3.7.3.1 小批量零件的加工实例
许多工件，如高精度要求的花键孔、特殊的异形刀具、航空航天所用的试制零件等，由于批量小，硬度高，过去采用机械加工，通常用特制的拉刀在拉床上加工而成，而拉刀成本非常高，对于高硬度、带有斜度的工件很难适用。在这种情况下采用低速走丝线切割进行加工，可以极为方便地满足加工要求。对于一些很薄的高精度要求工件，也常采用低速走丝线切割进行加工。小批量零件大多用切割工装的方式进行加工，以避免每次都要装夹找正。如图3.7-15所示的零件，需加工出异形型腔，共需数百件。所采取的工艺步骤如下：
图3.7-15 异形型腔的加工示意图
1）首先磨削工件毛坯的基准垂直面。
2）加工夹具。先加工外形及螺钉孔，然后将夹具在机床装夹牢固，切割夹具中的方孔。夹具方孔的A、B两边需精加工，其他两边只需粗切割，在A、B两边的交点处切割出空刀槽让位。
3）碰边定位。X轴（A边）碰边走电极丝半径，清零；Y轴碰边走电极丝半径，清零；该坐标系零点在夹具的A、B两边的交点O处，按照图样要求移动X、Y轴至图中穿丝点位置，将X、Y坐标清零，确定工件加工坐标系，该点为程序的起始点，也就是工件装夹后的穿丝点。
4）将工件靠紧A、B边，用螺钉固定，启动程序开始加工，后续工件不用重新找正，可以实现连续加工。
3.7.3.2 弹簧管零件的加工实例
弹簧管零件如图3.7-16所示，其直径为2.00mm，壁厚为0.10mm，长度为60mm。现需在其长度方向上连续切割宽0.18mm，深1.6mm的槽。如果按照常规的装夹方式，在切割过程中，工件因变形而使加工无法进行，因此必须设计特殊的夹具才能进行加工。在加工此类零件时，设计如图3.7-16所示的工装，1、2、3保持体为辅助支撑，与工装4的长方孔为间隙配合，保持体可以在长方孔内自由滑动，夹具长度大于工件要求的长度，工件坯料长度大于夹具长度，以保证合格工件长度的完成。
图3.7-16 切割弹簧管的装夹示意图
加工弹簧管零件采取的工艺步骤如下：
1）切割夹具内长方孔后，将夹具竖立起装夹，切割滑槽。
2）切割保持体1、2、3（形状见侧视图）。
3）编制弹簧管切割程序，以A为起始点编制子程序一，以B为起始点编制子程序二。
4）装夹工件，保持体位置L1要大于切割距离。
5）设置偏移量，特别注意上述两个子程序偏移量大小相等，但方向相反，一边是左偏移，另一边为右偏移。
6）加工完这一段后，将电极丝按照加工步距移动X轴，向左移动保持体1，并将保持体2移动到距保持体2L1左右的距离，加工第二段，依次类推，完成最终加工。
7）换另一只坯料，重复加工。
3.7.3.3 齿轮的加工实例
渐开线齿轮分为内齿轮和外齿轮，齿轮程序编制一般采用先编制出其中一个齿形的子程序，然后用这个子程序进行旋转和复制，并在旋转和复制的过程中添加穿丝、剪丝、暂停点等工艺相关的信息设置即可。齿轮单一齿形的定义方式一般为三种：
1）标准齿轮。输入模数、压力角、齿数、变位系数，按照设计要求改变齿顶圆直径和齿根圆直径，输入渐开线和齿顶圆的过渡圆角，再输入渐开线和齿根圆的过渡圆角，生成一个齿形。
2）公法线长度。输入模数、压力角、齿数、跨几个齿的公法线长度，按照设计要求改变齿顶圆直径和齿根圆直径，输入渐开线和齿顶圆的过渡圆角，再输入渐开线和齿根圆的过渡圆角，生成一个齿形。
3）跨侧距。输入模数、压力角、齿数、测量销直径和跨几个齿时两个测量销的切线距离，按照设计要求改变齿顶圆直径和齿根圆直径，输入渐开线和齿顶圆的过渡圆角，再输入渐开线和齿根圆的过渡圆角，生成一个齿形。
图3.7-17所示为一渐开线齿轮，需加工内外齿形，要求达到6级齿轮精度，表面粗糙度值Ra≤0.4μm。
其加工工艺步骤如下：
1）机加工毛坯，加工穿丝孔，由于存在外齿轮，而且外齿轮直径较大，切割外齿轮时，采用两个穿丝孔。
2）淬火使硬度为60～62HRC，磨削上下平面。
3）根据图样技术要求确定需进行多次切割，不同机床切割次数不同，这里假定按四遍切割进行程序编制。
① 内齿轮的切割方法。将所给定参数输入计算机，则自动计算出渐开线齿轮的一个齿形，将这个齿形作为一个子程序，假设子程序名称定义为Z1，然后编制轮廓子程序W1，最后编制加工用的主程序并输出NC代码，传递给机床的数控系统。穿丝点与剪丝点处于同一位置，为圆的中心，此点也是程序的起始点，如图3.7-18所示。
