第3章 特种加工技术.ppt

1、20102010年年9 9月月 1.1.特种加工技术的产生背景特种加工技术的产生背景 （1 1）解决各种）解决各种难切削材料难切削材料的加工问题的加工问题 ；（2 2）解决各种）解决各种特殊复杂型面的加工特殊复杂型面的加工问题；问题；（3 3）解决各种）解决各种超精密、光整零件超精密、光整零件的加工问题的加工问题 ；（4 4）特殊零件特殊零件的加工问题的加工问题 。2020世纪世纪4040年代年代，前苏联科学家，前苏联科学家拉扎连柯夫妇拉扎连柯夫妇发明了电火发明了电火花加工技术。由于各种先进技术的不断应用，产生了多种有花加工技术。由于各种先进技术的不断应用，产生了多种有别于传统机械加工的新方法

2、，从广义上定义为特种加工别于传统机械加工的新方法，从广义上定义为特种加工（Non-Traditional MachiningNon-Traditional Machining，NTMNTM）。1 1）微细化微细化 特种微细加工技术成为主流；特种微细加工技术成为主流；2 2）特种加工的）特种加工的应用领域正在拓宽应用领域正在拓宽；3 3）广泛采用）广泛采用自动化技术自动化技术。尽管特种加工优点突出，应用日益广泛，但是各尽管特种加工优点突出，应用日益广泛，但是各种特种加工的种特种加工的能量来源能量来源、作用形式作用形式、工艺特点工艺特点却不尽却不尽相同，其加工特点与应用范围自然也不一样，而且各相同

3、，其加工特点与应用范围自然也不一样，而且各自还都具有一定的自还都具有一定的局限性局限性。为了更好地应用和发挥各。为了更好地应用和发挥各种特种加工的最佳功能及效果，必须依据种特种加工的最佳功能及效果，必须依据工件材料工件材料、尺寸尺寸、形状形状、精度精度、生产率生产率、经济性经济性等情况作具体分等情况作具体分析，区别对待，合理选择特种加工方法。表析，区别对待，合理选择特种加工方法。表1-21-2对几对几种常见的特种加工方法进行了综合比较。种常见的特种加工方法进行了综合比较。表表3-2 3-2 几种常见特种加工方法的综合比较几种常见特种加工方法的综合比较表表3-2 3-2 几种常见特种加工方法的综

4、合比较（续）几种常见特种加工方法的综合比较（续）（1 1）不是主要依靠机械能，而是主要用）不是主要依靠机械能，而是主要用其他的能量其他的能量（如电能、热能、光能、声能以及化学能等）去除工件材料。（如电能、热能、光能、声能以及化学能等）去除工件材料。（2 2）工具的硬度工具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度，有可以低于被加工工件材料的硬度，有些情况下，例如在激光加工、电子束加工、离子束加工等加些情况下，例如在激光加工、电子束加工、离子束加工等加工过程中，根本工过程中，根本不需要使用任何工具不需要使用任何工具。（3 3）在加工过程中，工具和工件之间）在加工过程中，工具和工件之间不存在显著的机不存在

5、显著的机械切削力作用械切削力作用，工件不承受机械力，特别适合于，工件不承受机械力，特别适合于精密加工低精密加工低刚度零件。刚度零件。（4 4）各种加工方法可以）各种加工方法可以任意复合任意复合、扬长避短，形成新、扬长避短，形成新的工艺方法，更突出其优越性，便于的工艺方法，更突出其优越性，便于扩大应用范围扩大应用范围。如目前。如目前的的电解电火花加工电解电火花加工（ECDMECDM）、）、电解电弧加工电解电弧加工（ECAMECAM）就是就是两种特种加工复合而形成的新加工方法。两种特种加工复合而形成的新加工方法。可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属金属、非金

6、属非金属材料或复合材料材料或复合材料，而且特别适合于加工，而且特别适合于加工复杂、微细表面复杂、微细表面和和低低刚度刚度的零件。同时，有些方法还可以用于进行的零件。同时，有些方法还可以用于进行超精密加工超精密加工、镜面加工镜面加工、光整加工光整加工以及以及纳米级纳米级（原子级）的加工。（原子级）的加工。特种加工技术的广泛应用，已经引起了机械制造领域的特种加工技术的广泛应用，已经引起了机械制造领域的许多变革。例如对材料的许多变革。例如对材料的可加工性可加工性、工艺路线工艺路线的安排、的安排、新产新产品的试制品的试制过程、产品过程、产品零件结构设计零件结构设计、零件结构工艺性零件结构工艺性好坏的好

7、坏的衡量标准等产生了一系列的影响。这些影响主要表现在以下衡量标准等产生了一系列的影响。这些影响主要表现在以下几个方面。几个方面。1 1）改善了材料的）改善了材料的可加工性可加工性；2 2）改变了零件的）改变了零件的典型工艺路线典型工艺路线；3 3）大大缩短了）大大缩短了新产品试制周期新产品试制周期；4 4）对产品零件的）对产品零件的结构设计结构设计带来了很大影响；带来了很大影响；5 5）对传统的）对传统的结构工艺性结构工艺性好与坏的衡量标准产生重要影响；好与坏的衡量标准产生重要影响；6 6）特种加工是）特种加工是微细加工和纳米加工的主要技术手段微细加工和纳米加工的主要技术手段。1.1.电火花加

