电火花线切割的基本操作并不复杂,但它所涉及到的方面比较多,如电工知识、机械设备的维修保养知识、计算机知识、机械加工知识以及单片机或HL系统等方面的知识。
基本工作原理
电火花线切割加工目前在世界上主要分为高速走丝(7~11m/s)与低速走丝(0.2~1m/s),还有就是中速走丝,其走丝速度介于高速与低速之间,放电原理则与高低速走丝基本一样。
坐标工作台运动由数控系统通过两个步进电机进行控制,步进电机经过减速箱的齿轮减速增加扭矩后带动滚球丝杠副,使工件台沿两个坐标方向运动(如若进行异形面切割,还须控制上丝架的U、V轴进行运动)。线切割加工时,电极丝接脉冲电源的负极,工件接正极。接通高频脉冲电源后,当电极丝某个点与工件之间的距离小于放电间隙时,它们先在两点之间建立一个电场,然后在电场力的作用下,电极丝上大量带负电子的电子高速撞击正极工件,从而将动能转化为热能,使距离电极丝最近处的工件产生汽化,其高温一般在5000摄氏度左右,局部能达到12000摄氏度。工作液将被熔化和汽化所产生的微粒冲刷出切缝,从而在工件上形成无数的小凹痕,电极丝在数控系统的作用下连续不断在放电,从而加工出所需要的形状。
工作液的作用是急速冷却电极丝并将腐蚀物快速排出加工区,以达到连续切割的目的。
加工工艺
线切割加工中的控制参数有脉冲间隙、脉冲宽度、电压、平均加工电流、切割速度、电极丝张紧力、电极丝直径和工作液种类与污染程度等因素。
1、 脉冲宽度Ti
脉宽是单脉冲放电能量的决定因素之一,对加工速度和表面粗糙度均有很大的影响。脉宽大则表面粗糙度值大(光洁度差),但加工速度更快。
2、 脉冲间隙To
调节脉冲间隙实际上就是调节占空比(占空比为脉冲宽度/脉冲间隙),即调节其输入的功率大小,间隙越大,更有利于排除加工区域里的腐蚀物,使后续加工更加稳定。但不能改变单个脉冲能量,所以它对粗糙度影响不大,但对加工速度有较大的影响。
采用矩形波时,不同的加工厚度所对应的占空比参考值:
工件厚度 <10 <30 <60 <100 <150 >200
占空比 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 1:6~8
采用分组脉冲时,结合实际情况不同的加工百度所采用的参考值:
工件厚度mm <20 <50 <100 >100
小脉宽(Ti) 4 8 12 12
Ti/To 1:1 1:1~2 1:2~3 1:3~6
注:对于100mm以上的工件,使用分组脉冲要谨慎调节,否则易出现断丝现象。对于高厚度工件的切割应当注意占空比的调节,较小时容易断丝。
3、 加工电压
加工电压一方面影响着放电能量的大小,另一方面又影响着放电间隙,当电压波动太大(超过额定电压±10V)时就会影响到加工的稳定性,从而造成表面光洁度差或断丝,因此如有此现象时应当采用稳压措施。
注:加工工件厚度大于100mm时,应采用高电压100V。
4、 加工电流及进给速度调整
加工电流与脉宽、脉间、加工电压和进给速度都有直接的关系。调节好前三种参数后就当调节进给速度。
进给速度本身不具备提高加工速度的能力,其作用是保证加工的稳定性。当调节不当时会显著影响加工能力,并有可能造成断丝。
最佳进给速度调节可参考两个依据:
加工电流应当是短路电流的80%左右;
可通过电流表指针的摆动情况判断,正常加工时电流表指针应基本不动(电机换向和每条程序执行完再执行下一条时除外)。如是经常向下摇摆则说明欠跟踪,应调快进给速度,反之则应调慢。如指针来回大幅度摇摆则说明加工不稳定,应判明原因再作调节(脉宽等各项参数,还包括走丝机构,如导轮轴承等),否则极易断丝。
注:加工电流越大,放电间隙越大。此放电间隙与脉冲间隙不一样,与脉冲宽相当,此是指脉冲能量所能达到工件处的最远的距离。
5、电极丝张紧力及直径
线切割的电极丝有铜丝、钼丝和钨钼丝等几种。慢走丝一般用铜丝,快走丝一般用钨钼丝和钼丝,而钼丝又是快走丝机床中使用得最多的。下面就主要介绍钼丝。
钼丝的有关数据:
钼丝直径(mm) 可承受平均加工电流(A) 切割厚度(mm)
0.08 <2 <30
0.10 <3 <40
0.12 <3.5 <50
0.13 <4 <80
0.14 <4.5 <150
0.15 <5 <200
来源:苏州中航长风数控机床有限公司