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电火花线切割机床原理及发展
2017-04-06

电火花线切割机床(Wire cut Electrical Discharge Machining简称WEDM),属电加工范畴,是由前苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时,发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉,从而开创和发明了电火花加工方法。线切割机也于1960年发明于前苏联,我国是第一个用于工业生产的国家。其基本物理原理是自由正离子和电子在场中积累,很快形成一个被电离的导电通道。在这个阶段,两板间形成电流。导致粒子间发生无数次碰撞,形成一个等离子区,并很快升高到8000到12000度的高温,在两导体表面瞬间熔化一些材料,同时,由于电极和电介液的汽化,形成一个气泡,并且它的压力规则上升直到非常高。然后电流中断,温度突然降低,引起气泡内向爆炸,产生的动力把溶化的物质抛出弹坑,然后被腐蚀的材料在电介液中重新凝结成小的球体,并被电介液排走。然后通过NC控制的监测和管控,伺服机构执行,使这种放电现象均匀一致,从而达到加工物被加工,使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品。电火花线切割机按走丝速度可分为高速往复走丝电火花线切割机(Reciprocating type High Speed Wire cut Electrical Discharge Machining俗称“快走丝”)、低速单向走丝电火花线切割机(Low Speed one-way walk Wire cut Electrical Discharge Machining俗称“慢走丝”)和立式自旋转电火花线切割机(Vertical Wire Electrical Discharge Machining machine tool With Rotation Wire)三类。又可按工作台形式分成单立柱十字工作台型和双立柱型(俗称龙门型)。


往复走丝电火花线切割机床的走丝速度为6~12 m/s,是我国**的机种。自1970年9月由第三机械工业部所属国营长风机械总厂研制成功“数字程序自动控制线切割机床”,为该类机床国内首创。1972年第三机械工业部对工厂生产的CKX数控线切割机床进行技术鉴定,认为已经达到当时国内先进水平。1973年按照第三机械工业部的决定,编号为CKX — 1的数控线切割机床开始投入批量生产。1981年9月成功研制出具有锥度切割功能的DK3220型的坐标数控机,产品的**特点是具有1.5度锥度切割功能。完成了线切割机床的重大技术改进。随着大锥度切割技术逐步完善,变锥度、上下异形的切割加工也取得了很大的进步。大厚度切割技术的突破,横剖面及纵剖面精度有了较大提高,加工厚度可超过1000mm以上。使往复走丝线切割机床更具有一定的优势。同时满足了国内外客户的需求。这类机床的数量正以较快的速度增长,由原来年产量2~3千台上升到年产量数万台,目前全国往复走丝线切割机床的存量已达20余万台,应用于各类中低档模具制造和特殊零件加工,成为我国数控机床中应用*广泛的机种之一。但由于往复走丝线切割机床不能对电极丝实施恒张力控制,故电极丝抖动大,在加工过程中易断丝。由于电级丝是往复使用,所以会造成电极丝损耗,加工精度和表面质量降低。


低速走丝线切割机电极丝以铜线作为工具电极,一般以低于0.2m/s的速度作单向运动,在铜线与铜、钢或超硬合金等被加工物材料之间施加60~300V的脉冲电压,并保持5~50um间隙,间隙中充满脱离子水(接近蒸馏水)等绝缘介质,使电极与被加工物之间发生火花放电,并彼此被消耗、腐蚀,在工件表面上电蚀出无数的小坑,通过NC控制的监测和管控,伺服机构执行,使这种放电现象均匀一致,从而达到加工物被加工,使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品。目前精度可达0.001mm级,表面质量也接近磨削水平。电极丝放电后不再使用,而且采用无电阻防电解电源,一般均带有自动穿丝和恒张力装置。工作平稳、均匀、抖动小、加工精度高、表面质量好,但不宜加工大厚度工件。由于机床结构精密,技术含量高,机床价格高,因此使用成本也高。 


单向走丝电火花线切割机床早期只有国外公司的独有机种。台湾的低速走丝电火花线切割机起步虽然较晚,但这几年来发展迅速。其关键的一个举措就是由若干家电加工机床制造企业共同出资,在有关部门一定限度的支持下,由台湾工业技术研究院投入大量的人力、物力做关键技术的开发。经过10多年的攻关,在控制系统及电源等关键技术上取得了突破。台湾各企业制造的低速走丝电火花线切割机目前应属中档机的范围,近3年每年达到20%~30%的增长率,估计未来5年,台湾低速走丝电火花线切割机的年产量能达2000台,可占世界市场的25%以上。低速走丝电火花线切割机的技术含量高、市场前景好,可以获得较高的回报,是电加工行业各个厂家的“必争之地”、“战略高地”。也可以说,谁掌握了低速走丝电火花线切割机的技术,谁就获得了下一步企业发展壮大的机遇。为了抢占中国市场,日本、瑞士、台湾的电加工机床制造企业在中国大陆设厂生产这类机床。我国的科技工作者在科技部专项基金的支持下,投入了较大的研发力量,已完成新一代低速走丝电火花线切割机的研发,取得了重大突破,目前已拥有了具有自主知识产权的产品,并占领了一定的市场份额,其性能指标可达中档机水平。目前还有一些国内企业则希望通过与台湾相关企业的合作,来发展低速走丝电火花线切割加工技术。