8、工的基本原理电火花加工的基本原理 如图如图3 31 1所示。所示。图3-1 电火花加工原理 实现电火花加工的实现电火花加工的条件条件：（1）电极之间始终保持确定的）电极之间始终保持确定的距离距离（0.020.1mm）；）；（2）放电点的局部区域达到足够高的）放电点的局部区域达到足够高的电流密度电流密度（一般（一般为为105106 A/cm3），以确保被加工材料能在），以确保被加工材料能在局部熔化局部熔化、气化气化；（3）必须是）必须是脉冲性的放电脉冲性的放电（脉宽（脉宽0.11000s，脉间不，脉间不小于小于l0s），以确保放电所产生的热量来不及传导扩散到），以确保放电所产生的热量来不及传导扩

9、散到被加工材料的其他部分而被加工材料的其他部分而集中在局部集中在局部，使局部的材料产，使局部的材料产生生熔化、气化熔化、气化而被而被蚀除蚀除；（4）及时排除电极间的）及时排除电极间的电蚀产物电蚀产物，以确保电极间，以确保电极间介电介电性能性能的稳定。的稳定。整个加工表面将由无数个整个加工表面将由无数个小凹坑小凹坑组成（图组成（图3-23-2）。）。2.2.电火花加工的特点电火花加工的特点 1 1）优点）优点 （1 1）可以加工）可以加工硬、软、韧、脆、高熔点硬、软、韧、脆、高熔点的的导电材料导电材料；（2 2）适于加工）适于加工特殊及复杂形状特殊及复杂形状的零件的零件 ；（3 3）脉冲参数可以

10、在一个较大的范围内调节，可以在）脉冲参数可以在一个较大的范围内调节，可以在同一台机床上连续进行同一台机床上连续进行粗、半精及精加工粗、半精及精加工。2 2）缺点）缺点 （1 1）主要用于加工金属等）主要用于加工金属等导电材料导电材料，加工半导体和非加工半导体和非导体材料导体材料需要具备需要具备一定的条件一定的条件；（2 2）一般）一般加工速度较慢加工速度较慢。；。；（3 3）存在）存在电极损耗电极损耗 ；（4 4）最小角部半径最小角部半径有限制。有限制。3.3.电火花加工的应用电火花加工的应用 广泛应用于广泛应用于机械机械（特别是模具制造）、（特别是模具制造）、航天航天、航空航空、电子电子、电

11、机电器电机电器、精密机械精密机械、仪器仪表仪器仪表、汽车拖拉机汽车拖拉机、轻工轻工等行业，用以解决等行业，用以解决难加工材料难加工材料及及复杂形状零件复杂形状零件的加的加工问题。加工范围工问题。加工范围小至几微米小至几微米的小轴、孔、缝，的小轴、孔、缝，大到几大到几米米的超大型模具和零件。的超大型模具和零件。1.1.工具电极工具电极 电火花加工用的工具是电火花放电时的电极之一，故电火花加工用的工具是电火花放电时的电极之一，故称为工具电极，有时称为工具电极，有时简称工具或电极简称工具或电极。2.2.放电间隙放电间隙 电火花放电时工具电极和工件间的距离，它的大小一电火花放电时工具电极和工件间的距离

12、，它的大小一般在般在0.010.5mm之间，之间，粗加工时间隙较大，精加工时则粗加工时间隙较大，精加工时则较小。较小。3.3.脉冲宽度脉冲宽度t ti i（ss）加到电极和工件上放电间隙两端的加到电极和工件上放电间隙两端的电压脉冲的持续时电压脉冲的持续时间间（如图（如图3-3所示）。所示）。4.4.脉冲间隔脉冲间隔toto（ss）是两个是两个电压脉冲电压脉冲之间的之间的间隔时间间隔时间。间隔时间。间隔时间过短过短，放电间隙放电间隙来不及消电离和恢复绝缘来不及消电离和恢复绝缘，容易产生，容易产生电弧放电电弧放电；脉间脉间过长过长，将，将降低加工生产率降低加工生产率。5.5.放电时间（电流脉宽）放

13、电时间（电流脉宽）tete（ss）是工作液介质击穿后放电间隙中是工作液介质击穿后放电间隙中流过放电电流流过放电电流的时间，的时间，即即电流脉宽电流脉宽，它比电压脉宽稍小，二者相差一个，它比电压脉宽稍小，二者相差一个击穿延击穿延时时td。ti和和te对电火花加工的生产率、表面粗糙度和电极对电火花加工的生产率、表面粗糙度和电极损耗有很大影响，但实际起作用的是损耗有很大影响，但实际起作用的是电流脉宽电流脉宽te。6.6.脉冲周期脉冲周期tptp（ss）加到电极和工件上放电间隙两端的加到电极和工件上放电间隙两端的电压脉冲的持续时电压脉冲的持续时间间。7.7.脉冲频率脉冲频率fpfp（HZHZ）脉冲频率

