作者：王朝琴、王小荣 编著
出版社：化学工业出版社
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数控电火花线切割加工实用技术试读：
前言
随着工业生产水平的发展和科学技术的进步，人们对物品质量的要求也越来越高，一系列具有高熔点、高硬度、高强度、高脆性、高黏性和高纯度等性能的新材料也不断地涌现出来；同时，具有各种复杂结构与特殊工艺要求的工件逐渐增多，导致传统的机械加工方法不能加工或难以加工。而数控电火花线切割加工方法能够适应生产发展的需要，完成传统机床不能完成的工作，并在应用中显示出很多优异的性能，故而得到了迅速发展和日益广泛的应用。
数控电火花线切割机床是进行线切割的基本设备，其主要加工过程是依靠电极丝的放电从而使得工件与电极丝之间产生局部高温，通常能达到10000℃左右，普通材料在这种高温之下被瞬间熔化实现切割加工。
本书旨在全面而深入地介绍电火花线切割机床编程的基本技术和加工实例，主要包括电火花线切割机床及基本操作过程、数控电火花线切割加工原理、3B编程及应用、基于HL系统的绘图编程及应用、复杂曲线的建模及DXF文件输出、基于CAXA线切割的轨迹仿真及程序生成、电火花线切割表面质量控制及断丝原因分析等内容。本书内容全面，理论与实践并重，对于初学者和具有电火花线切割基础的读者都有一定的学习和参考价值。
本书由王朝琴、王小荣编著。张红、陈德道等为本书编写提供了很多帮助，在此表示感谢。
由于编者时间有限，书中难免有不足之处，敬请读者批评指正。编著者 第1章 电火花线切割机床及基本操作过程1.1 电火花线切割机床
电火花线切割机床是进行线切割的基本设备，其性能的好坏直接影响到线切割工件的精度及表面粗糙度，了解电火花线切割机床各组成部分在线切割中所起作用，有利于加工出高品质的工件，图1-1为线切割机床。图1-1 线切割机床1.1.1 线切割机床的发展史
电火花线切割机是机械加工中诞生较晚的一个，初始于20世纪60年代，发展于70年代，普及于80年代，现今已到了上台阶上档次的年代。很多人，特别是模具行业人员很久以来就奢望有一种手段，像“钢丝锯”切木头一样地切割钢铁，特别是淬火有硬度的。既解决复杂形状问题，又解决内外尖角和清根问题。
20世纪50年代，电火花加工技术开始被认识，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——“电火花线切割”。尽管当时两个储丝轴像电影片盘一样地更换，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作加工液，毕竟实现了“线电极火花切割”。
20世纪60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”设备。大多是用铜丝、丝速2～5m/min、RC电源，至多是电子管脉冲源，控制方式也多是手摇和靠模。就这样切出的如山字形矽钢片和电子管极板冲模仍是令人瞩目。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。但当时的厂家都造出了风格各具的线切割机床。只是没能工业化、商业化。
20世纪80年代是线切割机床大普及的年代，线切割成了模具行业的主力军，成了机械行业发展最快的新工种。以致现在模具行业的不少从业人员离开线切割就不知道怎么生产模具。硬度高形状复杂就无从下手。
计算机在20世纪90年代得到极大普及，在电火花线切割机床上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，数据存储和图形显示都是线切割的强项。当然，强大功能资源的浪费、系统运行的可靠性、缺乏易学易懂易普及且实用的软件，是困扰PC机大面积发展成行业主力的关键。
快走丝电火花线切割机是我国特有的，其结构简单、廉价、低耗、高可靠性，运行成本低，50～100mm/min的速度，0.01～0.02mm的精度，尚能满足绝大多数场合的需求。如果有高水平的维护和精细操作，再多花一倍时间，精度到0.005～0.01mm，光洁度接近慢走丝效果，也是可能的；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。再如恒张力系统，利用软铁盘在磁粉中转动的阻尼、磁场中转子的发电效应、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，快慢走丝呈相互弥补，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。快走丝电火花线切割机床不经铺垫直接卖到国外的可能性很小，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。1.1.2 线切割机床所加工的零件及占据的领域
