电火花线切割技术的现状和发展趋势毕业论文.doc

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1、酒 泉 职 业 技 术 学 院毕 业 设 计（论 文）2010 级 机械制造与自动化 专业 题 目： 电火花线切割技术的现状和发展趋势毕业时间： 二一三年六月 学生姓名： 指导教师： 班 级： 10机制（1）班 2012年 12月20日酒泉职业技术学院 届各专业毕业论文（设计）成绩评定表姓名班级专业指导教师第一次指导意见年 月 日指导教师第二次指导意见年 月 日指导教师第三次指导意见年 月 日指导教师评语及评分 成绩： 签字（盖章） 年 月 日答辩小组评价意见及评分成绩： 签字（盖章） 年 月 日教学系毕业实践环节指导小组意见签字（盖章） 年 月 日学院毕业实践环节指导委员会审核意见签字（盖章

2、） 年 月 日说明：1.以上各栏必须按要求逐项填写。2.此表附于毕业论文 (设计)封面之后。目录摘要.1前言.1一、现代加工技术2 （一）现代加工技术概况2（二）现代加工技术的发展2（三）现代加工技术分类3（四）现代加工技术特点5二、电火花线切割加工技术的现状6 （一）电火花线切割加工技术的发展6（二）电火花线切割机床的类型8（三）电火花线切割加工技术的原理10（四）电火花线切割加工技术的特点11（五）电火花线切割加工技术的应用12三、电火花线切割加工技术的发展趋势13 （一）高速走丝线切割加工技术的现状13 （二）高速走丝线切割加工技术的研究方向14 （三）新型走丝系统18（四）细微电火花线

3、切割加工18（五）高度自动化、人工智能的控制系统19（六）电火花线切割技术的最新成果19四、结论21总结22致谢22参考文献23电火花线切割技术的现状和发展趋势摘要：近年来，随着在我国国民经济的飞速发展，特别是工业技术飞速发展的新形势下，急需发展模具加工技术，而数控电火花切割技术正是模具加工工艺领域中的一种关键技术。目前在电机，仪表等行业新产品的研制开发过程中，常采用数控电火花线切割方法直接切割出零件，大大缩短了研制周期，并降低了成本。在众多工业产品的生产过程中，都用到了数控电火花切割机床，如飞机制造、汽车模具制造、手机零部件的生产等，因此电火花机床的研究与改进是我国国内市场的需要，也能为我国

4、的工业的发展起一定的作用。电火花线切割，其基本工作原理是利用连续移动细金属丝（成为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。本次论文以电火花线切割为主线，论述了现代加工技术，电火花线切割加工技术的现状，及电火花线切割加工技术的发展趋势及其主要内容。关键词：现代加工技术；电火花线切割；发展趋势前言目前，随着电子、信息等高新技术的不断发展及市场需求个性化与多元化，世界各国都把机械制造技术的研究和开发作为国家的关键技术进行优先发展，将其他学科的高技术成果引入机械制造业中。因此机械制造业的内涵与水平已今非昔比，它是基于先进制造技术的现代制造产业。纵观现代机械制造技术的新发展，其重要特征

5、主要体现在它的绿色制造、计算机集成制造、柔性制造、虚拟制造、智能制造、并行工程、敏捷制造和网络制造等方面。机械制造行业不断遇到高硬度，高韧性，高熔点等难切割加工材料以及特殊结构特别是复杂曲面零件的加工难题。解决这些问题极大地促进了电火花线切割加工技术的发展，促进电火花线切割加工新方法，新工艺的不断表现，扩大了电火花线切割加工的适用范围。电火花线切割技术是先进制造技术之一，在机械生产中应用范围广，从国内来看，我国的电火花线切割加工技术发展迅速，尤其是我国特有的单向(高速)走丝电火花线切割机构简单，价格低廉，各方面指标都有了较大的提高。因此，进一步研究高速走丝电火线切割加工技术，扩大其加工范围，尤

6、其是利用计算机等高科技工具和先进的科学方法来提高我国电火花线切割技术水平，缩短同发达国家的差距，不仅具有重要的意义，而且具有显著的经济和社会效益。一、现代加工技术（一）现代加工技术概况现代加工亦称“非传统加工”或“特种加工”，泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形 、改变性能或被镀覆等。现代加工是指那些不属于传统加工工艺范畴的加工方法,它不同于使用刀具、磨具等直接利用机械能切除多余材料的传统加工方法。特种加工是近几十年发展起来的新工艺,是对传统加工工艺方法的重 要补充与发展,目前仍在继续研究开发和改进。直接利用光能

