中航長(zhǎng)風(fēng)對(duì)中走絲多次切割工藝解析
電火花中走絲線切割機(jī)加工（WEDM）的切割速度與加工表面質(zhì)量是一對(duì)矛盾，在一次切割過程中既想獲得很高的切割速度，又要獲得很好的加工表面質(zhì)量是十分困難的。具有很高的綜合工藝水平，也不是一次切割而達(dá)到工藝指標(biāo)的，而是采用了多次切割工藝，即第一次切割用較大的脈沖能量和電流加工，以獲得較高的切割速度，此時(shí)并不過地要求加工表面質(zhì)量如何。
第二次和第三次切割時(shí)，則用精協(xié)作單位和精微加工標(biāo)準(zhǔn)逐級(jí)修光，以獲得理想的加工頊質(zhì)量和加工精度。高速走絲電火花線切割加工（HS-WEDM）則因其自身特點(diǎn)及設(shè)備條件的限制，多次切割工藝至至今無法推廣應(yīng)用，致使它的綜合工藝水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于LS-WEDM的工藝水平。為此，廣大科技工作者曾進(jìn)行過大量的實(shí)驗(yàn)研究，得出的結(jié)論是：HS-WEDM采用多次切割不僅是必要的，而且是可能的，但必須具備以下條件：
①按國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)控制機(jī)床的制造精度和走絲系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并采取必要措施控制電極絲的空間形位變化；
②開發(fā)出適用于多次切割的高頻脈沖電源；
③深入研究多次切割工藝，確定脈沖參數(shù)、加工軌跡補(bǔ)償量及電及絲移動(dòng)方式和速度等。
1．控制電極絲空間形位變化的措施
線切割機(jī)加工中，電極絲在放電力的作用下必然會(huì)發(fā)生空間形位變化莫測(cè)，使放電點(diǎn)滯后于進(jìn)給方向的支撐點(diǎn)。
2．高頻脈沖電源的改造
以往的HS-WEDM所用的高頻脈沖電源是基于一次切割工藝而設(shè)計(jì)，既要獲得較高的切割速度，又要保證加工表面質(zhì)量不能太差，即在加工表面粗糙度Ra<=2。5um的情況下，有較高的切割速度，高頻電源的脈沖寬度在4—40us范圍內(nèi)，脈沖參數(shù)變化范圍較小，而多次切割則不同，在進(jìn)行第一次切割時(shí)要求切割速度必須穩(wěn)定在100mm平方/min以上，而不太計(jì)較加工表面粗糙度的高低，重點(diǎn)是加工穩(wěn)定及較低的電極損耗。第二次和第三次修光，則希望能獲得較理想的加工表面質(zhì)量。為此，對(duì)高頻脈沖電源進(jìn)行了下述改造：成倍提高脈沖峰值電流，控制單個(gè)脈沖放電能量和脈沖電流上升率，使其加工速度和加工穩(wěn)定性大幅度提高，電極絲的絲徑損耗控制在切割50000mm平方后小于0.02mm。第二次切割應(yīng)使加工表面的質(zhì)量在第一次基礎(chǔ)上提高一倍，由于此刻還有較大的加工余量，仍需講究切割速度；所設(shè)定的脈沖參數(shù)能保證加工表面粗糙度Ra在1.4—1.7um范圍內(nèi)。第三次是加工表面修光，要求設(shè)置精微加工回路，以獲得理想的加工表面質(zhì)量。為此將脈寬降到1um以下，保證有一定能量輸出，以保證修光速度。
3．多次切割工藝的研究
3．1第一次切割
第一次切割的主要任務(wù)是高速穩(wěn)定切割。各有關(guān)參數(shù)選取用原則如下：
（1）脈沖參數(shù)：應(yīng)選用高峰值電流大能量切割，采用分組脈沖和脈沖電源逐個(gè)增大方法，控制脈沖電流上升率，經(jīng)獲得更好的工藝效果。
（2）電極絲中心軌跡的補(bǔ)償量f：
f=δ+1/2Φd+⊿+s
式中：f為補(bǔ)償量，mm；
δ為第一次切割時(shí)的平均功放電間隙，mm；
Φd為電極絲直徑，mm;
⊿為給第二次切割留的加工余量，mm；
s為精修余量，mm。
在高峰值電流加工的情況下，放電間隙δ約為0.02um，精修余量s甚微，約為0.005um；而加工余量⊿則取決于切割后的加工表面粗糙度。在我們?cè)囼?yàn)及應(yīng)用的條件下，第一次切割的加工表面粗糙度一般控制在Ra<=3.5mm，再考慮到往復(fù)走絲切割條紋的影響，⊿≈2X（5X0.0035）=0.035mm。這樣，補(bǔ)償量f應(yīng)在0.05—0.06um之間，選大了會(huì)影響第二次切割的速度，選小了又會(huì)在第二次切割時(shí)難以消除第一次切割留下的換向條紋痕跡。
