电火花线切割加工方法

电 火 花 线 切 割 加 工 方 法 的 研 究

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目 录

第一章1.1 1.2 1.3 1.4

第二章2.1 2.2

电火花线切割加工机理 脉冲电源 机械系统 断丝机理 加工控制

电火花线切割加工质量 电火花线切割加工精度 工艺参数对加工精度的影响

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第一章 电火花线切割加工机理

1.1 脉冲电源

电火花线切割的加工用的脉冲电源的作用是把工频交流电源转换成一定频率的单向脉冲电流，以供给电极放点间隙所需要的能量来蚀除金属。脉冲电源对电火花加工的生产率、表面质量、加工精度、加工过程的稳定性和工具电极损耗等技术经济指标有很大影响。电火花线切割脉冲电源的形式品种很多，如晶体管矩形波脉冲电源、高频分组脉冲电源、节能型脉冲电源等。

1.1.1 对脉冲电源的要求

对电火花线切割加工用脉冲总的要求是：

（1）有较高的加工速度 不但在粗加工时要有较高的加工速度，而且在精加工

时也应具有较高的加工速度。 （2）工具电极损耗低

（3）加工过程稳定性好 在给定的各种脉冲参数下能保持稳定加工，抗干扰能

力强、不易产生电弧放电、可靠性强、操作方便。

（4）工艺范围广 不仅能适应粗、中、精加工的要求，而且要适应不同工件材

料的加工。

脉冲电源要都满足上述要求是困难的，一般来说，为了满足这些总的要求，对电火花线切割加工脉冲电源的具体要求是：

1）

所产生的脉冲应该是单向的，没有负半波或负半波很小，这样才

能最大限度的利用极性效应，不过受工件表面粗糙度和电极丝允许承载电流的，线切割加工脉冲电源的脉宽较窄（2～60μs）,单个脉冲能量、平均电流（1～5A）一般较小，所以线切割加工总是采用正极性加工。

2）

脉冲的主要参数，如峰值电流 ie、脉冲宽度ti 、脉冲间隔t0

等应能在很宽的范围内调节，以满足粗、中、精加工的要求。

3）

脉冲电源不仅要考虑工作稳定可靠、成本低、寿命长、操作维修

方便和体积小等问题，还要考虑节省电能。

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1.1.2 晶体管矩形波脉冲电源

晶体管矩形波脉冲电源是利用功率晶体管作为开关元件而获得单向脉冲的。它具有脉冲频率高、脉冲参数容易调结、脉冲波形较好、易于实现多回路加工和自适应控制等自动化要求的有点，所以应用非常广泛，特别在中、小型脉冲电源中，都采用晶体管式电源。

如图1所示，控制功率管VT的基极以形成电压脉宽t 、电流脉宽te和脉冲间隔

t0，限流电阻R1、R2决定峰值 ie 。

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¦ΜVT1R10tVT2tet0R2tet1+80V控制电路0^eit图 1 晶体管矩形波脉冲电压、电流波形及其脉冲电源江苏迅达电磁线有限公司—线切割

1.1.3 高频分组脉冲电源

高频分组脉冲波形如图2所示，它是矩形波派生的一种波形，即把较高频率的小脉宽ti 和小脉间t0 的矩形波脉冲分组成为大脉宽Ti和大脉间T0输出。

矩形波脉冲电源对提高切割速度和减小表面粗糙度这两项指标是相互矛盾的，高频分组脉冲波形在一定程度上能解决这两者的矛盾，在相同工艺条件下，可获得较好的加工工艺效果，因而得到广泛应用。

图3为高频分组脉冲电源的电路原理图。图中的高频脉冲发射器、分组脉冲发生器和与门电路生成高频分组脉冲波形，然后经脉冲放大和功率输出，把高频分组脉冲能量输送到放电间隙。一般取t0≥ti,Ti=(4～6)ti。

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TiT0tit0图 2 高频分组脉冲电压波形江苏迅达电磁线有限公司—线切割

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高频短脉冲发生器与门电路脉冲放大功率输出分组脉冲发生器直流电源图 3 高频分组脉冲电源的电路原理框图江苏迅达电磁线有限公司—线切割

1.1.4 节能型脉冲电源

为了提高电能利用率，近年来除用电感元件L来代替限流电阻，避免了发热损耗外，还把L中剩余的电能反输给电源。图4为这类节能电源的主回路原理及其波形图。

¦Μtit0VT1Lii+-+t-+ 80 100V

+C工件钼丝^ei- tVT2a)图 4 线切割节能型脉冲电源主回路和波形图 a）主回路图 b）电压电流波形图te＇teb)图4 a中，80～100V（+）的电压和电流经过大功率开关元件VT1（常用V-MOS管或TGBT），由电感元件L电流的突变，在流过工件和钼丝的放电间隙，最后经大功率开关元件VT2流回电源（-）。由于用电感L（扼流线圈）代替了限流电阻，当主回路中流过如图4b中的矩形波电压脉宽ti时，其电流波形由零按斜

线升至 ie最大值（峰值）。当VT1、VT2瞬时关断截止时，电感L中电流不能突然截止而继续流动，通过两个二极管反输给电源，逐渐减小为零。把储存在电感L中的能量释放出来，进一步节约了能量。

