电火花加工原理

电火花加工原理

李翠萍-招标代理机构资质

电火花线切割加工概述

电火花线切割机（WirecutElectricalDischargeMachining简称WEDM），

属电加工范畴，是由前苏联拉扎林科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和

原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创

和发明了电火花加工方法。线切割机也于1960年发明于前苏联，我国是第一个用于

工业生产的国家

1、电火花线切割加工原理

在电火花线切割加工中，利于移动的细金属导线（铜丝或钼丝）作一个电极，

工件作另一个电极，并按照预定的轨迹运动，通过不断的火花放电对工件进行放电蚀

除，以切割出成型的各种二维、三维表面。及也就是自由正离子和电子在场中积累，

很快形成一个被电离的导电通道。在这个阶段，两板间形成电流。导致粒子间发生无

数次碰撞，形成一个等离子区，并很快升高到8000到12000度的高温，在两导体表

面瞬间熔化一些材料，同时，由于电极和电介液的汽化，形成一个气泡，并且它的压

力规则上升直到非常高。然后电流中断，温度突然降低，引起气泡内向爆炸，产生的

动力把溶化的物质抛出弹坑，然后被腐蚀的材料在电介液中重新凝结成小的球体，并

被电介液排走。然后通过NC控制的监测和管控，伺服机构执行，使这种放电现象均

匀一致，从而达到加工物被加工，使之成为合乎要求之尺寸大小及形状精度的产品。

图1电火花线切割加工示意图

1-贮丝筒2-电极丝3-丝架4-导轮5-脉冲电源6-工作台7-工作液箱

2、电火花线切割加工的特点

电火花线切割加工的过程的工艺和机理与电火花穿孔成型加工既有共同性，

又有特殊性。

★电火花线切割加工与电火花穿孔成型加工的共同点

两者在加工原理、工作机理、工艺、适应材料等方面相同，具体表现为：

（1）线切割加工的电压、电流波形与电火花加工的基本相似。单个脉冲也有多种形

式的放电形态，如开路、短路、正常火花放电等。

（2）线切割加工的加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律，材料的可加工性等也都与

电火花加工的基本相似，可以加工硬质合金等一切导电材料。

★电火花线切割加工与电火花穿孔成型加工的不同点

两者在加工极性、工作液、放电状态、接触方式、电极形式、电极丝的加工特点、

工具损耗等方面有不同处，具体表现为：

（1）以0.03~0.35mm的金属丝作为工具电极，不需要制造特定形状的电极因而省掉了成型

的工具电极，大大降低了成型工具电极的设计和制造费用。用简单的工具电极，靠数控技术

实现复杂的切割轨迹，缩短了生产准备时间，加工周期短，这不仅对新产品的试制很有意义，

对大批量生产也增加了快速性和柔性。

（2）虽然加工的对象主要是平面形状，但是除了有金属丝直径决定的内侧转弯的最小直径

R（金属线半径+放电间隙）这样的限制外，任何复杂的形状都可以加工。无论被加工工件的

硬度如何，只要是导体或半导体的材料都能实现加工。

（3）轮廓加工所需的加工余量少，能有效节约贵重的材料。由于电极丝比较细，可以加工

微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件。又由于切缝很窄，且只对工件材料进行“套料”加工，

实际金属去除量很少，因此材料的利用率很高，这对加工、节约贵重金属有着重要意义。

（4）可忽略电极丝损耗，加工精度高。高速走丝线切割采用低损耗脉冲电源；低速走丝线

切割采用单向连续供丝，在加工区总是保持新电极丝加工。由于采用移动的长电极丝进行加

工，使单位长度电极丝的损耗较少，从而对加工精度的影响比较小，特别在低速走丝线切割

加工时，电极丝一次性使用，电极丝损耗对加工精度的影响更小。正是电火花线切割加工有

许多突出的长处，因而在国内、外发展都较快，已获得了广泛的应用。

（5）电极与工件之间存在着“疏松接触”式轻压放电现象。近年来的研究结果表明，当柔

性电极丝与工件接近到通常认为的放电间隙时，并不发生火花放电，甚至当电极丝已经接

触到工件，从显微镜中已经看不到间隙时，也常常看不到火花。只有当工件将电极丝顶弯，

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。及每进给1微米，放电间

隙并不减小1微米，而是钼丝增加一点张力，向工件增加一点侧向压力，只有电极丝和工件

之间保持一定的轻微接触压力，才形成火花放电。因此可以认为，在电极丝和工件之间存在

着某中电化学产生的绝缘薄膜介质，当电极丝被顶弯所造成的压力和电极丝相对工件的移动

摩擦使这种介质减薄到可被击穿的程度，才发生火花放电。放电发生之后产生的爆炸力可能

使电极丝局部振动而脱离接触，但宏观上仍是轻压放电。

（6）采用乳化液或去离子水的工作液，不必担心发生火灾，可实现昼夜无人看守连续加工。

采用水或水基工作液，不会引燃起火，容易实现安全无人运转。但由于工作液的电阻率远比

煤油小，因而在开路状态下，仍有明显的电解电流。电解效应有益改善加工表面的粗糙度。

（7）一般没有稳定的电弧放电状态。因而电极丝与工件始终有相对运动，尤其是高速走丝

电火花线切割加工时更是如此，因此线切割加工的间隙状态可以认为是由正常火花放电、开

路和短路这三种状态组成的。但往往在单个脉冲内有多种放电状态，有“微开路”、“微短路”

