1、第 二 章 线 切 割 加 工,第二章 线切割加工,“了解基本原理，确保机床使用规范”,做好日常维护，确保机床使用的安全！,在一定的加工介质中，通过两级（工具极和工件极)之间的火花放电或者短电弧放电的点蚀作用来对材料进行加工的方法称为放电加工，（简称EDM),在放电加工中，当采用电火花脉冲放电形式来进行加工时，称为电火花加工,在成形的工具电极与工件电极间，当它们作相对的伺服进给运动时，通过放电介质在它们之间发生火花放电，最终使工件表面具有与成形电极表面相同的截面和相应的形状,用一根移动的金属丝（电极丝）作为根据电极与工件之间产生火花放电对工件进行切割，其特点是电极丝作单向低速或者双向高速走丝运
2、动，工件相对电极丝作X、Y向的任意轨迹运动，工件的移动采用靠模、光电或者数字等方式控制,它是一种渐趋稳定的放电，这种放电在时间上是连续的，在空间上是完全集中在一个点或一个点的附近。在电火花加工中，当发生电弧放电时常常会引起电极和工件的烧伤，当放电间隙中排屑不良或脉冲间隔过小时使放电介质来不及消电离回复绝缘，或当脉冲电源损坏变成直流电源放电等情况下常会发出电弧放电,名词解释,脉冲放电属于脉冲性的放电，这种放电在时间是连续的，在空间上放电点是分散的，它是电火花加工采用的放电方式,放电通道又称电离通道或者是等离子通道，在电火花加工中当介质击穿后电极间形成的导电的等离子体通道,它是指放电发生时电极丝与
3、工件间的间隙。这个间隙存在与电极丝的周围，因此侧面的间隙会影响成形尺寸，确定价格尺寸时应予考虑。快走丝加工钢件时放电间隙一般在0.01mm左右，加工硬质合金一般在0.005mm左右，加工纯铜一般在0.02mm左右,加工铝件一般在0.03左右,在火花放电作用下，电极材料被蚀除的现象称为电蚀,在电火花放电过程中，一个电极的金属材料转移到另一个电极的现象称为金属转移，。在快走丝线切割机床切割纯铜材料时，钼丝表面的颜色逐渐变成紫红色，这就是部分铜转移到了钼丝上,名词解释,在电火花加工中，当间隙开路或在间隙击穿之前的极间峰值电压，称为开路电压,在电火花加工中，当间隙击穿后形成放电电流时，间隙两端的瞬时电
4、压称为放电电压,在电火花加工中，当加工正在进行时，间隙两端电压平均值称为加工电压，也就是电压表上显示的电压值,在电火花加工中，当两个电极发生短路时，此时的最大瞬时电流称为短路峰值电流。也就是功放管导通而负载发生短路时的最大瞬时电流,短路电流又称为平均短路脉冲电流，即在发生连续短路情况下电流表上指示的电流平均值,名词解释,在电火花加工中，正常电火花放电时，通过加工间隙电流的平均值称为加工电流，也就是电流表上显示的电流大小,在电火花加工中，在放电开始或介质击穿时的瞬间，此时的极间电压称为击穿电压,在电火花加工中，从间隙两端加上电压脉冲到介质击穿之前的一段时间称为击穿延时,在电火花加工中，加到间隙两
5、端的电压脉冲的持续时间称为脉冲宽度，对于矩形波脉冲，它的值等于击穿时间加上放电时间,在电火花加工中，当介质击穿后，间隙中通过放电电流的时间称为放电时间，这个时间也就是电流脉宽,名词解释,在电火花加工中，连续两个脉冲电压之间的时间称为脉冲间隔,在电火花加工中，停歇时间又称为放电间隔时间，它是指相邻两次放电之间的时间间隔。对于矩形波脉冲，它的值等于击穿时间加上脉冲间隔时间,在电火花加工中，从一个电压脉冲开始到相邻电压脉冲开始之间的时间。它等于脉冲宽度加脉冲间隔，也等于放电时间加停歇时间,单位时间内，电源发出电压脉冲的个数。它等于脉冲周期的倒数,在电火花加工中，脉冲波形，电压，电流，脉冲宽度，脉冲间
