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（一）知识目标. 第三章 电火花线切割加工. 1. 了解 电火花线切割加工原理 , 线切割机床的结构； 2. 了解 线切割机床加工编程 及应用 ； 3. 了解 电火花线切割 加工工艺. （二）教学的重点与难点. 影响电火花线切割加工质量的主要工艺因素及工艺过程. （三）教学内容. 1. 电火花线切割加工原理 2. 电火花线切割机床的结构 3. 线切割加工机床特点及应用 4. 线切割机床加工编程 5. 线切割加工工艺 6. 电火花线切割加工实例. 1. 电火花线切割加工原理.
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（一）知识目标 第三章 电火花线切割加工 1.了解电火花线切割加工原理,线切割机床的结构； 2.了解线切割机床加工编程及应用； 3.了解电火花线切割加工工艺. （二）教学的重点与难点 影响电火花线切割加工质量的主要工艺因素及工艺过程 （三）教学内容 1.电火花线切割加工原理2.电火花线切割机床的结构3.线切割加工机床特点及应用4.线切割机床加工编程5.线切割加工工艺6.电火花线切割加工实例
1.电火花线切割加工原理 电火花线切割加工的基本原理与电火花成型加工一样，也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的。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，利用电极丝和工件在水平面内的相对运动切割出各种形状的工件。若使电极丝相对工件进行有规律的倾斜运动，还可以切割出带锥度的工件。 图中脉冲电源的正极接工件，负极接电极丝。电极丝以一定的速度往复运动，就电极丝的每一点而言，它不断地进入和离开放电区。在电极丝和工件之间注入一定量的液体介质。只需有效地控制电极丝和工件在水平面内的相对运动轨迹和速度，使它们之间发生脉冲放电，就可以切割出具有一定形状和尺寸的工件。
2.电火花线切割机床的结构 电火花线切割机床的结构因规格及性能的不同有较大差别，通常，线切割机床由机械本体、脉冲电源和控制装置三大部分组成。机械本体包括：床身、坐标工作台、储丝机构、线架、工作液箱、附件和夹具等。 床身一般为铸件，是坐标工作台、储丝机构及线架的固定基础。床身内部安置脉冲电源和工作液箱。 坐标工作台安置在床面上，包括上层工作台面、中层中拖板、下层底座，还有减速齿轮和丝杠螺母等构件。两个步进电动机带动丝杠螺母，从而驱动工作台在XY平面上移动。控制器每发出一个进给脉冲信号，工作台就移动lμm，则称该机床的脉冲当量为1μm/脉冲。
走丝机构传动原理 储丝机构的作用是保证电极丝能进行往复循环的高速运行，由电动机传动储丝筒作高速正反向转动。通过齿轮副传动储丝机构拖板的丝杠螺母，使电极丝均匀地卷绕在储丝筒上。线切割机床的传动关系主要指工作台和储丝筒的驱动。
锥度切割装置 为了加工出有锥度的内外表面,机床必须具有锥度切割功能.实现锥度切割的方法有多种: 双坐标联动装置： 在电极丝有恒张力控制的高速走丝和低速走丝线切割机床上广泛采用此类装置。其主要依靠上导向器作纵横两轴(称u、v轴)驱动，与工作台的x、y轴一起构成四轴，由计算机软件实现同时控制。可以实现倾斜角度±5°。