现象。

（8）任何复杂形状的零件，只要能编制加工程序就可以进行加工，因而很适合小批量零件

和试制品的生产加工，加工周期短，应用灵活。

（9）依靠微型计算机控制电极丝轨迹和间隙补偿功能，同时加工凹、凸两种模具时，间隙

可任意调节。采用四轴联动，可加工上、下面异型体，形状扭曲曲面体，变锥度和球形体等

零件。

（10）电极工具是直径较小的细丝，故脉冲宽度、平均电流等不能太大，加工工艺参数的范

围较小，属中、精正极性电火花加工，工件常接脉冲电源正极。

3、电火花线切割加工的分类

电火花线切割机按走丝速度可分为高速往复走丝电火花线切割机

（ReciprocatingtypeHighSpeedWirecutElectricalDischarge

Machining俗称“快走丝”）、低速单向走丝电火花线切割机（LowSpeed

one-waywalkWirecutElectricalDischargeMachining俗称“慢走丝”）

和立式自旋转电火花线切割机（VerticalWireElectricalDischarge

MachiningmachinetoolWithRotationWire）三类。又可按工作台形式

分成单立柱十字工作台型和双立柱型（俗称龙门型）。

往复走丝电火花线切割机床

往复走丝电火花线切割机订的走丝速度为6～12m/s，是我国独创的机

种。自1970年9月由第三机械工业部所属国营长风机械总厂研制成功“数

字程序自动控制线切割机床”，为该类机床国内首创。1972年第三机械工

业部对工厂生产的CKX数控线切割机床进行技术鉴定，认为已经达到当时

国内先进水平。1973年按照第三机械工业部的决定，编号为CKX—1的数

控线切割机床开始投入批量生产。1981年9月成功研制出具有锥度切割功

能的DK3220型的坐标数控机，产品的最大特点是具有1.5度锥度切割功能。

完成了线切割机床的重大技术改进。随着大锥度切割技术逐步完善，变锥

度、上下异形的切割加工也取得了很大的进步。大厚度切割技术的突破，

横剖面及纵剖面精度有了较大提高，加工厚度可超过1000mm以上。使往复

走丝线切割机床更具有一定的优势。同时满足了国内外客户的需求。这类

机床的数量正以较快的速度增长，由原来年产量2~3千台上升到年产量数

万台，目前全国往复走丝线切割机床的存量已达20余万台，应用于各类中

低档模具制造和特殊零件加工，成为我国数控机床中应用最广泛的机种之

一。但由于往复走丝线切割机床不能对电极丝实施恒张力控制，故电极丝

抖动大，在加工过程中易断丝。由于电级丝是往复使用，所以会造成电极

丝损耗，加工精度和表面质量降低。

低速单向走丝电火花线切割机

低速走丝线切割机电极丝以铜线作为工具电极，一般以低于0.2m/s的

速度作单向运动，在铜线与铜、钢或超硬合金等被加工物材料之间施加

60~300V的脉冲电压，并保持5~50um间隙，间隙中充满脱离子水(接近蒸馏

水)等绝缘介质，使电极与被加工物之间发生火花放电，并彼此被消耗、腐

蚀，在工件表面上电蚀出无数的小坑，通过NC控制的监测和管控，伺服机

构执行，使这种放电现象均匀一致，从而达到加工物被加工，使之成为合

乎要求之尺寸大小及形状精度的产品。目前精度可达0.001mm级，表面质

量也接近磨削水平。电极丝放电后不再使用，而且采用无电阻防电解电源，

一般均带有自动穿丝和恒张力装置。工作平稳、均匀、抖动小、加工精度

高、表面质量好，但不宜加工大厚度工件。由于机床结构精密，技术含量

高，机床价格高，因此使用成本也高。

单向走丝电火花线切割机床早期只有国外公司的独有机种台湾的低速