由图4b对照电压和电流波形可见，VT1、VT2导通时，电感L为正向矩形波；放电间隙中流过的电流由小增大，上升沿为一斜线，因此钼丝的损耗很小。当

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VT1、VT2截止时，由于电感是一储能惯性元件，其上的电压由正变负，流过的电流不能突变为零，而是按原方向流动逐渐减小为零，这一小段“续流”期间，电感把储存的电能经放电间隙和两个二极管反输给电源，电流波形为锯齿形，更加快切割速度，提高电能利用率，降低钼丝损耗。

这类电源的节能效果可达80%以上，控制柜不发热，可少用或不用冷却风扇，钼丝损耗很低，切割20万mm2，钼丝仅损耗0.5μm;当加工电流为5.3A时，切割速度为130mm2/min；当切割速度为50mm2/min时，表面粗糙度Ra≤2.0μm。此电源已由苏州三光科技有限公司获得发明专利。

1.1.5 低速走丝线切割加工的脉冲电源

低速走丝线切割加工有其特殊性：一是丝速较低，电蚀产物的排泄效果不佳；二是昂贵的设备，必须有较高的生产率，为此常采用镀锌的黄铜丝作线电极，当火花放电时瞬时高温使低熔点的锌迅速溶化、气化爆炸式地、尽可能多地把工件上熔融的金属液体抛入工作液中。因此要求脉冲电源有较大的峰值电流，一般都在100～500A，但脉宽te极短（0.1～1μs），否则电极丝将被烧断。

由此看来，低速走丝的脉冲电源必须能提供窄脉宽、大峰值电流。结合节能要求，在功放主回路中往往既无限流电阻，又无限流电感（有的利用导线本身很小的潜布电感来适当阻止加工电流过快的增长。这类脉冲电源的基本原理是由一频率很高（脉宽约0.1～1μs可调）的开关来触发、驱动功率级高频IGBT组件，使其迅速导通，因主回路中无电阻和电感，瞬时流过很大的峰值电流，达到额定值时，主震级开关电路使功率级迅速截止，然后停歇一段时间待放电间隙消电离恢复绝缘后，再由第二个脉冲触发功率级，如此重复循环。

此外，为了防止工件接（+）在水基工作液中的电解（阳极溶解）作用，使得电极丝出、入口处的工作表面发黑，影响表面质量和外观，有的脉冲电源还具有防电解功能。具体原理是在脉冲停歇时间内，使工件上带10V左右的负电压。

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1.1.6 脉冲电源参数

电火花加工用脉冲电源即脉冲发生器，它的作用是把普通50H2的交流电转

应用 快速切割或较厚工件Ra＞2.5μm 半精加工Ra=1.25μm 精加工Ra＜1.25μm 电流峰值Ic/A 大于12 6～12 4.8以下 脉冲宽度ti/μs 20～40 6～20 2～6 脉冲间隔t0/μs 为实现稳定的加一般为工一般选择t0/ 70～90 ti=3～4 空载电压 表1 快走丝线切割加工脉冲参数的选择

换成频率较高的单向脉冲电流，以使电极间隙产生电火花放电来蚀除金属。脉冲电源对放电加工的加工速度、表面质量、加工过程的稳定性和工具电极的损耗等技术经济指标有很大的影响。脉冲电源参数包括电流峰值、脉冲宽度、脉冲间隔、空载电压、放电电流，快走丝线切割加工脉冲参数的选择见表1，快走丝线切割加工脉冲参数的选择见表2。

1．电流峰值

电流峰值指短路时放电电流的瞬时最大值，在其他参数不变时，电流峰值增大，切割速度明显增大，但表面质量会变差，电极丝的损耗加大甚至断丝。

2．脉冲宽度

脉冲宽度是指脉冲电流持续的时间，在其他参数不变时，脉冲宽度增大，切割速度明显加快，电蚀物随之增加，来不及排出，造成切割过程不稳，反而使切割速度下降，表面质量变差，电极丝的损耗加大甚至断丝。试验证明改变脉冲宽度不如改变电流峰值对切割速度影响显著。

3．脉冲间隔

脉冲间隔是指两个连续脉冲之间的时间，它直接影响平均电流，在其他参数不变时，脉冲间隔减小相当与增加了单位时间内的放电次数，平均电流增大，切割速度加快，但脉冲间隔过小，会造成电弧放电和断丝。

4．空载电压

空载电压是指放电间隙被击穿之前的极间峰值电压，对电流峰值和加工间隙有影响。提高空载电压，加工间隙增大，切缝宽，易排屑，提高了切割速度和加

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工稳定性，但易造成电极丝振动，使加工面质量变差，也会造成电极丝损耗增大。

