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线切割技术在机械加工中的应用(一)
设计任务书
课题名称： 线切割技术在机械加工中的应用
设计要求：
本课题所设计的内容：国内（外）研究现状综述
随着科技的进步与发展，尤其是以计算机。信息技术为代表的高新技术的发展，使制造技术的内涵和外延发生了革命性的变化。数控加工技术是机械制造过程发生了显著的变化，使最具代表性的先进制造技术，目前在模具，汽配等行业已广泛应用。
在我国工业技术发展的新形势下，模具加工技术发展迅猛。
数控加工，因为称之为NC加工，是以数值，符号构成的信息控制机床，实现自动转动。数控加工经历了半个世纪的发展，已成为应用于当代各个制造领域的先进制造技术。数控加工的最大特征有两点：一是可以极大的提高精度，包括加工质量和加工时间误差精度；二是可以提高加工质量的重复精度，稳定加工质量，保持加工零件的质量一致。也就是说加工零件的质量及加工时间是由数控程序决定而不是由机床操作人员决定的。数控加工具有如下特点：
提高生产效率；
不需要熟练的机床操作人员；
可以提高加精度，并保持加工质量一致；
可以减少工装夹具；
容易进行加工过程管理；
可以减少检查工作量；
可以降低废品及次品率；
便于设计变更，加工设定柔性强；
容易实现操作过程的自动化，一人可操作多台机床；
操作容易，可以极大的减轻体力劳动的强度。
随着制造设备的数控化率不断的提高，数控加工技术在我国已得到了日益广泛得应用。在模具行业，掌握数控技术与否及加工过程中 数控化率得高低，已成为企业 是否具有竞争里得象征。
在模具数控加工中，各种数控加工均有用到，应用最多的是数控铣及加工中心，数控线切割加工与数控电火花加工在模具数控加工 中的应用也非常普遍。
线切割主要用在各种直壁的模具加工，如冲压模具中的凸凹模，注塑模中的镶块，滑块，电火花加工用电极等……
电火花加工在模具中的应用也非常广泛。对于硬度很高的模具零件，采用机加工办法无法加工，大多采用电火花加工。另外，对于模具型腔的尖角，深腔部位，窄槽等也使用电火花进行加工。电火花还可以用于特殊的模具表面处理。
数控电火花线切割加工技术正是模具加工工艺理论领域中的一项关键技术。此项技术跨越机械，电子。控制数学及计算机应用等多个领域，使当代机械专业学生和工程技术人员应该了解的新技术。目前在很多行业新产品的研制和开发过程中，常采用数控电火花线切割技术直接切割零件，从而使研制和开发周期大大缩短，生产效率得以大幅度提升。
2、本课题的重点和难点
工艺参数选择；
加工质量精度及影响因素；
3、对课题的要求及预期目标的可行性分析（包括解决关键问题技术和所需要条件两方面）
⑴课题要求：
①熟悉CAXA线切割XP系统；
②了解CAXA的用法，线切割的工艺步骤等。
⑵预期目标的可行性分析
①要具备一定的专业知识，只有具备了一定的专业知识才能对机构的分析步骤有一定的了解。在具备专业知识的同时，也要涉及一些与专业知识有关的知识，使要解决的问题很好的解决。
②要具备一定的计算机软件知识，特别是CAXA的知识，这样才能对模具进行设计，加工，对机构进行分析，才能把CAXA的线切割仿真做一个较完整的描述。
完成本课题的工作计划及进度安排
1~2周：选择设计方向，收集资料，确定设计内容
3~5周：练习CAXA线切割XP
6~7周：分析工件结构可行性并修改，设计合理的加工参数。
8~9周：进行加工仿真。
10~11周：撰写设计过程，总结设计过程，论文答辩
。
与本课题相关的主要参考文献（列出作者、论文名称、期刊号、出版年月，参考文献应在3篇以上）
单岩、夏天 主编《数控线切割加工》 机械工业出版社 编号：9787111144182
张能武 主编《模具机械加工》 国防工业出版社 编号： 9787118044263
任福君 主编《空间曲面电火花线切割运动学及其应用》 编号：9787504614339
王秀凤主编《CAXA创新三维CAD冷冲压模具设计教程》 编号： 9787810777025
模具设计与制造技术教育丛书编委会主编《模具制造工艺与装备》 编号：9787111121299
目 录
设计任务书----------------------------1
第一章
1.1电火花线切割的基本原理-------------6
1.2 实现电火花线切割加工的条件--------10
1.3快走丝线切割结构原理及特点--------11
