线切割加工原理及线切割机床介绍
线切割加工原理及线切割机床介绍
线切割加工是一种精密的金属加工技术，广泛应用于模具制造和零件加工等领域。本文将详细介绍线切割加工的原理、分类、特点及其应用范围，同时深入解析电火花线切割机床的结构和工作液的使用方法。
线切割加工原理
原理
电火花线切割加工（WEDM）：用线状电极（钼丝 / 钨丝/ 铜丝），靠火花放电切割工件，简称线切割加工。
利用移动的细金属线作电极，在细金属丝与工件间加脉冲电流，对工件进行脉冲火花放电，利用放电通道的瞬时高温来蚀除金属、切割成形。分类
根据电极丝的运行速度分为两大类：
- 高速走丝（快走丝）电火花线切割机床WEDM-HSw高速往复走丝(8~10m/s)，我国独创
- 低速走丝（慢走丝）电火花线切割机床WEDM-LSw单向低速走丝(0.2m/s)，国外生产和使用
过去曾靠仿形和光电跟踪控制，现在都已采用数字控制
- 中走丝电火花线切割机
在高速往复走丝电火花线切割机上实现多次切割功能，被俗称为”中走丝线切割'。
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，即走丝原理是在粗加工时采用高速(8-12m/s)走丝，精加工时采用低速(1-3m/s)走丝，加工质量可介于高速走丝机与低速走丝机之间。
“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。
- 特点
- 与电火花加工的共性：
电压、电流波形与电火花加工基本相似，加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律基本相似，材料可加工性与电火花加工基本相似。 - 与电火花加工的不同：
①电火花线切割加工是轮廓切割加工，不需要设计和制造成型工具电极，极大地降低了加工成本，缩短了生产准备时间。
②沿轮廓对工件材料进行切割加工(也称套料加工)时，材料利用率高，特别是贵金属材料的加工利用率。
③电极丝连续不断地通过切割区，单位长度电极丝的损耗量较小，加工精度高。
④一般采用水溶液作为工作液，能够避免发生火灾，安全可靠，可实现连续加工。
⑤利用计算机控制的补偿功能，可加工零件上的直壁曲面，也可进行锥度切割和加工凹凸模、球形体等零件。
⑥无法加工盲孔及纵向阶梯表面。
- 应用范围
线切割加工适于加工各种直纹面的工件，其应用如下：
- 加工模具
各种形状的冲模，只需要一次编程加工电火花成型加工用的电极 - 加工零件
用于试制新产品，单件小批量生产，特殊难加工材料的加工
电火花线切割机床
快走丝线切割机床工作过程
快走丝机床的电极丝作高速往复运动，走丝速度一般为8~10m/s。工作台按火花间隙状态做伺服进给，带着工件2沿X-Y两个坐标方向移动，按预定的控制程序与工具电极的运动合成所需轨迹。
细钼丝4作为工具电极，预钻好的小孔，经导向轮5由储丝筒7带动作正反向交替移动，加工能源由脉冲电源3供给。慢走丝线切割机床工作过程
加工时，由储丝筒6带动电极丝经导向轮相对工件2不断向下做单向移动，安装工件的工作台7在X轴电动机8、Y轴电动机10驱动下沿加工图形的轨迹实现进给。
慢走丝切割机床单向走丝，走丝速度一般低于0.2m/s，多利用铜丝做电极丝。线切割机床型号
机床结构及各部分的作用
线切割机床主要由机床床身、X-Y坐标工作台、U-V工作台（锥度切割）、走丝机构、丝架、脉冲电源、控制系统、工作液循环系统、附件和夹具等几部分组成，如图示。
快走丝机床与慢走丝机床的外观及结构有很大区别。
- 机床的床身通常采用箱式结构的铸铁件，它是X、Y 坐标工作台、走丝机构及丝架的支撑和固定基础，应有足够的强度和刚度。床身内部可安置电源和工作液箱，考虑电源的发热和工作液泵的振动对机床精度的影响，有些机床将电源和工作液箱移出床身外另行安放 。
- X-Y坐标工作台
1－床身，2－X轴电机，3－X轴导轨，4－工作台面，5－Y轴导轨，6－ Y轴电机
快走丝机床的X-Y坐标工作台大多采用步进电机作为驱动元件，电动机通过减速齿轮驱动丝杠、工作台,如图所示。
两个步进电动机经过齿轮减速，带动丝杠螺母，从而驱动工作台在XY平面上移动。
控制器每发出一个进给脉冲信号，工作台就移动lμm，则称该机床的脉冲当量为1μm/脉冲。
