第五章 数控电火花线切割加工工艺与编程
第一节 数控电火花线切割加工概述
序号：37
课 题
课题一 数控电火花线切割加工概述
课 时
2
目的要求
了解数控电火花线切割加工的基本原理、特点
知 识 点
数控电火花线切割机床概况、加工原理、加工的特点、应用范围
关 键 点
加工原理
教学进程
设 计
1．简述数控电火花线切割机床的工作过程及分类；
2．说明数控电火花线切割加工的基本原理；
3．说明数控电火花线切割加工的特点；
4．说明数控电火花线切割加工的应用。
教学方法
讲授、演示（多媒体教学）
教具引用
网络资源
课后记述
参考链接
主要内容：
一、数控线切割加工机床简介
电火花线切割机床组成：机床本体、控制系统、脉冲电源、运丝机构、工作液循环机构和辅助装置（自动编程系统）。
线切割机床可分为高速走丝机床和低速走丝机床。
二、数控线切割加工原理及特点
1．数控电火花线切割加工原理
它是通过电极和工件之间脉冲放电时的电腐作用，对工件进行加工的一种工艺方法。
数控电火花线切割加工的基本原理：利用移动的细金属导线（铜丝或钼丝）作为工具线电极（负电极），被切割的工件为工件电极（作为正电极），在加工中，线电极和工件之间加上脉冲电压，并且工作液包住线电极，使两者之间不断产生火花放电，工件在数控系统控制下（工作台）相对电极丝按预定的轨迹运动，从而使电极丝沿着所要求的切割路线进行电腐蚀，完成工件的加工。
2．数控线切割加工的特点
（1）可以加工难切削导电材料的加工。例如淬火钢、硬质合金等；
（2）可以加工微细异形孔、窄缝和复杂零件，可有效地节省贵重材料；
（3）工件几乎不受切削力，适宜加工低刚度工件及细小零件；
（4）有利于加工精度的提高，便于实现加工过程中的自动化。
（5）依靠数控系统的间隙补偿的偏移功能，使电火花成形机的粗、精电极一次编程加工完成，冲模加工的凹凸模间隙可以任意调节。
三、数控线切割加工的应用
1．形状复杂、带穿孔的、带锥度的电极；
2．注塑模、挤压模、拉伸模、冲模；
3．成形刀具、样板、轮廓量规的加工；
4．试制品、特殊形状、特殊材料、贵重材料的加工。
小结
电火花线切割机床组成、电极丝（负电极）、工件（正电极）。
第二节 数控线切割加工工艺指标及工艺参数
序号：38
课 题
实验五 数控线切割加工工艺指标及工艺参数
课 时
2
目的要求
了解线切割加工的主要工艺指标，理解影响工艺指标的主要因素及方式，学会合理选择工艺参数。
知 识 点
线切割加工的主要工艺指标：切割速度υ、切割精度、表面粗糙度、线电极的磨损量
影响工艺指标的主要因素及其选择：加工参数、线电极丝、工件厚度及材料、工作液
关 键 点
影响工艺指标的主要因素及其选择
教学进程
设 计
1．叙述线切割加工的主要工艺指标；
2．详细说明影响工艺指标的主要因素及方式；
3．介绍合理选择工艺参数的经验。
教学方法
讲授、实验（多媒体教学、现场家学）
教具引用
线切割机床
课后记述
参考链接
主要内容：
一、线切割加工的主要工艺指标
1．切割速度υ 2．切割精度 3．表面粗糙度 4．线电极的磨损量
二、影响工艺指标的主要因素及其选择
1．加工参数对工艺指标的影响和选择
（1）峰值电流is
（2）脉冲宽度Ton
（3）脉冲间隔Toff
（4）走丝速度
（5）进给速度
快速走丝线切割加工参数的选择见表5-2。
2．线电极丝对线切割工艺性能的影响及其选择
（1）电极丝直径的影响
（2）上丝、紧丝对工艺指标的影响
（3）电极丝垂直度对工艺指标的影响
3．工件厚度及材料的影响
（1）工件材料对工艺指标的影响
（2）材料的厚度对工艺指标的影响
4．工作液对工艺指标的影响及选择
