線切割技術分析與應用

邢晨

摘 要：線切割技術的加工精度高、自動化程度高，應用線切割技術來進行機械加工能提高加工效率、減少成本，最終提高經(jīng)濟效益。目前線切割技術在模具加工行業(yè)已得到廣泛的應用。本文簡要介紹了線切割技術，并分析了線切割技術在機械加工中的應用。

關鍵詞：線切割技術；機械加工；錐度加工

中圖分類號：TG661 文獻標識碼：A

隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大和制造業(yè)技術的發(fā)展，線切割技術作為特種加工技術的一種，憑借其高加工精度、高生產(chǎn)效率、低功耗、制造成本低等特點，在機械加工生產(chǎn)中得到了廣泛的應用。特別是在模具加工行業(yè)，電火花線切割技術廣泛應用于冷沖模、擠壓模加工中，改變了過去用分開模和曲線磨削的加工模式，縮短了制造周期，降低了制造成本，配合精度高。因此本文簡要分析了線切割技術以及線切割技術在錐度加工中的應用。

1.線切割技術簡介

1.1 線切割技術原理

線切割加工是通過電火花的放電原理對零件進行加工。將工件接入脈沖電源正極，采用鉬絲或銅絲作為切割金屬絲，將金屬絲接高頻脈沖電源負極作為工具電極，利用火花放電對加工零件進行切割。脈沖電源提供加工能量，加工過程中應用專用的線切割工作液清楚加工中產(chǎn)生的碎屑。在電場的作用下，陰極和陽極表面分別受到電子流和離子流的轟擊，使電極間隙內(nèi)形成瞬時高溫熱源使局部金屬熔化和氣化。氣化后的工作液和工件材料蒸汽瞬間迅速膨脹，在這種熱膨脹以及工作液沖壓的共同作用下，熔化和氣化的工件材料被拋出放電通道，至此完成一次火花放電過程。

當下一個脈沖到來時，繼續(xù)重復以上的火花放電過程，從而將工件切割成形。通過數(shù)控編程來對金屬絲的切割軌跡進行控制。

1.2 線切割技術特點

線切割技術主要具有以下特點：

（1）加工中不存在顯著的機械切屑力，無論工件硬度和剛度如何，只要是導電或半導電的材料都能進行加工。但無法加工非金屬導電材料。

（2）可以加工小孔和復雜形狀零件，但無法加工盲孔。

（3）電極絲損耗小，加工精度高。

（4）加工時產(chǎn)生的切縫窄，金屬蝕除量少，有利于材料的再利用。

（5）工件材料過厚時，工作液較難進入和充滿放電間隙，會對加工精度和表面粗糙度造成影響。

（6）加工過程中可能會在工件表面出現(xiàn)裂紋、變形等問題，加工之前應適當熱處理和粗加工，消除材料性能和毛坯形狀的缺陷，提高加工精度。

（7）通過數(shù)控編程技術對工件進行加工，可對加工參數(shù)進行調(diào)整，易于實現(xiàn)自動加工。

2.線切割技術發(fā)展趨勢

2.1 微細線切割技術

依靠微細線切割技術來加工大型機械難以加工的微小零件。電極絲采用鎢絲，由于電極絲直徑細小，加工時放電能量非常微弱，因此對于脈沖控制系統(tǒng)，機床精度等方面的要求很高。微細電極絲加工可獲得的加工精度，且在微小零件窄槽、微小齒輪的加工中具有優(yōu)勢，越來越受到機械加工行業(yè)的重視。

2.2 機床主機精度

機床對加工精度的影響在機械傳動精度上，主要包括機床的傳動精度、定位精度、幾何精度和裝備精度等。機床中絲杠、螺母、齒輪等零件存在加工誤差，導致加工過程中加工表面粗糙度達不到要求。應用先進技術例如：使用新型材料制造機床增加機床整體的精度和剛性、交流伺服電機直聯(lián)驅(qū)動，螺距誤差自動補償功能和反向間隙補償功能，來提高機床的加工精度。

2.3 脈沖電源技術

應用實時監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)放電狀態(tài)適時控制脈沖電源參數(shù)，有效地提高線切割加工效率、降低斷絲概率。數(shù)字化脈沖電源采用PLD作為高頻脈沖電源的主振控制芯片，由數(shù)控系統(tǒng)數(shù)字設置脈沖電源的電流前沿的上升速率，降低電極絲損耗。數(shù)字自適應脈沖電源的可直接與PC端相連接，獲得放電間隙狀態(tài)的信息并根據(jù)一定的算法進行自適應控制，進而提高加工精度。

