电火花加工

电火花加工讲义（线切割部分）霍孟华目的：了解电火花加工的一般知识和常用词汇。1.介绍放电加工的概念及种类，放电加工的物理本质与放电条件。2.快走丝的结构，组成，原理及特点。3介绍电加工的一些常用词汇。4.了解机床的操作方法及系统的功能。5.ISO代码的含义，能正确使用一些常用指令，进行简单的手工编程。6.机床的保养与安全。基本概念：随着工业生产和科学技术的发展，电加工机床投入实际应用以来已有五十多年的时间，随着模具生产量的增加而相应增加（其主要用途之一是加工模具）。由于许多产品向高精度，高速度，高温，高压，大功率，小型化等方向发展。特别是在各种模具的加工中，难加工材料增加已及加工形状变的更加复杂，表面精度，粗造度和某些特殊要求愈来愈高，对加工技术提出了新的要求：1）解决各种难加工材料的问题。2）解决各种特殊复杂表面的问题。3）解决各种具有特殊要求的零件加工问题。要满足以上这些要求，仅仅依靠传统的切削加工方法是很难实现，甚至根本无法实现。特种加工就是在这种情况下产生和发展起来的，所为的特殊是相对常规的金属切削加工而言的。我们重点要学的是电火花加工，常用的方法有电火花成型加工和电火花线切割加工。电火花加工的特点：(线切割)它已0.03——0.35mm的金属线为电极工具，不需要制造成型的电极。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最小直径R(金属丝半径+放电间隙)这样的限制外，任何复杂的形状都可以加工。能方便的加工出小孔，窄缝等。脉冲电源的加工电流小，脉冲宽度较窄，属中，精加工范畴，一般采用负极性加工，既脉冲电源的正极接工件，负极接电极丝；(根据极限效应，ON小，正极的蚀除量大，ON大，负极的蚀除量大)依靠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。采用乳化液或去离子水作为工作液，不必担心发生火灾，可以昼夜无人连续加工。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。任何复杂形状的零件，只要能编制加序或用CAD画出零件图（路径必须是闭和的）就可以进行加工。因而很适合小批量的零件和试制品的生产加工，加工周期短，应用灵活。9）采用四轴连动，可加工上，下面异形体，电极丝进行一定的偏摆还可加工出锥度。10）加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极小，工具电极不需要比加工材料硬，既以柔克刚，故电极制造容易。（二）电加工的物理本质及加工原理：一个物体，无论从宏观上看来是多么的平整，但在微观上，其表面总是凹凸不平的即由无数个小坑组成，当处在工作中的两极加上电压，（60――300v的脉冲电压）两极间立即建立起一个电场。但其场强是很不均匀的。场强F不仅取决于极间电压V，而且也取决于极间距离G,既F=V/G。当两极间距G在一定的范围内时，由于最高峰出的G最小，F最大，故最先在该出被击穿，形成放电通道。释放出大量的能量，工件表面被电蚀出一个坑来。这样以很高的濒率连续不断的重复放电，工具电极不断的向工件进给，就可将工具的形状复制在工件上，加工出需要的零件来。在液体介质中小间隙中进行单个脉冲放电时，材料腐蚀过程大致可分为介质击穿和通道形成，能量转换和传递，电蚀产物抛出三个连续过程。其过程简述如下：V0加工液两极间加上无负荷0G3000度以上电源通过放电柱加工削被抛出，形成火花放电。两极间距G小到一定值时，绝缘被击穿，精加工数um释放能量数us-复绝缘。处在绝缘的工作液介质中的两电极，加上无负荷电压V0,伺服轴电极向下运动，极间距离逐渐缩小。当极间距离一一放电间隙小到一定程度时(粗加工为数10um，精加工为数um),在电场的作用下，高速向阳极运动，并在运动中撞击介质中的中性分子和原子，产生碰撞电离，形成带负电的粒子(主要是电子)和带正电的粒子(主要是正理离子)。当电子达到阳极时，介质被击穿，放电通道形成。两极间的介质一旦被击穿，电源便通过放电通道释放能量。大部分能量转换成热能，这时通道中的电流密度高达104---—109A/cm2，放电点附近的温度高达3000度以上，使两极间放电点局部熔化或汽化。