（1）高速走丝选用专用乳化液，低速走丝选用去离子水；
（2）切割速度、厚度、流量、流向、加工精度、表面粗糙度、对工作液浓度的影响。
（3）含Cr的合金材料，工作液的浓度较小，用蒸馏水配制。
（4）水类工作液，油类工作液对工作液浓度的影响。
（5）工作液的脏污程度对工艺指标的影响。
5．实验验证工艺指标——粗糙度，实验方法与步骤见实验指导书。
小结
填写实验报告单。
第三节 数控线切割加工工艺的制定
序号：39
课 题
课题二 数控线切割加工工艺的制定（一）
课 时
2
目的要求
掌握数控线切割加工工艺的细节内容，培养整体考虑工艺方案的思维模式。
知 识 点
模坯、定位、装夹方式、找正、加工坐标系、切割起始点和加工路线
关 键 点
定位、找正
教学进程
设 计
１．先介绍数控线切割加工工艺的完整流程，建立整体的观念；
２．零件分析的细则内容；
３．正确定位和装夹；
４．提出注意事项。
教学方法
讲授（多媒体教学）
教具引用
网络资源
课后记述
参考链接
主要内容：
线切割加工的工艺流程图。
一、零件图的工艺分析
1．明确加工要求；
2．分析主要定位基准，正确定位、装夹，确定加工坐标系；
3．采用合理的加工切割起始点和加工路线；
4．指明不宜或不能用电火花线切割加工的地方。
二、模坯准备
1．带有穿孔的成型电极或带有顶杆孔的型芯或抽芯孔模坯的准备；
2．加工型孔部分；
3．凸模的模坯。
三、常用夹具及工件的正确装夹找正方法
1．工件装夹的的一般要求
（1）工件的装夹基准面应清洁无毛刺；
（2）夹具精度高；
（3）精密、细小的工件应使用不易变形的专用辅助夹具，加工成批零件，应采用专用夹具。
2．工件的装夹方式
（1）悬臂式（2）两端支撑 （3）桥式支撑 （4）板式支撑 （5）复式支撑
3．工件的调整
（1）百分表找正
（2）划线找正
4. 电极丝垂直度校正
（1）专用校正工具法
（2）火花校正法
电极丝垂直度校正的注意点（略）
小结
定位基准、装夹、工件的调整、电极丝垂直度校正。
序号：40
课 题
课题三 数控线切割加工工艺的制定（二）
课 时
2
目的要求
掌握数控线切割加工工艺的细节内容，培养整体考虑工艺方案的思维模式。
知 识 点
电极丝位置确定、自动找正、切割路线、穿丝孔的设置、间隙补偿量
关 键 点
切割路线、间隙补偿量
教学进程
设 计
１．正确找正电极丝位置的方法；
２．确定切割路线及合理选用穿丝孔；
３．正确计算间隙补偿量。
教学方法
讲授、讨论（多媒体教学）
教具引用
网络资源
课后记述
参考链接
主要内容：
四、电极丝位置确定
1．目测法
2．火花法 单边寻中、四面找正
3．自动找中心
五、切割路线的选择
在加工中，由于材料存在内应力或工件本身的自重会使工件发生变形。因此，切割起始点和切割路线的合理确定，将直接影响工件变形的大小，从而影响加工精度。因此，在选择加工路线时，应注意以下几个方面：
1．切割起始点的位置选择；
2．预制穿丝孔；
3．穿丝孔位置及数量；
4．合理确定加工路线；
5．多孔穿丝；
6．多次切割（粗、精二次切割）。
六、间隙补偿量ƒ
1．间隙补偿量的特点和补偿原理
特点；补偿原理。
2．间隙补偿量ƒ的确定
间隙补偿量ƒ的组成：线电极半径r、放电间隙δ电和配合间隙δ配。
（1）线电极半径的确定；
（2）放电间隙δ电的确定；
（3）配合间隙δ配和间隙补偿量ƒ的确定。
① 当加工冲孔模具时：
凸模的间隙补偿量ƒ 凸 =r丝 +δ电 凹模的间隙补偿量ƒ 凹 =r丝 +δ电-δ配
② 当加工落料模时：
凸模的间隙补偿量ƒ凸 =r丝 +δ电-δ配 凹模的间隙补偿量ƒ凹 =r丝 +δ电
③ 凸模固定板：
凸模固定板的间隙补偿量ƒ固 =r丝 +δ电+δ固 卸料板的间隙补偿量ƒ卸 =r丝 +δ电-δ卸
