浅谈避免数控线切割机床加工
尺寸精度不良的一些措施
摘要：本文针对数控线切割机床加工生产过程中工件的尺寸精度不良的分析，根据本人在加工过程中的体会和对相关资料的查阅，浅谈一下工件尺寸精度不良的原因与如何避免紫类情况的产生。
关键词：数控、线切割、尺寸精度、原因措施
论文主题：
目前，数控设备已经大量进入制造业，做为特中加工家庭的一员，数控电火花经切割加工已成为模具和加工行业中不楞缺少的重要加工方法。如何确保加工工件的尺寸精度已经成为不可避免的一件事。
由于部分操作工对此类情况的认识不足，结果造成加工工件的不合格甚至报废。由此而加大了工件加工的成本，减慢了工件的生产效率，给企业经济效益带来了一定的影响。
一、线切割加工工件尺寸精度不良问题的提出
20##年，我来到江西省电子信息技师学院，学习数控技术与应用，在学校期间学会了数控线切割机床的操作，加工过部分的工件，加工期间严格按照实训教师的步骤进行操作，经过长时间的加工，我对线切割的加工越来越得心应手。而同一时间一起学习的其他同学有人经常向我抱怨，他们加工的工件经常出现尺寸精良与加工前计算的尺寸有较大的误差，上课期间，通过对其它同学的请教后，我逐步证实了这种加工的工件尺寸精度不良的现象并非个别。
此后，经过对实训教师的请教和相关资料的查询，发现机床本身的原因，工件材料材质的原因和电极丝的原因是影响数控电火花线切割加工尺寸精度不良产生的主要因素。
二、数控线切割机床的工作原理
电火花线加工时，每一个脉冲放电释放的能量使工件表面放电间的介质电离击穿，造成放电点的熔化甚至气化，最后这些金属被抛出而形成一个凹坑，无数个脉冲连续放电产生无数个凹坑的叠加，就能沿电极丝的轨迹形成一条切缝。
电火花线切割是运动着的电极丝柔性件对刚性件的加工，击穿放电主要依靠“疏松”接触击穿，即在电极丝与工件相距8-10μm时，无击穿现象；电极丝压过工件0.04-0.07μm时，单脉冲的放电率接近98%，当电极丝压过工件0.1mm时，电极线与工件之间发生短路，不能形成放电通道。如图1-1：
(a) (b) (c)
图1-1 电极丝与工件之间的放电情况
(a) 无击穿现象 (b)放电率95% (c)短路不放电
三、线切割加工尺寸精度不良的原因及措施
1、机床原因
（1）合理安排切割路线。该措施的指导思想是尽量避免破坏工件原有的内部应力平衡，防止工件材料在切割过程中因在夹具等的作用下，由于切割路线安排不合理而产生显著变形，致使切割表面质量下降。例如：工作与其夹持部分的分离应安排在最后，使加工中刚性较好。
如图1-2，其中（a）为错误的切割路线，（b）为正确的切割路线
图1-2 合理安排切割路线
（a）不合理 （b）合理
（2）正确选择切割参数。对于不同的粗精加工，其丝速和丝张力应以参数表为基础做适当调整。为了保证加工工件具有更高的精度和表面质量，可以适当调整高线切割机的丝张力，虽然制造线切割机床的厂家提供了适应不同切割条件的相关参数，但由于工件的材料，所需要的加工精度，以及其他因素的影响，使得人们不能完全照搬书本上介绍的切割条件。例如：若要加工厚度27mm的工件，则在加工条件表中找不到相当的情况，在这种情况下，必须根据厚度20-30mm间的切割条件做出 调整，主要办法是：加工工件的厚度接近哪一个标准厚度，就选择其为应设定的加工厚度。
（3）采用近距离加工。为了使工件达到高精度和高表面质量，根据工件厚度及时调整丝架高度，使上喷嘴与工件的距离尽量靠近，这样就可以避免因上嘴离工件较远，而使电极丝振幅过大，影响工件的表面质量。
（4）注意加工工件的固定。当加工工件即将切割完毕时，其与母体材料的连接强度势必下降，此时要防止因工作液的冲击使得加工工件发生偏斜。因为一旦发生偏斜，就会改变切割间隙，轻者影响工作表面质量，重者使工件切坏报废，所以要想办法固定好加工工件。
2、材质的原因
（1）由于工件材料不同，熔点、汽化点、导热系数等都不一样，因而即使按同样方式加工，所获得的工件表面质量也不相同。因此必须根据实际需要的表面质量对工件材料做相应的选择。例如要达到精度，就必须选择硬质合金类材料，而不应该选不锈钢或未淬火的高碳钢等，否则很难达到要求。