5．放电波形

电流波形的前沿上升比较缓慢时，电极丝损耗少，不过当脉冲宽度很窄时，必须要有陡的前沿才能进行有效的切割。在相同的工艺条件下，高频分组脉冲常常能获得较好的加工效果。

表2 慢走丝线切割加工脉冲参数的选择

工件材料 WC 加工液导电率 10×104Ω·cm 电极丝直径 φ0.2mm 加工液压力 第一次切割 1～2kg/cm2 电极丝张力 0.2A/（120g） 第二次切割 1～2kg/ cm2 电极丝速度6～10mm/min 加工液流量 上/下 5～6L/min 加工条件编工件厚度/mm 号 1st 2nd 20 3rd 4th 1st 2nd 30 3rd 4th 1st 2nd 40 3rd 4th 1st 2nd 50 3rd 4th 1st 60 2nd C725 H129 58 1.5 C755 C785 C463 H113 H108 H179 42 30 35 1.3 0.7 7.0 C755 C785 C453 C725 H113 H108 H178 H128 65 30 35 58 1.1 0.7 7.0 1.5 C755 C785 C443 C725 H114 H109 H178 H128 60 60 34 60 0.7 0.3 7.5 1.5 C755 C785 C433 C725 H115 H110 H174 H124 65 60 32 60 0.5 0.3 7.2 1.0 C423 C725 H175 H125 62 60 7.0 1.0 2.0～2.6 7.0～8.0 9.0～10.0 9.0～10.0 1.5～1.8 6.0～7.0 9.0～10.0 9.0～10.0 1.2～1.5 5.0～6.0 9.0～10.0 9.0～10.0 0.9～1.1 4.0～5.0 6.0～7.0 9.0～10.0 0.8～0.9 4.0～5.0 偏移量编号 电压/V 电流/A 速度/（mm/min） - 10 -

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3rd 4th 1st 2nd 70 3rd 4th 1st 2nd 80 3rd 4th 1st 2nd 90 3rd 4th 1st 2nd 100 3rd 4th C755 C785 C473 C725 C755 C785 C483 C725 C755 C785 C493 C725 C755 C785 C493 C725 C755 C785 H114 H109 H185 H135 H115 H110 H185 H135 H115 H110 H185 H135 H115 H110 H185 H135 H115 H110 42 30 33 55 35 30 33 55 35 30 34 52 30 30 34 52 30 30 1.3 0.7 6.8 1.5 1.5 1.0 6.5 1.5 1.5 1.0 6.5 1.5 1.5 1.5 6.3 1.5 1.5 1.0 6.0～7.0 9.0～10.0 0.6～0.8 3.5～4.5 4.0～5.0 7.0～8.0 0.5～0.6 3.5～4.5 4.0～5.0 7.0～8.0 0.5～0.6 3.0～4.0 3.5～4.5 7.0～8.0 0.4～0.5 3.0～4.0 3.0～4.0 7.0～8.0

1.2 机械系统

机床是线切割加工设备的主要部分，其结构形式和制造精度都直接影响到加工性能。机床一般由床身、工作台、走丝机构、丝架、工作液循环系统等几部分组成。 1．床身

床身为机床的支撑体，是安装其他部件的基础，通常采用箱式结构。床身内部放置机床电器。 2．工作台

工作台部件用来安放工件。由上下拖板、导轨、丝杆螺母副及变速机构4部分组成，其工作原理是驱动电动机通过变速机构将动力传递给丝杆螺母副，丝杆

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螺母副将传递过来的旋转运动变成沿坐标轴的直线运动，从而获得各种平面图形的曲线轨迹。

工作台的传动通常采用高精度丝杆螺母副，为保证定位精度和灵敏度，传动丝杠与螺母之间必须消除间隙。 3．走丝机构

走丝机构可分为高速走丝机构和低速走丝机构。

高速走丝机构的电极丝做高速往复运动，一般走丝速度为8～10 m／s,走丝速度等于储丝筒周边的线速度，在运动过程中，电极丝由丝架支撑，并依靠导轮保持电极丝与工作台垂直或倾斜一定的几何角度；

低速走丝机构的电极丝做低速单向运动，一般走丝速度低于0.2 m／s，

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图5 快速走丝线切割机床

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4，工作液循环电火花线切割加工必须在工作液中进行，其方式可将被加工工件浸在工作液中，也可以采用电极丝冲液的方式。一般情况下，工作液应具有以下几个方面的要求：

(1)工作液应具有一定的绝缘性。绝缘能力过高，介质击穿所耗能量过大，会降低蚀除量；绝缘能力过低，工作液成了导电体，则不能产生火花放电。 (2)有较好的冷却性能。电火花放电的局部瞬时温度极高，为了防止产生过热现象，必须使切削部位充分拎却．以带走火花放电时产生的大量热量。 (3)有较好的洗涤性能，利于排屑。

(4)有较好的防锈性能，利于机床维护和工件防锈。 (5)工作液对人体应无害，工作时，不放出有害气体。

不同的工艺条件需要不同的工作液，在低速走丝线切割加工中常采用去离子水和煤油作为工作液；高速走丝线切割加工中常采用乳化液作为工作液。加工时，工件的厚度、表面粗糙度要求不同，则选取工作液的型号也不同。另外，工作液的配比对加工的效果也会有很大影响，比如在低速走丝线切割加工中．对不同要求的零件应选取不同导电率的离子水；在高速走丝机床上，新配的工作液加工效果并不良好．往往要经过一段时间切割后，加工效果才能达到最佳，但工作液不能太脏，否则容易引起电弧放电．烧坏电极。

