數(shù)控電火花線切割機(jī)床及編程簡介

  數(shù)控電火花線切割機(jī)床既是數(shù)控機(jī)床，又是特種加工機(jī)床，它區(qū)別于傳統(tǒng)機(jī)床部分是：

1.數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)，

2.不是依靠機(jī)械能通過刀具切削工件，而是以電、熱能量形式來加工。

    電火花加工在特種加工中是比較成熟的工藝。 在民用，國防生產(chǎn)部門和科學(xué)研究中已經(jīng)獲得了廣泛應(yīng)用，其機(jī)床設(shè)備比較定型，且類型較多，但按工藝過程中工具與工件相對運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和用途等來分，大致可以分為六大類，其中應(yīng)用最廣，數(shù)量較多的是電火花成型加工機(jī)床和電火花線切割機(jī)床。我們這里介紹電火花線切割機(jī)床。��

    電火花線切割加工是在電火花加工基礎(chǔ)上用線狀電極(鉬絲或銅絲)靠火花放電對工件進(jìn)行切割，故稱為電火花線切割，有時(shí)簡稱線切割。

    控制系統(tǒng)是進(jìn)行電火花線切割加工的重要組成部分，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、控制精度及自動(dòng)化程度都直接影響到加工工藝指標(biāo)和工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

一．?dāng)?shù)控加工和特種加工機(jī)床的種類

數(shù)控加工機(jī)床分類有兩種方法：

1.按控制系統(tǒng)分類有點(diǎn)位控制、直線控制、連續(xù)控制三種，

2.按伺服系統(tǒng)分類有開環(huán)、半閉環(huán)、閉環(huán)控制系統(tǒng)。

    傳統(tǒng)的切削加工方法主要依靠機(jī)械能來切除金屬材料或非金屬材料。隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了多種利用其他能量形式進(jìn)行加工的特種加工方法，主要是指直接利用電能、化學(xué)能、聲能和光能等來進(jìn)行加工的方法。在此，機(jī)械能以外的能量形式的應(yīng)用是特種加工區(qū)別于傳統(tǒng)加工的一個(gè)顯著標(biāo)志。

    新的能量形式直接作用于材料，使得加工產(chǎn)生了諸多特點(diǎn)，例如，加工用的工具硬度不必大于被加工材料的硬度，這就使得高硬度、高強(qiáng)度、高韌性材料的加工變得容易；又如，在加工過程中，工具和工件之間不存在顯著的機(jī)械切削力，從而使微細(xì)加工成為可能。正是這些特點(diǎn)，促使特種加工方法獲得了很大的發(fā)展，目前已廣泛應(yīng)用于航空航天、電子、動(dòng)力、電器、儀表、機(jī)械等行業(yè)。

特種加工種類主要按其能量來源和工作原理的不同分類，主要有：
    電、熱能：電火花加工，電子束加工，等離子束加工；
    電、機(jī)械能：離子束加工；
    電、化學(xué)能：電解加工、電解拋光；
    電、化學(xué)、機(jī)械能：電解磨削、電解珩磨、陽極機(jī)械磨削；
    光、熱能：激光加工；
    化學(xué)能：化學(xué)加工、化學(xué)拋光；
    聲、機(jī)械能：超聲波加工；
    機(jī)械能：磨料噴射加工、磨料流加工、液體噴射加工。
    電子束和離子束加工以及同時(shí)用幾種加工方式的復(fù)合加工。

二．電火花線切割加工原理和必備條件

    電火花線切割加工是利用工具電極（鉬絲）和工件兩極之間脈沖放電時(shí)產(chǎn)生的電腐蝕現(xiàn)象對工件進(jìn)行尺寸加工。電火花腐蝕主要原因：兩電極在絕緣液體中靠近時(shí)，由于兩電極的微觀表面是凹凸不平，其電場分布不均勻離得最近凸點(diǎn)處的電場度最高，極間介質(zhì)被擊穿，形成放電通道，電流迅速上升。在電場作用下，通道內(nèi)的負(fù)電子高速奔向陽極，正離子奔向陰極形成火花放電，電子和離子在電場作用下高速運(yùn)動(dòng)時(shí)相互碰撞，陽極和陰極表面分別受到電子流和離子流的轟擊，使電極間隙內(nèi)形成瞬時(shí)高溫?zé)嵩�，通道中心溫度達(dá)到10000度以上。以致局部金屬材料熔化和氣化。

電火花線切割加工能正常運(yùn)行，必須具備下列條件：

1.  鉬絲與工件的被加工表面之間必須保持一定間隙，間隙的寬度由工作電壓 、加工量等加工條件而定。

2.  電火花線切割機(jī)床加工時(shí)，必須在有一定絕緣性能的液體介質(zhì)中進(jìn)行，如煤油、皂化油、去離子水等，要求教高絕緣性是為了利于產(chǎn)生脈沖性的火花放電，液體介質(zhì)還有排除間隙內(nèi)電蝕產(chǎn)物和冷卻電極作用。鉬絲和工件被加工表面之間保持一定間隙，如果間隙過大，極間電壓不能擊穿極間介質(zhì)，則不能產(chǎn)生電火花放電；如果間隙過小，則容易形成短路連接，也不能產(chǎn)生電火花放電。