电火花线切割机主要用于对各类模具、电极、精密零部件制造，硬质合金、淬火钢、石墨、铝合金、结构钢、不锈钢、钛合金、金刚石等各种导电体的复杂型腔和曲面形体加工。采用电脑控制系统，全中文自动绘图编程、控制软件。图1-2、图1-3为线切割机床加工的一些复杂零件。图1-2 蝴蝶 图1-3 齿轮
从图中的零件可以看出线切割对于一些复杂零件的加工作用是相当大的，同时在模具的加工中起到主导的作用，因为电火花线切割机床的加工刀具是钼丝、铜丝等，它的直径一般在0.18～0.25mm，可想而知，它的加工误差是很小的，精度是很高的；又因为数控电火花线切割机具有性能优异、工作可靠、操作简单、价格低廉、经济耐用等优点，广泛用于汽车、电子、仪器、精密机械、轻工业等各行各业。1.1.3 线切割机床的组成
电火花线切割机床主要由3大部分组成，分别是机床主体、脉冲电源和控制器。如图1-4（a）为高速走丝线切割机床，图1-4（b）为低速走丝线切割机床。图1-4 电火花线切割机床1.1.3.1 机床主体
机床主体是电火花线切割机床的主要部分，由X、Y坐标工作台、储丝走丝机构、丝架、导轮、床身和工作液循环系统组成。（1）X、Y坐标工作台
工作台起装夹工件的作用，主要由上下托板、导轨、丝杠传动副和齿轮副4部分组成。控制器控制步进电机将动力通过齿轮变速机构传递给丝杠螺母副，再由丝杠螺母副控制托板作X、Y方向运动，从而获得指定的工作加工轨迹。
① 托板 托板主要由下托板、中托板、上托板（工作台）组成。通常下托板与床身固定连接；中托板置于下托板之上，运动方向为坐标Y方向；上托板置于中托板之上，运动方向为坐标X方向。其中上、中托板一端呈悬臂形式，以放置步进电动机。
为在减轻质量的条件下，增加托板的结合面，提高工作台的刚度和强度，应使上托板在全行程中不伸出中托板，中托板不伸出下托板。这种结构使坐标工作台所占面积较大，通常电机置于托板下面，增加了维修的难度。
② 导轨 坐标工作台的纵、横托板是沿着导轨往复移动的。因此，对导轨的精度、刚度和耐磨性有较高的要求。此外，导轨应使托板运动灵活、平稳。
线切割机床常选用滚动导轨。因为滚动导轨可以减少导轨间的摩擦阻力，便于工作台实现精确和微量移动，且润滑方法简单。缺点是接触面之间不易保持油膜，抗振能力较差。滚动导轨有滚珠导轨、滚柱导轨和滚针导轨等几种形式。在滚珠导轨中，滚珠与导轨是点接触，承载能力不能过大。在滚柱导轨和滚针导轨中，滚动体与导轨是线接触，因此有较大承载能力。为了保证导轨精度，各滚动体的直径误差一般不应大于0.001mm。
在线切割机床中，常用的滚动导轨有以下两种。
a.力封式滚动导轨 力封式是借助运动件的重力将导轨副封闭而实现给定运动的结构形式。图1-5是力封式滚动导轨结构简图，承导件有两根V形导轨。运动件上两根与承导件相对应的导轨中，一根是V形导轨，另一根是平导轨。这种结构具有较好的工艺性，制造、装配、调整都比较方便；同时，导轨与滚珠的接触面也较大，受力较均匀，润滑条件较好（因V形面朝上，易于储油）。缺点是托板可能在外力作用下，向上抬起，并因此破坏传动。当搬运具有这种导轨形式的机床时，必须将移动件夹紧在床身上。对于滚柱、滚针导轨，也常采用上述组合方式，因此在大、中型线切割机床中得到广泛使用。图1-5 力封式滚动导轨结构简图
b.自封式滚动导轨 图1-6是自封式滚动导轨结构简图。自封式是指由承导件保证运动件按给定要求运动的结构形式。其优点是运动受外力影响，防尘条件好。但结构复杂，每个V形槽两侧面受力不均，工艺性比较差。
此外，还有“角尺”型滚珠寻轨、弧型导轨等组合结构。图1-6 自封式滚动导轨结构简图
在大、中型线切割机床上，也有用导向导轨和承载导轨的。导向导轨配置在切割加工区域内，两侧有承载导轨。导向导轨与承载导轨皆为精密滚针导轨，有预应力的滚针镶嵌在淬硬、磨光的钢条上。这种结构的导轨精度高、刚度好、承载支点跨距大；同时热变形对称、直线性好、横向剪切力不变。
工作台导轨一般采用镶件式。由于滚珠、滚柱和滚针与导轨是点接触或线接触。导轨单位面积上承受的压力很大，同时滚珠、滚柱和滚针硬度较高，所以导轨应有较高的硬度。为了保证运动件运动的灵活性和准确性，导轨的表面粗糙度Ra值应在0.8μm以下，工作面的平面度应为0.005/400mm。导轨的材料一般采用合金工具钢（如CrWMn、GCr15等）。为了最大限度地消除导轨在使用中的变形，导轨应进行冰冷处理和低温时效。
