电火花线切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，简称WEDM），有时又称线切割。其基本工作原理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。

随着工业生产规模的扩大和制造业技术的发展，线切割技术作为特种加工技术的一种，凭借其高加工精度、高生产效率、低功耗、制造成本低等特点，在机械加工生产中得到了广泛的应用。特别是在模具加工行业，电火花线切割技术广泛应用于冷冲模、挤压模加工中，改变了过去用分开模和曲线磨削的加工模式，缩短了制造周期，降低了制造成本，配合精度高。

线切割技术原理

线切割加工是通过电火花的放电原理对零件进行加工。将工件接入脉冲电源正极，采用钼丝或铜丝作为切割金属丝，将金属丝接高频脉冲电源负极作为工具电极，利用火花放电对加工零件进行切割。脉冲电源提供加工能量，加工过程中应用专用的线切割工作液清除加工中产生的碎屑。在电场的作用下，阴极和阳极表面分别受到电子流和离子流的轰击，使电极间隙内形成瞬时高温热源使局部金属熔化和气化。气化后的工作液和工件材料蒸汽瞬间迅速膨胀，在这种热膨胀以及工作液冲压的共同作用下，熔化和气化的工件材料被抛出放电通道，至此完成一次火花放电过程。

当下一个脉冲到来时，继续重复以上的火花放电过程，从而将工件切割成形。通过数控编程来对金属丝的切割轨迹进行控制。

线切割技术特点

线切割技术主要具有以下特点：

（1）加工中不存在显著的机械切屑力，无论工件硬度和刚度如何，只要是导电或半导电的材料都能进行加工。但无法加工非金属导电材料。

（2）可以加工小孔和复杂形状零件，但无法加工盲孔。

（3）电极丝损耗小，加工精度高。

（4）加工时产生的切缝窄，金属蚀除量少，有利于材料的再利用。

（5）工件材料过厚时，工作液较难进入和充满放电间隙，会对加工精度和表面粗糙度造成影响。

（6）加工过程中可能会在工件表面出现裂纹、变形等问题，加工之前应适当热处理和粗加工，消除材料性能和毛坯形状的缺陷，提高加工精度。

（7）通过数控编程技术对工件进行加工，可对加工参数进行调整，易于实现自动加工。

高速走丝电火花线切割机作为我国独创技术的机种, 已成为我国数控机床中产量最大、应用最广的机种之一。据估计目前全国有数万台高速走丝电火花线切割机正在模具制造和零件加工中发挥着重要的作用。由于高速走丝有利于改善排屑条件, 适合于大厚度和大电流高速切割, 加工性能价格比优异深受广大用户的欢迎。因而在未来较长的一段时间内, 高速走丝电火花线切割机仍是我国电加工行业的主要发展机型。

2000年国产最大的低速走丝线切割机床生产单位年销售量仅为一百多台, 约占全国市场的九分之一, 而到2002年其销售量已占全国市场的五分之一, 并且这些产品通过合资引进了技术, 使产品水平跨越了一个台阶, 达到了国际 20世纪90年代初的水平。譬如切割速度可达200多m㎡/min,加工精度达5 μm,粗糙度R。达零点几个微米, 其价格仅为 50万元左右人民币 ( 约为同类进口机床的二分之一) , 取得了良好的开端, 具有广阔的前景。随着模具行业的迅速发展及水平的不断提高, 精密零件的加工需求增加, 低速走丝线切割机床及使用耗材价格迅速下降, 加之人们对低速走丝线切割加工认识的逐步深人, 预计低速走丝线切割机的年销量将不断扩大, 国产低速走丝线切割机的占有率也将进一步上升, 并且有望出口国际市场。

慢走丝线切割机床

慢走丝线切割机床（低速走丝电火花线切割机床）的切割速度一般为0.2m/s，精度达0.001mm级，通常以铜线作为电极丝。电极丝作低速单向运动，加工表面质量接近磨削水平，其工作平稳、均匀、抖动小、加工质量较好，生产效率高，可达350/min。慢走丝线切割机床采取电极连续供丝的方式，电极在损耗的同时也可以得到补充，所以可以提高加工精度。慢走丝线切割机床所加工的工件表面粗糙度值一般可以达到Ra0.8μm及以上，且圆度误差、直线误差和尺寸误差都比快走丝线切割机床小。

