1、第5章 電火花線切割加工編程,5.1 電火花線切割加工概述 5.2 電火花線切割機床的基本結構 5.3 電火花線切割的工藝與工裝 5.4 電火花線切割編程 5.5 錐度切割的編程與實現 思考與練習題,5.1 電火花線切割加工概述,5.1.1 電火花線切割原理 電火花線切割加工又稱為數控線切割，其加工過程是利用一根移動著的金屬絲(鉬絲、鎢絲或銅絲等)作工具電極，在金屬絲與工件間通以脈沖電流，使之產生脈沖放電而進行切割加工的。如圖5-1所示，電極絲穿過工件上預先鉆好的小孔(穿絲孔)，經導輪由走絲機構帶動進行軸向走絲運動。工件通過絕緣板安裝在工作臺上，由數控裝置按加工程序指令控制沿X、Y兩個坐標方向

2、移動而合成所需的直線、圓弧等平面軌跡。在移動的同時，線電極和工件間不斷地產生放電腐蝕現象，工作液通過噴嘴注入，將電蝕產物帶走，最后在金屬工件上留下細絲切割形成的細縫軌跡線，從而達到了使一部分金屬與另一部分金屬分離的加工要求。,圖5-1 電火花線切割加工原理,5.1.2 電火花線切割特點 和電火花成形機床不同，線切割是利用線電極來進行加工的。 (2)切縫較小，可以對工件進行套裁，有效地利用工件材料，特別適合模具加工。 (3)線切割加工主要是對通孔加工，較適合于冷沖模；而電火花成形機床則主要是對盲孔進行加工，較適合于型腔模的加工。,(4)對粗、中、精加工,只需調整電參數即可,操作方便、自動化程度高

3、。 （5）當零件無法從周邊切入時，工件上需鉆穿絲孔。,5.1.3 電火花線切割機床的類型 1按控制方式分 有靠模仿形控制、光電跟蹤控制、數字程序控制和微機控制線切割機床等。 2按脈沖電源形式分 有RC電源、晶體管電源、分組脈沖電源和自適應控制電源線切割機床等。 3加工特點分 有大、中、小型以及普通直壁切割型與錐度切割型，還有切割上下異形的線切割機床等。,4按走絲速度分 有快速走絲方式和慢速走絲方式的線切割機床。 我國機床型號的編制是根據JB 183876金屬切削機床型號編制方法的規定進行的，機床型號由漢語拼音字母和阿拉伯數字組成，它表示機床的類別、特性和基本參數。,例如，數控電火花線切割機床型

4、號DK7725的含義如下：,數控電火花線切割機床的主要技術參數包括：工作臺行程(縱、橫向行程)、最大切割厚度、加工表面粗糙度、加工精度、切割速度和數控系統的控制功能等。表5-1為DK77系列數控電火花線切割機床的主要型號及技術參數。表5-2為快、慢速走絲線切割加工的特點比較。,表5-1 DK77系列數控電火花線切割機床的主要型號及技術參數,表5-2 快、慢速走絲電火花線切割加工特點比較,電火花線切割機床本體由床身、坐標工作臺、走絲機構、線架、工作液箱、附件和夾具的幾部分組成。 （參看圖5-1） (1)床身部分 一般為鑄鐵，是坐標工作臺、走絲機構及線架的支承和固定基礎。 (2)坐標工作臺部分 加

5、工是通過坐標工作臺與電極絲的相對運動來完成的。,5.2 電火花線切割機床的基本結構,(3)走絲機構 走絲系統使電極絲以一定的速度運動并保持一定的張力。 (4)脈沖電源 受加工表面粗糙程度和電極絲允許承受電流限制，線切割加工總是采用正極性加工。 (5)數控裝置 主要作用是在電火花線切割加工過程中，按加工要求自動控制電極絲相對工件的運動軌跡和進給速度，來實現對工件的形狀和尺寸加工。,5.3 電火花線切割的工藝與工裝,5.3.1 工藝分析,(1)明確加工要求 (2)確定工藝基準,采用什么方法定位,電火花線切割加工,一般作為工件加工中最后工序。要達到加工零件的加工要求，應合理控制線切割加工的各種工藝

