电火花线切割加工培训

电火花线切割加工

1． 线切割加工原理、特点和应用

电火花线切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，简称WEDM）是线电极电火花加工的简称，是电火花加工的一种，有时又称线切割。其基本原理如图所示。被切割的工件作为工件电极，钼丝作为工具电极，脉冲电源发出一连串的脉冲电压，加到工件电极和工具电极上。钼丝与工件之间施加足够的具有一定绝缘性能的工作液（图中未画出）。当钼丝与工件的距离小到一定程度时，在脉冲电压的作用下，工作液被击穿，在钼丝与工件之间形成瞬间放电通道，产生瞬时高温，使金属局部熔化甚至汽化而被蚀除下来。若工作台带动工件不断进给，就能切割出所需要的形状。由于贮丝筒带动钼丝交替作正、反向的高速移动，所以钼丝基本上不被蚀除，可使用较长的时间。它主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件，例如冲裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、样板、电火花成型加工用的金属电极，各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等，具有加工余量小、加工精度高、生产周期短、制造成本低等突出优点，已在生产中获得广泛的应用，目前国内外的电火花线切割机床已占电加工机床总数的60％以上。

根据电极丝的运行速度不同，电火花线切割机床通常分为两类：

一类是高速走丝电火花线切割机床（WEDM-HS），其电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为8～10m/s，电极丝可重复使用，加工速度较高，但快速走丝容易造成电极丝抖动和反向时停顿，使加工质量下降，是我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的电火花线切割加工模式；

另一类是低速走丝电火花线切割机床（WEDM-LS），其电极丝作低速单向运动，一般走丝速度低

于0.2m/s，电极丝放电后不再使用，工作平稳、均匀、抖动小、加工质量较好，但加工速度较低，是国外生产和使用的主要机种。 切割属电加工范畴,是由前苏联

风机械厂合作生产的发明的,我国是第一个用于工业生产的国家,当时由复旦大学和苏州是最早的机型叫复旦型,我们国内在此基础上发展了快走丝系统(HS).欧美和日本发展了慢走系统(LS) 。

主要区别是：

1.电极丝我国采用钨钼合金丝,国外采用黄铜丝;

2.我国采用皂化工作液,国外采用去离子水;

3.我国的走丝速度为11米/秒左右,国外为3~5米/分,

4.我们的电极丝是重复利用的直到断丝为至,国外是走过后不再重用,

5.我们的精度不如国外高.

根据对电极丝运动轨迹的控制形式不同，电火花线切割机床又可分为三种：

第一种是*模仿形控制，其在进行线切割加工前，预先制造出与工件形状相同的*模，加工时把工件毛坯和*模同时装夹在机床工作台上，在切割过程中电极丝紧紧地贴着*模边缘作轨迹移动，从而切割出与*模形状和精度相同的工件来；

第二种是光电跟踪控制，其在进行线切割加工前，先根据零件图样按一定放大比例描绘出一张光电跟踪图，加工时将图样置于机床的光电跟踪台上，跟踪台上的光电头始终追随墨线图形的轨迹运动，再借助于电气、机械的联动，控制机床工作台连同工件相对电极丝做相似形的运动，从而切割出与图样形状相同的工件来；

第三种是数字程序控制，采用先进的数字化自动控制技术，驱动机床按照加工前根据工件几何形状参数预先编制好的数控加工程序自动完成加工，不需要制作*模样板也无需绘制放大图，比前面两种控制形式具有更高的加工精度和广阔的应用范围，目前国内外 95％以上的电火花线切割机床都已采用数控化。

线切割机床程序输入方法有三种：键盘输入，穿孔纸带输入和磁盘输入。

线切割能加工各种高硬度、高强度、高韧性和高脆性的导电材料，如淬火钢、硬质合金等。加工时，钼丝与工件始终不接触，有0.01mm左右的间隙，几乎不存在切削力；能加工各种冲模、凸轮、样板等外形复杂的精密零件及窄缝等；尺寸精度可达0.02~0.01mm，表面粗糙度Ra值可达1.6m。

2．数控线切割机床组成部分

数控线切割机床的外形如图所示，其组成包括机床主机、脉冲电源和数控装置三大部分。

（1）机床主机部分

机床主机部分由运丝机构、工作台、床身、工作液系统等组成。

运丝机构:电动机通过联轴节带动贮丝筒交替作正、反向转动，钼丝整齐地排列在贮丝筒上，并经过丝架作往复高速移动（线速度为9m/s左右）。

工作台:用于安装并带动工件在工作台平面内作X、Y两个方向的移动。工作台分上下两层，分别与X、Y向丝杠相连，由两个步进电机分别驱动。步进电机每接收到计算机发出的一个脉冲信号，其输出轴就旋转一个步距角，通过一对齿轮变速带动丝杠转动，从而使工作台在相应的方向上移动0.01mm。工作台的有效行程为250×320mm。

床身 用于支承和连接工作台、运丝机构、机床电器、及存放工作液系统。

工作液系统 由工作液、工作液箱、工作液泵和循环导管组成。工作液起绝缘、排屑、冷却的作用。每次脉冲放电后，工件与钼丝之间必须迅速恢复绝缘状态，否则脉冲放电就会转变为稳定持续的电弧放电，影响加工质量。在加工过程中，工作液可把加工过程中产生的金属颗粒迅速从电极之间冲走，使加工顺利进行。工作液还可冷却受热的电极和工件，防止工件变形。