1.3 断丝机理

造成断丝的原因是多方面的，工件材料的不同、工作液的性能优劣、电极丝的磨损、电极丝的张紧力、机床的导丝结构以及切割工艺参数的合理性等都与稳定线切割加工过程，提高线切割加工质量和延长电极丝的使用寿命有关。

1.3.1 跟工件有关的断丝

（1） 工件经热处理后工件内部存在内应力，在切割过程中造成内应力释放，夹

住钼丝而造成断丝。如果在工件热处理前加工穿丝孔，从工件内侧进行切割可以避免内应力造成断丝。

（2） 切割工件后，由于废料自重较大，在脱落瞬间夹住钼丝造成断丝。在切割

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快完成时，可以用磁铁同时吸住废料和工件，或用夹具（如压板）夹住，等待加工完成后再去下废料。

（3） 铸造类零件在铸造过程中可能造成的沙眼、气孔，工件内部有不导电的杂

质，在切割过程中可能会拉断丝。对于此类零件，条件许可情况下可以采用探测工具探测零件内部材质是否均匀，对于不具备条件的应该随时监测切割过程中机床仪表，对于电压或者电流突变情况应该及时处理。 （4） 工件切入点处或者穿丝孔在热处理后可能会有不导电的氧化物等杂质造

成无法切割，造成断丝。对此可以用锉刀或者砂轮打磨工件切入点，去除不导电物质，露出导电部分在切割。

（5） 工件表面覆盖层（如塑料薄膜，油漆等）不导电造成的断丝。工件接脉冲

电源正极，钼丝接脉冲电源负极，如果工件由于覆盖层跟脉冲电源正极接触不良，则无法放点加工，可能会拉断钼丝，因此必须保证工件和脉冲电源正极可靠连接，必要时首先去除掉工件表面覆盖层。

1.3.2 跟工作液有关的断丝

（1） 工作的浓度不合理造成断丝。工作液浓度要合理，首先要选择质量好的工

作液，水质好，然后根据零件不同的加工工艺指标要求进行工作液配置，配比一般为5%～20%。通常电火花线切割机床每天工作8h，连续使用8～10天后就需要更换新的工作液，否则容易断丝。对于大厚度或要求要求切割速度高的工件可以将工作液浓度降低5%～8%左右，这样加工稳定；而对于加工质量要求高的工件，工作液配比可以提高到10%～20%。 （2） 工作液冲刷不足造成的断丝。工作液的作用之一就是冲刷切缝，冷却钼丝

和工件，排除蚀除物。工作液喷出时如果冲击力过大可能会造成钼丝偏移，放电不均匀；冲击力过小时则工作液喷出不足，无法冲入切缝中，无法放电，造成放点条件恶劣，无法排出蚀除物造成断丝。因此要定时检查喷嘴和回流通道是否堵塞，工作液喷出速度要合理，对于大厚度零件可以开大工作液喷出速度，使得工作液能充分进入切缝进行冷却和排屑。 （3） 工作也不够或者堵塞造成无切削液加工，钼丝很快会烧断。因此，机床工

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作过程中要不定时检查工作液是否足够，循环通道是否畅通。

1.3.3 跟走丝机构有关的断丝

（1） 跟导电块有关的断丝。导电块通常是压住或者抬起钼丝的一点，由于

钼丝运行长时间接触导电块，导电块会有沟痕，沟痕过大会夹断钼丝，因此应该定期将导电块旋转一定的角度，或者直接更换导电块。 （2） 跟导轮有关的断丝。钼丝听过导轮导向，因此到轮的精度影响钼丝运

行，其中支持导轮的轴承影响刀轮的轴向和径向跳动，进而影响到钼丝放电加工时的稳定性，因此，应该严格按照机床保养说明定期喷住润滑脂或者更换轴承，乃至直接更换导轮组件。

（3） 张紧机构造成的断丝。如果张丝的时候重锤过重，在张丝过程中也可

能会造成断丝，或者钼丝超过弹性变形的限度，钼丝在运转过程中由于频繁换向、频繁的放电以及冷却，很快也会断丝。因此，张丝的时候应该合理的选择重锤个数进行张进。

（4） 储丝筒造成的断丝。储丝筒的径向跳动会造成钼丝切割过程中张力突

变，会拉断钼丝，轴向跳动还会造成叠丝，更容易造成断丝。因此应该定期检测储丝筒精度并调整。

（5） 钼丝在储丝筒上缠绕不合理造成的断丝。钼丝在储丝筒两端应该预留

5～10mm宽度的钼丝，否则钼丝在换向时张紧力不均匀容易挣断钼丝，如果钼丝在储丝筒上有叠丝也会造成断丝，因此应该在张丝时调整钼丝在储丝筒上排列合理。

（6） 储丝筒运转电机的换向机构失灵造成的断丝。储丝筒运转电机的换向

通过手动调节储丝筒的轴向行程，开关压板压下行程开关后电机应该换向，如果开关压板没有固定好或者没有压下行程开关，或者行程开关失灵，从而会造成储丝筒超程拉断钼丝。因此，机床运行前应该保证行程开关和开关压板可靠工作。