③ 丝杠传动副 丝杠传动副的作用是将传动电动机的旋转运动变为托板的直线运动。要使丝杠副传动精确，丝杠与螺母就必须精确，一般应保证6级或高于6级的精度。
丝杠副的传动齿形一般分三角普通螺纹、梯形螺纹和圆弧形螺纹三种。三角普通螺纹和梯形螺纹结构简单、制造方便、精度易于保证。因此，在中、小型线切割机床的丝杠传动副中得到广泛应用。这种丝杠副传动为滑动摩擦，传动效率较高。大、中型线切割机床常采用圆弧形螺纹滚珠丝杠；滚珠丝杠传动副目前广泛用于线切割机床坐标工作台托板的运动传动结构中，滚珠丝杠传动副能够有效地消除丝杠与螺母间的配合间隙，可使托板的往复运动灵活、精确。
丝杠和螺母之间不应有传动间隙，以防止转动方向改变时出现空程现象，造成加工误差。所以，一方面要保证丝杠和螺母齿形与螺距等方面的加工精度；另一方面要消除丝杠和螺母间的配合间隙，通常有以下两种方法。
a.轴向调节法 利用双螺母、弹簧消除丝杠副传动间隙的方法是简便易行的（图1-7）。当丝杠正转时，带动螺母1和托板一起移动；当丝杠反转时，则推动副螺母3，通过弹簧2和螺母1，使托板反向移动。装配和调整时，弹簧的压缩状态要适当。弹力过大，会增加丝杠对螺母和副螺母之间的摩擦力，影响传动的灵活性和使用寿命；弹力过小，在副螺母受丝杠推动时，弹簧推动不了托板，不能起到消除间隙的作用。图1-7 双螺母弹簧消除间隙的结构 1—螺母；2—弹簧；3—副螺母
b.径向调节法 图1-8为径向丝杠副间隙的结构。螺母一端的外表面呈圆锥形，沿径向铣出三个凸槽，颈部壁厚较薄，以保证螺母在径向收缩时带有弹性。圆锥底部处的外圆柱面上有螺纹，用带有锥孔的调整螺母与之配合，使螺母三爪径向压向或离开丝杠，消除螺母的径向和轴向间隙。图1-8 径向丝杠副间隙的结构
④ 齿轮副 步进电动机与丝杠间的传动通常采用齿轮副来实现。由于齿侧间隙、轴和轴承之间的间隙及传动链中的弹性变形的影响，当步进电动机主轴上的主动齿轮改变转动方向时，会出现传动空程。为了减少和消除齿轮传动空程，应当采取以下措施：
a.采用尽量少的齿轮减速级数，力求从结构上减少齿轮传动精度的误差。
b.采用齿轮副中心距可调整结构，通过改变步进电机的固定位置来实现。
c.将被动齿轮或介轮沿轴向剖分为双轮的形式。装配时应保证两轮齿廓分别与主动轮齿廓的两侧面接触，当步进电动机变换旋转方向时，丝杠能迅速得到相应反应。
步进电动机的安装位置有两种：一种是置于托板的一侧端部；另一种是固定在可移动托板的下面，齿轮传动副也固定在托板下面的相应位置上。步进电动机的固定位置对托板的结构方式有着很大的影响。（2）储丝走丝机构
高速走丝机构主要用来带动电极丝按一定线速度移动，并将电极丝整齐地排在储丝筒上。
① 对高速走丝机构的要求
a.高速走丝机构的储丝筒转动时，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。
b.储丝筒的径向跳动和轴向窜动量要小。
c.储丝筒能正反向旋转，电极丝的走丝速度在7～10m/s内无级或有级可调，或恒速运转。
d.走丝机构最好与床身相互绝缘。
e.传动齿轮副、丝杠副应具备润滑措施。
② 高速走丝机构的结构及特点 高速走丝机构由储丝筒组合件、上下托板、齿轮副、丝杠副、换向装置和绝缘件等部分组成。
储丝筒组合件主要结构如图1-9所示，储丝筒1由电动机2通过简单型弹性圆柱销联轴器3带动，以1450r/min的转速正反向转动。储丝筒另一端通过三对齿轮减速后带动丝杠4。储丝筒、电动机、齿轮都安装在两个支架5及6上。支架及丝杠则安装在托板7上，螺母9装在底座8上，托板在底座上来回移动。螺母具有消除间隙的副螺母及弹簧，齿轮及丝杠螺距的搭配使滚筒每旋转一周托板移动0.20mm。所以，该储筒适用于f0.19mm以下的钼丝。图1-9 储丝筒组合件1—储丝筒；2—电动机；3—联轴器；4—丝杠；5,6—支架；7—托板；8—底座；9—螺母
储丝筒运转时应平稳，无不正常振动。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。
高频电源的负端通过炭刷送到储丝筒轴的尾部，然后传到钼丝上。炭刷应保持良好接触，防止机油或其他脏物进入接触区。
储丝筒本身作高速正反向转动，电动机、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。
a.储丝筒旋转组合件 储丝筒旋转组合件主要由储丝筒、联轴器和轴承座组成。