14、是指脉冲频率是指单位时间单位时间内电源发出的内电源发出的脉冲个数脉冲个数。显然，。显然，它与它与脉冲周期脉冲周期tp互为倒数互为倒数.8.8.击穿延时击穿延时td(s)td(s)从间隙两端加上脉冲电压后，一般均要经过从间隙两端加上脉冲电压后，一般均要经过一小段延续一小段延续时间时间td，工作液介质才能被击穿放电，这一小段时间工作液介质才能被击穿放电，这一小段时间td称为称为击穿延时。击穿延时。9.9.有效脉冲频率有效脉冲频率fefe（HZHZ）是是单位时间单位时间内在放电间隙上发生内在放电间隙上发生有效放电的次数有效放电的次数，又称，又称工作脉冲频率工作脉冲频率。10.10.脉冲利用率脉冲利用

15、率 脉冲利用率脉冲利用率是是有效脉冲频率有效脉冲频率fe与与脉冲频率脉冲频率fp之比，又称之比，又称频率比频率比。11.11.脉宽系数脉宽系数 脉宽系数是脉宽系数是脉冲宽度脉冲宽度ti与脉冲周期与脉冲周期tp之比之比。12.12.占空比占空比 是是脉冲宽度脉冲宽度ti与脉冲间隔与脉冲间隔to之比之比，=ti/to。粗加工粗加工时时占空比一般占空比一般较大较大，精加工精加工时占空比应时占空比应较小较小，否则放电间，否则放电间隙来不及消电离恢复绝缘，容易引起隙来不及消电离恢复绝缘，容易引起电弧放电电弧放电。13.13.开路电压或峰值电压开路电压或峰值电压u u（V V）是间隙开路和间隙击穿之前是间

16、隙开路和间隙击穿之前td时间内电极间的时间内电极间的最高电最高电压。压。14.14.火花维持电压火花维持电压 每次火花击穿后，在放电间隙上火花放电时的维持每次火花击穿后，在放电间隙上火花放电时的维持电压，一般在电压，一般在25 V左右，但它实际是一个左右，但它实际是一个高频振荡的电压。高频振荡的电压。15.15.加工电压或间隙平均电压加工电压或间隙平均电压U U（V V）指加工时电压表上指示的放电间隙两端的指加工时电压表上指示的放电间隙两端的平均电压平均电压，它是它是多个开路电压、火花放电维持电压、短路和脉冲间多个开路电压、火花放电维持电压、短路和脉冲间隔等电压的平均值隔等电压的平均值。正常加

17、工时，在。正常加工时，在3050V。16.16.加工电流加工电流I I（A A）加工时加工时电流表上指示电流表上指示的流过放电间隙的的流过放电间隙的平均电流平均电流。17.17.短路电流短路电流IsIs（A A）是放电间隙短路时是放电间隙短路时电流表上指示电流表上指示的的平均电流平均电流。18.18.峰值电流峰值电流i i（A A）间隙火花放电时脉冲电流的间隙火花放电时脉冲电流的最大值（瞬时）最大值（瞬时）。19.19.短路峰值电流（短路峰值电流（A A）间隙短路时脉冲电流的间隙短路时脉冲电流的最大值最大值，它比峰值电流要，它比峰值电流要大大20%40%。1.1.影响材料放电腐蚀的主要因素影响

18、材料放电腐蚀的主要因素 1）极性效应）极性效应 由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象叫做由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象叫做极性效应。极性效应。我国通常把我国通常把工件接脉冲电源的正极工件接脉冲电源的正极（工具电（工具电极接负极）时，极接负极）时，称称“正极性正极性”加工加工；反之，则称；反之，则称“负极负极性性”加工，又称加工，又称“反极性反极性”加工加工。2）电规准电参数）电规准电参数 电参数主要是指电参数主要是指电压脉冲宽度电压脉冲宽度ti、电流脉冲宽度、电流脉冲宽度te、脉、脉冲间隔冲间隔to、脉冲频率、脉冲频率f、峰值电流、峰值电流i、峰值电压、峰值电压u和极性和极性

19、等。等。3）金属材料的热学常数）金属材料的热学常数 金属的金属的熔点、沸点、比热容、熔化热、汽化热熔点、沸点、比热容、熔化热、汽化热越高，越高，电蚀量将越少，越难加工。电蚀量将越少，越难加工。4）工作液）工作液 其作用主要是：其作用主要是：（1）压缩放电通道压缩放电通道，并限制其扩展，使，并限制其扩展，使放电能量放电能量高度高度集中在集中在极小的区域极小的区域内，既内，既加强了蚀除的效果加强了蚀除的效果，又提高了，又提高了放电放电仿型的精确性仿型的精确性。（2）加速加速电极间隙的电极间隙的冷却和消电离冷却和消电离过程，有助于过程，有助于防止防止出现出现破坏性电弧放电破坏性电弧放电。（3）通过工