（7） 钼丝没有放置在到轮的槽中造成的断丝。装钼丝时如果钼丝没有放置

在正常的走丝路径上，如导轮槽外等，开机即会拉断丝，后果很严重。

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所以穿好钼丝后一定检查一遍走丝路径，看钼丝是否在正常的走丝路径上。

（8） 钼丝热胀冷缩造成断丝。工件加工完毕后，如果钼丝停靠在储丝筒的

中间段，若钼丝长得过紧则在冷却后可能会挣断钼丝。因此，钼丝应该停靠在储丝筒的一端，如果不加工零件还应该松开丝头一端。

1.3.4 跟编程有关的断丝

（1） 工件加工编程路径不合理造成的断丝。选择了容易造成工件切割过程

中变形的走丝路径，工件变形时夹断钼丝，而且切割出来的凸模尺寸精度低。应选择整个加工过程中，尽量保持工件变形最小的走丝路径，而且切割出来的凸模尺寸精度高。

（2） 二次切割造成的断丝。如果切割过程中断丝，机床会有回退功能，重

新上新钼丝后沿着原切割路径从头开始切割，则由于第一次切缝后的缝隙，再次切割放电会不均匀，钼丝损耗会比较严重。可以通过更改切割路径，使钼丝反向走丝切割，进而避免钼丝的严重损耗引起的断丝。

1.3.5 跟钼丝本身有关的断丝

（1） 钼丝质量差造成的钼丝。钼丝质量不好可能会造成断丝，应该选择质量好

的钼丝进行加工。

（2） 钼丝损耗造成的断丝。正常情况下钼丝每切割10000mm2直径损耗大概为

0.001～0.02mm，因此钼丝损耗过多且寿命到期后，尤其是将要再次长时间一次性切割一个零件，为了避免切割中可能会断丝，也为了保证加工质量，应该及时更换新的钼丝。

（3） 钼丝张紧力不合适造成的断丝。走丝路径长短以及合理与否对张力影响很

大，而且新上钼丝伸长后容易短路回退，如果跳出导轮也容易拉断钼丝。因此，钼丝张紧力要定期调整到合适大小。

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（4） 废除的断丝头造成的断丝。钼丝固定端剪断的钼丝如果混入线路中或者在

丝筒上面叠丝也会造成断丝，因此，剪掉的钼丝应该放入专用容器中，避免引起断丝。

（5） 钼丝打折或者叠丝造成断丝。钼丝不耐弯曲，因此钼丝打折或者在储丝筒

上叠丝都很容易造成断丝，对此，在上丝或者调整钼丝张力的时候一定要注意。

1.3.6 跟切割工艺参数有关的断丝

（1） 工艺参数设置不合理造成的断丝。工艺参数选择不合理会对钼丝损耗有很

大影响，过大的损耗会加快断丝。工艺参数的选取应该根据具体的零件而选择，如零件的材质、尺寸、精度要求等。参数选取一般由操作人员凭经验选取，也可以凭借一些智能技术，如神经网络中的BP算法等进行优化选取切割工艺参数。

（2） 对于大厚度零件，通常排屑困难，工作也很难进入切缝中去，因此进给速

度不能太快，否则容易引起短路或拉弧现象，从而很快烧断钼丝。所以要选择大的脉宽等，让工作液充分冲刷切缝中的蚀除物，否则加工不稳定，烧断钼丝，但是过大的工作电流也很容易烧断钼丝。

（3） 对于薄壁类零件，如果进给速度过快，也容易造成频繁短路，钼丝也很容

易烧断或拉断。因此，切割工艺参数选择不能过大。

1.4 加工控制

1.4.1线切割机床的加工原理

（1）线切割——数控电火花线切割加工的简称。

（2）工作原理：利用移动的金属丝作工具电极，并在金属丝和工件间通以脉冲电流，利用脉冲放电的腐蚀作用对工件进行切割加工的。 （3）由于它利用的是丝电极，因此，只能作轮廓切割加工。

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（4）工作原理如图6所示。

图6 线切割机床的加工原理

1－－数控装置 2－－储丝简 3－－导轮 4－－电极丝 5－－工件 6－－喷嘴 7－－绝缘板 8－－脉冲发生器 9－－液压泵 10－－水箱 11－－控制步进电动机

（5）当工件与线电极间的间隙足以被脉冲电压击穿时，两者之间即产生火花放电而切割工件。

（6）通过数控装置l发出的指令，控制步进电动机11，驱动X、Y两托板移动，可加工出任意曲线轮廓的工件。

1.4.2 加工控制功能

线切割加工控制和自动化操作方面的功能很多，并有不断增强的趋势，这对节省准备工作量、提高加工重量很有好处，主要有： 1）进给速度控制

能根据加工间隙的平均电压或放电状态的变化，通过取样、变频电路，不定期地向计算机发出中断申请，暂停插补运算，自动调整伺服进给速度，保持某一平均放电间隙，使加工稳定，提高切割速度和加工精度。 2）短路回退

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经常记忆电极丝经过的路线。发生短路时，改变加工条件并沿原来的轨迹快速后退，消除短路，防止断丝。 3）间隙补偿