立式自旋转电火花线切割机(卧式自旋转电火花线切割机)。立式回转电火花线切割机的特点与传统的高速走丝和低速走丝电火花线切割加工均有不同,首先是电极丝的运动方式比传统两种的电火花线切割加工多了一个电极丝的回转运动;其次,电极丝走丝速度介于高速走丝和低速走丝直接,速度为1~2m/s。由于加工过程中电极丝增加了旋转运动,所以立式回旋电火花线切割机与其他类型线切割机相比,**的区别在于走丝系统。立式回转电火花线切割机的走丝系统由走丝端和放丝端两套结构完全相同的两端做为走丝结构,实现了电极丝的高速旋转运动和低速走丝的复合运动。两套主轴头之间的区域为有效加工区域。除走丝系统外,机床其他组成部分与高速走丝线切割机相同。


与单向低速走丝电火花线切割机床相比,往复高速走丝电火花线切割机床在平均生产率、切割精度及表面粗糙度等关键技术指标上还存在较大差距。针对这些差距,本世纪初,国内有数家高速往复走丝电火花线切割机生产企业实现了在高速走丝机上的多次切割加工(该类机床被俗称为“中走丝” Medium Speed Wire cut Electrical Discharge Machining)。所谓“中走丝”并非指走丝速度介于高速与低速之间,而是复合走丝线切割机床,其走丝原理是在粗加工时采用8-12m/s高速走丝,精加工时采用1-3m/s低速走丝,这样工作相对平稳、抖动小,并通过多次切割减少材料变形及钼丝损耗带来的误差,使加工质量也相对提高,加工质量可介于高速走丝机与低速走丝机之间。因而可以说,用户所说的“中走丝”,实际上是往复走丝电火花线切割机借鉴了一些低速走丝机的加工工艺技术,并实现了无条纹切割和多次切割。经过几年的发展,国内几乎所有生产高速走丝电火花线切割机床的厂家都在生产及销售中走丝,但*终表明不是所有的往复走丝电火花线切割机都能进行多次切割,或者说不是所有的往复走丝电火花线切割机采用多次切割技术后都能获得好的工艺效果。多次切割是一项综合性的技术,它涉及到机床的数控精度、脉冲电源、工艺数据库、走丝系统、工作液及大量的工艺问题,并不是简单地在高速走丝机上加上一套运丝变频调速系统即可实现的,只有那些制造精度高,并在诸方面创造了多次切割条件的往复走丝电火花线切割机才能进行多次切割和无条纹切割,并获得显著的工艺效果。因此我们的生产企业必须充分注意到这个问题,一定要按系统工程来做,真正把这一技术用好,把这一产品做好。如目前已有一些企业为进一步提高机床本体精度,X、Y坐标工作台采用了直流或交流伺服电机作驱动单元直接驱动滚珠丝杠,同时采用了带螺距补偿功能的全闭环控制,可以利用数控系统对机床的定位精度误差进行补偿和修正。在保证精度的前提下,减小因长期使用而导致的加工精度下降,延长机床的使用寿命。运丝系统方面采用特殊(大多数采用金刚石)电极丝保持器,保持电极丝的相对稳定,减小加工过程中电极丝的张力变化。冷却系统方面改变常用的粗放冷却方式,采取多级过滤并对介电常数等关键参数加以控制,确保精加工的顺利进行。控制软件方面提供开放的加工参数数据库,可以根据材料的质地、厚度、粗糙度等条件选择对应的加工参数。相信经过我们的努力,多次切割技术将会更加完善,往复走丝电火花线切割加工技术也将得到更好的应用和发展。


往复走丝电火花线切割机采用多次切割技术后,虽加工质量有明显提高,但它仍然属于高速走丝电火花线切割机的范畴,切割精度和光洁度仍与低速走丝机存在较大差距,且精度和光洁度的保持性也需要进一步提高。“中走丝机”具有结构简单、造价低以及使用消耗少等特点,因此也有其生存的空间,目前执行的标准仍然是高速走丝机的相关标准,因此生产企业在对用户的宣传上要注意,一定要实事求是。