1.4数控电火花线切割加工技术在模具加工中的具体应用-----12
1.5电火花线切割机床分类---------------13
第二章
2.1等分花瓣型工件的加工过程。------------- 14
2.2落料模凸、凹模的加工。------------------22
第三章
3.1数控电火花线切割加工中常遇到的问题及解决方案。-----29
体会与感受 ------------------------------31
第一章
一．电火花线切割的基本原理。
1 电火花线切割与脉冲放电
脉冲放电加工：常用电器开关等产品，在开，段时，其触点之间常出现火花放电，并造成触头表面烧损，产生、腐蚀现象。在研究分析产生此现象的原因时发现：应用火花放电，可蚀除工件表面金属的原理，以加工高硬度材料，形状复杂的工件（如注塑模的凹模型腔）的方法，简称电火花加工。其加工原理是：当在两电极间加上直流电压后，则通过电阻R向、电容C冲电，使C两端电压，即工具电极与工件之间的电压Uc逐渐增加。当Uc增高到足以击穿具有很大电阻，存于极间间隙中的介质（工作液）时，则将形成介质电阻趋于零的火花通道。从而，使储存于C上的电能，瞬间通过通道放出，产生火花放电。此过程，食为将电能转化为热能，以瞬间强电流冲击，并融化工件便面的金属，使在工件表面形成凹陷状的小坑。当过程结束后，介质即恢复近似绝缘状态；使C再次充电，以重复上次火花放电过程。这样，必将在工件表面不断增加小坑数量，若放电频率足够高，则达到工件表面被加工的目的。
2电火花线切割加工的物理过程
1)处在绝缘的工作液介质中的两电极，两极加上无负荷直流电压Vo，
伺服轴电极向下运动，极间距离逐渐缩小。
2)当极间距离——放电间隙小到一定程度时（粗加工为数10m，精加工为数m），阴极逸出的电子，在电场作用下，高速向阳极运动，并在运动中撞击介质中的中性分子和原子，产生碰撞电离，形成带负电的粒子（主要是电子）和带正电的粒子（主要是正离子）。当电子到达阳极时，介质被击穿，放电能道形成。
3)两极间的介质一旦被击穿，电源便通过放电通道释放能量。大部分能量转换成热能，这时通道中的电流密度高达104—109A/cm2，放电点附近的温度高达3000℃以上，使两极间放电点局部熔化或气化。
4)在热爆炸力、电动力、流体动力等综合因素的作用下，被熔化或气化的材料被抛出，产生一个小坑。
5)脉冲放电结束，介质恢复绝缘。
如图示：
放电加工过程 说明
火花通道与电弧柱 当电容两端电压大于击穿电压时，放电通道即行成电弧柱。此时高密度的电子流转化为高温达3000C的热流以冲击工件表面。
介质气化 由于在两极的放电间隙中的高温，使介质（工作液）产生汽化，膨胀。
介质汽化，与膨胀压力 由于介质汽化，膨胀而产生的压力，将作用于工具电极与工件加工面上。其单位压力很大。
小凹坑与凸起的形成 熔化的金属成球状颗粒，并被介质汽化，膨胀压力带走游离于工作液中；工件表面则形成小凹坑，而凹坑的边上，则形成凸起，则成为新的放电点。
间隙绝缘恢复 由于介质的冷却作用，放电过程结束后，为立即使放电间隙的介质成绝缘状态。
电火花线切割加工后的加工面形状。 被加工后的工件表面将由无数小凹坑组成。当电火花切割一层金属后，电极则下降以保证放电间隙（电弧柱高度）。所以，控制电极下降距离，即可控制加工面的尺寸精度。
图1－1
当工件加工面与电极（金属丝）同处于介质液中，并在两电极上
加无负荷直流电压V，则在两极的间隙（G）中建立电场。设其场强为F。其F与V，G之间的关系，当遵循下式。即：
F=V/G
据此，电火花加工的物理过程如上表。根据实验，研究；当放电间隙为G：粗加工为数10μm ，精加工为数1μm时，在场强F的作用下，阴极逸出的电子，将高速向阳极运动，并在运动过程中撞击介质液中的中性分子和原子，使产生电离。从而将形成带负电的粒子（主要为电子），和带正电的粒子（主要为正离子）。其过程如下图：
图1－2
二．实现电火花线切割加工的条件
工具电极和工件电极之间必须加以60V—300V的脉冲电压，同时还需维持合理的距离——放电间隙。大于放电间隙，介质不能被击穿，无法形成火花放电；小于放电间隙，会导致积炭，甚至发生电弧放电，无法继续加工。
两极间必须充满介质。电火花成形加工一般为火花液或煤油，线切割一般为去离子水或乳化液。
加工过程简图如下：
+
VO - 5．两极间恢复绝缘
4．加工屑被抛出，形成放电痕。
放电柱 3000℃以上 3．电源通过放电柱释放能量。
数μs — 1ms。