中走丝线切割机床属往复高速走丝电火花线切割机床范畴，是在高速往复走丝电火花线切割机上实现多次切割功能。所谓的“中走丝”并非是走丝的速度，而是指往复走丝电火花线切割机借鉴了一些低速走丝机的加工工艺技术，并实现了无条纹切割和多次切割。目前走丝控制可以实现七次切割，其中最主要的是第一次切割对工件进行高速稳定切割和第二次切割任务下对工件进行精修，其它则只是进行抛磨修光等来提高精度。中走丝线切割机床兼具快慢走丝线切割机床的优点，但是切割过程中需要注意变形处理。工件在切割时产生的热应力会使材料出现不定向、无规则变形，导致切割吃倒量不均，影响切割精度。所以切割过程中必须根据不同材料预留不同加工余量来充分释放内应力及变形。

快走丝线切割机床

快走丝线切割机床（往复走丝电火花线切割机床）电极丝一般采用钼丝，一般加工速度可达6~12m/s。机床工作时通过电极丝接脉冲电源负极，工件接脉冲电源正极，高频脉冲电源使工作液击穿形成放电通道，粒子在电场力的作用下轰击被加工件的表面，使得工件表面被瞬间熔化。同时电极丝可以快速通过工件被加工出的凹坑，所以电极的蚀除量远小于工件的蚀除量，减少了电极丝的损耗。由于加工过程中电极丝是往复走丝的，而机床不能对电极丝施加恒定张力控制，所以会出现电极丝抖动等现象，造成断丝。同时，往复走丝使得多次使用后电极丝损耗，加工精度和工件表面质量会下降。

立式回转电火花线切割机床相对上述两种机床其电极丝多了一个绕轴的回转运动，其加工速度为1~2m/s。由于回转运动的存在，其加工过程产生了一系列有益的工艺效果，如：电极丝磨损均匀，丝的寿命被延长；电极丝运动的平稳度有明显提高，断丝率下降；回转运动可以使较小的张紧力达到加高的加工精度。

电火花线切割加工速度不仅直接影响加工精度，同时它也决定了加工的效率，而提高了加工速度并不意味同时也可以提高加工精度，所以线切割速度成了影响加工精度的首要因素之一。

在线切割过程中，脉冲电流、脉冲电压的脉冲间隔直接决定了切割速度。相同的放电能量，脉冲间隔越小就意味着放电平均电流越大，切割速度也就越快。但是，实际生产中脉冲间隔的大小受到限制，过小同样不利于加工，这样会使放电过程中去除的材料无法及时排除，使得放电间隔没有足够的时间进行电消离，进而导致加工过程不稳定甚至是出现断丝等现象。故而不能单方面通过减小脉冲间隔来提高加工速度。所以为了在保证加工精度的同时提高加工速度，通常我们需要尽量缩小脉冲间隔的同时也要使得脉冲电源放电间隔具有一定的自适应能力来配合放电间隙。

电火花加工脉冲放电时会导致工作液击穿，在放电区域产生瞬间高温将工件表面金属熔化或汽化。其微观过程是放电产生电子或离子轰击金属表面，而粒子轰击方向与工具工件所处电极相关，脉宽不同时逸出的粒子种类不同，所以由此可知工具电极也受到轰击而造成工具损耗。电火花线切割的加工电极丝损耗原因亦是如此。另外，加工过程中如果脉宽过小，会出现二次放电而造成拉弧，烧伤加工表面的同时也会损伤电极丝。不仅如此，加工过程中峰值电流也会造成电极丝损耗，其影响甚至高出脉宽的影响。峰值电流过高不仅会造成加工面达不到精度要求，同时也会损耗电极丝。

加工过程中工具和工件的运动都是靠工作台的驱动来实现。工作台对加工精度的影响主要体现在机械传动精度上，其中包括机床的装配精度、配合间隙、工作环境，以及走丝传动精度等。工具与工件的运动由构成机床的运动部件决定，首先机床中丝杆、螺纹、螺母、齿轮等零件存在加工误差，其次由于机床长时间的使用导致零件磨损会产生误差，第三，零件在装配时也存在装配精度误差，种种误差集中体现在机床的传动中，这直接导致加工过程中加工表面粗糙度达不到要求，电极丝抖动产生表面加工条纹等。

