中國特有的高速走絲電火花線切割機(jī)（WEDM-HS）型宝，由于結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低絮爷、工藝效果好趴酣，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)中一種必不可少工藝裝備岖寞。至2004年底抡四，全國年產(chǎn)量已超過3萬臺(tái)，約占世界電火花線切割機(jī)總產(chǎn)量的70%仗谆。但由于其加工質(zhì)量問題未得到有效解決指巡，而隨著國外生產(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，曾令中國人感到自豪的中國特有的WEDM-HS恤络，如今卻陷入難于發(fā)展的困境溜屡。
        

圖1：TP系列高速走絲線切割機(jī)

        多次切割技術(shù)的提出
        
        電火花線切割加工（Wire cut Electro Discharge Machining，WEDM）是基于電極絲與工件之間脈沖放電時(shí)的電腐蝕現(xiàn)象雁韵，即每次脈沖時(shí)都會(huì)產(chǎn)生大量的熱量使放電點(diǎn)附近的局部金屬瞬時(shí)融化和氣化盗闯，并把熔融和氣化金屬去除，從而在工件表面形成一個(gè)小凹坑颊嫁。如果所用的脈沖放電能量大球灰，加工速度就快；但放電凹坑也大祈兼，加工表面粗糙度差迂溉。
        
        電火花線切割加工技術(shù)自上世紀(jì)50年代末研制成功之后，有相當(dāng)長的一段時(shí)間都是采用精規(guī)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行一次切割成型痒跌，其切割速度與加工表面質(zhì)量之間存在著一定的矛盾狡舞，即在一次切割過程中，既要獲得很高的切割速度牍猫，又要獲得很好加工表面質(zhì)量是十分困難的骇另。
        
        隨著模具工業(yè)的發(fā)展，廣大用戶都紛紛提出俭厚，電火花線切割加工不僅要切割速度快户魏，而且要求加工質(zhì)量好，否則難于滿足模具發(fā)展需要挪挤。為了滿足用戶需要叼丑，國外低速走絲電火花線切割機(jī)都開發(fā)應(yīng)用了多次切割技術(shù)，即第一次切割用較大的電規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行高速粗切割扛门，然后用精規(guī)準(zhǔn)和精微規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行第二次鸠信、第三次甚至第四、五次切割论寨，將加工表面逐級(jí)修光星立，以獲得較理想的加工表面質(zhì)量和加工精度。低速走絲電火花線切割加工采用多次切割技術(shù)的應(yīng)用結(jié)果表明葬凳，多次切割是解決切割速度與加工表面質(zhì)量矛盾绰垂，提高線切割綜合工藝效果的有效辦法室奏。
        
        在國外低速走絲電火花線切割機(jī)上開發(fā)應(yīng)用多次切割技術(shù)的同時(shí)，國內(nèi)也在WEDM-HS上進(jìn)行了大量的多次切割試驗(yàn)劲装，但始終沒有在生產(chǎn)實(shí)踐中得到應(yīng)用胧沫，其主要原因是：在電極絲高速移動(dòng)的情況下，運(yùn)絲系統(tǒng)工作不穩(wěn)定卢女，電極絲的空間形位變化異常智础，使先后二次切割的空間位置難于保證一致，加上高速走絲線切割的往返切割條紋明顯留绞，要在WEDM-HS上實(shí)現(xiàn)多次切割比較困難助安。
        
        前人所進(jìn)行的大量試驗(yàn)研究結(jié)果表明，中國特有的高速走絲電火花線切割機(jī)采用多次切割工藝哩啼，不僅是必要的莽裤，而且是有可能的，但必須創(chuàng)造如下條件：
        
        ①按國家有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)度潜，嚴(yán)格控制高速走絲電火花線切割機(jī)的制造精度和運(yùn)絲系統(tǒng)的穩(wěn)定性嘹据。
        
