数控电火花线切割加工工艺
作者：XXX 指导老师：PanXB
宁波大学XXXXXXXX
摘要：本文分析了数控电火花线切割加工的原理，介绍了数控电火花线切割加工的工艺过程及特点。了解数控电火花线切割中常见的问题,提出了处理意见。
关键词：线切割 工艺 数控
Abstract: This paper analyzes the numerical control electric spark line cutting processing principle, introduced the numerical control electric spark line cutting process and its characteristics.Understanding of the numerical control electric spark line cutting of common problem, put forward to treat an opinion.
Key word: wire cut EDM techno lo gy NC
数控电火花线切割加工是在电火花加工的基础上发展起来的一种新的工艺形式， 其加工过程与传统的机械加工完全不同， 加工时，用线状电极( 铜丝或钼丝) 靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割。其加工的基本原理是利用移动的细金属丝( 铜丝或钼丝) 作为工具电极( 接高频脉冲电源负极， 对工件( 接高频脉冲电源正极) 进行脉冲火花放电。加工时，工件与电极丝并不接触, 而是保持一定的距离, 在电极丝和工件之间施加脉冲电压， 并置于乳化液或去离子水等工作液中，使其不断产生火花放电， 放电产生的瞬时高温将工件表面材料熔化甚至汽化， 逐步蚀除工件，通过连续不断的火花放电，就可以将工件材料按我们预想的要求予以蚀除， 达到加工的目的[1]。
1 数控电火花线切割加工的特点
数控线切割加工具有电火花加工的共性，金属材料的硬度和韧性并不影响其加工，电火花线切割主要用来加工淬火钢和硬质合金;当前绝大多数电火花线切割机，都采用数字程序控制，其工艺特点如下：
1 用来加工一般切削方法难以加工或无法加工的形状复杂的工件，如冲摸、凹凸模及外形复杂的精密零件等。
2 不像电火花成形加工那样要制造特定形状的工具电极，而是采用直径不等的铜丝或钼
丝等作工具电极，因此切割用的刀具简单，大大降低了生产准备工时。
3 电极丝直径较细(0.025～0.3mm)，切缝很窄，这样不仅有利于材料的利用，而且适合加工细小零件。
4 电极丝在加工中是移动的，不断更新(慢走丝)或反复使用(快走丝)，可以完全或短时间不考虑电极丝损耗对加工精度的影响。
5 依靠计算机计算和控制电极丝轨迹和偏移轨迹，可方便地调整凸凹模具的配合间隙，并且依靠锥度切割功能可实现凸凹模一次加工成型。
2 线切割加工工艺
2.1 薄工件的加工
所谓薄工件，一般是指厚度在5mm以下的工作。如样板及机械零配件等，要保证这类工件的加工精度是有一定困难的。
主要原因是丝架上下导丝轮的开距是固定的，般约70mm。当切割薄工件时，在快走丝的情况下，电极丝失去了加工厚工件时应产生的冷却液的阻尼作用，又加上火花放电的影响，因而电极丝很容易产生抖动。 另外，切割薄工件的速度快，变频进给也快，而步进电机的速度有一定的技术范围，速度太快时(指超过它承受的最高脉冲频率)会产生失步和丢步现象，这些都会影响工件的加工精度[2]。
为克服上述现象，保证薄工件的加工质量，建议采取下列措施: （1）把加工电压调至50V左右；（2）调整脉宽，使之小于10μs；（3）加工电流控制在0.2～0.3A范围内；（4） 减小电极丝抖动。如果储丝筒是直流电机拖动的，则改变电枢电压，降低转速；如果是交流电机拖动的，则在A、B、C相的任意两相中串接10～15Ω、75W线绕电阻，降低相电压，使其换向过渡时间稍为拉长，实现软换向，减少抖动；（5）在上下导轮之间加宝石夹持器；（6） 如果装置夹持器有困难，也可采用辅料加厚的方法，加大厚度，使阻尼增加，从而可防止电极丝抖动。使用这种方法比较简便，而且加工电参数也不需要调整改动。
2.2加工表面的黑白条纹
电火花切割加工时，靠近工件切缝的上、下表面会出现黑白交错的条纹。
2.2.1 产生黑白条纹的原因
条纹的出现与电极丝的运动有关，电极丝进口处呈黑色，出口处呈白色。这是因为排屑和冷却条件不同造成的。
电极丝从上向下运动时，工作液由电极丝从上部带入工件内，放电产物由电极丝从下部
