電火花線切割加工技術在實踐實訓教學中的應用

譚學飛

摘要：隨著我國經濟的高速發展，高校培養創新型人才和提高人才培養質量是服務經濟社會發展和全面建設社會主義現代化國家的迫切需要。為提高機械類專業學生實驗能力并改革傳統的實踐實訓內容，對實踐實訓方法的優化運用是提高實踐教學質量的重要手段。文章闡述了電火花線切割加工技術在實踐實訓教學中的應用，以具體的切割工件為實例介紹了電火花線切割原理與方法，為實踐教學提供參考。

關鍵詞：電火花線切割；實踐實訓；教學

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）16-0164-03

近年來我校為了進一步提升本科生的培養質量，培養拔尖創新人才，組織專家對機械學科本科生人才培養的社會需求、高水平大學人才培養目標的定位、實踐教學的發展趨勢等進行了充分研討。確定了“理論教學與實驗教學并重”、“校內學習與校外實踐并重”、“理論學習與實踐教學并重”，從而不斷提升學生的實踐能力與創新能力，滿足社會對拔尖創新人才的需求。

實踐實訓是指在學校控制條件下，根據人才培養規律和目標培養學生職業技術應用能力的教學過程，旨在檢驗學生的知識效能，提升學生的能力效能，發展學生的創造效能，這就要求實踐實訓必須為學生提供良好的知識獲取的途徑和條件[1]。《實踐實訓》是我院機械類學生的專業基礎課，該課程與生產實際結合緊密，其中有一周時間安排在校內完成。課程內容不僅含有大量的機械制造相關基礎知識和抽象的概念，涉及多種加工方法，同時還包含有機械工程基礎等方面的知識，如表面加工質量檢測、加工工藝選擇等。因此，在機械專業實踐實訓教學中，要在傳統的車削、銑削、磨削等機加工模式的基礎上，不斷豐富教學內容、創新教學方式方法。電火花線切割加工屬于特種加工的一種，其在實踐實訓教學活動中的應用，能夠充分實現學生理論知識與實踐能力的有機結合。本文針對電火花線切割的在實踐教學中的應用，重點闡述了電火花線切割的工作特點和原理，為機械工程類實踐教學提供參考和范例。

一、電火花線切割加工技術概述

電火花線切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，簡稱WEDM），簡稱線切割。是利用連續移動的細金屬絲（稱為電極絲）作為負電極，對作為正電極的工件進行脈沖火花放電蝕除金屬、切割成型的一種加工方式[2]。高頻脈沖電源是電火花線切割機床進行電蝕加工的一種能源，高頻電源電路由主振級、前置放大級、功率放大級和整流電源四部分組成，其性能的好壞直接影響工件加工后的表面質量。

電火花線切割加工實質上是由電、熱和流體動力結合作用的結果。加工時工件接高頻電源的正極，工具電極接負極，在充滿液體介質的工具電極與工件之間的間隙上，施加脈沖電壓后便產生很強的電場，從而使這個區域的介質電離，形成放電通道（火花放電擊穿電位比電弧放電擊穿電位高，>36KV/cm），并產生火花放電。由于放電時間短（持續時間10-6—10-3s）且發生在放電區域的某點上，所以能量高度集中，放電區域溫度急劇升高（火花放電通道和工具電極上溫度為10000℃—12000℃），致使金屬材料熔化甚至蒸發，以達到去除材料完成加工的目的。電火花線切割加工技術自上世紀50年代末研制成功之后，有相當長的一段時間都是采用精規準參數進行一次切割成型，其切割速度與加工表面質量之間存在著一定的矛盾，即在一次切割過程中，既要獲得很高的切割速度，又要獲得很好加工表面質量是十分困難的[3]。隨著模具工業的發展，電火花線切割加工不僅要切割速度快，而且要求加工質量好，否則很難滿足實際生產需要。為了達到這一目的，國外低速走絲電火花線切割機都開發應用了多次切割技術，即第一次切割用較大的電規準進行高速粗切割，然后用精規準和精微規準進行第二次、第三次甚至第四、五次切割，將加工表面逐級修光，以獲得較理想的加工表面質量和加工精度。

電火花線切割加工與傳統機加工的區別在于，不是只要依靠機械能，而是利用脈沖火花放電產生的電能蝕除金屬材料。另外，在加工過程中，電極絲與工件之間不存在宏觀作用力，因此加工的難易程度不取決于材料的硬度，而是待加工零件的形狀復雜程度以及所要求的加工精度[4]。

二、火花線切割加工技術在實踐實訓教學中的應用—加工實例

我院實踐實訓中心現有慢走絲電火花線切割加工機2臺，主要用于機械工程專業實踐實訓課程。通過典型零件的加工實例教學，使學生熟練掌握慢走絲電火花線切割的加工原理、設備的操作方法與維護保養以及加工工藝的合理選擇等。培養學生綜合分析問題、解決問題的科技創新能力。現以上下異形件的加工為例，如圖1所示，詳細介紹電火花線切割技術在實踐實訓課程中的應用。