G - 2．两极间距G小到一定值时，绝缘被击穿；
精加工 数μm
粗加工 数10μm
+
VO 加工液 - 两极间加上无负荷电压VO。
图1－3
输送到两极间脉冲能量应足够大。即放电通道要有很大的电流密度（一般为104—109A/cm2）。
放电必须是短时间的脉冲放电。一般为1s—1ms。这样才能使放电产生的热量来不及扩散，从而把能量作用局限在很小的范围内，保持火花放电的冷极特性。
脉冲放电需要多次进行，并且多次脉冲放电在时间上和空间上是分散的，避免发生局部烧伤。
6）脉冲放电后的电蚀产物能及时排放至放电间隙之外，使重复性放电顺利进行。脉冲放电需多次进行，且在时间上，空间上是分散的，以必免发生局部烧伤。。
脉冲放电过程中产生蚀除物，须及时随循环介质液排出放电间隙之外，使火花放电能多次，重复地顺利进行，达到工件型面逐层加工的目的。
电火花加工在电加工行业中应用最为广泛的一种加工方法，约占该行业的90%。按工具电极和工件相对运动的方式不同，大致可分为电火花成型加工、线切割加工、电火花磨削加工、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花表面强化与刻字加工等六大类。其中线切割加工占了电火花加工的60%，电火花成型加工占了30%。随着电加工工艺的蓬勃发展，线切割加工就成了先进工艺制作的标志。
三 快走丝线切割结构原理及特点
快走丝一般分成数控电源柜和主机两大部分，电柜主要由管理控制系统、高频电源和伺服驱动等部分组成；主机主要由X、Y轴（有的带U、V轴）、工作台、丝筒、立柱（或丝架）、工作液箱等部分组成，其结构示意图如图1.4所示。
其工作原理是利用工具电极对工件进行脉冲放电时产生的电腐蚀现象来进行加工，但是电火花线切割加工不需要制作成形电极，而是用运动着的金属丝作电极，利用电极丝和工件的相对运动切割出各种形状的工件，若使电极丝相对于工件进行有规律的倾斜运动，还可以切割出带锥度的工件。
快走丝线切割的特点：
直接用线状电极丝做电极，不需要制作专用电极，可节约电极设计，制造费用。
可以加工用传统切削加工方法难以加工或无法加工的形状复杂的工件。由于数控电火花线切割机床是数字控制系统，因此加工不同的工件只需编制不同的控制程序，对不同形状的工件都很容易实现自动化加工。很适合于小批量形状复杂的工件，单件，和试制品的 加工，加工周期短。
利用电蚀原理加工，电极丝于工件不直接触，两者作用力小，因而工件的变形很小，电极丝，夹具不需太高的强度 。
传统的车，铣，钻加工中，刀具硬度必须比工件硬度大，而数控电火花线切割机床的电极丝材料不必比工件材料硬度大，但却可以加工硬度很高或很脆，用一般切削加工方法难以加工和无法加工的材料。在加工中作为刀具的电极丝无须刃磨，可节省辅助时间和刀具费用，
直接用电，热能进行加工，可以方便的对影响加工精度的加工参数（如脉冲宽度，脉冲间隔，功放，电流）进行调整，有利于加工精度的提高。便于实现加工过程的自动化控制。
工作液采用水基乳化液，成本低，不会发生火灾。
采用四轴联动，可加工锥度，上，下面异型体等零件。
电火花线切割不能加工非导电材料。
与一般切削加工相比，线切割加工的金属去除率低，因此加工成本高，不适合形状简单的大批量零件的加工。
四． 数控电火花线切割加工技术在模具加工中的具体应用
由于数控电火花线切割加工具有上述许多优点，因此电火花线切割广泛用于加工硬质合金，淬火钢模具零件，样板，各种形状复杂的细小零件，窄缝等，特别是冲模，挤压模，塑料模，电火花加工型腔模所用电极的加工。比如形状复杂，带有尖角窄缝的小型凹模的型孔可采用整体结构在淬火后加工，既能保证模具精度，又可简化模具设计和制造。又如中小型冲模，过去采用分开模和曲线磨削加工方法，现在改用电火花线切割整体加工，使配合精度提高，制造周期缩短，成本降低。目前很多线切割机床采用四轴联动，可以加工锥体，上下异型面扭转体等零件，为数控电火花线切割加工技术在模具加工中的广泛应用，提供了更广阔的前景。
五 电火花线切割机床分类
电火花线切割机床按控制方式分：靠模仿型，光电跟踪控制及数控电火花线切割机床，目前，我国广泛采用的线切割机床主要是数控电火花线切割机床。
按其走丝速度分为: 快速走丝和慢速走丝线切割机床两种。