6、隔，放电峰值电流，极性等参数称为电参数,名词解释,在电火花加工中，间隙未被击穿时的电压脉冲称为开路脉冲，此时没有形成放电通道所以不存在电流脉冲。,在电火花加工中，在正常加工时既存在电压脉冲又有电流脉冲，此时称为工作脉冲，又称为有效放电脉冲或正常放电脉冲。,在电火花加工中，当两个电极发生短路时的脉冲称为短路脉冲。由于发生短路现象，所以此时没有电压脉冲或电压脉冲值很小，此时的电流脉冲值很大。,电极丝的进给速度大于材料的蚀除速度，致使电极丝与工件接触，不能正常放电，称为短路。它使放电加工不能连续进行，严重时还会在工件表面留下明显条纹。短路发生后，伺服控制系统会作出判断并让电极丝沿原路回退，以形成放电
7、间隙，保证加工顺利进行。,电极丝的进给速度小于材料的蚀除速度。开路不但影响加工速度，还会形成二次放电，影响已加工面精度，也会使加工状态变得不稳定。开路状态可从加工电流表上反映出，即加工电流间断性回落。,名词解释,电火花加工中，即使两个电极使用相同的材料，但在正负两个电极还是存在电极蚀除量不同的现象，这种现象和电极与脉冲电源的极性连接有关，所以称之为极性效应。一般在采用短脉冲加工时，正极的蚀除量较大；反之采用长脉冲加工时负极的蚀除量较大。,电火花加工中，当工件接脉冲电源的正极，工具电极接脉冲电源的负极时，这种接法称为正极性；反之，当工件接脉冲电源的负极，工具电极接脉冲电源的正极时，称为负极性，又
8、称为反极性。电火花线切割加工属于短脉冲加工，为了提高切割速度和减少电极丝的损耗，采用正极性加工,在电火花线切割加工中，在保持一定的表面粗糙度前提下，单位时间内电极丝中心线在工件上切割的面积总和称为切割速度，其单位为mm2/min。,快走丝线切割又称为高速走丝线切割。在电火花线切割加工过程中它的电极丝以高速往复的方式运动，其电极丝走丝速度一般为810m/s。,慢走丝线切割又称为低速走丝线切割。在电火花线切割加工过程中它的电极丝以低速单向的方式运动，其电极丝走丝速度一般在0.0010.25m/s之间。,名词解释,线切割加工时电极丝中心的运动轨迹与零件的轮廓有一个平行位移量，也就是说电极丝中心相对理
9、论轨迹要偏在一边，这就是偏移，平行位移量称为偏移量。在电火花线切割加工中，为了保证理论轨迹的真确，偏移量等于电极丝半径与放电间隙之和。,在电火花线切割加工中，电极丝的偏移根据实际需要又分为左偏和右偏，左偏还是右偏要根据成形尺寸的需要来确定。沿着电极丝的前进方向看，当电极丝位于理论轨迹的左边时称为左偏，当电极丝位于理论轨迹的右边时称为右偏。,在电火花线切割加工中，为了改善表面质量和提高加工精度，对同一个表面先后进行两次或两次以上的切割称为多次切割。一般快走丝线切割只切割一次，通常不采用多次切割的加工方法。,在电火花线切割加工中，电极丝不仅可以进行二维切割，同时电极丝还能按一定的规律进行偏摆，形成
10、一定的倾斜角，加工出带锥度的工件。,电火花线切割加工具有锥度的零件，当加工方向确定时，电极丝的倾斜方向不同，加工出的工件锥度方向就不同，反映在工件上就是上大还是下大，所以锥度也分为左锥、右锥之分，沿着电极丝的前进方向看，当电极丝向左倾斜时称为左锥，当电极丝向右倾斜时称为右锥。,名词解释,在电火花线切割加工中，被切割工件的表面上出现的相互间隔的凹凸不平或颜色不同的痕迹称为条纹。当导轮、导轮轴承等的精度不良时，条纹更加明显。,电火花线切割加工过程中，电极丝的进给速度是由材料的蚀除速度和极间放电状况的好坏决定的。伺服控制系统能自动调节电极丝的进给速度，使电极丝根据工件的蚀除速度和极间放电状态进给或后
11、退，保证加工顺利进行。电极丝的进给速度与材料的蚀除速度一致，此时的加工状态最好，加工效率和表面粗糙度均较好。,Ra是机械加工中衡量表面粗糙度的一个通用参数，其含义是工件表面微观不平的算术平均值，单位为m。Ra是衡量线切割加工表面质量的一个重要指标。,电火花加工表层包括熔化层和热影响层。,在电火花加工的零件表层中，热影响层位于熔化层的下面，它是由于热作用而改变了基体金属金相组织和性能的一层金属。,名词解释,在电火花加工的零件表层中，热影响层位于熔化层的下面，它是由于热作用而改变了基体金属金相组织和性能的一层金属。,第二章 线切割加工,第一节 线切割概述,名称介绍,2. 机床分类,3. 线切割历史
