模具特種加工技術(shù)

第3章模具的特種加工技術(shù)（1）掌握電火花成形及線切割的原理及特點。（2）掌握電火花成形的基本規(guī)律及工藝過程。（3）能進(jìn)行電火花線切割程序的編制（3B），了解4B程序及ISO程序。（4）掌握電火花線切割工藝過程。（5）了解激光加工及超聲波的特點及在模具加工中的應(yīng)用。本章教學(xué)目的及要求定義：直接利用電能、化學(xué)能、光能和聲能對工件進(jìn)行加工，以達(dá)到一定形狀尺寸和表面粗糙度要求的一種加工方法。類型：電火花成形加工、電火花線切割加工、電解加工、電鑄、電化學(xué)拋光、化學(xué)加工、激光加工、超聲加工等。模具特種加工技術(shù)3.1電火花成形加工3.2電火花線切割加工3.3超聲加工與激光加工3.1電火花成形加工定義：

（electricaldischargemachining，EDM），又稱放電加工或電蝕加工，是指在一定的介質(zhì)中，通過工具電極和工件電極間脈沖放電時的電腐蝕作用對工件進(jìn)行加工的一種工藝方法。適用場合：高熔點、高強(qiáng)度、高純度、高韌性材料，可加工特殊及復(fù)雜形狀的零件。一、基本原理基于工具電極與工件電極（正極與負(fù)極）之間生火花放電的電腐蝕現(xiàn)象對工件進(jìn)行加工。電器開關(guān)在開和關(guān)的時候會產(chǎn)生火花從而使電器開關(guān)觸頭被燒損。3.1.1電火花成形加工的基本原理和特點圖3.1電火花加工原理圖被加工的工件電極工具電極工作液（槽）工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)脈沖電源當(dāng)電壓升高到電極和工件間隙中工作液的擊穿電壓時，會使工作液在絕緣強(qiáng)度最低處被擊穿，產(chǎn)生火花放電?；鸹ǚ烹娨鸬乃查g高溫使工件和電極表面都被蝕除掉一小塊材料。

圖3.2加工表面的局部放大圖二、電火花成形加工的基本條件1.脈沖電源電火花成形時必須具有波形為單向的脈沖電源，如圖3.3所示。

圖3.3脈沖電流波形ti—脈沖寬度；t0—脈沖間隔；T=ti+t0—脈沖周期；Ie—峰值電流2.足夠的放電能量脈沖放電點必須有足夠的火花放電強(qiáng)度使局部金屬熔化和汽化。3.絕緣介質(zhì)

為使脈沖放電重復(fù)進(jìn)行，極間需充有一定的絕緣液體介質(zhì)，使脈沖放電產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物及時擴(kuò)散、排出。一般有煤油、皂化液和去離子水等。4.間隙

工具電極與工件電極之間保持一定的間隙。三、電火花加工的特點1.可以加工任何硬、脆、韌及高熔點的金屬材料。2.電極和工件在加工過程中不接觸，電極材料不必比工件材料硬。可以加工小孔、深孔、窄縫零件。3.保證良好的加工精度和表面質(zhì)量。4.在一臺機(jī)床上實現(xiàn)粗、中、精及精微加工。5.便于實現(xiàn)加工過程自動控制。1.介質(zhì)擊穿和通道形成2.能量轉(zhuǎn)換、分布與傳遞3.電極材料的拋出4.極間介質(zhì)消電離工具電極工件電極液體介質(zhì)由此可知：加工表面實際上是由一系列凹坑組成的，但現(xiàn)在已經(jīng)能夠做到鏡面加工3.1.2電火花成形加工過程放電狀態(tài)微觀圖1—陽極；2—陽極汽化、熔化區(qū)；3—熔化的金屬微粒；4—工作介質(zhì)；5—凝固的金屬微粒；6—陰極汽化、熔化區(qū)；7—陰極；8—放電通道；9—氣泡；10—覆蓋層；11—新的凸邊一、介質(zhì)擊穿和通道形成在一定的液體介質(zhì)中，當(dāng)脈沖電壓施加在電極與工件之間時，兩極間立即形成一個電場。當(dāng)極間距離逐漸縮小或是極間脈沖電壓不斷增大時，極間某一距離最小的尖端處（電場強(qiáng)度最大處）電場強(qiáng)度將超過極間的介電強(qiáng)度，電子高速向陽極運(yùn)動，撞擊介質(zhì)中的分子和原子，發(fā)生雪崩式的碰撞電離，形成放電通道。二、能量轉(zhuǎn)換、分布與傳遞

電極和工件間介質(zhì)一旦被擊穿放電，電源就通過放電通道瞬時釋放能量，電能轉(zhuǎn)換為熱能、動能、磁能、光能、聲能以及電磁波輻射能等。其中大部分轉(zhuǎn)換為熱能，產(chǎn)生高溫，使兩極放電點的局部金屬熔化或汽化、通道周圍的介質(zhì)汽化和熱分解。三、電蝕產(chǎn)物的拋出

高溫?zé)嵩词构ぜ烹婞c部分材料汽化，產(chǎn)生很大的熱爆炸力，把熔融金屬拋出，并在工件表面留下一個小凹坑。

實際上，熔化和汽化了的金屬在拋離電極表面時向四處飛濺，除絕大部分拋入工作液中收縮成小顆粒外，有一小部分飛濺、鍍覆、吸附在對面的電極表面上。四、間隙介質(zhì)的消電離

消電離：指放電通道中的帶電粒子復(fù)合為中性粒子，恢復(fù)放電通道處介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度。間隙介質(zhì)消電離可以避免總是重復(fù)在同一處發(fā)生放電而導(dǎo)致電弧放電，保證按兩極相對最近處或電阻率最小處形成下一個擊穿放電的通道。圖3.4電火花成形加工設(shè)備1—床身；2—液壓油箱；3—加工槽；4—主軸頭；5—立柱；6—工作液過濾箱；7—電源箱四部分：脈沖電源、自動控制系統(tǒng)、機(jī)床本體、工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)。3.1.3電火花成形機(jī)床及附件簡介一、脈沖電源作用：把工頻交流電流轉(zhuǎn)換成一定頻率的單向脈沖電流，以供給電極放電所需要的能量。生產(chǎn)中常使用晶體管脈沖電源。二、機(jī)床主體

●主軸頭：進(jìn)給系統(tǒng)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、電極夾具和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

●床身和立柱：是機(jī)床的主要基礎(chǔ)件，要有足夠的剛度，床身工作臺面與立柱導(dǎo)軌面之間應(yīng)有一定的垂直度要求，導(dǎo)軌應(yīng)具有良好的耐磨性和應(yīng)充分消除材料的內(nèi)應(yīng)力。

●工作臺：可作縱向和橫向移動，并帶有坐標(biāo)測量裝置。

基本組成：主軸頭、床身、立柱、工作臺和工作液槽。

機(jī)床主要規(guī)格：

根據(jù)我國機(jī)械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電火花成形機(jī)床均用D7l加上工作臺臺面寬度（mm)的1／10表示。D7120，D71100作用：確保電極和工件之間在加工過程中始終保持一定的放電間隙，自動補(bǔ)償間隙的大小。三、間隙自動控制系統(tǒng)間隙自動控制系統(tǒng)主要有三大類：電磁懸浮式（目前已少見)；電液壓式（噴嘴擋板式）；電動機(jī)式（伺服電動機(jī)式、步進(jìn)電動機(jī)式、寬調(diào)速電動機(jī)式、力矩電動機(jī)式）。

作用：使一定壓力的工作液流經(jīng)放電間隙，將電蝕產(chǎn)物排出，并對使用過的工作液進(jìn)行過濾和凈化。循環(huán)方法：抽油式，沖油式。四、工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)圖3.6工作液的循環(huán)方式?jīng)_油式：將清潔的工作液強(qiáng)迫沖入放電間隙，使工作液連同電蝕產(chǎn)物一起從電極側(cè)面間隙排出。壓力為0～0.2MPa、精加工一般為0.4～0.6MPa。抽油式：從電極間隙抽出工作液，使用過的工作液連同電蝕產(chǎn)物一起經(jīng)過工件待加工面而被排出。壓力只需0～0.05MPa。五、機(jī)床主要附件1.電極夾具

在電火花成形加工機(jī)床上裝夾與調(diào)整電極的裝置。圖3.7球面鉸鏈?zhǔn)诫姌O調(diào)節(jié)裝置1—緊定螺釘；2—調(diào)節(jié)螺釘；3—球面墊圈；4—下調(diào)節(jié)板

