光電跟蹤電火花線切割是利用連續移動細金屬絲（成為電極絲）作電極，對工件進行脈衝火花放電蝕除金屬、切割成型。
基本介紹
- 中文名：光電跟蹤電火花切割
- 外文名：Photoelectric tracking edm cutting
- 學科：機械工程
- 領域：工程技術
電火花線切割的發展,電火花線切割工具機的類型,電火花線切割加工機理,電火花線切割加工質量,
電火花線切割的發展
20世紀中期，蘇聯拉扎林科夫婦研究開關觸點受火花放電腐蝕的現象和原因時，發現電火花的瞬時高溫可以使局部的金屬熔化、氧化而被腐蝕掉，從而開創和發明了電火花加工方法，線切割放電機也於1960年發明於蘇聯。當時以投影器觀看輪廓面前後進給工作檯面加工，其實認為加工速度雖慢，卻可加工傳統機械不易加工的微細形狀。代表的實用例子是化織噴嘴的異型孔加工。
國內五十年代，電火花加工開始被認識，電火花工具機開始進入加工領域，雖然當時只能解決硬度問題，打些絲錐鑽頭之類。但這是電加工在模具行業大行其道的開始。這時人們已經認識到如果“鋼絲鋸” 加上“電火花”，“鋸”有硬度的淬火鋼應是可能的。於是，讓一個軸上儲的大量銅絲經兩個導向輪纏繞到另一個儲絲軸上，兩個導向輪間放上工件，工件接RC電源的正極，銅絲接RC電源的負極，就實現了火花切割。儘管當時兩個儲絲軸像電影片盤一樣的更換，儘管當時以各種摩擦方式製造絲的張力，也儘管當時以防鏽防臭的磨床冷卻液做加工液，必竟實現了“線電極火花切割”。六十年代初期，某些軍工企業和模具行業骨幹廠以技術革新、自製自用的形式開始製造“線切割”。大多是用銅絲、絲速2~5米/分、RC電源，至多是電子管脈衝源，控制方式業多是手搖和靠模。就這樣切出的如山字形矽鋼片和電子管極板沖模仍是另人矚目。
國外的線切割機初始於六十年代末期，並首先在日本、瑞士產業化，商品化。一開始他們的基本模式是這樣的：依託PC機的強大功能資源，精密機械製造的傳統優勢，力求高精度、自動化。用銅絲，Φ0。3~0。35mm絲徑，一次性使用，絲速2~6米/分，無害化的去離子水。早期的慢走絲與快速往復走絲相比，精度、光潔度占優，而速度、切厚能力、內尖角的清根能力和操作方便均不及。
快慢走絲呈相互擬補，相互競爭，相互促進，各具特色，各展所長，將是長期共存的局面。快走絲不經鋪墊直接賣到國外的可能很小，慢走絲也不可能把快走絲淘汰出局。憑藉快走絲的廉價和實用，用示範推廣的辦法首先介紹到國外的某個地區，被認識和採用的可能也是有的。
電火花線切割工具機的類型
（一）按電極絲運行速度分：高速電火花線切割工具機、低速線切割工具機、立式迴轉電火花線切割工具機。
高速電火花線切割工具機的走絲速度為6～12 m/s，是我國獨創的機種。往復走絲線切割工具機不能對電極絲實施恆張力控制，故電極絲抖動大，在加工過程中易斷絲。由於電級絲是往復使用，所以會造成電極絲損耗，加工精度和表面質量降低。
低速線切割工具機電極絲以銅線作為工具電極，一般以低於0.2m/s的速度作單向運動，在銅線與銅、鋼或超硬合金等被加工物材料之間施加60~300V的脈衝電壓，並保持5~50um間隙，間隙中充滿脫離子水(接近蒸餾水)等絕緣介質工具機結構精密，技術含量高，工具機價格高，因此使用成本也高。
立式迴轉電火花線切割機的特點與傳統的高速走絲和低速走絲電火花線切割加工均有不同，兩套主軸頭之間的區域為有效加工區域。
（二）按電極絲運動軌跡的控制形式分：靠模仿形控制電火花線切割工具機、光電跟蹤控制電火花線切割工具機、數字程式控制電火花線切割工具機。
靠模仿形電火花線切割工具機，其在進行線切割加工前，預先製造出與工件形狀相同的靠模，加工時把工件毛坯和靠模同時裝夾在工具機工作檯上，在切割過程中電極絲緊緊的貼著靠模邊緣作軌跡運動，從而切割出與靠模形狀和精度相同的工件。
光電跟蹤控制電火花線切割工具機，其在進行線切割前，先根據零件圖樣按一定比例描繪出一張光電跟蹤圖，加工時將圖樣置於工具機的光電跟蹤台上，跟蹤台上的光點頭始終追隨墨線圖形的軌跡運動，再藉助於電氣、機械的聯動，控制工具機工作檯連同工件相對電極絲做相似形的運動。
數字程式控制電火花線切割工具機，採用先進的數位化自動控制技術，驅動工具機按照加工前根據工件幾何形狀參數預先編制好的數控加工程式自動完成加工，不需要製作靠模樣板也無需繪製放大圖，比前面兩種控制形式具有更高的加工精度和廣闊的套用範圍，國內外95%以上的電火花線切割人工具機都以採用數位化。
電火花線切割加工機理
1.脈衝電源