12、,4. 国产线切割状况,5. 慢走丝品牌介绍,6. 慢走丝特有技术,7. 慢走丝机床精度,8. 慢走丝加工精度,9. 机床展示,第二章 线切割加工,第一节 线切割概述 1 名称介绍,第二章 线切割加工,第一节 线切割概述 2 机床分类,往复走丝电火花线切割机床的走丝速度为612 m/s，及快走丝是我国独创的机种。,自1970年9月由第三机械工业部所属国营长风机械总厂研制成功“数字程序自动控制线切割机床”，为该类机床国内首创。,1972年第三机械工业部对工厂生产的CKX数控线切割机床进行技术鉴定，认为已经达到当时国内先进水平。1973年开始投入批量生产。,1981年9月成功研制出具有锥度切割功能
13、的DK3220型的坐标数控机，产品的最大特点是具有1.5度锥度切割功能,中走丝线切割和快走丝线切割只有中国大陆生产 。经常见到到品牌有：日本沙迪克，台湾庆鸿、北京阿奇夏米尔、上海特略、苏三光、苏州中航长风，苏州宝玛，泰州冬庆,中走丝：属往复高速走丝电火花线切割机床范畴，是在高速往复走丝电火花线切割机上实现多次切割功能，被俗称为“中走丝线切割”,第二章 线切割加工,第一节 线切割概述 3 线切割历史,1943年，苏联学者拉扎连科夫妇研究发明电火花加工,1957年，前苏联研制出电火花线切割机床。,1951年我国开始电火花的试验研究工作1958年着手设计简易线切割机床,1961年我国自行研制出靠模信
14、形的电火花线切割机床,1963年上海电表厂工程师张维良发明了我国独有的电火花高速走丝线切割机床,1979年我国成立全国性的电加工学会,1981年我过高校间成立了特种加工教学研究会,2010年在上海召开第16届届国际电加工会议（ISEM）该会议历来被称为特种加工领域发展趋势的风向标（3年一次）,1870年英国科学家普利斯特里 最早发现电对金属的腐蚀作用,电火花线切割加工法是在1955年首先由苏联发表， 1957年苏联首先研制出A207型光电跟踪电火花线切割机， 1965年苏联研制出数字控制电火花线切割机NC-WEDM, 1969年瑞士研制成功数控电火花线切割机 日本在1972年由西部电机株式会社
15、推出EW-20型数控电火花线切割机， 目前除苏联、瑞士及日本外美国也生产线切割机。 我国是世界上最早生产电火花线切割机的国家之一，早在1958年我国便开始设计研制简易线切割机， 1961年我国研制成功靠模控制电火花线切割机，1967年我国研制成功第一台数控电火花线切割机，当时的数控机是采用分立元件的一种专用计算机，也就是大家称为第一代的数控机。,第二章 线切割加工,第一节 线切割概述 4 国产线切割状况,4台,3800台,15000台,320000台,第二章 线切割加工,第一节 线切割概述 5 慢走丝品牌介绍,台湾庆鸿公司 苏州中特公司 北京阿奇夏米尔（与瑞士阿奇、夏米尔） 苏州三光科技公司（
16、与日本沙迪克公司） 苏州电加工机床研究所（与日本FUNAC公司） 汉川机床公司（与日本沙迪克、印度某公司）,瑞士夏米尔公司的240CC、440CC机日本三菱电机公司的FA-V超高速高性能机,标准机 ￥100万,入门机 ￥80万,一般 ￥60万,高档机￥200万,瑞士阿奇公司的XENON系列（北京阿奇夏米尔公司） 夏米尔公司的380系列 （北京阿奇夏米尔公司 ） 日本沙迪克公司的AQ系列（苏州沙迪克特种公司） 三菱电机公司的FA系列（大连三菱公司）,瑞士夏米尔公司的千系列机床 日本三菱电机公司的PA系列超高精度机 日本牧野公司的UPJ-2超精密机,第二章 线切割加工,第一节 线切割概述6 慢走丝
