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5 走丝系统的实验研究......................................34
5.1 实验仪器.................................................34 5.2 输出电压与张力的关系.....................................34 5.3 系统的调试...............................................35 5.4 本章小结.................................................36
全文总结..................................................37 致谢......................................................38 参考文献..................................................39
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1. 绪论
1.1引言
电火花线切割加工（Wire Cut EDM, WCEDM)是在电火花加工基础上发展起来的一种新的工艺形式，是用线状电极（钼丝或铜丝等）依靠火花放电对工件进行切割加工，故称为电火花线切割。有时简称线切割。线切割加工技术已经得到了迅速发展，逐步成为一种高精度和高自动化的加工方法，在模具、各种难加工材料、成型刀具和复杂表面零件的加工等方面得到广泛应用。
20世纪中期，苏联拉扎林科夫妇发明了电火花加工方法[1]，开创了制造技术的新局面，随后前苏联又于1955年制成了电火花线切割机床，瑞士于1968年制成了NC方式的电火花线切割机床。电火花线切割加工经历半个多世纪的发展，已经成为了先进制造技术领域的重要组成部分。电火花线切割加工不需要制作成形电极，能方便地加工形状复杂大厚度的工件，工件材料的预加工量少，因此在模具制造、新产品试制和零件加工中得到了广泛应用。尤其是进入20世纪90年代后，随着信息技术、网络技术、航空和航天技术、材料科学技术等高新技术的发展，电火花线切割加工技术也朝着更深层次、更高水平的方向发展。
我国是国际上开展电火花加工技术研究较早的国家之一，20世纪50年代后期先后研制了电火花穿孔机床和线切割机床。线切割加工机床经历了依靠模仿形、光电跟踪、简易数控等发展阶段，在上海张维良高级技师发明了世界独创的快速走丝线切割技术后，出现了众多形式的数控线切割机床，线切割加工技术突飞猛进，全国的线切割机床拥有量突破了万台大关，为我国国民经济，特别是模具工业的发展作出了巨大的贡献。随着精密模具需求的增加，对线切割加工的精度要求越来越高，快速走丝线切割机床目前的结构与其配置已无法满足生产的精密要求。在大量引进国外慢走丝精密线切割机床的同时，也开始了国产慢走丝机床的研制工作，至今已有多种国产慢走丝线切割机床问世。我国的线切割加工技术的发展要高于电火花成形加工技术，如在国际市场上除高速走丝技术外，我国还陆续推出了大厚度（≥300mm）及超大厚度（≥600mm）线切割机床，在大型模具与工件的线切割加工方面，发挥了巨大的作用，拓宽了线切割工艺的应用范围，在国际上处于先进水平[2]。
1.2 慢走丝线切割机床简介
电火花线切割加工与电火花成形加工的基本原理一样，都是基于电极间脉冲放电时的电火花腐蚀原理，实现零部件的加工。所不同的是，电火花线切割加工不需要制造复杂的成形电极，而是利用移动的细金属丝（钼丝或铜丝）作为工具电极，工件按照预定的轨迹运动，“切割”出所需要的各种形状和尺寸。
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电火花线切割机床按照电极丝传送的速度不同分为高速走丝和低速走丝两种，近年来，也有在高速和低速的基础上发展起来的中速走丝和高低速复合走丝机床以及自旋式电火花线切割机床，但由于起步较晚，这些机床还不普遍[3]。一般情况下，我们把送丝速度高于8m/s成为高速线切割机床（WS-WEDM），这是我国主要的机种，而低于15m/min称为低速走丝线切割机床（LS-WEDM），这是国外生产的主要机种。
