00 X20. Y30.; G92 G55 X0 Y0; 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 G80: 接触感知。 格式:G80 轴，方向 如:G80 X,; /电极将沿X轴的负方向前进， 直到接触到工件，然后停在那里 G82:移动到原点和当前位置一半处。格式:G82轴 如:G92 X100.; /将当前点的X坐标定义为 100. 将电极移到当前坐标系 X=50.的地方 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 M05:忽略接触感知，只在本段程序起作用。 用法:当电极与工件接触感知并停在此处后，若要移 走电极，请用此代码。 如:G80 X,; /X轴负方向接触感知 ;/设置当前点坐标为(0，0) ; /忽略接触感知且把电极 向X轴正方向移动10 mm 若去掉上面代码中的M05，则电极往往不动作，G00 不执行。 通常用在加工前电极的定位上 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 图工件找正图 A D C B O 40 1 8 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 以上代码通常用在加工前电极的定位上 如图，ABCD为矩形工件，AB、BC边为设 计基准，现欲用电火花加工一圆形图案，图案的 中心为O点，O到AB边、BC边的距离如图中所 标。已知圆形电极的直径为20 mm，请写出电 极定位于O点的具体过程。 具体过程如下: 首先将电极移到工件AB的左边，Y轴坐 标大致与O点相同，然后执行如下指令: 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 X,10.; ; 为一估计值，主要目的是保证电极在BC边下方 ; ; ; ,2.; 电极与工件分开，2 mm表示为一小段距离 ; /将电极底面移到工件上面 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 对数控电火花机床，由于工作台是数控的，可以 实现工件加工轨迹逐步向外扩张，即摇动，故数 控电火花机床不需要平动头。具体来说，摇动加 工的作用是: (1) 可以精确控制加工尺寸精度。 (2) 可以加工出复杂的形状，如螺纹。 (3) 可以提高工件侧面和底面的表面粗糙度。 (4) 可以加工出清棱、清角的侧壁和底边。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 (5) 变全面加工为局部加工，有利于排屑和加工稳 定。 (6) 对电极尺寸精度要求不高。 摇动的轨迹除了可以像平动头的小圆形 轨迹外，数控摇动的轨迹还有方形、菱形、叉形 和十字形，且摇动的半径可为9.9 mm以内任 一数值。 摇动加工的编程代码各公司均自己规定。 以汉川机床厂和日本沙迪克公司为例，摇动加工 的指令代码如下: 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 摇动加工 LN × × × STEP ×××× 摇动幅度(半径)的大小，4位数，单位为 摇动幅度，其后为4位数(摇动半径) 0,2:摇动加工的伺服方式 0,2:摇动运动的所在平面 0,5:摇动轨迹形状 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 无摇动 X—Y 平面 000 001 002 003 004 005 X—Z 平面 010 011 012 013 014 015 自由摇动 Y—Z 平面 020 021 022 023 024 025 X—Y 平面 100 101 102 103 104 105 X—Z 平面 110 111 112 113 114 115 步进摇动 Y—Z 平面 120 121 122 123 124 125 X—Y 平面 200 201 202 203 204 205 X—Z 平面 210 211 212 213 214 215 锁定摇动 Y—Z 平面 220 221 222 223 224 225 摇动轨迹 类型 所在 平面 表电火花数控摇动类型一览表 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 数控摇动的伺服方式共有以下三种: (1)自由摇动。选定某一轴向(例如Z轴)作为伺服 进给轴，其他两轴进行摇动运动(如图所示)。 例如:G01 LN001 STEP30 Z-10. 表示沿Z轴方向进行伺服进给。 LN001中的00表示在X—Y平面内自由摇动，1 表示工具电极各点绕各原始点作圆形轨迹摇动， STEP30表示摇动半径为30 μm，Z-10.表示 伺服进给至Z轴向下10 mm为止。其实际放电 点的轨迹见图 (a)，沿各轴方向可能出现不规 则的进进退退。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 (2) 步进摇动。在某选定的轴向作步进伺服进给，每进一步的 步距为2 μm，其他两轴作摇动运动(如图(b)所示)。 例如: G01 LN101 STEP20 Z-10. 