加工时“抬刀”目的是使工作液冲洗加工间隙中的电蚀废物和更新工作液，有利于提高加工精度。但是机床工作时每次“抬刀”都未必足够及时，有可能在放电条件良好不需要进行“抬刀”却“抬刀”，也有可能出现电蚀产物积聚过多，应该“抬刀”而未“抬刀”。“抬刀”的不及时或“过及时”不仅会影响到加工速度，也会使工件产生拉弧烧伤等现象。

微细线切割技术

依靠微细线切割技术来加工大型机械难以加工的微小零件。电极丝采用钨丝，由于电极丝直径细小，加工时放电能量非常微弱，因此对于脉冲控制系统，机床精度等方面的要求很高。微细电极丝加工可获得的加工精度，且在微小零件窄槽、微小齿轮的加工中具有优势，越来越受到机械加工行业的重视。

机床主机精度

机床对加工精度的影响在机械传动精度上，主要包括机床的传动精度、定位精度、几何精度和装备精度等。机床中丝杠、螺母、齿轮等零件存在加工误差，导致加工过程中加工表面粗糙度达不到要求。应用先进技术例如：使用新型材料制造机床增加机床整体的精度和刚性、交流伺服电机直联驱动，螺距误差自动补偿功能和反向间隙补偿功能，来提高机床的加工精度。

脉冲电源技术

应用实时监控系统，根据放电状态适时控制脉冲电源参数，有效地提高线切割加工效率、降低断丝概率。数字化脉冲电源采用PLD作为高频脉冲电源的主振控制芯片，由数控系统数字设置脉冲电源的电流前沿的上升速率，降低电极丝损耗。数字自适应脉冲电源的可直接与PC端相连接，获得放电间隙状态的信息并根据一定的算法进行自适应控制，进而提高加工精度。

多次切割工艺技术

多次切割加工是高速走丝线切割机的一个重要发展方向。在进行精密加工时，很难凭借一次走丝就将工件加工完成，需要多次加工来实现。随着脉冲电源、换丝控制系统、算法策略方面的技术进步，在一些机械加工中已经实现了高速多次切割加工。但加工的稳定度仍然不足，还有改进的空间来实现更高精度的加工。

智能控制技术

目前线切割加工主要应用的智能技术有：模糊控制技术、专家系统和自动化控制系统等。电极丝张力与丝速的多级控制、边界面切割的适应控制、工作液参数的适应控制与调节之类的智能控制系统已广泛应用于线切割加工行业。专家系统使计算机系统具有人类专家解决问题的能力，只需定义加工对象，设定相关零件性能和加工目标，专家系统就能自动生成加工工序，无须机床操作者手动编程。当加工系统出现故障时，会自动报警，计算机系统自动揭示所出现的问题和解决问题的措施，大大减少排除故障的时间。

我国正致力于开发第三代数控多线切割机床，主要用于半导体单晶硅材料的切割，其基本特征：最大加工尺寸820 mm×220 mm×220 mm；张力控制精度：小于0.5 N；钢丝运行速度：最快900 m/min；最小切片厚度：0.1 mm；单片平行度≤0.005 mm；使用切割线直径：φ0.10～φ0.18 mm；切片速度：0.01～999.9 mm/min。

主要攻克的难点包括多线切割机床张力控制技术，高速主轴技术，多传感器智能检测技术，故障自诊断技术。

张力控制是多线切割机床的核心技术之一。在切割过程中，切割线的张力一般设定在25～30 N，切割线单向或者往复运动完成切割动作时，张力必须保持稳定。张力稳定性将影响切割过程中切割线的抖动，直接影响加工质量；同时，张力稳定性也决定了切割线的稳定性，因为如果在切割过程中由于张力不稳定而造成断线，则将损失掉成百上千片的切片，造成巨大的经济损失。