线切割加工数控系统所控制的是电极丝重心移动的轨迹。因此，加工有配合间隙冲模的凸模时，电极丝中心轨迹应该向原图形之外偏移，进行“间隙补偿”，以补偿放电间隙和电极丝的半径；加工凹模时，电极丝中心轨迹应向图形之内“间隙补偿”。

4）图形的缩放、旋转和平移

利用图形的任意缩放功能可以加工出任意比例的相似图形；利用任意角度的旋转功能可使齿轮、电动机定转子等类零件的编程大大简化，只要编一个尺形的程序，通过旋转功能就可切割出整个齿轮；而平移功能则同样极大地简化了跳步模具的编程。 5）适应控制

在切割工件厚度变化的场合，改变规准之后，能自动改变伺服进给速度或电参数（包括加工电流、脉冲宽度、间隔），不用人工调节就能自动进行高频率、高精度的稳定加工。 6）自动找中心

使孔中的电极丝自动找正后停止在孔中心处。 7）信息显示

可动态显示程序号、计数长度等轨迹参数，较完善的采用计算机CRT屏幕显示，还可以显示电规准参数、切割轨迹图形和切割速度、切割时间等。 此外，线切割加工控制，还具有故障安全（断电记忆等）和自诊断等功能。

1.4.3 线切割的加工形式

线切割加工可以分为平面加工、锥度加工和二次切割加工等。 1，平面加工

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平面加工——是指电极丝在加工过程中始终是严格垂直的，电极丝只在X、Y方向移动，进行二维平面外形的加工。 2，锥度加工

锥度加工——是指在加工过程中，通过对X、Y、U、V轴的控制，实现上下异形的立体加工。

在进行锥度加工时需要指定变量的值： A：定义所要加工的锥度、 Z1：程序面高度

Z2：加工速度显示面高度、 Z3：上导嘴到工作台上表面距离（等于ΔZ3 S Z5） ΔZ3：用于确定Z3的参数，该参数在设备安装调试后由系统自动测定 S：上导嘴与工件上表面间隙，在工件装夹完毕后用塞尺测出，一般取0.1～0.2mm为宜。

Z4：下导嘴到工作台上表面距离，该参数在设备安装调试后由系统自动测定； Z5：与程序面对应的非程序面高度。

图7 锥度加工装置

1-电极丝回收 2-电极丝下导轨 3-电极丝上导轨 4-电极丝供给 5-V轴驱动器

6-U轴驱动器 7-Y轴驱动器 8-X轴驱动器 9-数控纸带

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图8

A：定义所要加工的锥度；Z1：程序面高度； Z2：加工速度显示面高度；

Z3：上导嘴到工作台上表面距离（等于ΔZ3 S Z5） ；Z5：与程序面对应的非程序面高度； ΔZ3：用于确定Z3的参数，由系统自动测定；S：上导嘴与工件上表面间隙，一般取0.1～

0.2mm为宜。

图9 锥度

锥度A值的正负号定义与所使用的丝半径偏置方式（G41、G42）有关

3，二次切割加工

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（1）二次切割加工——预先留出精加工余量进行第一次切割加工，然后针对留下的精加工余量，把加工条件改为精加工条件，分段缩小偏置量，再进行切割加工。

（2）一般可分为1～5次切割，称为二次切割加工法。 二次切割加工有如下三个目的：

1）可去掉第一次切割时在起始接头处留下的凸起部分。

2）改善表面粗糙度。逐渐改变每次切割时的电条件，降低单个脉冲能量，改善加工表面粗糙度。 3）提高尺寸精度。

经过热处理的材料，内部会产生应力，这种应力在内部是处于稳定状态的，但经过线切割放电机加工后，会破坏这种稳定状态，使内部应力释放，产生变形。 对粗加工后的工件，再进行1～4次的精加工，可改善表面粗糙度，还能修正尺寸精度。

图10 一次切割留下的凸起部分

A值的正负号定义4 锥度加工参数意义

1.4.4 加工环境

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环境的选择与线切割电放电加工设备及其操作人员有直接关系，环境选择的好坏有以下影响：其一，损坏设备性能及精度，使其机床寿命缩短；其二，影响工件加工精度，造成品质不良；其三，对操作者的安全及身体健康也有危害。故而，在环境场所的选择应考虑以下事项：

1，满足线切割机床所要求的空间尺寸； 2，选择能承受机床重量的场所； 3，选择没有振动和冲击传入的场所。

线切割放电机床是高精度加工设备，如果所放置的地方有振动和冲击，将会对机台造成严重的损伤，从而严重影响到加工精度，缩短其使用寿命，甚至导致机器报废。

4，选择没有粉尘的场所，避免留太多的通道旁边；

（1） 线切割放电机床本身的特性，空气中有灰尘存在将会使机器的丝

杆受到严重磨损，从而影响使用寿命；

（2） 线切割放电机床属于计算机控制，计算机所使用的磁盘对空气中

灰尘的要求相当严格，当磁盘内有灰尘进入时，磁盘就会被损坏，同时也会损坏硬盘；

（3） 线切割放电机床本身发出大量热，所以控制柜内需要经常换气，

若空气中灰尘太多，则会在换气过程中附积到各个电器组件上，造成电器组件散热不良，从而导致电路板被烧坏掉，因此，机台防尘网要经常清洁。

5，选择温度变换小的场所，避免阳光通过窗户和顶窗玻璃直射及靠近热流的地方

（1） 高精密零件加工产品需要在恒定的温度下进行，一般室温为20

0

C;