（2）由于工件材料内部残余应力对加工的影响较大，在对热处理后的材料进行加工时，由于大面积去除金属和切断加工会使材料内部残余应力的相对平衡受到破坏，从而可能影响零件的加工精度和表面质量。为了避免这些情况，应选择锻造好，淬透性好，热处理变形小的材料。
（3）加工过程中应将各项参数调到最佳状态，以减少断丝现旬。如果发生断线势必会回到起始点，重新上丝再次进行加工，使加工工件表面质量和加工精度下降。在加工过程中还应注意倾听机床发出的声音，正常加工的声音应为很光滑的“哧—哧”声。同时，正常加工时，机床的电流表、电压表的指针应是振幅很小，处于稳定状态，此时进给速度均匀而平稳。
（4）由于变质层鑫相组织和元素含量的变化，使工件表面的显微硬度下降，并出现显微裂纹，危害极大。
为防止模具表面产生显微裂纹，应对钢材热加工（铸、锻）、热处理，直到制成模具的各个环节都要充分关注和重视，使其对工件的尺寸精度影响降到最小，其主要措施有：
①在线切割加工前的热处理，应避免材料过热、渗碳、脱碳现象。
②优化线切割时的电规准。
③工作液中的电蚀产物常会导致集中放电，形成显微裂纹。
3、电极丝的原因
（1）电极丝的好坏对尺寸精度有重要影响。好的电极丝，线切割速度快，不易断丝，产生的热量能瞬时消除，如包锌电极丝，可以根据被加工工件的材质进行选择。
（2）电级丝的抖动会在工件表面产生条纹，所以在加工前，必须检查电极丝，电极丝的张力对加工工件的表面质量有很大的影响，张力过小会引起电极丝抖动，张力过大会断丝，取值可以参考机床厂商的说明书。不过在加工表面质量要求高的工件时，应在不断丝的前提下尽可能提高电极丝的张力。
（3）线切割机采用的工作液一般由乳化油或水配制而成。因为火花放电必须在具有一定绝缘性能的液体介质中进行。工作液的绝缘性能可使击穿后的放电通道压缩，从而局限在较小的通道内火花放电，形成瞬时和局部高温未溶化并汽化金属，放电结束后又迅速恢复放电间隙，成为绝缘状态。
工作液绝缘性能太低，则工作液成了导电体，不能形成火花云电；太高，则放电间隙小，排屑难，切割速度降低。因此，加工前要根据不同的工艺条件选择不同型号的工作液，再者必须检查与工作液有关的条件，检查工作液的液量及脏污程度，保证工作液的绝缘性能，洗涤性能，冷却性能达到要求。
（4）必须检查导电块的磨损情况。高走丝线切割机床一般在加工50-80h后须考虑改变电块的切割位置或者更换导电块。在慢走丝加工中必须注意的是：当变更导电块的位置或者更换导电块时，必须重新校正电极丝的垂直度，以保证加工工件的精度和表面质量。
（5）导电块，导轮和上、下喷嘴的不良状况会引起电极丝的振动，这时即使加工表面能进行良好的放电，但因电极丝振动，加工表面也很容易产生波峰或条纹。最终引起工作表面粗糙度变差，影响工件的尺寸精度。
对此，应时常检查导轮的转动，若转动不要则应更换，还必须仔细检查上、下喷嘴的损伤和脏污程度，用清洗清除脏物，有损伤及时更换。还应经常检查储丝铜的情况，丝损耗过大就会影响加工精度及表面质量，需及时更换。导电块有脏污时需用洗涤液清洗。
（6）电源电压不稳定会造成电极与工作两端不稳定，从而引起击穿放电过程不稳定而影响工件的表面质量，因而线切割机床工作时需要保持稳定的电源电压。
（7）在加工斜度超过一定值时，要选用具有高挠曲能力的电极丝。这种称为“软丝”的电极丝通常具有（4-5）×108Pa之间的张力强度，而“硬”电极丝的张力强度达到9×108Pa。与硬丝比较，软丝的伸长率较大，因而软丝在上下导向器之间可以保持直线状态。
四、效果分析
经过一系列对数控电火花线切割加工工件尺寸精度不良的原因分析，以及采取了有效措施加以解决，减少了线切割加工工件尺寸精度不良的情况产生。
五、结束语
综上所述，本人通过操作数控线切割机床的一些体会，从机床本身、材料材质和线切割使用的电极丝三个方面，反应了影响线切割加工工件尺寸精度不良的因素，这其中有相当一部分属于我们使用的问题，应能引起同行特别是新操作工的重视，并由此采取相应的有效措施来避免。只要我们在加工前仔细检查机床，合理设置参数，充分了解被加工工件的材质，正确选用适合工件材质的电极丝。注意线切割机床的保养，那么数控电火花线切割加工工件的尺寸精度不良现象将可以大大减少，给企业带来良好的经济效果。
