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線切割技術(shù)在機(jī)械加工中的應(yīng)用(一)
設(shè)計任務(wù)書
課題名稱： 線切割技術(shù)在機(jī)械加工中的應(yīng)用
設(shè)計要求：
本課題所設(shè)計的內(nèi)容：國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀綜述
隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，尤其是以計算機(jī)。信息技術(shù)為代表的高新技術(shù)的發(fā)展，使制造技術(shù)的內(nèi)涵和外延發(fā)生了革命性的變化。數(shù)控加工技術(shù)是機(jī)械制造過程發(fā)生了顯著的變化，使最具代表性的先進(jìn)制造技術(shù)，目前在模具，汽配等行業(yè)已廣泛應(yīng)用。
在我國工業(yè)技術(shù)發(fā)展的新形勢下，模具加工技術(shù)發(fā)展迅猛。
數(shù)控加工，因?yàn)榉Q之為NC加工，是以數(shù)值，符號構(gòu)成的信息控制機(jī)床，實(shí)現(xiàn)自動轉(zhuǎn)動。數(shù)控加工經(jīng)歷了半個世紀(jì)的發(fā)展，已成為應(yīng)用于當(dāng)代各個制造領(lǐng)域的先進(jìn)制造技術(shù)。數(shù)控加工的最大特征有兩點(diǎn)：一是可以極大的提高精度，包括加工質(zhì)量和加工時間誤差精度；二是可以提高加工質(zhì)量的重復(fù)精度，穩(wěn)定加工質(zhì)量，保持加工零件的質(zhì)量一致。也就是說加工零件的質(zhì)量及加工時間是由數(shù)控程序決定而不是由機(jī)床操作人員決定的。數(shù)控加工具有如下特點(diǎn)：
提高生產(chǎn)效率；
不需要熟練的機(jī)床操作人員；
可以提高加精度，并保持加工質(zhì)量一致；
可以減少工裝夾具；
容易進(jìn)行加工過程管理；
可以減少檢查工作量；
可以降低廢品及次品率；
便于設(shè)計變更，加工設(shè)定柔性強(qiáng)；
容易實(shí)現(xiàn)操作過程的自動化，一人可操作多臺機(jī)床；
操作容易，可以極大的減輕體力勞動的強(qiáng)度。
隨著制造設(shè)備的數(shù)控化率不斷的提高，數(shù)控加工技術(shù)在我國已得到了日益廣泛得應(yīng)用。在模具行業(yè)，掌握數(shù)控技術(shù)與否及加工過程中 數(shù)控化率得高低，已成為企業(yè) 是否具有競爭里得象征。
在模具數(shù)控加工中，各種數(shù)控加工均有用到，應(yīng)用最多的是數(shù)控銑及加工中心，數(shù)控線切割加工與數(shù)控電火花加工在模具數(shù)控加工 中的應(yīng)用也非常普遍。
線切割主要用在各種直壁的模具加工，如沖壓模具中的凸凹模，注塑模中的鑲塊，滑塊，電火花加工用電極等……
電火花加工在模具中的應(yīng)用也非常廣泛。對于硬度很高的模具零件，采用機(jī)加工辦法無法加工，大多采用電火花加工。另外，對于模具型腔的尖角，深腔部位，窄槽等也使用電火花進(jìn)行加工。電火花還可以用于特殊的模具表面處理。
數(shù)控電火花線切割加工技術(shù)正是模具加工工藝?yán)碚擃I(lǐng)域中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。此項(xiàng)技術(shù)跨越機(jī)械，電子�？刂茢�(shù)學(xué)及計算機(jī)應(yīng)用等多個領(lǐng)域，使當(dāng)代機(jī)械專業(yè)學(xué)生和工程技術(shù)人員應(yīng)該了解的新技術(shù)。目前在很多行業(yè)新產(chǎn)品的研制和開發(fā)過程中，常采用數(shù)控電火花線切割技術(shù)直接切割零件，從而使研制和開發(fā)周期大大縮短，生產(chǎn)效率得以大幅度提升。
2、本課題的重點(diǎn)和難點(diǎn)
工藝參數(shù)選擇；
加工質(zhì)量精度及影響因素；
3、對課題的要求及預(yù)期目標(biāo)的可行性分析（包括解決關(guān)鍵問題技術(shù)和所需要條件兩方面）
⑴課題要求：
①熟悉CAXA線切割XP系統(tǒng)；
②了解CAXA的用法，線切割的工藝步驟等。
⑵預(yù)期目標(biāo)的可行性分析
①要具備一定的專業(yè)知識，只有具備了一定的專業(yè)知識才能對機(jī)構(gòu)的分析步驟有一定的了解。在具備專業(yè)知識的同時，也要涉及一些與專業(yè)知識有關(guān)的知識，使要解決的問題很好的解決。
②要具備一定的計算機(jī)軟件知識，特別是CAXA的知識，這樣才能對模具進(jìn)行設(shè)計，加工，對機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，才能把CAXA的線切割仿真做一個較完整的描述。
完成本課題的工作計劃及進(jìn)度安排
1~2周：選擇設(shè)計方向，收集資料，確定設(shè)計內(nèi)容
3~5周：練習(xí)CAXA線切割XP
6~7周：分析工件結(jié)構(gòu)可行性并修改，設(shè)計合理的加工參數(shù)。
8~9周：進(jìn)行加工仿真。
10~11周：撰寫設(shè)計過程，總結(jié)設(shè)計過程，論文答辯
。
與本課題相關(guān)的主要參考文獻(xiàn)（列出作者、論文名稱、期刊號、出版年月，參考文獻(xiàn)應(yīng)在3篇以上）
單巖、夏天 主編《數(shù)控線切割加工》 機(jī)械工業(yè)出版社 編號：9787111144182
張能武 主編《模具機(jī)械加工》 國防工業(yè)出版社 編號： 9787118044263