17、特有技术,第二章 线切割加工,第一节 线切割概述 7 慢走丝机床精度,第二章 线切割加工,第一节 线切割概述8 慢走丝加工精度,第五章 线切割加工,第一节 线切割概述 9 机床展示,瑞士夏米尔,台湾庆鸿,北京阿奇夏米尔,泰州冬庆祝,苏三光,苏州宝玛,第二章 线切割加工,第二节 线切割的特点及应用,硬质合金切割，复杂平面、微细机构等,加工切削量少、切缝小，电极简单等,1它以0.030.35mm的金属线为电极工具，不需要制造特定形状的电极。,4可无视电极丝损耗（高速走丝切割采用低损耗脉冲电源；慢速走丝线切割采用单向连续供丝，在加工区总是保持新电极丝加工），加工精度高,2虽然加工的对象主要是平面形状
18、，但是除了有金属丝直径决定的内侧脚的最小直径R（金属线半径+放电间隙）这样的限制外，任何的限制外，任何复杂的开头都可以加工。,3轮廓加工所需加工切削量少，能有效地节约贵重的材料。无论被加工工件的硬度如何，只要是导体或半导体的材料都能实现加工。,5依靠微型计算机控制电极丝轨迹和间隙补偿功能，同时加工凹凸两种模具时，间隙可任意调节。,6采用乳化液或去离水的工作液，不必担心发生火灾，可以昼夜无人连续加工。很适合小批零件和试制品的生产加工，加工周期短，应用灵活。,7采用四轴联动，可加工上，下面异形体，形状扭曲曲面体，变锥度等零件。,第二章 线切割加工,第二节 线切割的特点及应用 1 线切割的特点,第二
19、章 线切割加工,第二节 线切割的特点及应用 2 线切割的应用,第二章 线切割加工,第三节 线切割加工原理,第二章 线切割加工,电 离,放 电,爆 炸,排 屑,恢 复,电 离,放 电,爆 炸,排 屑,恢 复,一次脉冲 放电循环 的五个阶段,第三节 线切割加工原理 1 一次脉冲放电循环的五个阶段,第二章 线切割加工,第三节 线切割加工原理 1 一次脉冲放电循环的五个阶段,第二章 线切割加工,第三节 线切割加工原理 1 一次脉冲放电循环的五个阶段 第一阶段 -电离,第一个阶段电离,由于工件（正极）和电极丝（负极）表面存在着微观的凹凸不平，在两者相距最近点上电场强度最大，会使间隙中的液体介质电离成电子
20、和正离子，形成放电通道。,第二章 线切割加工,第三节 线切割加工原理 1 一次脉冲放电循环的五个阶段 第二阶段 -放电,第二个阶段放电,由于在电场力的作用下，电子高速流向阳极，正离子流向阴极，产生火花放电。,第二章 线切割加工,第三个阶段爆炸,由于放电通道中电子和正离子高速运动时相互碰撞，产生大量的热能。阳极和阴极表面受高速电子和正离子的撞击，其动能转化成热能，因此两极之间沿通道形成了一 个温度高达10.000 12.0000的瞬间高温热源。在热源作用区的工件面金属会很快熔化，甚至气化。通道周围的液体介质一部分则被气化产生了很高的瞬时压力，在高压是作用下熔融的金属液体和蒸汽被排挤、抛出二进入工
21、作液中。以上过程都是在极短的时间内完成的，因此具有突然膨胀爆炸的特性，所以可以听见轻微的劈啪声。,第三节 线切割加工原理 1 一次脉冲放电循环的五个阶段 第三阶段 -爆炸,第二章 线切割加工,第三节 线切割加工原理 1 一次脉冲放电循环的五个阶段 第四阶段 -排 屑,第四个阶段排屑,由热膨胀产生的爆炸力使得一部分熔化和气化了的金属从间隙中喷出产生火花，并将另一部分抛入间隙中的液体介质中冷却，凝固成细小的微粒随介质流动排出。,第二章 线切割加工,第三节 线切割加工原理 1 一次脉冲放电循环的五个阶段 第五阶段 -恢复,第五个阶段恢复,在一次脉冲放电后，两极间的电压急剧下降为零，使间隙中的介质及时