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目前应属中档机的范围，近3年每年

达到20%～30%的增长率，估计未来5年，台湾低速走丝电火花线切割机的

年产量能达2000台，可占世界市场的25%以上。低速走丝电火花线切割机

的技术含量高、市场前景好，可以获得较高的回报，是电加工行业各个厂

家的“必争之地”、“战略高地”。也可以说，谁掌握了低速走丝电火花

线切割机的技术，谁就获得了下一步企业发展壮大的机遇。为了抢占中国

市场，日本、台湾的电加工机床制造企业在中国大陆设厂生产这类机床。

我国的科技工作者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，取得了重大突破，目前已

拥有了具有自主知识产权的产品，并占领了一定的市场份额，其性能指标

可达中档机水平。目前还有一些国内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。

立式自旋转电火花线切割机

立式自旋转电火花线切割机（卧式自旋转电火花线切割

机）。立式回转电火花线切割机的特点与传统的高速走丝和低速走丝电火

花线切割加工均有不同，首先是电极丝的运动方式比传统两种的电火花线

切割加工多了一个电极丝的回转运动；其次，电极丝走丝速度介于高速走

丝和低速走丝直接，速度为1～2m/s。由于加工过程中电极丝增加了旋转运

动，所以立式回旋电火花线切割机与其他类型线切割机相比，最大的区别

在于走丝系统。立式回转电火花线切割机的走丝系统由走丝端和放丝端两

套结构完全相同的两端做为走丝结构，实现了电极丝的高速旋转运动和低

速走丝的复合运动。两套主轴头之间的区域为有效加工区域。除走丝系统

外，机床其他组成部分与高速走丝线切割机相同。

与单向低速走丝电火花线切割机床相比，往复高速走丝电火花线切割

机床在平均生产率、切割精度及表面粗糙度等关键技术指标上还存在较大

差距。针对这些差距，本世纪初，国内有数家高速往复走丝电火花线切割

机生产企业实现了在高速走丝机上的多次切割加工（该类机床被俗称为“中

走丝”MediumSpeedWirecutElectricalDischargeMachining）。所

谓“中走丝”并非指走丝速度介于高速与低速之间，而是复合走丝线切割

机床，其走丝原理是在粗加工时采用8-12m/s高速走丝，精加工时采用

1-3m/s低速走丝，这样工作相对平稳、抖动小，并通过多次切割减少材料

变形及钼丝损耗带来的误差，使加工质量也相对提高，加工质量可介于高

速走丝机与低速走丝机之间。因而可以说，用户所说的“中走丝”，实际

上是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。经过几年的发展，国内几乎所有生产高速

走丝电火花线切割机床的厂家都在生产及销售中走丝，但最终表明不是所

有的往复走丝电火花线切割机都能进行多次切割，或者说不是所有的往复

走丝电火花线切割机采用多次切割技术后都能获得好的工艺效果。多次切

割是一项综合性的技术，它涉及到机床的数控精度、脉冲电源、工艺数据

库、走丝系统、工作液及大量的工艺问题，并不是简单地在高速走丝机上

加上一套运丝变频调速系统即可实现的，只有那些制造精度高，并在诸方

面创造了多次切割条件的往复走丝电火花线切割机才能进行多次切割和无

条纹切割，并获得显著的工艺效果。因此我们的生产企业必须充分注意到

这个问题，一定要按系统工程来做，真正把这一技术用好，把这一产品做

好。如目前已有一些企业为进一步提高机床本体精度，X、Y坐标工作台采

用了直流或交流伺服电机作驱动单元直接驱动滚珠丝杠，同时采用了带螺