7、、热能、声能、化学能和电化学能，有时也结合机械能对工件进行的加工。现代加工中以采用电能为主的电火花加工和电解加工应用较广，泛称电加工。20世纪40年代发明的电火花加工开创了用软工具、不靠机械力来加工硬工件的方法。50年代以后先后出现电子束加工、等离子弧加工和激光加工。这些加工方法不用成型的工具，而是利用密度很高的能量束流进行加工。对于高硬度材料和复杂形状、精密微细的特殊零件,特种加工有很大的适用性和发展潜力,在模具、量具、刀具、仪器仪表、飞机、航天器和微电子元器件等制造中得到越来越广泛的应用。现代加工的发展方向主要是：提高加工精度和表面质量，提高生产率和自动化程度，发展几种方法联合使用的复合加

8、工，发展纳米级的超精密加工等。 （二）现代加工技术的发展 现代加工是20世纪40年代发展起来的，由于材料科学、高新技术的发展和激烈的市场竞争、发展尖端国防及科学研究的急需，不仅新产品更新换代日益加快，而且产品要求具有很高的强度重量比和性能价格比，并正朝着高速度、高精度、高可靠性、耐腐蚀、高温高压、大功率、尺寸大小两极分化的方向发展。为此，各种新材料、新结构、形状复杂的精密机械零件大量的涌现，对机械制造业提出了一系列迫切需要解决的新问题。例如， 各种难切削材料的加工；各种结构形状复杂、尺寸或微小或特大、精密零件的加工；薄壁、弹性元件等刚度、特殊零件的加工等。 对此，采用传统加工方法十分困难，甚至

9、无法加工。于是，人们一方面通过研究高效加工的刀具和刀具材料、自动优化切削参数、提高刀具可靠性和在线刀具监控系统、开发新型切削液、研制新型自动机床等途径，进一步改善切削状态，提高切削加工水平，并解决了一些问题；另一方面，则冲破传统加工方法的束缚，不断地探索、寻求新的加工方法，于是一种本质上区别于传统加工的特种加工便应运而生，并不断获得发展。后来，由于新颖制造技术的进一步发展，人们就从广义上来定义特种加工，即 将电、磁、声、光、化学等能量或其组合施加在工件的被加工部位上，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等的非传统加工方法统称为现代加工。（三）现代加工技术分类现代加工范围较广，有几十个门类

10、。包括：电火花加工（EDM）、电化学加工（ECM）、电解磨削加工（ECG）、化学加工（CHM）、电弧加工（EAM）、激光加工（LBM）、超声加工（USM）、离子束加工（IBM）、电子束加工（EBM）、等离子弧加工（PAM）、快速成型加工（RPM）、磨料射流加工（AJM）等等。与其他先进制造技术一样，现代加工正在研究、开发推广和应用之中，具有很好的发展潜力和应用前景。现代加工可以按用途分为尺寸加工和表面加工两大类，每类中又按能量形式、作用原理分为多种不同的工艺方法。具体分类如下： 尺寸加工：电火花加工、电解加工、电解磨削、超声波加工、激光加工、电子 束加工、等离子束加工、化学腐蚀加工、导电切削。

11、表面加工：电解抛光、化学抛光、电火花强化、液体磨料抛光。表1 现代加工方法的分类用途加工方法能量形式尺寸加工电火花加工电、热能电解加工电、化学能电解磨削电、化学、机械能超声波加工声、机械能激光加工光、热能电子束加工电、热能等离子加工电、热能化学腐蚀加工化学能导电切削热、机械能表面加工电解抛光电、化学能化学抛光化学能电火花强化电、热能液体磨料抛光机械能1.电火花加工（EDM）电火花加工是通过工件和工具电极间的放电而有控制地去除工件材料，以及使材料变形、改变性能或被镀覆的特种加工。其中成形加工适用于各种孔、槽 模具，还可刻字、表面强化、涂覆等；切割加工适用于各种冲模、粉末冶金模及工件各种样板、磁钢