任福君 主編《空間曲面電火花線切割運(yùn)動學(xué)及其應(yīng)用》 編號：9787504614339
王秀鳳主編《CAXA創(chuàng)新三維CAD冷沖壓模具設(shè)計教程》 編號： 9787810777025
模具設(shè)計與制造技術(shù)教育叢書編委會主編《模具制造工藝與裝備》 編號：9787111121299
目 錄
設(shè)計任務(wù)書----------------------------1
第一章
1.1電火花線切割的基本原理-------------6
1.2 實(shí)現(xiàn)電火花線切割加工的條件--------10
1.3快走絲線切割結(jié)構(gòu)原理及特點(diǎn)--------11
1.4數(shù)控電火花線切割加工技術(shù)在模具加工中的具體應(yīng)用-----12
1.5電火花線切割機(jī)床分類---------------13
第二章
2.1等分花瓣型工件的加工過程。------------- 14
2.2落料模凸、凹模的加工。------------------22
第三章
3.1數(shù)控電火花線切割加工中常遇到的問題及解決方案。-----29
體會與感受 ------------------------------31
第一章
一．電火花線切割的基本原理。
1 電火花線切割與脈沖放電
脈沖放電加工：常用電器開關(guān)等產(chǎn)品，在開，段時，其觸點(diǎn)之間常出現(xiàn)火花放電，并造成觸頭表面燒損，產(chǎn)生、腐蝕現(xiàn)象。在研究分析產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因時發(fā)現(xiàn)：應(yīng)用火花放電，可蝕除工件表面金屬的原理，以加工高硬度材料，形狀復(fù)雜的工件（如注塑模的凹模型腔）的方法，簡稱電火花加工。其加工原理是：當(dāng)在兩電極間加上直流電壓后，則通過電阻R向、電容C沖電，使C兩端電壓，即工具電極與工件之間的電壓Uc逐漸增加。當(dāng)Uc增高到足以擊穿具有很大電阻，存于極間間隙中的介質(zhì)（工作液）時，則將形成介質(zhì)電阻趨于零的火花通道。從而，使儲存于C上的電能，瞬間通過通道放出，產(chǎn)生火花放電。此過程，食為將電能轉(zhuǎn)化為熱能，以瞬間強(qiáng)電流沖擊，并融化工件便面的金屬，使在工件表面形成凹陷狀的小坑。當(dāng)過程結(jié)束后，介質(zhì)即恢復(fù)近似絕緣狀態(tài)；使C再次充電，以重復(fù)上次火花放電過程。這樣，必將在工件表面不斷增加小坑數(shù)量，若放電頻率足夠高，則達(dá)到工件表面被加工的目的。
2電火花線切割加工的物理過程
1)處在絕緣的工作液介質(zhì)中的兩電極，兩極加上無負(fù)荷直流電壓Vo，
伺服軸電極向下運(yùn)動，極間距離逐漸縮小。
2)當(dāng)極間距離——放電間隙小到一定程度時（粗加工為數(shù)10m，精加工為數(shù)m），陰極逸出的電子，在電場作用下，高速向陽極運(yùn)動，并在運(yùn)動中撞擊介質(zhì)中的中性分子和原子，產(chǎn)生碰撞電離，形成帶負(fù)電的粒子（主要是電子）和帶正電的粒子（主要是正離子）。當(dāng)電子到達(dá)陽極時，介質(zhì)被擊穿，放電能道形成。
3)兩極間的介質(zhì)一旦被擊穿，電源便通過放電通道釋放能量。大部分能量轉(zhuǎn)換成熱能，這時通道中的電流密度高達(dá)104—109A/cm2，放電點(diǎn)附近的溫度高達(dá)3000℃以上，使兩極間放電點(diǎn)局部熔化或氣化。
4)在熱爆炸力、電動力、流體動力等綜合因素的作用下，被熔化或氣化的材料被拋出，產(chǎn)生一個小坑。
5)脈沖放電結(jié)束，介質(zhì)恢復(fù)絕緣。
如圖示：
放電加工過程 說明
火花通道與電弧柱 當(dāng)電容兩端電壓大于擊穿電壓時，放電通道即行成電弧柱。此時高密度的電子流轉(zhuǎn)化為高溫達(dá)3000C的熱流以沖擊工件表面。
介質(zhì)氣化 由于在兩極的放電間隙中的高溫，使介質(zhì)（工作液）產(chǎn)生汽化，膨脹。
介質(zhì)汽化，與膨脹壓力 由于介質(zhì)汽化，膨脹而產(chǎn)生的壓力，將作用于工具電極與工件加工面上。其單位壓力很大。
小凹坑與凸起的形成 熔化的金屬成球狀顆粒，并被介質(zhì)汽化，膨脹壓力帶走游離于工作液中；工件表面則形成小凹坑，而凹坑的邊上，則形成凸起，則成為新的放電點(diǎn)。
間隙絕緣恢復(fù) 由于介質(zhì)的冷卻作用，放電過程結(jié)束后，為立即使放電間隙的介質(zhì)成絕緣狀態(tài)。
電火花線切割加工后的加工面形狀。 被加工后的工件表面將由無數(shù)小凹坑組成。當(dāng)電火花切割一層金屬后，電極則下降以保證放電間隙（電弧柱高度）。所以，控制電極下降距離，即可控制加工面的尺寸精度。
圖1－1
當(dāng)工件加工面與電極（金屬絲）同處于介質(zhì)液中，并在兩電極上
加無負(fù)荷直流電壓V，則在兩極的間隙（G）中建立電場。設(shè)其場強(qiáng)為F。其F與V，G之間的關(guān)系，當(dāng)遵循下式。即：
F=V/G
據(jù)此，電火花加工的物理過程如上表。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，研究；當(dāng)放電間隙為G：粗加工為數(shù)10μm ，精加工為數(shù)1μm時，在場強(qiáng)F的作用下，陰極逸出的電子，將高速向陽極運(yùn)動，并在運(yùn)動過程中撞擊介質(zhì)液中的中性分子和原子，使產(chǎn)生電離。從而將形成帶負(fù)電的粒子（主要為電子），和帶正電的粒子（主要為正離子）。其過程如下圖：
圖1－2
二．實(shí)現(xiàn)電火花線切割加工的條件
