慢走丝

低速走丝

慢走丝，也叫低速走丝，是利用连续移动的细金属丝（称为电极丝，一般为铜丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电，产生6000度以上高温，蚀除金属、切割成工件的一种数控加工机床。慢走丝加工原理是在线电极与工件之间存在的有缝间隙，持续放电去除金属的现象。

简介

由于慢走丝线切割机是采取线电极连续供丝的方式，即线电极在运动过程中完成加工，因此即使线电极发生损耗，也能连续地予以补充，故能提高零件加工精度。慢走丝线切割机所加工的工件表面粗糙度通常可达到Ra=0.8μm及以上，且慢走丝线切割机的圆度误差、直线误差和尺寸误差都较快走丝线切割机好很多，所以在加工高精度零件时，慢走丝线切割机得到了广泛应用。除了早期的中小型企业，在诸如航空，汽车，医疗等大型企业的加工工厂内也极为常见。

工作原理

慢走丝是利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型的一种加工机床。慢走丝加工时在线电极与工件之间存在的疏松接触式轻压放电现象。当柔性电极丝与工件接近到通常认为的放电间隙(例如8～10μm)时，并不发生火花放电，甚至当电极丝已接触到工件，从显微镜中已看不到间隙时，也常常看不到火花，只有当工件将电极丝顶弯并偏移一定距离(几微米到几十微米)时才发生正常的火花放电。此时线电极每进给1μm，放电间隙并不减少1μm，而是电极丝增加一点线间张力，工件则增加一点侧向压力，显然，只有电极丝和工件之间保持一定的轻微接触压力后才能形成火花放电。据此认为在电极丝和工件之间存在着某种电化学产生的绝缘薄膜介质

加工特点

表面质量

（1）纳秒级大峰值电流脉冲电源技术

电火花加工时金属的蚀除分熔化和气化两种。宽脉宽作用时间长，容易造成熔化加工，使工件表面形貌变差，变质层增厚，内应力加大，易产生裂纹。而脉宽小到一定值时，作用时间极短，形成气化加工，可以减小变质层厚度，改善表面质量，减小内应力，避免裂纹产生。

先进的低速走丝电火花线切割机采用的脉冲电源其脉宽仅几十ns，峰值电流在1 000 A以上，形成气化蚀除，不仅加工效率高，而且使表面质量大大提高。

（2）防电解（BS）脉冲电源

低速走丝电火花线切割加工采用水质工作液。水有一定的导电性，即使经过去离子处理，降低电导率，但还有一定的离子数量。当工件接正极，在电场作用下，OH-离子会在工件上不断聚集，造成铁、铝、铜、锌、钛、钨的氧化和腐蚀，并使硬质合金材料中的结合剂—钴成离子状态溶解在水中，形成工件表面的“软化层”。曾采用提高电阻率的措施(由几十千欧?厘米提高到几百千欧?厘米)，尽可能降低离子浓度，虽对改善表面质量起了一定的作用，但还是不能有效地彻底解决“软化层”的问题。

防电解电源是解决工件“软化层”的有效技术手段。防电解电源采用交变脉冲，平均电压为零，使在工作液中的OH-离子电极丝与工件之间处于振荡状态，不趋向工件和电极丝，防止工件材料的氧化。

采用防电解电源进行电火花线切割加工，可使表面变质层控制在1μm以下，避免硬质合金材料中钴的析出溶解，保证硬质合金模具的寿命。

切割精度

（1）多次切割技术

多次切割技术是提高低速走丝电火花线切割加工精度及表面质量的根本手段。它是设计制造技术、数控技术、智能化技术、脉冲电源技术、精密传动及控制技术的科学整合。一般是通过一次切割成形，二次切割提高精度，三次以上切割提高表面质量。原来为达到高质量的表面，多次切割的次数需高达7～9次，只需3～4 次。

（2）拐角加工技术不断优化完善

由于在切割拐角时电极丝的滞后，会造成角部塌陷。为了提高拐角切割精度，研究人员采取了更多的动态拐角处理策略。如：改变走丝路径；改变加工速度（薄板）；自动调节水压；控制加工能量等。

