线切割基础知识.doc

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1、基础知识篇第一章线切割机床的结构特点及加工的基本原理1.1电火花加工的基本原理 电火花加工原理是基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。电腐蚀现象早在19世纪初就被人们发现，在插头或电器开关触点开、闭时，往往产生火花而把解除表面烧毛，腐蚀成粗糙不平的凹坑而逐渐损坏。长期以来，电腐蚀一直被认为是一种有害的现象，人们不断地研究电腐蚀的原因并设法减轻和避免电腐蚀的发生。但事物都是一分为二的，只要掌握规律，在一定条件下可以把坏事转化为好事，把有害变为有用。研究结果表明，电火花腐蚀的主要原因是：电火花放电时火花通道中瞬

2、时产生大量的热，达到很高的温度，足以使任何金属材料局部熔化、气化而被蚀除掉，形成放电凹坑。这样，人们在研究抗电腐蚀办法的同时，开始研究利用电腐蚀现象对金属材料进行加工，但如果要把有害的火花放电转化为有用的加工技术，必须创造如下条件。使用工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定的放电间隙，这一间隙随加工条件而定，通常约为数微米至数百微米。如果间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，因而不会产生火花放电；如果间隙过小，很容易形成短路接触，同样也不能产生火花放电。因此，在电火花加工过程中必须有工具电极的自动进给和调节装置。使火花放电位瞬时的脉冲性放电，并在放电延续一段时间后，停歇一段时间（放电延续时间一

3、般为10-710-3s）。这样才能使放电所产生的热量来不及传导扩散到其余部分，把每一次的放电点分别局限在很小的范围内;否则，像持续电弧放电那样，故电火花加工必须采用脉冲电源。使电火花放电在有一定绝缘性能的液体介质中进行，如煤油、皂化液或去离子水等。液体介质又称工作液，必须具有较高的绝缘强度（103107cm），以有利于产生脉冲性的火花放电。同时，液体介质还能把电火花加工过程中产生的金属小屑、炭黑等电蚀产物从放电间隙中排除出去，并且对电极和工件表面有较好的冷却作用。1.2高速走丝线切割机床的结构特点组成高速走丝线切割机床主要由机床、脉冲电源、控制系统三大部分组成。机床由床身、工作台、丝架、储丝筒

4、组成。电极丝的移动是由丝架和储丝筒完成的，丝架和储丝筒也称为走丝系统。工作台由上滑板和下滑板组成。 床身部分 床身一般为铸件，是工作台、绕丝机构及丝架的支撑和固定基础，通常采用箱式结构，应有足够强度和刚度。床身内部安置电源和工作液箱，考虑电源发热和工作液泵的震动，有些机床将电源和工作液箱移出床身外另行安放。 工作台部分 电火花线切割机床最终都是通过工作台与电极丝相对运动来完成对零件加工的。为保证机床精度，对导轨精度、刚度和耐磨性有较高要求，一般都采用十字滑板、滚动导轨和丝杠传动副将电动机的旋转运动变为工作台的直线运动，通过两个坐标方向各自进给移动，可合成获得各种平面图形曲线轨迹。为保证工作台定

5、位精度和灵敏度，传动丝杠和螺母之间必须消除间隙。 走丝系统 走丝系统使电极丝以一定速度运动并保持一定张力。在高速走丝机床上，一定长度的电极丝平整地卷绕在储丝筒上（图1.2-1），丝张力与排绕时的拉紧力有关，储丝筒通过联轴器与驱动电动机相连。为了重复使用该段电极丝，电动 图1-1 高速走丝线切割机床走丝系统机由专门的换向装置控制作正反向交替运转。 走丝速度等于储丝筒周边的线速度，通常为810m/s。在运动过程中，电极丝由丝架支撑，并依靠导轮保持电极丝与工作台垂直或倾斜一定的几何角度（锥度切割时）。电火花线切割机是以线电极作为工具对工件进行放电加工的，因此，使线电极移动的走丝系统就是电火花线切割机

