數(shù)控電火花線切割加工原理

電火花數(shù)控線切割加工的過程中主要包含下列三部分內(nèi)容(如圖a所示):

   （1）電極絲與工件之間的脈沖放電。

   （2）電極絲沿其軸向(垂直或Z方向)作走絲運(yùn)動(dòng)。

   （3）工件相對(duì)于電極絲在X、Y平面內(nèi)作數(shù)控運(yùn)動(dòng)。

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圖a  電火花線切割加工原理圖

(1)電火花線切割加工時(shí)電極絲和工件之間的脈沖放電

電火花線切割時(shí)電極絲接脈沖電源的負(fù)極，工件接脈沖電源的正極。在正負(fù)極之間加上脈沖電源，當(dāng)來一個(gè)電脈沖時(shí)，在電極絲和工件之間產(chǎn)生一次火花放電，在放電通道的中心溫度瞬時(shí)可高達(dá)10000°C以上，高溫使工件金屬熔化，甚至有少量氣化，高溫也使電極絲和工件之間的工作液部分產(chǎn)生氣化，這些氣化后的工作液和金屬蒸氣瞬間迅速熱膨脹，并具有爆炸的特性。這種熱膨脹和局部微爆炸，將熔化和氣化了的金屬材料拋出而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件材料進(jìn)行電蝕切割加工。通常認(rèn)為電極絲與工件之間的放電間隙在0.O1mm左右，若電脈沖的電壓高，放電間隙會(huì)大一些。

為了電火花加工的順利進(jìn)行，必須創(chuàng)造條件保證每來一個(gè)電脈沖時(shí)在電極絲和工件之間產(chǎn)生的是火花放電而不是電弧放電。首先必須使兩個(gè)電脈沖之間有足夠的間隔時(shí)間，使放電間隙中的介質(zhì)消電離，即使放電通道中的帶電粒子復(fù)合為中性粒子，恢復(fù)本次放電通道處間隙中介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度，以免總在同一處發(fā)生放電而導(dǎo)致電弧放電。一般脈沖間隔應(yīng)為脈沖寬度的4倍以上。

    為了保證火花放電時(shí)電極絲不被燒斷，必須向放電間隙注人大量工作液，以便電極絲得到充分冷卻。同時(shí)電極絲必須作高速軸向運(yùn)動(dòng)，以避免火花放電總在電極絲的局部位置而被燒斷，電極絲速度約在7~10m/s左右。高速運(yùn)動(dòng)的電極絲，還有利于不斷往放電間隙中帶入新的工作液，同時(shí)也有利于把電蝕產(chǎn)物從間隙中帶出去。

    電火花線切割加工時(shí)，為了獲得比較好的表面粗糙度和高的尺寸精度，并保證電極絲不被燒斷，應(yīng)選擇好相應(yīng)的脈沖參數(shù)，并使工件和鉬絲之間的放電必須是火花放電，而不是電弧放電。

(2)電火花線切割加工的走絲運(yùn)動(dòng)

為了避免火花放電總在電極絲的局部位置而被燒斷，影響加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。在加工過程中電極絲沿軸向作走絲運(yùn)動(dòng)。走絲原理如圖b所示。鉬絲整齊地纏繞在儲(chǔ)絲筒上，并形成一個(gè)閉合狀態(tài)，走絲電機(jī)帶動(dòng)儲(chǔ)絲筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過導(dǎo)絲輪使鉬絲作軸線運(yùn)動(dòng)。

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圖b  走絲機(jī)構(gòu)原理圖

(3)X、Y坐標(biāo)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)

工件安裝在上下兩層的X、Y坐標(biāo)工作臺(tái)上，分別由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)作數(shù)控運(yùn)動(dòng)。工件相對(duì)于電極絲的運(yùn)動(dòng)軌跡，是由線切割編程所決定的。

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圖c  上層工作臺(tái)的傳動(dòng)示意圖