20、作液的）通过工作液的流动流动，加速了，加速了蚀除金属的排出蚀除金属的排出，以，以保持放电工作稳定。保持放电工作稳定。（4）加剧放电的）加剧放电的流体动力流体动力过程，有助于过程，有助于金属的抛出金属的抛出。（5）减少工具）减少工具电极损耗电极损耗，加强电极，加强电极覆盖效应覆盖效应。5 5）其他因素）其他因素 主要是加工过程的主要是加工过程的稳定性稳定性。这些不稳定因素包括。这些不稳定因素包括加工加工深度、加工面积，加工型面复杂程度深度、加工面积，加工型面复杂程度等。等。2.2.加工速度和工具损耗速度加工速度和工具损耗速度 1 1）加工速度）加工速度 一般采用体积加工速度一般采用体积加工速度v

21、WvW（mmmm3 3/min/min）来表示。来表示。粗加工粗加工（加工表面粗糙度（加工表面粗糙度RaRa为为101020m20m）时可达）时可达20020010001000 mm3/min，半精加工半精加工（RaRa为为2.52.510m10m）时降低到）时降低到2020100100 mm3/min，精加工精加工（RaRa为为0.320.322.5m2.5m）时一般都在）时一般都在l0 l0 mm3/min以下。以下。2）工具相对损耗）工具相对损耗 相对损耗或称损耗比相对损耗或称损耗比：降低工具相对损耗降低工具相对损耗的方式：的方式：（1）利用）利用极性效应极性效应正确选择正确选择极性和脉

22、宽极性和脉宽；（2）利用）利用吸附效应吸附效应；（3）利用）利用传热效应传热效应；（4）工具）工具电极材料电极材料合理选择。合理选择。3）影响加工精度的主要因素）影响加工精度的主要因素 放电间隙放电间隙的的大小及其一致性大小及其一致性和和工具电极工具电极的的损耗及其稳定损耗及其稳定性性。4）电火花加工的）电火花加工的表面质量表面质量 包括以下三部分内容：包括以下三部分内容：（1）表面粗糙度表面粗糙度；（2）表面变质层表面变质层：熔化凝固层；热影响层；显：熔化凝固层；热影响层；显微裂纹。微裂纹。3）表面力学性能表面力学性能。包括三个方面：显微硬度及耐磨。包括三个方面：显微硬度及耐磨性；残余应力；

23、耐疲劳性能性；残余应力；耐疲劳性能。1.1.电火花穿孔成型机床电火花穿孔成型机床 1）机床型号、规格、分类）机床型号、规格、分类 我国国标规定，我国国标规定，电火花成型机床电火花成型机床均用均用D71加上加上机床工作机床工作台面宽度的台面宽度的1/10表示，例如表示，例如D7132。其中，。其中，D表示电加工成型表示电加工成型机床（若该机床为数控电加工机床，则在机床（若该机床为数控电加工机床，则在D后加后加K，即，即DK）；）；71表示电火花成型机床；表示电火花成型机床；32表示机床工作台的宽度为表示机床工作台的宽度为320 mm。在中国大陆以外，电火花加工机床的型号在中国大陆以外，电火花加工

24、机床的型号没有采用统一标没有采用统一标准准，由各个，由各个生产企业自行确定生产企业自行确定。8 8轴轴数控数控叶片叶片小孔小孔高速高速电火电火花加花加工专工专用设用设备外备外形形 2）电火花加工机床结构）电火花加工机床结构 主要由主要由机床本体、脉冲电源、自动进给调节系统、工作机床本体、脉冲电源、自动进给调节系统、工作液过滤和循环系统、数控系统等部分液过滤和循环系统、数控系统等部分组成，如图组成，如图3-4所示。所示。（1）机床本体）机床本体 由由床身、立柱、主轴头及附件、工作台床身、立柱、主轴头及附件、工作台等部分组成，是等部分组成，是用来实现用来实现工件与工具电极的装夹固定工件与工具电极的

25、装夹固定和和相对运动相对运动的机械系统。的机械系统。通用机床的结构形式有如下几种：通用机床的结构形式有如下几种：立柱式、龙门式、滑立柱式、龙门式、滑枕式、悬臂式、台式、便携式枕式、悬臂式、台式、便携式等，如图等，如图3-5所示。所示。常有一些常有一些附件附件，如可调节工具电极角度的，如可调节工具电极角度的夹头夹头、平动头平动头、油杯油杯等。等。(a)(a)机械式平动头机械式平动头 (b)数控平动头数控平动头 平动头照片平动头照片 2）脉冲电源）脉冲电源 脉冲电源输入为脉冲电源输入为380V、50Hz的交流电，其输出应满足以的交流电，其输出应满足以下要求：下要求：要有一定的要有一定的脉冲放电能量

26、脉冲放电能量，否则不能使工件金属气化。，否则不能使工件金属气化。火花放电必须是短时间的火花放电必须是短时间的脉冲性放电脉冲性放电，这样才能使放，这样才能使放电产生的热量来不及扩散到其他部分，从而有效地蚀除金属，电产生的热量来不及扩散到其他部分，从而有效地蚀除金属，提高成型性和加工精度。提高成型性和加工精度。脉冲波形脉冲波形是是单向单向的，以便充分利用的，以便充分利用极性效应极性效应，提高加，提高加工速度和降低工具电极损耗。工速度和降低工具电极损耗。脉冲波形的脉冲波形的主要参数（峰值电流、脉冲宽度、脉冲间主要参数（峰值电流、脉冲宽度、脉冲间歇等）有较宽的调节范围歇等）有较宽的调节范围，以满足，以