（2）脉冲电源

脉冲电源又称高频电源，其作用是把普通的50Hz交流电转换成高频率的单向脉冲电压。加工时，钼丝接脉冲电源负极，工件接正极。

（3）数控装置

数控装置以PC机为核心，配备有其他一些硬件及控制软件。加工程序可用键盘输入或磁盘输入。通过它可实现放大、缩小等多种功能的加工，其控制精度为±0.001mm，加工精度为±0.001mm。

五、线切割加工程序的编制方法

1．程序格式

N R B X B Y B J G Z

— — — — — — — — — —

程 圆 间 X 间 Y 间 计 计 加

序 弧 隔 坐 隔 坐 隔 数 数 工

段 半 符 标 符 标 符 长 方 指

号 径 值 值 度 向 令

其中间隔符B的作用是将X、Y、J数码区分开来。这种程序格式称为“三B格式”。加工直线时，R为零。

在一个完整程序的最后应有停机符“FF”，表示程序结束。

（1）坐标系和坐标值X、Y的确定

平面坐标系是这样规定的：面对机床操作台，工作台平面为坐标平面，左右方向为X轴，且右方为正；前后方向为Y轴，且前方为正。

坐标系的原点随程序段的不同而变化：加工直线时，以该直线的起点为坐标系的原点，X、Y取该直线终点的坐标值；加工圆弧时，以该圆弧的圆心为坐标系的原点X、Y取该圆弧起点的坐标值。坐标值的负号均不写，单位为µm。

（2）计数方向G的确定

不管是加工直线还是圆弧，计数方向均按终点的位置来确定。具体确定的原则如下：

加工直线时，计数方向取直线终点靠近的那一坐标轴。例如，在图中，加工直线OA，计数方向取X轴，记作GX；加工OB，计数方向取Y轴，记作GY：加工OC，计数方向取X轴、Y轴均可，记作GX或GY。

加工圆弧时，终点靠近何轴，则计数方向取另一轴。例如：在中，加工圆弧AB，计数方向取X轴，记作GX；加工MN，计数方向取Y轴，记作GY；加工PQ，计数方向取X轴、Y轴均可，记作GX或GY。

（3）计数长度J的确定

计数长度是在计数方向的基础上确定的，是被加工的直线或圆弧在计数方向的坐标轴上投影的绝对值总和，单位为µm。

例如，在图中，加工直线OA，计数方向为X轴，计数长度为OB，数值等于A点的X坐标值。在图中，加工半径为0.5mm的圆弧MN，计数方向为X轴，计数长度为500×3=1500µm，即MN中三段90º圆弧在X轴在投影的绝对值总和，而不是500×2=1000µm。

（4）加工指令Z的确定

加工直线时有四种加工指令：L1、L2、L3、L4。如图所示，当直线处于第I象限（包括X轴而不包括Y轴）时，加工指令记作L1；当处于第II象限（包括Y轴而不包括X轴）时，记作L2，L3，L4依此类推。

加工顺圆弧时有四种加工指令：SR1、SR2、SR3、SR4。如图所示，当圆弧的起点在第I象限（包括Y轴而不包括X轴）时，加工指令记作SR1；当起点在第II象限（包括X轴而不包Y轴）时，记作SR2；SR3、SR4依此类推。

加工逆圆弧时有四种加工指令：NR1、NR2、NR3、NR4。如图所示，当圆弧的起点在第I象限（包括X轴而不包括Y轴）时，加工指令记作NR1；当起点在第II象限（包括Y轴而不包括X轴）时，记作NR2；NR3、NR4依此类推。

2．编程方法

以图所示样板零件为例，介绍编程方法。

（1）确定加工路起。起始点为A，加工路线按照图中所标的①②„„⑧进行，共分八个程序段。其中①为切入程序段，⑧为切出程序段。

（2）计算坐标值。按照坐标系和坐标X、Y的规定，分别计算①～⑧程序段的坐标值。

（3）填写程序单，按程序标准格式逐段填写N、R、B、X、B、Y、B、J、G、Z，见表2。注意：表中的G、Z两项需转换成计算机能识别的代码形式，具体转换见表1。例如，GY和L2的代码为89输入计算机时，只需输入89即可。

六、图形矢量化、修改说明书

1．矢量化转换

图形扫描后，需进行矢量化转换，其转换步骤如下：

（1）调出图形。打开F:\User\UI\YH\>目录，双击Y.exe文件，进入矢量化转换软件画面。矢量化转换软件采用全键盘操作方式。画面顶部菜单栏有“文件、显示、自动、退出”四个选项。用大键盘上的“+”、“-”号移动光标可对四个选项进行选择。首先选中“文件”项，按回车键，出现蓝色的文件名为“/※.TIF”的文件框。框内显示根目录下的子目录名称。此时用“、←、↓、↑”键选择刚扫描的图形所存的子目录

[user]，回车确认后，选择下一级子目录[ul]，选中自己的TIF文件后回车，图形显示在画面上。

（2）图形处理。用键盘上的“+”、“-”键移动光标，选择菜单栏上的“自动”选项，回车后出现菜单，内有“线图、块图、退出”三选项。用上、下箭头键移动光标至“块图”上，按回车键，处理后的图形显示在画面中央，然后再按空格键。

（3）矢量化转换。用“+”、“-”键选择“退出”选项，回车后图形转到矢量化界面。此时，按小键盘上的“+”、“-”键可对图形进行放大或缩小。按“L”键，用直线对图形进行矢量化转换，图形转换完成后，按“Y”存盘，计算机自动退出矢量化转换界面，回到目录状态。