6、结构上的特有部分。1.3机床工作台的结构 机床工作台结构 如图1-2示。工作台分上、下托板（上托板代替工作台面），上托板移动表示纵向运动（X坐标），下托板移动表示横向运动（Y坐标），如同时运动可形成任意复杂图形。1.3.1工作台的纵横向移动本机床，X向、Y向托板移动采用的是由电机直接驱动滚珠丝杠的直托结构，减少了齿轮箱的齿轮间隙传动误差，提高了X、Y坐标工作台的运动精度。 1.3.2导轨 坐标工作台的X、Y托板是沿着两条导轨往复运动的，因此机床对导轨的精度、刚度和耐磨性要求较高，导轨直接影响X、Y坐标工作台的运动精度。导轨与托板固定，保证运动灵活、平稳。目前，电火花线切割机床普遍采用滚动导轨副

7、，因为滚动摩擦系数小（f=0.0025-0.005），需用的驱动力小，运动轻便，反应灵敏，定位精度和重复定位精度高。 滚动导轨采用钢制淬硬，精度高、耐磨性高、使用寿命长，使用寿命可达1015年，能使工作台实现精确的微量移动，并且润滑方法简单。滚动导轨有滚珠导轨、滚柱导轨和直线滚动导轨等几种形式。在滚珠导轨中，钢珠与导轨是点接触，承载能力不能过大；在滚柱导轨中，滚柱与导轨是线接触，有较大的承载能力；直线滚动导轨有滚柱和滚珠两种形式。 直线滚动导轨副由滑块、导轨、钢球或滚柱、保持器、自润滑块、反向器及密封装置组成。 在导轨与滑块之间装有钢球或滚柱，使滑块与导轨之间的摩擦变成滚动摩擦。当滑块与导轨作

8、相对运动时，钢球沿着导轨上经过淬硬和精密磨削加工而成的四条滚道滚动，在滑块端部钢球又通过反向器进入反向孔后再循环进入导轨滚道，反向器两端装有防尘密封垫，可有效防止灰尘、屑沫进入滑块体内。有的滑块装有自润滑装置，不用再加润滑油。直线导轨的特点是能承受垂直方向的上下和水平方向的左右四个方向额定相等的载荷，额定载荷大、刚性好、抗颠覆力矩大；还可根据使用需要调整预紧力，在数控机床上可方便实现高定位精度和重复定位精度。本机床为保证运动精度，在X向、Y向均采用了直线滚动导轨。1.3.3 丝杠传动副 丝杠传动副由丝杠和螺母组成。丝杠传动副作用是将电机旋转运动变为拖板直线运动。要使丝杠副传动精确，丝杠和螺母必

9、须是高精度，FW1电火花线切割机床丝杠副采用的是制作精度较高的滚珠丝杠副。 图1-3是滚珠丝杠副结构示意图。滚珠丝杠副是由丝杠、螺母、钢球、反向器、注油装置和密封装置组成。螺纹为圆弧形，螺母与丝杠之间装有钢球，使滑动摩擦变为滚动摩擦。反向器的作用是使钢球沿圆弧轨道向前运行，到前端后进入反向器，返回到后端，再循环向前。反向器有外循环与内循环两种结构，螺母有单螺母与双螺母两种结构。 滚珠丝杠副的优点：滚动摩擦系数小、传动效率可达90%以上，是滑动丝杠的3倍。根据需求可施加不同预紧力，来消除螺母与丝杠之间的间隙。由于螺母、丝杠、钢球经过淬火处理，表面硬度52-62HRC，所以其磨损小、寿命高，能实现

10、高定位精度和重复定位精度的传动。1.4 储丝走丝部件的结构运丝结构的运动是由丝筒电机正反转动得到的，电机通过联轴器与丝筒相接，通过过渡齿轮、带轮皮带与丝杠上的带轮相连。丝杠固定在拖板上，螺母固定在底座上，拖板与底座采用装有滚珠的V形滚动导轨相连接，这样丝筒每转一周拖板直线移动0.275mm，因此机床工作前应根据零件厚薄和精度要求可在0.12-0.25mm范围内选择适当的钼丝直径。1.4.1对高速走丝机构的要求 高速走丝机构储丝筒转动时，还要进行相应的轴向移动，以保证电极丝在储丝筒上整齐排绕； 储丝筒的径向跳动和轴向窜动量要小； 储丝筒要能正反向旋转，电极丝的走丝速度在7-12m/s范围内无级或

