第10章-數(shù)控電火花線切割加工

1、數(shù)控機床編程與操作,主講：王振華,第十章 數(shù)控電火花線切割加工,10.1 數(shù)控電火花線切割機床的組成* 10.2 數(shù)控電火花線切割機床的編程指令* 10.4 加工操作實例* 10.7 思考與練習題*,本章知識 數(shù)控電火花線切割機床的組成 數(shù)控電火花線切割機床的編程,本章著重介紹數(shù)控電火花線切割加工。從機床的組成、編程、操作、日常維護和保養(yǎng)及常見故障著手，全面系統(tǒng)地分析數(shù)控電火花線切割加工工藝，并以DK7725型快走絲線切割機床的操作為例。編程方面介紹CAXA-V2線切割軟件的使用方法。,1.數(shù)控電火花線切割機床組成部分及其作用 數(shù)控電火花線切割機床是電火花加工機床的一種。它采用鉬絲或黃銅絲作為

2、工具電極，根據(jù)數(shù)控編程指令，細金屬絲將沿著給定的軌跡加工出相應(yīng)幾何圖形的工件的一臺數(shù)控機床。 數(shù)控電火花線切割機床按電極絲運動的速度，可分為高速走絲（快走絲）機床和低速走絲（慢走絲）機床。電極絲運動速度約為710m/s的是高速走絲，低于0.2m/s的為低速走絲。,10.1 數(shù)控電火花線切割機床的組成,國內(nèi)現(xiàn)有的線切割機床大多為快走絲機床，主要原因是一是價格比較低，二是鉬絲可重復(fù)使用，但是它的缺點是精度不夠高，而且穿絲比較麻煩。 國外的產(chǎn)品和國內(nèi)近些年開發(fā)的線切割機床大都為慢走絲機床。它的特點是精度高，穿絲容易，但是價格偏高，黃銅絲為一次性的，切割工件后將不再使用，故黃銅絲的消耗量比較大。,數(shù)控

3、電火花線切割機床主要由機床本體、脈沖電源、控制系統(tǒng)、工作液循環(huán)系統(tǒng)和機床附件等幾部分組成，如圖10.1所示。這里以快走絲的數(shù)控電火花線切割機床為例介紹其組成。,圖10.1 DK7725機床結(jié)構(gòu)圖,（1）機床本體 機床本體由床身、坐標工作臺、運絲機構(gòu)、絲架、工作液箱、附件和夾具等幾部分組成。 床身 一般為鑄件，是坐標工作臺、繞絲機構(gòu)及絲架的支承和固定基礎(chǔ)。 坐標工作臺 采用由X方向和Y方向組成的“+”字拖板、滾動導軌和絲桿傳動副將步進電機的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)楣ぷ髋_的直線運動，通過兩個坐標方向各自的進給運動，可組合成各種平面圖形軌跡。,走絲機構(gòu) 在高速走絲機床上，將一定長度的電極絲平整地卷繞在貯絲筒上，

4、采用恒張力裝置控制電極絲的張力。采用該裝置一方面用來控制上絲時的電極絲的張力，另一方面用來控制機床加工一段時間后電極絲由于伸長造成的絲的張力變化。 貯絲筒是通過聯(lián)軸節(jié)與驅(qū)動電動機相連。驅(qū)動電動機必須由專門的換向機構(gòu)控制其正反轉(zhuǎn)。在運動過程中，電極絲由絲架支撐，并依靠上、下導輪確保電極絲與工作臺垂直或傾斜一定的幾何角度(錐度切割時)。錐度切割時，下絲架固定不動，而上絲架允許沿X方向或Y方向移動一定距離。這就形成了U軸（沿X方向移動）和V軸（沿Y方向移動）。,（2）脈沖電源 數(shù)控電火花線切割加工脈沖電源的脈寬較窄(260s)，單個脈沖能量下的平均峰值電流僅(15A)，所以數(shù)控電火化線切割加工通常采