2．图形修改

矢量化转换后，可在YH线切割自动编程系统中调出并进行修改，使之符合线切割加工工艺，满足图形设计者的要求，以实现数据传送、机床切割。在F:\User\U1\YH\>目录下双击YH.exe文件，出现“线切割自动编程系统”软件封面，按空格键进入系统，其具体操作画面如下图所示：

（1）调出图形

①第一次调出图形 用鼠标点取画面右上方内有S的白色方块，自己设计的图形就会出现在屏幕中央。用鼠标点选左下方图号旁边的方框，出现一小数字键盘，输入此图形的文件名，回车后为此图形附名存盘（切记：第一次调出图形后一定要先附名存盘）。文件名一般用自己的学号。

②调出已有文件名的图形 用鼠标点取菜单栏中的文件选项下的读盘选项，弹出子菜单，然后选取其中的图形一项，屏幕的左上方会出现文件框。在文件框中选取自己设计的图形文件名，此时文件名则变为黄色，单击文件框左上角小方块，则自己设计的图形出现在绘图窗的中央，其中心为坐标系的原点。

（2）工件缩放

点取图标栏中的辅助线图标，把光标移到图形最长方向的最远点，光标变为X形。按住鼠标左键移动

鼠标画一水平或垂直直线，其长度与图形最大长度一致，屏幕上有一对话框，线程栏显示图形最大长度。 确认后点取编辑选项中工件缩放选项，出现参数窗。可用键盘或鼠标输入缩放比例。大于1工件放大，小于1则工件缩小。图形控制在35~40毫米之间。回车确认后，图形即放大或缩小。

（3）存盘

调整好图形大小后，应及时存盘。用鼠标点取画面左下方图号旁边的方框，出现小数字键盘，回车（存盘）重写以前保存的图形文件，则所做的工作已存盘。

（4）检验图形的封闭性

图形保存后，点选图标栏中的火花图标，然后把光标移到画图区。如果图形有断点即图形不封闭，则图形会全部或部分消失。此时不可存盘。重新读盘，调出上一次的存盘结果，然后用直线图标把断点连接好。直线图标的使用方法见后面。图形连接封闭后再次存盘，然后用火花键验证，直到图形完整性不被破坏为止。

（5）调整图形位置

①图形平移 图形位置、方向如果与原图不符，可点取编辑选项中平移中的坐标轴平移选项，此时光标变为+形，图标栏下方有一工具箱。用鼠标左键点取坐标系中的任意一点，鼠标所点之外即为新的坐标系原点，图形移动到Y轴（或X轴）的一侧，用鼠标点按工具箱，光标复原。

②图形镜像 选取编辑栏中的镜像项，如果图形是左右反向，则选取垂直轴，如果图形是上下反向，则选取水平轴；光标变为口状后，用鼠标点按Y轴（或X轴）的另一侧，则图形镜像完毕。

③图形删除 选取杂项中的有效区，把光标放在所要保留的图形的左上方，按住鼠标左键不松开并拖动鼠标，则出现一方框，使方框框住所要的图形，松开左键，出现“删除认可”对话框，选择“Yes”项，则方框外的图形被删除。 最后，重新运用编辑中的平移功能，将图形放回到坐标系的中间位置，整个调整工作完成。

（6）修改图形

修改图形主要运用七种图标工具，即点、直线、圆、切圆弧、剪刀、火花和毛笔等。其中剪刀、火花和毛笔是清理工具，点、直线、圆和切圆是绘图工具。

①剪刀 点按图标框中的剪刀图标，则图标框下端出现工具箱，同时绘图窗中光标变为小剪刀。将剪刀移至要去掉的线段上，当线段变为红色且剪刀变为手指状，按鼠标左键，则该线段去掉。每次运用剪刀功能后，若想使用其它功能，必须把剪刀放回工具箱方可。

②火花 线切割要求加工的图形为封闭图形。当所改的图形已是封闭的图形后，每次在修改的过程中只要按一次火花键，然后把光标移至绘图窗中，则图形中封闭图形以外的线段自动全部去掉。这在修图过程中既可检查图形的封闭性，又能省去剪线段的时间。建议每次用火花键之前先存盘，以免修改过的图形丢失。 ③毛笔 其功能是清洁画面。它不要求图形的封闭性，只是去掉图形上没用的点、临时性线段和剪切后残

留的痕迹，使画面干净整洁。其使用方法和火花键相同。

④点 用鼠标点按点图标，将光标移至绘图窗上所要点的位置上，按鼠标左键，屏幕上出现标有当前位置的参数窗。此时可对参数窗进行修改，位置确定后确认，则完成点的绘制。

⑤直线 鼠标点按直线图标后将光标移至绘图窗上要画直线的一个点的位置，此时如果光标变为X状，则指到了线段的交点（或终点），如果光标变为手指状，则指到了线段上；按住鼠标左键并拖动鼠标至另一点，直至光标恢复为X状或手指状，松开鼠标左键，确认屏幕上出现的直线对话框的“Yes”按钮，直线输入完毕。

⑥圆 点按圆图标后将光标移至绘图窗上，光标指到要画圆的圆心位置后，按住鼠标左键并拖动鼠标向外，屏幕上会出现一黄色（或红色）圆且圆的半径随鼠标的移动而改变，圆的大小合适后，松开鼠标左键，确认屏幕上出现的圆对话框的“Yes”按钮，圆输入完毕。