距补偿功能的全闭环控制，可以利用数控系统对机床的定位精度误差进行

补偿和修正。在保证精度的前提下，减小因长期使用而导致的加工精度下

降，延长机床的使用寿命。运丝系统方面采用特殊（大多数采用金刚石）

电极丝保持器，保持电极丝的相对稳定，减小加工过程中电极丝的张力变

化。冷却系统方面改变常用的粗放冷却方式，采取多级过滤并对介电常数

等关键参数加以控制，确保精加工的顺利进行。控制软件方面提供开放的

加工参数数据库，可以根据材料的质地、厚度、粗糙度等条件选择对应的

加工参数。相信经过我们的努力，多次切割技术将会更加完善，往复走丝

电火花线切割加工技术也将得到更好的应用和发展。

往复走丝电火花线切割机采用多次切割技术后，虽加工质量有明显提

高，但它仍然属于高速走丝电火花线切割机的范畴，切割精度和光洁度仍

与低速走丝机存在较大差距，且精度和光洁度的保持性也需要进一步提高。

“中走丝机”具有结构简单、造价低以及使用消耗少等特点，因此也有其

生存的空间，目前执行的标准仍然是高速走丝机的相关标准，因此生产企

业在对用户的宣传上要注意，一定要实事求是。

★注意：

电火花线切割分类:区分快走丝线切割，中走丝线切割，慢走丝线切割。

a：快走丝电火花线切割的走丝速度为6～12m/s，电极丝作高速往返运

动，切割精度较差。

b:中走丝电火花线切割是在快走丝线切割的基础上实现变频多次切割功

能，是近几年发展的新工艺。

c：慢走丝电火花线切割的走丝速度为0.2m/s，电极丝做低速单向运动，

切割精度很高。

4、电火花线切割加工的应用

线切割加工为新产品试制、精密零件加工及模具制造等开辟了一条新的

工艺途径，主要应用与一下几个方面。

1)试制新产品及零件加工

在新产品开发过程中需要单件的样品，可使用线切割直接切割出零件。

例如，试制切割特殊微电机硅钢片定转子铁芯，由于不需另行制造模具，

可大大缩短制造周期，降低成本。又如，在冲压生产时，未制造落段模时，

先用线切割加工的试样进行成型等后续加工，得到验证后在制造落料模。

另外由于线切割加工时修改设计，变更加工程序比较方便，加工薄件时还

可多片叠在一起加工。因此在零件制造方面，可用于加工品种多、数量少

的零件，特殊难加工材料的零件，材料试验件、各种型孔、型面、特殊齿

轮、凸轮、样板、成型道具等。有些具有锥度切割的线切割机床可以加工

出“天圆地方”等上、下异形面的零件。同时还可以进行微细加工，异形

槽等表面的加工。

2)加工特殊材料

切割某些高硬度、高熔点的金属时，使用机械加工的方法几乎是不可

能的，而采用线切割加工既经济又能保证精度。电火花成型加工用的电极，

一般穿孔加工用的电极，带锥度型腔加工用的电极以及銅钨、银钨合金之

类的电极材料，用线切割加工特别经济，同时也适用与加工微细复杂形状

的电极。

3）加工模具零件

电火花线切割加工主要应用与冲模、挤压模、塑料模、电火花型腔模

的电极加工等。由于电火花线切割加工机床加工速度和精度的迅速提高，

目前已达到可与坐标磨床相竞争的程度。例如，中小型冲模的材料为模具

钢，过去用分开模和曲线模削的方法加工，现在改用电火花线切割整体加

工的方法，制造周期可缩短四分之三到五分之四，成本降低三分之二到四

分之三，配合精度高，不需要熟练的操作工人。因此，一些工业发达国家

的精密冲模的磨削等工序，已被电火花和电火花线切割加工所代替。

应用范围

线切割加工为新产品试制、精密零件加工及模具制造开辟了一条新的工艺途径，适合加

工各种特殊性能的材料和各种复杂表面及微细、精密、薄壁以及低刚性零件，因而广泛应用

于航空、电子、电器、汽车、家电、轻工等领域。电火花线切割技术用于模具制造已相当成