5、用正極性加工。 脈沖電源的形式品種很多，如晶體管矩形波脈沖電源、高頻分組脈沖電源、并聯(lián)電容型脈沖電源和低損耗電源等。,高頻分組脈沖波形如圖10.2所示，它是由矩形波派生的一種脈沖波形，即把較高頻率的小脈寬和小脈間的矩形波脈沖分組成為大脈寬和大脈間的輸出波形。,圖10.2 高頻分組脈沖波形,高頻分組脈沖波形包含了若干個小的脈寬和脈間。小的脈寬解決工件的表面粗糙度，而大的一個組又提高了加工的效率。在相同工藝條件下，可獲得較好的加工效果，因而得到了越來越廣泛的應(yīng)用。,（3）工作液循環(huán)系統(tǒng) 如圖10.3所示*。用來冷卻電極絲和工件，排除電蝕產(chǎn)物。 低速走絲的線切割機床大多采用去離子水作工作液,通常用浸

6、沒式供液方式。 高速走絲線切割機床使用的工作液是線切割專用乳化液，通常用澆注式供液方式。,圖10.3 線切割機床工作液系統(tǒng)圖,1過濾器 2回液管 3工作臺 4下絲臂進液管 5上絲臂進液管 6流量控制閥 7進液管 8工作液泵 9工作液箱,（4）控制系統(tǒng) 電火花線切割機床普遍采用數(shù)字程序控制技術(shù)，如圖10.4所示*。 數(shù)字程序控制器是該技術(shù)的核心部件，它是一臺專用的小型電子計算機，由運算器、控制器、譯碼器、輸入回路和輸出回路組成的。高速走絲線切割機床的控制系統(tǒng)通常采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)，而低速走絲線切割機床的控制系統(tǒng)則采用伺服電機閉環(huán)控制系統(tǒng)。,圖10.4 數(shù)字程序控制過程框圖,數(shù)控電火花線切割

7、機床控制系統(tǒng)的主要功能如下： 軌跡控制 該系統(tǒng)能夠精確控制電極絲相對于工件的運動軌跡，從而確保加工出符合要求的工件尺寸和形狀。 加工控制 該系統(tǒng)能夠用以控制伺服進給速度、步進電機的步距角、脈沖電源產(chǎn)生的脈沖能量、運絲機構(gòu)及工作液循環(huán)系統(tǒng)等。,電火花線切割機床控制系統(tǒng)的控制方法有逐點比較法、數(shù)字積分法、矢量判別法和最小偏差法等。 高速走絲線切割機床的控制系統(tǒng)通常采用逐點比較法。機床的X、Y軸是不能同時進給的，只能按直線的斜率或曲線的曲率來交替地一步一微米地逼近，因此步進電機每進給一步，都必須要求數(shù)控系統(tǒng)完成偏差的判別、工作臺滑板進給、偏差計算和終點判別4個工作節(jié)拍用來完成數(shù)控差補。圖10.5所示

8、*為其插補原理圖。,圖10.5 數(shù)控電火花加工的插補原理圖,（5）機床附件 機床的附件包括機床上的導輪、導電塊、擋塊和導輪軸承，還有套筒手柄和鉬絲垂直校正器。,2.數(shù)控電火花線切割機床的主要技術(shù)參數(shù) 國內(nèi)數(shù)控電火花線切割機床型號的編制是根據(jù)JB1838-76金屬切削機床型號編制方法之規(guī)定進行的。機床型號由漢語拼音字母和阿拉伯數(shù)字組成，它表示了機床的類別、特性和基本參數(shù)。,數(shù)控電火花線切割機型號DK7725的含義如下：,數(shù)控電火花線切割機床的主要技術(shù)參數(shù)包括：工作臺行程（縱向行程橫向行程）、最大切割厚度、加工表面粗糙度、加工精度、切割速度以及數(shù)控系統(tǒng)的控制功能等。,數(shù)控電火花線切割機床的控制系統(tǒng)

9、按操作者的“指令”去控制機床實現(xiàn)工件的加工過程。因此，操作者必須事先把待切割工件的幾何圖形，編制成控制系統(tǒng)所能接受的指令代碼，這就是數(shù)控電火花線切割編程。 編程的方法可分為手工編程和自動編程。編程的程序格式有ISO、3B或4B等格式。,10.2 數(shù)控電火花線切割機床的編程指令,1.ISO格式編程 一個完整的ISO格式加工程序是由程序名、程序的主體(若干程序段)指令和程序結(jié)束指令組成，如：,K22 N10 G92 XO YO N20 G01 X1000 Y1000 N30 G01 X8000 Y5000 N40 G01 X2500 Y2500 N50 G01 X0 Y0 N60 M02,程序名由