6、因素，同時選擇合適工裝。,5.3.2 切割線路的確定 在加工中，為避免引起工件的變形，應合理選擇加工路線。,例如 圖5-2所示的切割路線安排上，圖(a)的切割路線是錯誤的，按此加工，切割完前幾段線后，繼續加工時，由于原來主要連接的部位被割離，余下的材料與夾持部分連接較少，工件剛度大為降低，容易產生變形，從而影響加工精度。如按圖(b)的切割路線加工，可減少由于材料割離后殘余應力重新分布而引起的變形，所以，一般情況下，最好將工件與其夾持部分分割的線段安排在切割總程序的末端。對精度要求較高的零件，最好采用圖(c)的方案，電極絲不由坯料的外部切入，而是將切割起點取在坯件預制的穿絲孔中。,圖5-2 加工

7、線路的確定,對于切割孔類工件，為減少變形，可采用兩次切割法，如圖5-3所示。第一次粗加工型孔，周邊留余量0.10.5 mm，以補償材料應變后的變形。第二次切割為精加工，這樣可達到較滿意的效果。為更好地避免切割大孔形時產生尖角應力開裂的可能性，還可以用其他加工方法對型孔預先進行鏤空處理，同時對尖角處添加過渡圓。,圖5-3 兩次切割法,5.3 .3工件的裝夾 工件的裝夾形式對加工精度有直接影響。線切割機床的夾具比較簡單。一般是在通用夾具上采用壓板螺釘固定工件。當然有時也會用到磁力夾具、旋轉夾具或專用夾具。 1工件裝夾的一般要求 (1) 工件的基準表面應清潔無毛刺，經熱處理的工件，在穿絲孔內及擴孔的

8、臺階處，要清除熱處理殘物及氧化皮。,(2) 夾具應具有必要的精度，將其穩固地固定在工作臺上，擰緊螺絲時用力要均勻。 (3) 工件裝夾的位置應有利于工件找正，并應與機床行程相適應，工作臺移動時工件不得與絲架相碰。 (4) 對工件的夾緊力要均勻，不得使工件變形或翹起。 (5) 大批零件加工時，最好采用夾具，以提高生產效率。 (6) 細小、精密、薄壁的工件應固定在不易變形的輔助夾具上。,2支撐裝夾方法 (1) 懸臂支撐方式。通用性強，裝夾方便。但由于工件單端壓緊，另一端懸空，因此工件底部不易與工作臺平行，所以易出現上仰或傾斜致使切割面與工件上下平面不垂直或達不到預定的精度。只用于要求不高或懸臂較小的

9、情況。 (2) 兩端支撐方式(如圖5-4(a)所示)。其支撐穩定，平面定位精度高，工件底面與切割面垂直度好，但對于較小的零件不適用。 (3) 橋式支撐方式(如圖5-4(b)所示)。采用兩塊支撐墊鐵架在雙端夾具體上。其特點是通用性強，裝夾方便，大、中、小工件裝夾都比較方便。,圖5-4 工件支撐裝夾方式 (a) 兩端支撐方式；(b) 橋式支撐方式,(4) 板式支撐方式(如圖5-5(a)所示)。可根據經常加工工件的尺寸而定，可呈矩形或圓形孔，并可增加X、Y兩方向的定位基準。裝夾精度高，適于常規生產和批量生產。 (5) 復式支撐方式(如圖5-5(b)所示)。在橋式夾具上，再裝上專用夾具組合而成。裝夾方

10、便，特別適合于成批零件加工。可節省工件找正和調整電極絲相對位置等輔助工時，易保證工件加工的一致性。,圖5-5 工件支撐裝夾方式 (a) 板式支撐方式；(b) 復式支撐方式,5.4 電火花線切割編程,數控線切割編程分為手工編程和自動編程。格式有3B 、 4B 、 5B 、ISO和EIA等，使用最多的是3B格式，目前也有許多系統直接采用ISO代碼格式。 5.4.1 3B格式程序編制 1編程規則 3B代碼編程是數控電火花線切割機床用的最常見程序格式，每一行的格式為： B JX B JY B J G Zn 其中：,B為分隔符，表示一條程序段的開始，并將X、Y等計數長度分隔開，相當于表格中的制表線。 J