图3.7-17 内、外齿轮零件图
图3.7-18 内齿轮的切割
② 外齿轮的切割方法。外齿轮的多次切割根据齿轮顶圆直径大小确定穿丝孔个数及载体（载体指预先留出连接部分）齿数，一般齿轮较小的采用一个穿丝孔，留单边载体；当齿轮较大时需加工两个穿丝孔，对边设置载体，所留载体的个数及载体上的齿数，视具体情况决定。图3.7-19为较大齿轮（39个齿）的切割，需加工两个穿丝孔，每边留下三个齿作为载体。当切割完A→B（17齿）及另一边（16齿）后，使用连接片将已切割部分与基体粘接在一起，并在切割缝处插入金属片，然后完成对两边载体的多次切割，至此完成对大齿轮的无接痕加工。
齿轮的内外齿在切割时，内、外齿的程序起切点都设在圆心的位置，这样就能够保证它们多次切割的加工精度。
图3.7-19 外齿轮切割示意图
③ 斜齿轮的切割方法。在斜齿轮螺旋角不大的情况下可以近似用电火花线切割加工而成，其工艺方法与直齿轮加工相同，程序设计时参考上下异型锥度切割。
3.7.3.4 大批量、高精度、复杂形状零件的加工实例
大批量高精度零件的加工最快捷的加工方式是采用机械加工的方式，但是对于某些形状复杂、材料硬度较高的零件，采用电火花线切割加工更具有优势。图3.7-20所示为精密办公机械上一种连接臂零件，该零件的尺寸精度和表面质量都要求较高，如图3.7-21所示，材料硬度为55HRC。如果采用机械加工其工艺路线是：备料→铣削加工→热处理→坐标磨削加工。由于磨削的面较多，还需要多种夹具和多次装夹，所以加工不仅占用机床种类多，且工艺路线长，加工成本很高，加工周期长。若采用低速走丝电火花线切割加工，仅一种机床就可以实现多个零件的成形加工，而且可以保证各项精度，重复性好。
图3.7-20 连接臂零件
图3.7-21 连接臂尺寸图
下面介绍用线切割一次加工48个这种零件的工艺方法。
1.加工准备
（1）下料 根据切割48个零件的尺寸要求及切割余量和装夹要求确定材料的长、宽、高外形尺寸为50mm×60mm×80mm。
（2）加工两个安装基准面 可以用切割加工方式，也可以用磨削的加工方式。
（3）加工预孔 由于材料硬度较高，可采用高速电火花小孔机加工预孔，加工完成的毛坯如图3.7-22所示。
2.第一道切割工序
先将材料正确地装夹在工作台上，使之能够切割如图3.7-23所示的轮廓，第一次装夹时一定要注意装夹的方向和切割面一致。由于零件孔的尺寸、轴间的距离以及外形尺寸精度都要求较高，所以在加工外轮廓时，应尽量采用较小放电参数，以减小材料的变形。在第一道切割工序中，按照零件厚度将材料分成8等分。如图3.7-24所示，只要使毛坯尺寸比零件长2～3mm，就会使废料不分散而形成一个整体件，避免造成与喷嘴干涉或断丝现象，也无需通过人工将其一个一个地取出。
图3.7-22 连接臂坯料
3.第二遍切割工序
将毛坯旋转90°按照图3.7-25的加工方向装夹。此时让废料的长度也和第一道切割工序一样，比零件的尺寸长2～3mm即可，在进行外轮廓加工时，废料也不会分离。在此加工面上，由于还有圆孔和长圆孔需要切割，因此加工顺序很重要。孔的精度，特别是长圆孔的位置精度要求都较高，如果先加工孔，再加工外轮廓时，要注意避免因工件的变形而引起孔的位置误差超差。通常的加工顺序是：先用较小放电参数加工外轮廓，使工件变形尽可能控制在较小的范围内，然后粗加工两种孔。为进一步提高加工进度，还应考虑尽量减少跳模及穿丝的次数和时间。最后确定的加工顺序是：粗加工外轮廓→去除废料→粗、精加工长圆孔和圆孔→精加工外轮廓。此种加工顺序可以在加工时逐渐释放材料的应力，减小由于内应力引起的变形。另外，要注意的是在加工圆孔和长圆孔时，要利用机床的自动接线和无屑加工方式，可以免去废料处理和接线的麻烦。本道工序加工完的形状如图3.7-26所示。
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图3.7-23 第一道切割工序尺寸
图3.7-24 第一道切割工序完成后的形状