11、有级可调，或恒速运转； 走丝机构最好与床身相互绝缘； 导轨、齿轮、丝杠副应具备润滑措施。1.4.2FW1高速走丝机构结构及特点 FW1高速走丝机构由储丝筒组合件、上下拖板、齿轮副、同步带及带轮、丝杠副、换向装置等部分组成，如图 所示。 储丝筒由电动机通过联轴器带动以1400r/min的转速正反向转动。储丝筒令一端通过一对齿轮减速后，由同步轮带动丝杠传动。储丝筒、电机、齿轮都安装在两个支架上。支架及丝杠则安装在拖板上，拖板在底座上来回移动。螺母与消除间隙的副螺母及弹簧，丝杠螺距的搭配为滚筒每旋转一圈拖板移动0.275mm。所以，该储丝筒适用于0.25以下的钼丝。储丝筒运转时应平稳，无不正常振动。

12、滚筒外圆振摆应小于0.03mm，反向间隙应小于0.05mm，轴向窜动应彻底消除。 储丝筒本身作高速正反向转动，电机、滚筒及丝杠的轴承应定期拆洗并加润滑脂，换油期限可根据使用情况具体决定。其余中间轴、齿轮、燕尾导轨及丝杠、螺母等每班应注润滑油一次。随机附件带有摇手把一只，可插入滚筒尾部的齿轮槽中摇动储丝筒，以便绕丝。 储丝筒旋转组合件 储丝筒旋转组合件主要由储丝筒、连轴器轴承座组成。 储丝筒 储丝筒是电极丝稳定移动和整齐排绕的关键部件之一，储丝筒用铝镁合金材料制造。为减小转动惯量，筒壁为1.5-5mm。储丝筒壁厚均匀，工作表面有较好的表面粗糙度（Ra0.8m），储丝筒与主轴装配后径向跳动量应不大

13、于0.01mm。 联轴器 走丝机构中运动组合件的电机轴与储丝筒中心轴，一般不采用整体长轴，而是利用联轴器将二者连在一起。由于储丝筒运行时频繁换向，联轴器瞬间受到正反剪切力很大。FW1线切割机床采用弹性联轴器（图1-5），其结构简单，惯性力矩小，换向较平稳，无金属撞击声，可减少对储丝筒中心轴的冲击，弹性材料采用橡胶、塑料或皮革。这种联轴器的优点是，允许电动机轴与储丝筒轴稍有不同心和不平行（如最大不同心度误差允许为0，20.5mm,最大平行度误差为1 ），缺点是由它连接的两根轴在传递扭矩时会有相对转动。 上下拖板走丝结构的上下拖板多采用三角、矩形组合式滑动导轨，如图1-6所示。由于储丝筒走丝结构的

14、上拖板一边装有运丝电动机，储丝筒轴向两边负荷差较大。为保证上拖板能平稳地进行往复移动，应把下拖板设计得较长以使走丝结构工作时，上拖板部分可始终不滑出下拖板，从而保持拖板的刚度、机构的稳定性及运动精度。 同步带和丝杠 走丝结构上拖板的传动链是由一组同步带轮和一组丝杠副组成的，它使储丝筒在转动同时，作相应轴向位移，保证电极丝整齐排绕在储丝筒上。 丝杠副一般采用轴向调节法来消除螺纹配合间隙。电机是用变频方式运行及换向，并通过同步齿形带传动给丝杠，这样的结构，传动平稳、减少振动和噪音。 润滑方式 润滑方式主要是人工润滑，人工润滑是操作者用油壶和油枪周期地向相应运动副加油;自动润滑为采用灯芯润滑、油池润

