第二章電火花加工基本原理及設(shè)備

1、 第2章 電火花加工的基本原理及設(shè)備電火花電火花 1 1、電火花成型加工原理及特點、電火花成型加工原理及特點1.電火花加工原理：電火花加工是基于工件與電火花加工原理：電火花加工是基于工件與電極之間脈沖放電時的電腐蝕現(xiàn)象。電極之間脈沖放電時的電腐蝕現(xiàn)象。 工件和工具電極均置于工作液中，并且工件和工具電極均置于工作液中，并且分別與脈沖電源的正負(fù)極相連。當(dāng)工具電極分別與脈沖電源的正負(fù)極相連。當(dāng)工具電極接近工件達(dá)到一定距離時，工作液被擊穿發(fā)接近工件達(dá)到一定距離時，工作液被擊穿發(fā)生火花放電。此時工件被蝕出一個凹坑，同生火花放電。此時工件被蝕出一個凹坑，同時工具電極也會因放電而產(chǎn)生電極損耗，其時工具電極也

2、會因放電而產(chǎn)生電極損耗，其損耗量約為加工量的百分之幾，放電產(chǎn)生的損耗量約為加工量的百分之幾，放電產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物隨工作液排出，兩極間的工作液恢電蝕產(chǎn)物隨工作液排出，兩極間的工作液恢復(fù)絕緣，從而完成依次電火花加工。復(fù)絕緣，從而完成依次電火花加工。 1 1、電火花成型加工原理及特點、電火花成型加工原理及特點1工件 2脈沖電源 3自動進(jìn)給裝置 4工具電極 5工作液 6過濾器 7泵 1 1工件工件 2 2脈沖電源脈沖電源 3 3自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng) 4 4工具工具 5 5工作液工作液 6 6過濾器過濾器 7 7工作液泵工作液泵 圖圖2-1 2-1 電火花加工原理示意圖電火花加工原理示意圖 1

3、 1、電火花成型加工原理及特點、電火花成型加工原理及特點v2.電火花加工的特點電火花加工的特點v1）便于加工用機械難以加工或無法加工的）便于加工用機械難以加工或無法加工的材料材料v2）電極和工件在加工過程中不接觸，便于）電極和工件在加工過程中不接觸，便于加工小孔、深孔、窄縫零件。加工小孔、深孔、窄縫零件。v3）電極材料不必比工件材料硬。）電極材料不必比工件材料硬。v4）直接利用電能、熱能進(jìn)行加工，便于實）直接利用電能、熱能進(jìn)行加工，便于實現(xiàn)加工過程的自動控制?，F(xiàn)加工過程的自動控制。2 2、電火花成型的加工過程、電火花成型的加工過程放電狀態(tài)微觀圖1陽極 2陽極氣化、熔化區(qū) 3熔化的金屬微粒 4工

4、作介質(zhì)5凝固的金屬微粒 6陰極氣化、熔化區(qū) 7陰極 8放電通道 9氣泡 10覆蓋層 11新的凸邊 v包括：電離、放電、熱膨脹、拋出金屬和消電離包括：電離、放電、熱膨脹、拋出金屬和消電離等幾個連續(xù)的階段等幾個連續(xù)的階段2 2、電火花成型的加工過程、電火花成型的加工過程v電火花加工過程大致分為以下幾個階段：電火花加工過程大致分為以下幾個階段： v1.極間介質(zhì)的電離、擊穿極間介質(zhì)的電離、擊穿,形成放電通道形成放電通道 v2.電極材料的融化電極材料的融化,汽化熱膨脹汽化熱膨脹 v3.電極材料的拋出電極材料的拋出 v4.極間介質(zhì)的消電離極間介質(zhì)的消電離 v學(xué)習(xí)任務(wù)：學(xué)習(xí)任務(wù)： v 觀看視頻，描述出電火花

5、加工的單個過程。觀看視頻，描述出電火花加工的單個過程。2 2、電火花成型的加工過程、電火花成型的加工過程v1.極間介質(zhì)的電離、擊穿極間介質(zhì)的電離、擊穿,形成放電通道形成放電通道 v脈沖電壓加在工具電極和工件之間脈沖電壓加在工具電極和工件之間,形成電場形成電場.其間距離最小的地方電場強度最大其間距離最小的地方電場強度最大.極間介質(zhì)極間介質(zhì)在電場作用下在電場作用下,導(dǎo)致液體介質(zhì)電離導(dǎo)致液體介質(zhì)電離,擊穿擊穿,形成形成放電通道放電通道.v2.電極材料的融化電極材料的融化,汽化熱膨脹汽化熱膨脹 v通道間正負(fù)粒子相互撞擊通道間正負(fù)粒子相互撞擊,產(chǎn)生大量的熱能產(chǎn)生大量的熱能.高溫高壓使工作液汽化高溫高壓使