图3.7-25 第二道切割工序尺寸
图3.7-26 第二道切割工序完成后形状
4.第三道切割工序
将工件切断，至此整个48个工件全部加工结束，图3.7-27显示的是最后一道工序完成后的情况。
就上述线切割加工工序而言，外轮廓加工的废料是在前两道切割工序产生的，加工件毛坯的厚度为50～80mm，恰好在线切割加工的最高效率区域。
3.7.3.5 微细肋状窄小零件的加工实例
微细梳齿状铜电极属于典型的微细肋状窄小零件，其尺寸及精度如图3.7-28。精度要求：梳齿宽度为0.15±0.004mm，梳齿高度为3.50±0.004mm，零件的材料为纯铜。
图3.7-27 连接臂最后一道切割工序完成后形状
图3.7-28 微细梳齿铜电极尺寸
加工此类工件常遇到的问题是：经过几次精加工后，检测发现在该电极的尖端部位尺寸变小，并且有弯曲现象。如果一次切割发生0.2～0.3mm的变形量，即使再使用2次或更多次切割进行修正，也不会达到所要求的加工精度。产生这种现象的原因如下：如图3.7-29所示，当第一遍粗切割完成之后，工件的强度和刚性都变得很弱。此时再进行第二遍切割，电极丝从左侧开始切割，当切割到左上部时，由于局部受热作用，使得工件变形并向右侧弯曲。当继续切割直到工件右侧时，工件右侧的尖部就会被切掉一部分；而进行第三遍切割时，电极丝从右侧开始切割，此时将发生与第二遍切割时相反方向的弯曲变形，而将左侧尖部切掉一部分，这样就形成了上述的那些缺陷。
图3.7-29 切割方向示意图
为了解决切割后变形和尖端部位尺寸变小的问题，一般可采取下列几项措施：
1）将第一遍切割条件减弱，并将高压冲水改为低压冲水，这样可以避免加工薄板（厚度小于3mm）时由于高压冲水的冲击力而引起的工件颤抖。建议采用正常切割工序时的第二遍切割条件进行粗加工。
2）减小每一档之间的切割偏移量（去除量），增加切割次数，以此来减小由于热引起变形的影响。
3）提高第二遍及第二遍以后的伺服进给速度，以缩短在一个放电点停留的时间，进一步减小由于热引起的变形。
表3.7-20给出了采用四遍切割时加工条件数值。由于机床参数设置不同，参数对应的数值也有一些差异，本实例是依据日本沙迪克公司AQ360LX机床给出的参数。
表3.7-20 加工条件数值
3.7.3.6 变偏移量、变锥度工件的编程实例
图3.7-30所示为采用DK7632机床切割加工的一个变偏移量、变锥度的工件界面，切割工件为凸模，材料为硬质合金，厚度为25mm，准备采用三遍切割。从图可以看出，工件的两个侧腰面需要变偏移量、变锥度切割，图3.7-31是第一遍切割程序的数据和图形。表3.7-21给出了具体切割该工件编制的程序。
图3.7-30 切割变偏移量、变锥度工件界面
图3.7-31 第一遍切割程序的数据和图形
表3.7-21 具体切割工件程序
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3.7.3.7 无芯切割及跳模加工编程实例
如前所述，在许多精密模具的加工中，经常会遇到小型腔的切割问题。在进行低速走丝电火花线切割加工时，由于料芯较细小，极易掉到下喷嘴中，无法拾取，并且在切割时料芯易变形，造成短路，为后续的修整切割造成很大困难。所以，低速走丝电火花线切割专门为加工这类工件设计了无芯切割方式。图3.7-32所示为采用低速走丝电火花线切割加工的电影胶片上模板结构图，其工件材料为40Cr，工件厚度为10.30mm，其中，C=ϕ2.7920-0.006，D=1.8540-0.006，表面粗糙度值Ra为0.4μm，两孔间距为4.74±0.01mm，8孔累积间距为33.18±0.028mm，可见工件中需要切割的小型腔孔不仅尺寸精度要求高，且位置精度要求也很高，因此采用无芯切割与跳模加工的方法，每个小型腔孔切割5遍。表3.7-22介绍了采用日本沙迪克公司AQ360LX机床加工该零件的加工工艺步骤及编制的切割程序。
图3.7-32 电影胶片上模板结构图
表3.7-22 加工工艺步骤及切割程序
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