参考文献：
[1]李立，数控线切割加工实用技术，机械工业出版社，2008
[2]中华机械网（news.machine365.com）
第二篇：保证线切割机床加工精度的措施
ISSN1008-9446
CN13-1265/TE 承德石油高等专科学校学报JournalofChengdePetroleumCollege第9卷第3期,20xx年9月
Vo.l9,No.3,Sep.2007
保证线切割机床加工精度的措施
葛晓阳
(沈阳工业大学辽阳校区工程实践中心,辽宁辽阳 111003)
摘要:通过对DK7725e型线切割机床的应用与研究,分析了影响加工精度的因素,总结出保证线切割机床加工精度的措施,提高了产品的成品率。
关键词:线切割机床;加工精度;脉冲电源
中图分类号:TG659 文献标识码:B 文章编号:1008-9446(2007)03-0018-03
MeasuresforProcessingPrecisionofLinearCuttingMachine
GEXiao-yang
(CenterofEngineeringPractice,LiaoyangCampus,
ShenyangUniversityofTechnology,Liaoyang111003,Liaoning,China)
Abstract:TheDK7725etypelinearcuttingmachineisstudiedinthepaper.Theeffectfactorsonprocessingprecisionareanalyzedandthemeasuresforprocessingprecisionoflinearcuttingmachinearesummarized.Therefore,theendproductyieldisraised.
Keywords:linearcuttingmachine;processingprecision;pulsepowersource
电火花线切割是一种直线电极的展成加工方法,因为它使模具(尤其是复杂的模具)加工工序简化、生产周期缩短,而倍受人们的欢迎,被广泛地应用于模具制造行业。数控电火花线切割机床利用电蚀加工原理,采用金属导线(钼丝)作为工具电极切割工件,其主要用于切割淬火钢、硬质合金等特殊金属材料,加工一般金属切削机床难以加工的细缝槽或形状复杂的零件,在模具行业应用广泛。影响数控电火花线切割机床加工精度的因素主要有偏移量、取件位置、切割路线、起点、装夹与定位及引入、切出、超切、回退程序等。
1 反向间隙补偿量的测量
1)将磁性表座吸在X、Y台面上,将千分表夹在表座上,移动X轴,使千分表的探头与线架下臂接触,表的探头方向与X轴平行,同时与X、Y台面平行。
2)移动X轴,使表针指向千分表量程的1/3左右处。
3)在主菜单下F5(人工)菜单中按F2选择单步子菜单,在单步菜单中,按F6功能键选择步长为+100Lm,按F1使X轴正方向移100Lm,记取千分表上的读数X1,再按F1使X轴正方向再移动100Lm,记取千分表上的读数X2,按键选择步长为-100Lm,按F1移动X轴,记取千分表上的读数X3,这样X=X3-X1,即得到X轴的补偿量。
4)用同样方法测出Y轴的补偿量Y。
5)在主菜单下按下F4(设置)键,进入设置功能子菜单,按F2进入间隙设定子菜单,分别按F1、F2,按提示输入补偿量X、Y,输入的补偿量以绝对值略小于测得值为宜,如测得X轴为-115Lm,则输入-1Lm。
收稿日期:2007-03-12
作者简介:葛晓阳(1971-),男,满族,辽宁辽阳人,沈阳工业大学辽阳校区工程实践中心工程师,硕士,主要从事数控机床实践教学、数控机床加工与维修的研究。
葛晓阳:保证线切割机床加工精度的措施#19#