11、X 、JY分別為X、Y軸方向上的坐標計數。 J為主計數軸的計數長度。它等于加工線段在主計數軸上的投影長度。 G為主計數軸的設定，有GX、GY兩種設定。GX表示X軸為主要計數軸，GY表示Y軸為主要計數軸。 Zn為加工指令，用于決定控制臺是按直線還是按圓弧進行插補加工，并含有加工方向等信息。有L1、L2、L3、L4、SR1、SR2、SR3、SR4、NR1、NR2、NR3、NR4共12種指令。,1) 編程坐標系的建立 盡管對3B格式程序來說，程序中的數據與坐標原點所處的位置無關，但其總的坐標軸方向應該是確定不變的；否則，將無法放置到機床上。而且，建立一個原點固定的編程坐標系，對編程計算是非常方便的。

12、通常這個坐標系原點應定在圖紙尺寸標注的相對基準點上。坐標軸的方向應根據安裝到機床上的預定方向來決定。,2) 基本坐標計數的確定 對于直線段，應先將坐標原點假想地移到該線段的起點上，求得線段終點在該假想坐標系中的坐標值(X，Y)。 直線：經假想平移后，與坐標軸重合的直線段，即圖形中與原始X、Y坐標軸方向平行的直線段。無論該線平行于哪根軸，都按：JX = JY = 0 來設定。 斜線：指圖形中與X、Y坐標軸方向夾角都不為零的直線段。此時，計數長度等于該線在對應坐標軸上的投影長度，即：JX = X，JY =Y。 圓弧段：先將坐標原點假想地移到該圓弧的圓心上，計數長度由起點坐標決定。若圓弧起點與終點在

13、該坐標系中的坐標分別為(X1，Y1)和(X2，Y2)，則：JX = X1，JY =Y1。,3) 主計數軸與主計數長度的確定 直線段：先假想地將坐標系原點移到該線段的起點上，再看線段終點所處的位置。按圖5-6(a)所示以45的線分界，在陰影區內時，主計數軸為GX；在非陰影區內時，主計數軸為GY。亦即在假想坐標系里終點坐標X和Y的絕對值中哪個大，則哪個軸即為主計數軸。(當終點剛好在45線上時，從理論上講，應該是在插補運算加工過程中最后一步走的是哪個軸，就取該軸作主計數軸。因此，1、3象限取GY，2、4象限取GX)。,圖5-6 主計數軸的確定 (a) 直線時；(b) 圓弧時,主計數長度即為主計數軸的

14、計數長度。 直線：主計數長度即為該線長度。 斜線：若JX JY 時，記為GX，J = JX； JY JX 時，記為GY，J = JY。 圓弧：同樣將坐標原點假想地移到該圓弧的圓心上，看圓弧終點所處的位置。按圖5-6(b)所示以45線分界，在陰影區內時，主計數軸為GX；在非陰影區內時，主計數軸為GY。 (如圖5-7),圖5-7 計數長度的確定,4) 加工指令 同樣地，直線時，將坐標原點移到線段起點上；圓弧時，將坐標原點移到圓心上。再進行如圖5-8所示的判斷。 直線和斜線段加工指令。根據直線終點所處的象限有L1、L2、L3、L4四種指令。 圓弧段加工指令。根據從起點到終點的圓弧加工走向有順圓和逆圓

15、之分。 順圓。根據圓弧起點所處的象限有SR1、SR2、SR3、SR4四種指令。 逆圓。根據圓弧起點所處的象限有NR1、NR2、NR3、NR4四種指令。,圖5-8 加工指令的確定,編程時，應將工件加工圖形分解成各圓弧與各直線段，然后逐段編寫程序。由于大多數機床通常都只具有直線和圓弧插補運算的功能，所以對于非圓曲線段，應采用數學的方法，將非圓曲線用一段一段的直線或小段圓弧去逼近。 程序書寫格式如下： 對于直線，其格式通常是：B B B J G Zn。 對于斜線與圓弧，其格式通常是：B JX B JY B J G Zn。 但對于斜線段，若JX、JY具有公約數，則允許把它們同時縮小相同的量級，只要保持

