线切割机床：原理、分类与安全操作要点

线切割机床：原理、分类与安全操作要点

一、线切割机床的工作原理

1、脉冲放电与金属蚀除

数控线切割机床在加工时，在切割刀具（铜丝或钼丝）和工件之间施加 20KHz、150v 的直流脉冲电压。当刀具和工件之间的距离接近约 0.01mm 时，电压足以击穿冷却切削液介质，从而在切割刀具和工件靠近的全长上均匀放电。此时，高能量密度电火花放电瞬间温度可高达 7000℃甚至更高，如此高温使得被切削金属瞬间汽化，形成金属氧化物，并熔融于切削液中，随后被移动中的线切割机刀具带出加工区域，实现对金属的蚀除加工。例如在加工高硬度的模具钢零件时，这种电腐蚀原理能够精确地去除多余材料，塑造出复杂的形状。

2、电极丝走丝运动

电极丝沿其轴向（垂直或 Z 方向）作走丝运动。对于不同类型的线切割机床，走丝速度有所差异。高速走丝机床的电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为 8 - 10m/s；低速走丝机床的电极丝作低速单向运动，一般走丝速度低于 0.2m/s；中速走丝机床则介于两者之间，其独特的走丝方式有助于提高加工质量。电极丝的走丝运动保证了加工的连续性，并且在一定程度上影响着加工精度和表面质量。

3、工件的数控运动

工件相对于电极丝在 X、Y 平面内作数控运动。通过数控系统精确控制工件在平面内的移动轨迹，结合电极丝的走丝和放电蚀除作用，能够加工出各种形状复杂的零件。例如在加工具有曲线轮廓的零件时，数控系统根据预先编写的程序，精准地驱动工件在 X、Y 方向移动，使电极丝沿着设计好的路径对工件进行切割。

二、线切割机床的分类

1、高速走丝电火花线切割机床（WEDM - HS）

这种机床的电极丝作高速往复运动，走丝速度通常在 8 - 10m/s 范围内。其电极丝可重复使用，这在一定程度上降低了加工成本。由于走丝速度快，加工速度相对较高，能够在较短时间内去除较多的材料，适合一些对加工效率有较高要求且精度要求不是特别苛刻的零件加工。然而，快速走丝容易引发电极丝抖动和反向时停顿等问题，这些不稳定因素会导致加工质量有所下降，如加工表面粗糙度增大、零件尺寸精度偏差等。在我国，WEDM - HS 是生产和使用较为广泛的机种，常用于一些普通模具制造、机械零件加工等领域。

2、低速走丝电火花线切割机床（WEDM - LS）

电极丝作低速单向运动，一般走丝速度低于 0.2m/s。其电极丝放电后不再使用，虽然增加了电极丝的消耗成本，但工作过程平稳、均匀，抖动极小。这种稳定性使得加工质量较好，能够获得较高的加工精度和较光滑的加工表面，适用于对精度和表面质量要求极高的零件加工，如航空航天零部件、精密模具等高端制造领域。但由于其走丝速度低，加工速度相对较慢，生产效率不如高速走丝机床。在国外，尤其是工业发达国家，WEDM - LS 是生产和使用的主要机种，代表了线切割机床的高端水平。

3、中速走丝电火花线切割机床（中走丝线切割）

这是我国独创的一种线切割机床类型。其原理是对工件进行多次反复的切割。在加工初期，采用较快丝筒速度和较强高频来快速去除大量材料，提高加工效率；而在最后一刀时，则切换为较慢丝筒速度和较弱高频电流，对加工表面进行修光处理，从而有效提高了加工光洁度。中走丝线切割机床结合了高速走丝机床的加工效率优势和低速走丝机床的加工质量优势，在我国的模具制造、机械加工等行业中得到了广泛应用，尤其适用于对加工精度和表面质量有一定要求，但又需要兼顾加工效率的零件加工任务。

三、线切割机床的操作规程

1、电路系统检查与启动

检查电路系统的开关旋钮，开启交流稳压电源时，必须先开电源开关，后开高压开关，并且要等待 5 分钟后，方可与负线连接。这一顺序和时间间隔的要求是为了确保电路系统稳定运行，避免因瞬间高压冲击等因素损坏设备或影响加工精度。

控制台在开启电源开关后，应先检查稳压电源的输出数据及氖灯数码管是否正常，输入信息约 5 分钟后，进行试运算，只有在试运算正常后，方可开展加工操作。通过这些检查和测试步骤，能够提前发现电路系统和控制台可能存在的问题，保障加工过程的顺利进行。

2、高频电源操作

线切割高频电源开关在加工前应置于关断位置，在钼丝运转正常的情况下，方可开启高频电源，并且应将电压保持在 60 - 80 伏为宜。这是因为在钼丝未正常运转时开启高频电源，可能会导致电极丝与工件之间发生异常放电，损坏电极丝或工件表面。而合适的电压范围则是保证正常放电加工的关键，电压过高可能会引起过度放电，造成加工表面粗糙、电极丝损耗过快等问题；电压过低则可能无法实现有效的金属蚀除。