3.线切割加工机床特点及应用 目前，我国广泛使用的线切割机床主要是数控电火花线切割机床，按其走丝速度分为快速走丝线(WEDM—HS)和慢速走丝线(WEDM—LS)切割机床两种。 3.1 快速走丝线切割机床 快速走丝线切割机床是我国生产和使用的主要机种，也是我国独有的电火花线切割加工模式，它采用直径为0.08 mm～0.2 mm的钼丝或直径为0.3 mm左右的铜丝作电极，走丝速度约(8～10)m/s，而且是双向往返循环运行，成千上万次地反复通过加工间隙，一直使用到断丝为止。工作液通常采用5%左右的乳化液和去离子水等。由于电极丝的快速运动能将工作液带进狭窄的加工缝隙，起到冷却的作用，同时还能将电蚀产物带出加工间隙，以保持加工间隙的“清洁”状态，有利于切割速度的提高。目前能达到的加工精度为±0.01 mm，表面粗糙度Ra =(2.5～0.63)μm，最大切割速度可达50 mm2/min以上，切割厚度与机床的结构参数有关，最大可达500 mm，可满足一般模具的加工要求。 相对慢速走丝线切割机床来讲，快速走丝机床结构简单，价格便宜，加工生产率较高，精度能满足一般模具要求。因此，目前国内主要生产、使用的是快速走丝数控电火花线切割加工机床。
3.2 慢速走丝线切割机床 慢速走丝线切割机床是国外生产和使用的主要机种，它采用直径（0.03～0.35）mm的铜丝作电极，走丝速度为(3～12)m/min，线电极只是单向通过间隙，不重复使用，可避免电极损耗对加工精度的影响。工作液主要是去离子水和煤油。加工精度可达±0.001 mm，粗糙度可达Ra = 0.32μm。这类机床还能进行自动穿电极丝和自动卸除加工废料等，自动化程度较高，能实现无人操作加工，但其售价比快速走丝线切割机床要高得多。
3.3 电火花线切割机床的性能 线切割机床的性能包括：机床加工范围、工件大小、所用电极丝、脉冲电源的参数、数控系统的功能以及机床加工的指标等。不同生产厂的产品稍有不同，以某厂生产的上述DK7725型线切割机床为例说明如下： 工作台最大行程 250mm×320mm 工件最大切割厚度 400mm 工件最大质量 200 kg 电极丝直径 0.18mm ～ 0.2mm 工作液 线切割乳化液 插补功能 直线、圆弧 脉冲当量 lμm/脉冲 最大间隙补偿量 l mm ～ 100 mm 最大切割锥度 6°/80 mm 最大控制圆弧半径 99 m 电极丝损耗 2μm ～ 3μm/10000 mm2 加工精度 ±0.01mm 表面粗糙度 1.25 ～ 2.5 最大切割速度 80 mm2/min
3.4 电火花线切割加工与电火花加工比较 特点： (1) 不需要制作电极，可节约电极设计、制造费用，缩短生产周期。 (2) 能方便地加工出形状复杂、细小的通孔和外表面。 (3) 由于在加工过程中，快速走丝线切割采用低损耗电源且电极丝高速移动；慢速走丝线切割单向走丝，在加工区域总是保持新电极加工。因而电极损耗极小(一般可忽略不计)，有利于加工精度的提高。 (4) 采用四轴联动，可加工锥度和上下面异形体等零件。 (5)只对工件进行图形加工，故余料还可以利用。 (6)工作液选用乳化液或去离子水等，而不是煤油，可以节省能源物资，并防止着火。 (7)自动化程度高，操作方便，加工周期短，成本低，较安全。
3.5 线切割加工的应用 线切割广泛用于加工淬火钢、硬质合金模具零件、样板、各种形状的细小零件、窄缝等。如形状复杂、带有尖角、窄缝的小型凹模的型孔可采用整体结构在淬火后加工，既能保证模具精度，又可简化模具设计和制造。此外电火花线切割加工，还可用于加工除盲孔以外的其他难加工的金属零件。
4. 线切割机床加工编程 4.1 数控基本原理 在进行数控线切割加工时，数控装置连续运算，并向驱动机床工作台的步进电机发出相互协调的进给脉冲，使工作台(工件)按指定的路线运动。 如图所示为斜线(直线)OA的插补过程。O点为切割的起点，X、Y轴分别表示工作台的纵、横进给方向。取斜线的起点O为坐标原点，OA终点的坐标为(6，4)。先从坐标原点O沿X轴正向进给一步，加工点(电极丝)由O移动到M1，M1点在OA的下方已偏离斜线，产生了偏差。为使加工点向OA靠拢，需沿Y轴正向进给一步，加工点由M1移动到M2。M2点在OA的上方，也偏离了斜线，产生了新的偏差。为了纠正这个偏差，应沿X轴正向进给一步。如此连续插补，直到斜线终点A(6，4)。电极丝相对工件的运动轨迹是折线O—M1— M2—…—A。斜线(直线)插补就是用上述折线代替直线OA，完成对斜线的加工。