熟，据估计约有75%～80%的电火花线切割机床用于模具加工，因此电火花线切割技术已经

成为国内外冲压模制造中不可缺少的重要技术。电火花线切割的具体应用范围如表1所示：

表1电火花线切割技术的应用领域

分类适用范围

二维形状模具冷冲模（冲裁模、弯曲模和拉伸模）、粉末冶金、挤压模、塑料模

三维形状模具冲裁模落料凹、三维型材挤压模、拉丝模

电火花加工用的电极加工形状复杂、微细通孔用的电极、加工带斜度的型腔电极

微细精密加工加工化学纤维喷丝头异性窄缝、槽微型精密齿轮及模具

量具轮廓成型刀具外形、样板凸轮及模板

试制品及零件加工试制品直接加工多品种、小批量的几何形状

复杂的零件以及超大厚度零件

特殊材料零件加工半导体材料、铁氧体材料、陶瓷材料、聚晶金刚石

电火花线切割加工的机床

1、线切割机床组成

线切割机床组成：床身、储丝机构、线架、xy工作台、油箱等部件组成

绕过储丝筒上的钼丝经过线架作高速往复运动，加工工件固定在xy工作台上，x、y两方

向的运动各由一台步进电动机控制，数控系统每发出一个信号，步进电机就走一步，并通过

中间传动机构带动两方向的丝杠旋转，分别使得x、y工作台进给。

2、线切割的适应对象

主要是难切割材料，如高强度、高韧性、高硬度、高脆性、磁性材料，以及精密细小

和形状复杂的零件。

3、电火花线切割机床分类

根据电极丝的运行速度，电火花线切割机床通常又分为两大类：一类是高速走丝电火花

线切割（HighSpeedWire-cutElectricDischargeMachine,HSWEDM），这类机床的电极

丝作高速往复运动，一般走丝速度为6~12m/s，这是我国生产和使用的主要机种，也是我国

独创的电火花线切割加工模式；另一类是低速走丝电火花线切割机（LowSpeedWire-cut

ElectricDischargeMachine,LSWEDM），这类机床的电极丝作低速单向运动，一般走丝速度

低于0.2m/s，这是国外生产和使用的主要机种。

高速走丝

◆走丝方式

高低双速走丝电火花多次切割时，一般也是一次切割成型，后续多次切割提高精度和表

面质量。因此，一次切割的首要任务是提高切割效率，而切割精度和表面质量可通过后续多

次切割来完成。由前文可知，在一次切割效率方面，LSWEDM显著高于HSWEDM，但LSWEDM

高效切割的成本较高，另外，LSWEDM的核心技术，目前国内还难以做到完全消化、吸收，

国产的LSWEDM切割效率与国外仍有较大差距。故在高低双速走丝高效切割的走丝方式选择

上，本文最终选择了高速走丝切割。

高速走丝为我国独创的线切割加工工艺方法，其具有切割厚度大、切割成本低，同时机

床的设计、制造技术难度较低，维护和使用极为方便，其工作原理如图1所示。虽然使用

乳化液的传统高速走丝线切割效率长期徘徊在较低水平，但随着具有优秀洗涤性能的复合工

作液的出现，高速走丝切割工艺指标获得了长足发展。试验条件下，在不明显增加切割成本

的前提下，其最高切割效率可达200mm2/min，稳定切割效率为120-140mm2/min，已接近

了中档LSWEDM实用的一次切割最高150mm2/min的切割效率，这极大的缩小了两者之间的

差距。因此综合技术难度、经济成本、切割效率，一次切割采用高速走丝切割方式对高低双

速走丝电火花线切割而言是较佳的选择。

◆供液方式

为进一步提高一次切割的切割效率，在采用高速走丝切割工艺的基础上，出于改善放电极间

洗涤状态，引进了高压喷液装置。这样在使用复合工作液的条件下，工作液随丝高速带入和

高压喷液相结合的极间供液方式，可极大的改善极间的洗涤状态，获得较佳的极间工作状态，

为继续提高放电能量创造了条件，从而可进一步提高高低双速走丝电火花线切割的首道切割