表示沿Z轴方向进行伺服进给。LN101中 的10表示在X—Y平面内步进摇动，1表示工具电极各点绕 各原始点作圆形轨迹摇动，STEP20表示摇动半径为20 μm，Z-10.表示伺服进给至Z轴向下10 mm为止。其实 际放电点的轨迹见图b)。步进摇动限制了主轴的进给动作， 使摇动动作的循环成为优先动作。步进摇动用在深孔排屑 比较困难的加工中。它较自由摇动的加工速度稍慢，但更 稳定，没有频繁的进给、回退现象。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 (3) 锁定摇动。在选定的轴向停止进给运动并锁定轴向位置， 其他两轴进行摇动运动。在摇动中，摇动半径幅度逐步扩 大，主要用于精密修扩内孔或内腔(如图 (c)所示)。例如: -5. 表示沿Z轴方向进行伺服进给。LN202中 的20表示在X—Y平面内锁定摇动，2表示工具电极各点绕 各原始点作方形轨迹摇动，Z-5.表示Z轴加工至-5 mm处 停止进给并锁定，X、Y轴进行摇动运动。其实际放电点的 轨迹见图(c)。锁定摇动能迅速除去粗加工留下的侧面波纹， 是达到尺寸精度最快的加工方法。它主要用于通孔、盲孔 或有底面的型腔模加工中。如果锁定后作圆轨迹摇动，则 还能在孔内滚花、加工出内花纹等。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 图2-14 数控摇动的伺服方式 (a) 自由摇动 (b) 步进摇动 (c) 锁定摇动 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 6. 电火花机床常见功能 回原点操作功能。数控电火花在加工前 首先要回到机械坐标的零点，即X、Y、Z轴回到 其轴的正极限处。这样，机床的控制系统才能复 位，后续操作机床运动不会出现紊乱。 置零功能。将当前点的坐标设置为零。 接触感知功能。让电极与工件接触，以 便定位。 其他常见功能(如图所示)。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 图电火花机床常见功能 Center searching (Inside) Center searching (Outside) Z-axis machining(Z -) Z-axis machining(Z+) Repeat machiningCorner machining 角落加工 重复加工 Z轴垂直加工(Z+) Z轴垂直加工(Z-) 寻找中心(外部) 寻找中心(内部) 旋转加工 旋转加工 旋转加工 旋转加工 旋转加工 旋转加工 Rotation machining Rotation machining Rotation machining Rotation machining Rotation machining Rotation machining 旋转加工 Rotation machining Side machining Fan shap machining Step machining C-axis positioning machining(optional) C-axis helical gear machining(optional) 侧面加工 扇形加工 等级化加工 C轴标示加工(特殊) C轴螺旋齿轮加工(特殊) 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 二、线切割机床分类、型号 1(分类 通常按电极丝的走丝速度分成快速走丝线切割机 床 (WEDM-HS) 与 慢 速 走 丝 线 切 割 机 床 (WEDM-LS)。 1) 快速走丝线切割机床 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 快速走丝线切割机床的电极丝作高速往复运动，一 般走丝速度为8,10 m/s，是我国独创的电火花 线切割加工模式。快速走丝线切割机床上运动的电 极丝能够双向往返运行，重复使用，直至断丝为止。 线电极材料常用直径为0.10,0.30 mm的钼丝 (有时也用钨丝或钨钼丝)。对小圆角或窄缝切割， 也可采用直径为0.6 mm的钼丝。 工作液通常采用乳化液。快速走丝线切割机床结 构简单、价格便宜、生产率高，但由于运行速度快， 工作时机床震动较大。钼丝和导轮的损耗快，加工 精度和表面粗糙度就不如慢速走丝线切割机床，其 加工精度一般为0.01,0.02 mm，表面粗糙度 Ra为1.25,2.5 μm。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 ?2) 慢速走丝线切割机床 慢速走丝线切割机床走丝速度低于0.2 m/s。常 用黄铜丝(有时也采用紫铜、钨、钼和各种合金的涂 覆线)作为电极丝，铜丝直径通常为0.10,0.35 mm。电极丝仅从一个单方向通过加工间隙，不重 复使用。加工过程平稳，加工精度高，可达0.005 mm，表面粗糙度Ra?0.32 μm。 工作液一般采用去离子水、煤油等，生产率较高。 