在热爆炸力，电动力，流体动力等综和因素的作用下，被熔化或汽化的材料被抛出，产生一个小坑。脉冲放电结束，介质恢复绝缘。实现电火花加工的条件：电极和工件电极之间必须加以60伏---300伏的脉冲电压，同时还需维持合理的距离——放电间隙(钢件一般在0.01mm左右，硬质合金在0.005mm左右，紫铜在0.02mm左右)。大于放电间隙，介质不能被击穿，无法形成火花放电；小于放电间隙，会导致短路(电极丝进给速度大于材料的蚀除速度，致使电极丝与材料接触，不能正常放电)，以及积炭，甚至发生电弧放电，无法继续加工。两极间必须充满介质。电火花成型加工一般为火花液或煤油，线切割一般为去离子水或乳化液。输送到两极间的脉冲能量应足够大，既放电通道要有很大的电流密度。放电必须是短时间的脉冲放电，一般为1us——1ms。脉冲放电需要多次进行，并且多次脉冲放电在时间上和空间上是分散的，避免发生局部烧伤。脉冲放电后的电蚀产物能及时排放至放电间隙之外，使重复放电顺利进行。数控电火花线切割机床的类型与组成：分类：电火花线切割可分为高速走丝和低速走丝两大类。高速走丝线切割机床是将电极丝绕在卷丝筒上，并通过导丝轮形成锯弓状。电机带动卷丝筒正反转，卷丝筒装在走丝溜板上配合其其正反转，使电极丝得到周期往复运动，走丝速度一般为8——10m/s左右。选用的介质是乳化液，主要有以下特点A:有一定的绝缘性能。B:具有良好的洗涤性能。C:有良好的冷却性能。D:有良好的防锈能力。E:对环境无污染，对人体无害。采用的电极丝一般为钼丝，常用的丝径为0.12，0.14，0.18，0.2。低速走丝线切割机床使用成卷的铜丝做电极丝，经张紧机构和导轮丝形成锯弓状，没有卷丝筒，走丝速度一般为1015米/min，为单向运动，电极丝一次性使用，因此走丝平稳，无振动，损耗小，加工精度高，得到广泛的应用。采用的介质为去离子水。目前数控电火花线切割机床可实现多维切割，重复切割，丝径补偿，上下异型，四轴连动，图形缩放，镜像，显示，跟踪，锥度cad/cam等功能。（五）快走丝线切割的结构和原理:（FW型）快走丝一般分为数控电源柜和主机两大部分，电柜主要由管理控制系统，高频电源和伺服驱动等部分组成；主机主要由X，Y，U，V轴，工作台，丝筒，立柱（或丝架），工作液箱等部分组成。其工作原理是利用工具电极对工件进行脉冲放电时产生的电腐蚀现象来进行加工，但是电火花线切割加工不需要制作成型电极，而是用运动着的金属丝作电极，利用电极丝和工件的相对运动切割出各种形状的工件，若使电极丝相对于工件进行有规律的倾斜运动，还可以切割出带锥度的工件。常用名词和术语：极限效应：电火花加工中，相同材料的两电极被蚀除量是不同的，这和两电极与脉冲电源的极性连接有关。一般我们把工件接脉冲电源的阳极，电极接脉冲电源的负极的加工方法成为负极性加工，反之为正极性加工。伺服控制：电火花线切割加工过程当中，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和后退，保证加工顺利进行。短路：电极丝的进给速度大于材料的蚀除速度，使电极丝与工件接触，不能正常放电，称为短路。开路：电极丝的进给速度小于材料的蚀除速度。放电间隙：放电发生时电极丝与工件的距离。偏移：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与理论轨迹要偏在一边，这就是偏移。锥度：电极丝在进行二维切割的同时，还能按一定的规律进行偏摆，形成一定的倾斜角，加工出带锥度的工件或上下形状不同的异型件，这就是所谓的四轴连动，锥度加工。8）加工效率：切割长度X工件厚度宁加工时间（平方毫米/每分钟）。（七）ISO代码编程：1.字符集：数字字符，字母字符，特殊字符。2.字：所谓的字，就是字母（地址）后接一个相应的数据的组合体，它是组成程序的最基本的单位。例：G00，M05，T84，G01，X17.88等。3代码与数据：输入形式如下A*:指定加工锥度，其后接-0〜3.000范围内的数。C***：加工条件号，如C008，C103。D/H***：补偿代码，从H000〜H099共有100个，可给每个代码赋值，范围为±99999.999MM或±99999.999英寸。G**：准备功能，可指令插补，平面，坐标系等。如G00，G17，G54等。I*,J*,K*:表示圆弧中心坐标。