工具電極和工件電極之間必須加以60V—300V的脈沖電壓，同時還需維持合理的距離——放電間隙。大于放電間隙，介質(zhì)不能被擊穿，無法形成火花放電；小于放電間隙，會導(dǎo)致積炭，甚至發(fā)生電弧放電，無法繼續(xù)加工。
兩極間必須充滿介質(zhì)。電火花成形加工一般為火花液或煤油，線切割一般為去離子水或乳化液。
加工過程簡圖如下：
+
VO - 5．兩極間恢復(fù)絕緣
4．加工屑被拋出，形成放電痕。
放電柱 3000℃以上 3．電源通過放電柱釋放能量。
數(shù)μs — 1ms。
G - 2．兩極間距G小到一定值時，絕緣被擊穿；
精加工 數(shù)μm
粗加工 數(shù)10μm
+
VO 加工液 - 兩極間加上無負(fù)荷電壓VO。
圖1－3
輸送到兩極間脈沖能量應(yīng)足夠大。即放電通道要有很大的電流密度（一般為104—109A/cm2）。
放電必須是短時間的脈沖放電。一般為1s—1ms。這樣才能使放電產(chǎn)生的熱量來不及擴(kuò)散，從而把能量作用局限在很小的范圍內(nèi)，保持火花放電的冷極特性。
脈沖放電需要多次進(jìn)行，并且多次脈沖放電在時間上和空間上是分散的，避免發(fā)生局部燒傷。
6）脈沖放電后的電蝕產(chǎn)物能及時排放至放電間隙之外，使重復(fù)性放電順利進(jìn)行。脈沖放電需多次進(jìn)行，且在時間上，空間上是分散的，以必免發(fā)生局部燒傷。。
脈沖放電過程中產(chǎn)生蝕除物，須及時隨循環(huán)介質(zhì)液排出放電間隙之外，使火花放電能多次，重復(fù)地順利進(jìn)行，達(dá)到工件型面逐層加工的目的。
電火花加工在電加工行業(yè)中應(yīng)用最為廣泛的一種加工方法，約占該行業(yè)的90%。按工具電極和工件相對運(yùn)動的方式不同，大致可分為電火花成型加工、線切割加工、電火花磨削加工、電火花同步共軛回轉(zhuǎn)加工、電火花高速小孔加工、電火花表面強(qiáng)化與刻字加工等六大類。其中線切割加工占了電火花加工的60%，電火花成型加工占了30%。隨著電加工工藝的蓬勃發(fā)展，線切割加工就成了先進(jìn)工藝制作的標(biāo)志。
三 快走絲線切割結(jié)構(gòu)原理及特點(diǎn)
快走絲一般分成數(shù)控電源柜和主機(jī)兩大部分，電柜主要由管理控制系統(tǒng)、高頻電源和伺服驅(qū)動等部分組成；主機(jī)主要由X、Y軸（有的帶U、V軸）、工作臺、絲筒、立柱（或絲架）、工作液箱等部分組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.4所示。
其工作原理是利用工具電極對工件進(jìn)行脈沖放電時產(chǎn)生的電腐蝕現(xiàn)象來進(jìn)行加工，但是電火花線切割加工不需要制作成形電極，而是用運(yùn)動著的金屬絲作電極，利用電極絲和工件的相對運(yùn)動切割出各種形狀的工件，若使電極絲相對于工件進(jìn)行有規(guī)律的傾斜運(yùn)動，還可以切割出帶錐度的工件。
快走絲線切割的特點(diǎn)：
直接用線狀電極絲做電極，不需要制作專用電極，可節(jié)約電極設(shè)計，制造費(fèi)用。
可以加工用傳統(tǒng)切削加工方法難以加工或無法加工的形狀復(fù)雜的工件。由于數(shù)控電火花線切割機(jī)床是數(shù)字控制系統(tǒng)，因此加工不同的工件只需編制不同的控制程序，對不同形狀的工件都很容易實(shí)現(xiàn)自動化加工。很適合于小批量形狀復(fù)雜的工件，單件，和試制品的 加工，加工周期短。
利用電蝕原理加工，電極絲于工件不直接觸，兩者作用力小，因而工件的變形很小，電極絲，夾具不需太高的強(qiáng)度 。
傳統(tǒng)的車，銑，鉆加工中，刀具硬度必須比工件硬度大，而數(shù)控電火花線切割機(jī)床的電極絲材料不必比工件材料硬度大，但卻可以加工硬度很高或很脆，用一般切削加工方法難以加工和無法加工的材料。在加工中作為刀具的電極絲無須刃磨，可節(jié)省輔助時間和刀具費(fèi)用，
直接用電，熱能進(jìn)行加工，可以方便的對影響加工精度的加工參數(shù)（如脈沖寬度，脈沖間隔，功放，電流）進(jìn)行調(diào)整，有利于加工精度的提高。便于實(shí)現(xiàn)加工過程的自動化控制。
工作液采用水基乳化液，成本低，不會發(fā)生火災(zāi)。
采用四軸聯(lián)動，可加工錐度，上，下面異型體等零件。
電火花線切割不能加工非導(dǎo)電材料。
與一般切削加工相比，線切割加工的金屬去除率低，因此加工成本高，不適合形狀簡單的大批量零件的加工。
四． 數(shù)控電火花線切割加工技術(shù)在模具加工中的具體應(yīng)用
由于數(shù)控電火花線切割加工具有上述許多優(yōu)點(diǎn)，因此電火花線切割廣泛用于加工硬質(zhì)合金，淬火鋼模具零件，樣板，各種形狀復(fù)雜的細(xì)小零件，窄縫等，特別是沖模，擠壓模，塑料模，電火花加工型腔模所用電極的加工。比如形狀復(fù)雜，帶有尖角窄縫的小型凹模的型孔可采用整體結(jié)構(gòu)在淬火后加工，既能保證模具精度，又可簡化模具設(shè)計和制造。又如中小型沖模，過去采用分開模和曲線磨削加工方法，現(xiàn)在改用電火花線切割整體加工，使配合精度提高，制造周期縮短，成本降低。目前很多線切割機(jī)床采用四軸聯(lián)動，可以加工錐體，上下異型面扭轉(zhuǎn)體等零件，為數(shù)控電火花線切割加工技術(shù)在模具加工中的廣泛應(yīng)用，提供了更廣闊的前景。
五 電火花線切割機(jī)床分類
電火花線切割機(jī)床按控制方式分：靠模仿型，光電跟蹤控制及數(shù)控電火花線切割機(jī)床，目前，我國廣泛采用的線切割機(jī)床主要是數(shù)控電火花線切割機(jī)床。
按其走絲速度分為: 快速走絲和慢速走絲線切割機(jī)床兩種。