6、工作液汽化,兩電極表面的金屬材兩電極表面的金屬材料開始熔化直至沸騰氣化料開始熔化直至沸騰氣化,熱膨脹熱膨脹,形成爆炸形成爆炸性的特性性的特性2 2、電火花成型的加工過程、電火花成型的加工過程v3.電極材料的拋出電極材料的拋出 v放電通道產(chǎn)生高溫高壓，工作液和金屬氣化放電通道產(chǎn)生高溫高壓，工作液和金屬氣化后不斷向外膨脹，形成內(nèi)外瞬間壓力差。熔后不斷向外膨脹，形成內(nèi)外瞬間壓力差。熔融金屬液體被拋出放電通道。融金屬液體被拋出放電通道。v4.極間介質(zhì)的消電離極間介質(zhì)的消電離 v加工液流入放電間隙，將電蝕產(chǎn)物及殘余熱加工液流入放電間隙，將電蝕產(chǎn)物及殘余熱量帶走，并恢復(fù)絕緣狀態(tài)。量帶走，并恢復(fù)絕緣狀態(tài)。v

7、對于單個脈沖放電周期，一秒內(nèi)約完成數(shù)千對于單個脈沖放電周期，一秒內(nèi)約完成數(shù)千次甚至數(shù)萬次的往復(fù)式進(jìn)行。次甚至數(shù)萬次的往復(fù)式進(jìn)行。3 3、電火花成型加工的條件、電火花成型加工的條件v(a)必須有脈沖電源，提供脈沖式的瞬時放電v(b)必須有放電間隙 (自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng))v(c) 工作液和工作液循環(huán)系統(tǒng)（如煤油、皂化液、去離子水等） 絕緣介質(zhì)又稱為工作液，必須具有較高的絕緣強度,以產(chǎn)生脈沖式的火花放電。絕緣介質(zhì)的作用：絕緣、冷卻、沖走屑末。2.2 電火花加工機床的簡介2.2.1 機床型號、規(guī)格、分類國家標(biāo)準(zhǔn)，（GB/T 52901985）1985年，我國國標(biāo)規(guī)定，D71系列為電火花成型機床。例1：型

8、號及參數(shù) D7132 D電加工機床 71電火花穿孔、成形加工機床 32機床工作臺面寬度（320mm）的1/10 對于數(shù)控電加工機床：符號為DK(漢語拼音：電控) 。其中，按機床大小分類， D7125以下為小型， D7125D7163為中型，D7163以上為大型。例2 型號及參數(shù) DK7725 D 類別（電加工機床) K 特征（數(shù)控機床） 7 組別（電火花類機床） 7 型別（線切割） 25 基本參數(shù)（工作臺橫向行程 250 ）2.2.2電火花加工機床結(jié)構(gòu)v電火花成型加工機床組成：電火花成型加工機床組成： 機床本體、 脈沖電源、 數(shù)控裝置、 工作液循環(huán)系統(tǒng)、 自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)、 基礎(chǔ)部件等。2.2

9、.2電火花加工機床結(jié)構(gòu)電火花加工機床結(jié)構(gòu)1、機床主體、機床主體1床身床身 2、5手柄手柄 3、4、10絲杠絲杠 6縱、橫工作臺縱、橫工作臺7立柱立柱 8主軸頭主軸頭 9主軸座主軸座 11齒輪系統(tǒng)齒輪系統(tǒng) 12電動機電動機 1 1、機床主體、機床主體v機床主體是用以實現(xiàn)工件和工具電極的裝夾機床主體是用以實現(xiàn)工件和工具電極的裝夾固定和運動的機械系統(tǒng)。固定和運動的機械系統(tǒng)。2 2、脈沖電源、脈沖電源v脈沖電源為工件和工具電極間的加工間隙提脈沖電源為工件和工具電極間的加工間隙提供所需要的放電能量，以蝕除金屬。供所需要的放電能量，以蝕除金屬。v電火花加工用的是單向脈沖（電流方向不隨電火花加工用的是單向脈