效率。其工作原理如图2所示。

图2高速走丝高压喷液结构示意图

◆张力控制

电极丝张力大小对电火花线切割加工效率有着直接的影响，张力越小，对电极丝的振动

幅度抑制能力越差，从而引起切缝宽度的增加，在蚀除速度（单位时间蚀除的体积）一定的

条件下，切割速度（单位时间电极丝扫过的面积）将会降低。因此，适当增加电极丝张力，

以抑制电极丝的抖动，在高低双速走丝高效切割时有利于提高切割效率。

老式的HSWEDM上没有恒张力装置，加工一段时间后，一般需要手动紧丝，较为费时费

力，现在新式的“中走丝”机床上一般均有恒张力装置，提高了工作效率。目前各种恒张力

装置的工作原理不尽相同，但均能不同程度的实现对电极丝张力的控制，提高了加工中电极

丝的稳定性。

低速走丝

◆走丝方式

高速走丝由于其本身固有的缺陷，切割精度长期徘徊在较低水平，从根本上难有突破。

低速走丝则不然，其单向低速走丝方式，可有效提高切割精度，其工作原理如图3所示。

因此，为获得高的切割精度，在高低双速走丝后续多次切割中，本文采用了单向低速走丝方

式。高低双速走丝后续多次切割一般处于切缝中或去料后的半敞开条件下，具有较好的极间

洗涤条件，可大大降低对喷液压力的要求。同时在较小的喷液压力下，可采用复合工作液代

替去离子水，以避免昂贵地去离子水装置。此外，低速走丝切割还可使用目前的高频脉冲电

源及控制系统。这样在保留低速走丝较高切割精度的优势下，极大的降低了低速走丝系统的

设计、制造和使用成本。因此综上所述，在高低双速走丝电火花线切割后续精加工中，可采

用改进后的单向低速走丝加工方式

1-压紧卷筒2-电极丝自动卷绕电机3-滚筒4-供丝绕线轴5-预张力电机

6、14-导论7-恒张力控制轮8-恒张力控制伺服电机9-压紧卷筒10-压紧卷筒

11-电极丝12-导丝器13-工件14-导轮15-拉丝卷筒

图3低速走丝加工原理图

◆张力控制

电极丝张力对电火花线切割加工精度的影响较大。张力较小时，加工区域段电极丝刚性

较低，电极丝容易产生抖动、滞后弯曲等，引起加工尺寸偏差、腰鼓形和塌角等加工误差的

产生。在多次切割的后续单边放电切割加工中，较小的张力还会引起电极丝让刀量的增加，

使多次切割加工精度降低。因此，在电极丝强度极限下尽可能提高电极丝张力，对提高高低

双速走丝电火花线切割后续单向低速走丝多次切割的切割精度至关重要。

对于高低双速走丝的低速走丝高精度切割而言，首先不仅要尽可能提高电极丝张力，其

次还要对电极丝张力大小精确控制，最后还应保证张力分布的均匀性。而在运丝系统上添加

张力精控装置，是一种极为有效的手段。电极丝张力精控装置主要工作过程为，首先通过走

丝系统中的检测传感器，实时采取加工区域电极丝张力值并进行相应处理；其次将处理后的

实时数据读入控制器，并与通过软件设定的初始值进行比对；最后将比对结果反馈至张力执

行机构，从而实现加工中电极丝张力的精确控制。

※高低双速走丝电火花线切割工艺研究意义

由于我国经济的持续发展，特别是电加工机床的主要应用领域——模具制造业的快速发

展以及航空航天、军工、IT、家电、建材等行业需求的不断增长，电加工机床的产量近年来

已得到了迅速提升，从上世纪末各种电加工机床年产量1万台左右发展到目前的5万台左右，

其中80%以上为WEDM，而HSWEDM又占据了WEDM总数的90％。目前HSWEDM市场保有量为30

万台，为我国模具制造业及相关行业的发展提供了有力的装备支撑，但HSWEDM的生产目前

很大一部分是在低水平的重复制造，技术上如果没有突破，这一局面还将长期持续下去。

作为精密WEDM的LSWEDM是目前电加工机床发展的重中之重，市场对该产品的需求增加