快速走絲線切割機(jī)床采用直徑為0.08~0.18mm 的鉬絲類電極，走絲速度為8~10m /s ，而且是往返循環(huán)運(yùn)動，成千上萬次的反復(fù)通過加工間隙，一直使用到斷絲為止。工作液通常采用5%左右的乳化液。由于電極絲的快速運(yùn)動能將工作液狹窄的加工縫隙，起到冷卻作用，同時還能將電蝕產(chǎn)物帶出加工間隙，有利于切割速度的提高。目前能達(dá)到的加工精度為0.01mm ,表面粗糙度為Ra.2.5~Ra0.63μm，最大切割速度可達(dá)50mm/min以上，切割厚度與機(jī)床結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)，最大可達(dá)500mm，可滿足一般模具的加工要求。
慢走絲線切割機(jī)床采用直徑0.03~0.35mm的銅絲做電極，走絲速度為0.05~0.2m/s，電極絲只是單向通過間隙，不重復(fù)使用，可避免電極損耗對加工精度的影響。工作液主要是去離子水和煤油。加工精度可達(dá)0.001mm，粗糙度可達(dá)Ra小于0.32μm。這類機(jī)床還能進(jìn)行自動穿電極絲和自動卸除廢料等，自動化程度較高，能實(shí)現(xiàn)無人操作加工，但售價比快速走絲要高的多。
相對慢速走絲線切割機(jī)床來講，快速走絲機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，加工生產(chǎn)率較高，精度能滿足一般模具要求。因此，目前國內(nèi)主要生產(chǎn)，使用的是快速走絲數(shù)控電火花線切割機(jī)床，但慢走絲線切割機(jī)床是發(fā)展方向，國外已普及了。
第二章
（一）等分花瓣型工件的加工過程。
1）根據(jù)圖紙和工藝要求，用 CAXA線切割XP畫圖，步驟如下：
新建一文件，設(shè)置坐標(biāo)系和中心線。準(zhǔn)備工作做完了。開始正式做圖了：點(diǎn)擊“繪制-基本曲線-圓”選擇“圓心-半徑”，畫好半徑分別為13.5，15，56，10，78的圓，然后做半徑為37和24的兩個相切圓。工件的基本輪廓已出現(xiàn)在圖紙上，如下圖2－1：
下一步該修剪了。點(diǎn)擊“繪制-曲線編輯-修剪”按提示選擇要修剪的 邊界即可；或者直接點(diǎn)擊工具條的“刪除”功能，修改也可以。
修剪完畢，花朵的一個花瓣就畫好了。接下來我們要做的就是檢查邊界是否修剪干凈？工件放大，仔細(xì)檢查。千萬不要怕麻煩，線切割本來就是個要耐心的工作哦。如果你現(xiàn)在不修剪好，下一步等分結(jié)束，會把你的工作量加大5倍的。
檢查完畢，等于我們已經(jīng)拿到打開成功大門的鑰匙了。不要激動啊，后面的工作也要細(xì)心才對啊��！
圖2－2
點(diǎn)擊“繪制-曲線編輯-陣列”按提示選擇“圓形陣列”選擇邊界，輸入陣列中心，份數(shù)即可：
圖2－3
下面我們就開始進(jìn)行電火花線切割最重要的環(huán)節(jié)了——設(shè)置加工參數(shù)，補(bǔ)償量，起割點(diǎn)等參數(shù)了。
我們知道，電極絲是有一定直徑的絲線，電極絲和工件之間還有尺寸約為0.01mm的間隙，我們習(xí)慣稱它為放電間隙。也就是說，電極絲中心和工件輪廓不重合。因此，在機(jī)械的線切割加工中，間隙補(bǔ)償量的確定就顯得很重要。
2）間隙補(bǔ)償原理：
間隙補(bǔ)償功能就是由已知的工件輪廓及電極絲直徑和放電間隙，自動計算出電極絲中心點(diǎn)的軌跡尺寸。加工程序按工件輪廓尺寸編制，電極絲自動按計算出的中心點(diǎn)的軌跡尺寸運(yùn)動，從而加工出合格的工件。
加工圓弧時，電極絲中心軌跡圓弧的半徑和對應(yīng)的工件的圓弧半徑相差Δr1，Δr 2。加工凸模時，當(dāng)輸入凸圓弧的程序后，數(shù)控裝置能自動的將它變成另一個程序加工，半經(jīng)直接增加Δr2；加工凹模時，當(dāng)輸入凹圓弧的程序后，數(shù)控裝置能自動的將它變成另一個程序進(jìn)行加工，使半經(jīng)減少Δr1，圓心角不變。加工直線段時，按工件的平均尺寸來編程加工的，因?yàn)椴还苁枪ぜ�是凸模凹模，直線段長度都相同。
間隙補(bǔ)償量的確定：
加工凸模時，電極絲的中心軌跡應(yīng)在所加工圖形的外面；加工凹模時，電極絲的中心軌跡應(yīng)在要求加工圖形的里面。所加工 工件圖形與電極絲中心軌跡間的距離，在圓弧的半徑方向和線段的垂直方向都相等，此距離稱為間隙補(bǔ)償量。
間隙補(bǔ)償量的算法：
加工沖模的凸凹模時，應(yīng)考率電極絲半徑r，電極絲和工件的單邊放電間隙δd及凸凹模的單邊配合間隙δp。
加工沖孔模具時，（即沖后要求工件保證孔的尺寸）凸模尺寸由孔的尺寸確定。因δp在凹模上扣除，故凸模的間隙補(bǔ)償量R=rs+δd；凹模的間隙補(bǔ)償量R=rs+δd+δp
加工落料模時，（即沖后要求保證沖下的工件尺寸），凹模尺寸由工件的尺寸確定。因δd在凸模上扣除，故凸模的間隙補(bǔ)償量R=rs+δd-δp
；凹模的間隙補(bǔ)償量R=rs+δd
了解了電火花線切割加工的間隙補(bǔ)償原理，我們就可以進(jìn)行下面的參數(shù)
設(shè)置，進(jìn)而進(jìn)行工件仿真模擬了。
選擇“線切割-軌跡生成”會出現(xiàn)如此對話框：
點(diǎn)擊“切割參數(shù)”設(shè)置圖示的參數(shù)。
由于毛胚的限制，我們選擇“垂直”切入方式。這樣電極絲就從穿絲點(diǎn)垂直進(jìn)入毛坯，進(jìn)行工件的放電加工了。由于我們是快走絲機(jī)床，只能通過一次加工達(dá)到要求精度，所以我們選擇“切割次數(shù)”為1。在“補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)方式”一欄，我們選擇“軌跡生成時自動實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償”，這樣，我們就可以在模擬的時候,看到補(bǔ)償過的加工軌跡了.