慢走丝机床上则采用所谓“直拖结构”，不用减速机构，交流伺服电机直接驱动滚珠丝杠，减少了齿轮间隙误差，通过与电机相连的编码器构成半闭环检测控制系统，将滚珠丝杠反向间隙造成的误差输入NC装置进行实时补偿，提高了运动精度。 - 走丝机构
走丝机构使电极丝以一定的速度运动并保持一定的张力。 - 快走丝机床走丝路线
在快走丝机床上，储丝筒通过联轴节与驱动电动机相连，电极丝一头以螺钉固定在储丝筒上，卷绕若干圈后出储丝筒，穿过各导轮及工作区再回到储丝筒，以螺钉将末尾固定在储丝筒的另一端。 - 慢走丝系统
慢走丝系统如图所示。电极丝由放丝筒3开始，依靠卷丝轮以较低的速度(通常0.2m/s以下)移动，经工作台4最后至剪丝器2处，废丝被剪断坠入收集箱1中。在走丝路径中装有机械式或电磁式张力机构，可提供一定的张力(2~25N)。
实现断丝时自动停车并报警，走丝系统通常还装有断丝检测微动开关。 - 慢走丝机床的自动穿丝机构
慢走丝机床的自动穿丝机构见图所示，它依靠高压射流来引导电极丝自上而下穿过工件上的穿丝孔。 - 张紧机构
加工过程中，脉冲放电对电极丝有爆炸冲击力，会使丝振动，电极丝过松会造成加工不稳定，表面粗糙度高；电极丝出于高温状态，受热伸长，会变得松弛。现在出现了冷拔钼丝，其工作状态好于普通钼丝。
目前普遍采用手动调节张紧轮或使用恒张力机构。 - 导轮
导轮是快走丝机床的关键部件，对加工精度、表面粗糙度起到至关重要的作用，在国标GB/T 6060.3-2008中有专门规定。
导轮由硬度高、耐磨性好的材料制成，普通精度等级的导轮使用GCr15、Cr12等材料，淬火硬度为HRC58-62；精度等级的导轮使用陶瓷、蓝宝石或硬质合金材料镶嵌在钢件上的结构，以增强导轮V形槽的耐磨性。
导轮分为双支撑导轮、单支撑导轮 。 - 储丝筒组件
快走丝机床的储丝筒组件的结构如图所示，主要由储丝筒1、电动机2、联轴器3、滑板7及排丝传动系统6组成。
1-储丝筒 2-电动机 3-联轴器 4- 丝杠 5-联轴器外罩 6-排丝传动齿轮 7-滑板 8-床身 9-螺母
快走丝机构的作用是保证电极丝能进行往复循环的高速运行，由电动机传动储丝筒作高速正反向转动。通过齿轮副传动走丝机构拖板的丝杠螺母，使电极丝均匀地卷绕在储丝筒上。
为了使电极丝能够整齐均匀地逐层缠绕在储丝筒上，要求储丝筒相对于丝架导轮每一转要移动一个电极丝直径，称为排丝运动。
排丝运动通过排丝传动机构来完成。该机构由丝杠4和螺母9以及3对传动齿轮组成。
- 脉冲电源
v电火花线切割加工的脉冲电源与电火花成型加工作用的脉冲电源在原理上相同，不过受加工表面粗糙度和电极丝允许承载电流的限制，线切割加工脉冲电源的脉宽较窄(2～60 μs)，单个脉冲能量、平均电流(1～5 A)一般较小，所以线切割总是采用正极性加工。
线切割使用的工作液
同电火花成形加工一样，使用绝缘的工作液是线切割加工的必备条件之一。
工作液的作用
工作液可在脉冲间歇时间内将电蚀产物从加工区域中及时排除，迅速恢复绝缘状态。工作液还有助于压缩放电通道，使能量更加集中，提高电蚀能力；可以冷却受热的电极丝，防止放电产生的热量扩散到不必要的地方，有助于保证工件表面质量和提高电蚀能力。
工作液的种类
快走丝线切割机床使用的工作液是专用乳化液，目前生产乳化液的厂家很多，还可以自行配置，各有其特点。
慢走丝线切割机床大多采用去离子水作工作液。
去离子水（deionized water）是指除去了呈离子形式杂质后的纯水。乳化液的配制方法
乳化液由线切割专用乳化油加入一定比例的水配制。
- 对加工表面粗糙度和精度要求比较高的工件,乳化油的质量分数可适当大些,约10%-20%,这可使加工表面洁白均匀.加工后的料芯可轻松地从料块中取出,或靠自重落下.
- 对切割速度要求高或大厚度工件,乳化油的质量分数可适当小些,约5%-8%,这样加工比较稳定,且不易断丝.
- 新配制的工作液,其性能并不是最好,一般使用大约2天以后其效果最佳,继续使用8-10天后就易断丝,此时必须更换工作液.
- 工作液的注入方式
工作液的注入方式有浸泡式、喷入（浇注）式和浸泡喷入复合式。
浸泡式注入：浸泡式注入工作液时，加工区域流动性差，加工不稳定，放电间隙大小不均匀，很难获得理想的加工精度。
慢走丝线切割普遍采用浸泡喷入复合式的工作液注入方式。
喷入（浇注）式：工作液以这种方式强迫注入工作区域，其间隙的工作液流动更快，加工较稳定。
大多数快走丝线切割采用这种方式