⑦圆弧 点按圆弧图标后将光标移至绘图窗上，光标指到要画圆弧的一个点上，使光标变为X或手指状，按住鼠标左键并拖动鼠标至另一点使光标同样变为X或手指状，此时这两点之间画上一条蓝色直线。松开鼠标左键并把光标指在蓝线上，光标变为手指状后，按住鼠标左键并拖动鼠标，则直线变成圆并随

鼠标移动而扩大或缩小。如果此时圆是红色，松开鼠标后，即已确认，圆变为黄色。如果此时圆是蓝色，记住屏幕上圆弧对话框中的半径值，松开鼠标左键，如果对话框中半径值不变，则按“Yes”按扭确认：如果半径值发生变化，点按半径后边的数字，出现小键盘图框，输入记住的半径值后回车，再按 “Yes”确认，圆弧输入完毕。

每次画完所需的线段后，用剪刀剪去不要的线段中的一条，破坏它的封闭性，再用火花去掉其它不封闭的线段，可加快修改速度。

（7）近镜和移动

在整个修图过程中，如有图形看不清的，可利用编辑项中的近镜功能。点取近镜后，光标变为十形。将光标放在要放大部位的附近，按住鼠标左键并拖动鼠标，出现一方框，框住要放大的部位后，松开左键，该部位放大，方框越大，则放大比例越小，方框越小，则放大比例越大。在同一放大区域看图形的不同位置，可按鼠标右键。但光标不可点在图形的线段上，否则，此线段则按其性质自动延伸。用鼠标点放大窗左上方的方框可取消近镜功能。

（8）模拟切割

图形修改完毕后，需进行模拟切割，点取编程中的切割编程选项，图标栏的下方出现工具箱，光标变为丝架形式，屏幕右上角显示“丝孔”字样，提示选择起切点位置。起切点位置应设在图形左方最突出点的左方或上方最突出点的上方，距离约为3毫米。光标点在此位置后按住左键拉出一条直线至最高点使光标变为X形，松开左键，该点出现红色心形标志，屏幕右上方有一参数窗，按Yes确认，出现图形窗。