12、及硅钢片的冲片，钼、钨、半导体或贵重金属。2.电化学加工（ECM）电化学加工是通过电化学反应去除工件材料或在其上镀覆金属材料等的特种加工。 其中电解加工适用于深孔、型孔、型腔、型面、倒角去毛刺、抛光等。 电铸加工适用于形状复杂、精度高的空心零件，如波导管；注塑用的模具、薄壁 零件；复制精密的表面轮廓；表面粗糙度样板、反光镜、表盘等零件。涂覆加工 可针对表面磨损、划伤、锈蚀的零件进行涂覆以恢复尺寸；对尺寸超差产品进行涂覆补救。对大型、复杂、小批工件表面的局部镀防腐层、耐腐层，以改善表面性能。3.高能束加工高能束加工是利用能量密度很高的激光束、电子束或离子束等去除工件材料的特种加工方法的总称。其中

13、激光束加工主要应用有打孔、切割、焊接、金属 表面的激光强化、微调和存储等。电子束加工有热型和非热型两种，热型加工是 利用电子束将材料的局部加热至熔化或气化点进行加工的，适合打孔、切割槽缝、焊接及其他深结构的微细加工；非热型加工是利用电子束的化学效应进行刻蚀、大面积薄层等微细加工等。离子束加工主要应用于微细加工、溅射加工和注入加工。等离子弧加工适用于各种金属材料的切割、焊接、热处理，还可制造高 纯度氧化铝、氧化硅和工件表面强化，还可进行等离子弧堆焊及喷涂。超声加工是利用超声振动的工具在有磨料的液体介质中或干磨料中，产生磨料的冲击、抛光、液压冲击及由此产生的气蚀作用来去除材料，以及超声振动使工件相

14、互结合的加工方法。其适用于成形加工、切割加工、焊接加工和超声清洗。 液体喷射加工是利用水或水中加添加剂的液体，经水泵及增压器产生高速液体束流，喷射到工件表面，从而达到去除材料的目的。可加工薄、软的金属及非金属材料，去除腔体零件内部毛刺、使金属表面产生塑性变形。磨料喷射加工适用于去毛刺加工、表面清理、切割加工、雕刻、落料及打孔等。4.化学加工（CHM）化学加工使利用化学溶液与金属产生化学反应，使金属腐蚀溶解，改变工件形状、尺寸的加工方法。 用于去除材料表层，以减重；有选择地加工较浅或较深的空腔及凹槽；对板材、片材、成形零件及挤压成形零件进行锥孔加工。复合加工是指同时在加工部位上组合两种或两种以上

15、的不同类型能量去除工件材料的加工。（四）现代加工技术特点1.以柔克刚，不受材料硬度限制。现代加工技术不用机械能，与加工对象的机械性能无关，有些加工方法，如激光加工、电火花加工、等离子弧加工、电化学加工等，是利用热能、化学能、电化学能等，这些加工方法与工件的硬度强度等机械性能无关，故可加工各种硬、软、脆、热敏、耐腐蚀、高熔点、高强度、特殊性能的金属和非金属材料。 2.用简单运动加工复杂型面。现代加工技术已经成为复杂型面的主要加工手段。只需简单地进给运动即可加工出三维复杂形面的。3.非接触加工，不一定需要工具，有的虽使用工具，但与工件不接触，因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故使

16、刚性极低元件及弹性元件得以加工。 4.微细加工，工件表面质量高，有些现代加工，如超声、电化学、水喷射、磨料流等，加工余量都是微细进行，故不仅可加工尺寸微小的孔或狭缝，还能获得高精度、极低粗糙度的加工表面。5.可以获得有益的表面质量。由于现代加工过程中不存在加工中的机械应变或大面积的热应变，可获得较低的表面粗糙度，其热应力、残余应力、冷作硬化以及毛刺等表面缺陷均比机械切削表面小，尺寸稳定性更高。6.两种或两种以上的不同类型的能量可相互组合形成新的复合加工，其综合加工效果明显，且便于推广应用范围。7.现代加工对简化加工工艺、变革新产品的设计及零件结构工艺性等产生积极的影响。 8.各种加工方法易复合

17、形成新工艺方法，便于推广应用。二、电火花线切割加工技术的现状（一）电火花线切割的发展1.电火花线切割机的产生20世纪中期，苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法，线切割放电机也于1960年发明于苏联。当时以投影器观看轮廓面前后进给工作台面加工，其实认为加工速度虽慢，却可加工传统机械不易加工的微细形状。代表的实用例子是化织喷嘴的异型孔加工。2.国内线切割机的发展五十年代，电火花加工开始被认识，电火花机床开始进入加工领域，虽然当时只能解决硬度问题，打些丝锥钻头之类。但这是电加工在模具行业大行