10、文件名和擴展名組成。程序的文件名可以用字母和數(shù)字表示，不能重復(fù)。擴展名最多用3個字母表示，如K22.ISO。 程序結(jié)束指令M02M02指令安排在程序的最后，單列一段。執(zhí)行到M02程序段時，就會自動停止進給并使數(shù)控系統(tǒng)復(fù)位。機床進行跳步加工時需要用M00指令。 另外，機床開、關(guān)冷卻液以及開、關(guān)走絲均采用T指令。,程序段是由若干個程序字所組成的，其格式如下： N G X Y N為程序段的行號，由2位到4位數(shù)字組成，也可省略不寫。 G為準備功能指令，它用來建立機床或控制系統(tǒng)工作方式的一種指令，其后續(xù)有兩位正整數(shù)；X（或Y）為X（或Y）軸移動的距離，單位常用微米，若距離后加小數(shù)點，則認為該距離單位為毫

11、米。,（1）快速定位 指令：G00 程序格式：G00 X Y 在機床不加工的情況下，G00指令可使指定的某軸以最快速度移動到指定位置。 例：G00 X1000 Y2000 表示：X軸移動1mm，Y軸移動2mm。,（2）直線插補 指令：G01 程序格式：G01 X Y 該指令可使機床在各個坐標平面內(nèi)加工任意斜率直線輪廓和用直線段逼近曲線輪廓。,例：G92 X0 Y0 用以確定加工的起點坐標位置 G90 絕對坐標編程 G01 X1000 Y2000 此處的X、Y值為終點坐標位置,目前，可加工錐度的電火花線切割數(shù)控機床具有X、Y坐標軸及U、V附加軸工作臺，其程序段格式如下： N G X Y U V

12、其中：U軸的數(shù)值為相對X軸移動的距離 V軸的數(shù)值為相對Y軸移動的距離,例：G92 X1000 Y2000 用以確定加工的起點坐標位置 G91 相對坐標編程 G01 X1000 Y2000 此處的X、Y值為終點坐標與起點 坐標之差,（3）圓弧插補 指令：G02G03 程序格式： G02 X Y I J G03 X Y I J G02為順時針插補圓弧指令，G03為逆時針插補圓弧指令。 在程序段中，X、Y分別表示圓弧終點坐標；I、J分別表示圓心相對圓弧起點的在X、Y方向的增量尺寸。,例：G92 X1000 Y2000 起點A G02 X6000 Y6000 I5000 J0 AB段順時針圓弧 G03

13、 X9000 Y3000 I3000 J0 BC段逆時針圓弧,（4）間隙補償 指令：G40、G41、G42 程序格式：G41/G42 D G40 G41為左補償指令，G42為右補償指令。程序段中的D表示間隙補償量。G40為取消補償指令，它應(yīng)與G41或G42成對使用。,注意：左偏、右偏是沿加工方向看，電極絲在加工圖形左側(cè)為左偏，電極絲在加工圖形右側(cè)為右偏，如圖10.6所示。,圖10.6 電極絲左偏、右偏加工指令示意圖 （a）凸模加工 （b）凹模加工,2.3B/4B格式編程 3B/4B的編程格式是我國獨創(chuàng)的一種編程格式，其中3B代碼編程格式常用于快走絲機床，而4B格式多用于慢走絲機床。 （1）3B

14、格式編程 程序格式：B X B Y B J G Z 其中： B為分隔符號，該編程格式中出現(xiàn)了3個B，故稱為3B格式； X、Y相對坐標值； J加工線段的計數(shù)長度； G加工線段的計數(shù)方向； Z加工指令。,坐標系和坐標值X、Y的確定方法 線切割加工屬于平面加工，因此可將工作臺平面作為坐標系平面。操作者面對機床的工作臺，左右方向為X軸，右側(cè)為X的正方向，前后方向為Y軸，前方為正。編程時，采用相對坐標系，即坐標原點將隨程序不斷變動。加工直線時，坐標原點為加工線段的起點，坐標值X、Y將是該線段的終點坐標。加工圓弧時，坐標原點應(yīng)為圓弧的圓心坐標，坐標值X、Y將是圓弧的起點坐標。坐標值X、Y的單位應(yīng)是微米（m

