数控电火花线切割加工精度的分析

第１９卷第３期　Ｖｏ１．１　９．Ｎｏ．３　２００８年５月　机电产品开崖与　新　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍａｃｈｉｎｅｒｙ＆ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　Ｍａｙ．．２００８　数控电火花线切割加工精度的分析　逢启寿，冯羽生，王忠锋，黄伟玲　（江西理工大学，江西赣州３４１０００）　摘要：介绍了影响线切割机床加工精度的众多因素，并结合生产实践提出了提高加工精度的具体解决　办法和工艺措施。　关键词：数控；线切割；加工精度；电极丝；间隙补偿　中图分类号：ＴＧ６５９　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２—６６７３（２００６）０３—１５０—０３　０引言　２走丝系统的影响　数控电火花线切割机床是采用金属导线作为工具电　（１）丝架与工作台的垂直度。机床的制造误差及装　极，利用火花放电对金属产生电腐蚀而实现切割加工　配时的误差使线切割机床的丝架与工作台会有一定的垂　的，其主要用于切割淬火钢和硬质合金等特殊金属材　直度误差，而这些误差影响了工件的侧壁的垂直度造成　料，在试制新产品、加工模具、加工特殊材料方面应用　工件上下端的尺寸误差。　广泛。影响线切割机床加工精度的因紊众多，通过对这　工作台和丝架一经固定，其垂直度就成为定值，因　些因素进行分析汇总，并据此提出相应的解决办法，对　而消除它们的影响只能通过调整导轮的位置使电极丝垂　提高零件加工精度具有重要的指导意义。　直工作台。　（２）导轮的偏摆与磨损对电极丝垂直度的影响。电　１　坐标工作台及工作液的影响　极丝运动的位置主要由导轮决定，如果导轮有径向跳动　（１）坐标工作台。在线切割机床中由于导轨、丝　或轴向窜动，电极丝就会发生振动。假定下导轮固定，　杆、齿轮的制造精度以及丝杆螺母的间隙、齿轮的啮合　上导轮在水平方向有径向跳动或轴向有窜动，这时切割　间隙及其它零件的装配精度的影响，使得工作台在坐标　出的圆柱体工件必然出现圆柱度偏差如图１所示，其它　方向上移动时，产生一定的误差，导致加工时的尺寸误　工件将会出现相应的形位误差。如果上下导轮都振动，　差。因此在线切割机床中要尽量使用制造精度较高的导　那么在工件加工部位某个　上导轮　轨、丝杆、齿轮，尽量缩小丝杆螺母、齿轮的啮合间　空间位置上的精度均可能　隙，并提高其它零件的装配精度ｉｔ］。　降低。　电　（２）工作液对表面粗糙度的影响。工作液太脏，电　导致导轮Ｖ形槽圆角　蚀产物排除效果不好，这往往使得加工表面的某个部位　半径磨损超过电极丝半径　放电脉冲能量集中，造成凹坑过大，出现波纹，起伏不　时，将不能保持电极丝的　定等情况；另外还可能出现电弧放电，烧坏加工表面，　精确位置。由于导轮轴线　严重时可使工件报废。解决办法：定时清理积存的碳黑　不平行或Ｖ形槽不在同一　和金属屑，加强过滤循环，定期更换过滤纸芯或工作液　平面内，导轮的圆角半径　田１　导轮在水平方向径向　（如条件允许，尽可能采取冲油或抽油方式促使电蚀产　会较快地磨损，使电极丝　（轴向）跳动　物的排除）［２１。　在正反向运动时不是靠在同一侧面上，加工表面产生正　反向导纹。同时，由于电极丝的抖动，会使得切缝变　收稿日期：２∞６＿０３—０３　宽。解决办法：①定期更换导轮或导轮轴承；②调整电　作者简介：连启寿（１９６３一），男，副教授，机电实验室主　极丝垂直度，紧固好导轮。　任。主要从事ＣＮＣ数控研究。发表论文２Ｏ多篇，有专著。　（３）电极丝的张紧程度。电极丝的上丝，紧丝是线　切割操作中的重要环节，它的好坏直接影响到加工零件　１５０　维普资讯 http://www.cqvip.com