16、其比值不變即可。,此外，還應注意的是：實際編程時，通常不按零件輪廓線編程，而應按加工切割時 電極絲中心所走的軌跡進行編程，即還應該考慮電極絲的半徑和工件間的放電間隙。但對有間隙補償功能的線切割機床，可直接按工件圖形編程，其間隙補償量可在加工時置入。 對于具有公差的尺寸數據，根據大量的統計，加工后的實際尺寸大部分是在公差帶的中值附近，因此應采用中差尺寸編程。中差尺寸的計算公式為：,2編程實例 例1 如圖5-9(a)所示的凸模由三段直線與一段圓弧組成，應編制四條程序段(沿逆時針方向加工)。此外，還應增加鉬絲從工件外部切入到輪廓線的引入段和從輪廓結束順原路徑引出的程序段。若不考慮線徑補償，直接按圖形

17、輪廓編程，則所編加工程序見表5-3。,圖5-9 編程零件圖例,表5-3 不考慮補償時的程序清單,若考慮線徑補償，設所用鉬絲直徑為0.12 mm，單邊放電間隙0.01 mm，則應將整個零件圖形輪廓沿周邊均勻增大一個0.01+0.12/2=0.07的值，得到圖5-9(b)中虛線所示的輪廓后，按虛線輪廓(即絲中心軌跡)編程，所編加工程序清單見表5-4。,表5-4 考慮補償時的程序清單,例2 若要切割一個直徑為20 mm的圓孔，設穿絲預孔打在孔中心處，所用鉬絲直徑為0.12 mm，單邊放電間隙0.01 mm，則切割時絲中心應在直徑為19.86 mm的圓上，整個加工程序應為： B B B 9930 GX

18、 L1 引入直線段 B 9930 B 0 B 39720 GY NR1 切割整圓 B B B 9930 GX L3 引出直線段 D 結束,5.4.2 ISO格式程序編制 1編程規則 線切割加工所采用的國際通用ISO格式程序和數控銑基本相同，且較之更為簡單。由于線切割加工時沒有旋轉主軸，因此沒有Z軸移動指令，也沒有主軸旋轉的S指令及M03、M04、M05等工藝指令，也可分成主程序和子程序來編寫。 DK7625機床常用G功能和M功能指令見表5-5。,表5-5常用G代碼與M代碼,注： 表內 00 組為非模態指令，只在本程序段內有效。其他組為模態指令，一次指定后持續有效， 直到碰到本組其他代碼。 標有

19、* 的G代碼為數控系統通電啟動后的默認狀態。,編程規則和方法與數控輪廓銑削基本類似，在此只是對其不同之處進行重點說明。 (1) 加工平面設定只可能是XY平面，內部已設定為G17狀態，因此G17可不寫。程序代碼中不可能出現Z坐標值，刀補代碼只有G40、G41、G42及Dxx。 (2) 在圓弧插補指令中，有關圓心坐標的信息只可用I、J格式，R代碼已被用于錐度加工中表示轉角半徑的信息，而不再是表達圓弧插補的圓弧半徑信息。 (3) F代碼用于指令每分鐘的加工進給量(進給速度)。其指令單位為：米制為0.01 mm/min，英制為0.0001 inch/min。,(4) T代碼在此不再表示刀具號，而是用于

20、指令錐度加工中的絲傾斜角度。 (5) 程序中坐標地址后跟的數值，若不帶小數點，則其單位為m，即0.001 mm；若帶有小數點，則其單位為mm。 (6) G04用于指令中途想停止的時間，時間用地址X字符指令，指令單位為0.001 s。,2編程實例 如圖5-10所示零件，按圖中箭頭所示加工軌跡方向，在暫不考慮線徑補償的情況下，以絕對坐標編程方式進行編程。,圖5-10 編程圖例,分析（1）根據裝夾方位建立一坐標系。 （2）求出各節點的坐標 按圖示作輔助線后，即可得知該公切線的法線與X軸的夾角為30，因此可按式X=X0+Lcos30；Y=Y0+Lsin30算出公切線的兩端點坐標分別為(17.32,10

21、)和(8.66, 25)。 （3）按加工順序對直線和圓弧段分別編程即可。圖中，加工起始點即為穿絲孔所在位置，此點坐標為：(20，40) 。整個圖形編程如下(沿逆時針方向加工)：,O0001 ; N001 G92 X 20.0 Y 40.0 ; 建立工件坐標系 N002 G90 G01 X 20.0 Y 30.0 ; 從穿絲孔到工件輪廓的引入線 G02 X30.0 Y 20.0 I -10.0 J 0.0 ; 左上方R10的順圓 G03 X30.0 Y20.0 I 0.0 J20.0 ; 左下方R20的逆圓 G01 X 0.0 Y 20.0 ; 正下方的水平直線 G03 X 17.321 Y 1