（2） 由于线切割放电机器本身工作时产生相当大的热量，如果温度变

化太大则会对机器使用寿命造成严重影响。

6，选择屏蔽屋；因线切割放电加工过程属于电弧放电过程，在电弧放电过程中会产生强烈的电磁波，从而对人体健康造成伤害，同时会影响到周围的环境。

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7，选择通风条件好，宽敞的厂房，以便操作者和机床在最好的环境下工作。

第二章 电火花线切割加工质量

2.1 电火花线切割加工精度

加工精度包括：被加工工件的外形精度，位置精度及表面粗糙度。影响电火花线切割机床加工的因素主要有偏移量、取件位置、切割路线、起点、装夹与定位及引入、超出、超切、回退程序等。 2.1.1 外形精度

1，被加工工件的外形精度是指从XY平面看到的加工外形的平面精度（即尺寸精度），被加工表面的Z向垂直度。

2，提高外形精度：要求切割面的线性度要小。即：被加工表面要均匀平滑，垂直度小。

3，慢走丝线切割加工的工件多为正腰鼓形，即工件中部凹进， 4，快走丝却相反，一般是工件中部凸出。

2.1.2 位置精度

1，位置精度——是指所切割轮廓间的相对位置偏差。 2，位置精度的决定因素：

a.机床本身的精度，即机床的机械精度和控制精度； b.操作过程中所选用的定位方式。

2.1.3 加工表面粗糙度

1，表面粗糙度——是指加工后轮廓表面的微观不平度。 2，表示粗糙度的参数主要有：Rɑ、Rz、Ry。

3，慢走丝线切割加工的表面粗糙度用下列公式表示：Ry = kz tk0.38 Ip0.34 式中：κz为常数；tk为脉冲宽度（μs）；Ip为脉冲峰值电流（A）。

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2.1.4 保证线切割机床加工精度的措施

1， 反响间隙补偿量的测量

（1） 将磁性表座吸在X、Y台面上，将千分表夹在表坐上，移动X轴，使千分

表的探头与线架下臂接触，表的探头方向与X轴平行，同时X、Y台面平行。

（2） 移动X轴，使表针指向千分表量程的1/3处；

（3） 在主菜单下F5（人工）菜单中按F2选择单步子菜单，在单步菜单中，按

F6功能键选择步长为+100μm，按F1使X轴正方向移100μm，记取千分表上的读数X1，再按F1使X轴正方向再移动100μm，记取千分表上的读数F2，按键选择步长为-100μm，按F1移动X轴，记取千分表上的读数X3，这样将X=X3-X1即得到X轴补偿量。 （4） 用同样的方法测出Y轴的补偿量Y；

（5） 在主菜单下按F4（设置）键，进入设置功能子菜单，按F2进入间隙设定

子菜单，分别按F1，F2，按提示输入补偿量X、Y，输入的补偿量以绝对值略小于测得值为宜，如测得X轴为-1.5μm输入-1μm；

（6） 反复（1）～（5）操作，使测得补偿量值为最小，注意，再次测得的补偿

量输入时应与上次的补偿量相加，如系统已显示齿补量为3μm，又测得为-1μm，则应输入2μm。 2，

确定钼丝偏移量

编程时首先要确定钼丝中心运动轨迹与切割轨迹之间的偏移量，如图所示，f=d/2+z，式中：d为钼丝直径；z为单边放电间隙。放电间隙与工件材料、结构、走丝速度、钼丝张紧情况、导轮的运行状态、工作液种类、供夜情况和清洁程度、脉冲电源等因素有关。偏移量度的准确与否直接影响工件加工的尺寸精度。一般可根据脉冲电源参数与放电间隔的关系的基本规律估算出放电间隙。如DK7732e机床采用快走丝，在加工电压等于60～80V时，z=0.01～0.02mm。对加工精度要求较高的工件，此时多采用试切工件的方法来检测。

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3，保证加工表面粗糙度的措施

（1） 根据线切割工作的特点，钼丝需要频繁的换向来进行加工，钼丝在换向的

瞬间会造成其松紧不一，钼丝张力不均匀，从而引起钼丝振动，直接影响加工表面粗糙度，所以应尽量减少钼丝运动的换向次数，在加工条件不变的情况下，加大钼丝的有效工作长度，可减少钼丝的换向次数，减少钼丝的抖动，促进加工过程的稳定，提高加工表面质量。

（2） 脉冲电源是影响加工表面粗糙度的重要因素，脉冲电源采用矩形波脉冲，

因为它的脉冲宽度和脉冲间隔均连续可调，不易受各种因素干扰，所以减少单个脉冲能量，可改变表面粗糙度。影响单个脉冲能量的因素有脉冲宽度、功放管个数、功放管峰值电流，所以减小脉冲宽度、减小峰值电流，可改善加工表面粗糙度，然而，减小脉冲宽度，生产效率大幅度下降，不可用；减小功放管峰值电流，生产效率也会下降，但影响程度比脉冲宽度小，因此，减小功放管峰值电流，适当增加脉冲宽度，调节合适的脉冲间隔，这样，即可提高生产效率，又可获得较低的加工表面粗糙度。 （3） 进给速度要适当。DK7732e线切割机床的加工进给速度分为0～10共十

