線切割加工——屬于脈沖放電加工，要求被加工零件的導(dǎo)電性能良好。
1.快走絲線切割機(jī)床組成
主要由主機(jī)、機(jī)床電氣箱、工作液箱、自適應(yīng)脈沖電源和數(shù)控系統(tǒng)等組成，如圖1所示。
圖1 HCKX250A型數(shù)控快走絲線切割機(jī)床
2.線切割機(jī)床的加工原理
(1)線切割——數(shù)控電火花線切割加工的簡稱。
(2)工作原理：利用移動(dòng)的金屬絲作工具電極，并在金屬絲和工件間通以脈沖電流，利用脈沖放電的腐蝕作用對工件進(jìn)行切割加工的。
(3)由于它利用的是絲電極，因此，只能作輪廓切割加工。
(4)工作原理如圖2所示。
圖2 線切割機(jī)床的加工原理
1--數(shù)控裝置 2--儲(chǔ)絲簡 3--導(dǎo)輪 4--電極絲 5--工件 6--噴嘴
7--絕緣板 8--脈沖發(fā)生器 9--液壓泵 10--水箱 11--控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)
(5)當(dāng)工件與線電極間的間隙足以被脈沖電壓擊穿時(shí)，兩者之間即產(chǎn)生火花放電而切割工件。
(6)通過數(shù)控裝置l發(fā)出的指令，控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)11，驅(qū)動(dòng)X、Y兩托板移動(dòng)，可加工出任意曲線輪廓的工件。
3.線切割機(jī)床的分類
(1)根據(jù)控制方式的不同，電火花線切割機(jī)床分為：電氣靠模線切割機(jī)床；光電跟蹤線切割機(jī)床；數(shù)字控制線切割機(jī)床。
(2)根據(jù)電極絲走絲方式的不同，數(shù)控線切割機(jī)床分為：快走絲線切割機(jī)床；慢走絲線切割機(jī)床。
1)快走絲線切割機(jī)床
①線電極運(yùn)行速度較快(300—700m／min)。
②可雙向往復(fù)運(yùn)行，即絲電極可重復(fù)使用，直到絲電極損耗到一定程度或斷絲為止。
③常用線電極為：鉬絲(Φ0.1～Φ0.2mm)。
④工作液通常為：乳化液或皂化液。
⑤由于電極絲的損耗和電極絲運(yùn)動(dòng)過程中換向的影響，其加工精度要比慢走絲差，表面粗糙度要高；
⑥尺寸精度：0.015～0.02mm；
⑦表面粗糙度Rɑ：1．25～2.5μm。
⑧一般尺寸精度最高可達(dá)到：0．01mm，表面粗糙度Rɑ為：0.63～1.25μm。
2)慢走絲線切割機(jī)床
①線電極運(yùn)行速度較低(0.5～15m/min)。
②線電極只能單向運(yùn)動(dòng)，不能重復(fù)使用，這樣可避免電極損耗對加工精度的影響。
③絲電極有：紫銅、黃銅、鎢、鉬和各種合金，直徑一般為0.1～0.35mm。
④工作液：去離子水、煤油。
⑤尺寸精度：±0.001mm
⑥表面粗糙度：Ry0.3μm。
4.線切割加工工藝指標(biāo)
常用的工藝指標(biāo)有：切割速度、加工精度和表面粗糙度。
(1)切割速度
1)線切割加工就是對工件進(jìn)行切縫的加工。
2)切割速度(或加工速度)表示：
①單位時(shí)間內(nèi)電極絲中心所切割過的有效面積(mm2/min) ；
②進(jìn)給速度(mm／min)附加線切割厚度。
(2)加工精度
加工精度包括：被加工工件的形狀精度和位置精度。
1)形狀精度
①被加工工件的形狀精度是指從XY平面看到的加工形狀的平面精度(即尺寸精度)，被加工表面的Z向垂直度。
②提高形狀精度：要求切割面的線性度要小。即：被加工表面要均勻平滑，垂直度小。
③慢走絲線切割加工的工件多為正腰鼓形，即工件中部凹進(jìn)，
④快走絲卻相反，一般是工件中部凸出。
2)位置精度
①位置精度——是指所切割輪廓間的相對位置偏差。
②位置精度的決定因素：