快速走丝线切割机床采用直径为0.08~0.18mm 的钼丝类电极，走丝速度为8~10m /s ，而且是往返循环运动，成千上万次的反复通过加工间隙，一直使用到断丝为止。工作液通常采用5%左右的乳化液。由于电极丝的快速运动能将工作液狭窄的加工缝隙，起到冷却作用，同时还能将电蚀产物带出加工间隙，有利于切割速度的提高。目前能达到的加工精度为0.01mm ,表面粗糙度为Ra.2.5~Ra0.63μm，最大切割速度可达50mm/min以上，切割厚度与机床结构参数有关，最大可达500mm，可满足一般模具的加工要求。
慢走丝线切割机床采用直径0.03~0.35mm的铜丝做电极，走丝速度为0.05~0.2m/s，电极丝只是单向通过间隙，不重复使用，可避免电极损耗对加工精度的影响。工作液主要是去离子水和煤油。加工精度可达0.001mm，粗糙度可达Ra小于0.32μm。这类机床还能进行自动穿电极丝和自动卸除废料等，自动化程度较高，能实现无人操作加工，但售价比快速走丝要高的多。
相对慢速走丝线切割机床来讲，快速走丝机床结构简单，价格便宜，加工生产率较高，精度能满足一般模具要求。因此，目前国内主要生产，使用的是快速走丝数控电火花线切割机床，但慢走丝线切割机床是发展方向，国外已普及了。
第二章
（一）等分花瓣型工件的加工过程。
1）根据图纸和工艺要求，用 CAXA线切割XP画图，步骤如下：
新建一文件，设置坐标系和中心线。准备工作做完了。开始正式做图了：点击“绘制-基本曲线-圆”选择“圆心-半径”，画好半径分别为13.5，15，56，10，78的圆，然后做半径为37和24的两个相切圆。工件的基本轮廓已出现在图纸上，如下图2－1：
下一步该修剪了。点击“绘制-曲线编辑-修剪”按提示选择要修剪的 边界即可；或者直接点击工具条的“删除”功能，修改也可以。
修剪完毕，花朵的一个花瓣就画好了。接下来我们要做的就是检查边界是否修剪干净？工件放大，仔细检查。千万不要怕麻烦，线切割本来就是个要耐心的工作哦。如果你现在不修剪好，下一步等分结束，会把你的工作量加大5倍的。
检查完毕，等于我们已经拿到打开成功大门的钥匙了。不要激动啊，后面的工作也要细心才对啊！！
图2－2
点击“绘制-曲线编辑-阵列”按提示选择“圆形阵列”选择边界，输入阵列中心，份数即可：
图2－3
下面我们就开始进行电火花线切割最重要的环节了——设置加工参数，补偿量，起割点等参数了。
我们知道，电极丝是有一定直径的丝线，电极丝和工件之间还有尺寸约为0.01mm的间隙，我们习惯称它为放电间隙。也就是说，电极丝中心和工件轮廓不重合。因此，在机械的线切割加工中，间隙补偿量的确定就显得很重要。
2）间隙补偿原理：
间隙补偿功能就是由已知的工件轮廓及电极丝直径和放电间隙，自动计算出电极丝中心点的轨迹尺寸。加工程序按工件轮廓尺寸编制，电极丝自动按计算出的中心点的轨迹尺寸运动，从而加工出合格的工件。
加工圆弧时，电极丝中心轨迹圆弧的半径和对应的工件的圆弧半径相差Δr1，Δr 2。加工凸模时，当输入凸圆弧的程序后，数控装置能自动的将它变成另一个程序加工，半经直接增加Δr2；加工凹模时，当输入凹圆弧的程序后，数控装置能自动的将它变成另一个程序进行加工，使半经减少Δr1，圆心角不变。加工直线段时，按工件的平均尺寸来编程加工的，因为不管是工件还是凸模凹模，直线段长度都相同。
间隙补偿量的确定：
加工凸模时，电极丝的中心轨迹应在所加工图形的外面；加工凹模时，电极丝的中心轨迹应在要求加工图形的里面。所加工 工件图形与电极丝中心轨迹间的距离，在圆弧的半径方向和线段的垂直方向都相等，此距离称为间隙补偿量。
间隙补偿量的算法：
加工冲模的凸凹模时，应考率电极丝半径r，电极丝和工件的单边放电间隙δd及凸凹模的单边配合间隙δp。
加工冲孔模具时，（即冲后要求工件保证孔的尺寸）凸模尺寸由孔的尺寸确定。因δp在凹模上扣除，故凸模的间隙补偿量R=rs+δd；凹模的间隙补偿量R=rs+δd+δp
加工落料模时，（即冲后要求保证冲下的工件尺寸），凹模尺寸由工件的尺寸确定。因δd在凸模上扣除，故凸模的间隙补偿量R=rs+δd-δp
；凹模的间隙补偿量R=rs+δd
了解了电火花线切割加工的间隙补偿原理，我们就可以进行下面的参数
设置，进而进行工件仿真模拟了。
选择“线切割-轨迹生成”会出现如此对话框：
点击“切割参数”设置图示的参数。
由于毛胚的限制，我们选择“垂直”切入方式。这样电极丝就从穿丝点垂直进入毛坯，进行工件的放电加工了。由于我们是快走丝机床，只能通过一次加工达到要求精度，所以我们选择“切割次数”为1。在“补偿实现方式”一栏，我们选择“轨迹生成时自动实现补偿”，这样，我们就可以在模拟的时候,看到补偿过的加工轨迹了.