22、0.0 I 0.0 J 20.0 ; 右下方R20的逆圓 G01 X 8.66 Y 25.0 ; 右方公切線 G03 X 0.0 Y 30.0 I8.66 J5.0 ; 右上方R10的逆圓 G01 X20.0 Y 30.0 ; 正上方的水平直線 X20.0 Y 40.0 ; 返回穿絲孔的引出線 M02 ; 程序結束,5.4.3 線徑補償問題 在數控線切割加工中，由于數控裝置所控制的是電極絲中心的行走軌跡，而實際加工輪廓卻是由絲徑外圍和被切金屬間產生電蝕作用而形成的。和數控銑床加工輪廓時需考慮刀具半徑補償一樣，線切割加工時也必須考慮這一尺寸偏差，這在線切割加工中稱之為線徑補償量。其值通常為：f

23、= 絲半徑+單邊放電間隙(+精加工余量)。,同樣，線徑補償的編程控制也可有編程預補償和機床補償兩種方式。從上一節的編程實例1中可以知道，針對圖5-17所示零件的預補償編程是很麻煩的，一旦改變補償量的大小，就需要重新編程。下面的實例是在圖5-18零件程序的基礎上考慮采用機床線徑補償方式后的ISO格式加工程序。,從以上程序中可以看出，該程序中所用的數據，基本上都是按原來的輪廓軌跡來直接進行編寫的，線徑補償在程序中的體現僅僅只是少數幾個代碼而已(帶下劃線的)。 在編程預補償和機床補償兩種方式中，采用機床自動補償更具有靈活性。若線徑改變后需要變更一個偏移值，只需改變補償量的大小的設定；對整個輪廓軌跡重

24、新補償計算的工作，則由機床數控裝置自動進行，更改過程簡單方便。事實上，對于沖模零件的線切割加工而言，采用機床補償的方法相當方便。只需要按沖件圖形尺寸編出一個程序，輸入到機床控制系統中，以后在加工時再根據需要給定補償量，再適當修改一下切入的程序段，即可分別加工出凸、凹模以及卸料板、固定板等的型孔。,對于ISO格式程序來說，機床補償是可以在程序中使用補償指令來控制的，但在快走絲所用的3B格式程序中，是沒有控制補償用的指令代碼的。若要進行線徑補償，則需要在機床上進行專門的設定。當然，對一些補償功能還不完善的機床(比如國內的快走絲線切割)而言，若想采用機床補償方式，則還需要在對整個輪廓軌跡編程時，預先

25、對軌跡中所有的尖角進行修圓處理，其過渡圓角半徑一般在0.10.5 mm范圍內選用。為此，有的機床就采用了4B程序格式，它在補償問題上較之3B格式有一定的優勢。,5.5 錐度切割的編程及實現,5.5.1 錐度加工的實現機理 要在線切割加工中實現錐度切割，就應想辦法讓電極絲能相對于工件面產生傾斜，而不再是傳統的垂直穿越。當然，絲與工件面間的傾斜不能是保持某一固定的傾斜方向狀態，因為這樣的話，最多只能是在某一方向面上割出錐度，而當改變加工方向面后則可能得不到錐度，或所得到得錐度不是所期望的。真正的錐度切割應是能自動地根據所加工的方向面隨時改變其傾斜方向，以保證所加工出的錐度工件在錐度范圍內的每一個橫

26、截面的形狀都應是按一定比例縮放得到的。就像如圖5-11中圓錐臺零件和棱錐臺零件所示的一樣，在不同的方位上絲產生相對應的傾斜，但絲和垂直面的傾斜角度基本上是保持恒定的。,圖5-11 零件錐度切割的概念,實現錐度的切割加工可通過控制上下絲架導向器按一定程序軌跡移動來實現。根據機床的結構布局安排，可有如圖5-12所示的三種實現方式。 方式1：上絲架可動，下絲架不動，如圖(a)所示。 方式2：下絲架可動，上絲架不動，如圖(b)所示。 方式3：上、下絲架都可動，如圖(c)所示。,圖5-12 錐度切割的三種實現方式,其中，方式3的結構很復雜，很少采用，只有在需要特別大的加工錐度的情況下，才按方式3設計制造