圖3.8十字鉸鏈?zhǔn)诫姌O夾具結(jié)構(gòu)圖1—標(biāo)準(zhǔn)套；2—緊定螺釘；3—絕緣板；4—下底板；5—十字板；6—上板；7—調(diào)節(jié)螺釘；8—鎖緊螺釘；9—圓柱銷；10—導(dǎo)線固定螺釘2.平動頭解決修光側(cè)壁和提高尺寸精度。當(dāng)用同一個電極進(jìn)行粗加工，工件大部分余量蝕除后，其底面和側(cè)壁四周的表面粗糙度很差，為了提高加工精度和表面粗糙度，就需轉(zhuǎn)換成較弱的電規(guī)準(zhǔn)逐檔進(jìn)行半精加工和精加工。由于后檔電規(guī)準(zhǔn)要求的放電間隙小于前檔，工具電極與工件底面之間的放電間隙可通過主軸進(jìn)給進(jìn)行調(diào)節(jié)，而與四周側(cè)壁間的放電間隙就需采用平動頭進(jìn)行調(diào)節(jié)。動作原理

利用偏心機(jī)構(gòu)將伺服電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過平動軌跡保持機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)化成電極上每一個質(zhì)點都能圍繞其原始位置在水平面內(nèi)作平面小圓周運(yùn)動，類似于篩篩子的運(yùn)動，許多小圓的外包線就形成加工表面，如圖3.9所示。圖3.9平動加工原理3.油杯

油杯是實現(xiàn)工作液沖油或抽油強(qiáng)迫循環(huán)的一個主要附件。油杯的形狀一般有圓形和長方形兩種，其側(cè)壁和底邊上開有沖油和抽油孔，如圖3.10所示。圖3.10油杯結(jié)構(gòu)圖1—工件；2—油杯蓋；3—管接頭；4—抽油抽氣管；5—底板；6—油塞；7—油杯體

在放電電極間隙沖油或抽油，可使電蝕產(chǎn)物及時排出。加工時，工作液會分解產(chǎn)生氣體（主要是氫氣），這種氣體如不及時排除，就會存積在油杯里，當(dāng)火花放電引燃時，將產(chǎn)生放炮現(xiàn)象，造成電極與工件位移，給加工帶來很大影響，影響被加工工件的尺寸精度，因此緊挨在工件底面設(shè)置了抽油抽氣管（如圖3.10中4所示）。影響電火花加工效果的主要因素：

●加工速度；

●加工精度；

●加工表面質(zhì)量；

●工具電極損耗。3.1.4電火花成形加工的基本規(guī)律一、影響加工速度的主要因素加工速度：

電火花成形加工的速度是指在一定的電規(guī)準(zhǔn)（脈沖電源的參數(shù)）下，單位時間內(nèi)工件的電蝕量。一般采用體積加工速度（mm3/min）表示；為了測定方便，有時也采用質(zhì)量加工速度（g/min）表示。影響加工速度的主要因素：電規(guī)準(zhǔn)、極性效應(yīng)、工件材料的熱學(xué)性質(zhì)、工作液、排屑條件等。

電規(guī)準(zhǔn)是指脈沖電源提供給電火花成形加工的脈沖寬度、脈沖間隔和峰值電流。1.電規(guī)準(zhǔn)（電參數(shù)）

每個脈沖放電，都會在工件表面形成一個高溫?zé)嵩炊挂欢ǖ墓ぜ牧衔g除，并在工件表面留下一個微小的凹坑。而且脈沖的能量愈大，傳遞給工件上的熱量就愈多，被蝕除的材料也愈多，并近似于正比例關(guān)系。2.極性效應(yīng)極性效應(yīng)：即使工件和電極材料完全相同，也會因為所接電源的極性不同而有不同的蝕除速度，這一現(xiàn)象稱為“極性效應(yīng)”。把工件接在脈沖電源正極時稱為“正極性加工”；反之，把工件接脈沖電源負(fù)極時稱為“負(fù)極性加工”。產(chǎn)生的原因：

兩極間電離后，產(chǎn)生的正離子和電子質(zhì)量不相等。長脈沖時選負(fù)極性加工，短脈沖時選正極性加工。如何強(qiáng)化極性效應(yīng)（1）電火花成形加工必須采用單向脈沖電源。（2）正確選擇加工極性。用ti＜20μs的短脈沖進(jìn)行精加工時，采用正極性加工；用ti＞50μs的長脈沖進(jìn)行粗、中加工時，采用負(fù)極性加工。（3）用導(dǎo)熱性好、熔點高的材料作工具電極，可有效降低工具電極的損耗。（4）根據(jù)不同的脈沖放電能量，合理選用脈沖放電持續(xù)時間（即脈寬ti）。3.金屬材料的熱學(xué)常數(shù)（1）金屬的熔點。（2）金屬的沸點。（3）比熱容。（4）熔化熱。（5）汽化熱。（6）導(dǎo)熱系數(shù)。……上述指標(biāo)越大，加工速度越慢。4.工作液的作用（1）形成電火花放電通道，并在放電結(jié)束后迅速恢復(fù)間隙的絕緣狀態(tài)。（2）對放電通道起壓縮作用，使放電能量集中。（3）將電蝕產(chǎn)物從放電間隙中帶出來。（4）在加工中冷卻電極和工件表面。

黏度小、流動性好、滲透性好的工作液有利于電加工質(zhì)量，但黏度小不利于提高加工速度。5.排屑條件排屑通暢，有利于提高加工的穩(wěn)定性。二、影響加工精度的主要因素1．尺寸精度

（1）間隙一致性。（2）間隙大小。間隙越大，影響越嚴(yán)重。因此，為了減少加工誤差，應(yīng)該采用較小的加工電規(guī)準(zhǔn)，縮小放電間隙，這樣不但能提高仿形精度，而且放電間隙愈小，可能產(chǎn)生的間隙變化量也愈小。（3）工具電極損耗也會直接影響尺寸的加工精度。2．形狀精度圖3.11電火花加工時的加工斜度斜度（1）上面入口處加工的時間長，產(chǎn)生二次放電的機(jī)會多，間隙擴(kuò)大量也大。而接近底端的側(cè)面，因加工時間短，放電的機(jī)會少，間隙擴(kuò)大量也小，因而加工時側(cè)面會產(chǎn)生斜度。（2）另外因為電極的下端加工時間長，絕對損耗量大，而上端加工時間短，絕對損耗量小，使電極變成一個有斜度的錐形電極。斜度產(chǎn)生過程圓角

電火花加工時，電極上的尖角和凹角很難精確地復(fù)制在工件上，而是形成一個小圓角。當(dāng)電極為凹角時，工件上對應(yīng)的尖角處放電蝕除的機(jī)率大，容易遭受腐蝕而形成圓角，見上左圖（1—工件；2—電極）。當(dāng)電極為尖角時，一方面由于放電間隙的等距離特性，工件上只能加工出以尖角頂點為圓心、放電間隙δ為半徑的圓弧；另一方面電極尖角處電場集中，放電蝕除的機(jī)率很大而損耗成圓角，見上右圖。三、影響加工表面質(zhì)量的主要因素1.表面粗糙度2.表面變質(zhì)層3.顯微裂紋1．表面粗糙度影響因素：（1）單個脈沖放電能量。因為脈沖放電能量大，放電小凹坑既大又深，從而使表面粗糙度變差。（2）工件材料對加工表面粗糙度也有影響，熔點高的材料在相同的脈沖能量下加工的表面粗糙度值要比熔點低的材料小。當(dāng)然，加工速度會相應(yīng)下降。此外，工件被加工的側(cè)表面的表面粗糙度值會比底面的小一級。加工速度與表面粗糙度是一個矛盾體2．表面變質(zhì)層

電火花加工過程中，在火花放電的瞬時高溫和工作液的冷卻作用下，工件加工表面層會發(fā)生組織變化（圖3.13）。圖3.13電火花加工表面變化層斷面表面變質(zhì)層分為：熔融凝固層（包括新附著的松散層A、急冷凝固層B）；淬火層；熱影響層。3．顯微裂紋

電火花加工表面由于受到高溫作用并迅速冷卻而產(chǎn)生拉應(yīng)力，往往會出現(xiàn)顯微裂紋。實驗表明，一般顯微裂紋僅在熔融凝固層內(nèi)出現(xiàn)，只有在脈沖能量很大的情況（用粗規(guī)準(zhǔn)加工時）下才有可能擴(kuò)展到熱影響層。放電痕剖面示意圖