・数控机床世界・　的质量。若上丝过松，在切割较厚工件时，电极丝呈弧　度。图４是各参量对切割速度、表面粗糙度的影响。在　线状，从而造成形状与尺寸误差，如切割较厚圆柱体时　相同加工条件下：工件为淬火钢，电极丝为钼丝，走丝　会出现腰鼓形状如图２所　速度为ｌＯｍ／ｓ，采用Ｗ＝１０％的乳化液。　示。解决办法：上丝过程　由图４可以看出表面粗糙度、切割速度随着加工电　中外加辅助张紧力。通常　流峰值、脉冲宽度、脉冲频率和开路电压的增大而增　可采取逆转电动机或上丝　大；切割速度和表面粗糙度的要求是相互矛盾的两个加　圈２　放电切割时电极丝　后采用张紧手持滑轮再张　工工艺指标。所以如果对加工精度要求较高的条件下，　弯曲滞后　紧一次。　只能在满足精度要求的前提下，通过调整电参数去追求　（４）卷丝筒的转动与移动精度。卷丝筒的转动与移动　切割速度的提高。　精度造成电极丝的抖动，影响加工零件的尺寸和粗糙度。　解决办法：更换较高精度的卷丝筒或进行校正或修正回。　５进给速度对加工精度影响及调整　３　间隙补偿ｆ　过跟踪时，进给慢而稳，加工面呈焦黑色，切割速　度也低，电极丝略焦黑色并且老化快；解决办法：应减　为了使钼丝中心的加工轨迹反映出切割零件的轮　慢进给速度。　廓，编程时必须有一定的间隙补偿ｆ，如图３所示。ｆ＝　欠跟踪时，进给忽快忽慢，加工面不光洁并易出深　０．５ｄ＋ｚ，式中：ｄ一钼丝直径；ｚ一单边放电间隙。　痕，切割速度较快，电极丝易烧丝并且丝上有白班伤　间隙补偿的准确与否将会直接影响加工工件的尺寸　痕；解决办法：应加快进给速度。　精度。放电间隙与工件材料、结构、钼丝张紧情况、走　欠佳跟踪时，进给慢而稳，加工面略有焦黑并有条　丝速度、导轮运行状态、工作液种类、供液情况和清洁　纹，切割速度也低，电极丝呈焦色；解决办法：应稍微　程度、脉冲电源电参数等因　加快进给速度。　素有关；一般可根据电参数　最佳跟踪时，进给很稳，加工面发白光洁，切割速　与放电间隔的关系的基本规　度也快，电极丝发白而且老化也慢；此时进给速度不需　律估算出放电间隙。如　要调整［３１。　Ｉ　ＤＫ７７２８Ｂ机床采用快走丝，　在加工电压等于６０～８０Ｖ时，　６工件材料内应力的影响　１　ｆ　ｚ－－０．０１—０．０２ｍｍ，因此在加工　对存在内应力的工件材料进行加工时，因大面积切　圈３电极丝补偿间隙ｆ　时可根据上述数据进行估算，　除金属和切断加工破坏了材料内应力的相对平衡状态，　加工精度明显大于机床加工精度５　ｍ，可采用试切工件　从而引起很大的变形，导致零件加工精度的下降，甚至　的方法来检测ｆ。　一　在切割中出现裂纹、断裂。　４脉冲电源的点参量　减少变形和裂纹的措施：①改善热处理工艺，减少　内部残余应力；⑦减少切割体积，在淬火前先用切削加　以矩形波电源为例，脉冲电源的电参量不仅影响电　工方法把没用的部分材料切除或预钻孔，使热处理均匀　极的损耗，还影响放电间隙，进而影响到工件的加工精　发生；③精度要求高的，采用二次切割法。第一次加工　开路电压ｕ对切割速度Ｖ　脉冲宽度Ｔ对切割速度Ｖ　脉冲间隔ｔ对切割速度Ｖ　放电峰值电流ｉ对切割速度　和粗糙度Ｒ的影响　和粗糙度Ｒ的影响　和粗糙度Ｒ的影响　ｖ和粗桂度Ｒ的影响　图４各｛－｝■对切割速度Ｖ　裹面粗糙度Ｒ的影响　（下转第１５４页）　１５１　维普资讯 http://www.cqvip.com

・数控机床世界・　能使裂缝长度较短的位置上，因为在加工大量圆锥台钣　金时，较短的裂缝可以节省焊接材料和焊接工时，有效　４结语　降低成本并提高生产率。　本文介绍的应用Ｓ　脚钣金模块展开圆锥台钣金件的方　（３）在生成工程图时，最好按照１：１的比列。这样生　法完全可以替代传统的人工计算方法，在保证展开精度的前提　成的工程图可以根据生产加工的实际要求在展开图上增加　下可以大大提高设汁效率，它也是实现无图化加工的—个有力　任意数目的拟合半径（一般按指定角度进行环型阵列），　保证，为现代钣金设计提供了—个快速实用的新方法和新工具。　