电火花线切割机床((Wire Cut Electrical Discharge Machining,简称WCEDM)是在电火花加工基础上于20世纪50年代末在前联发展起来的一种新工艺,由于其加工过程是利用线状电极火花放电对工件进行切割,故称电火花线切割。
1.数控电火花线切割机床的分类
电火花线切割机床的分类有多种方法,可按照走丝速度、控制方式、脉冲电源种类、加工特点等方法分类。
(1)按走丝速度分,有高速走丝和低速走丝两种。高速走丝电火花线切割机(WEDM-HS)的电极丝作高速往复运动,一般走丝速度为6～11m/s,这是我国生产和使用的主要机种,也是我国独创的电火花线切割加工模式;低速走丝电火花线切割机床(WEDM-LS)的电极丝作低速单向运动,一般走丝速度低于2.5m/s,这是国外生产和使用的主要机种。
(2)按控制方式分,有靠模仿形控制、光电跟踪控制、数字程序控制以及微机控制等,前两种方法现已很少采用。
(3)按脉冲电源形式分,有RC电源、晶体管电源、分组脉冲电源以及自适应控制电源等,RC电源现已基本不用。
(4)按加工特点分,有大、中、小型以及普通直壁切割型与锥度切割型,还有切割上下异形的线切割机床等。
2.数控电火花线切割机床的结构
各种线切割机床的结构大同小异,大致可分为机床本体、脉冲电源和数控装置三大部分,如图10-39所示。
图10-39 线切割机床的结构
1-数控装置;2-脉冲电源3-工作液箱;4-走丝机构;5-工件;6-坐标工作台;7-线架;8-床身
(1)机床本体
机床本体由床身、坐标工作台、走丝机构、线架、工作液系统等几部分组成。
1)床身:材料一般为铸铁,是坐标工作台、走丝机构及线架的支承和固定基础。
2)坐标工作台:用于安装并带动工件在工作台平面内作X、Y两个方向的移动。工作台分上下两层,分别与X、Y向丝杠相连,由两个步进电机分别驱动。步进电机每接收到计算机发出的一个脉冲信号,其输出轴就旋转一个步距角,通过一对齿轮变速带动丝杠转动,从而使工作台在相应的方向上移动0.01mm。
3)走丝机构:走丝机构电动机通过联轴带带动贮丝筒交替作正、反向转动,钼丝整齐地排列在贮丝筒上,并经过丝架作往复高速移动(线速度为9m/s左右)。
4)工作液系统:由工作液、工作液箱、工作液泵和循环导管组成。工作液起绝缘、排屑、冷却的作用。每次脉冲放电后,工件与钼丝之间必须迅速恢复绝缘状态,否则脉冲放电就会转变为稳定持续的电弧放电,影响加工质量。在加工过程中,工作液可把加工过程中产生的金属颗粒迅速从电极之间冲走,使加工顺利进行。工作液还可冷却受热的电极和工件,防止工件变形。
2)脉冲电源
脉冲电源又称高频电源,其作用是把普通的50Hz交流电转换成高频率的单向脉冲电压。加工时,钼丝接脉冲电源负极,工件接正极。
3)数控装置
数控装置的主要作用是在电火花线切割加工过程中,按加工要求自动控制电极丝相对工件的运动轨迹和进给速度,来实现对工件的形状和尺寸加工。
3.数控电火花线切割的工作原理
电火花线切割的加工过程是利用一根移动着的金属丝(钼丝、钨丝或铜丝等)作工具电极,在金属丝与工件间通以脉冲电流,使之产生脉冲放电而进行切割加工的。其加工原理示意图如图10-40所示。
图10-40 电火花线切割加工原理示意图
1-贮丝桶;2-电极丝;3-导电块;4-导轮;5-工件;6-脉冲电源
电极丝经导轮由走丝机构带动进行轴向走丝运动。工件通过绝缘板安装在工作台上,由数控装置按加工程序指令控制沿X、Y两个坐标方向移动而合成所需的直线、圆弧等平面轨迹。在移动的同时,电极丝和工件间不断地产生放电腐蚀现象,工作液通过喷嘴注入,将电蚀产物带走,最后在金属工件上留下细丝切割形成的细缝轨迹线,从而达到金属分离的加工目的。
4.数控电火花线切割加工的特点与用途
(1)电火花线切割加工的特点
1)工件必须是导电材料。
2)材料的去除是靠放电时的热能作用来实现的。
3)工具电极和工件之间不直接接触,几乎没有切削力,所以加工的材料可以选用高硬度的材料(一般加工工件都可在淬火后进行)。
4)加工对象主要是平面形状,当机床上加上能使电极丝作相应倾斜运动的功能后,也可以加工锥面。但是不能加工盲孔。
5)自动化程度高、操作方便,易于实现自动化。
6)不需要制造成形电极,用简单的电极丝即可对工件进行加工。
(2)电火花线切割加工的用途
1)加工模具
适用于各种形状的冲模。调整不同的间隙补偿量,只需一次编程就可以切割凸模、凸模固定板、凹模及卸料板等。模具配合间隙、加工精度通常都能达到要求。此外,还可加工挤压模、粉末冶金模等通常带锥度模具。
2)加工电火花成形机加工用的电极
一般穿孔加工用的电极以及带锥度型腔加工用的电极,以及铜钨、银钨合金之类的电极材料,用线切割加工特别经济,同时也适用于加工微细复杂形状的电极。
3)加工高硬度材料
由于线切割主要是利用热能进行加工,在切割过程中工件与工具没有相互接触,没有相互作用力,所以可以加工一些高硬度材料,只要被加工的金属材料熔点在5000℃以下就可以。
4)加工贵重金属
线切割是通过线状电极的“切割”完成加工过程的,而常用的线状电极的直径很小(通常在0.13～0.18mm),所以切割的缝隙也很小,这便于节约材料,因此可以用来加工一些贵重金属材料。
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