圖2－4
如果選擇”后置時機(jī)床實(shí)
現(xiàn)補(bǔ)償”,加工的過程中是機(jī)床自動按補(bǔ)償過的軌跡運(yùn)動,從而加工出合格的工件.后者對機(jī)床精度要求較高,一般不采用.
在”拐角過渡方式”一項(xiàng),我們選擇”圓弧”,因?yàn)椤奔饨恰边^渡方式尺寸數(shù)據(jù)繁多,不容易編程.并且容易在加工過程中斷絲,所以,為提高加工效率,我們選擇圓弧過渡.
同樣道理”樣條擬合方式”中,我們也選擇”圓弧”.這樣，在加工過程中，加工軌跡會自動以圓弧方式擬合，加工出工件表面光滑平整，且坐標(biāo)容易計算。
切割參數(shù)設(shè)置完成后,我們就該進(jìn)行”偏移量和補(bǔ)償量”的設(shè)置了.
點(diǎn)擊”偏移量/補(bǔ)償量”按鈕,出現(xiàn)如下對話框:
由于我們是快走絲電火花線切割機(jī)床,只能通過一次加工達(dá)到工件所要求精度.所以,我們選擇一次加工生成軌跡的偏移量.
機(jī)床所用電極絲為直徑0.18的鉬絲,放電間隙0.01
由補(bǔ)償量原理可知,
圖2－5 R=0.18/2+0.01=0.1
所以,選擇第一次加工補(bǔ)償量為0.1.
至此,線切割軌跡生成參數(shù)我們已經(jīng)設(shè)置完成了.點(diǎn)擊””按鈕,我們 的設(shè)置就徹底完成了.
設(shè)置完加工參數(shù),下面我們就該做加工軌跡仿真了.
屏幕提示拾取輪廓，拾取完畢后單擊鼠標(biāo)右鍵。此時被拾取的輪廓線變成虛線，同時在拾取點(diǎn)的切線位置出現(xiàn)兩個方向相反的箭頭，屏幕再次提示選擇鏈搜索方向，選擇一個箭頭方向作為切割方向。同時在拾取點(diǎn)的法線方向又出現(xiàn)一對方向相反的箭頭，屏幕再次提示選擇加工的側(cè)邊或補(bǔ)償方式，也就是電極絲的偏移方向。根據(jù)實(shí)際加工情況，我們選擇電極絲在工件輪廓外部，也就是正偏，系統(tǒng)將自動執(zhí)行命令。
選擇完補(bǔ)償方向，屏幕出現(xiàn)如下圖提示“請輸入穿絲點(diǎn)”。由于我們剛才設(shè)置電極絲切入方式為垂直切入，所以我們設(shè)置穿絲點(diǎn)為“0，80”輸入完畢，單擊左鍵即可。穿絲點(diǎn)拾取完畢，屏幕再次提示輸入退出點(diǎn)。我們選擇穿絲點(diǎn)和退出點(diǎn)重合，直接敲回車鍵即可完成命令。
圖2－6
下一步，我們該做軌跡防真了， 點(diǎn)擊“線切割-軌跡仿真”按提示可選
擇“靜態(tài)仿真”和“動態(tài)仿真 ”兩項(xiàng)。由于動態(tài)防真不便于抓圖，所以我們選擇“靜態(tài)防真”仿真結(jié)果如下圖。
由圖可知，靜態(tài)仿真會顯示電極絲走的路徑，它會把要切割的 工件分成若干部分，逐步去加工的。
圖2－7
至此，我們的軌跡仿真就做完了。如果沒發(fā)現(xiàn)什么問題，我們就可以裝卡工件進(jìn)行加工了。不要著急，現(xiàn)在該去看看機(jī)床的工藝參數(shù)是否合理了。
3）線切割工藝條件和工藝參數(shù)的選擇。
1）線切割的工藝條件
線切割工藝條件包括：脈沖寬度、脈沖間隙、功放管個數(shù)、伺服、電壓和波形。
工作液
乳化液、濃度和供給量。
電極絲
規(guī)格，絲徑和張力。
2）工藝參數(shù)的選擇
1）波形選擇
HX-W型線切割有兩種波形可供選擇，即：
矩形脈沖 選擇矩形波脈沖加工效率高、加工范圍寬、穩(wěn)定性能好、快走絲線切割機(jī)床常用矩形波進(jìn)行加工。
分組脈沖 適用于薄型工件的加工，由于精加工穩(wěn)定性好，所以常用于精密小件的加工中。
2）脈沖寬度的選擇
脈沖寬度即脈沖放電時間的值。設(shè)置為μs，分4μs，8μs，16μs，32μs取值范圍為1~48μs，其值為相加。
在一定工藝條件下，脈沖寬度越大，加工速度也越大，表面粗糙度值也越大。
3）脈沖間隙的選擇
脈沖間隙即脈沖停歇的時間的值。設(shè)置為四檔開關(guān)，分別為1、2、4、8四檔�？蓡为�(dú)和疊加設(shè)置，形成1~15倍脈沖間隙。
在特定工藝條件下，若脈沖間隙越小，切割速度就越大，但對表面粗糙度影響不大。如果脈沖間隙太小，使消電離不充分，電蝕物來不及排除，造成加工不穩(wěn)定。
通常脈沖間隙的取值范圍為：
①工件電加工難度大，厚度大，排屑不利，其取值范圍為：脈寬的5~8倍。
②工件加工性能好，厚度不大，其取值范圍為：脈沖寬度的3~5倍。
在加工穩(wěn)定性好，防短路和排屑滿足要求的情況下，可盡量減小脈沖間隙，以獲得叫高的加工速度。
4）功放管個數(shù)的選擇
設(shè)置投入放電加工回路的功率管數(shù)。共有9只，可靈活調(diào)出適用于不同加工的峰值電流。功放管是并聯(lián)使用的，功放管選擇的越多，加工電流就越大，表面粗糙度就越差。例如切割50MM厚的工件時，投入的功放管應(yīng)大于五個，因?yàn)楣Ψ殴茌^小時，單個脈沖的能量較小，放電間隙也小，這樣無法穩(wěn)定加工，如果只要求高速度而表面粗糙度要求不高時，也可投入較多的功放管進(jìn)行加工。