放電痕是由于電腐蝕現(xiàn)象而產(chǎn)生的凹坑。

放電柱汽化區(qū)熔化區(qū)凝固層無變化區(qū)熱影響區(qū)凸起四、電極相對損耗工具電極相對損耗（簡稱電極損耗）θ

θ=vE/vW×100％

實現(xiàn)高效低損耗加工，具體途徑如下：1．正確選擇加工極性

一般來說，采用窄脈沖精加工時應(yīng)選用正極性加工，而在較長脈沖進(jìn)行粗、中粗加工時則采用負(fù)極性加工。2．利用吸附效應(yīng)建立炭黑保護(hù)層

炭黑保護(hù)層有很好的抗蝕作用，如果建立在電極表面，就可以起到保護(hù)和補(bǔ)償作用，實現(xiàn)低損耗或無損耗加工。3．選用合適的材料作電極

為了獲得高效低損耗加工，應(yīng)選用加工穩(wěn)定性好、損耗小、加工工藝性好的材料作電極。目前應(yīng)用最多的電極材料是石墨和紫銅。電極材料電火花加工性能機(jī)械磨削的可加工性說明加工穩(wěn)定性電極損耗紫

銅好較小較差常用電極材料，但磨削加工困難石

墨較好較小好常用電極材料，但機(jī)械強(qiáng)度差，制造電極時粉塵較大鑄

鐵一般一般好常用電極材料鋼較差一般好常用電極材料黃

銅好較大一般較少采用銅鎢合金好小一般價格較高、材料來源少。多用于深長直壁孔、硬質(zhì)合金穿孔加工等銀鎢合金好小一般是較好的電極材料，但價格昂貴，只適于特殊加工要求，如用于加工精密沖模表3.2常用電極材料的性能常見坐標(biāo)軸：

三個直線移動的坐標(biāo)軸X、Y、Z軸。

三個轉(zhuǎn)動的坐標(biāo)軸系統(tǒng)，其中繞X軸轉(zhuǎn)動的稱A軸、繞Y軸轉(zhuǎn)動的稱B軸、繞Z軸轉(zhuǎn)動的稱C軸。C軸運(yùn)動可以是數(shù)控連續(xù)轉(zhuǎn)動，也可以是不連續(xù)的分度轉(zhuǎn)動或某一角度的轉(zhuǎn)動。有些機(jī)床主軸Z軸可以連續(xù)轉(zhuǎn)動，但不是數(shù)控的，這不能稱作C軸，只能叫作R軸。3.1.5電火花機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)一、電火花加工單軸數(shù)控系統(tǒng)

在電火花單軸（往往是Z軸）數(shù)控系統(tǒng)出現(xiàn)以前，曾出現(xiàn)過單軸數(shù)顯。在電機(jī)驅(qū)動的非數(shù)控機(jī)床上，也可以在Z軸（單軸）或X、Y、Z三軸上都裝上數(shù)顯，成為高性能的手工操作機(jī)床，可以控制定位尺寸精度在±0.01mm以內(nèi)。

采用步進(jìn)電動機(jī)以及帶細(xì)分功能的步進(jìn)電動機(jī)，較易實現(xiàn)電火花加工的數(shù)控和數(shù)顯。步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動的數(shù)控系統(tǒng)線路簡單、成本低廉、工作可靠，但力矩和調(diào)速性能較差，一般只用于中、小型電火花成形加工機(jī)床。

各種直流伺服電動機(jī)和交流伺服電動機(jī)的性能不斷提高，價格不斷降低，已廣泛用于各種高、中檔電火花加工機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)中。開環(huán)控制、半閉環(huán)控制和全閉環(huán)（簡稱閉環(huán)）控制系統(tǒng)。數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)分類（1）開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)：簡單、可靠、成本低，用于進(jìn)給精度要求不高的場合。

（2）半閉環(huán)系統(tǒng)：只用于伺服電動機(jī)同軸安裝的碼盤，不用磁尺光柵等直線位移傳感器，比閉環(huán)系統(tǒng)簡單可靠，節(jié)省成本，是目前中檔電火花成形加工機(jī)床廣泛采用的系統(tǒng)。它雖不能修正、消除傳動絲杠螺距誤差和螺母間隙正反轉(zhuǎn)時引起的誤差，但可以用軟件來補(bǔ)償、減少這些誤差。

（3）閉環(huán)系統(tǒng)：高檔數(shù)控電火花成形加工機(jī)床要求進(jìn)給精度很高時，應(yīng)采用有光柵、磁尺等位置檢測元件的閉環(huán)系統(tǒng)，它依靠精密的光柵、磁尺等可直接消除絲杠的螺距誤差和絲杠螺母間隙在正反轉(zhuǎn)時引起的誤差。二、數(shù)控多軸聯(lián)動成形工藝定義：電火花數(shù)控多軸聯(lián)動加工是一種新型的電火花成形加工工藝，又稱為電火花銑削加工、電火花創(chuàng)成加工、電火花展成加工等。特點：工藝采用簡單形狀的工具電極（空圓柱棒電極），加工中作高速旋轉(zhuǎn)，利用UG等軟件的數(shù)據(jù)文件自動生成加工指令，仿銑加工平面輪廓曲線和三維空間復(fù)雜曲面。多軸聯(lián)動加工是針對簡單的單軸加工來說的。多軸聯(lián)動中的幾個軸（至少有兩個軸）能同時聯(lián)動，類似于多軸控制的數(shù)控銑削，可以實現(xiàn)以簡單電極加工出復(fù)雜零件。如復(fù)雜的型腔模，需采用X、Y、Z三軸數(shù)控聯(lián)動加工。1．電火花數(shù)控多軸聯(lián)動數(shù)控系統(tǒng)圖3.14聯(lián)動插補(bǔ)功能示意圖三軸三聯(lián)動和三軸兩聯(lián)動加工。2.數(shù)控電火花加工方法

利用工作臺或滑板按一定軌跡在加工過程中作微量運(yùn)動，通常將這種加工稱為搖動加工。數(shù)控?fù)u動加工作用：（1）可逐步修光側(cè)面和底面。（2）可以精確控制尺寸精度，提高加工精度。（3）可加工出清棱、清角的側(cè)壁和底邊。（4）變?nèi)婕庸榫植考庸?，改善加工條件，有利于排屑和穩(wěn)定加工，可以提高加工速度。（5）由于尖角部位的損耗小，電極根數(shù)可以減少。（1）圓搖動。分類圖3.15圓搖動和加工形狀的關(guān)系

由于圓搖動向電極所有的方向均勻地擴(kuò)大尺寸，所以可以對應(yīng)所有的形狀。但在電極的內(nèi)角部位，半徑有相當(dāng)于搖動量大小的減少；而外角部位，半徑有相當(dāng)于搖動量大小的增加。（2）正方形搖動

由于正方形搖動沿電極的X軸和Y軸進(jìn)行平行搖動，所以在四角尖角處容易得到銳邊，但在圓弧部位擴(kuò)大量增加。圖3.16正方形搖動和加工形狀的關(guān)系（3）復(fù)雜形狀的搖動加工

同一電極上有方形和圓時，在用圓搖動進(jìn)行加工中，邊角部分的形狀容易被破壞，如圖3.17（a）所示。另外，在用正方形搖動加工中，半圓部分的形狀容易被破壞，如圖3.17（b）所示。（a）圓形搖動（b）正方形搖動圖3.17復(fù)雜形狀不同搖動加工的效果

需要想辦法減小精加工電極的縮小量，把邊角部分和半圓部分的形狀破壞量控制在最小限度之內(nèi)。

正方形和半圓部分都要求進(jìn)行高精度加工時，需要采取措施，對正方形和半圓部分分別制作電極，用符合各自形狀的電極進(jìn)行搖動加工。

電火花加工主要用于凹模類零件的加工，凹模類零件主要包括型腔和型孔。由于型孔類凹?？梢圆捎镁€切割的工藝加工，所以這里主要討論型腔類模具的加工。3.1.6模具的電火花加工型腔型孔一、型腔模電火花加工的工藝特點和工藝方法（1）要求電極損耗小，以保證型腔模的成形精度。（2）成形過程蝕除量大，要求加工速度快。（3）粗加工后的側(cè)面修光較難，必須更換精加工電極或利用平動頭進(jìn)行側(cè)面修光。工藝特點如下：1.單電極平動加工法2.多電極更換法3.分解電極加工法4.數(shù)控?fù)u動加工5.數(shù)控多軸聯(lián)動加工工藝方法選擇：

