13.2　电火花线切割加工概述

电火花线切割加工（WEDM）又称为数控线切割，是在电火花加工的基础上发展起来的一种新工艺。其加工过程是利用一根移动着的金属丝（钼丝、钨丝或铜丝等）作工具电极，在金属丝与工件间通以脉冲电流，使之产生脉冲放电而进行切割加工。目前，电火花线切割加工技术已获得广泛的应用，约占电火花机床总数的60% 以上。

13.2.1　电火花线切割的工作原理

电火花线切割加工与电火花成型加工的基本原理一样，都是基于工具电极和工件之间的脉冲放电来蚀除多余的金属，从而实现工件的加工。不同的是电火花线切割加工的工具电极是一根移动的金属丝（钼丝、钨丝或铜丝等）。

如图13-2所示，电极丝穿过工件上预先钻好的小孔（穿丝孔），经导轮由走丝机构带动进行轴向走丝运动。工件通过绝缘板安装在工作台上，由数控装置按加工程序指令控制，沿X、Y 两个坐标轴方向移动，从而合成所需的直线、圆弧等平面轨迹。在移动的同时，电极和工件间不断地产生放电腐蚀现象，工作液通过喷嘴注入，将电蚀产物带走，最后在金属工件上留下细丝切割形成的细缝轨迹线，从而达到了使一部分金属与另一部分金属分离的加工要求。

图13-2　电火花线切割加工示意图

13.2.2　电火花线切割加工的特点和应用

1.电火花线切割加工的特点

电火花线切割加工在具备了电火花加工特点的基础上，还具备了以下主要特点：

（1）不需像电火花加工那样制造特定形状的工具电极，而是采用直径不等的细金属丝作工具电极，大大降低了生产准备工时。

（2）线切割加工采用细金属丝做电极，电极丝很长，且在加工过程中是连续移动的，新的电极丝不断地补充和替换在电蚀加工区受到损耗的电极丝。因此，单位长度上的损耗很少，并且加工的热影响极小，加工精度高。

（3）电极丝直径较细（φ0.025～φ0.3mm），切缝很窄，可有效地利用工件材料，特别适合模具加工。

（4）加工对象主要是平面形状，只能加工通孔及边缘。能方便地加工出小孔、尖角、形状复杂的窄缝及各种复杂截面形状的零件。但不能加工盲孔零件或阶梯形表面。当机床具备了能使电极丝作相应倾斜运动的功能后，可实现锥面加工。

（5）对于粗、半精、精加工，只需调整电参数即可，操作方便、自动化程度高。

（6）当零件无法从周边切入时，工件上需钻穿丝孔。

2.电火花线切割加工的应用

电火花切割加工为新产品的试制、精密零件及模具加工开辟了一条新的途径，主要应用于以下几个方面：

（1）加工模具　适合于各种形状的冲模，调整不同的间隙补偿量，只需一次编程就可以切割凸模、凸模固定板、凹模及卸料板等。还可以用于加工挤压模、粉末冶金模、弯曲模、塑料模等通常带锥度的模具。

（2）加工电火花成型加工所用的电极，如穿孔加工用的电极、带锥度型腔加工用的电极以及铜钨、银钨合金之类的电极。另外，也适用于加工微细复杂形状的电极。

（3）可用于加工品种多、数量少的零件，特殊的难加工材料的零件，材料试验样件，各种型孔、凸轮、样板、成型刀具，同时还可以进行微细加工和异形槽加工等。

13.2.3　电火花线切割加工机床

1.机床结构

电火花线切割机床主要由床身、坐标工作台、走丝机构、丝架、工作液循环系统、脉冲电源和数控系统等几部分组成，如图13-2所示。

（1）床身　床身是坐标工作台、走丝机构以及丝架的支承和固定基础，应具有足够的刚度和强度，一般为铸铁，采用箱体式结构。

（2）坐标工作台　电火花线切割机床的加工是通过坐标工作台与电极丝的相对运动来完成的。目前，在机床上采用的坐标工作台大多是 X、Y 方向线性运动。坐标工作台的纵、横滑板是沿着导轨往复移动的，对导轨的精度、刚度、耐用度有较高的要求。导轨还应使滑板运动灵敏、平稳，一般采用“十”字滑板、滚珠导轨，并且传动丝杠和螺母之间必须消除间隙。