很快，目前我国市场每年的需求量接近3000台，且近年每年都以800台左右、4~5亿元的

销售额在快速增长，目前世界知名品牌企业已全部完成在中国的本土化，台资企业亦大量涌

入内地。

LSWEDM技术在经历了一段时间的沉寂后，近年技术上获得了飞速发展，其根本原因是

放电机理及相关技术应用的巨大进步所导致的。由于LSWEDM的无电阻纳秒级千安培峰值电

流的脉冲电源技术、高速精准检测控制技术及抗干扰技术等相当复杂，机械、电源、控制等

各方面要求很高，因此它被视为电加工产品“皇冠上的明珠”。LSWEDM加工的表面质量和精

度已能满足精密、复杂、长寿命模具的要求，可以作为精密模具最终加工的主要手段，“以

割代磨”的趋势越来越明显。目前，其它加工方法还无法与LSWEDM优异的加工性能相竞争，

而且LSWEDM的加工工艺水平及运行的经济性已优于机械磨削。但LSWEDM所取得的令人瞩目

的技术进步也是凭借巨大的投入所获得的，由于其放电是建立在去离子水介质条件下的传统

间隙放电，对于放电介质的研究基本局限在如何改变去离子水的电导率方面，因此LSWEDM

工艺指标提高的手段主要集中在机械、电源、控制等领域，从而也造成了LSWEDM机床制造

成本居高不下，运行成本也比较昂贵的局面。因此在目前我国各制造产业占主导地位的仍是

HSWEDM。

目前我国高精度的LSWEDM主要依赖从国外进口，各生产厂商对其中的关键技术也严格

保密。我国大陆电加工企业真正能进行LSWEDM生产并实现销售的仅有曾与日本Sodick公司

合资经营的苏州三光科技有限公司和在国家立项攻关支持下经历数十年研究耗资巨大的苏

州电加工研究所，年产量不足500台，其产品的技术水平与国外上世纪90年代的相当。我

国LSWEDM的研制与生产从20世纪80年代才开始，起步较晚，缺乏对LSWEDM加工机理及基

础性研究，产品生产主要依靠拷贝国外技术，发展后劲严重不足。长此以往仅仅靠在别人后

面追赶的研究和制造方式将导致LSWEDM的技术水平与国外产品的差距愈拉愈大，希望短期

内在技术上获得较大地提高相当困难。

另一方面，具有我国自主知识产权的HSWEDM经过了数十年的发展，以其优良的性价比

及低廉的运行成本，特别是HSWEDM的制造成本是LSWEDM的1/10，甚至更少，用HSWEDM加

工模具的成本又是用LSWEDM加工模具的成本的几十分之一。因此HSWEDM广泛地占据了我国

的模具加工市场。但随着模具等加工精度及表面完整性要求的提高，特别是未来电火花线切

割加工技术，向着满足更高的生产效率、更高的加工精度而发展，其局限性也愈来愈明显。

HSWEDM与LSWEDM两者相比，除了采用的工艺不同外，无论在加工精度、机床功能、自动化

程度，还是在可靠性、加工稳定性和加工工艺指标方面，前者较后者的水平均明显低一个档

次，并且差距愈来愈大。虽然我国科研人员对HSWEDM进行了数十年的研究，在HSWEDM控制

功能、机械结构设计特别是大锥度机构设计等方面取得了很多成果，但在切割工艺指标方面

则长期处于徘徊的局面，并且价格竞争导致产品的生产水平与质量均有所下降，由此造成我

国LSWEDM的需求量增长，但因为厂家自立开发能力的限制只能把这块市场拱手让给国外厂

商，而自身的HSWEDM产品又处在低水平重复生产状态，直至近年来具有良好洗涤能力的复

合工作液的研制成功并替代传统的乳化液在全国80％以上“中走丝”机床上成功应用及加

工机理研究的逐步深入，HSWEDM的切割工艺指标尤其是切割速度和表面粗糙度在经历了20

多年的徘徊后取得了阶段性的进展。随着“中走丝”机床的大范围应用，研究人员对“中走

丝”在提高工艺指标方面，特别是切割精度方面的局限性也有了更深刻的认识，“中走丝”