1.單電極平動法定義：是采用機(jī)床的平動頭，用一個電極完成型腔的粗、中、精加工的一種方法。加工原理：先采用低損耗高生產(chǎn)率的電規(guī)準(zhǔn)粗加工，然后用平動頭作平面圓周運(yùn)動，逐級轉(zhuǎn)換電規(guī)準(zhǔn)，增加平動量，完成型腔的最后加工。圖3.18型腔平動加工過程優(yōu)點：是只需要一個電極一次裝夾定位，便可達(dá)到±0.05mm的加工精度。缺點：很難加工出清棱、清角的型腔模，一般清角圓弧半徑大于偏心半徑。此外，電極在粗加工中因材料熱疲勞容易引起表面龜裂，影響型腔表面粗糙度。為彌補(bǔ)這些缺陷，可采用精度較高的重復(fù)定位夾具。將粗加工后的電極取下來，經(jīng)均勻修光后，再重復(fù)定位裝夾，利用平動頭完成型腔精加工。2.多電極更換法

一般用于精密型腔的加工，就是采用多個電極依次更換但采用不同的電規(guī)準(zhǔn)加工同一個型腔的方法，這樣就要求電極制造的一致性和精度要高，裝夾定位的精度要高。3.分解電極加工法

是前兩種的綜合應(yīng)用。將型腔分成主型腔和副型腔分別采用主電極和負(fù)電極分別進(jìn)行加工。先用主電極加工，再用副電極加工清角、清棱或窄縫等內(nèi)加工部分。4．?dāng)?shù)控?fù)u動加工（a）搖動加工修光六角型孔側(cè)壁和底面（b）搖動加工修光半圓柱側(cè)壁和底面（c）搖動加工修光半球柱的側(cè)壁和球頭底面（d）圓柱形工具電極搖動展成加工出任意角度的內(nèi)圓錐面

圖3.19電火花搖動加工(a)(b)(c)(d)特點：電極的設(shè)計與制造極為簡單（不需要制造復(fù)雜的成形電極），工藝準(zhǔn)備周期短，成本低，能加工機(jī)械切削難以加工的材料，易于實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)，是實現(xiàn)面向產(chǎn)品零件的電火花成形加工技術(shù)的有效途徑。

主要用于航空發(fā)動機(jī)、燃汽輪機(jī)制造領(lǐng)域。5．?dāng)?shù)控多軸聯(lián)動加工圖3.20多軸聯(lián)動凸模加工圖3.21多軸聯(lián)動凹模加工圖3.22多軸聯(lián)動外螺紋加工圖3.23多軸聯(lián)動斜齒輪型腔加工二、電極：電極結(jié)構(gòu)、尺寸、材料整體式組合式鑲拼式1.電極結(jié)構(gòu)形式的確定（1）整體式電極適用于尺寸大小和復(fù)雜程度都一般的型腔加工。可分為有固定板和無固定板兩種形式。無固定板式多用于型腔尺寸小、形狀簡單、只用單孔沖油或排氣的情況。有固定板式則用于尺寸較大、形狀較復(fù)雜、采用多孔沖油或排氣的情況。（2）組合式電極適用于一模多腔的情況，可以大大提高加工速度，簡化各型腔之間的定位工序，提高定位精度。

（3）鑲拼式電極適用于型腔尺寸較大，或型腔形狀復(fù)雜，分塊才容易制造的電極。2.電極尺寸的確定式中

ai——電極水平方向上的基本尺寸，mm；Ai——型腔的基本尺寸，mm；K——與型腔尺寸標(biāo)注有關(guān)的系數(shù)；b——電極單邊縮放量，mm。（1）電極水平尺寸也稱電極橫截面尺寸，即電極與主軸進(jìn)給方向垂直的尺寸。ai＝Ai

±Kb圖3.25電極水平截面尺寸縮放示意圖1）“±”號按下列原則確定：凡圖樣上型腔凸出部分，其相對應(yīng)的電極凹入部分的尺寸要放大，即用“+”號；反之，則要縮小，用“-”號。2）K值按下列原則選?。寒?dāng)圖樣上型腔尺寸完全注在輪廓線上時，K=2；一端在中心線或非輪廓線上時，K=1；型腔中心線之間的位置尺寸以及角度數(shù)值，電極上相對應(yīng)的尺寸不縮放，K=0。3）單邊縮放量b的確定：中、小型電極的單邊縮放量b粗加工時可在0.15~0.5mm范圍內(nèi)選取，精加工時可在0.07~0.15mm范圍內(nèi)選取。

電極雙邊縮放量取0.4mm。

序號凹模型腔尺寸/mm電極截面尺寸及公差/mm145+0.0544.6+0.03210±0.0310±0.02330+0.0529.6+0.03410-0.0510.4-0.035R3R2.86R2R2.2電極各尺寸公差取相應(yīng)尺寸公差的1/3~1/2。（2）電極垂直方向的尺寸電極與主軸進(jìn)給方向平行的剖面尺寸，可用下式確定式中

l——電極垂直方向尺寸，mm；L——型腔深度方向的尺寸，mm；K′——與尺寸標(biāo)注有關(guān)的系數(shù)，如線性尺寸時K′取1；

r——電極端面損耗的總量，mm。電極各尺寸的公差范圍，取型腔相應(yīng)尺寸允許公差的1/3~1/2。（3）電極總高度h＝l＋ll＋l2h——除裝夾部分之外的電極總高度，mm；l——電極加工一個型腔的有效高度，mm；ll——當(dāng)加工的型腔位于另一個型腔中時需增加的高度，mm；l2——考慮加工結(jié)束時，電極夾具和固定板不與模塊或壓板發(fā)生碰撞而應(yīng)增加的高度，mm。型腔加工的電極總高度h必須根據(jù)工藝需要、電極使用次數(shù)以及裝夾要求等因素來確定，圖3.26電極總高度3.排氣孔與沖油孔設(shè)計設(shè)計原則：（1）一般情況下，沖油孔要開在不易排屑的拐角、窄縫處；而排氣孔則開在蝕除面積較大以及電極端部凹入的位置。（2）沖油孔的布置需注意不可出現(xiàn)無工作液流經(jīng)的“死區(qū)”。（3）排氣孔和沖油孔的直徑約為平動量的1~2倍，一般取φ1~1.5mm。為有利于排氣排屑，常把排氣孔、沖油孔的上端孔徑加大到φ5~8mm。孔距在20~40mm左右，位置相對錯開，以避免加工表面出現(xiàn)“波紋”。

為改善排氣、排屑條件，大、中型型腔模加工時電極都設(shè)計有排氣、沖油孔。三、型腔電火花加工工藝過程1.加工前的準(zhǔn)備（1）工藝方法選擇：選擇合適的型腔電火花加工工藝方法。目前，國內(nèi)普遍采用的是單電極平動法。（2）電極準(zhǔn)備：電極的設(shè)計制作。紫銅電極的制造主要采用機(jī)械加工方法，并配合鉗工的修光來達(dá)到預(yù)定要求。也有采用數(shù)控線切割、電鑄、精鍛、擠壓成形等代替機(jī)械加工，然后用鉗工精修。石墨電極的制造也是采用機(jī)械加工方法，然后進(jìn)行修整拋光。

（3）工件準(zhǔn)備：備料、機(jī)加工去余料、熱處理等。2.電極的裝夾與校正電極的裝夾與校正是指把電極裝夾在主軸的電極夾具上，并使電極軸線與主軸進(jìn)給軸線一致，保證電極與工作臺面和工件垂直、電極水平面的X軸與工作臺和工件的X軸平行。常用的校正方法如下：（1）按電極側(cè)面校正電極，

當(dāng)電極側(cè)面面積為較大的直壁面時，可用千分表（或百分表）校正電極上、下、左、右（或前后）移動時的位置。百分表校正法1—電極；2—百分表；3—百分支架；4—電極裝夾套（2）按電極（或固定板）的上端面作輔助基準(zhǔn)面校正電極的垂直度，如圖3.27所示。按它們的平直側(cè)面校正電極的水平位置。圖3.27電極的校正（3）按電極端面火花放電校正。如果電極端面為平面，可用精規(guī)準(zhǔn)使電極與模塊平面進(jìn)行火花放電，通過調(diào)節(jié)使四周均勻地出現(xiàn)放電火花，即可完成電極的校正。3.工件的裝夾與校正