        ②深入研究電極絲在加工過程中的空間形位變化影凿，并提出穩(wěn)定電級(jí)絲空間形位的有效措施致殉。
        
        ③采取有效措施，抑制往返切割條紋的產(chǎn)生第勉。
        
        ④開發(fā)一種能滿足多次切割需要的高頻脈沖電源及其跟蹤控制系統(tǒng)逃铝。
        
        ⑤深入研究WEDM-HS的多次切割工藝，合理設(shè)定粗切割叽赊、精修及精微修光的脈沖參數(shù)恋沃、加工軌跡補(bǔ)償量、電極絲移動(dòng)方式及其速度等必指，并開發(fā)相應(yīng)的多次切割軟件囊咏。
        
        能實(shí)現(xiàn)多次切割的WEDM-HS設(shè)備
        
        為了提高WEDM-HS的加工質(zhì)量，上海大量電子設(shè)備有限公司在DK77系列高速走絲電火花線切割機(jī)基礎(chǔ)上塔橡，利用國際上精密模具加工設(shè)備的先進(jìn)理念及自己開發(fā)的多項(xiàng)專利技術(shù)梅割，開發(fā)了一種能實(shí)現(xiàn)多次切割的TP系列高速走絲電火花線切割機(jī)（圖1）。TP系列高速走絲機(jī)之所以能像低速走絲機(jī)那樣進(jìn)行多次切割葛家，是因?yàn)閷υ械母咚僮呓z機(jī)進(jìn)行了下述富有成效的改革户辞。
        
        ▲ 深入研究了電極絲的空間形位變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)放電加工時(shí)所產(chǎn)生的電極絲撓度與導(dǎo)向?qū)л嗠x工件表面距離有關(guān)癞谒。電極絲的支點(diǎn)離工件表面愈遠(yuǎn)底燎，其撓度愈大；而工件內(nèi)P的撓度很小弹砚，一般只有0.002～0.005mm双仍。采用該公司開發(fā)的高耐磨性導(dǎo)向裝置專利技術(shù)后寺斟，能有效地穩(wěn)定電極絲的空間位置，為實(shí)現(xiàn)多次切割創(chuàng)造了條件辽画。
        
        ▲ 采用了自己開發(fā)的超短程往返切割專利技術(shù)冀远，可以實(shí)現(xiàn)無條紋切割。
        
        ▲ 采用了一些新的結(jié)構(gòu)顺诽，提高了電火花線切割機(jī)床的制造精度峰毙，凡檢驗(yàn)合格出廠的TP系列線切割機(jī)，其實(shí)際的機(jī)床精度各項(xiàng)參數(shù)均高于國家標(biāo)準(zhǔn)GB7926-2005規(guī)定韵披。
        
        ▲ 所開發(fā)的高頻脈沖電源能滿足多次切割需要：⑴大幅度提高了脈沖電流幅值失臂；⑵最大限度縮短了脈沖放電的最小持續(xù)時(shí)間（最小脈寬小于1μs）；⑶能有效控制脈沖電流的上升率镇锣。
        
        ▲ 改革了跟蹤控制方法：⑴第一次大電流快速切割時(shí)采用過跟蹤控制权洼，以避免斷絲現(xiàn)象的發(fā)生；⑵第二次一宁、第三次修光切割時(shí)采用限速進(jìn)給的控制方式献蛔，以提高切割表面質(zhì)量。
        
        ▲ 在工藝試驗(yàn)的基礎(chǔ)上距痪，開發(fā)了多次切割軟件允瞧，以利于用戶操作。
        

圖2：多次切割的零件

        多次切割工藝參數(shù)設(shè)置
        
        ◆ 第一次切割任務(wù)是高速穩(wěn)定切割
        
        ⑴脈沖參數(shù)：選用高峰值電流蛮拔，較長脈寬的規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行大電流切割述暂，以獲得較高的切割速度。
        