图形窗中红心的位置是最高点的交点位置。有两条黄色线向两侧伸开。把光标移到任一条线上，变为

手指状后点按，然后按认可键，图形窗消失，图形上有一火花沿图形轮廓线走一圈，直至回到起切点并显示OK。

把丝架放回工具箱，屏幕左上角出现“工件厚度”窗口。不输入数字直接回车，显示加工长度并有子菜单出现。选择退出，系统返回主屏幕，则模拟切割完毕。

（10）图形修改注意事项

①在修改图形前一定要先用直线把图形连成封闭图形。

②修改图形时，优先考虑用直线修改，必要时用切圆修改。

③改图过程中一定要注意及时存盘。

（11）关机步骤

①在YH软件界面选择，“文件”——“退出”选项，退出YH软件。

②关闭计算机主机及显示器开关。

七、数控线切割机床操作方法

1．机床按钮面板

按钮面板如下图所示

SB1——总停钮 HL1——电源灯

SB2——运丝开 HL2——运丝机构指示灯

SB3——水泵开 HL3——水泵指示灯

SA3——脉冲电源开关 HL4——脉冲电源指示灯

A——电流表

①运丝开按钮SB2——按下SB2，运丝机构开始工作，HL2运丝指示灯熄灭。

②水泵开按钮SB3——按下SB3，水泵开始工作，HL3水泵指示灯熄灭。

③脉冲电源开关按钮SA3——按下SA3，脉冲电源接通。再次按下则关闭脉冲电源。

④总停按钮SBI——按下SB1，运丝机构及水泵同时停止。HL1，HL2，HL3指示灯同时亮起。

2．高频脉冲电源

高频脉冲电源是线切割加工中提供加工电源的部件。调节功能如下：

（1）功率管个数选择开关。共4个开关，全部开通时加工峰值电流最大。全部关闭时峰值电流最小。

（2）脉冲宽度开关，共分六档，可调节脉冲电流脉宽。脉宽大时，放电能量大，可加工较厚材料。加大脉宽还可加快加工速度，但对表面质量有影响。

（3）脉间比例旋钮，可调节脉冲脉间和脉冲所占时间的比例。脉间比例的调整，可提高加工的稳定性。

3．控制系统

CNC—10控制系统置于控制用PC机的电子盘内。每次开机自动启动。控制界面分为三个功能区：

（1）状态标志

位于界面上端。包括计时牌，电机状态，高频状态，间隙电压指示。

①计时牌：用于记录加工时间。

②电机状态：用于监控驱动工作台伺服运动的LY方向电机的开关状态。为ON时，工作台电机处于等待控制信号状态，无法手动。为OFF时，工作台脱离控制。

③高频状态：用于监控高频电源状态。为ON时，表示开通高频电源，可启动加工功能。关断时，为OFF，该状态不可启动加工功能，只能进行模拟。

④间隙电压：用于监控放电间隙的平均电压波形。

（2）图形跟踪显示

可显示加工工件的图形轮廓，加工轨迹或相对坐标、加工代码。可用F10键切换这几种状态的显示。可做到实时监控。该窗口下方有局部放大窗按钮、图形

显示调整组，可用来调整图形显示状态。

（3）加工控制功能块

加工控制功能块包括十个功能键：

①加工 单击（或w键）进入加工方式。（高频电源开关SA3处于开启状态）。

②暂停 单击（或p键）中止当前功能。

③复位 单击（或R键）按下暂停键后再按复位键将中止当前一切工作，消除数据，关闭高频和电机。 ④单段 单击（或S键）以插补方式运行当前程序段。

⑤检查 单击（或T键）。

⑥模拟 单击（或D键）以图形方式模拟加工过程。

⑦定位 单击（或C键）系统可作对中心、定端面的操作。

⑧读盘 单击（或L键）可读入数据盘上的ISO和3B代码文件。

⑨回退 单击（或B键）系统回退。

⑩回零 单击（或I键）系统自动回到起切点初始位置。

4．网络文件传送

在工作站上修改完毕的图形位于网络服务器的磁盘中，路径名为F:\USER\U1\YH。传送方式见应用实例。

5．应用实例

（1）机床电气操作

①开机床总开关SQ。

②开控制柜钥匙开关，CNC—10控制系统自动启动。

（2）控制软件操作及网络文件传输

①用画面左上角的窗口切换标志YH，使系统切换到YH系统。退出YH系统。

②进入C盘，运行WS批处理文件。

③在提示语Please input the copy commond Then press ^Z and ENTER 出现后，输入文件拷贝命令： copy f:\User\U1\YH\ .* C:\Shixi

在直线上方敲入同学的图形文件名。敲入命令后，用ctrl+z及回车键完成操作。至此文件网络传输工作完成，图形文件保存在C盘的子目录SHIXI。

④进入E盘，运行YH编程软件。在进入YH后，用菜单中读盘命令将自己的图形调出。

⑤利用YH软件对修改后的图形进行模拟切割。所有参数及补偿值都用缺省值。

⑥模拟切割完成后，用菜单选项中的送控制台功能进入CNC—10软件界面。

（3）切割工件

①按下SB2，开动运丝机构。

②按下SB3，开动水泵。

③用手动对刀，使工具电极丝接近工件，但不要接触。

④在CNC-10界面中，将电机状态监控与高频状态监控切置为OFF，用模拟功能进行切割模拟。 ⑤模拟正确后，按下机床SA3按钮，启动脉冲电源。

⑥在CNC—10控制界面中，将电机状态监控与高频状态监控皆置为ON，单击加工功能键进入加工状态。

6．机床操作注意事项

（1）在自动编程时，注意起切点与工件相对位置；

（2）模拟运行时电机与高频监控都置为OFF；

（3）切记先关高频电源SA3、水泵SB3、再按总停SB1停止运丝运动；

（4）脉冲电源参数切不可在加工过程中变更；

（5）装夹工件时用手旋紧螺母即可；

（6）工件伸出支出架部分要大于实际工件尺寸。

八、快走丝切割机断丝原因的分析 高速走丝电火花线切割加工中的断丝问题一直一个最普遍的问题。它使加工停顿并不得不从头开始，浪费了大量时间，破坏了加工表面的完整性，增加了加工的困难。

断丝原因的分析及解决办法：

1.与电极丝相关的断丝

丝张力及走丝速度。对于高速走丝线切割加工，广泛采用0．06～0．25mm的钼丝，因它耐损耗、抗拉强度高、丝质不易变脆且较少断丝。提高电极丝的张力可减少丝振的影响，从而提高精度和切割速度。丝张力的波动对加工稳定性影响很大。产生波动的原因是：贮丝筒上的电极丝正反运动时张力不一样；工作一段时间后电极丝又会伸

加剧，极易断丝。

2. 与脉冲电源相关的断丝

（1）加工电流很大，火花放电异常，导致断丝。种故障多数脉冲电源的输出已变为直流输出所致。，致使张力下降（一般认为张力在12～15N较合适人 张力下降的后果是丝振从脉冲电源的输出级向多谐振荡器逐级检查波形，更换损坏的元件，使输出为合乎要求的脉冲波形时才能投入使用。

（2）输出电流超过限值断丝。在加工过程中火花放电突然变为蓝色的弧光放电，电流超过限值，将钼丝烧断。用示波器测输端和振荡部分都无波形输出。可判断故障出在振荡部分。检查发现有三极管的。立功极间内部开路，中极间内部击穿，更换此管，高频电源恢复正常。

另一种情况也是在加工过程中突然断丝，电流在限值以上。用示波器测量高频电源输出端，其波形幅值减小，并有负波，而脉冲宽度符合要求，测量推动级波形其频率、脉冲宽度及幅值均符合要求。判断故障在功放部分。检查功率管，测得其中一只管子的ce极间内部击穿，使末级电流直接加到钢丝与工件之间引起电弧烧断钼丝。换去该管，恢复正常。

（3）钼丝上出现烧伤点发生断丝。一旦钼丝上出现“疙瘩”状的烧伤点，极易发生断丝现象。一般认为，这是粘附在电极丝上的加工屑（阳极物质）所为，该粘附物起到了使放电集中在电极丝上的作用，此时若冷却散热条件差，就很可能使该处的温度升高，这样一来在连续的放电中就可能继续有其他加工屑粘附在该点附近，如此造成一种恶性循环，最后导致该处发生烧伤现象。

九、线切割加工中电极丝的选用

电极丝的性能

高性能的电极丝必须是各种有用特性的有机组合，那么电极丝有哪些有用的特性呢？

1、电气特性

线切割加工培训教材 第15页共22页

现代线切割电源对电极丝提出了严格的要求。它要能承受峰值超过700安培或平均值超过45安培的大切割电流，而且能量的传输必须非常有效，才能提供为达到高表面光洁度（0.2Ra以上）所需的高频脉冲电流。这取决于电极丝的电阻或电导率。紫铜是电导率最高的材料之一，它被用来作为衡量其他材料的基准。紫铜的电导率标为100%IACS（国际退火紫铜标准），而黄铜的电导率为20%。

