线切割技术分析与应用

摘 要：线切割技术的加工精度高、自动化程度高，应用线切割技术来进行机械加工能提高加工效率、减少成本，最终提高经济效益。目前线切割技术在模具加工行业已得到广泛的应用。本文简要介绍了线切割技术，并分析了线切割技术在机械加工中的应用。

关键词：线切割技术；机械加工；锥度加工

中D分类号：TG661 文献标识码：A

随着工业生产规模的扩大和制造业技术的发展，线切割技术作为特种加工技术的一种，凭借其高加工精度、高生产效率、低功耗、制造成本低等特点，在机械加工生产中得到了广泛的应用。特别是在模具加工行业，电火花线切割技术广泛应用于冷冲模、挤压模加工中，改变了过去用分开模和曲线磨削的加工模式，缩短了制造周期，降低了制造成本，配合精度高。因此本文简要分析了线切割技术以及线切割技术在锥度加工中的应用。

1.线切割技术简介

1.1 线切割技术原理

线切割加工是通过电火花的放电原理对零件进行加工。将工件接入脉冲电源正极，采用钼丝或铜丝作为切割金属丝，将金属丝接高频脉冲电源负极作为工具电极，利用火花放电对加工零件进行切割。脉冲电源提供加工能量，加工过程中应用专用的线切割工作液清楚加工中产生的碎屑。在电场的作用下，阴极和阳极表面分别受到电子流和离子流的轰击，使电极间隙内形成瞬时高温热源使局部金属熔化和气化。气化后的工作液和工件材料蒸汽瞬间迅速膨胀，在这种热膨胀以及工作液冲压的共同作用下，熔化和气化的工件材料被抛出放电通道，至此完成一次火花放电过程。

当下一个脉冲到来时，继续重复以上的火花放电过程，从而将工件切割成形。通过数控编程来对金属丝的切割轨迹进行控制。

1.2 线切割技术特点

线切割技术主要具有以下特点：

（1）加工中不存在显著的机械切屑力，无论工件硬度和刚度如何，只要是导电或半导电的材料都能进行加工。但无法加工非金属导电材料。

（2）可以加工小孔和复杂形状零件，但无法加工盲孔。

（3）电极丝损耗小，加工精度高。

（4）加工时产生的切缝窄，金属蚀除量少，有利于材料的再利用。

（5）工件材料过厚时，工作液较难进入和充满放电间隙，会对加工精度和表面粗糙度造成影响。

（6）加工过程中可能会在工件表面出现裂纹、变形等问题，加工之前应适当热处理和粗加工，消除材料性能和毛坯形状的缺陷，提高加工精度。

（7）通过数控编程技术对工件进行加工，可对加工参数进行调整，易于实现自动加工。

2.线切割技术发展趋势

2.1 微细线切割技术

依靠微细线切割技术来加工大型机械难以加工的微小零件。电极丝采用钨丝，由于电极丝直径细小，加工时放电能量非常微弱，因此对于脉冲控制系统，机床精度等方面的要求很高。微细电极丝加工可获得的加工精度，且在微小零件窄槽、微小齿轮的加工中具有优势，越来越受到机械加工行业的重视。

2.2 机床主机精度

机床对加工精度的影响在机械传动精度上，主要包括机床的传动精度、定位精度、几何精度和装备精度等。机床中丝杠、螺母、齿轮等零件存在加工误差，导致加工过程中加工表面粗糙度达不到要求。应用先进技术例如：使用新型材料制造机床增加机床整体的精度和刚性、交流伺服电机直联驱动，螺距误差自动补偿功能和反向间隙补偿功能，来提高机床的加工精度。

2.3 脉冲电源技术

应用实时监控系统，根据放电状态适时控制脉冲电源参数，有效地提高线切割加工效率、降低断丝概率。数字化脉冲电源采用PLD作为高频脉冲电源的主振控制芯片，由数控系统数字设置脉冲电源的电流前沿的上升速率，降低电极丝损耗。数字自适应脉冲电源的可直接与PC端相连接，获得放电间隙状态的信息并根据一定的算法进行自适应控制，进而提高加工精度。