通过采用综合的拐角控制策略，粗加工时角部形状误差减少70%，可一次切割达5靘的配合精度。

（3）采用提高平直度的技术

高精度精加工回路都是提高平直度的技术，被认为对厚件加工意义重大。

（4）机床结构更加精密

为了保证高精度的加工，采用了许多技术措施来提高主机精度：①控制温度。采用水温冷却装置，使机床内部温度与水温相同，减小了机床的热变形。②采用直线电机。响应度高，精密定位可实现0.1μm当量的控制，进给无振动，无噪音，提高放电频率，保持稳定放电，两次切割Ry5 μm。③采用陶瓷、聚合物人造花岗岩制件，其热惯性比铸铁大25倍，降低温度变化对切割精度的影响。④采用固定工作台、立柱移动结构，提高工作台承重，不受浸水加工和工件重量变化的影响。⑤采用浸入式加工，降低工件热变形。⑥电机伺服，闭环电极丝张力控制。⑦高精度对刀：采用电压调制对刀电源。对刀精度可达±0.005 mm，不损伤工件，不论干湿。

加工效率

（1）最高加工效率

由于ns级大峰值电流脉冲电源技术及检测、控制、抗干扰技术的发展，低速走丝电火花线切割机的加工效率也在不断提高。

（2）较大厚度工件的加工效率

日本三菱电机公司FA-V系列机床在切割300 mm厚的工件时，加工效率可达170 mm2/min。这是很有实际意义的技术提升。

（3）厚度变化工件的加工效率

自动检测加工件的厚度，自动调整加工参数，防止断丝，达到该状态的最高加工效率。

（4）双丝自动交换技术

ROBOFIL 2030S1-TW机床能采用0.20～0.02 mm的电极丝自动进行双丝切换加工。采用粗丝进行第一次切割，一般丝径为0.25 mm，以提高加工效率，并可无芯切割；然后采用细丝进行修整，一般采用0.10 mm的细丝，切割出小圆角，并可提高精度。总体可节省30%～50%的切割时间。

（5）快速自动穿丝技术

自动穿丝时间＜15 s；日本沙迪克公司称穿丝时间为13 s.日本三菱电机公司，当板厚为50 mm 时，穿丝时间为10 s，切丝、穿丝总时间为25 s。

各国特点

国外

瑞士、日本制造的低速走丝电火花线切割机

（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。

（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。

国内

台湾制造的低速走丝电火花线切割机

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。

台湾低速走丝电火花线切割机的最高加工效率在200mm2/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）低速走丝电火花线切割机

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。最大生产率可达350mm2/min，有效加工效率为120～150mm2/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。

苏州电加工研究所在科技部专项基金的支持下，投入了较大的研发力量，已完成新一代低速走丝电火花线切割机的研发，产品在第九届中国国际机床展览会上推出，其性能指标可达中档机水平。

（3）低速走丝电火花线切割机开发情况

曾与日本沙迪克公司、印度某公司合作过，现仍在不懈地研发低速走丝电火花线切割加工技术，据悉试验样机的最大加工效率可达200mm2/min。

还有一些企业则希望通过与台湾相关企业的合作，来发展低速走丝电火花线切割加工技术，购入了台湾低速走丝电火花线切割机的电箱，自己生产主机与之配套，已在展览会上亮相。

机床构造

慢走丝机床属于数控机床中机械自动化程度较高的机械。

主体

1. 机身导轨采用高硬度耐磨材质，附加手动液压润滑油注入，通过各油管分流到各导轨以达到润滑，减小摩擦系数的效果，每轴2条；也有机床采用气体静压导轨，此导轨的摩擦系数接近于零。

2. 丝杆采取螺旋式位移，由伺服马达转速来决定丝杆的位移量，手动单步最小移动量为0.001MM，丝杆长度决定机床的可移动范围，丝杆间隙可测量后利用系统参数中补正加以修正，每个丝杆形成一个轴。

3.伺服马达（三相电机）伺服马达转速由伺服电箱内主板选取的电压档级来决定。马达步距最小为位移当量为0.0001MM，各轴均有。

4.极限开关（闭合开关）极限开关设置在丝杆位移范围的左右端，丝杆实际移动范围中。当机床移动至极限开关闭合时，电信号输入主板，主板输出电信号停止伺服马达运转，各轴均有2个。

5.减速开关（闭合开关）闭合开关的设置在未至极限开关内，当丝杆位移将至极限减速开关闭合处，电信号输入主板，主板输出电信号降低伺服马达转速，各轴均有2个。