高速走丝线切割机电极丝采用的是上下循环轮流送丝方式，电极丝重复使用，电极丝导向采用红宝石导轮，工作时电极丝与导论高速摩擦而逐渐变细，进而导致电极丝与导论之间的间隙过大 ，加之电极丝的传送速度高引发电极丝发生抖动，所以采用高速走丝线切割加工的模具期型面比较粗糙，Ra值一般在1.5~2.5μm之间。但由于其走丝速度快，有利于排屑，适合大厚度、大电流切割。低速走丝线切割机其导丝嘴采用耐磨的金刚石材料，它与电极丝的配合间隙仅为0.001~0.002mm，同时电极丝的传送为单向输送不循环一次性使用，因而低速走丝线切割不存在电极丝变细的情况；又由于低速走丝速度相对较慢，电极丝抖动幅度极小；而且低速走丝线切割的脉冲电源各个参数调节范围宽；伺服进给系统一般为四轴联动甚至五轴联动，能切割锥面，上下异形面，扭转曲面，带尖角内角过度曲面，切割过程中要求实时更新伺服进给速度，以达到与工件蚀除速度基本同步，因此低速走丝机适用于精密模具和精密机械零件的加工，所加工的模具型腔最佳表面粗糙度值低，加工尺寸精度可控制在几个微米之内[4]。
1.3 国内外慢走丝线切割技术研究概况
1.3.1 国外的研究现状[5]
国外低速走丝线切割机床主要的生产厂家有瑞士的阿奇、夏米尔公司，日本三菱和沙迪克公司，目前他们的产品基本占领了大部分国际市场。
（1）顶级低速走丝电火花线切割机
这种低速走丝电火花线切割机代表了目前的最高水平，如瑞士夏米尔公司的千系
列机床、日本三菱电机公司的PA系列超高精度机床、日本牧野公司的UPJ-2超精密机床等。这类机床的 最大特点是加工精度很高，在±0.002 mm以内，表面粗糙度Ra<0.2μm，一般都能使用<0.03 mm的电极丝进行微精加工，主机大都具有热平衡系统，一些机床采用在油中进行切割加工。瑞士阿奇夏米尔公司的双丝机床也属于这个档次。这个档次的中型机床每台售价一般在200万元以上。
（2）高档低速走丝电火花线切割机
这档机床除了采用无电阻防电解电源外，一般均带有自动穿丝装置，能采用0.10 mm的电极 丝进行切割，精度在±0.003 mm左右。最高加工效率能达500 mm2/min的超高速机也属于这个档次，如夏米尔公司的240CC、440CC机，日本三菱电机公司的FA-V超高速高性能机等。这个档次的中型机床每台售价在100万元以上。
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（3）中档低速走丝电火花线切割机
为了抢占中国市场，日本、瑞士的电加工机床制造企业推出了这档机床，价格一般在50～80万元/台。如瑞士阿奇公司的XENON、夏米尔公司的380，日本沙迪克公司的AQ系列、三菱电机公司的FA系列等。这类机床一般由这些公司在中国设立的工厂制造，如北京阿奇夏米尔公司、大连三菱公司、苏州沙迪克特种公司。
这档机床的配置和性能满足了用户采用低速走丝电火花线切割加工的基本要求。一般都采用无电阻、防电解电源，具有水浸式加工、锥度切割功能。实用的最高加工效率为120～150 mm2/min ，最佳表面粗糙度达Ra<0.5μm，切割精度可达±0.005mm，一般都采用0.15 mm以上的铜丝进行切割。这档机床一般都具备自动穿丝功能，可供用户选配。
上述3个档次的低速走丝电火花线切割机也可称为高档机、标准机、入门机。
1.3.2 国内的研究现状
台湾的低速走丝电火花线切割机起步虽然较晚，但这几年来发展迅速。其关键的一个举措就是由若干家电加工机床制造企业共同出资，在有关部门一定限度的支持下，由台湾工业技术 研究院投入大量的人力、物力做关键技术的开发。经过10多年的攻关，在控制系统及电源等关键技术上取得了突破。
台湾各企业制造的低速走丝电火花线切割机目前应属中档机的范围，销售价一般在50～60万元/台。这些机床一般都采用无电阻防电解电源具有锥度切割、浸入式加工等功能，庆鸿、徕通两家公司已掌握自动穿丝技术。
台湾低速走丝电火花线切割机的最高加工效率在200 mm2/min左右，实用加工效率为100～ 120 mm2/min，切割表面粗糙度为Ra 0.5～0.8μm。一般认为台湾机的切割精度应在±0.005 mm左右。
大陆企业制造的低速走丝电火花线切割机
（1）苏州三光科技公司的低速走丝电火花线切割机
苏州三光科技公司通过与日本沙迪克公司的合资经营以及自身的不断整合，生产的低速走丝电火花线切割机属国产机中的佼佼者。该公司目前的产品属中档机范围，每台售价为50余万 元 。采用无电阻电源、防电解电源及水浸式加工技术，可以搭载销售。最大加工率超过3500 mm2/min，有效加工效率为120～150 mm2/min，最佳表面粗糙度为Ra0.5--0.8μm，切割精度为±0.005mm。
（2）苏州电加工机床研究所、苏州中特公司的低速走丝电火花线切割机 苏州电加工研究所于20世纪70年代末在机械工业部的支持下开始研究低速走丝线切割技术，是国内首家引进日本FUNAC公司低速走丝电火花线切割机技术的研究所，并进行许可证生产，先后共销售了200余台。“七五”、“八五”期间，在国家的支持下，又立项进行攻关，不断增强了低速走丝电火花线切割加工技术的研发能力。
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