同理，图为圆弧AB的插补过程。取圆心为坐标原点，用X、Y轴表示机床工作台的纵、横进给方向。以A点为加工起点。若加工点在圆弧外(包括在圆弧上的点)，沿X轴负向进，给一步，加工点在圆弧内，沿Y轴正向进给一步，一直插补到圆弧终点B。和斜线插补一样，也是用一条折线代替圆弧AB。同理，图为圆弧AB的插补过程。取圆心为坐标原点，用X、Y轴表示机床工作台的纵、横进给方向。以A点为加工起点。若加工点在圆弧外(包括在圆弧上的点)，沿X轴负向进，给一步，加工点在圆弧内，沿Y轴正向进给一步，一直插补到圆弧终点B。和斜线插补一样，也是用一条折线代替圆弧AB。 为什么可以用折线代替斜线和圆弧呢?因为控制台每发出一个进给脉冲，工作台进给一步的距离仅为lμm。斜线和圆弧与折线的最大偏差就是工作台进给一步的距离。这个误差是被加工零件的尺寸精度所允许的。 从斜线和圆弧插补过程可以看出，工作台的进给是步进的。它每走一步机床数控装置都要自动完成四个工作节拍，如图所示。 (1)偏差判别 判别加工点对规定图形的偏离位置，以决定工作台的走向。 (2)工作台进给 根据判断的结果，控制工作台在X或Y方向进给一步，以使加工点向规定图形靠拢。 (3)偏差计算 在加工过程中，工作台每进给一步，都由机床的数控装置根据数控程序计算出新的加工点与规定图形之间的偏差，作为下一步判断的依据。
(4) 终点判断 每当进给一步并完成偏差计算之后，应判断是否已加工到图形的终点，若加工点已到终点，便停止加工。否则，应按加工节拍继续加工，直到终点为止。 工作节拍 线切割加工时其加工图形一般是由若干直线和圆弧组成，可将其分割成单一的直线和圆弧段，逐段进行切割加工。 为了使一条线段加工到终点时能自动结束加工，数控线切割机床是通过控制线段从起点加工到终点时，工作台在X或Y方向上的进给总长度来进行终点判断的。为此，在数控装置中设立了一个计数器来进行计数。在加工前将X或Y方向上进给的总长度存入计数器，加工过程中工作台在计数方向上每进给一步，计数器就减去1，当计数器中存入的数值被减到零时，表示已切割到终点，加工结束。
4.2 程序格式 线切割机床的控制系统或控制器是按照人的“命令”去控制机床加工的。因此，必须事先把切割的图形，用机器所能接受的“语言”编排好“命令”，告诉控制器，这项工作叫做数控线切割编程，简称编程。 为了便于机器接受“命令”，必须按照一定的格式来编制线切割机床用的数控程序。目前国内使用最多的是3B格式，ISO是国际通用的格式。 4.2.1 3B格式程序编制 B——分隔符，用它来区分、隔离X、Y、J数码； X、Y——直线的终点或圆弧起点的坐标值，编程时取绝对值，单位μm； J——计数长度，单位μm； G——计数方向，分GX、GY，按X方向或Y方向计数； Z——加工指令，分为直线L与圆弧R两大类，共12种。
4.2.2 ISO代码数控程序编制 1、概述 在我国的电火花线切割加工的编程中，目前广泛使用的是3B、4B程序格式，为了便于交流，按照国际统一规范ISO代码进行自动编程是今后数控加工的必然趋势。 2.程序段格式和程序格式 (1)ISO代码程序段的格式 对线切割加工而言，某一图段的程序为 N××××G××X××××Y××××I××××J××××其中N表 示程序段号，××××为1~4位数字序号。 程序段是由若干个程序字组成的，其格式如下： N___G___X ___Y___ 字是组成程序段的基本单元，一般都是由一个英文字母加若干位10进制数字组成的(如X8000)，这个英文字母称为地址字符。不同的地址字符表示的功能也不一样(见下表)。