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线切割,电火花机母板LED1(母板24V電源指示燈): 24V電源接通,指示燈亮。LED2(深孔指示燈):深孔開,指示燈亮。LED3(大面積指示燈):大面積開,指示燈亮。LED4(開機初始化指示燈):開機延時一段時間後該指示燈亮,機床結束待制作:木木  苏州阿尼拉数控科技有限公司

线切割机,火花机033(邏輯板)指示灯说明LED4(033板24V電源指示燈):24V電源接通,指示燈亮。LED5(Z軸向下運動指示燈):Z軸向下運動,指示燈亮。LED6(Z軸向上運動指示燈):Z軸向上運動,指示燈亮。LED7(Z軸鎖定指示燈):Z軸運動,指示燈亮。LED(033板5V電源指示燈):5V電源接通,指示燈亮。制作:木木  苏州阿尼拉数控科技有限公司

电火花线切割,火花机043(解碼板)指示灯说明        燈號伺服速度LED1LED2LED3LED41亮2亮3亮亮4亮5亮亮6亮亮7亮亮亮8亮9亮亮LED5(上定位指示燈):到達上定位,指示燈亮。LED6(極性指示燈):極性開,指示燈亮。LED7(下定位指示燈):到達下定位,指示燈亮。LED8(LED5V):5V電源接通,指示燈亮。LED9(LED24V):24V電源接通,指示燈亮。制作:木木  苏州阿尼拉数控科技有限公司

线切割机,数控加工中心  [M ]辅助机能               (O:OPTION   B:BASIC ) 序号代码功    能1M 00程序停止2M 01选择停止3M 02程序结束4M 03主轴正转5M 04主轴反转6M 05主轴停止7M 06刀具交换8M 07风冷却开启9M 08水冷却开启10M 09冷却关闭11M 10排屑器开启(1)12M 11排屑器开启(2)或反转13M 12排屑器关闭14M19主轴定向15M20刀库/刀套伸出16M21机械手扣刀17M22主轴松刀18M23机械手拔刀、旋转180度交换插刀19M24主轴紧刀20M25机械手归位21M26刀库返回/刀套抬起22M27换刀数据交换开始23M28换刀数据交换结束24M 30程序结束25M 3126M 3227M 3327M354轴放松28M364轴夹紧29M 48倍率取消30M 49取消M4831M50刀库旋转32M55自动整理刀库数据表制作:木木  苏州阿尼拉数控科技有限公司

中走丝线切割,加工中心系统功能说明 3.1    [G ]准备机能 3.2    [M ]辅助机能 3.3    [S ]辅助机能 3.4    [T ]辅助机能    3.1 [G]准备机能                 (O :OPTION B :BASIC) 序代码内    容备注1G00定位(快速进给)B2G01直线插补(切削进给)B3G02圆弧插补/螺旋线CWB4G03圆弧插补/螺旋线CCWB5G04暂停B6G09准确停止B7G15极坐标指定删除O8G16极坐标指定O9G17X&Y平面指定B10G18Z&X平面指定B11G19Y&Z平面指定B12G20英寸输入B13G21毫米输入B14G27返回参考点检测B15G28返回参考点B16G29从参考点返回B17G30返回第2.3.4参考点B18G40刀具径补偿取消B19G41刀具左侧补偿B20G42刀具右侧补偿B21G43刀具长度补偿+B22G44刀具长度补偿-B23G49刀具长度补偿取消B24G50比例缩放取消B25G51比例缩放B26G52局部坐标设定B27G53机床坐标选择B28G54工件坐标系1选择B29G55工件坐标系2选择B30G56工件坐标系3选择B31G57工件坐标系4选择B32G58工件坐标系5选择B33G59工件坐标系6选择B34G60单一方向的定位B35G61准确定位方式B36G62自动拐角倍率O37G63攻丝方式O38G64切削方式B39G65宏程序命令,宏程序调用O40G66模态调出用户宏程序O41G67用户宏程序调出取消O42G68坐标旋转O43G69坐标旋转取消O44G73深孔钻循环B45G74**丝循环B46G76精镗循环B47G80固定循环取消/外部操作功能取消B48G81钻孔循环, 锪镗循环或外部操作功能B49G82钻孔循环或反镗循环B50G83排屑钻孔循环B51G84攻丝循环B52G85镗孔循环B53G86镗孔循环B54G87背镗削循环B55G88镗孔循环B56G89镗孔循环B57G90**坐标值输入B58G91增量值输入B59G92坐标系设定B60G94每分进给B61G95每转进给B62G98返回初始平面B63G99返回R点平面B注:具体G码参数说明详见FANUC系统操作程序手册制作:木木  苏州阿尼拉数控科技有限公司

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