·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一，一般用45钢制造。为减小转动惯量，筒壁应尽量薄，按机床规格不同，选用范围为1.5～5mm。为进一步降低转动惯量，也可选用铝镁合金材料制造。储丝筒壁厚要均匀，工作表面要有较好的表面粗糙度，一般Ra为0.8μm。为保证丝筒组合件动态平衡，应严格控制内孔、外圆对支承部分的同轴度。
储丝筒与主轴装配后的径向跳动量不大于0.01mm。一般装配后，以轴的两端为中心孔定位，重磨储丝筒外圆与轴承配合的轴径。
·联轴器。走丝机构中运动组合件的电动机轴与储丝筒中心轴，一般不采用整体的长轴，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，因此多用弹性联轴器和摩擦锥式联轴器。
弹性联轴器：弹性联轴器结构简单，惯性力矩小，换向较平稳，无金属撞击声，可减小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（如最大不同心允许为0.2～0.5mm，最大不平行为1°），缺点是由它连接的两根轴在传递扭矩时会有相对转动。
摩擦锥式联轴器：摩擦锥式联轴器可带动转动惯量较大的大、中型机床储丝筒旋转组合件。此种联轴器可传递较大的转矩，同时在传动负荷超载时，摩擦面之间的滑动还可起到过载保护作用。因为锥形摩擦面会对电动机和储丝筒产生轴向力，所以在电机主轴的滚动支承中，应选用向心止推轴承和单列圆锥滚子轴承。另外，还要正确选用弹簧规格。弹力过小，摩擦面打滑，使传动不稳定或摩擦面过热烧伤；弹力过大，会增大轴向力，影响中心轴的正常转动。
b.上下托板 走丝机构的上下托板多采用下面两种滑动导轨。
·燕尾型导轨。这种导轨结构紧凑，调整方便。旋转调整杆带动塞铁，可改变导轨副的配合间隙。但该结构制造和检验比较复杂，刚性较差，传动中摩擦损失也较大。
·三角、矩形组合式导轨。图1-10为三角、矩形组合式导轨结构。导轨的配合间隙由螺钉和垫片组成的调整环来调节。图1-10 三角、矩形组合式导轨结构
由于储丝筒走丝机构的上托板一边装有运丝电动机，储丝筒轴向两边负荷差较大。为保证上托板能平稳地往复移动，应把下托板设计得较长以使走丝机构工作时，上托板部分可始终不滑出下托板，从而保持托板的刚度、机构的稳定性及运动精度。
c.齿轮副与丝杠副 走丝机构上托板的传动链是由2～3级减速齿轮副和1级丝杠副组成的。它使储丝筒在转动的同时，作相应的轴向位移，保证电极丝整齐地排绕在储丝筒上。在大、中型线切割机床中，走丝机构常常通过配换齿轮改变储丝筒的排丝筒的排丝距离，以适应排绕不同直径电极丝的要求。丝杠副一般采用轴向调节法来消除螺纹配合间隙。为防止走丝电动机换向装置失灵，导致丝杠副和齿轮副损坏，在齿轮副中，可选用尼龙齿轮代替部分金属齿轮。这不但可在电动机换向装置失灵时，由于尼龙齿轮先损坏，保护丝杠副与走丝电动机，还可减少振动和噪声。
d.绝缘、润滑方式
·走丝机构的绝缘一般采用绝缘垫圈和绝缘垫块，方法简单易行。在一些机床中，也有用绝缘材料制成连接储丝筒和轴的定位板实现储丝筒与床身绝缘的。这种方法的缺点是，储丝筒组合件装卸时精度易改变。
·润滑方式有人工润滑和自动润滑两种。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的润滑方式；自动润滑为采用灯芯润滑、油池润滑或油泵供油的集中润滑系统。采取润滑措施，能减少齿轮副、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。（3）丝架、导轮部件的结构
丝架与走丝机构组成了电极丝的运动系统。丝架的主要功用是在电极丝按给定线速度运动时，对电极丝起支撑作用，并随电极丝工作部分与工作台平面保持一定的几何角度。
对丝架的要求是：
·具有足够的刚度和强度。在电极丝运动（特别是高速走丝）时不应出现振动和变形。
·丝架的导轮有较高的运动精度，径向偏摆和轴向窜动不超过5μm。
·导轮与丝架本体、丝架与床身之间有良好的绝缘性能。
·导轮运动组合件有密封措施，可防止带有大量放电产物和杂质的工作液进入导轮轴承。
·丝架不但能保证电极丝垂直于工作台平面，在具有锥度切割功能的机床上，还具备能使电极丝按给定要求保持与工作台平面呈一定角度的功能。
丝架按功能可分为固定式、升降式和偏移式三种类型。按结构可分为悬臂式和龙门式两种类型。
① 丝架本体结构 目前，中、小型线切割机床的丝架本体常采用单柱支撑、双臂悬梁式结构。由于支撑电极丝的导轮位于悬臂的端部，同时电极丝保持一定张力，因此应加强丝架本体的刚度和强度，可使丝架的上下悬臂在电极丝运动时不至振动和变形。