图2－4
如果选择”后置时机床实
现补偿”,加工的过程中是机床自动按补偿过的轨迹运动,从而加工出合格的工件.后者对机床精度要求较高,一般不采用.
在”拐角过渡方式”一项,我们选择”圆弧”,因为”尖角”过渡方式尺寸数据繁多,不容易编程.并且容易在加工过程中断丝,所以,为提高加工效率,我们选择圆弧过渡.
同样道理”样条拟合方式”中,我们也选择”圆弧”.这样，在加工过程中，加工轨迹会自动以圆弧方式拟合，加工出工件表面光滑平整，且坐标容易计算。
切割参数设置完成后,我们就该进行”偏移量和补偿量”的设置了.
点击”偏移量/补偿量”按钮,出现如下对话框:
由于我们是快走丝电火花线切割机床,只能通过一次加工达到工件所要求精度.所以,我们选择一次加工生成轨迹的偏移量.
机床所用电极丝为直径0.18的钼丝,放电间隙0.01
由补偿量原理可知,
图2－5 R=0.18/2+0.01=0.1
所以,选择第一次加工补偿量为0.1.
至此,线切割轨迹生成参数我们已经设置完成了.点击””按钮,我们 的设置就彻底完成了.
设置完加工参数,下面我们就该做加工轨迹仿真了.
屏幕提示拾取轮廓，拾取完毕后单击鼠标右键。此时被拾取的轮廓线变成虚线，同时在拾取点的切线位置出现两个方向相反的箭头，屏幕再次提示选择链搜索方向，选择一个箭头方向作为切割方向。同时在拾取点的法线方向又出现一对方向相反的箭头，屏幕再次提示选择加工的侧边或补偿方式，也就是电极丝的偏移方向。根据实际加工情况，我们选择电极丝在工件轮廓外部，也就是正偏，系统将自动执行命令。
选择完补偿方向，屏幕出现如下图提示“请输入穿丝点”。由于我们刚才设置电极丝切入方式为垂直切入，所以我们设置穿丝点为“0，80”输入完毕，单击左键即可。穿丝点拾取完毕，屏幕再次提示输入退出点。我们选择穿丝点和退出点重合，直接敲回车键即可完成命令。
图2－6
下一步，我们该做轨迹防真了， 点击“线切割-轨迹仿真”按提示可选
择“静态仿真”和“动态仿真 ”两项。由于动态防真不便于抓图，所以我们选择“静态防真”仿真结果如下图。
由图可知，静态仿真会显示电极丝走的路径，它会把要切割的 工件分成若干部分，逐步去加工的。
图2－7
至此，我们的轨迹仿真就做完了。如果没发现什么问题，我们就可以装卡工件进行加工了。不要着急，现在该去看看机床的工艺参数是否合理了。
3）线切割工艺条件和工艺参数的选择。
1）线切割的工艺条件
线切割工艺条件包括：脉冲宽度、脉冲间隙、功放管个数、伺服、电压和波形。
工作液
乳化液、浓度和供给量。
电极丝
规格，丝径和张力。
2）工艺参数的选择
1）波形选择
HX-W型线切割有两种波形可供选择，即：
矩形脉冲 选择矩形波脉冲加工效率高、加工范围宽、稳定性能好、快走丝线切割机床常用矩形波进行加工。
分组脉冲 适用于薄型工件的加工，由于精加工稳定性好，所以常用于精密小件的加工中。
2）脉冲宽度的选择
脉冲宽度即脉冲放电时间的值。设置为μs，分4μs，8μs，16μs，32μs取值范围为1~48μs，其值为相加。
在一定工艺条件下，脉冲宽度越大，加工速度也越大，表面粗糙度值也越大。
3）脉冲间隙的选择
脉冲间隙即脉冲停歇的时间的值。设置为四档开关，分别为1、2、4、8四档。可单独和叠加设置，形成1~15倍脉冲间隙。
在特定工艺条件下，若脉冲间隙越小，切割速度就越大，但对表面粗糙度影响不大。如果脉冲间隙太小，使消电离不充分，电蚀物来不及排除，造成加工不稳定。
通常脉冲间隙的取值范围为：
①工件电加工难度大，厚度大，排屑不利，其取值范围为：脉宽的5~8倍。
②工件加工性能好，厚度不大，其取值范围为：脉冲宽度的3~5倍。
在加工稳定性好，防短路和排屑满足要求的情况下，可尽量减小脉冲间隙，以获得叫高的加工速度。
4）功放管个数的选择
设置投入放电加工回路的功率管数。共有9只，可灵活调出适用于不同加工的峰值电流。功放管是并联使用的，功放管选择的越多，加工电流就越大，表面粗糙度就越差。例如切割50MM厚的工件时，投入的功放管应大于五个，因为功放管较小时，单个脉冲的能量较小，放电间隙也小，这样无法稳定加工，如果只要求高速度而表面粗糙度要求不高时，也可投入较多的功放管进行加工。
普通取值范围：