18、其道的开始。这时人们已经认识到如果“钢丝锯” 加上“电火花”，“锯”有硬度的淬火钢应是可能的。于是，让一个轴上储的大量铜丝经两个导向轮缠绕到另一个储丝轴上，两个导向轮间放上工件，工件接RC电源的正极，铜丝接RC电源的负极，就实现了火花切割。尽管当时两个储丝轴像电影片盘一样的更换，尽管当时以各种摩擦方式制造丝的张力，也尽管当时以防锈防臭的磨床冷却液做加工液，必竟实现了“线电极火花切割”。六十年代初期，某些军工企业和模具行业骨干厂以技术革新、自制自用的形式开始制造“线切割”。大多是用铜丝、丝速25米/分、RC电源，至多是电子管脉冲源，控制方式业多是手摇和靠模。就这样切出的如山字形矽钢片和电子管极板

19、冲模仍是另人瞩目。随着电子控制技术发展，放大样板、仿形和光电跟踪的控制方式也一度推动了线切割的进步。直到1969年，晶体管被广泛应用，开关逻辑电路也成熟了许多。复旦大学的几位老师以“与生产实践相结合”成果的方式推出了“数字程序控制线切割机”，分立元件，四十多块印刷板，数码管和氖灯显示，常州以手工下线的70步进电机，双V钢球导轨，丝杠加导轨排丝，F形丝架直到今天，用钼丝、丝杠加导轨排丝、F形丝架、直径150左右的丝筒、行程开关换向等仍在延用。 几年内，许多无线电专用设备厂相继以“复旦”作”蓝本”生产线切割机，当时主要问题是元器件质量，控制系统可靠性等。机械精度问题尚未充分认识。进入市场商品化最早

20、的是杭无专，1973年。年产几十台已令人咋舌了。当时为买到几只耐压80伏的大功率三极管，要派人持支票到晶体管厂坐等一个月。 1977年，Z80、8086单片机的上市给线切割带来突飞猛进发展的机遇。苏州的几个主要生产厂很快以Z80取代了分立元器件，体积、结构都大为改观。可靠性已不是扼喉问题。产量大幅提高。几年内单片机的型号和功能不断更新，线切割得到高速发展。单板机的改型进步，推动操作控制和显示系统的逐渐完善，编程输入、接口电路、变频、驱动的日臻规范，使线切割成了单扳机应用的一个杰作。市场优势地位就是这时打下的。 八十年代是线切割大普及的年代，它成了模具行业的主力军，成了机械行业发展最快的新工种。

21、以至现在模具行业的不少从业人员离开线切割就不知道怎麽生产模具。硬度高形状复杂就无从下手。 计算机在九十年代大发展大普及，在线切割的应用也得到长足发展，用计算机现成的系统，把绘图软件修补改造就能编程，功能控制和接口嫁接过来就能操纵机床，数据存储图形显示又都是线切割的强项。线切割是IT业大有作为的领域。当然，强大功能资源的浪费、系统运行的可靠性、缺乏占据全行业主导地位，易学易懂易普及且实用的软件，是困扰PC机大面积展开成行业主力的关键。 据2001年统计，全国快走丝线切割机总保有量约65万台，其中分立元件占11.5%，PC机占1315%，大部分为单扳机，占85%左右，是行业的主战机型。 至今快走丝

22、线切割机仍是我国特有的，结构简单廉价低耗高可靠，运行成本低，50100mm/分的速度，0.010.02mm的精度，尚能满足绝大多场合的需求。如果有高水平的维护和精细操作，再多花一倍时间，精度到0.0050.01mm之间，光洁度接近慢走丝效果，也是可能的。3. 国外线切割机的发展国外的线切割机初始于六十年代末期，并首先在日本、瑞士产业化，商品化。一开始他们的基本模式是这样的：依托PC机的强大功能资源，精密机械制造的传统优势，力求高精度、自动化。用铜丝，0.30.35mm丝径，一次性使用，丝速26米/分，无害化的去离子水。早期的慢走丝与快速往复走丝相比，精度、光洁度占优，而速度、切厚能力、内尖角的