27、满足粗、中、精加工粗、中、精加工的要求。的要求。有适当的有适当的脉冲间隔时间脉冲间隔时间，使放电介质有足够时间，使放电介质有足够时间消电消电离离并冲去金属颗粒，以免并冲去金属颗粒，以免引起电弧而烧伤工件引起电弧而烧伤工件。电源一般有如下几种：电源一般有如下几种：弛张式脉冲电源弛张式脉冲电源：常用的有常用的有RC电路脉冲电源电路脉冲电源（图（图3-6）。）。闸流管脉冲电源闸流管脉冲电源 闸流管是一种特殊的电子管，当对其闸流管是一种特殊的电子管，当对其栅极栅极通入一通入一脉冲信脉冲信号号时，时，便可控制管子的便可控制管子的导通或截止导通或截止，输出，输出脉冲电流脉冲电流。由于这。由于这种电源的电参

28、数与加工间隙无关，故又称为种电源的电参数与加工间隙无关，故又称为独立式电源独立式电源。闸。闸流管脉冲电源的流管脉冲电源的生产率较高生产率较高，加工稳定加工稳定，但，但脉冲宽度较窄脉冲宽度较窄，电极损耗较大电极损耗较大。晶体管脉冲电源晶体管脉冲电源：图图3-7所示为所示为自振式晶体管脉冲电源自振式晶体管脉冲电源原理图。原理图。（3）自动进给调节自动进给调节系统图系统图 （4）工作液循环和过滤工作液循环和过滤系统系统 图图3-9所示为工作液强迫循环的两种方式。所示为工作液强迫循环的两种方式。工作液强迫循环过滤是由工作液强迫循环过滤是由工作液循环过滤器工作液循环过滤器来完成的。来完成的。图图3-10

29、是常用的工作液循环过滤系统的一种。是常用的工作液循环过滤系统的一种。5）数控系统）数控系统 （1）数控电火花机床的类型）数控电火花机床的类型 目前常见的数控机床有目前常见的数控机床有三轴数控三轴数控电火花机床、电火花机床、四轴三联四轴三联动动数控电火花机床、数控电火花机床、四轴联动四轴联动或或五轴联动五轴联动甚至甚至六轴联动六轴联动电火电火花加工机床。花加工机床。（2)数控电火花机床的数控系统工作原理数控电火花机床的数控系统工作原理 （3）数控电火花机床）数控电火花机床常见功能常见功能 回原点回原点操作功能。数控电火花在加工前首先要回到机操作功能。数控电火花在加工前首先要回到机械坐标的零点，即

30、械坐标的零点，即X、Y、Z轴回到轴的正极限处。这样，机轴回到轴的正极限处。这样，机床的控制系统才能床的控制系统才能复位复位，后续机床运动不会出现紊乱。，后续机床运动不会出现紊乱。置零功能置零功能。将当前点的坐标设置为零。将当前点的坐标设置为零。接触感知接触感知功能。让电极与工件接触，以便功能。让电极与工件接触，以便定位定位。其他其他常见功能。常见功能。2.2.电火花线切割机床简介电火花线切割机床简介 1）机床分类、型号）机床分类、型号 （1）分类）分类 快速走丝线切割机床快速走丝线切割机床和和慢速走丝线切割机床慢速走丝线切割机床两种。两种。快速走丝线切割机床的快速走丝线切割机床的走丝速度为走丝

31、速度为810m/s；线电极材；线电极材料常用直径为料常用直径为0.100.30mm的钼丝的钼丝。慢速走丝线切割机床走丝速度慢速走丝线切割机床走丝速度低于低于0.2m/s。常用。常用黄铜丝黄铜丝（有时也采用紫铜、钨、钼和各种合金的涂覆线）作为电极（有时也采用紫铜、钨、钼和各种合金的涂覆线）作为电极丝，铜丝直径通常为丝，铜丝直径通常为0.100.35mm。（2）型号）型号 如如DK7725：D为机床的类别代号，表示是电加工机床；为机床的类别代号，表示是电加工机床；K为机床的特性代号，表示是数控机床；第一个为机床的特性代号，表示是数控机床；第一个7为组代号，为组代号，表示是电火花加工机床，第二个表示

32、是电火花加工机床，第二个7为系代号（快走丝线切割为系代号（快走丝线切割机床为机床为7，慢走丝线切割机床为，慢走丝线切割机床为6，电火花成型机床为，电火花成型机床为1）；）；25为基本参数代号，表示为基本参数代号，表示工作台横向行程为工作台横向行程为250mm。2）快走丝线切割机床简介）快走丝线切割机床简介 由由机床本体、脉冲电源、数控系统和工作液循环系统机床本体、脉冲电源、数控系统和工作液循环系统组组成（图成（图3-11）。）。（1 1）机床本体）机床本体 机床本体主要由机床本体主要由床身、坐标工作台、走丝机构和丝架、床身、坐标工作台、走丝机构和丝架、工作液箱、附件和夹具工作液箱、附件和夹具等