为了进一步提高刚度和强度，在上下悬臂间增加加强筋的结构。大型线切割机床的丝架本体有的采用龙门结构。这时，工作台托板只沿一个坐标方向运动，另一个坐标方向的运动通过架在横梁上的丝架托板来实现。
此外，针对不同厚度的工件，还可采用丝臂张开高度可调的分离式结构（图1-11）。活动上臂在导轨上滑动，上下移动的距离由丝杠副调节。松开固定螺钉时，旋转丝杠带动固定于上臂体的丝母，使上臂移动。调整完毕后，拧紧固定螺钉，上臂位置便固定下来；为了适应丝架丝臂张开高度的变化，在丝架上下部分应增设副导轮（图1-12）。图1-11 可调式丝架本体结构示意图图1-12 可移动丝臂走丝示意图
② 导轮部件结构
a.对导轮运动组合件的要求
·导轮V形槽面应有较高的精度。V形槽底的圆弧半径必须小于选用的电极丝半径，保证电极丝在导轮槽内运动时不产生轴向移动。
·在满足一定强度要求下，应尽量减轻导轮质量，以减少电极丝换向时电极丝与导轮间的滑动摩擦。导轮槽工作面应有足够的硬度，以提高其耐磨性。
·导轮装配后转动应轻便灵活，尽量减少轴向窜动和径向跳动。
·进行有效的密封，以保证轴承的正常工作条件。
b.导轮运动组合件的结构 导轮运动组合件结构主要有三种；悬臂支承结构、双支承结构和双轴尖支承结构。
悬臂支承结构简单，上丝方便。但因悬臂支承，张紧的电极丝运动的稳定性较差，难于维持较高的运动精度，同时也影响导轮和轴承的使用寿命。
双支承结构为导轮居中，两端用轴承支承，结构较复杂，上丝较麻烦。但此结构的运动稳定性较好，刚度较高，不易发生变形及跳动。
双轴尖支承结构。导轮两端加工成30°的锥形轴尖，硬度在60HRC以上。轴承由红宝石或锡磷古铜制成。该结构易于保证导轮运动组合件的同轴度，导轮轴向窜动和径向跳动量可控制在较小的范围内。缺点是轴尖运动副摩擦力大，易于发热和磨损。为补偿轴尖运动副的磨损，利用弹簧的作用力使运动副良好接触。
此外，导轮支承有的还采用滑动支承结构。
c.导轮的材料 为了保证导轮轴径与导向槽的同轴度，一般采用整体结构。导轮要求用硬度高、耐磨性好的材料制成（如GCr15、W18Cr4V），也可选用硬质合金或陶瓷材料制造导轮的镶件来增强导轮V形工作面的耐磨性和耐蚀性。
d.导轮组合件的装配 导轮组合件装配的关键是消除滚动轴承中的间隙，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。通常是在两个支承轴承的外环间放置一定厚度的定位环来获得轴承的预负荷。预加负荷必须适当选择，若轴承受预加负荷过大，在运转时会产生急剧磨损。同时，轴承必须消洗得很洁净，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。
③ 电极丝保持器 保持器主要是对电极丝往复运动起限位作用，以提高位置精度。当保持器用于保证电极丝顺序排绕时，一般置于上、下丝臂靠近储丝筒的一端（图1-13），使上、下保持器左右相对偏移。保持器的定位圆柱面应从相应中心位置对称地左右调节，使电极丝走向与导轮V形槽夹角尽量小，有利于导轮的正常使用。图1-14的V形宝石架用于保持电极丝运动的位置精度时，不应对电极丝产生较大的压力。圆柱式保持器可以用硬质合金和红宝石、蓝宝石制成。目前使用的有圆弧形、V形、#形等方式。图1-13 硬质合金保持器 1—储丝筒；2—钼丝；3—硬质合金块图1-14 V形宝石架1—保持器架；2—V形宝石保持器（4）工作液系统
在电火花线切割加工过程中，需要稳定地供给有一定绝缘性能的工作介质——工作液，以冷却电极丝和工件，排除电蚀产物等，这样才能保证放电持续进行。一般线切割机床的工作液系统包括：工作液箱、工作液泵、流量控制阀、进液管、回液管及过滤网罩等，如图1-15所示。图1-15 线切割机床工作液系统1—过滤网；2—回液管；3—工作台；4—下丝臂进液管；5—上丝臂进液管；6—流量控制阀；7—进液管；8—工作液泵；9—工作液箱
工作液过滤装置：工作液的质量及清洁程度在某种意义上对线切割工作起着很大的作用，如图1-16所示，用过的工作液经管道流到漏斗5，再经过磁钢2、泡沫塑料3、纱布1流入水池中。这时基本上已将电腐蚀物过滤掉，再流经二块隔墙4、铜网布6、磁钢2，工作液得到过滤复原。此种过滤装置不需要特殊设备，方法简单，可靠实用，设备费用低。图1-16 工作液过滤网1—纱布；2—磁钢；3—泡沫塑料；4—隔墙；5—漏斗；6—铜网布；7—工作液泵
此外，必须注意水箱内不能涂漆，要镀锌处理。工作液的黏度要小一些，否则泡沫塑料会堵塞，水泵的进水口要装铜丝网。