型腔模一般都由上、下模組成，為使制品不產(chǎn)生拼縫，應(yīng)采取措施保證上、下模定位準(zhǔn)確，合模時不致發(fā)生上、下模錯位現(xiàn)象，具體方法有如下幾種：（1）十字線定位法。（2）定位板定位法。（3）以基準(zhǔn)面進(jìn)行數(shù)控定位。（1）十字線定位法

角尺測十字線的定位方法

1—凹模板；2—刀口角尺；3—電極固定板

在電極或電極固定板兩側(cè)面劃出中心十字線，同時在模塊上也劃出中心線，加工時保證電極與模塊相應(yīng)的十字線對準(zhǔn)即可。這種方法簡便易行，但精度不高，定位精度只能達(dá)到±0.3~0.5mm。（2）定位板定位法

在電極固定板和工件上分別加工出一對角尺的基準(zhǔn)面，并在電極定位基準(zhǔn)面上固定兩塊平直的定位板。定位時將工件的角尺面和相應(yīng)的定位板緊貼，再將工件壓緊，卸去定位板即告完成。這種定位法的精度較十字線法高。類似的定位法也有用定位套的，主要用于小型模具。（3）以基準(zhǔn)面進(jìn)行數(shù)控定位

用數(shù)控電火花成形機(jī)床加工時，以工件側(cè)面為基準(zhǔn)，進(jìn)行數(shù)值式的坐標(biāo)定位，也可以自動找中心，其定位精度可達(dá)±0.01~±0.02mm，是一種理想的定位方法。如果是帶數(shù)顯裝置的普通電火花成形機(jī)床，也可以進(jìn)行數(shù)值式的坐標(biāo)定位。不過，定位校正過程不是自動的，而是依賴人工操作。4.電規(guī)準(zhǔn)的選擇與轉(zhuǎn)換（1）電規(guī)準(zhǔn)的選擇

為了獲得好的工藝效果，在電火花加工過程中一般都是用粗規(guī)準(zhǔn)加工出型腔的基本輪廓，以獲得較高的加工速度和較低的電極損耗；然后用中、精規(guī)準(zhǔn)逐級修光，以達(dá)到所需的表面粗糙度和加工精度。

1）粗規(guī)準(zhǔn)一般選脈沖寬度ti

＞400μs、脈沖電流幅值大的一組脈沖參數(shù)來進(jìn)行粗加工。

2）中規(guī)準(zhǔn)是粗、精規(guī)準(zhǔn)之間的過渡參數(shù)，其脈沖寬度為50~400μs。

3）精規(guī)準(zhǔn)的脈沖寬度一般在20μs以下，工作電流也很小。（2）電規(guī)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換

電規(guī)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的擋數(shù)必須根據(jù)具體對象確定。一般粗加工規(guī)準(zhǔn)一般選定一擋，半精加工規(guī)準(zhǔn)選2~4擋，精加工規(guī)準(zhǔn)選2~4擋。轉(zhuǎn)換的原則是下一擋規(guī)準(zhǔn)加工的表面粗糙度是上一擋的1/2~1/3，而所留的加工余量（或稱修光余量）大約為3Rz左右。四、典型加工實例

圖3.28所示注射模鑲塊，材料為40Cr，硬度為38~40HRC，加工表面粗糙度為Ra0.8μm，要求型腔側(cè)面棱角清晰，圓角半徑R小于0.2mm。圖3.28注射模鑲塊

1.工藝方法選擇選用單電極平動法進(jìn)行電火花成形加工，為保證側(cè)面棱角清晰（R＜0.3mm），其平動量應(yīng)小，取δ0＜0.25mm。

2.工具電極設(shè)計與制造（1）電極材料。（2）電極結(jié)構(gòu)與尺寸。（3）電極制造。（4）鑲塊坯料加工。（5）電極與鑲塊的裝夾與定位。（6）電火花成形加工。1．電火花磨削加工原理：與電火花成形加工相同，也是依靠脈沖性火花放電時產(chǎn)生的瞬時高溫?zé)嵩窗呀饘傥g除下來。特點：減小了拉弧現(xiàn)象的發(fā)生，提高了脈沖利用率和加工穩(wěn)定性，加工成本降低。3.1.7其他電火花加工及其應(yīng)用圖3.30常見電火花磨削示意圖（a）電火花內(nèi)圓磨削（b）電火花外圓磨削（c）電火花平面磨削（d）電火花成形磨削（1）電火花小孔磨削加工

一些深而小的孔，尺寸精度和表面質(zhì)量要求比較高，工件材料的力學(xué)性能也比較差。若采用傳統(tǒng)的磨削加工，因砂輪軸較細(xì)，剛度很差，轉(zhuǎn)速低，因此磨削效率低下，表面粗糙度也不是很理想。采用電火花磨削加工，則可在不高的加工轉(zhuǎn)速下達(dá)到很滿意的加工效果。小孔磨削時，工具電極與工件不直接接觸，不存在機(jī)械切削力，不會因切削力引起工件的變形。電火花磨削時電極對的運(yùn)動形式有兩種：一種是工具電極作徑向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，同時作行星運(yùn)動，如圖3.31（a）所示；另一種是工具電極或工件作軸向往復(fù)運(yùn)動，工件旋轉(zhuǎn)作進(jìn)給運(yùn)動，如圖3.31（b）所示。圖3.31電火花小孔磨削加工示意圖

電火花小孔磨削適合于磨削直徑3mm以下的深小孔和錐孔，可用于加工彈簧夾頭、微型軸承、組合夾具、鉆套、模具和閥體等零件的小孔，故應(yīng)用比較廣泛。（2）電火花鏜磨加工電火花鏜磨只有工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動、工件或者電極的往復(fù)運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動，而工具電極沒有旋轉(zhuǎn)。絲電極通常用紫銅制成，直徑一般為0.5～2mm。圖3.32電火花鏜磨示意圖1－螺釘；2－絲電極（工具電極）；3－工作液管；4－工作臺；5－弓形架；6－電動機(jī)；7－三爪自定心卡盤；8－工件；9－脈沖電源

特點：電火花鏜磨雖然生產(chǎn)效率比較低，但加工精度高，表面粗糙度Ra可小于0.32μm，小孔的圓度可達(dá)到0.003～0.005mm。2.電火花強(qiáng)化

電火花強(qiáng)化的原理是利用硬的材料如硬質(zhì)合金、鎢等作工具電極，在工具電極和工件之間接上直流或交流電源，由于振動器的作用，使電極和工件間隙頻繁通斷變化，二者之間不斷產(chǎn)生火花放電，從而將硬的材料涂覆到工件表面，實現(xiàn)對金屬表面的強(qiáng)化。圖3.33電火花強(qiáng)化過程1—工具電極；2—工件

特點：電火花表面硬化層厚度為0.01～0.08mm，硬化層耐磨性好、硬度高、抗疲勞強(qiáng)度、耐蝕性好。

電火花表面強(qiáng)化工藝方法簡單、經(jīng)濟(jì)、效果良好，因此廣泛應(yīng)用于模具、刃具、量具，凸輪、導(dǎo)軌、水輪機(jī)葉片等的強(qiáng)化，也可用于動平衡中改變微量質(zhì)量，用于軸、孔尺寸配合超差或磨損后的微量修復(fù)。3．電火花小孔高速加工

在線切割加工中，穿絲孔的孔徑比一般為（20～100):1。這種深徑比高的孔采用一般方法加工，加工條件會迅速惡化，以至于難以完成。使用專門的電火花小孔高速加工機(jī)床則可以方便進(jìn)行加工。圖3.34電火花小孔高速加工原理電火花小孔高速加工工藝特點:一是采用中空的管狀電極；二是管狀電極中通有高壓工作液，強(qiáng)制排出加工碎屑；三是加工過程中電極要作勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。圖3.35電火花小孔高速加工機(jī)床示意圖電火花小孔高速加工機(jī)床由床身、脈沖電源、工作液凈化及循環(huán)系統(tǒng)、電極密封夾頭及導(dǎo)向器組成。工具電極多用黃銅管電極，其成本較低，容易制造。工具電極的形狀可以是單孔的，也可以是多孔的。單孔電極管適用于貫通的孔穴加工，而多孔電極管適用于不貫通的孔穴加工。深小孔電火花加工采用去離子水作為工作液，當(dāng)被加工孔的精度要求不高時，也可用蒸餾水或自來水作為工作液。

