線切割  電火花線切割機(jī)  是什么原理
  電火花線切割機(jī)（Wire cut Electrical Discharge Machining簡(jiǎn)稱WEDM），屬電加工范疇，是由前蘇聯(lián)拉扎林科夫婦研究開關(guān)觸點(diǎn)受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因時(shí)，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時(shí)高溫可以使局部的金屬熔化、氧化而被腐蝕掉，從而開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工方法。線切割機(jī)也于1960年發(fā)明于前蘇聯(lián)，我國(guó)是第一個(gè)用于工業(yè)生產(chǎn)的國(guó)家。其基本物理原理是自由正離子和電子在場(chǎng)中積累，很快形成一個(gè)被電離的導(dǎo)電通道。在這個(gè)階段，兩板間形成電流。導(dǎo)致粒子間發(fā)生無(wú)數(shù)次碰撞，形成一個(gè)等離子區(qū)，并很快升高到8000到12000度的高溫，在兩導(dǎo)體表面瞬間熔化一些材料，同時(shí)，由于電極和電介液的汽化，形成一個(gè)氣泡，并且它的壓力規(guī)則上升直到非常高。然后電流中斷，溫度突然降低，引起氣泡內(nèi)向，產(chǎn)生的動(dòng)力把溶化的物質(zhì)拋出彈坑，然后被腐蝕的材料在電介液中重新凝結(jié)成小的球體，并被電介液排走。然后通過(guò)NC控制的監(jiān)測(cè)和管控，伺服機(jī)構(gòu)執(zhí)行，使這種放電現(xiàn)象均勻一致，從而達(dá)到加工物被加工，使之成為合乎要求之尺寸大小及形狀精度的產(chǎn)品。電火花線切割機(jī)按走絲速度可分為高速往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)（Reciprocating type High Speed Wire cut Electrical Discharge Machining俗稱“快走絲”）、低速單向走絲電火花線切割機(jī)（Low Speed one-way walk Wire cut Electrical Discharge Machining俗稱“慢走絲”）和立式自旋轉(zhuǎn)電火花線切割機(jī)（Vertical Wire Electrical Discharge Machining machine tool With Rotation Wire）三類。又可按工作臺(tái)形式分成單立柱十字工作臺(tái)型和雙立柱型（俗稱龍門型）。
  往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床的走絲速度為6～12 m/s，是我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的機(jī)種。自1970年9月由第三機(jī)械工業(yè)部所屬國(guó)營(yíng)長(zhǎng)風(fēng)機(jī)械總廠研制成功“數(shù)字程序自動(dòng)控制線切割機(jī)床”，為該類機(jī)床國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。1972年第三機(jī)械工業(yè)部對(duì)工廠生產(chǎn)的CKX數(shù)控線切割機(jī)床進(jìn)行技術(shù)鑒定，認(rèn)為已經(jīng)達(dá)到當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。1973年按照第三機(jī)械工業(yè)部的決定，編號(hào)為CKX — 1的數(shù)控線切割機(jī)床開始投入批量生產(chǎn)。1981年9月成功研制出具有錐度切割功能的DK3220型的坐標(biāo)數(shù)控機(jī)，產(chǎn)品的最大特點(diǎn)是具有1.5度錐度切割功能。完成了線切割機(jī)床的重大技術(shù)改進(jìn)。隨著大錐度切割技術(shù)逐步完善，變錐度、上下異形的切割加工也取得了很大的進(jìn)步。大厚度切割技術(shù)的突破，橫剖面及縱剖面精度有了較大提高，加工厚度可超過(guò)1000mm以上。使往復(fù)走絲線切割機(jī)床更具有一定的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)滿足了國(guó)內(nèi)外客戶的需求。這類機(jī)床的數(shù)量正以較快的速度增長(zhǎng)，由原來(lái)年產(chǎn)量2~3千臺(tái)上升到年產(chǎn)量數(shù)萬(wàn)臺(tái)，目前全國(guó)往復(fù)走絲線切割機(jī)床的存量已達(dá)20余萬(wàn)臺(tái)，應(yīng)用于各類中低檔模具制造和特殊零件加工，成為我國(guó)數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用最廣泛的機(jī)種之一。但由于往復(fù)走絲線切割機(jī)床不能對(duì)電極絲實(shí)施恒張力控制，故電極絲抖動(dòng)大，在加工過(guò)程中易斷絲。由于電級(jí)絲是往復(fù)使用，所以會(huì)造成電極絲損耗，加工精度和表面質(zhì)量降低。
  低速走絲線切割機(jī)電極絲以銅線作為工具電極，一般以低于0.2m/s的速度作單向運(yùn)動(dòng)，在銅線與銅、鋼或超硬合金等被加工物材料之間施加60~300V的脈沖電壓，并保持5~50um間隙，間隙中充滿脫離子水(接近蒸餾水)等絕緣介質(zhì)，使電極與被加工物之間發(fā)生火花放電，并彼此被消耗、腐蝕，在工件表面上電蝕出無(wú)數(shù)的小坑，通過(guò)NC控制的監(jiān)測(cè)和管控，伺服機(jī)構(gòu)執(zhí)行，使這種放電現(xiàn)象均勻一致，從而達(dá)到加工物被加工，使之成為合乎要求之尺寸大小及形狀精度的產(chǎn)品。目前精度可達(dá)0.001mm級(jí)，表面質(zhì)量也接近磨削水平。電極絲放電后不再使用，而且采用無(wú)電阻防電解電源，一般均帶有自動(dòng)穿絲和恒張力裝置。工作平穩(wěn)、均勻、抖動(dòng)小、加工精度高、表面質(zhì)量好，但不宜加工大厚度工件。由于機(jī)床結(jié)構(gòu)精密，技術(shù)含量高，機(jī)床價(jià)格高，因此使用成本也高。
