现代数控加工设备 教学课件 ppt 作者 周兰 常晓俊编 第九章 电火花加工机床

1、第九章 电火花加工机床,电火花加工原理 电火花加工机床的型号及分类 电火花穿孔成形加工机床基本构成 主要部件结构 电火花机床的数控系统及技术参数,学习导论,本章主要介绍电火花加工的原理、电火花加工机床的常见类型、电火花加工机床的基本构成、电火花加工设备的主要部件结构。了解影响电火花加工的工艺因素。掌握电火花加工机床典型部件：主轴头、平动头、油杯以及工作液系统等的结构及工作原理。,简介,随着工业生产的发展，许多零部件所使用的材料越来越难加工，零件的形状越来越复杂，尺寸精度、表面粗糙度和某些特殊要求也越来越高。传统的机械加工方法难以满足这些加工要求，于是出现了采用电、化学、光、声能量等对工件进行加工的方法，如电火花、线切割加工方法等，我们把这类加工方法称为特种加工方法。这些加工方法具有不依靠机械能，采用其它能量加工工件、工具硬度可以低于被加工材料的硬度、加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力等特点。,电火花加工原理,一、电火花加工原理（1）,如图所示是一种简单的电火花加工原理图。要完成电火花加工，必须具备下面的基本构成：工具电极和待加工工件、脉冲电源、工作液、进给机构等。工具电极2

2、和工件3相对置于具有绝缘性能的工作液体介质8中，并分别与脉冲电源的两极（正极和负极）相连接。脉冲电源的作用是将直流电流转换成一定频率的单向脉冲电流供电极使用。最简单的脉冲电源是RC线路脉冲电源，除此以外还有闸流管式、电子管式、晶闸管式和晶体管式等多种脉冲电源。液体供给箱7的作用是将工作箱9中的液体过滤与更换。,电火花加工原理图图例,一、电火花加工原理（2）,利用电火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状和表面质量的要求，必须满足以下条件（1）： 必须使两极（工具电极和工件）表面之间经常保持一定的放电间隙 其间隙大小视加工电压、工作液介质等因素而定，通常约为几微米至几百微米之间。间隙过大，工作电压无法击穿介质，电流接近于零；间隙过小，形成短路接触，极间电压也接近于零。这两种情况都不能形成电火花放电条件。为此，在加工过程中，必须靠工具电极的进给调节装置来保证这一放电间隙，使脉冲放电能持续进行。,一、电火花加工原理（3）,利用电火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状和表面质量的要求，必须满足以下条件（2）： 脉冲电源必须具有脉冲性、间歇性 如

3、图所示为脉冲电压波形图，脉冲宽度ti表示加到工具和工件放电间隙两端的脉冲电压持续时间，一般应小于10-3s，时间长短应使得放电所产生的热量来不及从放电点过多传导扩散到工件其它部位为宜；脉冲间隔to是指两个电压脉冲之间的间隔时间。间隔时间过短，放电间隙来不及消电离和恢复绝缘，容易产生电弧放电，烧伤工具和工件；脉冲间隔选得过长，将降低生产效率。通常，加工面积、加工深度较大时，脉冲间隔也应稍大。,脉冲电压波形及参数图例,一、电火花加工原理（4）,利用电火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状和表面质量的要求，必须满足以下条件（3）： 脉冲放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行 常用的液体介质有煤油、机油、皂化液等。液体介质的作用是将加工后的电蚀产物（小颗粒状金属）从放电间隙中排除出去，同时也起到冷却电极表面的作用。,一、电火花加工原理（5）,在电火花放电过程中，电、磁、热、力、光、声等现象同时发生在一个极狭窄的空间，而且持续时间极短，其物理本质是相当复杂的。一次放电过程可大致分为电离、放电与热膨胀、抛出电蚀物及消电离等四个阶段。如图所示表示了单个脉冲放电的四个阶段。