而各个半径值只要通过直接标注或测量就可以获得，而无　参考文献：　需再进行比例转换，增加了出图的效率。而且生成的工程　［１］１樊文萱，等．钣金展开技术手册【Ｍ】．北京：北京出版社，１９９２．　图也可以转换为数控加工设备支持的电子文件格式（如　【２】翟洪绪．钣金展开计算法【Ｍ】．北京：机械工业出版社，２０００．　ＤＷＧ文件）以方便输入输入进行自动化加工。　【３】张剑澄。等．Ｓｏｌｉｄ　Ｅｄｇｅ高级篇【Ｍ】．北京：机械工业出版社。２００４．　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｏｌｉｄ　Ｅｄｇｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ＣｏＩｌｉｃａｌ　Ｓｈｅｅｔ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｕｔｓｐｒｅａｄ　ＨＵ　Ｙｏｎｇ－Ｐｅｎｇ。ＳＵＮ　Ｄｏｎｇ－Ｍｉｎｇ，Ｊ１Ｎ脑一　（Ｆａｃｕｌｔｙ　ｏｆ　Ｍａｃｈｉｎｅ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。Ｋｕｎｍｉｎｇ　Ｙｕｎａｎ　６５００９３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｍａｄｅ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｉｔｏｎａｌ　ｏｕｔｓｐｒｅａｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｃｏｎｉｃａｌ　ｓｈｅｅｔ　ｍｅｔａｌ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｏｎｅ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｓｏｈｄ　Ｅｄｇｅ　ｓｈｅｅｔ　ｍｅｔｌａ　ｍｏｄｕｌｅ．Ｂｙ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｉｔ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｉｃａｌ　ｓｈｅｅｔ　ｍｅｔｌａ　ｏｕｔｓｐｒｅａｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｓｏｈｄ　Ｅｄｇｅ。ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃｏｕｌｄ　ｍａｋｅ　ｔｈｅ　ｐｒｅｃｉｓｅ　ａｎｄ　ｒａｐｉｄ　ｏｕｔｓｐｒｅａｄ　ｏｆ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｃｏｎｉｃａｌ　ｓｈｅｅｔ　ｍｅｔｌａ，ｗｈｉｃｈ　ｃｏｕｌｄ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｔｈｅ　ｐｒｅｃｉｓｅｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｓｏｈｄ　Ｅｄｇｅ；ｓｈｅｅｔ　ｍｅｔｌａ　ｍｏｄｕｌｅ；ｃｏｎｉｃａｌ　ｓｈｅｅｔ　ｍｅｔａｌ；ｏｕｔｓｐｒｅａｄ　（上接第１５１页）时留下余量，第二次加工时将第一次加　（２）取件位置。切割路线走向及起点终点。如图５所　工的变形切除；④选择合理的切割路线；⑤在坯料内部　示，根据不同的Ａ、Ｂ取件位置及不同的起、终点，可得　钻穿丝孔，尽量避免从坯料外切入时引起坯料切开处的　出四种加工路线：①Ａ—咱—廿　—＋ｄ　—＋ｈ—　－＋Ａ；②Ａ—　变形，以提高精度；⑥平磨过的工件的剩磁会使内应力　ａ—’ｈ—　—　—　—咱—’Ａ；⑧Ｂ—　—　—　—崦—吁＿＋ａ—　—’　不均匀，且对Ｊｊｎ－ｒ￣屑不利，因此加工前先充分去磁嘲。　