（3）走丝机构　走丝机构使电极丝以一定的速度移动并保持一定的张力。在快速走丝线切割加工时，电极丝需要不断地往复运动；慢速走丝线切割加工时，电极丝是单方向运动（即电极丝是一次性使用）的。

（4）丝架　丝架的主要作用是在电极丝快速移动时，对电极丝起支撑作用，并使电极丝的工作部分与工作台平面保持垂直。丝架应有足够的刚度和强度，工作时不应出现振动和变形。为获得良好的工艺效果，上、下丝架之间的距离宜尽可能小。

在上丝架的上导轮上加两个小步进电动机，使上丝架上的导轮作微量坐标移动（又称U、V 轴移动），其运动轨迹由计算机控制，即可实现锥度加工。

（5）工作液循环系统　工作液循环系统主要包括工作液箱、工作液泵、流量控制阀、进液管、回液管和过滤网罩等。工作液的作用是及时地从加工区域中排除电蚀产物，并连续充分供给清洁的工作液，以保证脉冲放电过程稳定而顺利地进行。

（6）脉冲电源　电火花线切割加工与电火花成型加工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，电火花线切割加工脉冲电源的脉宽较窄（2～60μs），单个脉冲能量、平均电流（1～5A）一般较小，所以线切割总是采用正极性加工。

（7）数控装置　主要作用是在电火花线切割加工过程中，按加工要求精确控制电极丝相对工件的运动轨迹，使零件获得所需的形状和尺寸；并能根据放电间隙大小与放电状态控制进给速度，使之与工件材料的蚀除速度相平衡，保持正常的稳定切割加工。

2.机床的分类

电火花线切割加工机床的分类方法很多，通常，按电极丝的走丝速度可以分成快速走丝线切割机床（WEDM-HS）和慢速走丝线切割机床（WEDM-LS）。

（1）快速走丝线切割机床　快速走丝线切割机床走丝速度一般为8～10m/s，是我国独创的电火花线切割加工模式。快速走丝线切割机床上运动的电极丝能够双向往复运行，重复使用，直至断丝为止。

电极丝的材料常用直径为0.10～0.30mm 的钼丝（有时也用钨丝或钨钼丝），当对小圆角或窄缝进行切割时，也可采用直径为0.6mm 的钼丝。线切割速度可达300mm²/min，即每分钟电极丝中心线在工件上切过的面积总和为300mm²。切割零件的表面粗糙度值 R_a一般为1.25～2.5μm，最佳 R_a也只有1μm，线切割零件的加工精度在0.01～0.02mm 之间。

快速走丝线切割机床结构简单、价格便宜、生产率高，但由于运行速度快，工作时机床振动较大。

（2）慢速走丝线切割机床　慢速走丝线切割机床走丝速度低于0.2m/s。常用黄铜丝（有时也采用紫铜、钨、钼和各种合金的涂覆线）作为电极丝，铜丝直径通常为0.10～0.35mm。电极丝仅从一个单方向通过加工间隙，不重复使用，避免了因电极丝的损耗而降低加工精度。线切割速度为40～80mm²/min,即每分钟内电极丝中心线在工件上切过的面积总和为40～80mm²，加工精度可达0.002～0.005mm，表面粗糙度 R_a一般可达1.25μm，最佳可达0.2μm。

此外，还配备了电极丝张力调节机构，使电极丝在慢速运动过程中平稳、均匀、抖动小，所以广泛的应用于加工高精度零件。

在选择数控线切割机床时，通常选择快速走丝线切割机床，只有在加工高精度零件时，才选择慢速走丝数控线切割机床。快、慢速走丝数控线切割机床的加工特点如表13-1所示。

表13-1　　　　　　快、慢速走丝数控线切割机床的加工特点比较

3.机床的型号和主要技术参数

国标规定的数控电火花线切割机床的型号，如 DK7725的基本含义为：D 为机床的类别代号，表示是电加工机床；K为机床的特性代号，表示是数控机床；第一个7为组代号，表示是电火花加工机床，第二个7为系代号（快走丝线切割机床为7，慢走丝线切割机床为6，电火花成型机床为1）；25为基本参数代号，表示工作台横向行程为250mm。

电火花线切割机床的主要技术参数包括：工作台行程、最大切割厚度、切割锥度、切割速度、加工精度、加工表面粗糙度以及数控系统的控制方式等。表13-2所示为 DK77系列快速走丝线切割机床的主要规格和技术参数。

表13-2　　　　　　DK77系列快速走丝线切割机床的主要规格和技术参数