電火花加工圖示凹模型腔，試計算電極截面尺寸和公差。電極雙邊縮放量取0.8mm。

3.2電火花線切割加工電火花線切割加工（wirecutelectro-dischargemachine，WEDM）也是利用脈沖式電火花對導(dǎo)電材料進(jìn)行各種成形（或者半成形）加工的方法。一、電火花線切割加工原理基本原理：與電火花成形加工原理一樣，都是利用電極與工件之間產(chǎn)生脈沖性火花放電時的電腐蝕現(xiàn)象來進(jìn)行加工。利用移動的細(xì)金屬絲作工具電極（簡稱電極）。3.2.1電火花線切割加工原理和特點及分類圖3.36高速走絲電火花線切割加工裝置示意圖1—數(shù)控裝置；2—貯絲筒；3—導(dǎo)輪；4—絲電極；5—工件；6—噴嘴；7—絕緣板；8—脈沖電源；9—液壓泵；10—油箱；11—步進(jìn)電動機(jī)二、電火花線切割加工特點（1）不需制造專用電極，可降低加工成本，縮短生產(chǎn)周期。（2）能加工出形狀復(fù)雜、細(xì)小的通孔和外表面。（3）加工過程中，電極損耗?。ㄒ话憧珊雎裕色@得較高的加工精度。（4）由于絲電極直徑很細(xì)，切屑極少，對于貴金屬加工更有意義。（5）自動化程度高，操作簡便，工件加工周期短，成本低。（6）可以一模兩用，加工件作凹模，切割下來的料作凸模。三、電火花線切割機(jī)床分類（1）高速（往復(fù)）走絲機(jī)床

用鉬絲（直徑φ0.08～0.2mm）或銅絲（φ0.3mm左右）作電極。走絲速度約為6～11m/s。

絲電極在貯絲筒的帶動下通過加工縫隙作往復(fù)循環(huán)運(yùn)動，一直使用到斷線為止。走絲速度快，加工精度較低。1．按絲電極運(yùn)行速度和方式分類（2）低速走絲機(jī)床可使用純銅、黃銅、鎢、鉬等作為絲電極，其直徑為φ0.03～0.35mm。走絲速度一般為3m/min，最高為15m/min。絲電極單方向通過加工縫隙，不重復(fù)使用，以避免絲電極損耗，影響工件加工精度。低速走絲線切割機(jī)床加工精度可達(dá)±0.001mm，表面粗糙度可達(dá)Ra<0.32μm。

相對低速走絲線切割機(jī)床而言，高速走絲線切割機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，且加工生產(chǎn)率較高，精度能滿足一般要求，目前在我國應(yīng)用較為廣泛。2．按機(jī)床控制方式分類CNC計算機(jī)數(shù)字控制；靠模仿形控制；光電跟蹤控制等。目前這類機(jī)床的功能已經(jīng)基本上可由

CNC數(shù)控線切割機(jī)床所代替。3．按加工范圍分類可分為微型、小型、中型和大型機(jī)床。這些機(jī)床的差異主要體現(xiàn)在機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，如工作臺最大行程、工作臺最大承重、最大加工工件厚度等參數(shù)決定機(jī)床的規(guī)模，用戶可以根據(jù)加工工件尺寸大小、工件厚度來選擇不同類型的加工設(shè)備。4．工作液供給方式分類可分為沖液式和浸液式機(jī)床兩類。其中，沖液式以高速走絲線切割為主，液體一般為線切割專用乳化液或水基工作液；而浸液式以低速線切割機(jī)床為主，液體一般為去離子水。

目前國內(nèi)外普遍采用的分類方式是按絲電極運(yùn)行速度的分類方式，也就是說將電火花線切割分成兩大類一高速走絲電火花線切割機(jī)床（WEDM-HS）和低速走絲電火花線切割機(jī)床（WEDM-LS）。一、機(jī)床組成圖3.37高速走絲電火花線切割加工機(jī)床1—電動機(jī)；2—貯絲筒；3—鉬絲；4—絲架；5—導(dǎo)輪；6—工件；7—十字拖板；8—床身3.2.2高速走絲電火花線切割加工

由高頻脈沖電源、機(jī)床本體、工作液循環(huán)系統(tǒng)、數(shù)字程序控制系統(tǒng)四大部分組成。1.脈沖電源在加工過程中金屬蝕除量較少，可采用精規(guī)準(zhǔn)一次切割成形，而不必考慮絲電極的損耗，因此要求脈沖電源能保證較高的加工速度、加工精度、加工質(zhì)量及絲電極允許的承載電流的能力。目前常采用功率較小、脈沖寬度窄、頻率較高、峰值電流較大的高頻脈沖電源，主要是晶體管脈沖電源。

2.機(jī)床本體（1）床身要有足夠的剛度和強(qiáng)度。（2）坐標(biāo)工作臺工作臺分別由兩臺步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動，通過滾珠絲杠螺母副傳動，驅(qū)動Ｘ向拖板（中拖板）和Ｙ向拖板（上拖板）帶動工作臺進(jìn)給，如圖3.38所示。

圖3.38坐標(biāo)工作臺1—床身；2—下拖板；3—中拖板；4—上拖板；5、7—絲杠；6、8—步進(jìn)電動機(jī)圖3.39快速走絲機(jī)構(gòu)1--工作臺；2—夾具；3—工件；4—脈沖電源；5—絲電極；6—導(dǎo)輪；7—絲架；8—工作液箱；9—貯絲筒（3）絲電極驅(qū)動裝置絲電極5經(jīng)絲架7，由導(dǎo)輪6定位穿過工件，再經(jīng)導(dǎo)輪到貯絲筒9，被整齊地繞在貯絲筒上，貯絲筒在電動機(jī)帶動下帶動絲電極實現(xiàn)走絲運(yùn)動，如圖3.39所示。（4）高速走絲電火花線切割機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)

工作臺的橫向（X向）行程，縱向（Y向）行程；最大承載質(zhì)量；被加工工件的最大加工厚度；最大切割錐度等。3.工作液循環(huán)系統(tǒng)

電火花線切割加工中工作液循環(huán)系統(tǒng)的作用與電火花成形加工相同?？焖僮呓z時采用的工作液是乳化液。慢速走絲時采用的工作液是去離子水。4.數(shù)字程序控制系統(tǒng)數(shù)字程序控制系統(tǒng)是根據(jù)工件的形狀與尺寸要求，按照一定的格式編寫程序，計算機(jī)則按照加工程序進(jìn)行計算，并發(fā)出進(jìn)給信號來控制步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動坐標(biāo)工作臺拖板移動，自動控制絲電極和工件之間的相對運(yùn)動軌跡和進(jìn)給速度，從而實現(xiàn)工件形狀和尺寸的加工。二、程序編制方法1.數(shù)字程序控制原理

電火花線切割機(jī)床的數(shù)字程序控制系統(tǒng)，能夠控制加工同一平面上由直線和圓弧組成的任何圖形的工件，這是最基本的控制系統(tǒng)。

快速走絲電火花數(shù)控線切割加工普遍采用的是逐點比較法。步進(jìn)式加工：1μm

圖3.40加工斜線的原理圖3.41加工圓弧的原理

逐點比較法控制滑板進(jìn)給是步進(jìn)的，它每走一步要完成四個工作節(jié)拍，如圖3.42所示。圖3.42工作節(jié)拍框圖（1）偏差判別判別加工點對預(yù)定軌跡曲線的偏離位置，由此決定滑板的走向。（2）拖板（工作臺）進(jìn)給根據(jù)判別的結(jié)果，控制工作臺沿X或Y方向進(jìn)給一步，以使加工點向預(yù)定的軌跡曲線靠攏。（3）偏差計算計算新的加工點與預(yù)定軌跡曲線之間的偏差，以作為下一步判別的依據(jù)。（4）終點判別和加工長度控制按上述逐點比較法進(jìn)行加工，工作臺每進(jìn)給一步并完成偏差計算后，應(yīng)首先判斷是否已到終點，如果到達(dá)終點，便停止加工。否則，應(yīng)按加工節(jié)拍繼續(xù)加工，直到終點為止。

J——計數(shù)長度，加工曲線在X軸或Y軸上的投影長度。Gx——以X軸工作臺進(jìn)給的計數(shù)長度（曲線在X軸上的投影長度）進(jìn)行計數(shù)。Gy——以Y軸工作臺進(jìn)給的計數(shù)長度（曲線在Y軸上的投影長度）進(jìn)行計數(shù)。終點坐標(biāo)（xe，ye）直

