“中走絲線切割”機(jī)床的加工編程操作工藝處理技術(shù)淺析（上） 一 中走絲線切割機(jī)床介紹
要清晰中走絲線切割機(jī)床的編程以及操作過程中的加工工藝，我們必須先了解中走絲線切割機(jī)床的歷史、現(xiàn)狀以及將來的發(fā)展方向，這樣的話，了解起來就會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)單一點(diǎn)。
高速走絲電火花線切割機(jī)（WEDM-HS），也就是我們通常所說的快走絲線切割機(jī)，是中國(guó)*（除中國(guó)內(nèi)地，沒有任何國(guó)家和地區(qū)生產(chǎn)該類機(jī)床的廠家）的，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、工藝效果好，加上使用過程消耗少，自上世紀(jì)六十年代末被研制成功之后就得到飛速發(fā)展，現(xiàn)已成為制造業(yè)中一種*工藝裝備。到2004年底，全國(guó)年產(chǎn)量已超過3萬臺(tái)，約占世界電火花線切割機(jī)床總產(chǎn)量的70%。
但是，由于快走絲線切割機(jī)床加工質(zhì)量問題一直未得到有效解決，同時(shí)，隨著國(guó)外生產(chǎn)的低速走絲電火花線切割機(jī)（WEDM-LS）技術(shù)水平的不斷提高和模具工業(yè)的飛速發(fā)展，曾令國(guó)人感到自豪的快走絲線切割機(jī)床，如今已經(jīng)陷入了發(fā)展艱難的困境。
為了滿足用戶需要，蘇州中航長(zhǎng)風(fēng)（）結(jié)合多年模具機(jī)械加工經(jīng)驗(yàn)，在保留快走絲線切割機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、工藝效果好、使用過程消耗少等特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，引用上精密模具加工設(shè)備的先進(jìn)理念及慢走絲多次切割技術(shù)（即*次切割用較大的電規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行高速粗切割，然后用精規(guī)準(zhǔn)和精微規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行第二次、第三次甚至第四、五次切割，將加工表面逐級(jí)修光，以獲得較理想的加工表面質(zhì)量和加工精度），開發(fā)了能實(shí)現(xiàn)多次切割的智能化系統(tǒng)中走絲電火花線切割機(jī)床。
由于擁有比快走絲更人性化，便捷化，適用范圍更廣的特點(diǎn)，中走絲線切割機(jī)被越來越多的用戶選擇，同時(shí)也被更多的設(shè)備生產(chǎn)廠家所看中，紛紛加入到中走絲線切割機(jī)床的研發(fā)和生產(chǎn)中來。
由于中走絲線切割機(jī)床是近幾年才開始的，很多用戶還對(duì)中走絲不熟悉，對(duì)中走絲的加工工藝也不熟悉，現(xiàn)結(jié)合多年的生產(chǎn)實(shí)踐，針對(duì)中走絲切割機(jī)床的編程以及操作加工過程中所出現(xiàn)的問題及遇到的困難，總結(jié)了幾點(diǎn)工藝處理方法和加工操作方案。
二 中走絲線切割機(jī)床多次切割工藝參數(shù)設(shè)置
（一）*次切割任務(wù)是高速穩(wěn)定切割
1. 脈沖參數(shù)：選用高峰值電流，較長(zhǎng)脈寬的規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行大電流切割，以獲得較高的切割速度。
2. 電極絲中心軌跡的補(bǔ)償量小：
f = 1/2φd +δ+△+ S式中，f為補(bǔ)償量（mm）；δ為*次切割時(shí)的放電間隙（mm）；φd為電極絲直徑（mm）；△為留給第二次切割的加工余量（mm）；S為精修余量（mm）。在高峰值電流粗規(guī)準(zhǔn)切割時(shí)，單邊放電間隙大約為0.02mm；精修余量甚微，一般只有0.003mm。而加工余量△則取決于*次切割后的加工表面粗糙度及機(jī)床精度，大約在0.03～0.04mm范圍內(nèi)。這樣，*次切割的補(bǔ)償量應(yīng)在0.05～0.06mm之間，選大了會(huì)影響第二次切割的速度，選小了又難于消除*次切割的痕跡。