Ｂ；④Ｂ—ｌｂ－　—叶　ｅ　—ｃ－＋ｂ—Ｂ。通过比较，我们发现　７工艺路线及辅助工艺对加工精度的影响　方案②对材料加工时变形的影响最小，加工精度也相应较　高；同时为了避免或减少因起点与终点的重复定位误差所　（１）装夹与定位。装夹与定位的优化除能使编程简　造成的加工痕迹，我们选择起点时必须遵循以下原则；其　化外，还能减小工件因内应力及自身重力引起的变形，　一要在表面质量要求较低的面上选择；其二进入点的选择　在一定程度上提高了加工精度。因此，在使用夹具时，　要尽量避免留下接刀痕；其三便于钳工钳修。　一方面应尽量采用具有对称夹紧结构的夹具装夹，另一　参考文献：　方面装夹定位时，在不影响　【１】邱建忠．ＣＡＸＡ线切割Ｖ２实例教程［Ｍ】．北京：北京航空航天大学　加工的前提下，适量增加夹　出版社。２００２．　紧点。如图５所示，在只有　【２】马名峻。蒋亨顺。郭洁民．电火花加工技术在模具制造中的应用　左段端装夹的方式下，在右　【Ｍ】．化学工业出版社，２ＯＯ４．　端增加对称的夹持部分，减　【３】张学仁数控电火花线切割加工技术【ｌＩ　哈尔演工业大学出版社，２０　圈５　Ｊｊ￣－ｒ路线的选择　【４】胡传．特种加工手册【Ｍ】．北京：北京工业大学出版社。２００１．　小了工件的变形，从而提高　【５】顾京．数控机床加工程序编制【Ｍ】．北京：北京工业出版社。２００１．　了加工精度。　Ｉ　【６】徐立华．机械制造工程学【Ｍ】．山西：兵器工业出版社。１９９７．　Ｔｈｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　Ａｃｃｕｒａｃｙ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　Ｅｌｅｃｔｉｒｃ　Ｓｐａｒｋ　Ｌｉｎｅ　ｏｆ　ＮＣ　ＰＡＮＧ　Ｑｉ—Ｓｈｏｕ，ＦＥＮＧ　Ｙｕ—Ｓｈｅｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｚｈｏｎｇ－Ｆｅｎｇ。ＨＵＡＮＧ　Ｗｅｉ—Ｌｉｎｇ　（Ｊｉａｎｇｘｉ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇａｎｚｈｏｕ　Ｊｉｎａｇｘｉ　３４１０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｍｕｌｔｉｔｕｄｉｎｏｕｓ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｉｎｅ　ＣＵｔｓ　ｅｎｇｉｎｅ　ｂｅｄ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ，ａｎｄ　ｐｒｏｐｏｓｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｒａＲ　ｍｅａｓｕｒｅ　ｏｆ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｉｎ　ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｏｆ　ｐｒｏｄｕｃｅ　ｎａｄ　ｐｒａｃｔｉｃｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ；Ｔｈｅ　ｆｉｎｅ　ＣＵｔｓ；Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ；Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　ｓｉｌｋ；Ｔｈｅ　ｇａｐ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｓ　１５４