④ 型芯和型芯板的加工：间隙补偿量与冲孔模相同。
小结
电极丝位置确定、选择加工路线、线电极半径、放电间隙、和配合间隙。
第四节 线切割机床的程序编制
序号：41
课 题
课题四 3B（4B）格式程序编制
课 时
2
目的要求
掌握3B程序格式及各字取值规定，熟悉基本编程方法。
知 识 点
分隔符、计数方向、计数长度、加工指令、间隙自动补偿
关 键 点
计数方向、计数长度、加工指令
教学进程
设 计
1．给出3B格式程序框架；
2．对各字含义及取值规定详细说明；
3．强调计数方向、计数长度、加工指令的取值方法；
4．总结出3B格式编程的一般步骤；
5．简介4B格式程序编制特点；
6．实例详解。
教学方法
讲授、范例（多媒体教学）
教具引用
网络资源
课后记述
参考链接
主要内容：
一、3B格式程序编制
3B格式：
B X B
Y B
J
G
Z
分隔符
X坐标值
分隔符
Y坐标值
分隔符
计算长度
计算方向
加工指令
（一）说明
1．B为分隔符，它的作用是将X、Y、J数码区分开；
2．X、Y 表示增量（相对）坐标值，无正负号，单位μm，μm以下应四舍五入。
（1）对于圆弧或圆，坐标原点移至圆心，X、Y为圆弧或圆起点对圆心的坐标值；
（2）对于直线（斜线），坐标原点移至其起点，即X、Y为终点对起点增量坐标值。
特例：平行于X轴或Y轴的直线，即X或Y为零时，X、Y值均可不写，保留分隔符。
3．计数方向G 选取X方向进给总长度进行计数，用GX表示；否则，用GY表示。
计数方向的确定，不管切割直线还是圆弧，计数方向均按终点的位置来确定。
（1）加工直线时，用进给距离较长的一个方向作为进给长度计算方向。即终点坐标靠近何轴，则进给方向取该轴；
（2）加工圆弧时，圆弧的终点坐标靠近何轴，则计数方向取另一轴。
特例：斜线或圆弧的终点正好落在45°线上，计数方向取GX、GY均可。
4．计数长度J 在计数方向上，被加工线段的投影长度。单位μm。
（1）对于圆弧或圆 求圆弧在计数方向上投影的绝对值总和；
（2）对于直线 直接求计数方向上投影长。
5．加工指令Z
用来传送关于被加工图形的形状、加工象限和加工方向等信息，共有12种。
（1）直线段 指令用L表示。分别为L1、L2、L3、L4，L后面的数字表示该直线段所在的象限，当直线在第I象限（包括X轴而不包括Y轴）时，加工指令记为L1，L2、L3、L4依次类推；
（2）圆和圆弧 分顺圆和逆圆。SR或NR后面的数字表示圆或圆弧起始点坐标的象限，当起点在第I象限（包括Y轴而不包括X轴），加工指令记作SR1（顺圆）或NR1（逆圆），当起点在第II象限（包括X轴而不包括Y轴），加工指令记作SR2（顺圆）或NR2（逆圆），其余依次类推。
6．停机码D 程序结束指令放在整个程序的最后，D表示程序结束。
（二）3B格式编程步骤
(1)根据工件的装夹和穿丝孔的位置，选择电极丝切入的位置和切割路线选择，确定统一的直角坐标系。尽量选取图形的对称轴，可以减少计算量；
(2)确定间隙补偿量，即ƒ；
(3)将电极丝中心轨迹分割成单一的直线和圆弧，按型孔和凸模的中间尺寸值计算各线段的交点坐标值；
(4)编制程序，根据交点坐标值和切割路线，逐段编制程序。
二、4B格式编程简介
4B格式程序具有间隙自动补偿功能，使电极丝相对于切割图样自动向内或向外偏移一个补偿距离，只要编制一个切割程序便可加工凸件和凹件。程序格式如下：
B
X
B
Y
B
J
B
R
G
DD或D
Z
分隔符
X坐标值
分隔符
Y坐标值
分隔符
计数长度
分隔符
圆弧半径
计数方向
曲线形式
加工指令
应用举例：见P204 例5-3。