        ⑵電極絲中心軌跡的補(bǔ)償量薪拧：
        f = 1/2φd +δ+ △ + S式中畦韭，f為補(bǔ)償量(mm);δ為第一次切割時(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)肛跌，單邊放電間隙大約為0.02mm艺配；精修余量甚微，一般只有0.003mm衍慎；而加工余量△則取決于第一次切割后的加工表面粗糙度及機(jī)床精度转唉，大約在0.03～0.04mm范圍內(nèi)。這樣西饵，第一次切割的補(bǔ)償量應(yīng)在0.05～0.06mm之間酝掩，選大了會(huì)影響第二次切割的速度，選小了又難于消除第一次切割的痕跡眷柔。
        
        ⑶走絲方式：采用全程往返走絲棋叁，走絲速度為11m/s。
        
        ◆ 第二次切割的任務(wù)是精修允纬，保證加工尺寸精度
        
        ⑴脈沖參數(shù)：選用中等規(guī)準(zhǔn)铜部，使第二次切割后的粗糙度Ra在1.4～1.7μm之間历恨。
        ⑵補(bǔ)償量f：由于第二次切割是精修，此時(shí)放電間隙較小猾晨，δ不到0.01mm啃栋，而第三次切割所需的加工質(zhì)量甚微，只有幾微米肃径，二者加起來約為0.01mm殴据。所以，第二次切割的補(bǔ)償量f約為1/2d+0.01mm即可精者。
        ⑶走絲方式：為了達(dá)到精修的目的又信，通常采用超短程往返走絲方式，并對跟蹤進(jìn)給速度限止在一定范圍內(nèi)杰笛，以消除往返切割條紋抛冗，并獲得所需的加工尺寸精度。
        
        ◆ 第三次切割的任務(wù)是拋磨修光
        ⑴脈沖參數(shù)：用最小脈寬進(jìn)行修光最岗，而峰值電流隨加工表面質(zhì)量要求而異帕胆。
        ⑵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般渡，加工量甚微懒豹，不會(huì)改變工件的尺寸大小。所以诊杆，僅用電極的半徑作補(bǔ)償量也能獲得理想效果歼捐。
        ⑶走絲方式：像第二次切割那樣采用超短行程往返走絲限速進(jìn)給即可何陆。
        
        多次切割工藝效果
        
        上海大量電子設(shè)備有限公司開發(fā)生產(chǎn)的TP系列高速走絲電火花線切割機(jī)晨汹，可以進(jìn)行多次切割，目前已在市場上銷售了600余臺(tái)贷盲，用戶普遍反映這種線切割機(jī)的加工質(zhì)量比較好淘这，溫州地區(qū)還把這種線切割機(jī)稱作“中速走絲機(jī)”。說“中速走絲”巩剖，并非電極絲移動(dòng)速度介于“高速”與“低速”之間铝穷，而是指線切割加工質(zhì)量高于“高速走絲機(jī)”，并逼近低速走絲機(jī)佳魔。TP系列線切割機(jī)進(jìn)行三次切割后讳蜂，最佳表面粗糙度Ra≤1μm，尺寸差△≤0.006mm惧仪；遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于GB7926-2005規(guī)定的Ra≤2.51μm两猛，△≤0.015mm規(guī)定。
        
        用TP25型高速走絲線切割機(jī)加工圖2所示零件,電級(jí)絲為φ0.18mm鉬絲蠕艳，工件為40mm厚的淬火Cr12椭肝。
        
        結(jié)論
        中國特有的高速走絲電火花線切割機(jī)長期存在的加工質(zhì)量問題茬蒿，可以采用多次切割工藝來解決。凡能實(shí)現(xiàn)多次切割的高速走絲電火花線切割機(jī)玩困，在保留其結(jié)構(gòu)簡單附扭、造價(jià)低、工藝效果好以及使用消耗少等特點(diǎn)基礎(chǔ)上脉鼻，都能大幅度提高線切割加工質(zhì)量叔寓。但是，不是所有的高速走絲線切割機(jī)都能進(jìn)行多次切割度姑，而應(yīng)該像TP系列線切割機(jī)那樣進(jìn)行必要的改革吁沉，創(chuàng)造多次切割所需的必備條件。

上海交通大學(xué)李明輝寸士、上海大量電子設(shè)備有限公司楊振步

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