15、滑或油泵供油的集中润滑系统。 采取润滑措施，能减少丝杠副、导轨副和滚动轴承等运动件的磨损，保持传动精度;同时能减少摩擦面之间的摩擦阻力及其引起的能量损失;此外，还有润滑接触面和防锈的作用。1.5 线架、导轮部件结构 FW1数控线切割机床线架、导轮部件如图1-7所示。上、下线架与立柱连接，下线架固定不动，上线架可以转动立柱上方的手轮使其在200mm范围内自动调节，上下线架的两个导轮为蓝宝石导轮。导轮座用金属材料制成，内装精密型轴承用于支撑导轮，在线架上的两个前导轮座装配过程中，调整钼丝在X向、Y向垂直，只需平移线架上的上主导轮座即可。钼丝与工作台面的调整是否合适，可用钼丝垂直度量具（随机附件测量

16、杯），采用透光法检测。 图1-7 FW1数控线切割机床线架、导轮部件线架与走丝机构组成电极丝运动系统。线架的主要功能是电极丝运动时对电极丝起支撑、导向、定位作用，并使电极丝工作部分与工作台保持垂直。 对线架的设计要求如下： 具有足够刚度和强度，在电极丝高速运动时，不应出现振动和变形; 导轮要具有较高运动精度，径向跳动、轴向跳动小于5m；具有蓝宝石或金刚石做的挡丝棒或导丝模，对电极丝起定位和防止振动作用;具有水阀和喷水板装置;有可靠的进电装置和断丝保护装置;线架与床身之间具有良好的绝缘性能;有使电极丝保持恒张力的装置。1.5.1 线架结构 FW1数控电火花线切割机床的线架是采用音叉式，优点是结构

17、简单，走丝路径短，其结构及走丝形式如1-7所示。1.5.2 导轮部件 导轮部件是高速走丝电火花线切割机床的关键部件，对切割精度、切割表面粗糙度起到至关重要的作用。 对导轮组合件要求 导轮V形槽应有较高精度，槽底圆弧半径必须小于所选用电极丝半径，保证电极丝在导轮槽内运动时不产生横向移动; 应减少导轮在高速运转时的转动惯性，在满足一定强度要求下，尽量减轻导轮质量，以减少电极丝换向时电极丝与导轮之间的滑动摩擦，导轮槽工作面应有足够的硬度、较低的表面粗糙度，以提高耐磨性; 导轮装配后转动应轻便灵活，尽量减少小轴向窜动和径向跳动; 应设计有效的机械密封装置，防止工作液在加工过程中进入轴承;还应有注油装置

18、，定期为轴承注油润滑，保证轴承的使用寿命和精度。 导轮组合件结构与装配 FW1为单支撑结构（图1-7）。此结构简单，上丝方便。导轮套可做成偏心结构，便于电极丝垂直度调整。精密等级导轮采用蓝宝石材料镶嵌在钢件上的结构，增强导轮V形槽的耐磨性。 导轮组合件装配关键是消除轴承间隙，减少导轮轴向窜动和径向跳动。因此，轴承选用C级及D级轴承，轴承间隙可以调整，避免滚动体与套环工作表面在负荷作用下产生弹性变形，以及由此引起的轴向窜动和径向跳动。因此常用对轴承施加预负荷的方法来解决，通常是在两个支撑轴承外环间放置一定厚度的定位环来获得预负荷。预加负荷必须适当选择，若轴承受预加负荷过大，运转时会产生急剧摩擦。

19、同时，轴承必须清洗得很洁净，并在显微镜下检查滚道内是否有金属粉末、碳化物等，轴承经清洗、干燥后，填以高速润滑脂。起润滑和密封作用。1.5.3 张力结构 电火花线切割机床在加工过程中，脉冲放电对电极丝有爆炸冲击力，使电极丝振动，如果电极丝过松会造成加工不稳定、表面粗糙度不好;在火花放电时，电极丝处在高温状态，受热延伸、损耗变细，电极丝随之加工时间增加，电极丝会伸长而变松弛。随着技术进步，现在发明了冷拔钼丝，效果要好一些。 FW1电火花线切割机床采用双边重锤张紧结构，其结构如图1-7所示。此结构能有效使电极丝保持恒张力，省去人工频繁紧丝的工作，并且使电极丝正反向运丝始终保持张力一致。1.6 工作液