例5-3：编制如图所示凸模的数控线切割程序，电极丝为Φ0.18mm的钼丝，单边放电间隙为0.01mm。
①确定计算坐标系 由于图形是左右对称，故选择图示的坐标系为计算坐标系；
②切割路线 考虑工件变形，在图中位置预制穿丝孔，路线为穿丝孔O—A—B—C—D—E—F—G—I—J—K—L—A—穿丝孔O；
③确定线径补偿ƒ ƒ=r+=0.09+0.01=0.1 钼丝的中心轨迹为图中的细实线；
④计算交点坐标 即A～L的坐标值（略）。
小结
X Y
J
G
Z
直线
终点相对于起点
线段在计数方向上的投影
GXGY
L1L2L3L4
圆弧
起点相对于圆心
各圆弧段在计数方向上投影绝对值之和
GXGY
SR1SR2SR3SR4NR1NR2NR3NR4
序号：42
课 题
课题五 ISO程序格式及指令
课 时
2
目的要求
掌握ISO程序格式及各字含义、作用，熟悉基本编程方法。
知 识 点
程序及程序段格式、G代码指令、M辅助功能代码
关 键 点
镜像和交换加工指令、半径和放电间隙补偿指令、锥度加工指令、手动操作指令
教学进程
设 计
1．给出ISO程序结构形式及含义、作用；
2．对照前面各章内容，快速介绍各G功能指令，并注意异同点分析；
3．强调关键点的知识内容；
4．介绍M辅助功能代码。
教学方法
讲授、范例（多媒体教学）
教具引用
网络资源
课后记述
参考链接
主要内容：
三、ISO程序编程
1．程序及程序段格式
程序分主程序和子程序。
（1）程序的构成：程序名、程序主体和程序结束指令三部分。
①程序名 程序文件名，用数字、字母组合表示，最多8个字符，扩展名3个字符,不能重复。
②程序主体 整个程序的核心部分，程序主体由若干程序段组成。
③程序结束指令 以M02结束，单独一段。
（2）程序段格式
程序段由若干个字组成，每个字是控制系统的具体指令，它是由表示地址的字母、特殊文字和数字集合组成。
①程序段号 程序段首，由地址符N和数字组成。
②准备功能字 准备功能字地址符G，分模态G代码和非模态G代码。
③尺寸指令 指定电极丝运动的坐标位置。用地址符X、Y、U、V、I、J等。
④辅助功能字 称为M功能代码或M指令，由地址符M和随后的两位数字组成。
2．G代码指令
（1）移动指令（G00 G01 G02 G03）
（2）坐标形式指令（G90 G91 G92）
（3）镜像、交换加工指令（G05～G12）
（4）半径和放电间隙补偿指令（G40、G41、G42）
1）刀补的建立
2）间隙补偿进行
3）刀补的取消
（5）加工坐标系指令（G54～G59）
（6）锥度加工指令（G50、G51、G52）
（7）手动操作指令（G80、G82、G84）
3．M辅助功能代码M00、M02、M20、M21
小结
G05～G12、G50、G51、G52、G80、G82、G84
序号：43
课 题
课题六 自动编程及应用实例精解
课 时
2
目的要求
通过实例精解熟练掌握基本指令的使用，并学会基本编程方法。
知 识 点
自动编程、图形输入、单边放电间隙、半径和放电间隙补偿指令的使用
关 键 点
半径和放电间隙补偿指令的使用
教学进程
设 计
1．先补充介绍自动编程的相关知识；
2．详细介绍应用实例；
3．重点强调编程的方法、步骤；
4．与学生共同编写参考程序。
教学方法
讲授、范例（多媒体教学）
教具引用
网络资源
课后记述
参考链接
主要内容：
四、自动编程
自动编程即计算机辅助编程，分为语言输入方式和图形输入方式。
WAP2000系统功能简介：
图形输入方式自动编程，在计算机中建立零件的完整图形信息，通过系统软件的CAM功能自动生成数控加工程序。
WAP2000绘图式线切割自动编程系统具有的功能：