坐标工作台的回水系统装有射流吸水装置，如图1-17所示。在进水管中装一个分流，流进回水管，使回水管具有一定的流速，造成负压，台面的工作液在大气压下畅通流入管而不外溢。图1-17 射流吸水装置示意图1.1.3.2 脉冲电源
电火花线切割脉冲电源又称高频电源，是电火花线切割机床的重要组成部分，主要由主振电路、脉宽调节电路、间隔调节电路、功率放大电路和整流电源5部分组成，如图1-18所示。图1-18 线切割脉冲电源组成示意图
为了满足电火花线切割加工条件和加工工艺要求，电火花线切割机床所采用的脉冲电源应满足以下要求：
① 脉冲电源的峰值电流不能太大，一般控制在10～25A，且易于调节。
② 脉冲宽度能够调窄，实际加工时脉冲宽度控制在0.5～0.64μs。
③ 脉冲重复频率能够调高，一般控制在5～500kHz。
④ 脉冲电源应具有对电极丝损耗小的性能，这也是衡量脉冲电2源好坏的重要参数之一。正常情况下，电极丝切割10000mm面积后，其损耗小于0.001mm。
⑤ 脉冲电源能输出单向脉冲。
⑥ 脉冲电源输出的脉冲波形在前沿和后沿应陡些。
⑦ 脉冲参数能在较宽的范围内调节。1.1.3.3 控制器
电火花线切割控制器是电火花线切割机床的重要组成部分，它控制着X、Y方向工作台的运动及锥度切割装置的U、V坐标的移动，并合成工作切割轨迹，目前大部分控制器都已经实现数字控制或微机控制。1.1.4 电火花线切割机床的型号及主要参数（1）电火花线切割机床的型号
电火花线切割机床的型号很多，主要分为高速走丝线切割机和低速走丝线切割机，国内现有的线切割机大多为高速走丝线切割机，进口线切割机一般为低速走丝线切割机。我国线切割机床的型号编制是根据GB/T 15375—2008《金属切削机床 型号编制方法》进行编制的，机床型号由汉语拼音和阿拉伯数字组成，代表机床的类别、特征和基本参数。例如型号为DK7750的数控电火花线切割机，其名字符号含义如下。（2）电火花线切割机床的主要技术参数
电火花线切割机床的主要参数包括工作台行程、最大切割厚度、加工表面粗糙度、切割速度、切割锥度及数控系统的控制功能，见表1-1。表1-1 线切割机床技术规格1.2 电火花线切割机床的使用规则
线切割机床是技术密集型产品，属于精密加工设备，操作人员在使用机床前必须经过严格的培训，取得合格的操作证明后才能上机工作。
为了安全、合理和有效地使用机床，要求操作人员必须遵守以下几项规则：
① 对自用机床的性能、结构有充分的了解，能掌握操作规程和遵守安全生产制度；
② 在机床的允许规格范围内进行加工，不要超重或超行程工作；
③ 经常检查机床的电源线、超程开关和换向开关是否安全可靠，不允许带故障工作；
④ 对机床操作说明书所规定的润滑部位，定时注入规定的润滑油或润滑脂，以保证机构运转灵活，特别是导轮和轴承，要定期检查和更换；
⑤ 加工前检查工作液箱中的工作液是否足够，水管和喷嘴是否通畅；
⑥ 下班后清理工作区域，擦净夹具和附件等；
⑦ 定期检查机床电气设备是否受潮和可靠，并清除尘埃，防止金属物落入；
⑧ 遵守定人定机制度，定期维护保养。1.3 电火花线切割加工操作步骤1.3.1 操作前的准备工作
常规检查包括以下内容：启动线切割机电源开关，检查是否正常；机床空载运行，查看其工作状态是否正常；检查控制柜、机床电器是否正常工作；检查机床各部分运动副是否正常工作；检查坐标工作台，全行程手摇一次，在控制器控制下，局部空运转；运丝部分空运转检查；检查各个行程开关触点动作是否灵敏；检查脉冲电源和机床电器是否正常工作；检查工作液各个进出口管路是否畅通，压力是否正常，扬程是否符合要求。
查看钼丝是否都在导轮里，转动储丝筒查看钼丝走丝情况，用手拨动钼丝，查看钼丝的松紧程度，钼丝过松或者过紧都会导致断丝；装夹工件，对工件进行找正，然后进行对刀，切忌将钼丝接触到工件上，应该保证钼丝与工件之间有一定的距离，让机床运行以后自己走到要切入的点，防止在开机运行的瞬间钼丝受高温而断丝，再根据工件的要求调整加工的参数、开启高频电源及控制电源，将机床的坐标轴锁死防止滑移影响加工精度。1.3.2 DK77系列线切割机操作步骤（1）绕丝
通过常规检查后进行电极丝绕装，绕丝筒绕丝起始位置见图1-19，步骤如下：图1-19 绕丝筒绕丝起始位置示意图
① 丝速设定。运丝采用立式异步电动机带动，可获得10m/s的运丝速度。
② 张力设定。张力调节采用手动紧丝方法进行张紧，用力需均匀。
③ 开机前行程调节，撞块移向两侧的顶端。