27、。方式1和2的結構復雜程度相當，主要就是看操作使用的環境場合的需要而設計制造。本機床錐度的切割加工就是采用方式1實現的。,錐度加工控制范圍主要受到可動絲架導向器的移動行程的限制，本機床是按使用圓形導向器時最大切割錐度為10來設計的。此時，要求上絲架的U、V軸向最大行程不得小于12.5mm。本機床根據采用的上下導向器形狀的不同而有兩種加工錐度范圍。用V型導向器時可加工小錐度角，其加工錐度范圍為1.5。當需要加工大錐度角時需用圓形導向器，其加工錐度范圍為5。V型槽導向器與圓形導向器可簡單地進行更換，先更換上圓形導向器后，按照上絲架雙向可動極限行程范圍，找到各軸向的行程中間點。再以此點位來調裝固定下

28、圓形導向器，然后再返回來調整U、V軸進行校絲垂直操作，最后從找好的U、V原點處確認各向行程不小于12.5mm；否則，將會在切割10的大錐度時產生超程報警。,5.5.2 錐度加工數據的設定 可在MDI方式下由功能按鈕“功能設定(SET)”設定錐度加工所需的各種數據。若不設定這些數據，即使程序中有絲傾斜的指令，也不能進行錐度加工。這些數據包括： 加工方式(CUTTING MODE)：錐度加工時，設定為“1”；垂直加工時，設定為“0”；錐度加工帶畫圖方式時，設定為“2”。 工件面高度I(WORK PLANE)：設定工件面的高度。在指定的工件面高度的面上，程序的尺寸與工件的尺寸相同，如圖5-13所示。

29、,圖5-13 錐度加工參數, 上導向面高度J(UPPER GUIDE)：設定上導向面的高度。在V型槽導向的情況下，從上導向滑塊上的刻度尺上所讀得的值再加上1 mm，便是所設定的數字。 速度控制面高度M(FEED PLANE)：指定程序指令速度的面。在這個面上，絲的移動速度與指令速度相等，一般設在錐度加工部分的最上面至最下面之間的某高度面上。 畫圖面高度L(DRAWING PLANE)：用于設定當加工方式為“2”時的機械手臂作圖面高度。所繪圖形的大小是和畫圖面軌跡大小相一致的。, 下導向面高度S(LOWER GUIDE)：用于設定下導向面離工件安裝臺的距離。若不搭橋板，以當前工件安裝基準臺面為準

30、。對V型導向器而言，這一距離已于出廠時便已測出，S=25.3 mm。對圓形導向器而言，這一距離應為27 mm。當更換導向器時，應用參數設定的番號167來更改此設定。 以上各高度均是以工件安裝臺為基準來設定的，以上導向的方向為正，設定值以當時設定的輸入單位系設定。,5.5.3 錐度加工的編程 從前述可知，錐度加工即是在絲垂直加工的基礎上，同時有了上絲架的U、V坐標軸移動。但在程序中是無法直接指令U、V軸的，我們在程序中只能指令絲傾斜的角度和傾斜方向，U、V軸的移動是由數控裝置根據這些數據和錐度加工設定的各控制面高度數據來自動計算并控制實施的。也就是說，要實現錐度加工，必須要進行錐度加工數據設定和程序中指令絲傾斜兩方面內容的結合才行。錐度加工的程序指令形式基本上和線徑補償指令的形式相似。有傾斜方式和傾斜角度兩個內容。,G50絲傾斜取消方式，即絲垂直加工方式，是電源投入時的缺省方式。 G51絲傾斜左方式。上導向在程序面指定通路行進方向的左側移動。 G52絲傾斜右方式。上導向在程序面指定通路行進方向的右側移動。 絲傾斜角度由地址T指令，有小數點時角度單位為1，無小數點時角度設定單位為0.001，最大指令5.000。角度值是以從垂直位置起的偏角進行指令，無論是左傾還是右傾，都用正值指令；若為負值