（1）它可通过鼠标器轻松绘制点、线、圆弧等组成的切割图形，复杂零件的图形可用CAD绘制，通过软盘将CAD绘制的图形以DXF文件格式转入WAP2000编程系统；
（2）当设定了线径偏移后，在转角处可采用不同的电极丝切割路径。切割路径生成后可在微机上进行轨迹模拟；
（3）生成数控程序时，选用不同的后处理器可分别生成ISO代码或3B程序；
（4）对于多孔的工件，为保证孔距，可用跳步功能。通过线径补偿量的输入，可精确加工出零件，调整冲模的间隙，通过改变线径补偿的方向可加工出凸件或凹件。
WAP2000系统的使用简单，整个过程分为三步：
零件图的绘制；
工艺参数设置和电极丝轨迹生成；
生成ISO或3B数控程序。
应用举例一：见P212 例5-5
例5-5：如图所示，工件的基本尺寸为图上所标，钼丝的直径为0.12，单边放电间隙为δ电=0.01mm, δ配=0.015mm，试编制凸凹模程序。
根据零件的形状（左右对称），建立如图所示的直角坐标系，凸模的穿丝孔的位置（-11，-2），凹模的穿丝孔的位置（11，2），切割路线为穿丝孔—N—A—B—C—D—E—F—G—H—I—J—K—L—M—N—穿丝孔
确定间隙补偿量，由于是为落料模，根据上一节所讲的间隙补偿量确定方法：
ƒ凸 =r丝 + δ电=0.12/2+0.01=0.07 mm
ƒ凹 =r丝 +δ电-δ配=0.12/2+0.01-0.015=0.055mm
各交点和圆心的坐标见下表。
交点及圆心坐标
交点、圆心
X
Y
交点、圆心
X
Y
A
-13.935
0
J
26.185
20.310
B
-29.015
15.080
K
29.015
15.080
C
-26.185
20.310
L
13.935
0
D
-23.550
17.550
M
9800
0
E
-14.945
21.120
N
-9800
0
F
-14.945
25.800
O1 0
0
G
14.945
25.800
O2
-19.980
21.120
H
14.945
21.120
O3
0
2.360
I
23.550
17.550
O4
19.980
21.120
应用举例二：见P209 例5-4
例5-4：编制如图所示的凹模程序，电极丝直径为0.13mm，放电间隙为0.01 mm，试编制程序。
建立如图所示的编程坐标系，穿丝孔的位置选择在O1，切割路线为：
O1—a—b—c—d—e—f—g—h—a—O1
确定间隙补偿量：ƒ= r丝 +δ电=0.13/2+0.01=0.075mm
交点和圆心坐标见下表：
交点及圆心坐标
交点及圆心
X
Y
交点及圆心
X
Y
a
0
4.00
g
81.00
0
b
0
30.00
h
4.00
0
c
38.88
50.79
O1
4.00
4.00
d
83.22
21.19
O2
25.00
30.00
e
85.00
17.86
O3
81.00
17.86
f
85.00
4.00
O4
81.00
4.00
小结
建立直角坐标系、切割路线、确定间隙补偿量、计算交点和圆心坐标、编写程序清单。
第五节 典型零件的加工实训
序号：44
课 题
课题七 综合应用实例精解
课 时
2
目的要求
通过实例，综合应用指令，并锻炼全面考虑加工工艺的能力。
知 识 点
工艺方案、加工路线
关 键 点
加工路线
教学进程
设 计
1．确立题目；
2．帮助学生全面分析工艺问题；
3．共同编程；
4．加工，并观察效果；
5．分析存在的问题。
教学方法
讨论、探究（现场教学）
教具引用
数控线切割机床
课后记述
参考链接
主要内容：
加工如图所示的工件，根据图纸要求的尺寸，试编制ISO程序，以及写出加工的工艺和步骤。