①顺序号 位于程序段之首，表示程序段的序号，后续数字2～4位。如N03，N0020。 ②准备功能G 准备功能G(以下简称G功能)是建立机床或控制系统工作方式的一种指令，其后续有两位正整数，即G00～G99。 ③ 尺寸字 尺寸字在程序段中主要是用来指示电极丝运动到达的坐标位置。电火花线切割加工常用的尺寸字有X、Y、U、V、A、I、J等。尺寸字的后续数字在要求代数符号时应加正负号，单位为μm。 ④辅助功能M 由M功能指令及后续的两位数字组成，即M00～M99，用来指令机床辅助装置的接通或断开。
4.2.3 自动编程 人工编程是在我国的电火花线切割加工的编程中，目前广泛使用的是3B、4B程序格式，为了便于交流，按照国际统一规范ISO代码进行自动编程是今后数控加工的必然趋势。 目前国内最常用的是：北航CAXA线切割编程软件，采用典型的CAD方式输入，可以完成从绘图设计、加工代码生成、连机通信等，集图样设计和代码编程于一体。既可实现实时控制机床又可“脱机”进行自动编程。
5.线切割加工工艺 电火花线切割工艺是使用线切割机床，按工件图纸要求，将毛坯按一定工艺技术与方法加工成符合设计要求的工件。在设备一定的情况下，合理地选择工艺方法和工艺路线，是确保工件达到设计要求的重要环节之一。 一般采用线切割加工模具零件时的工艺过程是：下料→锻造→退火→机械粗加工→淬火与回火→磨加工→编制程序与线切割加工→钳工精修。 工艺步骤： 1) 认真分析研究工件图纸及其技术要求，以确定哪些工件适宜用线切割加工，哪些不宜采用线切割加工工艺。 2) 工艺分析和加工前的工装夹具准备。 3) 选择切割参数及确定切割路线，工件进行装夹找正。 4) 编制加工程序。 5) 线切割加工。 6) 切割后工件清理与检验。
5.1 工艺分析 (1) 认真分析工件图纸及其技术条件 如表面粗糙度及尺寸精度要求过高或是工件厚度超过丝架开档的，以及工件材料导电性极差甚至绝缘的，均不适合采用线切割加工工艺。对于线切割加工的工件，应明确加工的关键部位及关键尺寸，供选择切割参数及确定切割路线时参考。 ① 工件的拐角、夹角、窄缝的尺寸要求应符合线切割加工的特点。例如，工件拐角(或凹角)尺寸必须大于或等于电极丝半径与放电间隙之和，也就是说，切割凹角时，得到的是一个过渡的圆弧。 ② 切割窄缝的宽度b≥d + 2s，式中d为电极丝直径，s为单边放电间隙(如图7.73所示)。 ③ 当进行凹凸模具成套加工时，应注意电极丝的运动轨迹与图形轮廓是不同的。切凹模时，电极丝的运动轨迹处于图纸要求轮廓的内部(如下图)；而切割凸模时，电极丝的运动轨迹处于图形轮廓的外部。
5.2 加工前的设备和工件的准备 ① 设备的检查与调整。加工设备正常与否，直接影响着线切割加工的工艺指标和切割质量，因此必须经常对机床进行检查、维护与保养，尤其是在加工精度要求较高的重要工件之前，必须对设备进行认真的检查与调整。检验所用量具的精度等级一定要高于被检验项目精度等级一级以上。 导轮的径向跳动及V形槽的形状、工作台纵横向拖板丝杠副的间隙、电极丝保持器(或限幅器)等关键环节，应当经常进行检查与调整，发现问题及时排除。特别是导轮的质量与运动状况对加工质量有直接影响。其故障大致有如下几种情况。 导轮轴承磨损，导致导轮径向跳动及轴向窜动超差(通常要求不超过0.005 mm)、噪声加大。 因导轮轴承润滑不足或有污物侵入，快速运动的电极丝与导轮V形定位面可能发生相对滑动，导致导轮V形面异常磨损；导轮的径向跳动及电极丝运动时的振动会造成两者接触不良而产生火花放电，使V形定位面烧损，从而使电极丝抖动加剧。有时，因导轮V形槽磨损成深沟状而易将电极丝夹断。 为此，除经常检查与调整外，还应注意及时清洗和去除导轮槽内的污物，延长导轮的使用寿命。 ② 保持器(或限幅器)的检查与维护。由于电极丝表面有众多放电凹坑，在高速移动时会使与其接触的保持器(或限幅器)磨出沟槽，容易卡丝，因此应经常调整保持器(或限幅器)的工作面位置。