22、消除电离，恢复绝缘性能。倒此完成一次脉冲放电过程。,第二章 线切割加工,第三节 线切割加工原理 2 线切割加工必须具备的基本条件 第一-必须有足够放电能量,第一 -必须有的放电能量,实现线切割加工必须具备的基本条件,必须有足够的放电能量，以保证放电部位的金属迅速熔化和气化。,第二章 线切割加工,第三节 线切割加工原理 2 线切割加工必须具备的基本条件第二-必须是瞬时的脉冲放电,第二-必须是瞬时的脉冲放电,必须是瞬时的脉冲放电，以使放电所产生的热量来不及传导呆其他部分，使每次熔化和气化的金属微粒极小，保证加工精度。,实现线切割加工必须具备的基本条件,第二章 线切割加工,第三-必须合适的脉冲间歇,
23、在一次脉冲放电之后，如果没有放电间歇，就会产生连续的电弧，易烧伤工件表面，从而无法保证尺寸精度和表面精度。连续的电弧产生的高温会使电极丝迅速损耗，造成断丝，使加工无法进行。如果放电间歇时间过短，电腐蚀财产物和气泡来不及排除，就会改变间隙中的介质成分和绝缘强度，影响电离过程，所以要保证合适的间歇，使电腐蚀物和气泡及时排除，为下阶段脉冲放电做好准备。,实现线切割加工必须具备的基本条件,第三节 线切割加工原理 2 线切割加工必须具备的基本条件第三-必须有合适的脉冲间歇,第二章 线切割加工,实现线切割加工必须具备的基本条件,第三节 线切割加工原理 2 线切割加工必须具备的基本条件第四-必须保持一定距离
24、形成放电间隙,第四必须保持一定的距离以形成放电间隙,必须保证电极丝和工件之间始终保持一定距离以形成放电间隙。一旦电极丝和工件之间发生短路，它们之间是电压就会下降为零，不再发生放电。间隙的大小与加工电压（放电间隙-随着空载电压的提高而增大）及介质有关。控制系统可通过调节进给速度来保证一定放电间隙，并在发生短路时使电极丝自动回退以消除短路。,第二章 线切割加工,第三节 线切割加工原理 2 线切割加工必须具备的基本条件第五-必须有合适的放电介质,第五放电必须在具有一定绝缘性的液体介质中进行,放电必须在具有一定绝缘性的液体介质中进行，它既要避免电极丝和工件之间发生短路，又要在电场力是作用下发生电离，从
25、而形成导电通道。液体介质还要有良好的流动性，以便将电蚀产物从放电间隙中排除并对电极丝进行冷却。,实现线切割加工必须具备的基本条件,第二章 线切割加工,第三节 线切割加工原理 3 线切割放电微观物理过程,放电过程中，通常认为介质中的带电粒子和阴极发射的电子引发介质雪崩式电离，使介质电离形成放电通道。 电通道是由数量大体相等的带正电和带负电以及中性粒子组成的等离子体。在等离子放电通道中，通常认为电子奔向阳极，正离子奔向负极。但电子质量小、加速度大，容易获得较高的运动速度； 而正离子质量大、加速度小，短时间不易获得较高速度。 所以当放电时间较短时，电子传递给阳极的能量大于正离子传递给阴极的能量，使阳
26、极蚀除量大于阴极蚀除量。,第二章 线切割加工,第三节 线切割加工原理 3 线切割放电微观物理过程,工作液,1，极间不加电,第二章 线切割加工,第三节 线切割加工原理 3 线切割放电微观物理过程,2，极间加电后，场强增加电子发射,第二章 线切割加工,第三节 线切割加工原理 3 线切割放电微观物理过程,3，慢镜头演示在电场作用下高速运动粒子的碰撞电离,第二章 线切割加工,第三节 线切割加工原理 3 线切割放电微观物理过程,4，雪崩式电离增强，放电通道形成，放电加工剧烈,第二章 线切割加工,第三节 线切割加工原理 3 线切割放电微观物理过程,5 放电通道形成，电子高速运动,第二章 线切割加工,第三节 线切割加工原理 3 线切割放电微观物理过程,6，放电通道内电离雪崩式增多,第二章 线切割加工,第三节 线切割加工原理 3 线切割放电微观物理过程,7，放电加中剧烈展开，熔融、蒸发层形成,第二章 线切割加工,第三节 线切割加工原理 3 线切割放电微观物理过程,8，爆炸压力下，熔融部分产物四处散开,第二章 线切割加工,第三节 线切割加工原理 3 线切割放电微观物理过程,9，极间电离迅速消失,第二章 线切割加工,第三节 线切割加工原理 4 电压及电流与放电微观 物理过程的关系,