33、几部分组成。等几部分组成。（2 2）脉冲电源）脉冲电源 线切割加工脉冲电源的线切割加工脉冲电源的脉宽较窄脉宽较窄（2 26060ss），单个），单个脉冲能量、脉冲能量、平均电流平均电流（1 15 5A A）一般较小，所以线切割总是）一般较小，所以线切割总是采用采用正极性正极性加工。脉冲电源的形式和品种很多，主要有加工。脉冲电源的形式和品种很多，主要有晶体晶体矩形波脉冲电源矩形波脉冲电源、高频分组脉冲电源高频分组脉冲电源、阶梯波脉冲电源阶梯波脉冲电源和和并并联电容型脉冲电源联电容型脉冲电源等。等。（3 3）数控系统）数控系统 数控系统的主要作用包括：数控系统的主要作用包括：轨迹控制作用轨迹控制作

34、用；加工控制加工控制。（4 4）工作液循环系统）工作液循环系统 主要包括主要包括工作液箱、工作液泵、流量控制阀、进液管、工作液箱、工作液泵、流量控制阀、进液管、回液管和过滤网罩回液管和过滤网罩等；其作用是及时地从加工区域中排除电等；其作用是及时地从加工区域中排除电蚀产物，并连续充分供给清洁的工作液，以蚀产物，并连续充分供给清洁的工作液，以保证脉冲放电过保证脉冲放电过程稳定而顺利程稳定而顺利地进行。地进行。3）慢走丝线切割机床简介）慢走丝线切割机床简介 由由机床本体、脉冲电源、数控系统和工作液循环系统机床本体、脉冲电源、数控系统和工作液循环系统组组成（图成（图3-13）。）。（1 1）主体结构）

35、主体结构 机头结构机头结构 机床和锥度切割装置（机床和锥度切割装置（U U，V V轴部分）实现轴部分）实现了一体化，并采用了了一体化，并采用了桁架铸造桁架铸造结构，从而大幅度地强化了结构，从而大幅度地强化了刚刚度度。主要部件主要部件 精密陶瓷材料精密陶瓷材料大量用于大量用于工作臂工作臂、工作台固工作台固定板定板、工件、工件固定架固定架、导丝装置等主要部件，实现了高刚度和、导丝装置等主要部件，实现了高刚度和不易变形的结构。不易变形的结构。工作液循环系统工作液循环系统 慢走丝线切割机床大多数采用慢走丝线切割机床大多数采用去离去离子水子水作为工作液，所以有的机床（如北京阿奇）带有去离子作为工作液，所

36、以有的机床（如北京阿奇）带有去离子水系统。在较精密加工时，慢走丝线切割机床采用绝缘性能水系统。在较精密加工时，慢走丝线切割机床采用绝缘性能较好的较好的煤油煤油作为工作液。作为工作液。（2 2）走丝系统走丝系统 如图如图3-143-14所示所示.电火花穿孔成形加工是利用电火花穿孔成形加工是利用火花放电腐蚀金属火花放电腐蚀金属的原理，的原理，用用工具电极对工件进行复制加工工具电极对工件进行复制加工的工艺方法，其应用范围可的工艺方法，其应用范围可归纳为：归纳为：1.1.电火花型腔加工电火花型腔加工 国内常采用的三种工艺方法是：国内常采用的三种工艺方法是：单电极平动加工、单电单电极平动加工、单电极加工

37、电极修正平动加工和多电极加工极加工电极修正平动加工和多电极加工（同尺寸多电极（同尺寸多电极与不同尺寸多电极）。三种工艺方法的比较见表与不同尺寸多电极）。三种工艺方法的比较见表3-43-4。1 1）单电极平动加工单电极平动加工法（如图法（如图3-153-15所示）。所示）。2 2）多电极更换多电极更换法（如图法（如图3-163-16所示）。所示）。3 3）分解电极加工分解电极加工法法(如图如图3-173-17所示所示)。4 4）手动侧壁修光手动侧壁修光法，如图法，如图3-183-18所示。所示。2.2.型腔加工用电极型腔加工用电极 1 1）电极材料电极材料的选择的选择 常用的有常用的有铜钨合金、

38、银钨合金、纯铜以及石墨铜钨合金、银钨合金、纯铜以及石墨等。较为等。较为广泛使用的是纯铜和石墨。广泛使用的是纯铜和石墨。（1 1）纯铜纯铜有如下特点：有如下特点：稳定性好，生产率高稳定性好，生产率高。精加工比石墨。精加工比石墨电极损耗小电极损耗小。采用精密加工时能达到采用精密加工时能达到优于优于1.251.25mm的表面粗糙度。因的表面粗糙度。因其韧性大，故其韧性大，故机械加工性能差机械加工性能差，磨削加工困难。适宜于做，磨削加工困难。适宜于做电火花成型加工的电火花成型加工的精加工电极精加工电极材料。材料。（2 2）石墨电极石墨电极的特点：的特点：机加工成型容易，容易修正机加工成型容易，容易修正

