[科普中国]-数控线切割机床

电火花线切割加工简称“线切割”。它是采用电极丝（钼丝、钨钼丝等）作为工具电极，在脉冲电源的作用下，工具电极和加工工件之间形成火花放电，火花通道瞬间产生大量的热，使工件表面熔化甚至汽化。线切割机床通过XY托板和UV托板的运动，使电极丝沿着与预定的轨迹运动，从而达到加工工件的目的。

概念数控电火花线切割加工(Wire Cut EDM)与电火花成形加工一样，也是直接利用电能与热能对工件进行加工的，可加工一般切削加工方法难以加工的各种导电材料，如高硬、高脆、高韧、高热敏性的金属或半导体材料。作为机加工的重要补充之一，电火花线切割加工为新产品试制、精密细微零件和模具的制造开辟了一条新的途径，如冲压模具的凸凹模、电火花成形机床的工具电极、工件样板、工具量规和细微复杂形状的小工件或窄缝等，并可以对薄片重叠起来加工以获得一致尺寸。自20世纪50年代末开始应用以来，数控电火花线切割加工凭着自己独特的特点获得了极其迅速的发展，已逐步成为一种高精度高自动化的加工方法，目前已被广泛应用于仪器、仪表、电子、汽车等各种制造行业。1

加工原理在日常生活中，经常看到电器在开关闭合或断开的瞬间产生火花，火花所产生的高温在触点上融化出现凸凹不平的斑点，这就是电腐蚀现象。它会造成开关接触不良，最终损坏，这是电腐蚀现象有害的一面。但是随着人们对电腐蚀现象的深入研究，目前不但能够通过科学的方法减小并防止腐蚀，而且已经成功的利用电腐蚀对金属进行各种加工，从而发明了电火花加工方法。

基本组成数控线切割机床由工作台、走丝机构、供液系统、脉冲电源和控制系统等组成。

工作台工作台又称为切割台，由工作台面、中托板和下托板组成，工作台面用以安装夹具和被切割工件，中托板和下托板分别由步进电动机拖动，通过齿轮变速机滚珠丝杠传动，完成工作台面的纵向和横向运动。工作台面的纵、横向运动既可以手动完成，又可以自动完成。

走丝机构走丝机构主要由储丝筒、走丝电动机和导轮等部件组成。储丝筒安装在储丝筒托板上，由走丝电动机通过联轴器带动，正反转动。储丝筒的正反旋转运动通过齿轮同时传给储丝筒托板的丝杠，使托板作往复运动。电极丝安装在导轮和储丝筒上，开动走丝电动机，电极丝以一定的速度作往复运动，即走丝运动。

供液系统供液系统由工作液箱、液压泵、喷嘴组成，为机床的切割加工提供足够、合适的工作液。工作液主要有矿物油、乳化液和去离子水等。其主要作用有：对电极、工件和加工屑进行冷却，产生放电的爆炸压力，对放电去区消电离及对放电产物除垢。

脉冲电源脉冲电源是产生脉冲电流的能源装置。线切割脉冲电源是影响线切割加工工艺指标最关键的设备之一。为了满足切割加工条件和工艺指标，对脉冲电源的要求为：较大的峰值电流，脉冲宽度要窄，要有较高的脉冲频率，线电极的损耗要小，参数设定方便。

控制系统对整个线切割加工过程和钼丝轨迹做数字程序控制，可以根据ISO格式和3B、4B格式的加工指令控制切割。机床的功能主要是由控制系统的功能决定的。

特点和用途线切割的加工精确度可达±0.01mm，表面粗糙度Rα为1.25～2.5um。线切割可以加工用一般切削加工方法难以加工或无法加工的硬质合金和淬火刚等高硬度、复杂轮廓形状的板状金属工件，特别是对冲裁（落料）模具中的凸凹模尤其适用。数控线切割加工是机械制造中不可缺少的一种先进的加工方法，具有如下特点：

（1）利用电蚀原理加工，电极丝与工件不直接接触，两者之间的作用力很小，因而工件的变形很小，电极丝、夹具不需要太高的强度。

（2）直接利用线状的电极丝作电极，不需要制作专用电级，可节约电极设计、制造费用。

（3）可以加工用传统切削加工方法难以加工或无法加工的形状复杂的工件。由于数控电火花线切割机床是数字控制系统，因此加工不同的工件只需编制不同的控制程序，对不同形状的工件都很容易实现自动化加工。很适合于小批量形状复杂零件、单件和试制品的加工，加工周期短。

（4）采用四轴联动，可加工锥度、上、下面异形体等零件。

（5）传统的车、铣、钻加工中，刀具硬度必须比工件硬度大，而数控电火花切割机床的电极丝不必比工件材料硬，可以加工硬度很高或很脆，用一般切割法难以加工或无法加工的材料。在加工中作为刀具的电极丝无需刃磨，可节约辅助时间和刀具费用。

（6）直接利用电、热能进行加工，可以方便对影响加工精度的加工参数（如脉冲宽度、间隔、电流）进行调整，有利于加工精度的提高，便于实现加工过程的自动化控制。

（7）工作液采用水机乳化液，成本低、不会发生火灾。

（8）电火花切割不能加工非导电材料。

（9）与一般切割加工相比，线切割加工的金属去除率低，因此加工成本高，不适合形状简单的大批量零件加工。

参数标准线切割机床按电极丝运动的速度可分为高速走丝和低速走丝。电极丝运动速度7～10m/s的为高速走丝，低于0.2m/s的为低速走丝，国内现有线切割机床大多为前者，国外的产品和国内近些年开发的线切割机床大多为后者。

我国机床型号的编制是根据JB 1899-76《金属切割机床型号编制方法》之规定进行的，机床型号有汉语拼音字母和阿拉伯数字组成，它表示机床的类别、特性和基本参数。

安全操作问题任何数控线切割机床操作者在使用机床之前都必须熟悉机床的安全问题，有牢固的安全意识，注意保护人身安全和机床安全，这是合格的机床使用者的基本素养。数控线切割机床的安全有多个方面，操作者必须熟悉机床的性能与结构，掌握操作程序，严格遵守安全守则和操作维护规程。没有经过培训的人员不能操作设备，初学者操作时需要有监督人员。机床车间需要常备安全防火措施。

开动机床前应先做好下列工作：检查机床各部分是否完好，润滑液情况是否良好，各接线是否接好。工作台在x和y方向是否运行良好，卷丝筒是否运行良好。

安装工件时，也需要注意安全问题，将需切割的工件置于工作台用压板螺丝固定，在切割整个型腔时，工件和工作台不能碰着线架，应在安装钼丝穿过工件上的预留孔，经过找正后才能切割。工件安装要夹稳，预紧力要足够，要检查工作表面是否平直。

切割工件时，先启动滚丝筒，再按走丝按钮，待导轮转动后再启动工作液电机，打开工作液阀。如在切割途中停车或加工完毕停机时，必须先关变频器，切断高频电源，再关工作液泵，待导轮上工作液甩掉后，最后关断滚丝筒电机。2

本词条内容贡献者为:

李航 - 副教授 - 西南大学