23、清根能力和操作方便均不及。据2001年统计，进口（包括合资仿制）慢走丝线切割机总保有量突破4000台。但利用率稍差，各使用厂操作水平也有较大差异。发展至今，慢走丝线切割机又有大幅进步，如操作人性化，以至一台机子可转换世界各种语言界面。打穿丝孔，自动穿丝，可无人值守，精度可稳定在级，0.8以上的光洁度，最大200mm/分的效率等，但切厚能力仍不及快走丝，内尖角的清根能力仍受丝径限制，开机运行成本也太高。 随着大量新技术的应用，慢走丝线切割机也日臻完善，如自打孔自穿丝，从加热拉长捋直，丝端头处理，细管向工件面的引导定位，高压水的承托和穿认，接触传感，到穿丝成功的判定，简直是精密传动自动控制的典范。

24、再如恒张力系统，利用软铁盘在磁粉中转动的阻尼，利用磁场中转子的发电效应，利用双电机的差速差力，反馈控制取得准确的张力。慢速和纯水也使火花不暴露的浸泡加工成为可能，窄脉宽大峰值的应用，使厚度加工能力和最大加工速度也达到很高的水准。 很大程度上，购置慢走丝线切割机成了“追求精度、注重质量、经济实力”的一种展示。 总之，快慢走丝呈相互拟补，相互竞争，相互促进，各具特色，各展所长，将是长期共存的局面。快走丝不经铺垫直接卖到国外的可能很小，慢走丝也不可能把快走丝淘汰出局。凭借快走丝的廉价和实用，用示范推广的办法首先介绍到国外的某个地区，被认识和采用的可能也是有的。（二）电火花线切割机床的类型1. 按电极

25、丝运行速度分类（1）高速电火花线切割机床（往复走丝电火花线切割机床）高速电火花线切割机床的走丝速度为612 m/s，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年按照第三机械工业部的决定，编号为CKX 1的数控线切割机床开始投入批量生产。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。完成了线切割机床的重大技术改进。随着大锥度切割技术逐步完

26、善，变锥度、上下异形的切割加工也取得了很大的进步。大厚度切割技术的突破，横剖面及纵剖面精度有了较大提高，加工厚度可超过1000mm以上。使往复走丝线切割机床更具有一定的优势。同时满足了国内外客户的需求。这类机床的数量正以较快的速度增长，由原来年产量23千台上升到年产量数万台，目前全国往复走丝线切割机床的存量已达20余万台，应用于各类中低档模具制造和特殊零件加工，成为我国数控机床中应用最广泛的机种之一。但由于往复走丝线切割机床不能对电极丝实施恒张力控制，故电极丝抖动大，在加工过程中易断丝。由于电级丝是往复使用，所以会造成电极丝损耗，加工精度和表面质量降低。图1 高速电火花线切割机床（2）低速线切

27、割机床低速线切割机床电极丝以铜线作为工具电极，一般以低于0.2m/s的速度作单向运动，在铜线与铜、钢或超硬合金等被加工物材料之间施加60300V的脉冲电压，并保持550um间隙，间隙中充满脱离子水(接近蒸馏水)等绝缘介质，使电极与被加工物之间发生火花放电，并彼此被消耗、腐蚀，在工件表面上电蚀出无数的小坑，通过NC控制的监测和管控，伺服机构执行，使这种放电现象均匀一致，从而达到加工物被加工，使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品。目前精度可达0.001mm级，表面质量也接近磨削水平。电极丝放电后不再使用，而且采用无电阻防电解电源，一般均带有自动穿丝和恒张力装置。工作平稳、均匀、抖动小、加工精

28、度高、表面质量好，但不宜加工大厚度工件。由于机床结构精密，技术含量高，机床价格高，因此使用成本也高。图2 低速线切割机床（3）立式回转电火花线切割机床立式回转电火花线切割机的特点与传统的高速走丝和低速走丝电火花线切割加工均有不同，首先是电极丝的运动方式比传统两种的电火花线切割加工多了一个电极丝的回转运动；其次，电极丝走丝速度介于高速走丝和低速走丝直接，速度为12m/s。由于加工过程中电极丝增加了旋转运动，所以立式回旋电火花线切割机与其他类型线切割机相比，最大的区别在于走丝系统。立式回转电火花线切割机的走丝系统由走丝端和放丝端两套结构完全相同的两端做为走丝结构，实现了电极丝的高速旋转运动和低速走