带出。这时，上部工作液充分，冷却条件好，下部工作液少，冷却条件差，但排屑条件比上部好。工作液在放电间隙里受高温热裂分解，形成高压的气体，急剧向外扩散。对上部蚀除物的排除造成困难，这时，放电产生的炭黑等物质将凝聚附着在上部加工表面上， 使之呈黑色[3]。
这种条纹一般对加工表面粗糙度略有影响。因为电极丝进口处工作液充分，放电是在液体介质中进行，而在电极丝出口处，液体少，气体多，在低压放电条件下，气体中放电间隙小，所以，进口处的放电间隙比出口处大，结果白色条纹比黑色条纹凸出几微米到几十微米。 由于加工表面两端出现黑白交错的条纹，使工件加工表面两端的表面粗糙度比中部稍差一点。当电极丝较短、储丝筒换向周期较短，或者切割较厚工件时，尽管加工结果看上去似乎没有条纹，实际上是条纹很密，互相重叠而已。
2.2.2 限制黑白条纹的措施
黑白条纹产生最根本的原因是电极丝往复运动时都放电切割加工，如果电极丝只在一个方向运动时放电，而在另外一个方向运动时不放电，就没有黑白相间的条纹。但若只在单方向运动时切割，生产率就太低了。
采用较合理的工作液喷射方式，使电极丝出口和入口处工作液供应情况尽量一致， 尤其要改善工件下部工作液的供应状况，对限制黑白条纹会有一定效果[4]。
3 线切割中常见问题与处理措施
在数控电火花线切割中，常出现电极丝短路、断丝的现象，一般应做如下处理：短路可能是因为进给速度太快、脉冲电源参数选择不当等原因造成。
应降低进给速度，增大峰值电流，加大加工能量，同时加大电极丝的张力，减少工作液的电阻率；发生断丝的原因可能是脉冲电源参数选择不当、工作液浓度不合适、工件变形、进给速度不合适、运丝系统不正常等原因造成[5]。
应首先检查电极丝断丝的位置并判断断丝原因，可通过减小峰值电流，降低空载电压和进给速度，减少电极丝的张力或增大冷却喷嘴的工作液流量等方法解决。
参考文献：
[1] 金庆同.特种加工[M].北京:航空工业出版社,2003.
[2] 徐宏海.数控加工工艺.北京:化学工业出版社,2004.
[3] 马名峻, 蒋亨顺, 郭洁民. 电火花加工技术在模具制造中的应用. 北京: 化学工业出版社, 2004.
[4] 于春生. 数控机床编程及应用. 北京: 高等教育出版社, 2001.
[5] 罗学科, 李跃中. 数控电加工机床. 北京: 化学工业出版社, 2003.
数控电火花线切割加工工艺
作者：XXX 指导老师：PanXB
宁波大学XXXXXXXX
摘要：本文分析了数控电火花线切割加工的原理，介绍了数控电火花线切割加工的工艺过程及特点。了解数控电火花线切割中常见的问题,提出了处理意见。
关键词：线切割 工艺 数控
Abstract: This paper analyzes the numerical control electric spark line cutting processing principle, introduced the numerical control electric spark line cutting process and its characteristics.Understanding of the numerical control electric spark line cutting of common problem, put forward to treat an opinion.
Key word: wire cut EDM techno lo gy NC
数控电火花线切割加工是在电火花加工的基础上发展起来的一种新的工艺形式， 其加工过程与传统的机械加工完全不同， 加工时，用线状电极( 铜丝或钼丝) 靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线切割。其加工的基本原理是利用移动的细金属丝( 铜丝或钼丝) 作为工具电极( 接高频脉冲电源负极， 对工件( 接高频脉冲电源正极) 进行脉冲火花放电。加工时，工件与电极丝并不接触, 而是保持一定的距离, 在电极丝和工件之间施加脉冲电压， 并置于乳化液或去离子水等工作液中，使其不断产生火花放电， 放电产生的瞬时高温将工件表面材料熔化甚至汽化， 逐步蚀除工件，通过连续不断的火花放电，就可以将工件材料按我们预想的要求予以蚀除， 达到加工的目的[1]。
1 数控电火花线切割加工的特点
数控线切割加工具有电火花加工的共性，金属材料的硬度和韧性并不影响其加工，电火花线切割主要用来加工淬火钢和硬质合金;当前绝大多数电火花线切割机，都采用数字程序控制，其工艺特点如下：
1 用来加工一般切削方法难以加工或无法加工的形状复杂的工件，如冲摸、凹凸模及外形复杂的精密零件等。