3. 走絲方式：采用高速走絲，走絲速度為8～12m/s，達(dá)到zui大加工效率。
（二）第二次切割的任務(wù)是精修，保證加工尺寸精度。
1. 脈沖參數(shù)：選用中等規(guī)準(zhǔn)，使第二次切割后的粗糙度Ra在1.4～1.7μm之間。
2. 補(bǔ)償量f：由于第二次切割是精修，此時(shí)放電間隙較小，δ不到0.01mm，而第三次切割所需的加工質(zhì)量甚微，只有幾微米，二者加起來約為0.01mm。所以，第二次切割的補(bǔ)償量f約為1/2d+0.01mm即可。
3. 走絲方式：為了達(dá)到精修的目的，通常采用低速走絲方式，走絲速度為1～3m/s，并對(duì)跟蹤進(jìn)給速度限止在一定范圍內(nèi)，以消除往返切割條紋，并獲得所需的加工尺寸精度。
（三）第三次切割的任務(wù)是拋磨修光。
1. 脈沖參數(shù)：用zui小脈寬進(jìn)行修光，而峰值電流隨加工表面質(zhì)量要求而異。
2. 補(bǔ)償量f：理論上是電極絲的半徑加上0.003mm的放電間隙，實(shí)際上精修過程是一種電火花磨削，加工量甚微，不會(huì)改變工件的尺寸大小。所以，僅用電極的半徑作補(bǔ)償量也能獲得理想效果。
3. 走絲方式：像第二次切割那樣采用低速走絲限速進(jìn)給即可。
三 中走絲線切割機(jī)床的多次切割變形問題處理方法
（一）中走絲的凸模加工工藝
凸模在模具中起著很重要的作用，它的設(shè)計(jì)形狀、尺寸精度及材料硬度都直接影響模具的沖裁質(zhì)量、使用壽命及沖壓件的精度。在實(shí)際生產(chǎn)加工中，由于工件毛坯內(nèi)部的殘留應(yīng)力變形及放電產(chǎn)生的熱應(yīng)力變形，故應(yīng)首先加工好穿絲孔進(jìn)行封閉式切割，盡可能避免開放式切割而發(fā)生變形。如果受限于工件毛坯尺寸而不能進(jìn)行封閉形式切割，對(duì)于方形毛坯件，在編程時(shí)應(yīng)注意選擇好切割路線（或切割方向）。切割路線應(yīng)有利于保證工件在加工過程中始終與夾具（裝夾支撐架）保持在同一坐標(biāo)系，避開應(yīng)力變形的影響。夾具固定在左端，從葫蘆形凸模左側(cè)，按逆時(shí)針方向進(jìn)行切割，整個(gè)毛坯依據(jù)切割路線而被分為左右兩部分。由于連接毛坯左右兩側(cè)的材料越割越小，毛坯右側(cè)與夾具逐漸脫離，無法抵抗內(nèi)部殘留應(yīng)力而發(fā)生變形，工件也隨之變形。若按順時(shí)針方向切割，工件留在毛坯的左側(cè)，靠近夾持部位，大部分切割過程都使工件與夾具保持在同一坐標(biāo)系中，剛性較好，避免了應(yīng)力變形。一般情況下，合理的切割路線應(yīng)將工件與夾持部位分離的切割段安排在總的切割程序末端，即將暫停點(diǎn)（支撐部分）留在靠近毛坯夾持端的部位。
下面著重分析一下硬質(zhì)合金齒形凸模的切割工藝處理。
一般情況下，凸模外形規(guī)則時(shí)，線切割加工常將預(yù)留連接部分（暫停點(diǎn)，即為使工件在第1次的粗割后不與毛坯*分離而預(yù)留下的一小段切割軌跡線）留在平面位置上，大部分精割完畢后，對(duì)預(yù)留連接部分只做一次切割，以后再由鉗工修磨平整，這樣可減少凸模在中走絲線切割上的加工費(fèi)用。硬質(zhì)合金凸模由于材料硬度高及形狀狹長(zhǎng)等特點(diǎn)，導(dǎo)致加工速度慢且容易變形，特別在其形狀不規(guī)則的情況下，預(yù)留連接部分的修磨給鉗工帶來很大的難度。因此在中走絲線切割加工階段可對(duì)工藝進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使外形尺寸精度達(dá)到要求，免除鉗工裝配前對(duì)暫停點(diǎn)的修磨工序。?由于硬質(zhì)合金硬度高，切割厚度大，導(dǎo)致加工速度慢，扭轉(zhuǎn)變形嚴(yán)重，大部分外形加工及預(yù)留連接部分（暫停點(diǎn)）的加工均采取4次切割方式且兩部分的切割參數(shù)和偏移量（Offset）均一致。第1次切割電極絲（鉬絲）偏移量加大至0.15—0.18mm，以使工件充分釋放內(nèi)應(yīng)力及*扭轉(zhuǎn)變形，在后面3次能夠有足夠余量進(jìn)行精割加工，這樣可使工件zui后尺寸得到保證。