29、丝的复合运动。两套主轴头之间的区域为有效加工区域。除走丝系统外，机床其他组成部分与高速走丝线切割机相同。 图3 立式回转电火花线切割机床2. 按电极丝运动轨迹的控制形式分类（1）靠模仿形控制电火花线切割机床靠模仿形电火花线切割机床，其在进行线切割加工前，预先制造出与工件形状相同的靠模，加工时把工件毛坯和靠模同时装夹在机床工作台上，在切割过程中电极丝紧紧的贴着靠模边缘作轨迹运动，从而切割出与靠模形状和精度相同的工件。图4 靠模仿形控制电火花线切割机床（2）光电跟踪控制电火花线切割机床光电跟踪控制电火花线切割机床，其在进行线切割前，先根据零件图样按一定比例描绘出一张光电跟踪图，加工时将图样置于机床

30、的光电跟踪台上，跟踪台上的光点头始终追随墨线图形的轨迹运动，再借助于电气、机械的联动，控制机床工作台连同工件相对电极丝做相似形的运动，从而切割出与图样形状相同的工件。图5 光电跟踪控制电火花线切割机床（3）数字程序控制电火花线切割机床数字程序控制电火花线切割机床，采用先进的数字化自动控制技术，驱动机床按照加工前根据工件几何形状参数预先编制好的数控加工程序自动完成加工，不需要制作靠模样板也无需绘制放大图，比前面两种控制形式具有更高的加工精度和广阔的应用范围，目前国内外95%以上的电火花线切割人机床都以采用数字化。图6 数字程序控制电火花线切割机床（三）电火花线切割加工的原理1.电火花线切割的基本

31、物理原理自由正离子和电子在场中积累，很快形成一个被电离的导电通道。在这个阶段，两板间形成电流。导致粒子间发生无数次碰撞，形成一个等离子区，并很快升高到8000到12000度的高温，在两导体表面瞬间熔化一些材料，同时，由于电极和电介液的汽化，形成一个气泡，并且它的压力规则上升直到非常高。然后电流中断，温度突然降低，引起气泡内向爆炸，产生的动力把溶化的物质抛出弹坑，然后被腐蚀的材料在电介液中重新凝结成小的球体，并被电介液排走。然后通过NC控制的监测和管控，伺服机构执行，使这种放电现象均匀一致，从而达到加工物被加工，使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品。图7 电火花线切割的基本原理图2.线切割

32、机床的加工原理（1）线切割数控电火花线切割加工的简称。（2）工作原理：利用移动的金属丝作工具电极，并在金属丝和工件间通以脉冲电流，利用脉冲放电的腐蚀作用对工件进行切割加工的。（3）由于它利用的是丝电极，因此，只能作轮廓切割加工。（4）工作原理如图1所示。图8 线切割机床的加工原理1数控装置 2储丝简 3导轮 4电极丝 5工件 6喷嘴7绝缘板 8脉冲发生器 9液压泵 10水箱 11控制步进电动机（5）当工件与线电极间的间隙足以被脉冲电压击穿时，两者之间即产生火花放电而切割工件。（6）通过数控装置l发出的指令，控制步进电动机11，驱动X、Y两托板移动，可加工出任意曲线轮廓的工件。（四）电火花线切割

33、加工的特点 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。2. 虽然加工的对象主要是平面形状，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. 轮廓加工所需加工的余量少，能有效地节约贵重的材料。 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。 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

34、续加工。 7. 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。 8. 任何复杂开头的零件，只要能编制加工程序就可以进行加工，因而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。 9. 采用四轴联动，可加工上，下面异形体，形状扭曲曲面体，变锥度和球形等零件。 （五）电火花线切割加工的应用 1试制新产品 在新产品开发过程中需要单件的样品，使用线切割直接切割出零件，无需模具，这样可以大大缩短新产品的开发周期并降低试制成本。如在冲压生产时，未开出落料模时，先用线切割加工的样板进行成形等后续加工，得到验证后再制造落料模。 2加工特殊材料 切割某些高硬度，高熔点的金属时，使用机加