線圓

弧∣xe∣>∣ye∣GxGy∣xe∣<∣ye∣GyGx∣xe∣=∣ye∣Gx或GyGx或Gy表3.6計數(shù)方向的確定方式圖3.44圓弧計數(shù)長度的確定圖3.45圓弧計數(shù)長度的確定取計數(shù)方向為Gx,計數(shù)長度為

J=Jx1+Jx2計數(shù)方向為Gy，計數(shù)長度為J=Jy1+Jy2+Jy32.程序編制方法我國電火花線切割機(jī)床所用編程代碼有：3B、4B、ISO等格式。（1）3B代碼簡介表3.73B代碼編程格式BXBYBJGZ分隔符號X坐標(biāo)值分隔符號Y坐標(biāo)值分隔符號長度確定計數(shù)方向加工指令1）3B代碼程序格式①

B為分隔符號，因為x、y、J均為數(shù)碼，需用分隔符將他們分開。②

x、y為坐標(biāo)值。加工直線時，以起點為原點建立坐標(biāo)系，x、y為此坐標(biāo)系中終點的坐標(biāo)值，當(dāng)線段平行于坐標(biāo)軸時，令x、y值為零，可省略不寫；加工圓弧時，以圓心為原點建立坐標(biāo)系，x、y為此坐標(biāo)系中起點的坐標(biāo)值。編程時x、y均取絕對值，以μm為單位。③當(dāng)加工同一個工件的不同輪廓線段時，可取不同的線段起點作為坐標(biāo)原點，但坐標(biāo)軸方向應(yīng)始終保持不變，即坐標(biāo)系發(fā)生平移。④

J為計數(shù)長度，是指被加工線段或圓弧在X軸或Y軸上的投影長度，也以μm為單位。但必須寫足六位數(shù)，不足六位在前補(bǔ)零。如J=1980μm時，應(yīng)寫成001980。

J與計數(shù)方向G有關(guān)。⑤

G為計數(shù)方向，可按直線或圓弧的終點坐標(biāo)值選取，如表3.6所示。X方向和Y方向分別記為Gx和Gy。G計數(shù)方向

不管是加工直線還是圓弧，計數(shù)方向均按終點的位置來確定。具體確定的原則如下：

加工直線時，計數(shù)方向取與直線終點投影較長的那個坐標(biāo)軸。加工圓弧時，計數(shù)方向取與該圓弧終點時走向較平行的軸向作為計數(shù)方向，或取終點坐標(biāo)中絕對值較小的軸向作為計數(shù)方向（與直線相反）。⑥Z為加工指令，是用來傳送被加工圖形的形狀、所在象限和加工方向等信息的。加工指令共有十二種，分為直線L和圓弧R兩大類。

對于直線，當(dāng)終點坐標(biāo)位于第一、二、三、四象限時，分別記為L1、L2、L3、L4；當(dāng)直線平行于坐標(biāo)軸時，L1、L2、L3、L4如右圖所示。

對于圓弧，當(dāng)起點坐標(biāo)位于第一、二、三、四象限，順時針加工時記為SR1、SR2、SR3、SR4，逆時針加工時記為NR1、NR2、NR3、NR4；當(dāng)起點位于坐標(biāo)軸上時，以加工方向的趨勢來確定其加工指令。直線看終點坐標(biāo)圓弧看起點坐標(biāo)2）加工程序編制

數(shù)控電火花線切割加工程序編制，是根據(jù)工件圖樣尺寸、絲電極的粗細(xì)以及放電間隙大小等因素，在保證一定精度的條件下，求得相應(yīng)的數(shù)據(jù)和指令，再按規(guī)定的程序格式編制加工程序單。注意點①所要編制的加工程序單，不是工件的輪廓曲線，而是加工過程中絲電極中心相對工件的移動軌跡（如圖3.47中點畫線所示），二者之間的垂直距離為f。即在編程時必須根據(jù)給定的加工條件，首先求出其單邊補(bǔ)償量f

f

＝d/2+δ式中d——絲電極的直徑，μm；

δ——單邊放電間隙，μm。圖3.47絲電極中心相對工件的移動軌跡②絲電極中心的移動軌跡是由若干條子程序段組成的連續(xù)曲線，而每條子程序段都應(yīng)該是光滑的直線或圓弧。不難理解，前一條子程序段的終點就是下一條子程序段的起點。③根據(jù)圖樣尺寸及加工條件，準(zhǔn)確地求出各線段交點（線與線、圓弧與圓弧、圓弧與線的交點）的坐標(biāo)值。這些坐標(biāo)值是相對某一個直角坐標(biāo)系而言，為了方便計算，一般應(yīng)盡量選擇圖形的對稱軸為坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸。④工件尺寸一般都有公差要求，編程時應(yīng)取其公差帶的中心為編程計算尺寸。如圓弧R10mm，下極限偏差為0.01mm，上極限偏差為0.03mm，編程時的圓弧半徑取

R=〔10+(0.01+0.03）/2〕mm=10.02mm。⑤合理選擇切割起始點及方向。起始點應(yīng)選在線段交點處，以避免出現(xiàn)接痕。起點還應(yīng)接近被加工工件的重心，這樣在加工臨近結(jié)束時，工件自重影響會小一些。切割方向的選擇，主要是為了避免工件材料內(nèi)應(yīng)力所產(chǎn)生的變形影響。編程步驟：確定坐標(biāo)系；計算偏移量f；計算坐標(biāo)值；確定切割順序；確定計數(shù)方向與計數(shù)長度；編制程序。3）典型實例◆補(bǔ)償量的計算：f＝絲電極的半徑＋單邊放電間隙；◆按絲電極的中心軌跡分段求出各交點的坐標(biāo)，編寫程序加工右圖所示零件試編制凹模和凸模的3B程序。已知凸、凹模的雙面配合間隙為0.02mm。采用φ0.13mm的鉬絲，單邊放電間隙為0.01mm。O2O1abcO①確定計算坐標(biāo)系（圖3.49）圖3.49凹模鉬絲中心坐標(biāo)②計算鉬絲偏移量f③計算各點坐標(biāo)f=d絲/2+δ=（130/2

+10）μm=75μm編制凹模程序④確定切割順序。若凹模的預(yù)孔鉆在中心點O上，鉬絲中心的切割順序是：線段Oa—圓弧ab—線段bc—圓弧cd—線段da。⑤計數(shù)方向與計數(shù)長度線段Oa：取

Gx，J=002925；圓弧ab：取

Gx，J=017050；線段bc：取

Gy，J=004158；圓弧cd：取

Gx，J=017050；線段da：取

Gy，J=004158。⑥切割程序見下表序號

程序段BxByBJGZ1線段Oa

B2925B2079B002925GxL12圓弧ab

B2925B4921B017050GxNR43線段bc

BBB004158GyL44圓弧cdB2925B4921B017050GxNR25線段da

BBB004158GyL26D凹模程序編制凸模程序①確定坐標(biāo)系②計算鉬絲偏移量f

③求各點坐標(biāo)f=d絲/2+δ－

Z/2

=（130/2+10－10）μm=65μm圖3.50凸模鉬絲中心坐標(biāo)④確定切割順序。加工凸模時由工件外面的S點切進(jìn)去，即沿X軸正向切割進(jìn)去5mm到達(dá)c點，然后逆時針加工，并最后也從c點沿X軸負(fù)向退出5mm，回到起始點S。線段Sc—圓弧cd—線段da—圓弧ab—線段bc—線段cS⑤計數(shù)方向與計數(shù)長度線段Sc：取

Gx，J=005000；圓弧cd：取

Gx，J=017330；線段da：取

Gy

，J=004000；圓弧ab：取

Gx，J=017330；線段bc：取

Gy，J=004000；線段cS：取

Gx，J=005000

。⑥編制的程序見下表序號程序段BxByBJGZ1線段ScBBB005000GxL12圓弧cdB3065B5000B017330GxNR23線段daBBB004000GyL24圓弧abB3065B5000B017330GxNR45線段bcBBB004000GyL46線段cSBBB005000GxL37D凸模程序（2）4B代碼簡介1）間隙補(bǔ)償原理采用有間隙自動補(bǔ)償功能的數(shù)控系統(tǒng)。這種數(shù)控系統(tǒng)能根據(jù)工件圖樣基本尺寸所編制的程序，使絲電極相對于編程的圖樣自動向內(nèi)或向外偏移一個補(bǔ)償距離，完成線切割加工。特點：只要編制一條程序便可加工凹模、凸模和固定板、卸料板等零件，不僅減少了編程的工作量，而且能使配合間隙均勻。圖3.51間隙補(bǔ)償原理圖3.52間隙自動補(bǔ)償偏移運(yùn)算原理2）間隙補(bǔ)償加工的程序格式BxByBJBRGD或DDZ分隔符號x坐標(biāo)值分隔符號y坐標(biāo)值分隔符號計數(shù)長度分隔符號圓弧半徑計數(shù)方向曲線形式加工指令有間隙補(bǔ)償?shù)某绦蚋袷剑?B代碼）

