数控线切割实验指导书.doc

数控线切割加工实验指导书
一、 实验目的
1. 了解数控线切割加工的原理、特点和应用。
2. 了解数控线切割机床的结构和保养常识。
3. 了解数控线切割机床的操作。
二、 实验内容
1. 讲解数控线切割机床的结构、原理、特点和应用。
2. 操作机床，加工简单的工件
3. 学生上机演示。
三、 实验设备
苏州金马线切割机床（DK7732F）一台。
四、 线切割加工介绍
1、电火花线切割的起源
1943年前苏联拉扎连柯夫妇和古雪夫几乎同时分别发明了电蚀加工和阳极机械加工， 1955年，前苏联提出电火花线切割加工( Wire Cut EDM，简称WEDM)方案并于次年生产出第一台电火花线切割机床。我国于1958年开始着手设计制造简易电火花线切割机床，并于1960年首次展出电火花线切割机样品。
2、电火花线切割加工原理
线切割加工是电火花加工的一种，其基本原理如图所示。

被切割的工件作为工件电极，钼丝作为工具电极，脉冲电源发出一连串的脉冲电压，加到工件电极和工具电极上。钼丝与工件之间施加足够的具有一定绝缘性能的工作液（图中未画出）。当钼丝与工件之间的距离小到一定程度时，在脉冲电压的作用下，工作液被击穿，在钼丝与工件之间形成瞬间放电通道，产生瞬时高温，使金属局部熔化甚至汽化而被蚀除下来。电极丝与工件之间脉冲性地火花放电，电极丝沿其轴向(垂直或Z 方向) 作走丝运动，工件相对于电极丝在X , Y 平面内作数控运动，工作台在水平面两个坐标方向各自按预定的控制程序,根据火花间隙状态作伺服进给移动,从而合成各种曲线轨迹,把工件切割成形.
电火花线切割加工设备一般由脉冲电源、自动控制系统、机床床身和工作液循环过滤系统组成。脉冲电源为电火花加工提供放电能量;自动控制系统使电极与工件间维持适当的间隙距离(通常为数微米到数百微米)，防止发生短路和拉弧烧伤等异常情况发生;机床给加工过程提供支撑，并使电极与工件的相对运动保持一定的精度，工作液有助于脉冲放电，并起冷却及间隙消电离(使通道中的带电粒子恢复为中性粒子)作用，循环过滤系统保证蚀出产物的有效排出，以防止工作液中的导电微粒过多而减小绝缘强度。
3、电火花线切割加工主要用途和适用范围
电火花加工方法是一种与机械加工性质完全不同的新工艺、新技术，它不同于普通车削等机加工，不是靠比工件材料更硬的刀具来切除工件上多余的部分，而是靠两电极间脉冲放电时产生的电腐蚀(包括热融化、气化，液动力、电子轰击等造成的工件及电极的腐蚀)对材料进行去除加工，可以用较软的材料来加工任何硬、脆、韧、软、高熔点的导电材料，如果采用特殊方法还可用来加工半导体、甚至非导电体。主要用在模具加工行业，全世界约有70%的WEDM机床是用来加工模具的。
电火花线切割加工,是电火花加工的一个分支,是一种直接利用电能和热能进行加工的新工艺，对于新型材料、传统冷加工困难的材料和复杂型腔等情况，线切割加工成为好的解决方法，为新产品试制、精密零件加工及模具制造开辟了一条新的工艺途径。
1）加工模具。适用于各种形状的模具。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。还可加工挤压模、粉末冶金模、弯曲模、塑压模等通常带锥度的模具。
2）加工电火花成形加工用的电极。一般穿孔加工用的电极和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，同时也适用于加工微细复杂形状的电极。
3）加工零件。在试制新产品时，用电火花线切割在坯料上直接割出零件，加工薄件时还可多片叠在一起加工在零件制造方面，可用于加工品种多，数量少的零件，特殊的、难加工材料的零件，材料试验样件，各种型孔、特殊凸轮、样板、成型刀具。同时还可进行微细加工，异形槽、窄槽和标准缺陷的加工等。
苏州金马公司生产的线切割机床适合加工高精度、高硬度、高韧性的导电金属模具，样板及形状复杂的零件。广泛应用于电子仪器，家用电器，精密机械，轻工，军工等部门。能加工各种高硬度、高强度、高韧性和高脆性的导电材料，如淬火钢、硬质合金等。加工时，钼丝与工件始终不接触，有0.01mm的左右的间隙，几乎不存在切削力；能加工各种冲模、凸轮、样板等外形复杂的精密零件及窄缝等；尺寸精度可达0.02~0.01mm，表面粗糙度Ra值可达1.6µm。
五、DK7732-F型机床的介绍：
一）、DK7732-F型数控线切割机床主要结构
数控线切割机床的外形如图所示，包括机床主机、脉冲电源、数控装置、工作液循环过滤四大部分。
1、机床主机部分：由床身、运丝机构、锥度装置、工作台、夹具与附件等组成。
1）床身：床身是一基座。因该机床切削力小，床身和地基采用垫铁接触。床身上安装中拖板，上拖板，通过螺母丝杆运动，实现工作台运动。床身后部连接立柱，锥度装置及卷丝筒组合件。