①工件厚度中等，精加工时为3~4只管子。
②工件厚度中等的半精加工：大厚度工件的精加工，其取值范围为：5~6只管子。
③大厚度工件进行半精、粗加工时为6~9只管子。
工作液的选用
快走丝线切割常选用乳化液作为加工介质。
介质的特点和要求：
①介质液虚一定的绝缘性能，常用乳化液水溶液的电阻率约为10^４～１０^５Ωcm，可满足于快走丝对放电加工介质的要求。
②需具有良好的洗涤性能，使介质液在电极丝带动下渗入加工面的切缝中，以进行溶屑、排屑，且可使加工面光亮，并易于取出工件。
③具有良好的冷却性能，使放电间隙得到充分的冷却，同时还具有良好的防锈性能，采用水基介质，加工面易被氧化，乳化液则具有防锈性能。并且，介质无污染，对人无害。
线切割常用乳化液的配制方法：
线切割乳化液常采用体积比配制法，即按一定比列使乳化液和水配置而成，其乳化液浓度要求如下
①工件加工面粗糙度和尺寸精度要求较高，厚度中等或薄件时，乳化液浓度为8%~15%。
②要求切割速度高，其浓度为5%~8%，以便排屑方便。
③采用蒸馏水配制乳化液可提高切割速度和降低表面粗糙度。
电极丝
电极丝为电火花线切割工艺系统中的工具电极，在线切割中，电极丝是循环使用的，因此，它要求韧性好，抗拉强度和抗腐蚀性能强等。常用电极丝直径（mm）为：Φ0.12 、Φ0.14 、 Φ0.18 、 Φ0.2。
了解了线切割的工艺条件和工艺参数的选择原则，我们就可以胸有成竹的对机床控制柜的各项参数进行设置了。
由于工件厚度为8mm，材料为45号钢，根据以上原则，我们设置参数如下：
电源电压：90V ，加工平均电流1.8A，脉冲宽度24μm。脉冲间隔为96
Μm，功放管个数为2，钼司丝直径0.18mm，走丝速度为10m/s，切割速度35mm/min~40 mm/min，
工作液为10%乳化液。
其加工过程如下：
①准备毛坯并退火
②休整一个边，使其具备一定的精度，并以此边为基准装卡工件。
③以基准边为依据，校正工件。可用拉表法，也可用画线法。
④开启机床和介质液，让其空转3分钟，看其运行是否正常。
⑤确信机床运行正常后，我们就可以把程序送控制台了。
⑥打开高频开关，在控制状态点击 “加工“按钮，即可进行工件的电火花线切割加工了。
（二）落料模凸、凹模的加工。
1）图纸如下：
图2－8
由图纸和工艺可知，此图为落料摸的凹模。我们取直径为0.18mm的钼丝做电极丝，单边放电间隙为0.01mm。
加工可行性分析：
凹模型孔的长度尺寸为60mm，宽度尺寸为32mm切割面积属于中等：不是很大，但也不小。所以，我们可以选择两种加工方案。
方案一：热处理之前增加一道预加工工序，将凹模型孔各面仅留2mm的线切割加工余量。这样就可以避免切割面积多，废料质量大，在切割过程中容易变形，并且线切割将结束时中间的废料掉下来容易损坏电极丝等问题。
方案二：利用钳工钻穿丝孔加工，但是要采用双支撑方式。即在切割将要结束时，用一块平坦的永久磁铁将工件和废料紧紧吸牢，以便使废料在切割过程中位置固定。
到此，有朋友该郁闷了，怎么又冒出了个“穿丝孔”啊？？它是怎么被加工出来的？有什么要求吗？
下面我们就来介绍一下穿丝孔的知识。
加工穿丝孔的必要性
凹形类封闭形工件在切割前必须具有穿丝孔，以保证工件的完整性，这是显而易见的。凸形类工件的切割也有必要加工穿丝孔。由于坯件材料在切断时会破坏材料内部应力的平衡状态而造成材料的变形，影响加工精度，严重时甚至造成夹丝、断丝。采用穿丝孔时，可使工件坯料保持完整，从而减少变形造成的误差。
穿丝孔的位置和直径
在切割中、小形凹形类零件时，穿丝孔位于凹形的中心位置操作最为方便。这样既便于穿丝孔加工位置准确，又便于控制坐标轨迹的计算。
在切割凸形工件或大孔型凹型类工件时，，穿丝孔设置在加工起始点的附近。这样可以缩短无用切割行程。穿丝空的位置最好是已知坐标点或便于计算的坐标点，以简化有关轨迹控制的运算。
穿丝孔的直径不宜太小或太大，以钻或镗空孔工艺简便为宜。一般选在3~10mm范围内。孔径最好选取整数或较完整数值，以简化作为加工基准的运算。
3）穿丝孔的加工