高速主轴技术是实现高速加工的主传动部分，散热和润滑是高速主轴技术的两大难点。在主轴高速运转的情况下，主轴轴承将产生大量热量，如果不能保证散热能力，则会降低轴承的寿命和加工精度，甚至损坏轴承和电机等；高速主轴的润滑也是一大难点，为了减小轴承内部摩擦和磨损，降低发热量，必须要有良好的润滑机构。目前主要的润滑方式有：脂润滑、油雾润滑、少油润滑3种。其中少油润滑是一种新型的润滑方式，具有供油量精确，散热效果好，润滑油利用率极高，无环境污染等特点。

多传感器智能检测技术是大型数控多线切割机床必须解决的技术难点。主要包括：张力检测传感器，切割线偏转传感器，断线检测传感器，工作台异常检测传感器，排线器异常检测传感器等。这些传感器是相互联系的，如何接收众多传感器的反馈，实现对多线切割机床系统的稳定可靠的控制，是在大型数控多线切割机床的研制中必须解决的问题。

故障自诊断技术是大型数控多线切割机床智能化的重要部分，在发生故障时，系统可根据监测的结果进行故障定位，并给出实时处理方案,提高了系统的安全性和稳定性。系统故障自诊断技术实现故障检测、故障报警、故障存储、故障处理等功能。此外，针对国际上数控多线切割机床的发展趋势，可以增加自动绕线功能，以提高设备自动化水平，节约人工手动绕线的时间，提高生产效率；研究砂浆中研磨材料配比以及供砂方式，可以提高硅片的加工质量；增加设置硅材料回收装置，将被切割下来的硅材料从研磨液中分离出来供再次利用，进一步降低切割的损耗。国产第三代数控多线切割机床的研制成功，将会打破国内 φ200 mm硅片生产线上的最后一个瓶颈，打破国外产品市场垄断，降低IC行业购置和运行成本，具有巨大的经济效益和社会效益。

锥度加工编程流程

在编程系统CAD环境下，绘制零件的轮廓；完成后从CAD环境进入到CAM环境中；完成刀路轨迹的绘制，建立所需加工的零件模型，通过拾取轮廓来新建零件，设置机床加工参数，完成零件的建模之后建立程序，使用仿真功能模拟实际加工效果，最后进行后置处理，生成加工所需要的G代码文件。

锥度加工技术要点

（1）锥度切割相比普通切割排屑较难，可适当增加放电间隔，便于工作液带走加工时产生的废屑，降低断丝情况的发生。

（2）在加工热处理变形大、锻造性不强的工件时，切割产生的热应力会导致工件变形，影响切割精度，可缩短上喷嘴与工件上表面之间的距离，使切削液能更为有效的对加工部位进行冷却，同时根据工件的材质预留不同的加工余量来减少热变形带来的加工误差。

（3）在满足电极丝刚性的前提下，尽量提高电极丝的张力，减少单个放电脉冲的能量，有条件可采用微细钨丝进行加工来减少电极丝在加工过程中的偏移量。

（4）进行误差补偿。通过加工工艺试件，检测加工的锥度角，根据测量结果进行调节。通过调整上导丝嘴与工作台面的距离值（ZSD值）来修正锥度。调整完成后对下导丝嘴至工作台面的距离值（ZID值）进行调整。修正ZID值时，会影响高度参数变化而又影响了锥度。那么必须把修正值附加在ZSD上，使高度参数不变锥度才不会发生改变。也就是如果ZID增加一值后，ZSD应该减去这一值。

（5）使用校正器代替火花法对电极丝进行垂直度校正。火花法利用间隙火花放电瞬间，记下滑板对应坐标值来对算电极丝中心坐标值，对于精密度要求高的锥度加工而言误差较大，导致加工完成的工件在各个方向上的锥度不一致。校正器利用光电原理，性能稳定、精度保持性好，能确保电极丝的垂直度。

数控线切割机床加工解决了很多传统加工难以解决的难题，尤其在小角度、锥度切割等产品加工过程中更具优势，已广泛应用于汽车、机床生产、航天等工业领域。线切割技术通过对加工参数的合理优化和进行误差补偿，能够完成高精度的加工，在机械加工领域占据了重要的地位。运用新技术、新工艺促进数控电火花线切割技术的高速发展，加大对线切割技术的投入，从而推动整个机械加工行业的发展。