4、,一次脉冲放电过程图例,一、电火花加工原理（6）,电离 由于工件和工具电极表面存在着微观表面的凸凹不平，两表面间距离最近的两点间电场强度最高，使其间的绝缘介质首先电离分解成电子和正离子。,一、电火花加工原理（7）,放电与热膨胀 在电场力的作用下，电子高速奔向阳极，正离子奔向阴极，在极短的时间内（10-710-5s）介质被击穿，产生火花放电，并形成电流通道。在此过程中，两极间的液体介质电阻从绝缘状态骤降至几分之一欧姆。与此同时，通道电流迅速上升（其密度高达105106A/cm2）。带电离子在高速运动时发生剧烈碰撞，产生大量的热，使通道温度迅速上升（高达1000012000）。在这种瞬时高温热源的作用下，其作用区的工件和工具电极表面层金属会很快熔化，甚至汽化，即产生电腐蚀现象。同时，通道周围的液体介质，除一部分气化外，另一部分被瞬时高温分解为游离的碳黑和H2、C2H2、C2H4、CnH2n等气体，使工作液变黑，并冒出小气泡。由于上述过程是在非常短促的时间内完成的，因此金属的熔化和汽化以及液体介质的汽化都具有突然膨胀而爆炸的特性（可听到噼啪声）。,一、电火花加工原理（8）,抛出电蚀物 在热膨

5、胀产生的爆炸力作用下，将熔化和汽化了的金属蚀物抛入周围的工作液中冷却，凝固成细小的圆球状颗粒（直径约为0.1500m），而工件表面则形成一个周围凸起的微圆形凹坑。,一、电火花加工原理（9）,消电离 脉冲放电后，应有一间隔时间，使极间介质消电离，以便恢复两极间液体介质的绝缘强度，准备下次脉冲击穿放电。如果放电蚀物和气泡来不及很快排除，就会改变极间介质的成分和绝缘强度，大大降低带电粒子的复合比率，破坏消电离过程，从而使脉冲放电转变为连续电弧放电，使加工无法进行。因此，为了保证加工的正常进行，在两次脉冲放电之间一般应有足够的脉冲间隔时间。其最小脉冲间隔时间的选择，不仅要考虑介质消电离的极限速度，还要考虑电蚀产物排出放电区域的时间。,一、电火花加工原理（10）,一次脉冲放电之后，两极间的电介质立即恢复到绝缘状态，其极间电压急剧下降到接近于零。此后两极间的电压再次升高，又在另一处极间距离最小的地方重复上述放电过程，多次脉冲放电的结果，使整个被加工表面由无数小的放电凹坑组成。这样，电极的轮廓形状便被复制到工件上，从而达到加工的目的。,二、电火花加工的主要特点（1）,主要优点如下（1）： 不受材料硬

6、度的限制 由于许多零件材料如工模具工作部分材料一般都是硬度很高的合金钢，且一般需在淬火后加工，用切削加工方法十分困难。而用电火花加工，则无论工件材料硬度有多高，都能很容易地加工，不受材料硬度的限制。 电极和工件之间作用力小 由于电极和工件在加工过程中不直接接触，因而两极间的作用力很小。这对于用小电极加工无变形的薄壁工件十分有利。,二、电火花加工的主要特点（2）,主要优点如下（2）： 操作容易，便于自动加工 电火花加工的操作十分简便，只需要将电极和工件安装好后，开动机床便可实现自动控制和自动加工。 比较容易选择和变更加工条件 电加工过程中可任意选择和变更加工条件，如任意选择粗加工和精加工，只需变更参数而不必变更设备。,二、电火花加工的主要特点（3）,电火花加工存在如下缺点（1）： 必须制作工具电极 电火花加工的最大问题就是电极制作问题。同别的加工方法相比，它增加了制作电极的费用和时间。 加工部分形成残留变质层 工件上进行电加工的部位虽然很微细，但由于要经受上万度高温加热后急速冷却，表面受到强烈的热影响，因而生成电加工表面变质层。这种变质层容易造成加工部位的碎裂与崩刃。,二、电火花加工的主

7、要特点（4）,电火花加工存在如下缺点（2）： 放电间隙使加工误差增大 由于电极和工件之间需有一定加工间隙，这使得电极的形状尺寸与工件不能完全相同，因而产生了一定的加工误差。误差的大小与间隙的大小有极大的关系。 加工精度受到电极损耗的影响 电极在加工过程中同样会受到电腐蚀而损耗，如果电极损耗不均匀，就会影响加工精度。电极的损耗还会造成更换与修整电极的次数增加。,三、电火花加工方法的分类,按工具电极与工件相对运动的方式和用途不同，电火花加工方法大致可以分为电火花穿孔成形加工、电火花线切割、电火花磨削和镗削、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花表面强度与刻字等类型。其中大部分加工方法是用于改变零件的形状和尺寸精度，也有用于改变或改善零件表面性质的。,四、电火花加工方法的应用,加工各种模具零件的型孔 如冲裁模、复合模、连续模等各种冲模的凹模；凹凸模、固定板、卸料板等零件的型孔；拉丝模、拉深模等具有复杂型孔的零件等。 加工复杂形状的型腔 如锻模、塑料模、压铸模、橡皮模等各种模具的型腔加工。 加工小孔 对各种圆形、异形孔的加工。如线切割的穿丝孔、喷丝板型孔等。 电火花磨削 如对淬硬钢