由于多个穿丝孔都要作为加工基准，因此，在加工实际必须确保其位置精度和尺寸精度。这就要求穿丝孔应在具有较精密坐标工作台的机床上进行加工。为了确保孔径尺寸精度，穿丝孔可采用钻绞、钻镗或钻车等较精密的机械加工方法。
穿丝孔的位置精度和尺寸精度，一般要高于或等于工件要求的精度。
4）加工路线的选择
在加工中，工件内部应力的释放要引起工件的变形，所以在选择加工路线时，必须注意以下几点：
①避免从工件端面开始加工，应从穿丝孔开始加工。
②加工的路线距离端面（侧面）应大于5mm。
③加工路线开始应从离开工件夹具的方向进行加工（不要一开始加工就趋近夹具），最后在转向工件夹具的方向。
④在一块毛坯上要切出两个以上工件时，不应连续一次切割出来，而应从不同预孔开始加工。
了解了这些，我们就可以给出要求，让钳工画线钻穿丝孔了。经分析决定，我们选择方案二进行加工。
用CAXA线切割XP对工件进行编程，即画图。
图2－9
因该模具是落料模，冲下零件的尺寸由凹模决定，所以模具的配合间隙在凸模上扣除。故凹模的间隙补偿量为R=（0.18/2+0.01）mm=0.1mm，既要求间隙补偿中补偿量为0.1mm。
参数选择如左图示：
这次我们选择加工轮廓精度为0.01。因为轮廓精度指加工轨迹和理想加工轨迹的偏差，所以我们取0.01，尽量减小偏差。
在“偏移量/补偿量”一项，我们还是选择偏移0.1，即补偿一个电极丝半径和放电间隙。因为模具的配合间隙在凸模上扣除。
点击“确定”按钮，我们的参数就设置完成了。下一步，我们就可以设置加工方向，做轨迹仿真了。
图2－10
点击“线切割-轨迹生成”选择加工路线。
输入穿丝点“0，0”，即为钳工钻穿丝点的中心，退出点也为“0，0”，使电极丝加工完毕返回穿丝点。
在选择“加工侧边或补偿方向”一项，我们选择如下图的轮廓以内的方向为 加工和补偿方向。
因为加工工件是凹模，为保证工件的完整性，我们需从内部起割，
图2－11
这样我们就选择内部补偿了。
选择完补偿方向，下一步该是做轨迹防真了。
选择“线切割-轨迹仿真”按提示拾取轮廓，为便于抓图，我们同样选择静态仿真。
仿真结果如下图：
仿真图用阿拉伯数字显示了电极丝切割工件的顺序。
图2－12
下面我们该设置加工参数，装卡工件了。
由于凹模的材料为Cr12MoV，凹模厚度为10mm，所以设置加工参数如下：
电源电压：95V ，加工平均电流1.8A，脉冲宽度25μs
脉冲间隔78μs， 钼丝直径0.18mm，走丝速度9m/s
功放管个数：2
切割速度40mm/min~50mm/min，工作液为10%乳化液。
加工过程如下：
①装卡工件。
②以四个定位孔和穿丝孔为定位基准，校正工件。
③把储丝筒转到一边，然后取下电极丝，把电极丝从穿丝孔里穿过去，注意把丝固定在上下导轮上，不能偏离。在储丝筒上固定好电极丝，然后看丝的松紧情况，如果电极丝过松，要进行紧丝后方可进行加工。
④固定好电极丝，我们就要找正穿丝孔的中心开始加工了
找正中心孔的方法
自动找正中心：自动找正中心是让电极丝在工件孔的中心定位。是根据电极丝和工件的短路 信号来确定孔的中心位置。
首先让电极丝在X或Y轴方向与孔壁相接触，让此轴坐标回零，然后返回，向相反的对面壁部靠近，记下此时工作台总的行程，让此行程除2，即得此轴的圆心，然后把丝向相反方向移动一个圆心的值固定即可。同样方法找正另外一轴的圆心坐标。这样，我们穿丝孔的中心就找到了。
⑤程序送控制台，打开高频开关。
⑥打开乳化液，机床，待运行正常点加工即可加工了
到此，我们的工作还没完成。要小心观察，待加工一半时，及时放上磁铁，预防工件的变形和损伤电极丝。
凸模的加工
由于我们的凹模已加工完，所以与凹模配合的凸模的加工就相对简单的多了。
仍然取电极丝直径为0.18mm，单边放电间隙为0.01mm ，凸、凹模的配合间隙为0.03mm，编制凸模的加工程序。
画图如凹模，但是，为了保证凸模的完整性，我们选择从外部起割。所以在“选择加工方向”一项，我们选择和凹模相反的加工方向。接下来开始做轨迹仿真了。
在“切割参数一项”我们的设置和凹模加工时一样。因为此模为落料模，所以模具配合间隙在凸模上扣除，因此此次的轨迹补偿量我们设置为0.085mm
即： R=0.18/2+0.01-0.03/2=0.085
Mm