2.4 多次切割工藝技術

多次切割加工是高速走絲線切割機的一個重要發(fā)展方向。在進行精密加工時，很難憑借一次走絲就將工件加工完成，需要多次加工來實現(xiàn)。隨著脈沖電源、換絲控制系統(tǒng)、算法策略方面的技術進步，在一些機械加工中已經(jīng)實現(xiàn)了高速多次切割加工。但加工的穩(wěn)定度仍然不足，還有改進的空間來實現(xiàn)更高精度的加工。

2.5 智能控制技術

目前線切割加工主要應用的智能技術有：模糊控制技術、專家系統(tǒng)和自動化控制系統(tǒng)等。電極絲張力與絲速的多級控制、邊界面切割的適應控制、工作液參數(shù)的適應控制與調(diào)節(jié)之類的智能控制系統(tǒng)已廣泛應用于線切割加工行業(yè)。專家系統(tǒng)使計算機系統(tǒng)具有人類專家解決問題的能力，只需定義加工對象，設定相關零件性能和加工目標，專家系統(tǒng)就能自動生成加工工序，無須機床操作者手動編程。當加工系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，會自動報警，計算機系統(tǒng)自動揭示所出現(xiàn)的問題和解決問題的措施，大大減少排除故障的時間。

3.線切割技術在錐度加工中的應用

3.1 錐度加工編程流程

在編程系統(tǒng)CAD環(huán)境下，繪制零件的輪廓；完成后從CAD環(huán)境進入到CAM環(huán)境中；完成刀路軌跡的繪制，建立所需加工的零件模型，通過拾取輪廓來新建零件，設置機床加工參數(shù)，完成零件的建模之后建立程序，使用仿真功能模擬實際加工效果，最后進行后置處理，生成加工所需要的G代碼文件。

3.2 錐度加工技術要點

（1）錐度切割相比普通切割排屑較難，可適當增加放電間隔，便于工作液帶走加工時產(chǎn)生的廢屑，降低斷絲情況的發(fā)生。

（2）在加工熱處理變形大、鍛造性不強的工件時，切割產(chǎn)生的熱應力會導致工件變形，影響切割精度，可縮短上噴嘴與工件上表面之間的距離，使切削液能更為有效的對加工部位進行冷卻，同時根據(jù)工件的材質(zhì)預留不同的加工余量來減少熱變形帶來的加工誤差。

（3）在滿足電極絲剛性的前提下，盡量提高電極絲的張力，減少單個放電脈沖的能量，有條件可采用微細鎢絲進行加工來減少電極絲在加工過程中的偏移量。

（4）進行誤差補償。通過加工工藝試件，檢測加工的錐度角，根據(jù)測量結果進行調(diào)節(jié)。通過調(diào)整上導絲嘴與工作臺面的距離值（ZSD值）來修正錐度。調(diào)整完成后對下導絲嘴至工作臺面的距離值（ZID值）進行調(diào)整。修正ZID值時，會影響高度參數(shù)變化而又影響了錐度。那么必須把修正值附加在ZSD上，使高度參數(shù)不變錐度才不會發(fā)生改變。也就是如果ZID增加一值后，ZSD應該減去這一值。

（5）使用校正器代替火花法對電極絲進行垂直度校正。火花法利用間隙火花放電瞬間，記下滑板對應坐標值來對算電極絲中心坐標值，對于精密度要求高的錐度加工而言誤差較大，導致加工完成的工件在各個方向上的錐度不一致。校正器利用光電原理，性能穩(wěn)定、精度保持性好，能確保電極絲的垂直度。

結語

數(shù)控線切割機床加工解決了很多傳統(tǒng)加工難以解決的難題，尤其在小角度、錐度切割等產(chǎn)品加工過程中更具優(yōu)勢，已廣泛應用于汽車、機床生產(chǎn)、航天等工業(yè)領域。線切割技術通過對加工參數(shù)的合理優(yōu)化和進行誤差補償，能夠完成高精度的加工，在機械加工領域占據(jù)了重要的地位。運用新技術、新工藝促進數(shù)控電火花線切割技術的高速發(fā)展，加大對線切割技術的投入，從而推動整個機械加工行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻

[1]周瑋.曲軸加工工藝分析[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2010，23（3）：191-192.

[2]潘春榮，羅慶生.慢走絲線切割加工工件表面質(zhì)量的改善與提高[J].模具工業(yè)，2000（10）：50-52.

[3]馮曉丹，張玉，張黔.線切割加工對模具工作表面的影響及后處理[J].模具工業(yè)，2004（9）：51-54.

[4]施維.電火花線切割加工質(zhì)量分析及提高加工質(zhì)量的方法[J].煤礦機械，2005（4）：84-86.