揭秘高精密慢走丝加工：±1μm级精度如何炼成？
　　在现代制造业中，高精密慢走丝加工以其高精度和高效率的特性，被广泛应用于航空航天、医疗器械、精密仪器等领域。如何在慢走丝加工中实现±1μm级别的精度，成为了众多制造业者关注的焦点。本文将为您深入剖析高精密慢走丝加工的技巧和要点，带您一探这精密制造背后的奥秘。
　　一、慢走丝加工的基本原理
　　慢走丝加工，又称电火花线切割加工，是通过细金属丝（通常为铜丝或钨丝）和工件间产生的脉冲电火花进行放电蚀除，实现对工件的切割加工。其特点在于加工过程中，金属丝以低速往复运动，切割精度高，表面粗糙度低。
　　二、实现±1μm精度的关键因素
　　高精度机床设备：选用具备高精度定位和稳定性能的机床是实现高精度加工的基础。机床的直线运动误差、角度运动误差以及振动等因素都会影响加工精度。
　　优质的切割丝：切割丝的选择直接影响加工质量和精度。选用直径小、强度高的钨丝或铜丝，以及适宜的切割液，都是确保高精度加工的重要环节。
　　精确的加工工艺参数：脉冲电源参数、切割速度、进给速度等加工工艺参数的设置，直接影响到加工精度和表面质量。通过优化这些参数，可以在保证加工效率的同时，提高加工精度。
　　严格的环境控制：加工环境的温度、湿度、振动等因素都会对加工精度产生影响。因此，保持加工环境稳定，减少外部干扰，也是实现高精度加工的必要条件。
　　三、高精密慢走丝加工的技巧
　　合理设计工件装夹方式：工件装夹的稳定性和刚性对加工精度至关重要。应根据工件形状和大小，合理设计装夹方式，确保工件在加工过程中不发生变形或位移。
　　优化切割路径：通过编程软件，优化切割路径，减少不必要的折弯和急转弯，以降低加工过程中的应力变化和热变形，从而提高加工精度。
　　实时监控与调整：在加工过程中，通过实时监测加工状态，及时调整机床参数和切割条件，确保加工过程的稳定性和精度。
　　加工后处理：加工完成后，通过研磨、抛光等后处理方法，进一步提高工件表面质量，达到更高的精度要求。
　　揭秘：
　　±1μm，高精密慢走丝加工有哪些技巧？
　　慢走丝机床属于高精密加工机床，当下先进的慢走丝加工已经达到了令人惊叹的精度水准，尺寸精度可控制在1μm以内，精密定位可实现纳米级当量的控制，表面粗糙度指标可达Ra0.05μm以内。
　　但有些工厂在使用慢走丝机床时，没有精密加工概念，以为好机床随便就能实现高精密加工。事实上，精密加工务必注意一系列加工细节。
　　01、高精密加工的工艺前提
　　慢走丝机床都带有工艺参数库，其工艺参数一般都是在具体条件下（如工件材料、电极丝、温度20±1℃、湿度40-80%等）试验得出的。如果下述条件发生变化或者不能达标，可能会导致加工结果产生偏差。
　　1）冲水规范：按标准参数加工时，水压表指示值与理论值相比较后，差值应小于0.5bar；
　　2）工件与喷嘴间隙：0.05~0.10mm；
　　3）表面粗糙度要求Ra≧0.35µm时可选用注重效率型的切割丝（推荐使用与机床随机所配相同类型的丝），当Ra<0.35µm时，为了获得好的加工表面，选用注重表面的镀锌丝进行加工；
　　4）精加工时，请保证水µS<10，尤其在精修加工时，请按工艺参数要求。必要时，请更换树脂或纯净水。
　　02、温度对加工精度的影响
　　为了进行高精确和高质量的慢走丝线切割加工，环境稳定必须符合规定的要求，不能有任何阳光的直射或气流，应监控温度变化。机床保证工作精度的温度范围为20±3º，如果温差较大，则会影响加工精度及表面粗糙度。
　　室温变化对加工精度有较大的影响，其影响反映在尺寸、位置、形状三方面。如下图所示，温度变化越大、工件尺寸越大，其受温度的影响就更明显。例如长度200mm的工件，温度相差5度时会产生0.01mm的尺寸误差。一个较大的零件最好在一次开机中完成，如果放了一个晚上，只是主切影响不大，但要是修切中停止就很难保证加工精度了。
　　室温变化对加工精度的影响