8、件、硬质合金工件进行平面磨削、内外圆磨削、座标孔磨削以及成形磨削等。 强化金属表面 如对凸模和凹模进行电火花强化处理后，可提高耐用度。 其他加工 如刻文字、花纹、电火花攻螺纹等。,五、电火花加工的工艺因素（1）,放电间隙 指加工时工具电极和工件之间产生火花放电的距离。它的大小一般在0.010.5mm之间。由于放电间隙的存在，使得工具电极的截面尺寸比工件型孔或型腔的尺寸沿加工轮廓均匀地缩小一个间隙值。放电间隙的大小，既与加工性质（粗加工、精加工）有关，又与电源的电规准参数的大小有关。通常，粗加工时放电间隙较大，精加工时放电间隙较小；脉冲宽度及脉冲能量越大，放电间隙越大，反之越小。,五、电火花加工的工艺因素（2）,加工斜度（1） 从电火花加工原理我们知道，随着电火花加工的进行，电极和工件间隙的液体间悬浮着从工件和电极上剥离下来的电蚀物，这些电蚀物在工件和电极之间形成二次放电，引起间隙的扩大。工件的上口及电极的前端长时间地处于加工状态，因而二次放电的时间最长，所受的腐蚀最严重。对于工件而言，顺着加工进给方向二次放电几率逐渐减弱，形成了上大下小的所谓加工斜度，如图所示。,加工斜度图例,五、电火

9、花加工的工艺因素（3）,加工斜度（2） 加工斜度的大小，主要取决于二次放电的次数及单个脉冲能量的大小。二次放电次数越多，单个脉冲能量越大，则斜度越大。加工斜度是不可避免的，但在加工工艺上采取一些措施可使斜度减小或利用加工斜度。如加工通孔时，将工具电极穿过工件达到被加工厚度的12倍，可大大减小斜度；又如加工凹模时，将凹模刃口面朝下，直接利用其加工斜度作为凹模刃口的斜度。如图所示。,利用加工斜度作为凹模落料斜度图例,刃口斜度,五、电火花加工的工艺因素（4）,电规准参数（1） 电规准参数指电火花加工时选用的电加工用量。主要有脉冲宽度、脉冲间隔、峰值电压和峰值电流等，通常将一组这样的参数称之为一档。电规准参数的大小决定着每次放电所形成的凹坑大小，进而决定着电极损耗、工件加工的尺寸精度、表面粗糙度及加工生产率。不同的零件材质、不同的加工要求、不同的加工过程，应该选择不同的电规准参数。,五、电火花加工的工艺因素（5）,电规准参数（2） 电规准参数的不同组合构成了三种类型的电规准：粗规准、中规准和精规准。每一种规准又分为数档。粗规准用于粗加工，一般用一档到两档规准便可满足粗加工要求，表面粗糙度可达Ra=510m左右。这个阶段主要是尽快地去掉大部分的毛坯余量，获得工件的高效率加工。中规准用于过渡性加工，表面粗糙度可达Ra=1.255m，电规准档数根据加工情形适当安排，既考虑具备一定的加工精度便于精加工修复，又要考虑加工效率。精规准是用来保证工件的各项技术要求的终结性加工。一般精规准档数较多，加工速度较慢，表面粗糙度可达Ra=0.63m以上。任一工件的加工都是从粗规准到精规准的一系列加工转换而成的。,五、电火花加工的工艺因素（6）,电规准参数（3） 电规准参数的选择原则： 型孔要求表面粗糙度值小、精度高、斜度小时，精规准选得小些。 型孔复杂而且有尖角部分时，粗规准应选得小些，有时可用中规准来代替。 型孔截面面积较大时，粗规准可选得大些，规准档数多些。 预孔余量大时，中规准可选得大些。 采用阶梯电极时，粗规准可选得大些，规准档数可少些。,五、电火花加工的工艺因素（7）,电极损耗 电极损耗是影响加工精度的一个重要因素，也是衡量电规准参数选择是否合理、电极材料的加工性能好坏的一个重要指标。一般来说，电极损耗越少越好。,五、电火花加工的工艺因素（8）

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