15、），坐標值的負號不寫。,例：B3000 B1000 B3000 GX L1,計數(shù)方向G的確定方法 加工直線時，終點靠近X軸，則計數(shù)方向就取X軸。記作GX，反之則記作GY；倘若加工直線與坐標軸成45，則取X軸或Y軸均可。加工圓弧時，終點靠近X軸，則計數(shù)方向必須選Y軸，反之也如此。倘若加工圓弧的終點坐標與坐標軸成45時，則取X軸或Y軸均可。,計數(shù)長度J的確定方法 計數(shù)長度是在計數(shù)方向的基礎(chǔ)上確定的。計數(shù)長度是被加工的線段或圓弧在計數(shù)方向坐標軸上的投影的絕對值總和。單位是微米(m)。,加工指令Z的確定方法：加工直線時有4種加工指令：Ll、L2、L3、L4，如圖10.7所示，當直線在第象限（包括X軸正

16、方向而不包括Y軸）時，加工指令記作Ll；當處于第象限（包括Y軸而不包括X軸負方向）時，記作L2；那么L3、L4則依此類推。,圖10.7 加工直線時的指令范圍,加工順時針圓弧時有4種加工指令：SRl、SR2、SR3、SR4，如圖10.8所示，當圓弧的起點在第象限(包括y軸而不包括x軸正方向)時，加工指令記作SRl；當起點在第象限(包括x軸而不包括Y軸正方向)時，記作SR2；那么SR3、SR4則依此類推。,圖10.8 加工圓弧的指令范圍,加工逆時針圓弧時有4種加工指令：NRl、NR2、NR3、NR4。當圓弧的起點在第象限（包括X軸而不包括Y軸正方向）時，加工指令記作NRl；當起點在第象限（包括Y軸

17、而不包括X軸負方向）時，記作NR2；那么NR3、NR4則依此類推。,例：圖10.9所示為所要加工的零件。起始點為A，加工路線按圖中所示方向，并計算各段曲線的坐標值，按3B格式編寫該零件的線切割加工程序。,圖10.9 加工工件,K22.3B B1000 B0 B1000 GX L1 B1000 B0 B2000 GY NR3 B1000 B0 B1000 GX L1 B1000 B2000 B2000 GY L3 B2000 B0 B2000 GX L3 B1000 B2000 B2000 GY L2 MJ 結(jié)束句,（2）4B格式編程 4B格式為有間隙補償?shù)某绦颉?程序格式：B X B Y B

18、J B R G D（DD） Z 其中：格式中的前3項與3B格式相同； R為圓弧半徑； G計數(shù)方向（同3B）； D（DD）曲線形式； Z加工指令（同3B）。,4B格式編程與3B格式相比，只是多了兩項程序字。 圓弧半徑R通常是圖形上已知的圓弧半徑，但加工圖形為尖角時，該R應(yīng)大于間隙補償量的圓弧過渡。 曲線形式D或DD：D表示為凸圓弧，DD為凹圓弧。,例：圖10.10所示為加工凹模零件，起始點為A，加工路線按圖中所示方向，并計算各段曲線的坐標值，按4B格式編寫該零件的線切割加工程序。（電極絲為0.16mm的鉬絲，單邊的放電間隙為0.01mm）,圖10.10 加工工件,確定間隙補償量： f=0.16/

19、2+0.01=0.09mm 圖形上的尖角處需要加過渡圓弧，其半徑應(yīng)大于間隙補償量(取r=0.10mm),K22.4B B800 B0 B800 B0 GX L1 B0 B100 B100 B100 GY D SR1 過渡圓弧 B1000 B0 B2000 B1000 GY D NR3 B100 B0 B100 B100 GX D SR2 B800 B0 B800 B0 GX L1 B0 B100 B100 B100 GY D SR1 過渡圓弧 B1000 B2000 B2000 B0 GY L3 B100 B0 B100 B100 GX D SR4 過渡圓弧 B2000 B0 B2000 B0 GX L3 B0 B100 B100 B100 GY D SR3