具體的工藝分析如下：
1. 預(yù)先在毛坯的適當(dāng)位置用穿孔機(jī)或電火花成形機(jī)加工好Φ1.0—Φ1.5mm穿絲孔，穿絲孔中心與凸模輪廓線間的引入切割線段長(zhǎng)度選取5—10mm。
2. 凸模的輪廓線與毛坯邊緣的寬度應(yīng)至少保證在毛坯厚度的1/5。
3. 為后續(xù)切割預(yù)留的連接部分（暫停點(diǎn)）應(yīng)選擇在靠近工件毛坯重心部位，寬度選取3—4mm（取決于工件大小，）。
4. 為補(bǔ)償扭轉(zhuǎn)變形，將大部分的殘留變形量留在第1次粗割階段，增大偏移量至0.15—0.18mm。后續(xù)的3次采用精割方式，由于切割余量小，變形量也變小了。
5. 大部分外形4次切割加工完成后，將工件用壓縮空氣吹干，再用酒精溶液將毛坯端面洗凈，涼干，然后用粘結(jié)劑或液態(tài)快干膠（通常采用502快干膠水）將經(jīng)磨床磨平的厚度約0.3mm的金屬薄片粘牢在毛坯上，再按原先4次的偏移量切割工件的預(yù)留連接部分（注意：切勿把膠水滴到工件的預(yù)留連接部分上，以免造成不導(dǎo)電而不能加工）。
（二）中走絲的凹模板加工中的變形分析
在中走絲線切割加工前，模板已進(jìn)行了冷加工、熱加工，內(nèi)部已產(chǎn)生了較大的殘留應(yīng)力，而殘留應(yīng)力是一個(gè)相對(duì)平衡的應(yīng)力系統(tǒng)，在線切割去除大量廢料時(shí)，應(yīng)力隨著平衡遭到破壞而釋放出來。因此，模板在線切割加工時(shí)，隨著原有內(nèi)應(yīng)力的作用及火花放電所產(chǎn)生的加工熱應(yīng)力的影響，將產(chǎn)生不定向、無規(guī)則的變形，使后面的切割吃刀量厚薄不均，影響了加工質(zhì)量和加工精度。針對(duì)此種情況，對(duì)精度要求比較高的模板，通常采用4次切割加工。第1次切割將所有型孔的廢料切掉，取出廢料后，再由機(jī)床的自動(dòng)移位功能，完成第2次、第3次、第4次切割。a切割第1次，取廢料→b切割第1次，取廢料→c切割第1次，取廢料→……→n切割第1次，取廢料→a切割第2次→b切割第2次→……→n切割第2次→a切割第3次→……→n切割第3次→a切割第4次→……→n切割第4次，加工完畢。這種切割方式能使每個(gè)型孔加工后有足夠的時(shí)間釋放內(nèi)應(yīng)力，能將各個(gè)型孔因加工順序不同而產(chǎn)生的相互影響、微量變形降低到zui小程度，較好地保證模板的加工尺寸精度。但是這樣加工時(shí)間太長(zhǎng)，穿絲次數(shù)多，工作量大，增加了模板的制造成本。另外機(jī)床本身隨加工時(shí)間的延長(zhǎng)及溫度的波動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生蠕變。因此，根據(jù)實(shí)際測(cè)量和比較，模板在加工精度允許的情況下，可采用第1次統(tǒng)一加工取廢料不變，而將后面的2、3、4次合在一起進(jìn)行切割（即a切割第2次后，不移位、不拆絲，緊接著割第3、4次→b→c……→n），或省去第4次切割而做3次切割。這樣切割完后經(jīng)測(cè)量，形位尺寸基本符合要求。這樣既提高了生產(chǎn)效率，又降低人工，因此也降低了模板的制造成本。
（三）線切割中走絲機(jī)床凹模板型孔小拐角的加工工藝
由于選用的電極絲（鉬絲）直徑越大，切割出的型孔拐角半徑也越大。當(dāng)模板型孔的拐角半徑要求很小時(shí)（如R0.07—R0.10mm），則必須換用細(xì)絲（如Φ0.10mm）。但是相對(duì)粗絲而言，細(xì)絲加工速度較慢，且容易斷絲。如果將整個(gè)型孔都用細(xì)絲加工，就會(huì)延長(zhǎng)加工時(shí)間，造成浪費(fèi)。經(jīng)過仔細(xì)比較和分析，我們采取先將拐角半徑適當(dāng)增大，用粗絲切割所有型孔達(dá)到尺寸要求，再更換細(xì)絲統(tǒng)一修割所有型孔的拐角達(dá)到規(guī)定尺寸。但更換Φ0.10mm的細(xì)絲需重新找正中心，重新找正中心的坐標(biāo)值與原中心坐標(biāo)值相差應(yīng)大約在0.02mm左右。 （未完，接下篇） ：蘇州中航長(zhǎng)風(fēng)數(shù)控科技有限公司提供。 |