35、工的方法几乎是不可能的，而采用线切割加工既经济又能保证精度。 3加工模具零件 电火花线切割加工主要应用于冲模、挤压模、塑料模、电火花型腔模的电极加工等，由于电火花线切割加工速度和精度的迅速提高，目前已达到可与坐标磨床相竞争的程度。例如，中小型冲模，材料为模具钢，过去用分开模和曲线磨削的方法加工，现在改用电火花线切割整体加工的方法，制造周期可缩短3/45/4，成本降低2/33/4，配合精度高，不需要熟练的操作工作。因此，一些工业发达国家的精密冲的磨削等工序，已被电火花和电火花线切割加工所代替。 4.电火花线切割加工的应用领域 表2 电火花线切割加工的应用领域 平面形状的金属模加工冲模、粉末冶金模

36、、拉拔模、挤压模的加工立体形状的金属模加工冲模用凹模的退刀槽加工、塑料用金属压模、塑料模等分离面加工电火花成形加工用电极制作形状复杂的微细电极的加工、一般穿孔用电极的加工、带锥度型模电极的加工试制品及零件加工试制零件的直接加工、批量小品种多的零件加工、特殊材料的零件加工、材料试件的加工轮廓量规的加工各种卡板量具的加工，凸轮及模板的加工，成形车刀的成形加工微细加工化纤喷嘴加工、异形槽和窄槽加工、标准缺陷加工 三、电火花线切割加工技术的发展趋势（一）高速走丝线切割加工技术的现状 有我国特色的数控高速走丝电火花线切割加工技术自60年代末研制成功以来，经过30年的不断完善和发展，现已成为制造业中不可缺

37、少的加工手段。目前，高速走丝线切割机的切割速度已由过去的2040mm2/min普遍提高到100mm2/min以上，有的可达到260mm2/min，机床的加工精度为0.01mm，工件的表面粗糙度为Ra1.252.5m,因而可满足一般模具加工和其他复杂零件制造的要求。随着科学技术的发展，对各类产品的制造要求越来越高，对线切割加工技术也提出了更高的要求。国外(欧美、日本等)研究发展的数控低速走丝电火花线切割机为适应对制造加工技术的要求，采用闭环数字交(直)流伺服控制系统，确保优良的动态性能和高定位精度，加工精度可控制在若干微米以内。同时机床具有数字自适应控制电源、自动穿丝、自动卸除废料、短路自动回退

38、等自动化技术，此外对电极丝张力和工作液压力也可进行控制。由于使用了新技术并注重计算机软件技术的更新和发展，低速走丝线切割机的工艺指标已达到了相当高的水平。即使对形状复杂零件的加工，最高切割速度也可超过300mm2/min；尺寸精度可达到25m；表面粗糙度可达到Ra0.10.2m(多次切割)。机床的自动化程度高，加工稳定性好，已向无人化加工发展。由于高、低速走丝线切割加工采用不同的技术方案，无论是机床的结构，还是运丝系统或是加工条件都有很大的差异。简单地对比机床的加工性能未必十分恰当，但排除价格因素，与低速走丝线切割加工技术水平相比，高速走丝线切割加工的精度、功能、工艺指标、自动化程度等方面还有

39、明显的差距。随着科技的发展，对制造技术的要求越来越高，高速走丝线切割机面临相当严峻的形势，应加快发展机床新技术，运用新工艺，奋力赶上。本文针对高速走丝线切割加工技术的发展趋势，结合当前数控技术的发展，进行了探讨。（二）高速走丝线切割加工技术的研究方向高速走丝线切割机由于受到电极丝损耗、机械部分的结构与精度、进给系统的开环控制、加工中工作液导电率的变化、加工环境的温度变化及本身加工的特点(如运丝速度快、振源比较多、导轮磨损大)等因素影响，机床的加工精度有限。以目前机床的现状，要在较短的时间内与低速走丝线切割机在加工精度方面进行竞争，困难是相当大的，而且研究开发的代价也会很高，机床的制造成本将大幅

40、度提高，从现实和市场的角度来考虑都是不太适宜的。因此，高速走丝线切割机的发展策略是扬长避短，以发展中低档机床为主，使机床向适当加工精度、良好的加工稳定性和容易操作的方向发展，来满足不断发展的生产需要。目前市场上高速走丝线切割机最大的优势在于拥有良好的性能价格比，机床的进一步发展必须以此为基本出发点，不能过分强调机床加工精度，而忽视机床性能价格比的因素。如违背这一原则，机床制造商和用户都难以接受。为在较短的时间内，使高速走丝线切割机的加工性能有较大的提高，在今后的发展中应优先注意以下方面的研究。 1.基于PC的数控系统的开发数控系统是数控机床的核心部分，其控制性能不仅直接影响机床加工的质量和稳定