普通取值范圍：
①工件厚度中等，精加工時為3~4只管子。
②工件厚度中等的半精加工：大厚度工件的精加工，其取值范圍為：5~6只管子。
③大厚度工件進(jìn)行半精、粗加工時為6~9只管子。
工作液的選用
快走絲線切割常選用乳化液作為加工介質(zhì)。
介質(zhì)的特點(diǎn)和要求：
①介質(zhì)液虛一定的絕緣性能，常用乳化液水溶液的電阻率約為10^４～１０^５Ωcm，可滿足于快走絲對放電加工介質(zhì)的要求。
②需具有良好的洗滌性能，使介質(zhì)液在電極絲帶動下滲入加工面的切縫中，以進(jìn)行溶屑、排屑，且可使加工面光亮，并易于取出工件。
③具有良好的冷卻性能，使放電間隙得到充分的冷卻，同時還具有良好的防銹性能，采用水基介質(zhì)，加工面易被氧化，乳化液則具有防銹性能。并且，介質(zhì)無污染，對人無害。
線切割常用乳化液的配制方法：
線切割乳化液常采用體積比配制法，即按一定比列使乳化液和水配置而成，其乳化液濃度要求如下
①工件加工面粗糙度和尺寸精度要求較高，厚度中等或薄件時，乳化液濃度為8%~15%。
②要求切割速度高，其濃度為5%~8%，以便排屑方便。
③采用蒸餾水配制乳化液可提高切割速度和降低表面粗糙度。
電極絲
電極絲為電火花線切割工藝系統(tǒng)中的工具電極，在線切割中，電極絲是循環(huán)使用的，因此，它要求韌性好，抗拉強(qiáng)度和抗腐蝕性能強(qiáng)等。常用電極絲直徑（mm）為：Φ0.12 、Φ0.14 、 Φ0.18 、 Φ0.2。
了解了線切割的工藝條件和工藝參數(shù)的選擇原則，我們就可以胸有成竹的對機(jī)床控制柜的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置了。
由于工件厚度為8mm，材料為45號鋼，根據(jù)以上原則，我們設(shè)置參數(shù)如下：
電源電壓：90V ，加工平均電流1.8A，脈沖寬度24μm。脈沖間隔為96
Μm，功放管個數(shù)為2，鉬司絲直徑0.18mm，走絲速度為10m/s，切割速度35mm/min~40 mm/min，
工作液為10%乳化液。
其加工過程如下：
①準(zhǔn)備毛坯并退火
②休整一個邊，使其具備一定的精度，并以此邊為基準(zhǔn)裝卡工件。
③以基準(zhǔn)邊為依據(jù)，校正工件�？捎美矸�，也可用畫線法。
④開啟機(jī)床和介質(zhì)液，讓其空轉(zhuǎn)3分鐘，看其運(yùn)行是否正常。
⑤確信機(jī)床運(yùn)行正常后，我們就可以把程序送控制臺了。
⑥打開高頻開關(guān)，在控制狀態(tài)點(diǎn)擊 “加工“按鈕，即可進(jìn)行工件的電火花線切割加工了。
（二）落料模凸、凹模的加工。
1）圖紙如下：
圖2－8
由圖紙和工藝可知，此圖為落料摸的凹模。我們?nèi)≈睆綖?.18mm的鉬絲做電極絲，單邊放電間隙為0.01mm。
加工可行性分析：
凹模型孔的長度尺寸為60mm，寬度尺寸為32mm切割面積屬于中等：不是很大，但也不小。所以，我們可以選擇兩種加工方案。
方案一：熱處理之前增加一道預(yù)加工工序，將凹模型孔各面僅留2mm的線切割加工余量。這樣就可以避免切割面積多，廢料質(zhì)量大，在切割過程中容易變形，并且線切割將結(jié)束時中間的廢料掉下來容易損壞電極絲等問題。
方案二：利用鉗工鉆穿絲孔加工，但是要采用雙支撐方式。即在切割將要結(jié)束時，用一塊平坦的永久磁鐵將工件和廢料緊緊吸牢，以便使廢料在切割過程中位置固定。
到此，有朋友該郁悶了，怎么又冒出了個“穿絲孔”�。�？它是怎么被加工出來的？有什么要求嗎？
下面我們就來介紹一下穿絲孔的知識。
加工穿絲孔的必要性
凹形類封閉形工件在切割前必須具有穿絲孔，以保證工件的完整性，這是顯而易見的。凸形類工件的切割也有必要加工穿絲孔。由于坯件材料在切斷時會破壞材料內(nèi)部應(yīng)力的平衡狀態(tài)而造成材料的變形，影響加工精度，嚴(yán)重時甚至造成夾絲、斷絲。采用穿絲孔時，可使工件坯料保持完整，從而減少變形造成的誤差。
穿絲孔的位置和直徑
在切割中、小形凹形類零件時，穿絲孔位于凹形的中心位置操作最為方便。這樣既便于穿絲孔加工位置準(zhǔn)確，又便于控制坐標(biāo)軌跡的計算。
在切割凸形工件或大孔型凹型類工件時，，穿絲孔設(shè)置在加工起始點(diǎn)的附近。這樣可以縮短無用切割行程。穿絲空的位置最好是已知坐標(biāo)點(diǎn)或便于計算的坐標(biāo)點(diǎn)，以簡化有關(guān)軌跡控制的運(yùn)算。
穿絲孔的直徑不宜太小或太大，以鉆或鏜空孔工藝簡便為宜。一般選在3~10mm范圍內(nèi)。孔徑最好選取整數(shù)或較完整數(shù)值，以簡化作為加工基準(zhǔn)的運(yùn)算。
3）穿絲孔的加工
由于多個穿絲孔都要作為加工基準(zhǔn)，因此，在加工實(shí)際必須確保其位置精度和尺寸精度。這就要求穿絲孔應(yīng)在具有較精密坐標(biāo)工作臺的機(jī)床上進(jìn)行加工。為了確�？讖匠叽缇�，穿絲孔可采用鉆絞、鉆鏜或鉆車等較精密的機(jī)械加工方法。