2）运丝部件与丝架：运丝部件上的卷丝筒旋转带动电极丝往复运动，丝架上的排丝轮，导轨保持电极丝的运动轨迹，导电块用来给电极丝加高频电。
3）锥度装置：线架的锥度通过两个步进电机控制十字拖板U、V向运动，实现锥度切割。
4）工作台：工作台及上拖板，工作台上有T型槽，是用来安装夹紧装置。
5）夹具与附件：本机床有一套夹具。
附件有上丝机构，紧丝轮组合，断丝保护装置，顶尖夹具等。
2、脉冲电源：又称高频电源，是线切割加工中提供加工电源的部件。调节功能如下：
1）、功率管个数选择开关：共8个开关，全部开通时加工峰值电流最大，全部关闭时峰值电流最小。根据加工工件的厚度选择功率管个数。一般厚度为2—5mm时开二至三只，5—10mm时开三至四只，最多开六个，留两个备用。
2）、脉冲宽度开关：分10挡，可调节脉冲电流脉宽。脉宽大时，放电能量大，可加工较厚材料。加大脉宽还可加快加工速度，但对表面质量有影响。脉冲宽度选择4—5档。
3）、脉冲间隔开关：调节脉冲脉间。脉间比例的调整，可提高加工的稳定性。脉冲间隔开关调节范围大于4小于12。
3、数控装置：以PC机为核心，配备HF编程软件。加工程序可用键盘输入或磁盘输入。其控制精度为±0.001mm，加工精度为±0.001mm。
4、工作液循环过滤：采用专门的乳化液，水泵强制循环。
二）、机床的传动路线
机床机械部分主要由床身，工作台，运丝部件，线架，冷却系统，夹具，防水罩等部件组成。传动路线如下。
1、工作台的传动路线：
X向：控制系统发出进给脉冲----步进电机Q----齿轮23/齿轮24----丝杆13----螺母14
Y向：控制系统发出进给脉冲----步进电机P----齿轮11/齿轮12----丝杆16----螺母15
控制系统 每发出一个进给脉冲，工作台就移动0.001mm，另外通过X、Y向两个摇手柄也可以让工作台实现X、Y向移动。
2、运丝部件的传动路线
电动机M----联轴节----卷丝筒高速旋转----齿轮17/齿轮18----齿轮19/齿轮20----丝杆22----螺母21带动拖板----行程开关。
运丝部件带动电极丝按一定线速度运动，并将电极丝整齐的排绕在卷丝筒上，行程式开关控制卷丝筒的正反转。
3、线架
卷丝筒带动电极丝往复运动，排丝轮，导轮保持电极丝轨迹，导电块进电，两步进电机E、B控制锥度十字拖板U、V向运动，实现锥度切割。
U向：控制系统发出进给脉冲----步进电机E----齿轮10/齿轮9----丝杆5----螺母4
V向：控制系统发出进给脉冲----步进电机B----齿轮6/齿轮8----丝杆7----螺母3
摇手柄摇动蜗轮杆副，带动上悬臂升降，实现变跨距。
4、走丝方式：
卷丝筒——排丝轮——宝石挡丝块——导电块——上导轮——下导轮——导电块——宝石挡丝块——宝石棒——断丝保护——卷丝筒。
用户可根据需要变更挂丝途径。
三）、机床的润滑和维护保养
开机前，要将各润滑部位充分润滑以保证机床的寿命和性能。
六、数控线切割机床操作方法（现场讲述）
1、机床按钮面板：
两表：A 加工电流 ， V 工件与钼丝间隙电压
七开关：急停旋钮，运丝开关，水泵开关，高频开关
功放管开关，脉宽选择开关，脉间调节开关，
1）急停按钮——按下急停按钮，运丝机构及水泵同时停止。指示灯同时亮起。
2）运丝开关按钮——按下运丝ON按钮，运丝机构开始工作，运丝指示灯灭。
3）水泵开关按钮——按下水泵ON按钮，水泵开始工作，水泵指示灯灭。
4）脉冲电源开关按钮——按下脉冲电源ON按钮，脉冲电源接通。
2、操作步骤
1）、启动电源开关
2）、把加工程序输入控制主机，修改、检查、后置、存储、调用加工程序。
3）、根据工件的厚度调节丝架跨距（允许在电极丝安装后调整，但必须在启动运丝电机前，切割工件时不得调节跨距）。
4）、绕电极丝（电极丝缠绕结束后，应手动紧丝一到两遍，紧丝时应用力均匀），
5）、工件安装在夹具上。
6）、丝速选择：根据工件厚度决定丝速，工件越厚丝速越高。
（允许运丝电机开机选择，但不得在切割时选择）
7）、开运丝电机（不得接触运丝筒、电极丝和工件）。注意：确定手摇把不在丝筒上。
8）、开水泵电机，调节喷水量。
开水泵时，请先把调节阀调至关状态，然后逐渐开启，调节至上下水柱包容电极丝，水柱射向切割区即可，水量不必太大。注意造成冷却液飞溅
9）、开高频，选择电参数：用户可根据对切割效率或表面粗糙度的要求进行选择。电极丝切入时，把脉冲间隔相对拉开，待切入后，稳定时再调节脉冲间隔，使加工电流满足要求。
10）启动程序运行，进入切割时，调节电位器旋钮，观察机床电流表，使指针稳定。
（允许电流表指针略有晃动）
11）加工结束：应先关脉冲电源，然后关水泵电机，再关运丝电机，检查X、Y坐标是否到终点，到终点时拆下工件并检查质量；
（注：控制柜控制面板上有红色急停按钮，工作中如有意外情况或误操作发生，按下此开关即可断电停机。）