档，速度从慢到快，进给速度过低会降低进给效率，过高会引起短路频繁

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甚至烧丝。经试验并总结，当系统的加工的电流达到加工电源短路电流的75%～80%时，屏幕显示步进频率S大致恒定（不包括运丝电机换向时间），控制面板上电压表指针稳定，加工进给速度比较恰当。 4，正确选择切割路线

切割路线应有利于保证工件在切割过程中的刚度和避开应力变形影响，如图1所示，模块装夹固定其左边，图1中是从五角星凸模右侧，按箭头方向切割，由于坯料两侧的连接材料很快被割断，左侧工件刚性很差，难以抵抗应力而变形，使得五角星凸模尺寸精度产生较大误差，若改用图2路线进行切割，则模坯产生变形，从而保证了五角星凸模的储存精度。

图2 图1

2.2 工艺参数对加工精度的影响

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2.2.1 电参量对加工工艺指标的影响

电参量——是指脉冲电源的参变量，包括脉冲峰值、脉冲宽度、脉冲频率和电源电压。

1， 脉冲峰值电流 对加工工艺指标的影响

在其他参数不变的情况下，脉冲峰值电流的增大会增加单个脉冲放电的能量，加工电流也会随之增 大。线切割速度会明显增加，表面粗糙度变差。 2，脉冲宽度对加工工艺指标的影响

（1）在加工电流保持不变的情况下，使脉冲宽度和脉冲停歇时间成一定比例变化。

（2）脉冲宽度增加，切割速度会随之增大，但脉宽增大到一定数值后，加工速度不再随脉冲的增大而增大。

（3）线切割加工的脉冲宽度一般不大于50μs。 （4）增大脉宽，表面粗糙度会有所上升。 3，脉冲频率对加工工艺指标的影响

（1）单个脉冲能量一定的条件下，提高脉冲放电次数，即提高脉冲频率，加

工速度会提高。

（2）理论上，单个脉冲能量不变，则加工表面的粗糙度也不变。

（3）事实上，对快走丝线切割，当脉冲频率加大时，加工电流会随之增大，

引起换向切割条纹的明显不同，切割工件的表面粗糙度会随之变差。

4，电源电压对加工工艺参数的影响

（1）峰值电流和加工电流保持不变的条件下，增大电源电压，能明显提高切

割速度，但对表面粗糙度的影响不大。

（2）在排屑困难、小能量、小粗糙度条件下，以及对高阻抗、高熔点材料进

行切割加工时，电源电压的增高会提高加工的稳定性，切割速度和加工面质量都会有所改善。

2.2.2 非电参量对加工工艺指标的影响 1，走丝速度

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（1）对切割速度的影响：主要是通过改变排屑条件来实现的。

（2）提高走丝速度有利于：电极丝把工作液带入较大厚度的工件放电间隙中；

电蚀产物的排出，使加工稳定，提高加工速度。

（3）走丝速度过高：会导致机械振动加大、加工精度降低和表面粗糙度增大，

并易造成断丝。

（4）对快走丝线切割，应考虑由于丝电极速度的改变所产生的换向切割条纹

对表面粗糙度的影响。

2，电极丝张力对加工工艺指标的影响

（1）提高电极丝的张力可以减小加工过程中丝的振动，从而提高加工精度和

切割速度。

（2）假如过分增大丝的张力，会引起频繁断丝而影响加工速度。

（3）电极丝张力的波动对加工稳定性和加工质量影响很大，采用恒张力装置

可以减小丝张力的波动。

3，电极丝对加工工艺指标的影响

（1）包括丝的材料和丝的粗细两个方面

（2）丝电极材料:慢走丝线切割多采用黄铜和紫铜丝作为电极材料，快走丝线

切割多采用钼丝和钨钼合金作为电极材料。

（3）丝的粗细：增大丝半径，可以提高电极丝容许的脉冲电流值，可以提高

加工速度，但同时，加工表面粗糙度增大。一般，使用粗电极丝切割厚工件；使用细电极丝切割粗糙度要求高的工件。

4，工件厚度对加工工艺指标的影响

（1）切割薄工件时工作液易于进入和布满放电间隙，有利于排屑和消除电解

液过程中工作液里的正负离子。但工件太薄，则易使电极丝抖动，不利于加工精度和表面粗糙度。 （2）切割厚工件时

工作液难以进入和布满放电间隙，故加工稳定性差，但由于电极丝不易抖动，故加工精度和表面租糙度较好。

5，工作液对加工工艺指标的影响

（1）工作液的作用：介电、冷却、排屑等

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（2）对加工速度和加工质量的影响：

用煤油加工出的工件呈暗灰色； 用去离子水加工出的工件呈灰色； 用乳化液加工出的工件呈银白色。 （3）工作液的电阻率对加工速度的影响：

快走丝线切割机床的工作液装置一般都没有净化设施，工作液使用时间不能太长；

慢走丝线切割由于多用去离子水，所以应定期更换离子交换树脂。

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