電火花線切割的加工用的脈衝電源的作用是把工頻交流電源轉換成一定頻率的單向脈衝電流，以供給電極放點間隙所需要的能量來蝕除金屬。脈衝電源對電火花加工的生產率、表面質量、加工精度、加工過程的穩定性和工具電極損耗等技術經濟指標有很大影響。電火花線切割脈衝電源的形式品種很多，如電晶體矩形波脈衝電源、高頻分組脈衝電源、節能型脈衝電源等。
對電火花線切割加工用脈衝總的要求是：有較高的加工速度，不但在粗加工時要有較高的加工速度，而且在精加工時也應具有較高的加工速度；工具電極損耗低；加工過程穩定性好，在給定的各種脈衝參數下能保持穩定加工，抗干擾能力強、不易產生電弧放電、可靠性強、操作方便；工藝範圍廣，不僅能適應粗、中、精加工的要求，而且要適應不同工件材料的加工。
脈衝電源要都滿足上述要求是困難的，一般來說，為了滿足這些總的要求，對電火花線切割加工脈衝電源的具體要求是：所產生的脈衝應該是單向的，沒有負半波或負半波很小，這樣才能最大限度的利用極性效應，不過受工件表面粗糙度和電極絲允許承載電流的限制，線切割加工脈衝電源的脈寬較窄（2～60μs），單個脈衝能量、平均電流（1～5A）一般較小，所以線切割加工總是採用正極性加工。脈衝的主要參數，如峰值電流ei、脈衝寬度ti、脈衝間隔t0等應能在很寬的範圍內調節，以滿足粗、中、精加工的要求。脈衝電源不僅要考慮工作穩定可靠、成本低、壽命長、操作維修方便和體積小等問題，還要考慮節省電能。
電晶體矩形波脈衝電源是利用功率電晶體作為開關元件而獲得單向脈衝的。它具有脈衝頻率高、脈衝參數容易調結、脈衝波形較好、易於實現多迴路加工和自適應控制等自動化要求的有點，所以套用非常廣泛，特別在中、小型脈衝電源中，都採用晶體
高頻分組脈衝波形，它是矩形波派生的一種波形，即把較高頻率的小脈寬和小脈間的矩形波脈衝分組成為大脈寬和大脈間輸出。
矩形波脈衝電源對提高切割速度和減小表面粗糙度這兩項指標是相互矛盾的，高頻分組脈衝波形在一定程度上能解決這兩者的矛盾，在相同工藝條件下，可獲得較好的加工工藝效。
2.機械系統
工具機是線切割加工設備的主要部分，其結構形式和製造精度都直接影響到加工性能。工具機一般由床身、工作檯、走絲機構、絲架、工作液循環系統等幾部分組成。
（一）床身： 床身為工具機的支撐體，是安裝其他部件的基礎，通常採用箱式結構。床身內部放置工具機電器。
（二）工作檯：工作檯部件用來安放工件。由上下拖板、導軌、絲桿螺母副及變速機構4部分組成，其工作原理是驅動電動機通過變速機構將動力傳遞給絲桿螺母副，絲桿螺母副將傳遞過來的旋轉運動變成沿坐標軸的直線運動，從而獲得各種平面圖形的曲線軌跡。
工作檯的傳動通常採用高精度絲桿螺母副，為保證定位精度和靈敏度，傳動絲槓與螺母之間必須消除間隙。
（三）走絲機構：走絲機構可分為高速走絲機構和低速走絲機構。
高速走絲機構的電極絲做高速往復運動，一般走絲速度為8～10m/s,走絲速度等於儲絲筒周邊的線速度，在運動過程中，電極絲由絲架支撐，並依靠導輪保持電極絲與工作檯垂直或傾斜一定的幾何角度；低速走絲機構的電極絲做低速單向運動，一般走絲速度低於0.2m/s。
（四）工作液循環：電火花線切割加工必須在工作液中進行，其方式可將被
加工工件浸在工作液中，也可以採用電極絲沖液的方式。一般情況下，工作液應具有工作液應具有一定的絕緣性；有較好的冷卻性能；有較好的洗滌性能；有較好的防鏽性能；工作液對人體應無害，工作時，不放出有害氣體等這幾個方面的要求。
3.斷絲機理
造成斷絲的原因是多方面的，工件材料的不同、工作液的性能優劣、電極絲的磨損、電極絲的張緊力、工具機的導絲結構以及切割工藝參數的合理性等都與穩定線切割加工過程，提高線切割加工質量和延長電極絲的使用壽命有關。
電火花線切割加工質量
電火花線切割加工質量也就是加工精度，主要包括：被加工工件的外形精度，位置精度及表面粗糙度。影響電火花線切割工具機加工的因素主要有偏移量、取件位置、切割路線、起點、裝夾與定位及引入、超出、超切、回退程式等。
（一）外形精度：被加工工件的外形精度是指從XY平面看到的加工外形的平面精度（即尺寸精度），被加工表面的Z向垂直度；提高外形精度：要求切割面的線性度要小。即：被加工表面要均勻平滑，垂直度小；慢走絲線切割加工的工件多為正腰鼓形，即工件中部凹進，快走絲卻相反，一般是工件中部凸出。
（二）位置精度：位置精度是指所切割輪廓間的相對位置偏差；位置精度的決定因素：
a.工具機本身的精度，即工具機的機械精度和控制精度；
b.操作過程中所選用的定位方式。
（三）加工表面粗糙度：表面粗糙度是指加工後輪廓表面的微觀不平度；表示粗糙度的參數主要有：Rɑ、Rz、Ry；慢走絲線切割加工的表面粗糙度用下列公式表示：Ry= kz tk0.38 Ip0.34（式中：κz為常數；tk為脈衝寬度（μs）；Ip為脈衝峰值電流（A））。