　　数控机床的热特性对加工精度有重要影响，几乎占到加工精度的半数以上。机床在长时间停止运行状态下和热平衡状态下的加工精度差异较大，究其原因，是因为数控机床的主轴和各运动轴在运行一段时间后，其温度相对维持在某一固定水平，且随着加工时间的变化，数控机床的热态精度趋于平稳，这就表明了即使是高精密的机床也只有在稳定的温度环境与热平衡状态下才能获得稳定的加工精度。在开机后就要投入高精密加工生产的情况，对机床进行预热是最基本的精密加工常识。然而，机床的“热身运动”这个准备环节被很多工厂忽视或者不知晓。
　　如果机床搁置状态达到多天以上时，建议在高精密加工前进行30分钟以上的预热；如果搁置状态仅为数小时，建议在高精密加工前进行5-10分钟的预热。预热的过程就是让机床参与加工轴的反复移动，最好进行多轴联动，比如让XYZ轴从坐标系的左下角位置移动到右上角位置，反复走对角线。执行的时候可以在机床上编写一个宏程序，让机床反复执行预热的动作。
　　03、与机床维护保养相关
　　慢走丝加工的精度与机床的维护保养状况直接相关，尤其是对运丝系统的维护保养。要注重以下这些方面：
　　1）需检查导电块冷却水是否正常。尤其是下导电块的冷却水是否有，因为切割的过程中会掉铜末，长期使用机床后可能会堵塞下导电块冷却水甚至下喷嘴加工用冲水，应进行清理、疏通；
　　2）下臂上的下导轮转动是灵活。检查并清洗；
　　3）收丝轮是否正常；
　　4）检查丝的张力及丝速，必要时重新调节；
　　5）检查并清洗导丝嘴和导电块。
　　04、防止加工变形影响加工精度
　　可以采取一定的措施对慢走丝加工的变形予以控制，防止变形对加工精度产生影响。
　　1）切割前的粗加工或应力释放切割
　　如果需要在一块材料上进行大面积切割，会使材料内部残余应力的相对平衡状态受到破坏，材料会产生很大的变形。我们可以先消除材料的大部分应力，办法是进行粗加工（粗加工），把大部分的余量先去掉，或者是进行释放应力的路径切割。
　　对于大件凹模的慢走丝加工，可以做两次主切，先将主切的偏移量加大单边0.1-0.2mm进行第一次主切，让其应力释放，再用标准偏移量进行第二次主切，如下图所示。
　　进行释放应力的粗加工减少变形
　　对于长的狭窄外形，先在此型孔内部进行释放应力的路径切割，再加工型孔外形，如下图所示，
　　释放应力切割
　　2）加工穿丝孔
　　切割凸模时，如果不加工穿丝孔，直接从材料外切入，如下图（a），因材料应力不平衡产生变形，会产生张口变形或闭口变形。可在材料上加工穿丝孔，进行封闭的轮廓加工，如下图（b）可明显减少慢走丝加工带来的变形。
　　（a）变形较大(b)变形较小
　　加工穿丝孔减少变形
　　3）优化加工路径
　　一般情况下，最好将加工起割点安排在靠近夹持端，将工件与其夹持部分分离的切割段安排在加工路径的末端，将暂停点设在靠近坯件夹持端部位。一些加工中由于加工路径安排不合理，也是造成线切割加工变形的原因。如下图所示，比较合理的加工路径是：A→B→C→D……→A。如果按照顺时针方向：A→L→K→J……→A，由于切割开始就将工件与夹持部分切断，加工到程序的末段时，凸模的切割精度直接受到夹持不可靠因素的影响。
　　加工路径的安排
　　4）多型孔凹模板加工工艺优化
　　模板在慢走丝加工时，随着原有内应力的作用及线切割所产生的热应力的影响，将产生不定向、无规则的变形，使后面的切割吃刀量厚薄不均，影响了加工质量和加工精度。
　　针对此种情况，对精度要求比较高的模板，在多次切割加工中。第1次切割将所有型孔的废料切掉，取出废料后，再由机床的自动移位功能，依次完成型孔的修切：主切a腔，取废料→主切b腔，取废料→主切c腔，取废料→……→主切n腔，取废料→a腔修切→b腔修切→……→n腔修切，加工完毕。
　　这种切割方式能使每个型孔加工后有足够的时间释放内应力，能将各个型孔因加工顺序不同而产生的相互影响、微量变形降低到最小程度，较好地保证模板的加工尺寸精度。