慢走丝机床主要由日本、瑞士等国生产 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 (型号 : 为机床的类别代号，表示是电加工机床; 为机床的特性代号，表示是数控机床; 第一个7为组代号，表示是电火花加工机床， 第二个7为系代号(快走丝线切割机床为7，慢走 丝线切割机床为6，电火花成型机床为1); 为基本参数代号，表示工作台横向行程为 250 mm。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 (机床本体 机床本体主要由床身、工作台、运丝机 构和丝架等组成，具体介绍如下: 床身 床身是支承和固定工作台、运丝机构等 的基体。因此，要求床身应有一定的刚度和强度， 一般采用箱体式结构。床身里面安装有机床电气 系统、脉冲电源、工作液循环系统等元器件。 工作台 目前在电火花线切割机床上采用的坐标 工作台，大多为X、Y方向线性运动。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 3) 运丝机构 在快走丝线切割加工时，电极丝需要不断 地往复运动，这个运动是由运丝机构来完成的。最 常见的运丝机构是单滚筒式，电极丝绕在储丝筒上， 并由丝筒作周期性的正反旋转使电极丝高速往返运 动。储丝筒轴向往复运动的换向及行程长短由无触 点接近开关及其撞杆控制，调整撞杆的位置即可调 节行程的长短。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 图 快走丝线切割机床结构图 1 2 3 6 5 1—上丝机构;2—工作台;3—丝筒电机;4—撞杆;5—接近开关;6—运丝启停 开关 4 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 丝架 运丝机构除上面所叙述的内容外，还包 括丝架。丝架的主要作用是在电极丝快速移动时， 对电极丝起支撑作用，并使电极丝工作部分与工 作台平面保持垂直。为获得良好的工艺效果，上、 下丝架之间的距离宜尽可能小。 为了实现锥度加工，最常见的方法是在 上丝架的上导轮上加两个小步进电动机，使上丝 架上的导轮作微量坐标移动(又称U、V轴移动)， 其运动轨迹由计算机控制。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 (2 60 μs) (1 5 A) 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 加工控制。它能根据放电间隙大小与放电状 态控制进给速度，使之与工件材料的蚀除速度相 平衡，保持正常的稳定切割加工。 目前绝大部分机床采用数字程序控制， 并且普遍采用绘图式编程技术，操作者首先在计 算机屏幕上画出要加工的零件图形，线切割专用 软件(如YH软件、北航海尔的CAXA线切割软件) 会自动将图形转化为ISO代码或3B代码等线切 割程序。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 工作液循环系统 工作液循环与过滤装置是电火花线切割 机床不可缺少的一部分，其主要包括工作液箱、 工作液泵、流量控制阀、进液管、回液管和过滤 网罩等。工作液的作用是及时地从加工区域中排 除电蚀产物，并连续充分供给清洁的工作液，以 保证脉冲放电过程稳定而顺利地进行。目前绝大 部分快走丝机床的工作液是专用乳化液。乳化液 种类繁多，大家可根据相关资料来正确选用。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 慢走丝线切割机床 由机床本体、脉冲电源、数控系统等部分组成的。 但慢走丝线切割机床的性能大大优于快走丝线切 割机床，其结构具有以下特点: (主体结构 机头结构 机床和锥度切割装置(U，V轴部分)实 现了一体化，并采用了桁架铸造结构，从而大幅 度地强化了刚度。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 主要部件 精密陶瓷材料大量用于工作臂、工作台固定 板、工件固定架、导丝装置等主要部件，实现了 高刚度和不易变形的结构。 工作液循环系统 慢走丝线切割机床大多数采用去离子水 作为工作液，在较精密加工时，慢走丝线切割机 床采用绝缘性能较好的煤油作为工作液。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 图2-17 去离子系统 滤芯 过滤筒 洁水箱 污水箱 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 (走丝系统 慢走丝线切割机床的电极丝在加工中是单方向运动 (即电极丝是一次性使用)的。在走丝过程中，电极 丝由储丝筒出丝，由电极丝输送轮收丝。 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 图北京阿奇工业电子有限公司某型号 慢走丝线切割机床的送丝图。 (a) 电极丝送丝示意图 (b) 电极丝送丝图 图电极丝送丝图 导轨 废丝 筒 丝卷 张力圈 第三章 模具的特种加工 3.1 模具的电火花和线切割加工原理 问题: 1(电火花加工的物理本质是什么, 2(电火花加工与电火花线切割加工的异同点是什么, 3(电火花机床有哪些常用的功能, 4(线切割机床有哪些常用的功能,