④ 将电极丝盘置于伸出轴上，不要转动，然后将电极丝一端经排丝轮卷绕到丝筒并用螺钉压住，均匀地在卷丝筒的起端缠绕几圈。上丝后运丝电机旋转到卷丝筒的终端位置，上丝量根据需要而定。停运丝电机，剪断电极丝。将电极丝的这一端挂上排丝轮、挡丝块、导电块、导轮等，按绕装顺序进行绕装。
⑤ 调节行程挡块间距，保证两端有5～10mm缠绕长度余量。
⑥ 上丝时应注意转向和运丝工作台移动的方向，以防止冲击行程。开运丝时必须取下手柄，以防止旋转飞出。
⑦ 运丝行程限位采用丝杠螺母脱开的方法。丝杠尾部有一段光杆，超行时脱开螺母，电机空转，复位时推动运丝台手摇卷丝筒，使得丝杠拧入螺母即可。
⑧ 紧丝轮手动紧丝，电极丝在一段时间使用后，会因弹性疲劳产生拉伸而变松动，可采用手动紧丝方法重新张紧，注意用力均匀。（2）装夹工件
① 装夹工件前应注意校正电极丝与工作台面的垂直度。
② 装夹具固定在工作台上。
③ 装夹工件应根据图纸要求用百分表等量具找正基准面，使基准面与工作台的X向或Y向平行。
④ 装夹位置应使工件的切割范围控制在机床允许行程之内。
⑤ 工件及夹具等在切割过程中不应碰到线架的任何部分。
⑥ 工件装夹完毕，要清除干净工作台面上的一切杂物。（3）调整线架跨距
根据被加工工件的厚度不同来调整线架跨距，一般以上悬臂到零件表面距离10mm左右为宜。（4）穿丝及张紧
将拉紧的电极丝整齐地绕在储丝筒上。一般机床上有专门的上丝机构，因为电极丝具有一定的张力，为使上下导轮间的电极丝具有良好的平直度，确保加工粗糙度和精度，加工前应检查电极丝的张紧程度。（5）校正电极丝垂直度
一般校正方法是将校直器在X、Y方向采用光透方法即可，如在X、Y方向上下光透一致即垂直。（6）开启工作液泵，调节喷水量
开液泵时先把调节阀调至关状态，然后逐渐开启，调节上下喷水柱包容电极丝，水柱射向切割区即可，水量不必太大。开启液泵时，如不关断或关小阀门，可能会造成工作液飞溅。（7）开启电机，开高频电源、驱动电源
开启电机开关，将高频及驱动电源打开，然后在操作界面中将程序调入到加工界面中，选择一个加工界面，然后将程序导入到工作界面中完成加工即可。1.4 电火花线切割机床的维护与保养
电火花线切割机床的维护和保养质量直接影响到机床的切割工艺性能，与其他普通机床相比，线切割机床的维护和保养显得尤为重要，操作人员务必经常性地对机床进行清理、润滑和维护。1.4.1 机床的清理
操作人员在加工结束后应对机床进行清理工作，主要有以下几个方面。
① 加工结束后应立即将机床擦拭干净，并在工作台表面涂一层机油。
② 将黏附在机床运丝系统，如导轮、导电块上的电蚀物清理掉，以免加工时引起电极丝的振动，甚至造成电极丝与机床短接，导致不能正常切割。
③ 加工一段时间后，工作液箱内会有电蚀物沉积，每次更换工作液时可采用日用洗洁精兑水，用干净棉丝擦洗液箱内腔和过滤网，最后用清水冲洗干净，并注入干净的工作液。1.4.2 机床的润滑
操作人员除对机床进行清理工作外，还要经常对机床的运动部件进行润滑，主要有以下几个方面。
① 工作台纵、横向导轨应每周注入高级润滑脂进行润滑。
② 滑轨上下移动导轨应每月注入工业用黄油进行润滑。
③ 斜度切割装置丝杠螺母应每月采用高级润滑脂进行润滑。
④ 储丝筒导轨副丝杠螺母应每班采用40号机油进行润滑。1.4.3 机床易损件的维护
线切割机床的易损件主要集中在机床的运动部位，主要有以下几个方面。
① 导电块长时间切割导致磨损会出现沟槽，此时应将导电块换一面后方能继续使用。
② 导轮在切割过程中始终处于高速旋转运动状态，其内部轴承及导轨工作面易损坏，必须经常检查，如有损坏立即更换。
③ 储丝筒上的同步齿形带也应经常检查，如有损坏立即更换。1.5 交流稳压电源的使用方法
由于交流供电电压的变化，会使加工和控制系统的输出电压幅值不稳定，从而导致加工效果不良。严重时，会使机床电气控制失灵，造成机床运行故障，致使工件报废。配置交流稳压电源，可在一定程度上缓解这类问题。
按相数分，交流稳压电源有单相和三相稳压电源；按稳压原理分，有磁饱和式稳压电源和电子交流稳压电源。目前使用的多数是电子交流稳压电源，有各种规格的成品可供选购。电火花线切割机床的控制柜多数采用1～2kW的单相电子交流稳压电源。
使用电子交流稳压电源之前，应详细阅读其使用说明书，按规定安装、使用交流稳压电源。一般应注意到以下几方面：
① 交流稳压电源的输入、输出线除了考虑机械强度、防伤、绝缘之外，还要考虑导线直径有一定裕度。
② 为确保稳压电源正常工作，其负载应小于稳压电源的额定输出功率。不可让交流稳压电源超过规定的连续运行时间。
③ 尽量保证稳压电源的保护接地可靠，符合接地标准。