a.機(jī)床本身的精度，即機(jī)床的機(jī)械精度和控制精度；
b.操作過程中所選用的定位方式。
3)加工表面粗糙度
①表面粗糙度——是指加工后輪廓表面的微觀不平度。
②表示粗糙度的參數(shù)主要有：Rɑ、Rz、Ry。
③慢走絲線切割加工的表面粗糙度用下列公式表示：Ry = kz tk0.38 Ip0.34
式中：κz為常數(shù)；tk為脈沖寬度(μs)；Ip為脈沖峰值電流(A)。
5.影響加工工藝指標(biāo)的因素
可分為電量與非電量因素的影響。
(1)電參量對加工工藝指標(biāo)的影響
電參量——是指脈沖電源的參變量，包括脈沖峰值、脈沖寬度、脈沖頻率和電源電壓。
1) 脈沖峰值電流 對加工工藝指標(biāo)的影響
在其他參數(shù)不變的情況下，脈沖峰值電流的增大會(huì)增加單個(gè)脈沖放電的能量，加工電流也會(huì)隨之增 大。線切割速度會(huì)明顯增加，表面粗糙度變差。
2)脈沖寬度對加工工藝指標(biāo)的影響
①在加工電流保持不變的情況下，使脈沖寬度和脈沖停歇時(shí)間成一定比例變化。
②脈沖寬度增加，切割速度會(huì)隨之增大，但脈寬增大到一定數(shù)值后，加工速度不再隨脈沖的增大而增大。
③線切割加工的脈沖寬度一般不大于50μs。
④增大脈寬，表面粗糙度會(huì)有所上升。
3)脈沖頻率對加工工藝指標(biāo)的影響
①單個(gè)脈沖能量一定的條件下，提高脈沖放電次數(shù)，即提高脈沖頻率，加工速度會(huì)提高。
②理論上，單個(gè)脈沖能量不變，則加工表面的粗糙度也不變。
③事實(shí)上，對快走絲線切割，當(dāng)脈沖頻率加大時(shí)，加工電流會(huì)隨之增大，引起換向切割條紋的明顯不同，切割工件的表面粗糙度會(huì)隨之變差。
4)電源電壓對加工工藝參數(shù)的影響
①峰值電流和加工電流保持不變的條件下，增大電源電壓，能明顯提高切割速度，但對表面粗糙度的影響不大。
②在排屑困難、小能量、小粗糙度條件下，以及對高阻抗、高熔點(diǎn)材料進(jìn)行切割加工時(shí)，電源電壓的增高會(huì)提高加工的穩(wěn)定性，切割速度和加工面質(zhì)量都會(huì)有所改善。
(2)非電參量對加工工藝指標(biāo)的影響
1)走絲速度
①對切割速度的影響：主要是通過改變排屑條件來實(shí)現(xiàn)的。
②提高走絲速度有利于：電極絲把工作液帶入較大厚度的工件放電間隙中；電蝕產(chǎn)物的排出，使加工穩(wěn)定，提高加工速度。
③走絲速度過高：會(huì)導(dǎo)致機(jī)械振動(dòng)加大、加工精度降低和表面粗糙度增大，并易造成斷絲。
④對快走絲線切割，應(yīng)考慮由于絲電極速度的改變所產(chǎn)生的換向切割條紋對表面粗糙度的影響。
2)電極絲張力對加工工藝指標(biāo)的影響
①提高電極絲的張力可以減小加工過程中絲的振動(dòng)，從而提高加工精度和切割速度。
②如果過分增大絲的張力，會(huì)引起頻繁斷絲而影響加工速度。
③電極絲張力的波動(dòng)對加工穩(wěn)定性和加工質(zhì)量影響很大，采用恒張力裝置可以減小絲張力的波動(dòng)。
3)電極絲對加工工藝指標(biāo)的影響
①包括絲的材料和絲的粗細(xì)兩個(gè)方面
②絲電極材料:慢走絲線切割多采用黃銅和紫銅絲作為電極材料，快走絲線切割多采用鉬絲和鎢鉬合金作為電極材料。
③絲的粗細(xì)：增大絲半徑，可以提高電極絲容許的脈沖電流值，可以提高加工速度，但同時(shí)，加工表面粗糙度增大。一般，使用粗電極絲切割厚工件；使用細(xì)電極絲切割粗糙度要求高的工件。
4)工件厚度對加工工藝指標(biāo)的影響
①切割薄工件時(shí)
工作液易于進(jìn)入和充滿放電間隙，有利于排屑和消除電解液過程中工作液里的正負(fù)離子。