③ 选择适用的电极丝，并调整电极丝与工作台的垂直度。③ 选择适用的电极丝，并调整电极丝与工作台的垂直度。 当工件较厚且外形较简单时，宜选用直径较粗(如φ0.16 mm以上)的电极丝；而当工件厚度较小且形状较复杂时，宜选用较细(一般取φ0.10 mm～0.12 mm)的电极丝。注意所选用的电极丝应在有效期内(通常为出厂后一年)，过期的电极丝因表面氧化等原因，加工性能下降，不宜用于工件的加工。 电极丝缠绕并张紧后，应校正及调整电极丝工作段对工作台面的垂直度(X、Y两个方向)。在生产实践中，大多采用简易工具(如直角尺、圆柱棒或规则的六面体)，以工作台面(或放置其上的夹具工作面)为检验基准，目测电极丝与工具表面的间隙上下是否一致，如图所示。如上下间隙不一致，应调整至Sa = Sb为止。 ④ 工件准备。 由于线切割加工多为工件的最后一道工序，因此工件外形大多具有规则的外形，可选一个适当的面作为工件的工艺基准面。对基准面应当仔细清除其表面的毛刺及污物等，以免影响定位精度。 当工件型腔与外形位置精度要求较高时，应选定一基准边(或基准孔)供找正时使用。 根据型腔及工件材料的状态，选择适宜位置打穿丝孔，并记住穿丝孔对校准边的坐标位置。在切割凸模时，为防止工件坯料变形，尽量在坯料内部打穿丝孔。
5.3 编制程序和程序检验 首先，要把被加工零件的切割顺序、切割方向及有关尺寸等信息，按一定格式记录在机床所需要的输入介质(键盘)上，输入给机床的数控装置，经数控装置运算变换以后，控制机床的运动。从被加工的零件图到获得机床所需控制介质的全过程，称为编制程序。 线切割机床的程序格式有：3B指令(个别扩充为4B)格式，多用于快走丝线切割机床。ISO指令格式(国际标准化组织)或EIA(美国电子工业协会)格式，多用于慢走丝线切割机床。 ① 首先确定坯料热处理状态、材质、电极丝直径、模具配合间隙、放电间隙(由工件材质及电参数确定)、过渡圆半径等已知条件。 ② 计算和编写加工程序。编程时，要根据坯料情况、工件轮廓形状及找正方式，选择合理的装夹位置及起割点。起割点应选择在图形拐角处，或容易将尖锐部分修去的地方。 编写好的程序一般要经过检验才能用于正式加工。机床数控系统一般都提供程序检验的方法，常见的方法主要有画图检验和空运行等。画图检验主要是验证程序中是否存在错误语法，零件的加工图形是否正确；空运行是总体验证程序实际加工情况，验证加工中是否存在干涉和碰撞，机床行程是否满足等。
5.4 工件装夹与找正 工件装夹与找正是工件加工成败的关键工序之一，一定要认真操作。工件找正后，应根据工件图纸的技术要求如材质、热处理状态及精度要求等，选择合适的加工参数。 5.5 切割加工 为了确保最终的加工能达到图纸要求，在正式加工工件前，应使用所编制的加工程序进行样板试切。这样，既可检验程序的正确性，又可对脉冲电源的电参数及进给速度进行适当的调整，保证加工的稳定性。 完成这些准备工作后，就可以正式加工模具了。通常先加工固定板、卸料板，然后加工凸模，最后加工凹模。凹模加工完毕，不要急于松开压板取下工件，而应先取出凹模中的废料芯，清洗一下加工表面，将加工好的凸模试放入凹模中，检验配合间隙是否符合要求。若配合间隙过小，可再加工一次，修大一些；若凹模有差错，可按加工坐标程序对有差错的地方进行必要的修补(如切去差错处，补镶一块材料，再进行补充加工)。