如15,J-10等。L*：子程序重复执行次数，后接1〜3位十进制数，最多为999次，如L5，L56等。M**：辅助功能代码，如M05，M02，M00。N****/O****：程序的顺序号，最多可有一万个顺序号，如N0000，N9999等。P****：指定调用子程序的序号，如P0001，P0100。Q****：直接跳转代码，指定要跳转的程序号。R*:转角R功能。后接的数据为所插圆弧的半径,99999.999MM。RA*:图形或坐标旋转的角度。女口RA26.3。RI*，RJ*:图形旋转的中心坐标。RX*，RY*:图形或坐标旋转的角度（X，Y轴）。X*，Y*，Z*，U*，V*，W*:坐标值代码，指定坐标移动值。4.坐标系：本系统中有两种坐标系，绝对坐标系和增量坐标系例如:见图，从A（5.5）点加工到B（15.10）点，不同的坐标方式的程序如下：绝对坐标：G90G01X15.Y10.；增量坐标：G91G01X10.Y5.；5•段：所谓的段就是由一个地址或符号“/”开始，以“；”结束的一个程序。一个NC程序由若干个段组合而成。一个段内有如下约束：1）若在一段内含有两个或多个轴，依据代码，可同时处理2）在一个段内不能有多个运动代码，否则将出错。例：GOOX10.G01Y-10.;……一个段内有G00和G01则出错。应为：G00X10.；GO1Y-1O.；在一个段内不能有相同的轴标识，否则将出错。例：G01X10.Y20.X40.;……一个段内有两个X轴标识则出错。6顺序号：所谓的顺序号，就是加在每个程序段前的编号，可以省略。顺序号用N或0开头，后接四位十进制数，以表示各程序段的相对位置，这对查询一个特定的程序很方便，使用顺序号有以下两种目的：用作程序执行过程中的编号；用作子程序时的标记编号。注：N9140,N9141,N9142……N9165是固定循环子程序号，在编程中不得使用这些顺序号，但可以调用这些固循子程序。7.G代码：G代码大体上可分为两种类型：只对指令所在程序段起作用，称为非模态。在同组的其他代码出现前，这个代码一直有效，称为模态。G00(定位、移动轴)格式为G00{轴1}士{数据士1}{轴2士数据2};G00代码为定位指令，用来快速移动轴，执行此指令后，不加工而移动轴到指定的位置，可以是一个轴，也可以是两个轴移动，如：GOOX1O.Y-2O.；4）G01（直线插补加工）可指令各轴直线插补加工，最多可以有四个轴标识及数据。如：G01X20.Y30.;5）G02,G03（圆弧插补加工）格式为：｛平面指定｝｛圆弧方向｝｛终点坐标｝｛圆心坐标｝；用于两坐标平面的圆弧插补加工。平面指定默认值为XOY平面。G02表示顺时针加工，G03表示逆时针加工。圆心坐标分别用I，J,K表示，它是圆心相对于圆弧起点的坐标增量值。例如：例如；G17G90G54G00X10.Y20.;C001G02X50.Y60.140.;G03X80.Y50.I30.;I,J有一个为零时可以省略.6）G04（停歇指令）格式为:X｛数据｝7）G05,G06,G07,G08,G09轴镜像,X---Y轴交换，取消镜像、交换）这组代码仅在自动方式下，执行程序时起作用。这里需要说明的是执行一个轴的指令后,圆弧插补的方向将改变,既G02变为G03,G03变为G02，如果同时两轴镜像，则方向不变。执行轴交换指令后,圆弧插补的方向将改变。8）G11,G12（跳段）9）G20,G21（单位选择）10）G25（回最后设定的坐标系原点）格式为：G58;G25;既回到G58坐标系最后设定的原点，书顺序为X,Y,U,V轴,手动起点功能与G25相同。11）G26,G27（图形旋转）格式为；RA60.;.•给RA赋值，图形旋转60度，不加小数点为千分之一度。12）G28,G29（尖角过度策略）13）G31,G30（加入或取消过切）G31用于在G01的直线段的终点按该直线方向延长给定的距离,而且应放在G01之前,格式为;G31X｛过切量｝例如:G31X30;表示过切量为30UM。14）G34,G35（减速加工的开始与取消）15）G40,G41,G42（补偿和取消补偿）格式为：G41H***;补偿开始的情形如图;在第I段中,无补偿，电极中心轨迹与编程轨迹重合，在II短中,补偿从无到有，称为补偿的初始建立段。