机床在多次切

割过程中仍具有许多不确定的因素，最主要方面是电极丝运丝方式的局限产生的电极丝空间

位置的不确定性，从而导致中走丝切割精度的获得具有一定的随机性，因此迫切需要建立一

种可以稳定获得较高切割精度的机床平台。

在此背景下，本课题提出了高低双速走丝电火花线切割加工技术。课题最终目的在于研究和

开发一种能够从根本上提高HSWEDM的切割精度，但同时生产、制造和使用成本均较低的、

具有完全自主知识产权的和适合国情的高效、高精度线切割技术。HSWEDM虽然在切割精度

上仍徘徊不前，但在大厚度、低成本切割方面仍拥有天然。

4、电火花线切割机床的型号

电火花线切割机床的主要技术参数包括：工作台行程（纵向行程×横向行程）、最大切割

厚度、切割锥度、切割速度、加工精度、加工表面粗糙度及数控系统的控制方式等。

国际GB/T15375-1994规定：数控电火花线切割机床的型号以DK7开头，如DK7725。DK7725

的基本含义为：

◆D为机床的类别代号，表示电加工机床；

◆K为机床的特性代号，表示数控机床；

◆第一个7为组代号，表示电火花加工机床；

◆第二个7为系代号（高速走丝线切割机床为7；低速走丝线切割机床为6；电火花成型机

床为1）；

◆25为主参数代号，表示工作台横向行程为250mm。

即DK7725表示工作台横向行程为250mm的数控高速走丝电火花线切割机床。

5、电火花线切割机床的结构

电火花线切割机床的结构主要由机床本体、脉冲电源、工作液循环系统、控制系统和机

床附件几部分组成。

电火花线切割的加工的编程

1、编程原理

数控电火花线切割机床利用电蚀加工原理，采用金属导线作为工具电极切割工件，以满足加

工要求。机床通过数字控制系统的控制，可按加工要求，自动切割任意角度的直线和圆弧。

这类机床主要适用于切割淬火钢、硬质合金等金属材料，特别适用于一般金属切削机床难以

加工的细缝槽或形状复杂的零件，在模具行业的应用尤为广泛

2、

电火花线切割加工工艺

1、电火花线切割加工的工艺过程

电火花线切割加工是实现工件尺寸加工的一种技术，在一定的设备条件下，合理的制定加

工工艺路线是保证工件加工质量的重要环节。要达到零件的加工要求，应合理的控制线切割

加工的各种工艺因素，同时应选择合适的工装。

◆工件加工前的准备

◆加工程序的编制

1）加工补偿的确定

2）切割方向的确定

3）过渡圆角半径的确定

◆工艺基准的确定

◆切割路线的选择

1）应将工件的夹持部分安排在切割路线的末端

2）切割路线应从坯件预制的穿丝孔开始，由外向内顺序切割。

3）二次切割法。

4）要在一块毛坯上切出两个以上的零件时，不应一次连续切割出来，而应从该

毛坯上不同的预制穿丝孔开始加工。

5）切割路线距离零件端面（侧面）应大于5mm。

◆电极丝初始位置的确定

◆加工条件的选择

1）电参数的选择

2）电极丝的选择

3）工作液的选择

4）工件装夹方式

◆加工穿丝孔

1）穿丝孔的加工

2）穿丝孔位置和直径选择

※注意：穿丝孔加工完成后，一定要注意清理里面的毛刺，以避免加工中产生短路

而导致加工不能正常进行。

◆工件的装夹和找正

1）工件的装夹

2）工件的找正

◆电极丝穿丝、找正

◆正式切割加工

◆检验

2、电火花线切割加工的常规步骤

1）启动机床电源，进入系统，编制加工程序。

2）检查系统各部分是否正常，包括电压、电流、水泵、储丝筒等的运行情况。

3）进行储丝筒上丝、穿丝和电极丝找正操作。

4）装夹工件，根据工件厚度调整z轴至适当位置并锁紧。

5）移动x、y轴坐标确立切割机起始位置。

6）开启工作液泵，调节喷嘴流量。

7）进行加工程序，即开始加工，调整加工参数。

8）监控进行状态，如发现工作液循环系统堵塞，应及时疏通，及时清理电蚀产物，但

在整个切割过程中，均不宜变动进给控制按钮。

9）每段程序切割完毕后，一般都应检查纵、横拖板的手轮刻度是否与指令规定的坐标

相符，以确保高精度零件加工的顺利进行。如出现差错，应及时处理，避免零件报废。

10）成品检验