穿絲孔的位置精度和尺寸精度，一般要高于或等于工件要求的精度。
4）加工路線的選擇
在加工中，工件內(nèi)部應(yīng)力的釋放要引起工件的變形，所以在選擇加工路線時，必須注意以下幾點(diǎn)：
①避免從工件端面開始加工，應(yīng)從穿絲孔開始加工。
②加工的路線距離端面（側(cè)面）應(yīng)大于5mm。
③加工路線開始應(yīng)從離開工件夾具的方向進(jìn)行加工（不要一開始加工就趨近夾具），最后在轉(zhuǎn)向工件夾具的方向。
④在一塊毛坯上要切出兩個以上工件時，不應(yīng)連續(xù)一次切割出來，而應(yīng)從不同預(yù)孔開始加工。
了解了這些，我們就可以給出要求，讓鉗工畫線鉆穿絲孔了。經(jīng)分析決定，我們選擇方案二進(jìn)行加工。
用CAXA線切割XP對工件進(jìn)行編程，即畫圖。
圖2－9
因該模具是落料模，沖下零件的尺寸由凹模決定，所以模具的配合間隙在凸模上扣除。故凹模的間隙補(bǔ)償量為R=（0.18/2+0.01）mm=0.1mm，既要求間隙補(bǔ)償中補(bǔ)償量為0.1mm。
參數(shù)選擇如左圖示：
這次我們選擇加工輪廓精度為0.01。因?yàn)檩喞戎讣庸ぼ壽E和理想加工軌跡的偏差，所以我們?nèi)?.01，盡量減小偏差。
在“偏移量/補(bǔ)償量”一項(xiàng)，我們還是選擇偏移0.1，即補(bǔ)償一個電極絲半徑和放電間隙。因?yàn)槟＞叩呐浜祥g隙在凸模上扣除。
點(diǎn)擊“確定”按鈕，我們的參數(shù)就設(shè)置完成了。下一步，我們就可以設(shè)置加工方向，做軌跡仿真了。
圖2－10
點(diǎn)擊“線切割-軌跡生成”選擇加工路線。
輸入穿絲點(diǎn)“0，0”，即為鉗工鉆穿絲點(diǎn)的中心，退出點(diǎn)也為“0，0”，使電極絲加工完畢返回穿絲點(diǎn)。
在選擇“加工側(cè)邊或補(bǔ)償方向”一項(xiàng)，我們選擇如下圖的輪廓以內(nèi)的方向?yàn)?加工和補(bǔ)償方向。
因?yàn)榧庸すぜ前寄�，為保證工件的完整性，我們需從內(nèi)部起割，
圖2－11
這樣我們就選擇內(nèi)部補(bǔ)償了。
選擇完補(bǔ)償方向，下一步該是做軌跡防真了。
選擇“線切割-軌跡仿真”按提示拾取輪廓，為便于抓圖，我們同樣選擇靜態(tài)仿真。
仿真結(jié)果如下圖：
仿真圖用阿拉伯?dāng)?shù)字顯示了電極絲切割工件的順序。
圖2－12
下面我們該設(shè)置加工參數(shù)，裝卡工件了。
由于凹模的材料為Cr12MoV，凹模厚度為10mm，所以設(shè)置加工參數(shù)如下：
電源電壓：95V ，加工平均電流1.8A，脈沖寬度25μs
脈沖間隔78μs， 鉬絲直徑0.18mm，走絲速度9m/s
功放管個數(shù)：2
切割速度40mm/min~50mm/min，工作液為10%乳化液。
加工過程如下：
①裝卡工件。
②以四個定位孔和穿絲孔為定位基準(zhǔn)，校正工件。
③把儲絲筒轉(zhuǎn)到一邊，然后取下電極絲，把電極絲從穿絲孔里穿過去，注意把絲固定在上下導(dǎo)輪上，不能偏離。在儲絲筒上固定好電極絲，然后看絲的松緊情況，如果電極絲過松，要進(jìn)行緊絲后方可進(jìn)行加工。
④固定好電極絲，我們就要找正穿絲孔的中心開始加工了
找正中心孔的方法
自動找正中心：自動找正中心是讓電極絲在工件孔的中心定位。是根據(jù)電極絲和工件的短路 信號來確定孔的中心位置。
首先讓電極絲在X或Y軸方向與孔壁相接觸，讓此軸坐標(biāo)回零，然后返回，向相反的對面壁部靠近，記下此時工作臺總的行程，讓此行程除2，即得此軸的圓心，然后把絲向相反方向移動一個圓心的值固定即可。同樣方法找正另外一軸的圓心坐標(biāo)。這樣，我們穿絲孔的中心就找到了。
⑤程序送控制臺，打開高頻開關(guān)。
⑥打開乳化液，機(jī)床，待運(yùn)行正常點(diǎn)加工即可加工了
到此，我們的工作還沒完成。要小心觀察，待加工一半時，及時放上磁鐵，預(yù)防工件的變形和損傷電極絲。
凸模的加工
由于我們的凹模已加工完，所以與凹模配合的凸模的加工就相對簡單的多了。
仍然取電極絲直徑為0.18mm，單邊放電間隙為0.01mm ，凸、凹模的配合間隙為0.03mm，編制凸模的加工程序。
畫圖如凹模，但是，為了保證凸模的完整性，我們選擇從外部起割。所以在“選擇加工方向”一項(xiàng)，我們選擇和凹模相反的加工方向。接下來開始做軌跡仿真了。
在“切割參數(shù)一項(xiàng)”我們的設(shè)置和凹模加工時一樣。因?yàn)榇四槁淞夏�，所以模具配合間隙在凸模上扣除，因此此次的軌跡補(bǔ)償量我們設(shè)置為0.085mm
即： R=0.18/2+0.01-0.03/2=0.085
Mm
在“輸入穿絲孔”一項(xiàng)，我們輸入“0，20”作為起割點(diǎn)和退絲點(diǎn)。到此，我們的參數(shù)就設(shè)置完了，可以開始做仿真了 。
圖2－13
圖2－14
此圖顯示了工件的實(shí)際輪廓、凸模、凹模切割時的加工路線。