20、系统1.6.1 工作液性能和作用 电火花线切割加工过程中，工作液是放电加工的介质，对加工工艺指标影响很大，对加工效率、表面粗糙度、工作环境等都有影响。工作液应具备如下性能。 具有一定绝缘性能 电火花线切割放电加工必须在具有一定绝缘性能的介质中进行，其工作液具有一定绝缘性能，电阻率约为103-104*cm。 具有良好润滑性能 工作液润湿性能是保证工作液迅速黏附在快速运行的电极丝表面，随电极丝进入切割窄缝。 具有良好洗涤性能 所谓洗涤性能，是指工作液有较小表面张力，对工件有较大亲和附着力，能渗透进入窄缝中，有洗涤电蚀产物的能力，且有一定去除油污的能力。洗涤性好的工作液，切割时排屑效果好、放电间隙稳

21、定、可切割较厚的工件。 具有较好冷却性能 放电加工时，放电点局部、瞬间温度极高，尤其是大电流加工时表现更加突出。为了防止电极丝烧断和工件表面退火，必须及时冷却，因此工作液应具有较好的冷却性能。 具有良好防锈性能 工作液在放电加工中不应锈蚀机床和工件，不应腐蚀机床油漆。具有良好环保性能 工作液在放电加工中不应产生有害气体，不应对操作人员的皮肤、呼吸道造成不良反应，废工作液不应对环境造成污染。1.6.2 工作液系统图1-8是线切割机床工作液系统。按一定比例配制的电火花线切割专用工作液，由工作液泵输送到线架上的工作液分配阀体上，阀体有两个调节手柄，分别控制上下臂水嘴的流量，工作液经加工区落在工作台上

22、，再由回水管返回到工作液箱进行过滤。FW1电火花线切割加工过程中，工作液清洁程度对加工稳定性起着重要作用。工作液循环过滤系统主要由工作液箱、铜网、塑料泡沫、过滤桶和水泵组成，如图1-9工作液过滤系统结构示意图。 图1-9 FW1机床工作液系统结构示意图从工作台返回的工作液，经塑料泡沫过滤、通过隔板自然沉降、铜网粗过滤、过滤桶纸芯细过滤后再由水泵送到加工区。1.6.3 工作液分类和构成 工作液主要分含油和不含油两类。 含油的工作液是乳化型的，是以矿物油为基础，添加酸、碱、乳化剂和防锈剂，加水稀释后是透明或半透明液体。例如DX-1型、DX-2型，这种工作液优点是加工表面和机床不易锈蚀，加工稳定性较

23、好，制作技术比较成熟;其主要缺点是加工过程中产生黑色黏稠电蚀物，这种悬浮小颗粒在工作液中不易沉淀和过滤，导致工作液失效快，并对环境有一定污染。 不含油的水基工作液，例如DIC 206型，它的特点是适用于不同材质和不同厚度的工件，切割效率、切割表面粗糙度都优于含油工作液，在加工中不产生黑色油泥，电加工蚀除物容易沉淀，易于过滤，一次换液可使用半年以上，并有很好的环保性能;但其防锈性能低于含油工作液。1.7 走丝换向调节及超程保险FW1数控电火花线切割机床的储丝筒运转换向、切割调频及超程保险，由安装在基座上的无触点换向检测开关（LXW3-11Q1 NR5001017B）控制。换向挡块安装在滑台上，并随拖板来回移动，当经过换向监测点时，使无触点换向检测开关随之产生感应信号，并及时传导至丝桶控制板（IMC-B01 NR5026774B）控制丝桶电机反向，通过信号转换板（WID-B04 NR5021983B）、接口板（STB-B03 NR5022003B）控制脉冲产生板（BFZ-11 NR5021953B）和功率板（PMO-B01 NR5024993B）及时切割高频输出。丝桶电机换向，当换向挡块离开换向检测开关后，感应信号随之消失，高频电源重新接通并准备第二次动作。换向挡块的位置可以分别调节，以适应不同绕丝的长度，其安装位置如图1-10所示。