（3）走絲方式：采用整個(gè)貯絲筒的繞絲長(zhǎng)度全程往復(fù)走絲，走絲速度8m/s。
3．2第二次切割第二次切割的主要任務(wù)是修光。各有關(guān)參數(shù)選用如下：
（1）脈沖參數(shù)：要達(dá)到修光的目的，就必須減少脈沖放電能量，但放電能量太小，又會(huì)影響第二次切割的速度，在兼顧加工表面質(zhì)量及切割速度的情況下，所選用的脈沖參數(shù)應(yīng)使加工質(zhì)量提高一級(jí)，即第二次切割的表面質(zhì)量要達(dá)到Ra<=1.7um，減少脈沖能量的方法主要靠減少脈寬，而脈沖峰值電流不宜太小。
（2）電極絲中心軌跡線的補(bǔ)償量f:：由于第二次切割是精修，此時(shí)的放電間隙很小，僅為0.005—0.007mm，第三次切割所需的加工余量甚微，只有幾微米，二者加起來約為0.01mm。這樣，此時(shí)的補(bǔ)償量f約為1/2Φd+0.01mm即可。
（3）走絲方式：為了達(dá)到修光的目的，通常以降低絲速為實(shí)現(xiàn)，降低絲速雖可減少電極絲的抖動(dòng)，但往復(fù)切割條紋仍難避免。采用某短程往復(fù)走絲切割專利，并對(duì)進(jìn)給速度進(jìn)行限制之后，可以在第二次切割后基本消除往返切割條紋，加工表面粗糙度Ra在1.4—1.7um范圍內(nèi)。
3．3第三次切割第三次切割的主要任務(wù)是精修，以獲得較理想的加工表面質(zhì)量。
（1）脈沖參數(shù)：應(yīng)采用精微加工脈沖參數(shù)，脈沖寬度t0.2<=1um，并采取相應(yīng)的對(duì)策，克服線路寄生電容和寄生電感影響，保證精微加工時(shí)的放電強(qiáng)度。
（2）電極絲中心軌跡線的補(bǔ)償量。由于此時(shí)的放電間隙很小，只有0.003mm左右，補(bǔ)償量f主要取決于電極絲直徑，設(shè)精修時(shí)電極絲為Φd，則f=1/2Φd+0.003mm。
（3）走絲方式：由于第二次切割后留下的加工余量甚微（⊿<=0.005mm），如何保證在第三次切割過程中能均勻精修，是一個(gè)技術(shù)難題。首先應(yīng)保證電極絲運(yùn)行穩(wěn)定。以前的做法是將絲速降到1m/s以下，這固然可以大幅度減少電極絲振動(dòng)，獲得良好的工藝效果，但常常會(huì)出現(xiàn)加工不穩(wěn)定的現(xiàn)象，極易受工作液污染程度及其粘度影響，嚴(yán)重時(shí)甚至還會(huì)使人感到無法正常精修?？紤]到工作液要求電極絲與工作之間需要有相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，在6m/s的情況下采用超短程往復(fù)走絲方式，使每次往復(fù)切割長(zhǎng)度控制在三分之一電極絲半徑范圍內(nèi)，并限制其加工過程的最高進(jìn)給速度，結(jié)果獲得了很好的工藝效果。利用這種方法在不同機(jī)床上由不同操作人員進(jìn)行三次切割，均能獲得Ra<=1um，且加工表面光澤無條紋的效果。
4．多次切割工藝應(yīng)用：www.zhcfsz.com 參見。
5．結(jié)論
多次切割試驗(yàn)研究及應(yīng)用情況表明，只要高速走絲電火花線切割機(jī)的制造精度符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并附有良好的導(dǎo)向裝置及選擇合適的精微修光脈沖參數(shù)，就可進(jìn)行多次切割加工，其中如何保證第三次切割時(shí)的精修穩(wěn)定性是進(jìn)行多次切割的關(guān)鍵技術(shù)之一。
為了便于廣大用戶實(shí)際使用，在進(jìn)一步研究與完善的基礎(chǔ)上，我們計(jì)劃將上述研究的多次切割工藝方法及其工藝參數(shù)的選擇設(shè)計(jì)成一個(gè)對(duì)獨(dú)立的軟件模塊，促進(jìn)高速走絲電火花線切割加工多次切割工藝的推廣應(yīng)用，提升富有我國(guó)特色的高速走絲電火花線切割加工的綜合工藝水平。
本文經(jīng)由蘇州中航長(zhǎng)風(fēng)數(shù)控科技有限公司整理發(fā)布。公司生產(chǎn)的中走絲線切割機(jī)床精度可達(dá)到1.0mm,歡迎客戶朋友來公司現(xiàn)場(chǎng)切割測(cè)試，本公司產(chǎn)品有： 電火花線切割，電火花穿孔機(jī)，電火花成型機(jī)，取斷絲錐機(jī)，電解去毛刺。
