数控电火花线切割加工

张国耀

一、电火花加工原理
与传统的切削加工方法不同，电火花加工是利用工具电极和工件两极之间脉冲放电时产生的电腐蚀现象对工件进行尺寸加工的加工方法。电腐蚀现象的一个最简单例子是电气开关的触点的电腐蚀，这种腐蚀是由于触点开闭时产生的火花引起的，逐渐地会损坏触点。电火花腐蚀的主要原因是：电火花放电时火花通道内瞬时产生一个高温热源，将局部金属熔化和气化而蚀除。但这种简单的电腐蚀还不能构成实用的电火花加工。实用的电火花加工要求：
1.必须使工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定间隙，通常约为几微米至几百微米，如果间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，因而不能产生火花放电。如果间隙过小，很容易形成短路接触，也不能产生火花放电。因此电火花加工中必须有间隙自动调节装置，或称伺服控制系统。
- @$ q2 z' y3 D% v% P3 _* ^2.火花放电应是短时间的脉冲放电，放电持续时间为10-7-10-3S,且每次放电后需停歇一段时间，以保证消电离，避免持续电弧放电烧伤工件。
+ @$ S2 A! }; Y6 ]4 j3.火花放电必须在具有一定绝缘性能的液体介质中进行，如煤油、皂化液等。液体介质又称工作液，它们必须具有（1）较高的绝缘性能，以利于产生脉冲性的火花放电；（2）液体介质还有排除间隙内电蚀产物，保证在时间和空间上分散的重复性脉冲放电正常进行；（3）冷却电极的作用。
因此，一般电火花加工设备都具有实现这些要求的装置，它们包括脉冲电源，工作液循环系统，工具电极与工件的相对伺服进给系统以及机床主体等。
% C: ^. `$ w6 _/ F" T- D8 D& `二、数控电火花线切割机床组成
7 j% t& N$ K4 d" `' A: ]电火花线切割的工具电极为沿着电极丝轴线移动着的线电极，工具电极与工件在两个水平方向同时有相对伺服进给运动。
数控电火花线切割机床由以下四部分组成：
1.机床主体
) t5 R* z2 o5 c% i% e) }( [机床主体由床身、丝架、走丝机构和X—Y数控工作台等四个部分组成。钼丝绕在储丝筒上，并经过丝架上的导轮来回走动，储丝筒由电机直接驱动，通过限位开关控制正反向。工件固定在X—Y数控工作台上，X—Y数控工作台分别由两个涉进电机驱动。控制装置控制步进电机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，切割出所需的工件形状和尺寸。
, x) }4 Y9 a1 M% e5 s2 r: @2.工作液系统
工作液由泵压送到加工区，过滤后循环使用。
0 t& h  F' {# K1 x4 m7 Y3.高频电源
3 Y5 d# K4 V: S5 H" @% k高频电源能产生高频矩形脉冲，其正极加至工件，负极加至电极丝（钼丝）。脉冲信号的幅值和脉冲宽度等可以调节，以适应不同工况的需要。
; ?6 q3 X! s2 }) o  M3 I4.控制装置
# ~( r/ U4 Y; A& N7 _/ @控制装置是以专门的计算机为核心的控制系统。加工中控制系统按照输入的程序指令控制机床加工，期间需进行大量的插补运算，判别。变频进给系统则将加工中检测到的放电间隙中的平均电压反馈给控制系统，控制系统根据此反馈信号调节加工（工作台）进给速度。
三、线切割加工的特点及应用
# p9 n+ j3 ^1 ?# |1.电火花线切割的主要特点是脉冲放电的能量密度很高，可以加工用常规机械加工方法难于加工或无法加工的材料和形状。如淬硬后的钢件，硬质合金等。
2.加工时线电极和工件不直接接触，两者之间的宏观作用力小，不受工具和工件刚度限制，有利于实现微细加工。
' V4 Q7 E. D3 S3.由于电火花线切割多为数控，因此可以切割出形状复杂的零件，如各类异型孔，凸轮、齿轮、成形刀具等。
& b, P& v4 U( N6 ~1 Q3 ?四、线切割程序的编制
1 Y3 f) j$ y  T1 S线切割机床的控制系统是按照人的“命令”去控制机床的，因此必须事先把切割的图形轨迹，用该系统能接受的“语言”编排好“命令”，输入控制系统。这项工作叫做数控线切割编程。
7 @; q1 ~, w% A3 I8 u4 l0 m1.程序格式
4 B( v; Y3 v& n. m- D& v为了使机器能接受命令，程序必须符合一定的格式。目前国内使用最多的是3B指令，其格式如下：
6 h) G% G4 a& P/ W  j7 kR    X    R    Y    R    J    G    Z
) Q# h- {: B( f$ O' M; C" i% m0 J- M分隔符    X坐标值    分隔符    Y坐标值    分隔符    计数长    计数方向    加工指令
表中B叫分隔符号，它在程序里起到把X、Y和这些数值分隔开的作用。X、Y和J以微米为单位。当程序输入时，读入第一个B后它使控制器做好接受X会标值的准备，读入第二个B后做好接受Y坐标值的准备，读入第三个B后做好接受J值的准备。
0 U/ S, E) B; b9 c/ h( E加工圆弧时，程序中的X、Y必须是圆弧起点相对其圆心的坐标值；加工斜线时，X、Y必须是该斜线段终点相对其起点的坐标值。当X或Y为零时可以不写出。
J为计数长度，应取在其计数方向（Gx或Gy）上从起点到终点工作台移动的总距离，也就是圆弧或直线段在计数方向坐标轴上投影长度的总和。
G为计数方向，有Gx和Gy两种，对于直线或斜线，应取线段投影值较大的坐标方向为计数方向；对于圆弧，应取其终点坐标值较小的坐标为计数方向。
Z是加工指令的总括符号，共有十二种，直线指令四种：L1、L2、L3和L4；圆弧；圆弧指令八种：SR1、SR2、SR3、SR4和NRI、NR2、NR3、NR4。L表示直线，其后数字为该线段所在的象限，对于与坐标轴重合的直线段，正X轴为L1，正Y轴为L2，负X轴为L3，负Y轴为L4；SR表示顺时针圆，NR表示逆圆，字母后面的数字表示该圆弧的起点所在的象限。
9 G" ^- ~) L5 h8 T0 L* ]9 e2.编程实例
编程时，应将工件加工图形分解成各圆弧与各直线段，然后逐段编号。如图所示的工件，由三条直线段和一段圆弧组成，所以其加工程序分为四段：

6 M) q) V' A8 Q; z1.BBB40000GxL1
0 ^$ _! e' Z, S8 R( D2.B10000B90000B90000GyL1
$ S! E0 B) O7 s. r, c. N) p& Z3.B30000B40000B60000GxNR1
4.B10000B90000B90000GyL4
# Z9 h( E% z6 K2 ?+ ^0 D$ w5.D
第5段为程序结束指令