但工件太薄，則易使電極絲抖動(dòng)，不利于加工精度和表面粗糙度。
②切割厚工件時(shí)
工作液難以進(jìn)入和充滿放電間隙，故加工穩(wěn)定性差，但由于電極絲不易抖動(dòng)，故加工精度和表面租糙度較好。
5)工作液對加工工藝指標(biāo)的影響
①工作液的作用：介電、冷卻、排屑等
②對加工速度和加工質(zhì)量的影響：
用煤油加工出的工件呈暗灰色；
用去離子水加工出的工件呈灰色；
用乳化液加工出的工件呈銀白色。
③工作液的電阻率對加工速度的影響：
快走絲線切割機(jī)床的工作液裝置一般都沒有凈化設(shè)施，工作液使用時(shí)間不能太長；
慢走絲線切割由于多用去離子水，所以應(yīng)定期更換離子交換樹脂。
6.線切割的加工形式
線切割加工可以分為平面加工、錐度加工和二次切割加工等。
(1)平面加工
平面加工——是指電極絲在加工過程中始終是嚴(yán)格垂直的，電極絲只在X、Y方向移動(dòng)，進(jìn)行二維平面形狀的加工。
(2)錐度加工
錐度加工——是指在加工過程中，通過對X、Y、U、V軸的控制，實(shí)現(xiàn)上下異形的立體加工。
在進(jìn)行錐度加工時(shí)需要指定變量的值：
A：定義所要加工的錐度、 Z1：程序面高度
Z2：加工速度顯示面高度、 Z3：上導(dǎo)嘴到工作臺(tái)上表面距離(等于ΔZ3+S+Z5)
ΔZ3：用于確定Z3的參數(shù)，該參數(shù)在設(shè)備安裝調(diào)試后由系統(tǒng)自動(dòng)測定
S：上導(dǎo)嘴與工件上表面間隙，在工件裝夾完畢后用塞尺測出，一般取0.1～0.2mm為宜。
Z4：下導(dǎo)嘴到工作臺(tái)上表面距離，該參數(shù)在設(shè)備安裝調(diào)試后由系統(tǒng)自動(dòng)測定； Z5：與程序面對應(yīng)的非程序面高度。
圖3 錐度加工裝置
1-電極絲回收 2-電極絲下導(dǎo)軌 3-電極絲上導(dǎo)軌 4-電極絲供給 5-V軸驅(qū)動(dòng)器
6-U軸驅(qū)動(dòng)器 7-Y軸驅(qū)動(dòng)器 8-X軸驅(qū)動(dòng)器 9-數(shù)控紙帶
圖4 錐度加工參數(shù)意義
A：定義所要加工的錐度；Z1：程序面高度； Z2：加工速度顯示面高度；
Z3：上導(dǎo)嘴到工作臺(tái)上表面距離(等于ΔZ3+S+Z5) ；Z5：與程序面對應(yīng)的非程序面高度；
ΔZ3：用于確定Z3的參數(shù)，由系統(tǒng)自動(dòng)測定；S：上導(dǎo)嘴與工件上表面間隙，一般取0.1～0.2mm為宜。
圖5 錐度A值的正負(fù)號(hào)定義
錐度A值的正負(fù)號(hào)定義與所使用的絲半徑偏置方式(G41、G42)有關(guān)
(3)二次切割加工
1)二次切割加工——預(yù)先留出精加工余量進(jìn)行第一次切割加工，然后針對留下的精加工余量，把加工條件改為精加工條件，分段縮小偏置量，再進(jìn)行切割加工。
2)一般可分為1～5次切割，稱為二次切割加工法。
二次切割加工有如下三個(gè)目的：
①可去掉第一次切割時(shí)在起始接頭處留下的凸起部分。
②改善表面粗糙度。逐漸改變每次切割時(shí)的電條件，降低單個(gè)脈沖能量，改善加工表面粗糙度。
③提高尺寸精度。
經(jīng)過熱處理的材料，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，這種應(yīng)力在內(nèi)部是處于穩(wěn)定狀態(tài)的，但經(jīng)過線切割放電機(jī)加工后，會(huì)破壞這種穩(wěn)定狀態(tài)，使內(nèi)部應(yīng)力釋放，產(chǎn)生變形。
對粗加工后的工件，再進(jìn)行1～4次的精加工，可改善表面粗糙度，還能修正尺寸精度。
圖6 一次切割留下的凸起部分