停车前应先关闭高频电源，防止在钼丝停止运动后仍有高频放电现象，避免电极丝与工件粘连或对工件造成不必要的损伤。

3、切割加工过程注意事项

切割加工时，必须加冷却液。冷却液不仅能够带走加工过程中产生的热量，降低电极丝和工件的温度，防止热变形和热损伤，还能起到冲洗加工区域的作用，将电蚀产物带出，保持加工环境的清洁，有利于提高加工质量和稳定性。

钼丝接触工件时，要检查高频电源的电压与电液值是否正常，切不可在拉弧情况下加工。拉弧现象表明电极丝与工件之间的放电异常，可能会导致电极丝断裂、工件表面烧伤等严重后果，因此一旦发现拉弧，应立即停止加工，检查并调整相关参数，确保放电正常后再继续。

4、故障处理

当机床发生故障时，应立即关闭高频电源，然后仔细分析原因。在故障排查过程中，电箱内严禁放入其它物品，尤其要避免金属器材进入，因为金属物品可能会造成电路短路等二次故障，进一步损坏设备或引发安全事故。

四、线切割机床的安全指导

1、人员资质与设备管理

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。只有具备足够的知识和技能，才能正确操作机床，避免因误操作而导致的安全事故和设备损坏。

非指定人员不得随便动用设备，并且机床使用场所应配备室内安全防火措施，防止因电气故障或其他原因引发火灾，保障人员和设备的安全。

2、开机前检查

检查机床各部是否完好，定期调整水平，确保机床的稳定性。按润滑规定加足润滑油，在工作液箱盛满皂化油水液，并保持清洁，同时检查各管道接头是否牢固。良好的润滑和清洁的工作液系统是机床正常运行和加工质量的重要保障。

检查机床与控制箱的连线是否接好，输入信号是否与拖板移动方向一致，并将高频脉冲电源调好。这些检查能够保证机床各部分之间的信号传输正常，避免因连线问题导致的控制失灵或加工错误。

检查工作台纵横向行程是否灵活，滚珠筒拖板往复移动是否灵活，并将滚丝筒拖板移至行程开关在两档板的中间位置。行程开关挡块要调在需要的范围内，以免开机时滚丝筒拖板冲出造成脱丝，关滚丝筒电机必须在滚丝筒移动到中间位置时，才能关闭电源，切勿将要换向时关闭。以免惯性作用使滚丝筒拖板移动而冲断钼丝，甚至丝杆螺母脱丝。通过这些细致的检查和调整，可有效防止机床在启动和停止过程中出现机械故障。

3、工件安装与加工过程

安装工件时，将需切割的工件置于安装台用压板螺丝固定，在切割整个型腔时，工件和安装台不能碰着线架，如切割凹模，则应在安装钼丝穿过工件上的预留孔，经找正后才能切割。正确的工件安装方式是保证加工精度和避免碰撞事故的关键。

切割工件时，先启动滚丝筒，揿走丝按钮，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，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。这种规范的操作顺序能够确保机床各部件在启动和停止时平稳过渡，减少设备磨损和故障发生的概率。

4、设备维护与环境保持

工作液应保持清洁，管道畅通，为减少工作液中的电蚀物，可在工作台及回水槽和工作液箱内放置泡沫塑料进行过滤，并定期洗清工作液箱、过滤器，更换工作液。清洁的工作液有助于提高加工质量和延长设备使用寿命。

经常保持工作台拖板、滚珠丝杆及滚动导轨的清洁，切勿使灰尘等进入，以免影响运动精度。这些关键部件的清洁度直接关系到机床的加工精度和稳定性。

如滚丝筒在换向时有抖丝或振动情况，应立即停止使用，检查有关零件是否松动，并及时调整。及时处理滚丝筒的异常情况，可防止问题恶化，保证加工的顺利进行。

每周应有 1 - 2 次用煤油射入导轮轴承内，以保持清洁和使用寿命。定期对导轮轴承进行维护，能够减少轴承磨损，确保电极丝走丝的平稳性。

要特别注意对控制台装置的精心维护，保持清洁。操作者不得乱动电气元件及控制台装置，发现问题应立即停机，通知维修人员检修。控制台是机床的控制核心，其正常运行对于整个加工过程至关重要。

5、工作结束后的整理

工作结束或下班时要切断电源，擦拭机床及控制的全部装置，保持整洁，最好用罩将计算机全部盖好，清扫工作场地 (要避免灰尘飞扬) 特别是机床的导轨滑动面擦干净，并加好油认真做好交接班及运行记录。良好的设备维护和工作场地整理习惯，有助于延长机床使用寿命，便于后续的使用和管理，同时交接班记录能够为设备的维护和故障排查提供重要依据。