电火花线切割加工技术在实践实训教学中的应用

谭学飞

摘要：随着我国经济的高速发展，高校培养创新型人才和提高人才培养质量是服务经济社会发展和全面建设社会主义现代化国家的迫切需要。为提高机械类专业学生实验能力并改革传统的实践实训内容，对实践实训方法的优化运用是提高实践教学质量的重要手段。文章阐述了电火花线切割加工技术在实践实训教学中的应用，以具体的切割工件为实例介绍了电火花线切割原理与方法，为实践教学提供参考。

关键词：电火花线切割；实践实训；教学

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）16-0164-03

近年来我校为了进一步提升本科生的培养质量，培养拔尖创新人才，组织专家对机械学科本科生人才培养的社会需求、高水平大学人才培养目标的定位、实践教学的发展趋势等进行了充分研讨。确定了“理论教学与实验教学并重”、“校内学习与校外实践并重”、“理论学习与实践教学并重”，从而不断提升学生的实践能力与创新能力，满足社会对拔尖创新人才的需求。

实践实训是指在学校控制条件下，根据人才培养规律和目标培养学生职业技术应用能力的教学过程，旨在检验学生的知识效能，提升学生的能力效能，发展学生的创造效能，这就要求实践实训必须为学生提供良好的知识获取的途径和条件[1]。《实践实训》是我院机械类学生的专业基础课，该课程与生产实际结合紧密，其中有一周时间安排在校内完成。课程内容不仅含有大量的机械制造相关基础知识和抽象的概念，涉及多种加工方法，同时还包含有机械工程基础等方面的知识，如表面加工质量检测、加工工艺选择等。因此，在机械专业实践实训教学中，要在传统的车削、铣削、磨削等机加工模式的基础上，不断丰富教学内容、创新教学方式方法。电火花线切割加工属于特种加工的一种，其在实践实训教学活动中的应用，能够充分实现学生理论知识与实践能力的有机结合。本文针对电火花线切割的在实践教学中的应用，重点阐述了电火花线切割的工作特点和原理，为机械工程类实践教学提供参考和范例。

一、电火花线切割加工技术概述

电火花线切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，简称WEDM），简称线切割。是利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作为负电极，对作为正电极的工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型的一种加工方式[2]。高频脉冲电源是电火花线切割机床进行电蚀加工的一种能源，高频电源电路由主振级、前置放大級、功率放大级和整流电源四部分组成，其性能的好坏直接影响工件加工后的表面质量。

电火花线切割加工实质上是由电、热和流体动力结合作用的结果。加工时工件接高频电源的正极，工具电极接负极，在充满液体介质的工具电极与工件之间的间隙上，施加脉冲电压后便产生很强的电场，从而使这个区域的介质电离，形成放电通道（火花放电击穿电位比电弧放电击穿电位高，>36KV/cm），并产生火花放电。由于放电时间短（持续时间10-6—10-3s）且发生在放电区域的某点上，所以能量高度集中，放电区域温度急剧升高（火花放电通道和工具电极上温度为10000℃—12000℃），致使金属材料熔化甚至蒸发，以达到去除材料完成加工的目的。电火花线切割加工技术自上世纪50年代末研制成功之后，有相当长的一段时间都是采用精规准参数进行一次切割成型，其切割速度与加工表面质量之间存在着一定的矛盾，即在一次切割过程中，既要获得很高的切割速度，又要获得很好加工表面质量是十分困难的[3]。随着模具工业的发展，电火花线切割加工不仅要切割速度快，而且要求加工质量好，否则很难满足实际生产需要。为了达到这一目的，国外低速走丝电火花线切割机都开发应用了多次切割技术，即第一次切割用较大的电规准进行高速粗切割，然后用精规准和精微规准进行第二次、第三次甚至第四、五次切割，将加工表面逐级修光，以获得较理想的加工表面质量和加工精度。

电火花线切割加工与传统机加工的区别在于，不是只要依靠机械能，而是利用脉冲火花放电产生的电能蚀除金属材料。另外，在加工过程中，电极丝与工件之间不存在宏观作用力，因此加工的难易程度不取决于材料的硬度，而是待加工零件的形状复杂程度以及所要求的加工精度[4]。

二、火花线切割加工技术在实践实训教学中的应用—加工实例

我院实践实训中心现有慢走丝电火花线切割加工机2台，主要用于机械工程专业实践实训课程。通过典型零件的加工实例教学，使学生熟练掌握慢走丝电火花线切割的加工原理、设备的操作方法与维护保养以及加工工艺的合理选择等。培养学生综合分析问题、解决问题的科技创新能力。现以上下异形件的加工为例，如图1所示，详细介绍电火花线切割技术在实践实训课程中的应用。