进入全绘式编程界面
1 清屏；
2 绘图（用cad绘图存为dxf格式文件，再调用dxf文件，或直接在本机作图）；
3 排序（复杂的图形，在cad中绘，不考虑绘图顺序，只需加排序一步）；
4 添加引入引出线（加工时的钼丝的切入线）；
5 执行,间隙补偿、后置，生成G代码存盘；

转到加工界面，
6 读盘,读所存的G代码程序；
7 工件装夹 钼丝定位；
8 开运丝电机 、开工作液 、开高频；
9 加工界面上点切割，进行加工；
10 加工结束，关机，关电源。

七、数控线切割机床编程方法（见HF使用说明书）
八、实验报告

实验报告要求：
1、用规范的实验报告纸
2、写清实验的目的、原理、内容、方法、设备等。
3、本实验为演示性实验，写出心得体会。

思考题
一、线切割加工的原理特点及应用。
二、如何上丝，调整，润滑？（保养“十字”作业方针？）
三、如何提高加工的质量？
(1)合理安排切割路线。指导思想是尽量避免破坏工件材料原有的内部应力平衡，防止工件材料在切割过程中因在夹具等作用下，由于切割路线安排不合理而产生显著变形，致使切割表面质量下降。
(2)正确选择切割参数。加工过程中应将各项参数调到最佳适配状态。对于不同的粗、精加工，其丝速、丝的张力和喷流压力应以参数表为基础作适当调整，为了保证加工工件具有更高的精度和表面质量，应在不断丝的前提下适当调高丝速和张力。 (3)注意加工工件的固定。当加工工件行将切割完毕时，其与母体材料的连接强度势必下降， 此时要防止因加工液的冲击使得加工工件发生偏斜，
(4)实施少量多次加工。对于这个量，一般由机床的加工参数决定，
四、如何作异面合成？
随着生产技术的发展,要求数控线切割能切割加工具有落料角的冲模,亦即电极丝不仅能始终处于垂直运动状态,也能根据需要倾斜某一角度。其基本原理是：除了工件(工作台) 能在X , Y 轴方向作数控运动外,电极丝的上支承(上导轮) 在水平面内也可作小距离的运动,称作U ,V 轴运动。受编程软件等的限制，最初的四轴联动数控线切割机床只能切削上下截面相似的模具或工件. 后来开发采用了可以对X , Y 轴和U ,V 轴分别编程的软件,于是可以切割出上下异形锥面的模具和工件,即所谓“天圆地方”形，可以切割出一边截面是红桃,另一边截面是草花的工件,只要在两端各自编程时定出电极丝切割的对应点. 但是这类X , Y ,U ,V 四轴联动的切割方法仍加工不出螺旋表面、正弦曲线表面等多维复杂曲面来。