39、。加工。加工稳定性能较好稳定性能较好，生产率高，在长脉宽、大电流加工时生产率高，在长脉宽、大电流加工时电极损耗小电极损耗小。机械强。机械强度差，度差，尖角处易崩裂尖角处易崩裂。适用于做电火花成型加工的。适用于做电火花成型加工的粗加工粗加工电极电极材料。材料。2 2）电极设计）电极设计 （1 1）电极的尺寸电极的尺寸：包括：包括垂直尺寸和水平尺寸垂直尺寸和水平尺寸。它们的。它们的公公差差是型腔相应部分是型腔相应部分公差的公差的1/21/22/32/3。垂直尺寸垂直尺寸。电极平行于机床主轴线方向上的尺寸称为。电极平行于机床主轴线方向上的尺寸称为电极的垂直尺寸。如图电极的垂直尺寸。如图3-193-1

40、9所示的电火花成型加工电极，电所示的电火花成型加工电极，电极垂直尺寸包括加工一个极垂直尺寸包括加工一个型腔的有效高度型腔的有效高度L L、加工一个型腔加工一个型腔位于另一个型腔中需增加的高度位于另一个型腔中需增加的高度L L1 1、加工结束时电极夹具和加工结束时电极夹具和夹具或压板不发生碰撞而应增加的高度夹具或压板不发生碰撞而应增加的高度L L2 2等。等。水平尺寸水平尺寸。电极的水平尺寸是指与机床主轴轴线相垂。电极的水平尺寸是指与机床主轴轴线相垂直的直的横截面尺寸横截面尺寸（如图（如图3-203-20所示）。所示）。外部为工件，内部为工外部为工件，内部为工具电极。具电极。电极的电极的水平尺寸

41、水平尺寸可用下式确定：可用下式确定：a a=A AK Kb b 式中：式中：a a电极水平方向的尺寸；电极水平方向的尺寸；A A型腔的水平方向的尺寸；型腔的水平方向的尺寸；K K与型腔尺寸标注法有关的系数；与型腔尺寸标注法有关的系数；b b电极单边缩放量，粗加工时，电极单边缩放量，粗加工时，b=b=1+2+1+2+0 0。（注：。（注：11、22、00的意义参见图的意义参见图3-21)3-21)。a=AKb中的中的号和号和K值的具体含义如下：值的具体含义如下：(1)凡图样上凡图样上型腔凸出型腔凸出部分，其相对应的部分，其相对应的电极凹入部分电极凹入部分的的尺寸应尺寸应放大放大，即，即用用“+”

42、号号；反之，凡图样上；反之，凡图样上型腔凹入型腔凹入部分，部分，其相对应的其相对应的电极凸出电极凸出部分的尺寸应部分的尺寸应缩小缩小，即，即用用“-”号号。K值的选择原则值的选择原则：当图中型腔尺寸完全标注在：当图中型腔尺寸完全标注在边界边界上上(即即相当于直径方向尺寸或两边界都为定形边界相当于直径方向尺寸或两边界都为定形边界)时，时，K取取2；一；一端以端以中心线或非边界线为基准中心线或非边界线为基准(即相当于半径方向尺寸或一端即相当于半径方向尺寸或一端边界定形另一端边界定位边界定形另一端边界定位)时，时，K取取1；对于图；对于图中型腔中心线中型腔中心线之间的位置尺寸之间的位置尺寸(即两边界

43、为定位尺寸即两边界为定位尺寸)以及以及角度值和某些特角度值和某些特殊尺寸殊尺寸，电极上相对应的尺寸，电极上相对应的尺寸不增不减不增不减，K取取0。对于。对于圆弧半圆弧半径径，亦按，亦按上述原则上述原则确定。确定。根据以上叙述，在图根据以上叙述，在图4-19中，电极尺寸中，电极尺寸a与型腔尺寸与型腔尺寸A有有如下关系：如下关系：a1=A1，a2=A2-2b，a3=A3-b，a4=A4，a5=A5-b，a6=A6+b 当当精加工精加工且精加工的且精加工的平动量为平动量为c时，时，b=0+c （3)电极的电极的排气孔排气孔和和冲油孔冲油孔 电火花成型加工时，型腔一般均为盲孔，排气、排屑条电火花成型加

44、工时，型腔一般均为盲孔，排气、排屑条件较为困难，这直接影响加工效率与稳定性，精加工时还会件较为困难，这直接影响加工效率与稳定性，精加工时还会影响加工表面粗糙度。为改善排气、排屑条件，大、中型腔影响加工表面粗糙度。为改善排气、排屑条件，大、中型腔加工电极都设计有排气、冲油孔。一般情况下，加工电极都设计有排气、冲油孔。一般情况下，开孔的位置开孔的位置应尽量保证冲液均匀和气体易于排出应尽量保证冲液均匀和气体易于排出。电极开孔示意图如下。电极开孔示意图如下图所示。图所示。3)电极的电极的制造制造 常用的电极制造方法有：常用的电极制造方法有：（1）切削加工切削加工；（2）线切割线切割加工；加工；（3）电