1.上下异形零件加工机理。首先在实际操作之前，需要学生掌握利用慢走丝电火花线切割机加工上下异形零件的加工实现机理：利用电极丝相对于工件面产生倾斜。实现上下异形加工是在实际加工前，根据工件几何形状参数预先编制好的数控加工程序自动控制上、下丝架导向器按一定程序轨迹移动来实现，具体分为：方式一：上丝架可动，下丝架不动；方式二：下丝架可动，上丝架不动；方式三：上、下丝架都可动，本例中采用方式三来完成上下异形零件的加工。

2.上下异形零件加工步骤。（1）正确开启设备，检查过滤器的压力表，指针读书超过0.2Mpa，则说明水中夹杂有杂质且过滤器已无法继续工作，需要更换过滤器。在操作显示屏上观察水质情况，比抵抗值要求在45000Ω—55000Ω之间，如果低于40000Ω则需要更换离子交换树脂。检查加工液的储量，开机排液开始3分钟后，确认液面计的液面位置是否在最高液位和最低液位之间，如缺少加工液应及时补充。（2）为保证零件的加工精度，在进入自动加工程序之前需要对电极丝的垂直度进行校核，确保电极丝的初始状态趋于绝对垂直。首先采用手动或自动的方式完成电极丝穿丝，将标准垂直度校验块放在工作台上，然后沿X轴方向移动电极丝，使其接近校验块检测面，如图2所示。启动垂直定位功能，此时可观察到电极丝缓慢的靠向校验块，当电极丝接触到校验块时，会在接触点出现电火花，如果电极丝实际垂直度接近于0，则可在电极丝上观察到自上而下的连续的电火花放电现象。如果发生电极丝某一端部先接触校验块，则说明此时电极丝处于倾斜状态，此时应根据实际情况调整U轴直至出现自上而下的连续的电火花。（3）为了保证零件加工精度，在安装工件时需要保证工件的上、下面以及侧面等装夹基准面要光洁无毛刺，对热处理后的工件表面的渣物及氧化膜一定要清洁干净，以免造成夹丝或断丝。夹紧力要均匀，不得使工件变形或翘起。装夹位置要有利于工件的找正，且要保证在机床加工行程范围内。最后使用千分表一次将工件的正面、侧面找正，完成工件安装。（4）绘制零件图形并生成加工程序。操作面板中打开Heart NC，本例中要加工的图形为上圆下方，圆半径10，正方形边长20。上下异形件加工图形绘制的关键点在于上、下两形状的要素要求一一对应。在Heart NC中新建文件，利用作图线分别绘制出正方形和圆。再做出5条补助线，如图3所示。选择作图线中要素分割命令，选择正方形上边线，点击“1”点。选择圆弧并点击“1”点，重复选择圆弧将圆弧分割成5段，即“1-2”、“2-3”、“3-4”、“4-5”、“5-1”，由于作补助线时会自动在“4-5”段圆弧与X轴补助线交点处分割，因此用要素结合命令将“4-5”段圆弧结合。在加工条件选择框中依次设置各项目，选择圆作为工件上形状，上孔加工起始坐标为（30，20），选择正方形为工件下形状，下孔加工起始坐标为（0，20），完成设置后两图重合，加工轨迹生成并生成加工程序。（5）调出已编好的加工程序，将X、Y、Z轴调至加工起始位置开始加工，加工完成后切断电极丝，对设备进行清理维护并按程序关机。

三、结束语

实践实训教学课程的目的是培养学生理论联系实践的能力、实践过程中的动手能力。电火花线切割加工技术在实践实训教学中的应用，既可以巩固学生对机械工程专业知识的掌握，同时提高学生个人的实际操作水平，又可以培养学生的科研创新能力。

通过先进教育教学方法的应用，使学生充分掌握特种加工知识、设备的结构特点、编程方法、加工工艺分析等。此外，为机械类学生提供更加合理、有针对性的实验教学也是深化实践实训课程教学改革的新举措。

参考文献：

[1]张文峰.机电专业实践实训的教学模式研究[J].工业设计，2017，（12）：93-94.

[2]李晓东.台达伺服在慢走丝加工机床上的应用[J].智能机器人，2008，（7）：55-56.

[3]朱宏安.我国电火花线切割的发展趋势[J].科技资讯，2010，（17）：139.

[4]王玥.浅谈《电火花线切割机床》教学改革与实践[J].中国科技博览，2013，（30）：193.