2 不像电火花成形加工那样要制造特定形状的工具电极，而是采用直径不等的铜丝或钼
丝等作工具电极，因此切割用的刀具简单，大大降低了生产准备工时。
3 电极丝直径较细(0.025～0.3mm)，切缝很窄，这样不仅有利于材料的利用，而且适合加工细小零件。
4 电极丝在加工中是移动的，不断更新(慢走丝)或反复使用(快走丝)，可以完全或短时间不考虑电极丝损耗对加工精度的影响。
5 依靠计算机计算和控制电极丝轨迹和偏移轨迹，可方便地调整凸凹模具的配合间隙，并且依靠锥度切割功能可实现凸凹模一次加工成型。
2 线切割加工工艺
2.1 薄工件的加工
所谓薄工件，一般是指厚度在5mm以下的工作。如样板及机械零配件等，要保证这类工件的加工精度是有一定困难的。
主要原因是丝架上下导丝轮的开距是固定的，般约70mm。当切割薄工件时，在快走丝的情况下，电极丝失去了加工厚工件时应产生的冷却液的阻尼作用，又加上火花放电的影响，因而电极丝很容易产生抖动。 另外，切割薄工件的速度快，变频进给也快，而步进电机的速度有一定的技术范围，速度太快时(指超过它承受的最高脉冲频率)会产生失步和丢步现象，这些都会影响工件的加工精度[2]。
为克服上述现象，保证薄工件的加工质量，建议采取下列措施: （1）把加工电压调至50V左右；（2）调整脉宽，使之小于10μs；（3）加工电流控制在0.2～0.3A范围内；（4） 减小电极丝抖动。如果储丝筒是直流电机拖动的，则改变电枢电压，降低转速；如果是交流电机拖动的，则在A、B、C相的任意两相中串接10～15Ω、75W线绕电阻，降低相电压，使其换向过渡时间稍为拉长，实现软换向，减少抖动；（5）在上下导轮之间加宝石夹持器；（6） 如果装置夹持器有困难，也可采用辅料加厚的方法，加大厚度，使阻尼增加，从而可防止电极丝抖动。使用这种方法比较简便，而且加工电参数也不需要调整改动。
2.2加工表面的黑白条纹
电火花切割加工时，靠近工件切缝的上、下表面会出现黑白交错的条纹。
2.2.1 产生黑白条纹的原因
条纹的出现与电极丝的运动有关，电极丝进口处呈黑色，出口处呈白色。这是因为排屑和冷却条件不同造成的。
电极丝从上向下运动时，工作液由电极丝从上部带入工件内，放电产物由电极丝从下部
带出。这时，上部工作液充分，冷却条件好，下部工作液少，冷却条件差，但排屑条件比上部好。工作液在放电间隙里受高温热裂分解，形成高压的气体，急剧向外扩散。对上部蚀除物的排除造成困难，这时，放电产生的炭黑等物质将凝聚附着在上部加工表面上， 使之呈黑色[3]。
这种条纹一般对加工表面粗糙度略有影响。因为电极丝进口处工作液充分，放电是在液体介质中进行，而在电极丝出口处，液体少，气体多，在低压放电条件下，气体中放电间隙小，所以，进口处的放电间隙比出口处大，结果白色条纹比黑色条纹凸出几微米到几十微米。 由于加工表面两端出现黑白交错的条纹，使工件加工表面两端的表面粗糙度比中部稍差一点。当电极丝较短、储丝筒换向周期较短，或者切割较厚工件时，尽管加工结果看上去似乎没有条纹，实际上是条纹很密，互相重叠而已。
2.2.2 限制黑白条纹的措施
黑白条纹产生最根本的原因是电极丝往复运动时都放电切割加工，如果电极丝只在一个方向运动时放电，而在另外一个方向运动时不放电，就没有黑白相间的条纹。但若只在单方向运动时切割，生产率就太低了。
采用较合理的工作液喷射方式，使电极丝出口和入口处工作液供应情况尽量一致， 尤其要改善工件下部工作液的供应状况，对限制黑白条纹会有一定效果[4]。
3 线切割中常见问题与处理措施
在数控电火花线切割中，常出现电极丝短路、断丝的现象，一般应做如下处理：短路可能是因为进给速度太快、脉冲电源参数选择不当等原因造成。
应降低进给速度，增大峰值电流，加大加工能量，同时加大电极丝的张力，减少工作液的电阻率；发生断丝的原因可能是脉冲电源参数选择不当、工作液浓度不合适、工件变形、进给速度不合适、运丝系统不正常等原因造成[5]。
应首先检查电极丝断丝的位置并判断断丝原因，可通过减小峰值电流，降低空载电压和进给速度，减少电极丝的张力或增大冷却喷嘴的工作液流量等方法解决。
参考文献：
[1] 金庆同.特种加工[M].北京:航空工业出版社,2003.
[2] 徐宏海.数控加工工艺.北京:化学工业出版社,2004.
[3] 马名峻, 蒋亨顺, 郭洁民. 电火花加工技术在模具制造中的应用. 北京: 化学工业出版社, 2004.
[4] 于春生. 数控机床编程及应用. 北京: 高等教育出版社, 2001.
[5] 罗学科, 李跃中. 数控电加工机床. 北京: 化学工业出版社, 2003.