41、性，而且也是扩大机床加工范围、实现复杂加工的重要手段。目前，各国都非常重视数控技术的研究，将其作为实现制造技术突破性发展的一个重点。数控系统技术当前发展的一个重要趋势是开放式数控系统。其含义是：数控系统的开发者在一个统一的体系结构下开发自己的产品，该体系结构是一个广泛认可且透明的规范。这种结构对电加工机床数控系统的重要性已非常明确了。高速走丝线切割机要进一步发展，必须摆脱单板机作为数控系统，采用新的数控系统。根据目前国际上数控系统发展趋势及PC的发展情况，应开发和使用基于PC的数控系统。众所周知，PC本身是插卡式结构，是标准的开放式体系结构的系统。如高速走丝线切割机开发基于PC的数控系统，那将

42、是国产高速走丝线切割机数控系统向开放式数控系统发展的一个有效方法。当前，PC的价格持续下降，而性能和稳定性不断增强，使用PC不仅为高速走丝线切割机数控系统提供了优越的硬件平台，而且能保持机床性能价格比的优势。目前国内已有基于PC的高速走丝线切割机数控系统，但其主要功能是加工轨迹编程，机床加工控制功能还很不完善，没有充分利用PC的资源。今后，可在以下几个方面开展工作：(1)传统的伺服进给控制系统多采用分立元件组成逻辑电路，对放电状态的检测一般采用平均电压法，这种方法的缺点是对放电间隙状态的检测不够准确，对放电开路状态较敏感，而对正常放电和短路放电状态响应较慢，难以进行准确的进给跟踪，因此加工的稳

43、定性差。解决放电间隙的检测必须对放电状态进行分类统计，并建立控制模型，可采用单独的芯片实现对放电间隙的检测，控制模型以软件的形式存在于PC中，芯片与PC以RS 232接口或主板插卡的方式连接。(2)传统的脉冲电源多为等频的矩形和分组脉冲信号，放电信号不随放电加工中的间隙状态而自适应变化，加工效果差，因此研制数字自适应脉冲电源的意义重大，该电源可直接与PC相连接，获得放电间隙状态的信息，并根据一定的算法进行自适应控制。(3)加工参数的优化选取对高速走丝线切割加工也非常重要。长久以来，高速走丝线切割的工艺数据库和加工参数优选功能为国内机床制造商所忽略，高速走丝线切割的工艺参数优化及自动选取软件将是

44、新一代高速走丝线切割机必备的，同时基于PC的数控制系统可十分容易地将此软件模块进行集成。(4)目前的高速走丝线切割机几乎没有教育培训功能，因此机床的操作培训难，机床的的使用性能依赖操作人员的水平，已是众所皆知的问题，而基于PC的数控系统将充分利用目前PC日益成熟的多媒体技术，将为这一功能的实现提供良好的软、硬件基础。充分利用PC的资源来开发高性能的数控系统，将是高速走丝线切割机的一个重要发展方向。 2.人工智能(AI)技术的运用智能化数控系统也是当前数控技术发展的另一个重要趋势。由于在机床加工控制系统中使用了智能控制技术，机床自动如有经验的操作者一样使加工过程持续、稳定、优化地进行。人工智能技

45、术也成功地运用到加工参数的设定、加工程序的生成、工件位置的测定及加工结果的测量等整个机床操作过程，大大地提高了机床的加工性能和自动化程度，降低了对操作者的要求，使非熟练操作者也能取得熟练操作者的加工效果。且人工智能技术多以计算机软件的形式存于主控系统，因此研究开发的成本低，而且功能易于扩展、使用灵活、更新的速度快，在当前提高数控机床的自动化、可操作性和增强机床的功能中所起的作用越来越大。高速走丝线切割加工由于运丝速度快、开环控制等加工特点，故放电加工过程具有复杂的随机性，传统理论对其研究进展缓慢，加工机理至今还不十分明了。人工智能技术的兴起，为高速走丝线切割加工技术的进一步发展提供了新的有效方法。低速走丝线切割机中，机械部分已是相当稳定，现在主要是软件的功能不断更新、增强，并逐步发展到运用人工智能技术。作为有中国特色的高速走丝线