　　但是这样加工穿丝次数多，工作量较大，更适合于带有自动穿丝机构的慢走丝线切割机床。这样切割完后经测量，形位尺寸符合高精度要求。
　　5）设置多段暂留量
　　大型、复杂形状的工件加工情况，应设置两处或以上的暂留量，设置多个起割点，如下图所示。编程时以开放形状的方式加工，编程前先把图形分解成多段，并分别串接起来，加工时先加工轮廓，最后加工暂留量部分。
　　设置多段暂留量
　　以下老师傅的经验分享：
　　在慢走丝加工中，我们经常面临断丝、效率降低、精度异常和切割变形等一系列问题。如何正确处理这些问题往往涉及到关键的细节，而这些细节往往是大师傅们心照不宣的秘诀，他们不会轻易全部传授。
　　本文将为你呈现在实际生产中常见的各种问题，并分享大师傅级别的解决之道。
　　01慢走丝加工老断丝，咋办？
　　断丝是慢走丝加工中最普遍的问题之一。在遇到断丝时，切忌不要盲目地调整参数。相反，应根据当时的加工情况仔细判断断丝可能的原因，然后有针对性地采取相应的措施。
　　1）切割的零件上表面高低起伏较大
　　对策：切割的零件上表面高低起伏较大，上、下喷水嘴不能贴面加工，不能有效高压冲水而发生断丝。这种情况发生在粗加工中，可以通过降低放电能量来避免断丝，优先降低放电功率P值，在大幅度减小后仍会断丝时值再考虑降低放电电流I，降低P会降低一些加工效率，但降低放电电流会大幅度降低加工效率。
　　2）不能有效高压冲水
　　在1）中也是不能实现有效高压冲水的类型，但那是由工件决定的，我们不能改变工件。在实际加工中，有很多不能有效高压冲水是人为可以改善的。比如，上喷嘴与工件上表面的距离太大，这种情况是不对的，要尽可能减小上喷嘴与工件上表面的距离，比如在加工平板时距离应该控制在0.1mm左右；另外要检查检查上下喷水嘴是否损坏，如损坏请及时更换。
　　3）电参数不当
　　对策：请仔细检查选择的放电参数是否正确，是否选错了工件高度、选错了电极丝类型等等；如果是放电参数本身不够稳定，可以通过降低P值降低脉冲放电能量来改善；参数中的张力值太大，会将电极丝拉断，降低丝张力，尤其是在锥度加工中；粗加工中的走丝速度偏低会导致断丝，必要时调整。
　　4）电极丝、工件材料质量问题
　　对策：使用的电极丝质量不好，线圈叠压、氧化等，应换用优质的电极丝；降低P、I值，直至不断丝。
　　5）导电块磨损严重或太脏；导丝部太脏，造成刮丝
　　对策：应检查导电块和电刷的磨损、表面粗糙度（氧化）、连接情况；清洗、旋转或更换导电块；清洗导丝部件。
　　6）运丝不平稳，平衡轮抖动大
　　对策：走丝波动。应用张力计检查电极丝的张力，并进行调整。
　　7）废丝桶中的废丝溢出，与机床或者地面接触，造成短路
　　对策：将溢出的废丝放回废丝桶，并及时清理废丝桶。
　　02慢走丝加工效率低，咋办？
　　1）未贴面加工，降低了P、I值
　　对策：调整Z轴，尽量贴面加工，在必须降低P值或I值的情况下要适度，不能降低的太多。
　　2）电参数不当
　　对策：根据加工要求，选择合理的工艺序列文件；检查是否选择了ACO自适应功能，切割状态稳定时，可以取消ACO；拐角多的情况机床会使用拐角策略，根据加工精度要求可以适当降低拐角策略。
　　3）工件变形，修切修不动；修模，主切未限速，修一速度慢
　　对策：合理安排工艺，减小材料变形；修模时，主切设定合理的限速值，避免速度太快，余量未切到位。
　　4）主切效率较之前降低
　　对策：及时对机床进行维护保养。需检查导电块冷却水是否正常；检查下导轮转动是否灵活；收丝轮是否正常；检查丝的张力及丝速，必要时重新调节；检查并清洗导丝嘴和导电块。
　　03如何防止温差给慢走丝加工带来误差？
　　1）高精度慢走丝加工保证工作精度的温度范围为20℃±1℃，不能达到此条件的，最重要的条件是控制温度的波动范围，最好不要超过±3℃。
　　2）零件在工作前，先在工作液中浸泡或进行冲淋一段时间，再进行找正、加工，有利于保证精度。