5.6 切割后的工件应进行必要的清洗、检验 ① 模具各部分尺寸精度及配合间隙。例如，对落料模来说，凹模尺寸应与图纸的基本尺寸一致，凸模尺寸应为图纸基本尺寸减去冲模间隙。而对于冲孔模来说，凸模尺寸与图纸基本尺寸相同，而凹模尺寸则为图纸基本尺寸加上冲模间隙。此外，固定板与凸模为静配合，卸料板大于或等于凹模尺寸。对于级进模来说，主要是检验步距精度。 检验工具可根据模具精度要求的高低，分别选用三坐标测量机、万能工具显微镜或投影仪、内外径千分尺、块规、塞尺、游标卡尺等。通常检具的精度要高于待检工件精度一级以上。 模具配合间隙的均匀性大多采用透光法进行目测。 ② 可采用平板及刀口角尺等检验垂直度。 ③ 加工表面粗糙度检验，在生产现场大多使用“表面粗糙度等级比较样板”进行目测，而在实验室中则采用轮廓仪检验。
5.7 常用夹具和工件装夹方法 (1) 常用夹具名称、规格和用途 ① 压板夹具 主要用于固定平板式工件。当工件尺寸较大时，则应成对使用。夹具基准面的高度要一致。否则，因毛坯倾斜，使切割出的工件型腔与工件端面倾斜而无法正常使用。如果在夹具基准面上加工一个V形槽，则可用来夹持轴类圆形工件。 ② 磁性夹具 对于一些微小或极薄的片状工件，采用磁力工作台或磁性表座吸牢工件进行加工。 (2) 工件装夹的一般要求 ① 工件的基准面应清洁，无毛刺、污物及氧化皮等。 ② 夹具自身要制作精确，且夹具与工作台面要固定牢靠，不得松动或歪斜。 ③ 工件装夹后，既要有利于定位、找正，又要确保在加工范围内不得与丝架臂发生干涉，否则无法加工出合格的工件。 ④ 夹紧力要均匀，不得使工件局部受力过大而发生变形。 ⑤ 同一类工件批量切割时，最好制作便捷的专用夹具，以提高加工效率。 ⑥ 对细小、精密、薄壁的工件，应先固定在不易变形的辅助夹具上，再安装固定到机床上，以保证加工的顺利进行。
(3) 常见的装夹方式 ① 悬臂支撑 这种装卡方式(如图所示)通用性强，结构简单，装夹方便。但由于处于悬臂状态，对工件尺寸及重量有较大限制。 ② 双端支撑方式(如图所示) 当工件尺寸较大时，将两端分别固定在夹具上，支撑稳定可靠，定位精度高。
③ 桥式支撑(如图所示) 用两条垫铁架在两端支撑夹具体上，跨度宽窄可根据工件大小随意调节。特别是对于带有相互垂直的定位基准面的夹具体，这样侧面有平面基准的工件就可省去找正工序，若找正与加工基准是同一平面，则可间接推算和确定出电极丝中心与加工基准的坐标位置。这种装夹方式有利于外形和加工基准相同的工件实现成批加工。 ④ 板式支撑(如图所示) 这种装夹方式是按工件的常规加工尺寸制造托板，托板上加工出矩形或圆孔，并在板上配备有X和Y向定位基准。其装夹精度易于保证，适宜在常规生产中使用。
上表所列工艺路线可概括为以下形式： 备料→毛坯外形加工→划线→螺孔和销孔加工→热处理→平面精加工→刃口型面精加工→精修。 (1) 备料。根据凹模的尺寸大小和结构形状，准备合适的毛坯。对毛坯进行锻造、退火、清理等。 (2) 毛坯外形加工。毛坯外形的加工包括粗加工、精加工两个步骤。粗加工的主要目的是去除毛坯的锻造外皮，使平面平整，为毛坯的精加工作准备。精加工一般都采用磨削加工，主要目的是为钳工划线作准备，为后续工序提供合格的工艺基准 (3) 划线。划出凸模和凹模的位置中心线、螺孔线、销孔线、穿丝孔线(凹模用)，为以后的机械加工和线切割加工提供依据。 (4) 螺孔、销孔和穿丝孔加工。钻螺纹底孔并攻螺纹、钻铰销孔(按线加工或配作)。 (5) 热处理。淬火、回火等，使凹模达到规定的硬度要求。 (6) 平面精加工。磨上、下平面(端面、侧面)使之达设计要求，并为后继工序提供基准。 (7) 型面精加工。线切割刃口型面，达设计要求。 (8) 精修。由于对凸、凹模这类的模具零件质量要求较高，所以，一般都要在最后工序安排精修。