3.  必須采用脈沖電源，即火花放電必須是脈沖性、間歇性，圖1中ti為脈沖寬度、to為脈沖間隔、tp為脈沖周期。在脈沖間隔內(nèi)，使間隙介質(zhì)消除電離，使下一個(gè)脈沖能在兩極間擊穿放電。

三．電火花線切割和成型機(jī)區(qū)別

1．電火花線切割的工具電極是沿著電極絲軸線移動(dòng)著的線電極，成型機(jī)工具電極是成型電極，與要求加工出的零件有相適應(yīng)的截面或形狀。

2．線切割加工時(shí)工具和工件在水平兩個(gè)方向同時(shí)有相對伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，成型機(jī)工件和工具只有一個(gè)相對的伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

四．電火花線切割機(jī)床組成

1．機(jī)床主體：床身、絲架、走絲機(jī)構(gòu)、X—Y數(shù)控工作臺(tái)

2．工作液系統(tǒng)

圖1—脈沖波形

3.  高頻電源：產(chǎn)生高頻矩形脈沖，脈沖信號(hào)的幅值、脈沖寬度可以根據(jù)不同工作狀況調(diào)節(jié)。

4.  數(shù)控和伺服系統(tǒng)

五．線切割加工的應(yīng)用
　　1．廣泛應(yīng)用于加工各種沖模。
　　2．可以加工微細(xì)異形孔、窄縫和復(fù)雜形狀的工件
　　3．加工樣板和成型刀具。
　　4．加工粉末冶金模、鑲拼型腔模、拉絲模、波紋板成型模
　　5．加工硬質(zhì)材料、切割薄片，切割貴重金屬材料。
　　6．加工凸輪，特殊的齒輪。
　　7．適合于小批量、多品種零件的加工，減少模具制作費(fèi)用，縮短生產(chǎn)周期。

六．編  程 

    在數(shù)控機(jī)床中編輯程序有兩種方式，一種是手工編程，另一種是自動(dòng)編程。人工編程采用各種數(shù)學(xué)方法，使用一般的計(jì)算工具，人工地對編程所需的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和運(yùn)算。為了簡化編程工作，利用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)編程是必然趨勢。自動(dòng)編程使用專用的數(shù)控語言及各種輸入手段向計(jì)算機(jī)輸入必要的形狀和尺寸數(shù)據(jù)，利用專門的應(yīng)用軟件即可求得各交切點(diǎn)坐標(biāo)及編寫加工程序所需的數(shù)據(jù)。

1．手工編程

    線切割機(jī)床編程格式是用3B指令格式：編程格式如表1所示，表中B為分隔符，它的作用是把X、Y、J這些數(shù)碼分開，便于計(jì)算機(jī)識(shí)別。當(dāng)程序往控制器輸入時(shí)，讀入第一個(gè)B后它使控制器作好接受J值的準(zhǔn)備，讀入第二個(gè)B后作好接受Y軸坐標(biāo)值的準(zhǔn)備。讀入第三個(gè)B后作好接受J值的準(zhǔn)備。加工斜線時(shí)，程序中X、Y必須是該斜線段終點(diǎn)相對起點(diǎn)的坐標(biāo)值。加工圓弧時(shí)，程序中X、Y必須是圓弧起點(diǎn)相對其圓心的坐標(biāo)值。X、Y、J的數(shù)值均以um為單位。

(1)．記數(shù)方向G和記數(shù)長度J

    為保證所要加工的圓弧或線段能按要求的長度加工出來，一般線切割機(jī)床是通過控制從起點(diǎn)到終點(diǎn)某個(gè)工作臺(tái)進(jìn)給的總長度來達(dá)到的。因此在計(jì)算機(jī)中設(shè)立了一個(gè)J記數(shù)器來進(jìn)行記數(shù)，即把加工該線段的工作臺(tái)進(jìn)給總長度J的數(shù)值預(yù)先置入J計(jì)數(shù)器中，加工時(shí)當(dāng)被確定為記數(shù)長度這個(gè)坐標(biāo)的工作臺(tái)每進(jìn)給一步，J計(jì)數(shù)器就減1。這樣，當(dāng)J計(jì)數(shù)器減到零時(shí)，則表示該圓弧或直線已加工到終點(diǎn)。加工斜線段時(shí)必須用進(jìn)給距離比較長的一個(gè)方向作進(jìn)給控制，若線段的終點(diǎn)為A（Xe，Ye）,當(dāng)| Xe |>| Ye |,記數(shù)方向取Gx，反之，記數(shù)方向取Gy，如果兩個(gè)坐標(biāo)值一樣時(shí)，則兩個(gè)記數(shù)方向均可。當(dāng)圓弧終點(diǎn)坐標(biāo)靠近Y軸時(shí)，計(jì)數(shù)方向取Gx，靠近X軸時(shí)，計(jì)數(shù)千方向取Gy，既圓弧取終點(diǎn)坐標(biāo)絕對值小的為記數(shù)方向。如圖3所示。