④ 尽量满足稳压电源对使用环境的要求，例如温度、湿度、海拔高度、腐蚀性气体及液体、导电尘埃等。
⑤ 稳压电源中的保护设施，例如熔丝、过压和欠压保护及过流保护回路的调节元件（如电位器等），不可任意变动与调节。
⑥ 使用中要注意监视稳压电源的工作状态，一旦发现异常现象，应在适当时间关机，并请专业人员维修，不可自行拆修。第2章 数控电火花线切割加工原理
电火花线切割加工（wire-cut electrical discharge machining，WEDM）是数控电火花加工的一种，有时又称线切割。2.1 电火花线切割加工放电基本原理
电火花线切割加工时，在电极丝和工件之间进行脉冲放电。如图2-1所示，电极丝接脉冲电源的负极，工件接脉冲电源的正极。当来一个电脉冲时，在电极丝和工件之间产生一次火花放电，在放电通道的中心温度瞬时可高达10000℃以上，高温使工件金属熔化，甚至有少量气化，高温也使电极丝和工件之间的工作液部分产生气化，这些气化后的工作液和金属蒸气瞬间迅速热膨胀，并具有爆炸的特性。这种热膨胀和局部微爆炸，抛出熔化和气化了的金属材料进行电蚀切割加工。通常认为电极丝与工件之间的放电间隙δ在0.01mm左右。若电电脉冲的电压高，放电间隙会大一些。线切割编程时，一般取δ电=0.01mm。图2-1 电火花线切割加工原理
为了确保每来一个电脉冲时在电极丝和工件之间产生的是火花放电而不是电弧放电，必须创造必要的条件。首先必须使两个电脉冲之间有足够的间隔时间，使放电间隙中的介质消电离，即便放电通道中的带点粒子复合为中性粒子，也要恢复本次放电通道处间隙中介质的绝缘强度，以免总在同一处发生放电而导致电弧放电。一般脉冲间隔应为脉冲宽度的4倍以上。
为了保证火花放电时电极丝（一般用钼丝）不被烧断，必须向放电间隙注入大量工作液，以使电极丝得到充分冷却。同时电极丝必须作高速轴向运动，以避免火花放电总在电极丝的局部位置而被烧断，电极丝速度在7～10m/s。高速运动的电极丝，有利于不断往放电间隙中带入新的工作液，同时也有利于把电蚀产物从间隙中带出去。
电火花线切割加工时，为了获得比较好的表面粗糙度和高的尺寸精度，并保证钼丝不被烧断，应选择好相应的脉冲参数，并且工件和钼丝之间的放电必须是火花放电，而不是电弧放电。
火花放电与电弧放电的区别如下：
① 电弧放电是由于电极间隙消电离不充分，放电点不分散，多次连续在同一处放电而形成，它是稳定的放电过程，放电时，爆炸力小，蚀除量低。而火花放电是非稳定的放电过程，具有明显的脉冲特性，放电时，爆炸力大，蚀除量高。
② 电弧放电的伏安特性曲线为正值（即随着极间电压的减小，通过介质的电流也减小），而火花放电的伏安特性曲线为负值（即随着极间电压的减小，通过介质的电流却增加）。
③ 电弧放电通道形状呈圆锥形，阳极与阴极斑点大小不同，阳极斑点小，阴极斑点大。因此，其电流密度也不同，阳极电流密度为222800A/cm，阴极电流密度为300A/cm。火花放电的通道形状呈鼓形，阳极和阴极的斑点大小实际相等。因此，两极上电流密度相同，而且562很高，可达10～10A/cm。
④ 电弧放电通道和电极上的温度为7000～8000℃，而火花放电通道和电极上的温度为10000～12000℃。
⑤ 电弧放电的击穿电压低，而火花放电的击穿电压高。
⑥ 电弧放电中，蚀除量较低，且阴极腐蚀比阳极多，而在火花放电中，大多数情况下是阳极腐蚀量远多于阴极。因此，电火花加工时工件接电源正极。2.2 电火花线切割加工走丝原理2.2.1 丝速计算
电极丝线速度v的计算公式为丝
图2-2中储丝筒直径D=120mm，故走丝速度v为丝图2-2 走丝原理2.2.2 走丝部件的储丝筒每转一转时其轴向移动的距离
走丝部件的储丝筒每转一转时，其轴向移动距离为s，计算公式为
图2-2的a=28齿、b=88齿、c=28齿、d=88齿、P=2mm，则丝
线切割机床的型号不同或生产厂家不同，s值也不一样。线切割机床所用钼丝的直径应小于s，否则，走丝时会产生叠丝现象而导致断丝。2.3 X、Y坐标工作台运动原理
线切割机床编程序时的数据单位是1μm（1/1000mm=1μm），它是步进电动机的控制电路每接受一个变频进给脉冲时，工作台的移动距离，称为脉冲单位。通常每接受一个变频进给脉冲时，步进电动机转动1.5°，有的机床步进电动机是转动3°。（1）脉冲当量的计算公式（2）步进电动机每接受一个脉冲时转3°的脉冲当量的计算
线切割机床Z=18齿，Z=54齿，Z=150齿，P=1mm，如图123丝2-3（a）所示。
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