1.上下異形零件加工機理。首先在實際操作之前，需要學生掌握利用慢走絲電火花線切割機加工上下異形零件的加工實現機理：利用電極絲相對于工件面產生傾斜。實現上下異形加工是在實際加工前，根據工件幾何形狀參數預先編制好的數控加工程序自動控制上、下絲架導向器按一定程序軌跡移動來實現，具體分為：方式一：上絲架可動，下絲架不動；方式二：下絲架可動，上絲架不動；方式三：上、下絲架都可動，本例中采用方式三來完成上下異形零件的加工。

2.上下異形零件加工步驟。（1）正確開啟設備，檢查過濾器的壓力表，指針讀書超過0.2Mpa，則說明水中夾雜有雜質且過濾器已無法繼續工作，需要更換過濾器。在操作顯示屏上觀察水質情況，比抵抗值要求在45000Ω—55000Ω之間，如果低于40000Ω則需要更換離子交換樹脂。檢查加工液的儲量，開機排液開始3分鐘后，確認液面計的液面位置是否在最高液位和最低液位之間，如缺少加工液應及時補充。（2）為保證零件的加工精度，在進入自動加工程序之前需要對電極絲的垂直度進行校核，確保電極絲的初始狀態趨于絕對垂直。首先采用手動或自動的方式完成電極絲穿絲，將標準垂直度校驗塊放在工作臺上，然后沿X軸方向移動電極絲，使其接近校驗塊檢測面，如圖2所示。啟動垂直定位功能，此時可觀察到電極絲緩慢的靠向校驗塊，當電極絲接觸到校驗塊時，會在接觸點出現電火花，如果電極絲實際垂直度接近于0，則可在電極絲上觀察到自上而下的連續的電火花放電現象。如果發生電極絲某一端部先接觸校驗塊，則說明此時電極絲處于傾斜狀態，此時應根據實際情況調整U軸直至出現自上而下的連續的電火花。（3）為了保證零件加工精度，在安裝工件時需要保證工件的上、下面以及側面等裝夾基準面要光潔無毛刺，對熱處理后的工件表面的渣物及氧化膜一定要清潔干凈，以免造成夾絲或斷絲。夾緊力要均勻，不得使工件變形或翹起。裝夾位置要有利于工件的找正，且要保證在機床加工行程范圍內。最后使用千分表一次將工件的正面、側面找正，完成工件安裝。（4）繪制零件圖形并生成加工程序。操作面板中打開Heart NC，本例中要加工的圖形為上圓下方，圓半徑10，正方形邊長20。上下異形件加工圖形繪制的關鍵點在于上、下兩形狀的要素要求一一對應。在Heart NC中新建文件，利用作圖線分別繪制出正方形和圓。再做出5條補助線，如圖3所示。選擇作圖線中要素分割命令，選擇正方形上邊線，點擊“1”點。選擇圓弧并點擊“1”點，重復選擇圓弧將圓弧分割成5段，即“1-2”、“2-3”、“3-4”、“4-5”、“5-1”，由于作補助線時會自動在“4-5”段圓弧與X軸補助線交點處分割，因此用要素結合命令將“4-5”段圓弧結合。在加工條件選擇框中依次設置各項目，選擇圓作為工件上形狀，上孔加工起始坐標為（30，20），選擇正方形為工件下形狀，下孔加工起始坐標為（0，20），完成設置后兩圖重合，加工軌跡生成并生成加工程序。（5）調出已編好的加工程序，將X、Y、Z軸調至加工起始位置開始加工，加工完成后切斷電極絲，對設備進行清理維護并按程序關機。

三、結束語

實踐實訓教學課程的目的是培養學生理論聯系實踐的能力、實踐過程中的動手能力。電火花線切割加工技術在實踐實訓教學中的應用，既可以鞏固學生對機械工程專業知識的掌握，同時提高學生個人的實際操作水平，又可以培養學生的科研創新能力。

通過先進教育教學方法的應用，使學生充分掌握特種加工知識、設備的結構特點、編程方法、加工工藝分析等。此外，為機械類學生提供更加合理、有針對性的實驗教學也是深化實踐實訓課程教學改革的新舉措。

參考文獻：

[1]張文峰.機電專業實踐實訓的教學模式研究[J].工業設計，2017，（12）：93-94.

[2]李曉東.臺達伺服在慢走絲加工機床上的應用[J].智能機器人，2008，（7）：55-56.

[3]朱宏安.我國電火花線切割的發展趨勢[J].科技資訊，2010，（17）：139.

[4]王玥.淺談《電火花線切割機床》教學改革與實踐[J].中國科技博覽，2013，（30）：193.