2、机械特性

拉伸强度：

拉伸强度是衡量材料在受到径向负荷时抵抗断裂的能力。它是用单位截面积所能承受的重量来标度的，如英制的PSI（磅/平方英寸）或公制的N/mm2(牛顿/平方毫米)。紫铜属于拉伸强度最低的材料

（245N/mm2），而钼则最高（1930N/mm2）。电极丝的拉伸强度取决于材料的选择以及各种热处理和拉伸处理工艺。电极丝有时被分为"软丝"和"硬丝"，对于不同的设备和应用来说，各有其

记忆效应：

这与电极丝的"软"或"硬"直接相关。软丝抽离线轴时没有恢复成直线的记忆能力，所以无法用于自动穿丝，但这对切割来说并没有影响，因为加工时电极丝上是加了张力的。软丝适用于上、下导丝咀不能倾斜的设备进行超过7度的大斜度切割。而硬丝则是自动穿丝机的最佳选择，同时因为拉伸强度高，其抵抗因切割时电流和冲洗力造成丝的抖动的能力较强。

延伸率：

延伸率是切割加工中由于张力和热量引起电极丝长度变化的百分比。软丝的延伸率可大到20%，而硬丝则小于2%。软丝在斜度加工时，延伸率高的电极丝能更保证斜面的几何精度，并且较软的电极丝在导丝咀中滑动时产生的震动也较小。不过电极丝进入切割区后软丝的抖动程度比硬丝大，所以还得折中考虑。

3、几何特性

在线切割技术发展的早期（1969年到七十年代中期），对电极丝几乎没有做任何的研究，用的是现成的电机和电缆上的紫铜丝。而今天，高效率高精度的线切割机要求电极丝具有误差极小的几何特性。电极丝制造的最后工序是采用多个宝石拉丝模来得到光滑、圆度极好、丝径公差为+/-0.001mm的成品。另一方面，还有一些电极丝却特意设计成具有相对粗糙的表面，可以提高切割速度。

4、热物理特性

电极丝的热物理特性是提高切割效率的关键。这些特性是通过合金成分的配比或基础芯材的选择来确定的。

熔点：

电极丝的熔点是一项重要的指标。由于电极丝通过导丝咀时的机械运动，以及冲洗力和放电等因素，电极丝在切割时是有抖动的。这将造成无数次的极小的短路，使切割过程减慢。电极丝工作时如果在外径上能够损耗一些，这样它在面对切口方向的空隙可以防止或减少短路效应。同时它在背对切口方向的空隙处。

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有助于改善冲洗作用，可以更好的去除加工废屑。电极丝外径的损耗不会影响加工精度，因为新的电极丝在不断的进给。这是冶金学家在研究电极丝的冲洗性时要考虑的材料的两个特性之一。

气化压力：

电火花切割时会产生大量的热量，其中的一些热量被电极丝吸收走了，这会降低切割效率。如果太多的热量损耗在电极丝上，电极丝就会因过热而熔断。因此需要电极丝表面能够快速气化，在电极丝得到冷却的同时把热能释放到工件上。材料受热达到熔点后就会气化，产生气化压力。熔点低的材料更容易气化。电极丝所应该具有的另一个特性就是低熔点和高气化压力，可以帮助把废渣吹离切缝。这就是电极丝冲洗性好所应该具备的另一个特性。当电极丝和工件在切割表面处是气化而不是熔化时，产生的是气体而不是熔化的金属颗粒。这反过来又改善了冲洗过程，因为要冲走的颗粒少了。

二、电极丝的种类与应用

目前，市场上可选用的电极丝可分为以下几类：

1、黄铜丝

黄铜丝是线切割领域中第一代专业电极丝。1977年，黄铜丝开始进入市场。这种电极丝曾带来了切割速度上的突破，当时对于厚度为50mm的工件，切割速度从12mm/分钟提高到25mm/分钟。是什么使速度翻了一倍呢？黄铜是紫铜与锌的合金，最常见的配比是65%的紫铜和35%的锌。当时发现黄铜丝中的锌由于熔点较低（420℃，而紫铜为1080℃）能够改善冲洗性。在切割过程中，锌由于高温而气化使得电极丝的温度降低并把热量传送到工件的加工面上。理论上讲，锌的比例越高越好，不过在黄铜丝的制造过程中，当锌的比例超过40%后，电极丝的α单相结晶结构变成了α和β双相结晶结构。这时材料变得太脆而不适合把它拉成直径很小的细丝。

黄铜丝可以有不同的拉伸强度来满足不同的设备和应用场合。这是通过一系列的拉丝（淬火作用）和热处理（退火）工序来实现的。普通黄铜丝的拉伸强度在490-900N/mm之间。

黄铜丝的主要缺点：

(1) 加工速度无法提高：由于黄铜中锌的比例一定，所以放电时的能量转换效率无法进一步提高；以0.25mm黄铜丝切割30-60mm厚的钢材为例，国内很多用户的主切速度都在120mm2/分钟左右。

(2) 表面质量不佳：黄铜丝表面的铜粉和放电时由于电极丝表层气化而带出的铜微粒会积存在工件的加工面上形成表面积铜。同时由于冲洗性不好而在工件表面产生较厚的变质层，这些都会影响工件的表面硬度和粗糙度；

