数控低速走丝电火花线切割加工技术浅析

　　数控低速走丝电火花线切割机的技术进步及市场发展都很快，在业内引起了越来越广泛、密切的关注，对此进行一些探讨是很有意义的。

　　低速走丝电火花线切割加工的技术进步

　　1.1 加工表面质量日臻完善

　　(1)纳秒级大峰值电流脉冲电源技术

　　电火花加工时金属的蚀除分熔化和气化两种。宽脉宽作用时间长，容易造成熔化加工，使工件表面形貌变差，变质层增厚，内应力加大，易产生裂纹。而脉宽小到一定值时，作用时间极短，形成气化加工，可以减小变质层厚度，改善表面质量，减小内应力，避免裂纹产生。

　　先进的低速走丝电火花线切割机采用的脉冲电源其脉宽仅几十ns，峰值电流在1 000 A以上，形成气化蚀除，不仅加工效率高，而且使表面质量大大提高。

　　(2)防电解(AE)脉冲电源

　　低速走丝电火花线切割加工采用水质工作液。水有一定的导电性，即使经过去离子处理，降低电导率，但还有一定的离子数量。当工件接正极，在电场作用下，OH-离子会在工件上不断聚集，造成铁、铝、铜、锌、钛、钨的氧化和腐蚀，并使硬质合金材料中的结合剂—钴成离子状态溶解在水中，形成工件表面的“软化层”。曾采用提高电阻率的措施(由几十千欧·厘米提高到几百千欧·厘米)，尽可能降低离子浓度，虽对改善表面质量起了一定的作用，但还是不能有效地彻底解决“软化层”的问题。

　　防电解电源是解决工件“软化层”的有效技术手段。防电解电源采用交变脉冲，平均电压为零，使在工作液中的OH-离子电极丝与工件之间处于振荡状态，不趋向工件和电极丝，防止工件材料的氧化。

　　采用防电解电源进行电火花线切割加工，可使表面变质层控制在1μm以下，避免硬质合金材料中钴的析出溶解，保证硬质合金模具的寿命。

　　测试结果表明，防电解电源加工硬质合金模具寿命已接近机械磨削加工，在接近磨损极限处甚至优于机械磨削加工。

　　1.2 切割精度日益提高

　　(1)多次切割技术

　　多次切割技术是提高低速走丝电火花线切割加工精度及表面质量的根本手段。它是设计制造技术、数控技术、智能化技术、脉冲电源技术、精密传动及控制技术的科学整合。一般是通过一次切割成形，二次切割提高精度，三次以上切割提高表面质量。原来为达到高质量的表面，多次切割的次数需高达7～9次，现在只需3～4 次。

　　瑞士阿奇夏米尔公司开发的E-CUT新型电源在一次切割时Ra≤0.8μm，切割速度达30 0 mm2/min。

　　(2)拐角加工技术不断优化完善

　　由于在切割拐角时电极丝的滞后，会造成角部塌陷。为了提高拐角切割精度，研究人员采取了更多的动态拐角处理策略。如：改变走丝路径；改变加工速度(薄板)；自动调节水压；控制加工能量等。

　　通过采用综合的拐角控制策略，粗加工时角部形状误差减少70%，可一次切割达5靘的配合 精度。

　　(3)采用提高平直度的技术

　　(4)机床结构更加精密

　　为了保证高精度的加工，采用了许多技术措施来提高主机精度：①控制温度。采用水温冷却装置，使机床内部温度与水温相同，减小了机床的热变形。②采用直线电机。响应度高，精密定位可实现0.1μm当量的控制，进给无振动，无噪音，提高放电频率，保持稳定放电，两次切割Ry5 μm。③采用陶瓷、聚合物人造花岗岩制件，其热惯性比铸铁大25倍，降低温度变化对切割精度的影响。④采用固定工作台、立柱移动结构，提高工作台承重，不受浸水加工和工件重量变化的影响。⑤采用浸入式加工，降低工件热变形。⑥电机伺服，闭环电极丝张力控制。⑦高精度对刀：采用电压调制对刀电源。对刀精度可达±0.005 mm，不损伤工件，不论干湿。

　　(5)细丝切割

　　为了进行小圆角、窄缝、窄槽及微细零件的微精加工，各制造企业都花大力气进行细丝切割技术的研究。目前世界主要电加工机的制造企业都可以采用0.02～0.03 mm的电极丝进行切割。

　　1.3 加工效率明显提高

　　(1)最高加工效率

　　由于ns级大峰值电流脉冲电源技术及检测、控制、抗干扰技术的发展，低速走丝电火花线切割机的加工效率也在不断提高。瑞士阿奇公司称其PROGRESS机床使用标准电极丝时，加工效率为 350～500 mm2/min。

　　(2)较大厚度工件的加工效率 

　　(3)厚度变化工件的加工效率

　　自动检测加工件的厚度，自动调整加工参数，防止断丝，达到该状态的最高加工效率。

　　(4)双丝自动交换技术

　　瑞士阿奇夏米尔公司推出的ROBOFIL 2030S1-TW机床能采用0.20～0.02 mm的电极丝自动进行双丝切换加工。采用粗丝进行第一次切割，一般丝径为0.25 mm，以提高加工效率，并可无芯切割；然后采用细丝进行修整，一般采用0.10 mm的细丝，切割出小圆角，并可提高精度。总体可节省30%～50%的切割时间。

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