  單向走絲電火花線切割機(jī)床早期只有國(guó)外公司的獨(dú)有機(jī)種。臺(tái)灣的低速走絲電火花線切割機(jī)起步雖然較晚，但這幾年來(lái)發(fā)展迅速。其關(guān)鍵的一個(gè)舉措就是由若干家電加工機(jī)床制造企業(yè)共同出資，在有關(guān)部門一定限度的支持下，由臺(tái)灣工業(yè)技術(shù)研究院投入大量的人力、物力做關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)。經(jīng)過(guò)10多年的攻關(guān)，在控制系統(tǒng)及電源等關(guān)鍵技術(shù)上取得了突破。臺(tái)灣各企業(yè)制造的低速走絲電火花線切割機(jī)目前應(yīng)屬中檔機(jī)的范圍，近3年每年達(dá)到20%～30%的增長(zhǎng)率，估計(jì)未來(lái)5年，臺(tái)灣低速走絲電火花線切割機(jī)的年產(chǎn)量能達(dá)2000臺(tái)，可占世界市場(chǎng)的25%以上。低速走絲電火花線切割機(jī)的技術(shù)含量高、市場(chǎng)前景好，可以獲得較高的回報(bào)，是電加工行業(yè)各個(gè)廠家的“必爭(zhēng)之地”、“戰(zhàn)略高地”。也可以說(shuō)，誰(shuí)掌握了低速走絲電火花線切割機(jī)的技術(shù)，誰(shuí)就獲得了下一步企業(yè)發(fā)展壯大的機(jī)遇。為了搶占中國(guó)市場(chǎng)，日本、瑞士、臺(tái)灣的電加工機(jī)床制造企業(yè)在中國(guó)大陸設(shè)廠生產(chǎn)這類機(jī)床。我國(guó)的科技工作者在科技部專項(xiàng)基金的支持下，投入了較大的研發(fā)力量，已完成新一代低速走絲電火花線切割機(jī)的研發(fā)，取得了重大突破，目前已擁有了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，并占領(lǐng)了一定的市場(chǎng)份額，其性能指標(biāo)可達(dá)中檔機(jī)水平。目前還有一些國(guó)內(nèi)企業(yè)則希望通過(guò)與臺(tái)灣相關(guān)企業(yè)的合作，來(lái)發(fā)展低速走絲電火花線切割加工技術(shù)。
  立式自旋轉(zhuǎn)電火花線切割機(jī)（臥式自旋轉(zhuǎn)電火花線切割機(jī)）。立式回轉(zhuǎn)電火花線切割機(jī)的特點(diǎn)與傳統(tǒng)的高速走絲和低速走絲電火花線切割加工均有不同，首先是電極絲的運(yùn)動(dòng)方式比傳統(tǒng)兩種的電火花線切割加工多了一個(gè)電極絲的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；其次，電極絲走絲速度介于高速走絲和低速走絲直接，速度為1～2m/s。由于加工過(guò)程中電極絲增加了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以立式回旋電火花線切割機(jī)與其他類型線切割機(jī)相比，最大的區(qū)別在于走絲系統(tǒng)。立式回轉(zhuǎn)電火花線切割機(jī)的走絲系統(tǒng)由走絲端和放絲端兩套結(jié)構(gòu)完全相同的兩端做為走絲結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了電極絲的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和低速走絲的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。兩套主軸頭之間的區(qū)域?yàn)橛行Ъ庸�區(qū)域。除走絲系統(tǒng)外，機(jī)床其他組成部分與高速走絲線切割機(jī)相同。
  與單向低速走絲電火花線切割機(jī)床相比，往復(fù)高速走絲電火花線切割機(jī)床在平均生產(chǎn)率、切割精度及表面粗糙度等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)上還存在較大差距。針對(duì)這些差距，本世紀(jì)初，國(guó)內(nèi)有數(shù)家高速往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)生產(chǎn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)了在高速走絲機(jī)上的多次切割加工（該類機(jī)床被俗稱為“中走絲” Medium Speed Wire cut Electrical Discharge Machining）。所謂“中走絲”并非指走絲速度介于高速與低速之間，而是復(fù)合走絲線切割機(jī)床，其走絲原理是在粗加工時(shí)采用8-12m/s高速走絲，精加工時(shí)采用1-3m/s低速走絲，這樣工作相對(duì)平穩(wěn)、抖動(dòng)小，并通過(guò)多次切割減少材料變形及鉬絲損耗帶來(lái)的誤差，使加工質(zhì)量也相對(duì)提高，加工質(zhì)量可介于高速走絲機(jī)與低速走絲機(jī)之間。因而可以說(shuō)，用戶所說(shuō)的“中走絲”，實(shí)際上是往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)借鑒了一些低速走絲機(jī)的加工工藝技術(shù)，并實(shí)現(xiàn)了無(wú)條紋切割和多次切割。