在“输入穿丝孔”一项，我们输入“0，20”作为起割点和退丝点。到此，我们的参数就设置完了，可以开始做仿真了 。
图2－13
图2－14
此图显示了工件的实际轮廓、凸模、凹模切割时的加工路线。
我们可以清楚的看出凸凹模的走丝路线。
中间的白色粗实线为工件的实际轮廓线。
上面绿色线为凸模加工时钼丝的实际轨迹
最里面的绿色线为凹模加工时的钼丝的实际轨迹。
到目前为止，我们凸凹模的加工已经完成了。
加工完毕，卸下工件，清理机床工作台，然后修理工件毛刺，即可 完成了。
图2－15
第三章
数控电火花线切割加工中常遇到的问题及解决方案。
1）频繁断丝
原因：
①钼丝同导电块接触不良，加工时也有火花产生，更换导电块及尼龙套解决。
②导轮加工时间过长，V型槽有明显缺陷或喷嘴有杂物堵塞所造成的卡丝断丝。
③乳化液使用时间过长过脏，导致绝缘破坏，排屑困难所造成的断丝。
④脉冲电源参数调节不当。功放管多，脉冲宽度小，脉冲间隔小都易造成加工电流的不稳定而断丝。
⑤换向时未切断脉冲电源。
⑥进给速度过快或过慢造成加工电路不稳定。
⑦电极丝的材质不佳，抗拉强度低，折弯，打结，叠丝或使用时间过长，丝被拉长，拉细且布满微小放电凹坑。
⑧导丝机构的机械传动精度低，绕丝松紧不适度，导轮和储丝筒的径向圆跳动和窜动。
⑨工件材料的导电性及导热性不好，加工中被电极丝拉出沟槽。
⑩加工 结束时，因工件自重引起切除部分脱落或倾斜夹断电极丝。
解决方案：
加工过程中断丝，首先应立即关闭脉冲电源和变频，在关闭工作液泵及走丝电动机 ，把变频粗调置于“手动”一边，打开变频开关，让机床工作台继续按远程序走完，最后回到起点位置重新穿丝加工。若工件厚度较小。可就地穿丝继续加工。
若加工快结束断丝，可考虑从末尾进行加工，但需重新编制一部分程序。当两次加工重叠时，要及时关闭脉冲电源和机床，以避免损坏工件。
若断丝不能在用，必须更换新丝时，要测量新丝的直径，若断丝直径和新丝直径相差较大，就要重新设置加工参数，以保证所加工工件的精度。
2）短路
原因：
①导轮和导电块上的电蚀物堆积严重为能及时清理。
②工件的变形造成切缝变窄，使切屑无法及时排出。
③工作也浓度太高造成排屑不畅。
④加工参数选择不当造成短路。
解决方案：
应立即关掉变频，待其自行消除短路，如不能凑效，在关掉高频电源，用酒精、汽油、丙醇等溶剂、冲洗短路部分，若此时还不能消除短路，只好把电极丝抽出退回到其始点重新加工。
通过此次毕业设计，我对所学习的知识又有了一个系统的了解。线切割对于我来说也是一个全新的东西，以前在校学习时只是听说了一些，走上工作岗位，才真正接触到了这一工种。以上论文所提及的都是我在工作中所接触，了解到的知识。虽说不是很完整，很专业，也不是很深奥，但是他显示了北航海尔CAXA线切割XP在机械加工中应用的全过程。包括从图纸输入，轨迹生成到代码显示及程序送控制台的全过程。由此，你可以对数控电火花线切割有一个大概的了解。
在设计的过程中，我也遇到了好多问题。毕竟线切割是我新接触的东西，理论知识我可以很快掌握，但是真正到实践上，机床遇到的许多问题让我也束手无策。曾有一次，由于电工把三相电源线给接反了，结果机床的储丝筒就一直反向运转，频繁断丝。我检查了所有能检查的接口，包括高频，都没找到问题。我做了最坏的打算：卸掉一个换向开关，用一个开关来控制两向行程。终于可以加工了。但是，我知道这也只是应急之策。下班后，我又继续检查，过了好久，我的学生赵新超问我会不会是电源的问题，因为他中午看见电工动线了。此时我才恍然大悟，赶紧调了三相电源，问题就这样迎韧而解了。在此我要谢谢我的学生们，如果不是他们的勤学好问，也许我也不会那么积极的去搜集各方面的资料；如果不是他们的聪慧，也许我会被所遇到的困难吓倒。
在本次毕业设计中，我从指导老师身上学到了很多东西。老师认真负责的工作态度，严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。她无论在理论上还是在实践中，都给与我很大的帮助，使我得到不少的提高。这对于我以后的工作和学习都有很大的帮助，感谢她耐心的辅导。
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