2.4 多次切割工艺技术

多次切割加工是高速走丝线切割机的一个重要发展方向。在进行精密加工时，很难凭借一次走丝就将工件加工完成，需要多次加工来实现。随着脉冲电源、换丝控制系统、算法策略方面的技术进步，在一些机械加工中已经实现了高速多次切割加工。但加工的稳定度仍然不足，还有改进的空间来实现更高精度的加工。

2.5 智能控制技术

目前线切割加工主要应用的智能技术有：模糊控制技术、专家系统和自动化控制系统等。电极丝张力与丝速的多级控制、边界面切割的适应控制、工作液参数的适应控制与调节之类的智能控制系统已广泛应用于线切割加工行业。专家系统使计算机系统具有人类专家解决问题的能力，只需定义加工对象，设定相关零件性能和加工目标，专家系统就能自动生成加工工序，无须机床操作者手动编程。当加工系统出现故障时，会自动报警，计算机系统自动揭示所出现的问题和解决问题的措施，大大减少排除故障的时间。

3.线切割技术在锥度加工中的应用

3.1 锥度加工编程流程

在编程系统CAD环境下，绘制零件的轮廓；完成后从CAD环境进入到CAM环境中；完成刀路轨迹的绘制，建立所需加工的零件模型，通过拾取轮廓来新建零件，设置机床加工参数，完成零件的建模之后建立程序，使用仿真功能模拟实际加工效果，最后进行后置处理，生成加工所需要的G代码文件。

3.2 锥度加工技术要点

（1）锥度切割相比普通切割排屑较难，可适当增加放电间隔，便于工作液带走加工时产生的废屑，降低断丝情况的发生。

（2）在加工热处理变形大、锻造性不强的工件时，切割产生的热应力会导致工件变形，影响切割精度，可缩短上喷嘴与工件上表面之间的距离，使切削液能更为有效的对加工部位进行冷却，同时根据工件的材质预留不同的加工余量来减少热变形带来的加工误差。

（3）在满足电极丝刚性的前提下，尽量提高电极丝的张力，减少单个放电脉冲的能量，有条件可采用微细钨丝进行加工来减少电极丝在加工过程中的偏移量。

（4）进行误差补偿。通过加工工艺试件，检测加工的锥度角，根据测量结果进行调节。通过调整上导丝嘴与工作台面的距离值（ZSD值）来修正锥度。调整完成后对下导丝嘴至工作台面的距离值（ZID值）进行调整。修正ZID值时，会影响高度参数变化而又影响了锥度。那么必须把修正值附加在ZSD上，使高度参数不变锥度才不会发生改变。也就是如果ZID增加一值后，ZSD应该减去这一值。

（5）使用校正器代替火花法对电极丝进行垂直度校正。火花法利用间隙火花放电瞬间，记下滑板对应坐标值来对算电极丝中心坐标值，对于精密度要求高的锥度加工而言误差较大，导致加工完成的工件在各个方向上的锥度不一致。校正器利用光电原理，性能稳定、精度保持性好，能确保电极丝的垂直度。

结语

数控线切割机床加工解决了很多传统加工难以解决的难题，尤其在小角度、锥度切割等产品加工过程中更具优势，已广泛应用于汽车、机床生产、航天等工业领域。线切割技术通过对加工参数的合理优化和进行误差补偿，能够完成高精度的加工，在机械加工领域占据了重要的地位。运用新技术、新工艺促进数控电火花线切割技术的高速发展，加大对线切割技术的投入，从而推动整个机械加工行业的发展。

参考文献

[1]周玮.曲轴加工工艺分析[J].机电产品开发与创新，2010，23（3）：191-192.

[2]潘春荣，罗庆生.慢走丝线切割加工工件表面质量的改善与提高[J].模具工业，2000（10）：50-52.

[3]冯晓丹，张玉，张黔.线切割加工对模具工作表面的影响及后处理[J].模具工业，2004（9）：51-54.

[4]施维.电火花线切割加工质量分析及提高加工质量的方法[J].煤矿机械，2005（4）：84-86.