我們可以清楚的看出凸凹模的走絲路線。
中間的白色粗實(shí)線為工件的實(shí)際輪廓線。
上面綠色線為凸模加工時鉬絲的實(shí)際軌跡
最里面的綠色線為凹模加工時的鉬絲的實(shí)際軌跡。
到目前為止，我們凸凹模的加工已經(jīng)完成了。
加工完畢，卸下工件，清理機(jī)床工作臺，然后修理工件毛刺，即可 完成了。
圖2－15
第三章
數(shù)控電火花線切割加工中常遇到的問題及解決方案。
1）頻繁斷絲
原因：
①鉬絲同導(dǎo)電塊接觸不良，加工時也有火花產(chǎn)生，更換導(dǎo)電塊及尼龍?zhí)捉鉀Q。
②導(dǎo)輪加工時間過長，V型槽有明顯缺陷或噴嘴有雜物堵塞所造成的卡絲斷絲。
③乳化液使用時間過長過臟，導(dǎo)致絕緣破壞，排屑困難所造成的斷絲。
④脈沖電源參數(shù)調(diào)節(jié)不當(dāng)。功放管多，脈沖寬度小，脈沖間隔小都易造成加工電流的不穩(wěn)定而斷絲。
⑤換向時未切斷脈沖電源。
⑥進(jìn)給速度過快或過慢造成加工電路不穩(wěn)定。
⑦電極絲的材質(zhì)不佳，抗拉強(qiáng)度低，折彎，打結(jié)，疊絲或使用時間過長，絲被拉長，拉細(xì)且布滿微小放電凹坑。
⑧導(dǎo)絲機(jī)構(gòu)的機(jī)械傳動精度低，繞絲松緊不適度，導(dǎo)輪和儲絲筒的徑向圓跳動和竄動。
⑨工件材料的導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性不好，加工中被電極絲拉出溝槽。
⑩加工 結(jié)束時，因工件自重引起切除部分脫落或傾斜夾斷電極絲。
解決方案：
加工過程中斷絲，首先應(yīng)立即關(guān)閉脈沖電源和變頻，在關(guān)閉工作液泵及走絲電動機(jī) ，把變頻粗調(diào)置于“手動”一邊，打開變頻開關(guān)，讓機(jī)床工作臺繼續(xù)按遠(yuǎn)程序走完，最后回到起點(diǎn)位置重新穿絲加工。若工件厚度較小�？删偷卮┙z繼續(xù)加工。
若加工快結(jié)束斷絲，可考慮從末尾進(jìn)行加工，但需重新編制一部分程序。當(dāng)兩次加工重疊時，要及時關(guān)閉脈沖電源和機(jī)床，以避免損壞工件。
若斷絲不能在用，必須更換新絲時，要測量新絲的直徑，若斷絲直徑和新絲直徑相差較大，就要重新設(shè)置加工參數(shù)，以保證所加工工件的精度。
2）短路
原因：
①導(dǎo)輪和導(dǎo)電塊上的電蝕物堆積嚴(yán)重為能及時清理。
②工件的變形造成切縫變窄，使切屑無法及時排出。
③工作也濃度太高造成排屑不暢。
④加工參數(shù)選擇不當(dāng)造成短路。
解決方案：
應(yīng)立即關(guān)掉變頻，待其自行消除短路，如不能湊效，在關(guān)掉高頻電源，用酒精、汽油、丙醇等溶劑、沖洗短路部分，若此時還不能消除短路，只好把電極絲抽出退回到其始點(diǎn)重新加工。
通過此次畢業(yè)設(shè)計，我對所學(xué)習(xí)的知識又有了一個系統(tǒng)的了解。線切割對于我來說也是一個全新的東西，以前在校學(xué)習(xí)時只是聽說了一些，走上工作崗位，才真正接觸到了這一工種。以上論文所提及的都是我在工作中所接觸，了解到的知識。雖說不是很完整，很專業(yè)，也不是很深奧，但是他顯示了北航海爾CAXA線切割XP在機(jī)械加工中應(yīng)用的全過程。包括從圖紙輸入，軌跡生成到代碼顯示及程序送控制臺的全過程。由此，你可以對數(shù)控電火花線切割有一個大概的了解。
在設(shè)計的過程中，我也遇到了好多問題。畢竟線切割是我新接觸的東西，理論知識我可以很快掌握，但是真正到實(shí)踐上，機(jī)床遇到的許多問題讓我也束手無策。曾有一次，由于電工把三相電源線給接反了，結(jié)果機(jī)床的儲絲筒就一直反向運(yùn)轉(zhuǎn)，頻繁斷絲。我檢查了所有能檢查的接口，包括高頻，都沒找到問題。我做了最壞的打算：卸掉一個換向開關(guān)，用一個開關(guān)來控制兩向行程。終于可以加工了。但是，我知道這也只是應(yīng)急之策。下班后，我又繼續(xù)檢查，過了好久，我的學(xué)生趙新超問我會不會是電源的問題，因?yàn)樗形缈匆婋姽泳�了。此時我才恍然大悟，趕緊調(diào)了三相電源，問題就這樣迎韌而解了。在此我要謝謝我的學(xué)生們，如果不是他們的勤學(xué)好問，也許我也不會那么積極的去搜集各方面的資料；如果不是他們的聰慧，也許我會被所遇到的困難嚇倒。
在本次畢業(yè)設(shè)計中，我從指導(dǎo)老師身上學(xué)到了很多東西。老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理論水平都使我收益匪淺。她無論在理論上還是在實(shí)踐中，都給與我很大的幫助，使我得到不少的提高。這對于我以后的工作和學(xué)習(xí)都有很大的幫助，感謝她耐心的輔導(dǎo)。
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