一、准备工作
1．根据图纸分析，要求加工的工件为低压骨架下型腔（图中的顶杆孔未画出），而且是一模两穴。工件的材料为模具材料，并且在线切割加工之前进行热处理，硬度达到52～58HRC。
2．材料准备 在切割加工前，型腔的外形加工结束并保证尺寸精度和位置精度。考虑到工件在加工前淬火，所以穿丝孔应在未热处理前预制，可用Φ4的钻头完成；如有条件可在热处理完成后在电火花穿孔机上完成。（小的顶杆孔只能在电火花穿孔机上加工）。
3．工件装夹和调整 采用桥式支撑装夹方式，压板夹具固定。在装夹时，两块垫铁各自斜放，使工件和垫铁留有间隙，方便电极丝位置的确定。用百分表找正调整工件，使工件的底平面和工作台平行，工件的直角侧面和工作台X、Y互相平行。
4．上丝、紧丝 和调垂直度 电极丝的松紧适宜，用火花法调整电极丝的垂直度，即电极丝与工件的底平面（装夹面）垂直
5．电极丝位置的调整 为了保证工件内形相对于外形的位置精度和下型腔的装配精度，我们必须使电极丝的起始切割点位于下型腔的中心位置。电极丝位置的调整采用火花四面找正。
二、ISO编程
1．确定工艺基准和编程零点，选择工件底平面作为定位基准面，考虑确定电极丝位置方便，加工基准和设计基准统一，选择直角坐标系O1为工艺基准。编程零点的选择有两种：
（1）选择O1为整个切割图形的编程零点，但是这种编程零点的缺点是尺寸标注基准和编程基准不统一，导致编程繁琐，计算量大，编程容易出错。
（2）分别选择O1 、O2、 O3为三个封闭内形的编程零点。优点是尺寸标注基准和编程基准统一，编程方便简单。
2．确定穿丝点和加工顺序，为方便预制穿丝孔和程序编制，选择O1 、O2、 O3为三个切割图样的穿丝孔。加工顺序为首先切割内形1，然后切割内形2，最后切割内形3。
3．确定加工路线
（1）内形1：O1—W—W—O1
（2）内形2：O2—A—B—C—D—E—F—G—H—I—J—K—L—M—N—O—P—A—O2
（3）内形3：O3—a—b—c—d—e—f—g—h—i—j—k—l—m—n—o—p—a—O3
4．间隙补偿量的确定
（1）根据技术要求，钼丝的直径选为0.13mm。单边放电间隙为0.01，配合间隙为0.01mm。
（2）间隙补偿量ƒ凹 =r丝 +δ电-δ配=0.13/2+0.01-0.01=0.065mm。
5．程序编制如下：
三、加工
1．选择加工电参数 根据工件的厚度（20mm），表面粗糙度Ra值为1.6～3.2ｕm选择电参数见下表。
加工电参数
峰值电流is /A
脉冲宽度Ton/μs
脉冲间隔Toff/μs
加工速度mm/min-1
1～4
≤4
Ton/Toff=3～4
2～5
2．切割 准备工作都结束后可按下该键进行切割。切割有两种方向，正向和反向，正向切割和编程的切割方向一致，反向切割正好和编程的切割方向相反。
切割过程中，可调节工作液的流量大小，使工作液始终包住电极丝，切割稳定。
切割过程中，可随时调整电参数，在保证尺寸精度和表面粗糙度的前提下，提高加工效率。
3．加工的注意事项
（1）在加工过程中，发生短路时，控制系统会自动发出回退指令，开始作原切割路线回退运动，直到脱离短路状态，重新进入正常切割加工。
（2）加工过程中，若发生断丝，此时控制系统立即停止运丝和工作液，控制系统发出两种执行方法的指令：一是回到切割起始点，重新穿丝，这时可选择反向切割；二是在断丝位置穿丝，继续切割。
（3）跳步切割过程中，穿丝时一定要注意电极丝是否在导轮的中间，否则会发生断路，引起不必要的麻烦。
小结
回顾准备工作、编程、加工各环节的内容。
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