　　3）较大的零件最好在一次开机中完成，如果中途停止加工有较长的时间（如1个晚上），就很难保证加工精度。一次加工中如果停机时间超过2小时，继续加工前也应冲水半小时以上，以减小温差带来的误差。
　　04加工凸模如何防止切割变形？
　　在实际生产加工中，由于工件毛坯内部的残留应力变形及放电产生的热应力变形，故应首先加工好穿丝孔进行封闭式切割，尽可能避免开放式切割而发生变形。
　　如果受限于工件毛坯尺寸而不能进行封闭形式切割，对于方形毛坯件，在编程时应注意选择好切割路线（或切割方向）。切割路线应有利于保证工件在加工过程中始终与夹具（装夹支撑架）保持在同一坐标系，避开应力变形的影响。夹具固定在左端，从葫芦形凸模左侧，按逆时针方向进行切割，整个毛坯依据切割路线而被分为左右两部分。由于连接毛坯左右两侧的材料越割越小，毛坯右侧与夹具逐渐脱离，无法抵抗内部残留应力而发生变形，工件也随之变形。若按顺时针方向切割，工件留在毛坯的左侧，靠近夹持部位，大部分切割过程都使工件与夹具保持在同一坐标系中，刚性较好，避免了应力变形。一般情况下，合理的切割路线应将工件与夹持部位分离的切割段安排在总的切割程序末端，即将暂停点（支撑部分）留在靠近毛坯夹持端的部位。
　　05高精度多型孔凹模板的切割工艺是怎样的？
　　慢走丝加工高精度多型孔凹模板前，模板已进行了冷加工、热加工，内部已产生了较大的残留应力，而残留应力是一个相对平衡的应力系统，在线切割去除大量废料时，应力随着平衡遭到破坏而释放出来。因此，模板在线切割加工时，随着原有内应力的作用及火花放电所产生的加工热应力的影响，将产生不定向、无规则的变形，使后面的切割吃刀量厚薄不均，影响了加工质量和加工精度。
　　针对此种情况，对精度要求比较高的模板，通常采用4次切割加工。第1次切割将所有型孔的废料切掉，取出废料后，再由机床的自动移位功能，完成第2次、第3次、第4次切割。a切割第1次，取废料→b切割第1次，取废料→c切割第1次，取废料→…→n切割第1次，取废料→a切割第2次→b切割第2次→…→n切割第2次→a切割第3次→…→n切割第3次→a切割第4次→…→n切割第4次，加工完毕。这种切割方式能使每个型孔加工后有足够的时间释放内应力，能将各个型孔因加工顺序不同而产生的相互影响、微量变形降低到最小程度，较好地保证模板的加工尺寸精度。但是这样加工时间太长，穿丝次数多，工作量大，增加了模板的制造成本。另外机床本身随加工时间的延长及温度的波动也会产生蠕变。因此，根据实际测量和比较，模板在加工精度允许的情况下，可采用第1次统一加工取废料不变，而将后面的2、3、4次合在一起进行切割（即a切割第2次后，不移位、不拆丝，紧接着割第3、4次→b→c…→n），或省去第4次切割而做3次切割。这样切割完后经测量，形位尺寸基本符合要求。这样既提高了生产效率，又降低人工，因此也降低了模板的制造成本。
　　06如何安排多型腔零件的长时间无人操作？
　　（1）对于一些切割工作量比较大的多型腔零件，可以安排在夜晚，采用无人操作加工，这样可以节省成本，提高机床的使用率。多型腔都要各自设置暂停留量，留一段不切，保证零件不掉下来，其余的轮廓进行多次切割至加工要求，处在暂停留量位置时，机床自动剪丝，移动至下一个型腔的穿丝孔位置，机床自动穿丝，接着继续加工。剪丝、移位、穿丝、加工的过程多次执行，直到完成所有型腔的加工。这样可以使得切割过程没有料芯落下，不用人员干预，待有人员干预下进行切断和拾料，完成暂停留量段的加工。为了保证加工过程中自动穿丝的顺利进行，穿丝孔的直径要尽量大些。
　　（2）对多个细小型腔的加工，由于料芯较细小，不便于设置暂停留量，容易发生短路现象，采用无芯切割的方法可以达到无人看管机器的目的。
　　结语：
　　高精密慢走丝加工是一项技术密集型工作，实现±1μm级别的精度需要多方面的技术支持和精细的工艺控制。通过不断的技术创新和工艺优化，高精密慢走丝加工将在更多领域展现出其独特的优势和应用价值。