45、铸电铸加工；加工；4）电极）电极装夹与校正装夹与校正 电极装夹的目的是将电极装夹的目的是将电极安装在机床的主轴头电极安装在机床的主轴头上，电极上，电极校正的目的是使校正的目的是使电极的轴线平行于主轴头的轴线电极的轴线平行于主轴头的轴线，即保证电，即保证电极与工作台台面垂直，必要时还应保证电极的横截面基准与极与工作台台面垂直，必要时还应保证电极的横截面基准与机床的机床的X、Y轴平行。轴平行。3.3.工作液强迫循环的应用工作液强迫循环的应用 型腔加工往往需要采用型腔加工往往需要采用强迫冲油强迫冲油，冲油压力冲油压力一般为一般为20kPa 左右，可随深度的增加而有所增加。冲油对电极损耗左右，可随深度

46、的增加而有所增加。冲油对电极损耗有影响，随着冲油压力的增加，电极损耗也增加。这是因为有影响，随着冲油压力的增加，电极损耗也增加。这是因为冲油压力增加后，对电极表面的冲刷力也增加，因而使电蚀冲油压力增加后，对电极表面的冲刷力也增加，因而使电蚀产物不易反粘到电极表面以补偿其损耗。同时由于游离碳浓产物不易反粘到电极表面以补偿其损耗。同时由于游离碳浓度随冲油而降低，因而影响了度随冲油而降低，因而影响了碳黑膜碳黑膜的生成，且流场不均，的生成，且流场不均，电极局部冲刷和反粘及碳黑膜厚度不均匀，严重影响了电极局部冲刷和反粘及碳黑膜厚度不均匀，严重影响了加工加工精度精度。4.4.电规准的选择、转换电规准的选择

47、、转换 粗加工粗加工要求要求高生产率高生产率和和低电极损耗低电极损耗，优先考虑采用，优先考虑采用较宽较宽的的脉冲宽度脉冲宽度，然后选择合适的脉冲峰值电流，注意加工面积，然后选择合适的脉冲峰值电流，注意加工面积和加工电流的配合。和加工电流的配合。石墨电极加工钢石墨电极加工钢时，平均电流密度为时，平均电流密度为3 35 5A/cmA/cm2 2时，时，纯铜电极加工钢纯铜电极加工钢时，平均电流密度大约时，平均电流密度大约1010A/cmA/cm2 2。中规准与粗规准中规准与粗规准没有明显界限，按具体加工对象划分。没有明显界限，按具体加工对象划分。一般选用一般选用脉冲宽度脉冲宽度titi为为20204

48、00400ss、峰值电流为峰值电流为10102525A A进进行中加工。行中加工。精加工精加工时，时，电极损耗率电极损耗率较大，一般为较大，一般为10%20%，单边，单边加工余量加工余量不超过不超过0.10.2mm，表面粗糙度应优于，表面粗糙度应优于Ra2.5m，一般都选用一般都选用窄脉宽窄脉宽（ti为为220s）、）、小小峰值电流峰值电流（10A）进行加工。进行加工。加工规准转换的档数，应根据加工规准转换的档数，应根据加工型腔精度加工型腔精度、形状复杂形状复杂程度和尺寸大小程度和尺寸大小等具体条件确定。当加工表面刚好达到本档等具体条件确定。当加工表面刚好达到本档规准对应的表面粗糙度时，就应及

49、时转换规准，这样既达到规准对应的表面粗糙度时，就应及时转换规准，这样既达到修光的目的，又可使各档的金属蚀除量最少，得到尽可能修光的目的，又可使各档的金属蚀除量最少，得到尽可能高高的的加工速度和低电极损耗加工速度和低电极损耗。5.5.电火花穿孔加工电火花穿孔加工 1）冲模）冲模凹模穿孔加工凹模穿孔加工 2）电火花穿孔加工工艺方法）电火花穿孔加工工艺方法 凹模电火花穿孔方法有：凹模电火花穿孔方法有：直接法、间接法、混合法、二直接法、间接法、混合法、二次电极法。次电极法。（2）直接法。将）直接法。将凸模长度适当增加凸模长度适当增加，作为，作为电极加工凹模电极加工凹模后，割去电极加工端后成为后，割去电

50、极加工端后成为凸模凸模。（3）混合法（图）混合法（图3-25）。将）。将电极与凸模电极与凸模连接在以连接在以一起加一起加工工，然后从凸模上取下，然后从凸模上取下电极电极进行进行凹模电火花加工凹模电火花加工；与直接法；与直接法不同的是，电极可选用其他材料，仍不同的是，电极可选用其他材料，仍保证电极与凸模的尺寸保证电极与凸模的尺寸相等相等。（4）二次电极法。利用电极（）二次电极法。利用电极（一次电极一次电极）制造）制造电极电极（二二次电极次电极），并），并加工出凸模及凹模加工出凸模及凹模的工艺方法称为二次电极法。的工艺方法称为二次电极法。此方法适用于如下两种情况：当此方法适用于如下两种情况：当一次