(3) 加工精度不高：特别是在加工较厚的工件时，由于冲洗性不良，会产生较大的直线度误差（上下端尺寸误差和鼓形差）。

此外，由于价格竞争的原因，目前国内的低价黄铜丝普遍存在着各种质量问题，例如因采用的铜材胚料材质不良以及拉丝设备和工艺上的原因导致黄铜丝表面铜粉较多，截面几何误差太大等等，这些都会导222

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致放电稳定性下降，严重影响加工速度和质量。同时，还会污染设备部件加大设备的损耗。

黄铜丝的应用场合：

(1) 加工量不足，不是24小时开机的用户。因为加工效率对于这些用户来说不是主要问题；

(2) 对加工精度特别是表面质量要求不高的用户；

(3) 以加工小尺寸、薄厚度为主的用户。因为工件装夹调整的时间占总加工时间的比例较高，切割时间较少，对加工效率的影响不明显。

(4) 工件的材料硬度不高或厚度不超过80-100mm。

虽然随着各种更好性能的镀层电极丝的出现和普及，黄铜丝的市场份额呈不断下降的趋势，但是，由于它成本低廉，并且能满足普通的加工需求，因此还会继续得到广泛的应用。同时，市场上还出现了一些在性能上有不同程度改善的且价格低于镀层电极丝的新型黄铜丝：

(1) 超净型黄铜丝:针对普通黄铜丝表面铜份过多这一弊端，通过在后道工序中增加特别的清洗工艺而制成；

(2) 超硬型黄铜丝:通过在黄铜中加入其他微量元素，使黄铜丝的拉伸强度高达1200 N/mm2。这种丝在加工超厚或超硬工件时可以改善加工精度和速度；

(3) 高速型黄铜丝:将黄铜中锌的比例加大到极限的40%，可以改善冲洗性，提高切割速度。但是，其切割速度还是比镀锌电极丝要慢。

2、镀层电极丝

由于低熔点的锌对于改善电极丝的放电性能有着明显的作用，而黄铜中锌的比例又受到限制，所以们想到了在黄铜丝外面再加一层锌，这就产生了镀锌电极丝。1979年瑞士几位工程师发明的这种方法，使电极丝的发展向前迈进了一大步，并导致了更多新型镀层电极丝的出现。

镀层电极丝的主要优点：

(1) 切割速度高，不易断丝。品质好的镀锌电极丝切割速度可比优质黄铜丝快30-50%，目前广东地区很多用户采用0.25mm的镀锌电极丝，切割速度平均在150-180mm2/分钟。

(2) 加工工件的表面质量好，无积铜，变质层得到改善，因此工件表面的硬度更高，模具的寿命延长。

(3) 加工精度提高，特别是尖角部位的形状误差、厚工件的直线度误差等均比黄铜丝有改善。

(4) 导丝咀等部件的损耗减小。锌的硬度比黄铜低，同时镀锌丝不象黄铜丝那样有很多铜粉，所以不容易堵塞导丝咀，污染相关部件。

镀层电极丝生产工艺主要有浸渍、电镀和扩散退火这三种方法。电极丝的芯材主要有黄铜、紫铜和钢。镀层的材料则有锌、紫铜、铜锌合金和银。目前市场上较为成熟的这类电极丝按应用区分主要有以下几种： 普通镀锌电极丝：

由于浸渍这种工艺相对比较简单，所以很多电极丝制造商都采用这种方法来生产镀锌电极丝。但是镀

锌后再拉丝，其最大的问题是无法控制镀层的均匀性，所以用这种工艺生产的电极丝放电性能不够稳定，速度只比黄铜丝提高不到10%。有些品质较差的镀锌电极丝其颜色往往不是均匀的银灰色，可以看到一些浅黄色相间其中，这就是所谓“露铜”现象。这类电极丝虽然价格比较便宜，只比黄铜丝稍贵一些，但是采用的人不多。

高精度加工用镀锌电极丝：

这类电极丝多是采用电镀的方法，所以可以较好的控制镀锌层的厚度，放电性能稳定，不易断丝，适合四次切割以上的精密加工。切割速度一般可以比黄铜丝快30%左右。这种电极丝的剖面见。常见的品牌有德国Berkenhoff公司的COBRA CUT A、MEGACUT A，德国Heinrich Stamm公司的STAMMCUT ZC900和ZC950等等。

韩国OPEC公司的ZINCO系列镀锌电极丝，虽然也是采用的浸渍工艺，但是其工艺方法与众不同，申请到了美国、日本、欧洲和中国的发明专利。该工艺的特点是先将黄铜芯材拉制到了接近最后直径的时候进行镀层，然后再拉丝。其镀层由多层铜锌合金组成，锌的比例从里到外呈梯度渐变，以外层的锌为最多，且表面是有利于改善冲洗性能的微观多孔结构。这种电极丝已为线切割机制造商Sodick和

Agie-Charmilles所采用。同时也是目前国内最畅销的镀锌电极丝。

今年开始韩国有几家电极丝制造商也在尝试用电镀的方法生产镀锌电极丝，如果能形成批量进入市场的话，相信会给国内用户带来更多的实惠。

高速度加工用镀层电极丝

这种电极丝以扩散退火工艺制作，是一种复合电极丝，有较厚的含有50%的锌和50%的紫铜的镀层。这种镀层需经过一系列的热处理过程，其颜色因镀层扩散而从亮银色变为黄褐色。这种电极丝的芯为α结构而镀层则为β结构，它最后经过一道拉伸加工通过冷压把镀层压进芯材中。扩散过的电极丝表面是多孔的，它有助于改善冲洗性。这种电极丝的切割速度是目前最快的。常见的品牌有COBRA CUT D、BRONCO CUT X、MEGACUT D、SWX、STAMMCUT Xi等。