6)反复1)~5)操作,使测得补偿量值为最小,注意,再次测得的补偿量输入时应与上次的补偿量相加,如系统已显示补偿量为3Lm,又测得为-1Lm,则应输入2Lm。
2 确定钼丝偏移量
编程时首先要确定钼丝中心运动轨迹与切割轨迹之间的偏移量,如图1所示,f=d/2+z,式中:d为钼丝直径;z为单边放电间隙。放电间隙与工件材料、结构、走丝速度、钼丝张紧情况、导轮的运行状态、工作液种类、供液情况和清洁程度、脉冲电源等因素有关。偏移量的准确与否将直接影响工件加工的尺寸精度。一般可根据脉冲电源参数与放电间隔的关系的基本规律估算出放电间隙。如DK7725e机床采用快走丝,在加工电压为60~80V时,z=0101~0102mm。对加工精度要求较高的工件,此时多采用试切工件的方法来检测。[1]
3 保证加工表面粗糙度的措施
1)根据线切割工作的特点,钼丝需要频繁地换向来进行加工,钼丝在换向的瞬间会造成其松紧不一,钼丝张力不均匀,从而引起钼丝振动,直接影响加工表面粗糙度,所以应尽量减少钼丝运动的换向次数。在加工条件不变的情况下,加大钼丝的有效工作长度,可减少钼丝的换向次数,减少钼丝的抖动,促进加工过程的稳定,提高加工表面质量。
2)脉冲电源是影响加工表面粗糙度的重要因素,脉冲电源采用矩形波脉冲,因为它的脉冲宽度和脉冲间隔均连续可调,不易受各种因素干扰,所以减少单个脉冲能量,可改善表面粗糙度[2]。影响单个脉冲能量的因素有脉冲宽度、功放管个数、功放管峰值电流,所以减小脉冲宽度、减小峰值电流,可改善加工表面粗糙度,然而,减小脉冲宽度,生产效率大幅度下降,不可用;减小功放管峰值电流,生产效率也会下降,但影响程度比脉冲宽度小,因此,减小功放管峰值电流,适当增大脉冲宽度,调节合适的脉冲间隔,这样,既可提高生产效率,
又可获得较低的加工表面粗糙度。
3)进给速度要适当。7725e线切割机床的加工进给速度分为10档,速度从慢到快,进给速度过低会降低进给效率,过高会引起短路频繁甚至烧丝。试验表明,当系统的加工电流达到加工电源短路电流的75%~80%时,屏幕显示步进频率大致恒定(不包括运丝电机换向时间),控制面板上电压表指针稳定,加工进给速度比较恰当[3]。
4 正确选择切割路线
切割路线应有利于保证工件在切割过程中的刚度和避开应力,
#20#承德石油高等专科学校学报20xx年第9卷 第3期 坯料两侧的连接材料很快被割断,左侧工件刚性很差,难以抵抗应力而变形,使得五角星凸模尺寸精度产生较大误差,若改用图3所示路线进行切割,则模坯产生变形,从而保证了五角星凸模的尺寸精度。5 结论
通过DK7725e型线切割机床的加工实践,总结出设定反向间隙补偿量、精确确定钼丝偏移量、正确调整加工参数、正确选择切割路线可以保证线切割机床对一般工件的加工精度。
参考文献:
[1] 郑德星,张华,祁云歌.数控电火花线切割机床加工精度分析[J].机械工程师,2005,(1):57-58.
[2] 彭小梅,刘华.改善线切割加工表面粗糙度的措施[J].电加工与模具,2000,(1):40.
[3] 曾光建,曾光英.提高线切割加工精度的措施[J].新疆有色金属,2002,(4):40.
(上接第13页)
n-1,n-2个采样时刻的历史数据en-1,en-2和Vn-1。
Vn=Vn-1?$Vn(4)
这三个历史数据已在前一采样时刻存于内存储器。通常采用平移法保存这些历史数据。例如,计算完Vn后,首先将en-1存入en-2单元,然后在将en存入en-1单元,以及把Vn存入Vn-1单元,这样就为下一时刻的计算做好准备。我们可根据Vn-1和$Vn算出第n时刻的控制量Vn。
数字PID控制器增量式算法程序流程图如图5所示。为了P、I、D参数的方便程序设置,可按照习惯进行处理为:
KP=100/P;KI=KP*I/100;KD=KP*100/D
参考文献:
[1] 俞光昀,陈锡周,陈瑞芬.计算机控制技术[M].北京:电子工业出版社,1997.
[2] 王福瑞.单片机测控系统设计大全[M].北京:北京航空航天大学出版社,1998.
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