10、沖（電流方向不隨時間改變的脈沖波形），以便充分利用極性時間改變的脈沖波形），以便充分利用極性效應(yīng)，提高加工速度和降低工具電極損耗。效應(yīng)，提高加工速度和降低工具電極損耗。v脈沖電源應(yīng)滿足的其他要求脈沖電源應(yīng)滿足的其他要求P2 2、脈沖電源、脈沖電源脈沖電源種類（根據(jù)需要選用） （1）RC線路脈沖電源（弛張式）； （2）閘流管脈沖電源（獨立式） ； （3）晶體管脈沖電源.脈沖電源的發(fā)展概況： （1）普及型(經(jīng)濟(jì)型)的電火花加工機床一般都采用高低壓復(fù)合的晶體管脈沖電源。 （2）中、高檔電火花加工機床都采用計算機數(shù)字化控制的脈沖電源，而且內(nèi)部存有電火花加工規(guī)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫，可以通過微機設(shè)置和調(diào)用各擋粗、中

11、、精加工規(guī)準(zhǔn)參數(shù)。脈沖電源脈沖電源脈寬：指加到電極和工件上放電間隙兩端的電壓脈脈寬：指加到電極和工件上放電間隙兩端的電壓脈沖的持續(xù)時間沖的持續(xù)時間;脈間：指兩個電壓脈沖之間的間隔時間。脈間：指兩個電壓脈沖之間的間隔時間。3 3、自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)、自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)v自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要用于控制放電間隙的自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要用于控制放電間隙的大小。大小。v在電火花加工中，電極和工件必須保持一定在電火花加工中，電極和工件必須保持一定的放電間隙。由于工件不斷被蝕除，電極也的放電間隙。由于工件不斷被蝕除，電極也不斷地?fù)p耗，所以放電間隙會不斷擴(kuò)大。所不斷地?fù)p耗，所以放電間隙會不斷擴(kuò)大。所以必須采用以必須采

12、用自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)。自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)。4、工作液循環(huán)系統(tǒng)、工作液循環(huán)系統(tǒng)v 沖油式：沖油式： 將一定壓力的清潔工作液沖向加工表面，迫使工作液連同電蝕產(chǎn)物從電極四周流出 排屑效果好，但電蝕產(chǎn)物從已加工面流出時易造成二次放電，影響加工精度v 抽油式：抽油式： 從待加工表面將工作液連同電蝕產(chǎn)物一起抽出 獲得較高的精度和較小表面粗糙度，但排屑能力不如沖油式v電火花加工工藝電火花加工工藝v電火花加工過程中產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物要經(jīng)放電電火花加工過程中產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物要經(jīng)放電間隙排出，在排出過程中，在電極和工件側(cè)間隙排出，在排出過程中，在電極和工件側(cè)表面會產(chǎn)生額外的放電，引起間隙的擴(kuò)大，表面會產(chǎn)生額外的放電，引起間

13、隙的擴(kuò)大，這叫做這叫做二次放電二次放電。v在電火花加工過程中，即使是正負(fù)電極用同在電火花加工過程中，即使是正負(fù)電極用同一種材料，兩個電極的蝕除量也不相同，這一種材料，兩個電極的蝕除量也不相同，這種現(xiàn)象叫種現(xiàn)象叫極性效應(yīng)極性效應(yīng)。v工件為陽極，工具為陰極時，為正極性加工。工件為陽極，工具為陰極時，為正極性加工。v工件為陰極，工具為陽極時，為負(fù)極性加工。工件為陰極，工具為陽極時，為負(fù)極性加工。極性效應(yīng)極性效應(yīng)正極性加工正極性加工負(fù)極性加工負(fù)極性加工精加工精加工短脈沖短脈沖ti 80 s為充分利用極性效應(yīng)，一般都采用為充分利用極性效應(yīng)，一般都采用單向脈沖電源單向脈沖電源2.3 電火花線切割加工v（1

14、 1）電火花線切割加工原理）電火花線切割加工原理 利用移動的細(xì)金屬絲作工具電極（簡稱電極），在電極和工件間施以脈沖電壓，通過電極和工件之間脈沖放電時的電腐蝕作用，對工件進(jìn)行加工。2、加工過程、加工過程1、數(shù)控裝置 2、貯絲筒 3、導(dǎo)輪 4、電極絲 5、工件 6、工作液供給裝置 7、工作臺 8、脈沖電源 9、工作液箱 10、步進(jìn)電機 脈沖電源的正極接工件，負(fù)極接電極絲。電極絲以一定的速度往復(fù)運動，它不斷地進(jìn)入和離開放電區(qū)。在電極絲和工件之間注入一定量的液體介質(zhì)。步進(jìn)電機帶工作臺和工件在水平面內(nèi)的相對運動，電極絲和工件之間發(fā)生脈沖放電，通過控制電極絲和工件之間的相對運動軌跡和進(jìn)給速度，就可以切割出