韩国OPEC公司针对Charmilles的线切割机研制的HUNT-X电极丝，虽然不是采用扩散退火工艺，但是其切割性能与这类电极丝非常相似，也属于高速电极丝，可以用于对速度有较高要求的加工。 高难度加工用镀层电极丝

钢芯电极丝是一种复合丝。它由钢制的芯加上中间的紫铜镀层和外面的黄铜镀层组成。钢芯在常温下的拉伸强度与黄铜丝差不多，但是随着温度的升高黄铜丝的拉伸强度迅速降低，而钢的拉伸强度则高于黄铜丝了。但是，由于港的导电性能不好，因此在钢芯外面包了一层紫铜用以提高电导率。而外面的黄铜层则起到了改善冲洗性能的作用。

对于难度较高的线切割加工，虽然采用较粗直径（0.30mm）的电极丝，或采用镀锌电极丝可以使情况有所改善，但是要想达到较高的加工要求，最佳的选择就是这种钢芯电极丝了。

1、高厚度加工：一般来说，当加工的工件较厚时（通常超过100mm以上），加工速度明显降低，并且加工面的直线度误差会很大。此时采用钢芯丝加工，可以明显改善速度和精度。

2、冲水不良状态的加工：例如大斜度加工、工件厚度不规则，变化范围较大的加工和多个工件叠加起来的加工等等。冲水不良容易造成断丝，加工速度因而下降。同时，也会导致二次放电增加，影响表面质量。

3、工件材料难以加工：例如石墨、铜、铝合金等较难切割的材料。

常见的品牌有：日本FUJIKURA公司的COMPEED钢芯电极丝。

超精密加工用电极丝

黄铜丝或镀层丝的直径一般在0.30mm至0.07mm之间。而对于一些电子、光学和钟表行业的微细零件或超精密的加工，要求电极丝的直径在0.10mm至 0.03mm。过去这种电极丝是采用钨丝或钼丝制作的，价格非常昂贵。现在则普遍采用高拉伸强度的钢丝（100碳钢琴线）外面加镀黄铜来制作，俗称“钢琴线”。这种电极丝的拉伸强度为一般电极丝的2倍，高达2000 N/mm以上。常见的品牌有德国的MICRO CUT,日本的SPWire。

三、怎样考虑不同的电极丝对加工成本的影响

下面，我们通过一个加工实例来计算一下电极丝对加工成本的影响：

测试机型：SODICK AQ325L（2000年出厂）

测试工件：材料SKH-9钢，厚度60mm，切割长度29.99mm

测试结果对比：

项目 黄铜丝 镀锌电极丝 说明

电极丝厂牌 某国产硬丝 ZINCO

电极丝直径（mm） 0.20 0.20

切割次数 3 3 切1修2

尺寸精度 尺寸误差：6微米 尺寸误差：1微米 加工精度明显提高

直线度误差：2微米 直线度误差：4微米

尖角部位形状误差 明显可见形状误差 有明显改善 用镀锌丝切割时不用补偿，角部误差明显减小 表面质量（直观） 有积铜 有明显提高

切割厚度（mm） 60 60

切割长度（mm） 29.99 29.99

切割面积（mm²） 1799.4 1799.4

加工时间（分钟） 39.5 27.3 快了31%

加工速度（mm²/分钟） 45.6 65.9 切1修2的平均加工速度 2

经济效益计算：

黄铜电极丝 镀锌电极丝

走丝速度（米/分钟） 13

耗丝长度（米/小时） 13x60=780

重量长度换算系数（克/米） 0.27（对于直径为0.20mm的电极丝）

每小时耗丝量（公斤） 780x0.27/1000=0.211

每月实际放电时间（小时） 30天x16小时/天=480小时

每月耗丝量（公斤） 0.211x480=101.28

单价（元/公斤） 30.00 98.00

每月电极丝费用（元） 101.28x30=3038.40 101.28x98=9925.44

采用镀锌丝后每月增加费用（元） 9925.44-3038.40=6887.04元

“切1修2”的速度（mm²/分钟）45.6 65.9

每月可加工面积（mm²） 45.6x480x60=1313280 65.9x480x60=1897920

“切1修2”加工费率 ￥0.045/ mm²

每月每台机加工费收入 1313280x0.045=59,097.60 1897920x0.045=85406.40

扣除电极丝增加的费用后，每月每台机增加的收入（元） 85406.40-59097.60-6887.04=19421.76元 增幅33%

说明

1、以上计算假设了放电时间占加工时间的2/3，且加工的零件大致相同，以“切一修二”为主。

2、用户可以根据各自情况进行测算，虽然结果各不相同，但是根据我们与广东地区几十家用户的交流得知，对于加工量充足的用户，收入肯定有增加的。

通过上述实例可以知道，虽然测试所用的镀锌电极丝比黄铜丝单价贵了2倍，但是由于加工效率提高了31%，所以加工费图（1）收入反而增加了，或者说加工成本降低了。采用镀锌电极丝后直接经济效益是明显的。

综上所述，便宜的黄铜丝其实并不是最经济的选择，经过革新设计的高性能电极丝与现代先进的线切割机配合可实现比标准的黄铜丝更高的生产效率，更优越的性价比。

所以，不同的加工，请采用不同的电极丝。