    記數(shù)長度是直線或圓弧在記數(shù)方向坐標(biāo)軸上投影長度總和。對斜線段，如圖２，當(dāng)｜Xe |>| Ye |時(shí)，�。剩絴 Xe |，反之，則取Ｊ＝| Ye |，對于圓弧，它可能跨越幾個(gè)象限，如圖，圓弧都是從Ａ到Ｂ，如圖３所示，后圖記數(shù)方向?yàn)椋莤，Ｊ＝Ｊx1＋Ｊx2＋Ｊx3, 前圖記數(shù)方向?yàn)椋莥，Ｊ＝Ｊy1＋Ｊy2＋Ｊy3。

(2)．加工指令Ｚ

    Ｚ是加工指令總括符號(hào)，它共有１２種，如圖４所示，其中圓弧指令有８種，ＳＲ表示順圓，ＮＲ表示逆圓，字母后面的數(shù)字表示該圓弧的起點(diǎn)所在象限，如ＳＲ１表示為該圓弧為順圓，起點(diǎn)在第一象限。對于直線加工指令用Ｌ表示，Ｌ后面的數(shù)字表示該線段所在的象限。對于和坐標(biāo)重合的直線，正Ｘ軸為Ｌ1正Ｙ軸為Ｌ2負(fù)Ｘ軸Ｌ3為負(fù)Ｙ軸為Ｌ4。

    編程時(shí)，同學(xué)們要注意,線切割編程坐標(biāo)系和數(shù)控車床、數(shù)控銑床坐標(biāo)系的區(qū)別，線切割編程坐標(biāo)系只有相對坐標(biāo)系，每加工一條線段或圓弧，都要把坐標(biāo)原點(diǎn)移到直線的起點(diǎn)或圓弧的圓心上。
編程舉例

    加工如圖5形狀輪廓，其中O點(diǎn)為起刀點(diǎn)，走刀路線可以從OA—AB—BC—CD—DE—EF—FA—AO，也可以從OA—AF—FE—ED—DC—CB—BA—AO，按OA—AB—BC—CD—DE—EF—FA—AO路線編程如下：
　　走直線OA：B0 B20000 B20000 GY L2
　　走直線AB：B40000 B0 B40000 GX L1
　　走直線BC：B30000 B30000 B30000 GX L1
　　走直線CD：B0 B20000 B20000 GY L2
　　走圓弧DE：B35000 B0 B70000 GY NR1
　　走直線EF：B0 B20000 B20000 GY L4
　　走圓弧FA：B0 B15000 B30000 GX SR2
　　走直線AO：B0 B20000 B20000 GY L4
　　請同學(xué)們試著思考沿著OA—AF—FE—ED—DC—CB—BA—AO路線如何編程。

2．自動(dòng)編程

    為了把圖樣中的信息和加工路線輸入計(jì)算機(jī)，要利用一定的自動(dòng)編程語言(數(shù)控語言)來表達(dá)，構(gòu)成源程序。源程序輸入后，必要的處理和計(jì)算工作則依靠應(yīng)用軟件(針對數(shù)控語言的編譯程序)來實(shí)現(xiàn)。我們這里的數(shù)控編程語言的處理程序主要分為三部分：(1)輸入代碼直接加工；(2)畫圖轉(zhuǎn)化為代碼加工；

(3)掃描圖形轉(zhuǎn)化為代碼加工。 

    自動(dòng)編程根據(jù)編程信息的輸入與計(jì)算機(jī)對信息的處理方式不同，分為以自動(dòng)編程語言為基礎(chǔ)的自動(dòng)編程方法和以計(jì)算機(jī)繪圖為基礎(chǔ)的自動(dòng)編程方法。以語言為基礎(chǔ)的自動(dòng)編程方法，在編程時(shí)編程人員是依據(jù)所用數(shù)控語言的編程手冊以及零件圖樣，以語言的形式表達(dá)出加工的全部內(nèi)容，然后在把這些內(nèi)容輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理，制作出可以直接用于數(shù)控機(jī)床的NC加工程序。以計(jì)算機(jī)繪圖為基礎(chǔ)自動(dòng)編程方法，編程人員先自動(dòng)編程軟件的CAD功能，構(gòu)建出幾何圖形，其后利用CAM功能，設(shè)置好幾何參數(shù)，才能制作出NC加工程序。

    現(xiàn)在比較常用的CAD/CAM軟件有Mastercam、Pro/e、UG等，金工中心線切割機(jī)床自動(dòng)編程軟件則用國產(chǎn)CAXA。