經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)幾乎所有生產(chǎn)高速走絲電火花線切割機(jī)床的廠家都在生產(chǎn)及銷售中走絲，但最終表明不是所有的往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)都能進(jìn)行多次切割，或者說(shuō)不是所有的往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)采用多次切割技術(shù)后都能獲得好的工藝效果。多次切割是一項(xiàng)綜合性的技術(shù)，它涉及到機(jī)床的數(shù)控精度、脈沖電源、工藝數(shù)據(jù)庫(kù)、走絲系統(tǒng)、工作液及大量的工藝問(wèn)題，并不是簡(jiǎn)單地在高速走絲機(jī)上加上一套運(yùn)絲變頻調(diào)速系統(tǒng)即可實(shí)現(xiàn)的，只有那些制造精度高，并在諸方面創(chuàng)造了多次切割條件的往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)才能進(jìn)行多次切割和無(wú)條紋切割，并獲得顯著的工藝效果。因此我們的生產(chǎn)企業(yè)必須充分注意到這個(gè)問(wèn)題，一定要按系統(tǒng)工程來(lái)做，真正把這一技術(shù)用好，把這一產(chǎn)品做好。如目前已有一些企業(yè)為進(jìn)一步提高機(jī)床本體精度，X、Y坐標(biāo)工作臺(tái)采用了直流或交流伺服電機(jī)作驅(qū)動(dòng)單元直接驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，同時(shí)采用了帶螺距補(bǔ)償功能的全閉環(huán)控制，可以利用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)機(jī)床的定位精度誤差進(jìn)行補(bǔ)償和修正。在保證精度的前提下，減小因長(zhǎng)期使用而導(dǎo)致的加工精度下降，延長(zhǎng)機(jī)床的使用壽命。運(yùn)絲系統(tǒng)方面采用特殊（大多數(shù)采用金剛石）電極絲保持器，保持電極絲的相對(duì)穩(wěn)定，減小加工過(guò)程中電極絲的張力變化。冷卻系統(tǒng)方面改變常用的粗放冷卻方式，采取多級(jí)過(guò)濾并對(duì)介電常數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)加以控制，確保精加工的順利進(jìn)行。控制軟件方面提供開放的加工參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)，可以根據(jù)材料的質(zhì)地、厚度、粗糙度等條件選擇對(duì)應(yīng)的加工參數(shù)。相信經(jīng)過(guò)我們的努力，多次切割技術(shù)將會(huì)更加完善，往復(fù)走絲電火花線切割加工技術(shù)也將得到更好的應(yīng)用和發(fā)展。
  往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)采用多次切割技術(shù)后，雖加工質(zhì)量有明顯提高，但它仍然屬于高速走絲電火花線切割機(jī)的范疇，切割精度和光潔度仍與低速走絲機(jī)存在較大差距，且精度和光潔度的保持性也需要進(jìn)一步提高�！爸凶呓z機(jī)”具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低以及使用消耗少等特點(diǎn)，因此也有其生存的空間，目前執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)仍然是高速走絲機(jī)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，因此生產(chǎn)企業(yè)在對(duì)用戶的宣傳上要注意，一定要實(shí)事求是。
  線切割的發(fā)展史
  20世紀(jì)中期, 蘇聯(lián)拉扎林科夫婦研究開關(guān)觸點(diǎn)受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因時(shí)，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時(shí)高溫可以使局部的金屬熔化、氧化而被腐蝕掉，從而開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工方法, 線切割放電機(jī)也于1960年發(fā)明于蘇聯(lián)。當(dāng)時(shí)以投影器觀看輪廓面前后左右手動(dòng)進(jìn)給工作臺(tái)面加工，其實(shí)認(rèn)為加工速度雖慢，卻可加工傳統(tǒng)機(jī)械不易加工的微細(xì)形狀。代表的實(shí)用例子是化織噴嘴的異形孔加工。當(dāng)時(shí)使用之加工液用礦物質(zhì)性油(燈油)。絕緣性高，極間距離小，加工速度低于現(xiàn)在械械，實(shí)用性受限。
  1969年巴黎工作母機(jī)展覽會(huì)中展出，改進(jìn)加工速度，確立無(wú)人運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的安全性。但NC紙帶的制成卻很費(fèi)事，若不用大型計(jì)算機(jī)自動(dòng)程序設(shè)計(jì)，對(duì)使用者是很大的負(fù)擔(dān)。在廉價(jià)的自動(dòng)程序設(shè)計(jì)裝置(Automatic Programed Tools APT)出現(xiàn)前，普及甚緩。
  1970年9月30日 國(guó)營(yíng)長(zhǎng)風(fēng)機(jī)械總廠研制成功“數(shù)字程序自