15、具有一定形狀和尺寸的工件。v1 1數(shù)控裝置數(shù)控裝置 2 2貯絲筒貯絲筒 3 3導(dǎo)輪導(dǎo)輪 4 4電極電極絲絲 5 5工件工件 6 6噴嘴噴嘴 7 7絕緣板絕緣板 8 8脈沖發(fā)生器脈沖發(fā)生器 9 9液壓液壓泵泵 1010工作液工作液箱箱 1111步進(jìn)電機步進(jìn)電機 3 3、線切割加工特點、線切割加工特點與電火花成型相比不需要制作電極；(生產(chǎn)準(zhǔn)備時間短)電極絲沿長度方向運動，加工中損耗少，加工精度高。(快走絲用的鉬絲可重復(fù)使用。）能加工精密、形狀復(fù)雜而細(xì)小的內(nèi)、外形面，以及高熔點、高硬度難切削的材料。（只能加工導(dǎo)電材料）加工效率高，材料利用率高，成本低。自動化程度高，操作方便。可以一模兩用，加工件作凹

16、模，切割下來的料作凸模 二、數(shù)控電火花線切割加工機床 電火花線切割機床是電火花加工機床的一種，根據(jù)走絲速度和加工精度不同，分快走絲和慢走絲二種?？熳呓z：0.080.22mm的鉬絲作電極，往復(fù)循環(huán)使用， 走絲速度為810m/s，加工精度為0.01mm 表面粗糙度Ra1.6 6.3m 。工作液為乳化液。 慢走絲:走絲速度是312m/min，電極絲廣泛使用黃銅絲， 單向移動，電極絲只使用一次，不重復(fù)使用。 能自動穿電極絲和自動卸除加工廢料，實現(xiàn)無人 操作。 加工精度可達(dá)到0.001mm， 表面粗糙度為Ra1.66.3m 。價格比快走絲高。 工作液為去離子水 。34 線切割機床由脈沖電源、機床本體、控

17、制系統(tǒng)和工作液循環(huán)系統(tǒng)四大部分組成。(一)脈沖電源 線切割機床的脈沖電源采用小功率、窄脈沖、高頻率、大峰值電流的高頻脈沖電源。 由于加工表面粗糙度和電極絲允許承載電流的限制，線切割加工脈沖電源的脈寬比電火花加工窄。 一般電源的電規(guī)準(zhǔn)有幾個檔，以調(diào)整脈沖寬度和脈沖間隙時間，滿足不同加工要求。 (電規(guī)準(zhǔn):電火花加工時選用的電加工參數(shù)。)35 (二)機床本體 機床本體包括：床身、坐標(biāo)工作臺、走絲機構(gòu)組成。1、床身 床身一般為鑄件，是坐標(biāo)工作臺、走絲機構(gòu)的固定基礎(chǔ)，所以要求床身應(yīng)有一定的剛度和強度。床身內(nèi)部安置脈沖電源和工作液箱。 考慮電源會發(fā)熱和工作液泵有振動，有些機床將脈沖電源和工作液箱移出床身另

18、行安放。362、坐標(biāo)工作臺 坐標(biāo)工作臺安置在床面上，包括上層工作臺面、中層中拖板、下層底座，還有減速齒輪和絲杠螺母等構(gòu)件。目前，電火花線切割機床大多為X、Y方向線性運動。兩個步進(jìn)電動機經(jīng)過齒輪減速，帶動絲杠螺母，從而驅(qū)動工作臺在XY平面上移動?？刂破髅堪l(fā)出一個進(jìn)給脈沖信號，工作臺就移動lm，則稱該機床的脈沖當(dāng)量為1m/脈沖。工作臺傳動原理373、走絲機構(gòu) 快走絲機構(gòu)的作用是保證電極絲能進(jìn)行往復(fù)循環(huán)的高速運行，由電動機傳動儲絲筒作高速正反向轉(zhuǎn)動。通過齒輪副傳動走絲機構(gòu)拖板的絲杠螺母，使電極絲均勻地卷繞在儲絲筒上。 儲絲筒在旋轉(zhuǎn)的同時，做軸向移動，軸向移動應(yīng)大于電極絲直徑，使電極絲整齊排列在貯絲筒上。 快速走絲快速走絲 能較好地將電蝕屑排出加工區(qū)，提高加工速度。電極絲換向時的減速和加速過程中，放電和進(jìn)給必須停止。否則會出現(xiàn)斷絲。由于電極絲換向時的抖動和反向停頓，使加工表面出現(xiàn)凹凸不平的條紋。38安徽機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院模 具 制 造 技 術(shù) 慢走絲機構(gòu),走絲速度在0.2m/s左右，電極絲多