规定这一段只能用直线插补指令,不能用圆弧插补指令，否则会出错。第III段中，补偿已建立,故称为补偿进行段。A：撤消补偿时只能在直线段上进行，在圆弧段上撤消补偿会引起错误。正确的方式为:G40G01X0YO;B:当补偿值为零时，运动轨迹与撤消补偿一样，但补偿模式并没有取消。C:在补偿方式下改变补偿方向时，电极由第一段补偿终点插补到下一段补偿的终点。D:在补偿模式下，如果遇到了G92代码，补偿会暂时取消在下一段象补偿起始建立段一样再把补偿值加上。E;当补偿值大于圆弧半径时，当补偿值大于两线段的二分之一时，都会发生过切。16）G50，G51,G52（锥度加工）所谓的锥度加工（TAPER式倾斜加工），是指电极丝向指定方向倾斜指定的加工。如图：沿电极丝行进方向向左倾斜沿电极丝行进方向向右倾斜为了执行锥度加工，必须确定并输入三个数据：上导丝轮与工作台面,下导丝轮与台面的距离及工件厚度。格式为：17）G54G55G56G57G58G59（工作坐标系0-5）这组代码用来选择工作坐标系，共有六个可选择，以方便编程。这组代码可以和G92，G90，G91等一起使用。18）G60,G61（上下异型）根据要求可加工上面和下面不同的形状的工件。在上下异型打开时，不能用G74，G75，G50，G51，G52等代码，上下形状代码的区分符为“：”，“：”左侧为下面形状，右侧为上面形状。程序举例：G92X0Y0U0V0；C010G61；G01X0Y10.：G01X0Y10.；G02X-10.Y20.J10.:G01X-10.Y20.;.下面是O20.圆，上面是其内接正方形。X0Y30.I10.:X0Y30.；X10.Y20.J-10.:X10.Y20.；X0Y10.I-10.:X0Y10.；G01X0Y0:G01X0Y0G60；M02；19）G74G75（四轴联动）根据所指定XYUV四个轴的数据，可加工上下不同的形状。G支持G01代码，不支持的代码有G02G03G50G51G52G60G61。20）G80（接触感知）而且“+”“-”不能省略。21）G82（半程返回）格式为：G82X;执行命令使电极移动到指定轴当前的二分之一处。22）G90（绝对坐标指令）G91（增量坐标指令）绝对坐标指令：既所有点的坐标值以坐标系的零点为参考点。增量坐标指令：既当前点的坐标值是以上一点为参考点得出的。23）G92（设置当前点的坐标值）G92代码把当前点的坐标设置需要的值。格式为：G92X0Y0;……把当前点的坐标设置为（0,0）,既坐标原点。G92X10.Y0;……把当前点的坐标设置为（10,0）.每个程序的开头一定要有G92代码，否则可能会发生不可预测的错误。G92只能定义当前点在当前坐标系的坐标值，而不能定义该点在其它坐标系的坐标值。24）M00（暂停指令）25）M02（程序结束）26）M05（忽略接触感知）27）M98（子程序调用）格式为：M98P****L**;M98指令使程序进入子程序，子程序号由P****给出，子程序的循环次数则由L**确定。28）M99（子程序结束）29）C代码，用在程序中选择加工条件，格式为：C***例如：C10130）T84,T85（打开，关闭液泵）T86,T87（走丝电机启动，停止）八.编程示例；H000=0H00仁110;（给变量赋值，H001代表偏移量。）T84T86；（开液泵，开丝筒。）G54G90H92X15.Y-3.U0V0;（选工作坐标系、绝对坐标、设加工起点坐标。）C005；（选加工条件。）G42H000；（设置偏移摸态、右偏、表示要从零开始加偏移。）（G51A000;）此指令只有切锥度时才使用、表示左锥。G01X15.Y0;（进刀线。）G42H001；（程序执行到此表示偏移已加上，其后的运动都是以带偏移的方式来加工。）（G51A1.）以左锥的方式加工1度锥，此例加工后上小下大。G01X30.Y0;（加工直线。）Y15.；（加工直线、模态、坐标不变时可省略。）.X20.；G03X10.Y15.I-5.J0;（加工圆弧、逆时针、终点坐标为（10,15）,圆心相对于起点的坐标为（-5，0）G01X0Y15.;（加工直线。）Y0；X15.；H40H000（G50A1.）G01X15.Y-3.;（在退刀线上取消偏移（或锥度）、退到起点。）T85T87；（关液泵、丝筒。）M02;（程序结束。）试编程