3）間隙補(bǔ)償?shù)囊胍龀绦?/p>

每個工件的加工都需要一個引入程序，將絲電極從某一基準(zhǔn)位置引入到補(bǔ)償偏移后的絲電極中心的軌跡線上，加工完畢后，還需要一個引出程序，以便將絲電極從加工軌跡引回到基準(zhǔn)位置上，或引入到另一個基準(zhǔn)位置上。（3）ISO代碼簡介

ISO代碼為國際標(biāo)準(zhǔn)編程代碼，較3B、4B代碼格式簡單、靈活。為了便于國際交流，采用ISO代碼進(jìn)行數(shù)控編程是電加工編程的必然趨勢。

ISO代碼程序段格式中，一個完整的零件加工程序由若干個程序段組成。一個程序段由若干個代碼字組成，每個代碼字則由文字和數(shù)字組成，有些數(shù)字還帶有符號，字母、數(shù)字、符號統(tǒng)稱字符。程序格式是一個程序段中字的排列書寫方式和順序，以及每個字和整個程序段的長度限制和規(guī)定。

1）ISO代碼常用指令

常用的指令及程序格式與國際上使用的標(biāo)準(zhǔn)代碼基本一致。2）ISO程序編制方法及步驟確定相應(yīng)的計算坐標(biāo)系；計算絲電極中心相對工件輪廓的偏移量d；輪廓分割，計算各段交點坐標(biāo)值；逐段編制切割程序；程序檢驗。（4）自動編程系統(tǒng)

自動編程使用專用的數(shù)控語言及各種輸入手段，向計算機(jī)輸入必要的形狀和尺寸數(shù)據(jù)，利用專門的應(yīng)用軟件即可求得各交、切點坐標(biāo)及編寫數(shù)控加工程序所需的數(shù)據(jù)。編寫出的數(shù)控加工程序可由打印機(jī)打出加工程序單，由穿孔機(jī)穿出數(shù)控紙帶，或直接將程序傳輸給線切割機(jī)床。對操作人員的數(shù)學(xué)水平要求不高。

中速走絲電火花線切割機(jī)（medium-speedwirecutelectricaldischargemachining，MS-WEDM）屬高速往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)床范疇，可以在高速往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)上實現(xiàn)多次切割功能，俗稱“中走絲線切割”。

“中速走絲”并非指走絲速度介于高速電火花線切割與低速電火花線切割之間，而是復(fù)合走絲，即走絲原理是在粗加工時采用高速（8～12m/s）走絲，半精、精加工時走絲速度通過程序及控制系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)，逐漸變低。3.2.3中速走絲電火花線切割簡介

中速走絲是高速走絲的升級產(chǎn)品，可以理解為：能多次切割的高速走絲。但它的加工速度并不比高速走絲慢，反而要高于高速走絲，只有在多次切割的過程中才降低切割速度以達(dá)到切割的效果。因而可以說，中速走絲實際上是高速走絲電火花線切割機(jī)床借鑒了低速走絲電火花線切割機(jī)床的加工工藝技術(shù)，實現(xiàn)了無條紋切割和多次切割。

在多次切割中，第一次切割一般選用高峰值電流、較大脈寬的規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行大電流切割，以獲得較高的切割速度；第二次切割的任務(wù)是修切，保證加工尺寸精度?？蛇x用中等規(guī)準(zhǔn)的脈沖參數(shù)。為了達(dá)到更好的加工指標(biāo)，可以采用第三次、第四次或更多次切割，第三次、第四次或更多次切割的任務(wù)是拋磨修光。

實際上，精修過程是一種電火花磨削，加工量甚微，對工件的尺寸影響較小。中速走絲電火花線切割特點如下：（1）機(jī)床主機(jī)的精度高、剛性好、靈敏度高。（2）走絲系統(tǒng)穩(wěn)定。（3）絲電極的張力恒定。（4）對冷卻液要求嚴(yán)格。（5）軟件控制功能強(qiáng)大。

中速走絲電火花線切割加工屬于剛剛起步階段，它的優(yōu)越性也只是體現(xiàn)在切割加工的工藝指標(biāo)上。一、低速走絲電火花線切割加工原理

低速走絲電火花線切割加工是利用銅絲做絲電極，靠火花放電對工件進(jìn)行切割，如圖3.57所示。

圖3.57低速走絲電火花線切割加工原理1—脈沖電源；2—工件；3—工作液箱；4—去離子水；5—泵；6—貯絲筒；

7—工作臺；8—X軸電動機(jī)；9—數(shù)控裝置；10—Y軸電動機(jī)；11—收絲筒3.2.4低速走絲電火花線切割加工二、低速走絲電火花線切割加工的特點和應(yīng)用范圍（1）不需要制造成形電極，用一個細(xì)絲電極作為電極，按一定的切割程序進(jìn)行輪廓加工，工件材料的預(yù)加工量少。（2）絲電極張力均勻恒定，運(yùn)行平穩(wěn)，重復(fù)定位精度高，可進(jìn)行二次或多次切割，從而提高了加工效率。（3）可以使用多種規(guī)格的金屬絲進(jìn)行切割加工，尤其是貴重金屬切割加工，采用直徑較細(xì)的絲電極，可節(jié)約貴金屬材料。（4）低速走絲電火花線切割機(jī)床采用去離子水作為冷卻液，有利于實現(xiàn)無人化連續(xù)加工。（5）低速走絲電火花線切割機(jī)床配用的脈沖電源峰值電流很大，切割速度最高可達(dá)400mm2/min。（6）有自動穿絲、自動切斷絲電極運(yùn)行功能。（7）低速走絲電火花線切割采用單向運(yùn)絲。（8）加工精度穩(wěn)定性高，切割錐度表面平整、光滑。三、低速走絲電火花線切割加工機(jī)床結(jié)構(gòu)

機(jī)床主要由床身，立柱，X、Y坐標(biāo)工作臺，Z軸升降機(jī)構(gòu)，U、V坐標(biāo)軸，走絲系統(tǒng)，自動穿絲機(jī)構(gòu)，夾具，工作液系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)等組成。圖3.58低速走絲電火花線切割機(jī)床結(jié)構(gòu)圖1—X、Y坐標(biāo)工作臺；2—床身；3—立柱；4—上導(dǎo)絲器；5—下導(dǎo)絲器；6—夾具；7—工作液槽；8—走絲系統(tǒng)；9—Z軸升降機(jī)構(gòu)；10—U、V附加軸工作臺；11—自動穿絲機(jī)構(gòu)；12—電氣控制箱；13—工作液系統(tǒng)

1.床身和立柱床身、立柱是整個機(jī)床的基礎(chǔ)，其剛性、熱變形及抗振性直接影響加工件的尺寸精度及位置精度。2.X、Y坐標(biāo)工作臺X、Y坐標(biāo)工作臺是用來裝夾被加工工件。3.走絲系統(tǒng)低速走絲電火花線切割機(jī)床的走絲系統(tǒng)包括絲電極的送出機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、排出機(jī)構(gòu)、恒張力機(jī)構(gòu)、自動穿絲機(jī)構(gòu)等。

圖3.59走絲路徑簡圖1—送絲電動機(jī)；2—繞絲軸；3—絲電極繞線管；4—長導(dǎo)線輪；5—壓緊輪；6—張力輪；7—張力控制電動機(jī)；8—張力傳感器；9—管式AWT自動接線裝置；10—上部導(dǎo)絲器；11—下部導(dǎo)絲器；12—速度控制電動機(jī)；13—排絲輪；14—廢絲切割裝置；15—廢絲箱圖3.60絲電極送出機(jī)構(gòu)簡圖1—繞線管制動器；2—長繞線管；3—張力傳感器；5、11—壓緊輪；6、9—滑輪；7—毛氈壓板；8—驅(qū)動滾輪；10—張力輪；4、12、13—刷子

（1）絲電極送出機(jī)構(gòu)（2）絲電極恒張力機(jī)構(gòu)

該機(jī)構(gòu)主要控制絲電極的張力并使其保持恒定，以確保工件的加工精度和表面粗糙度值等，應(yīng)在不斷絲的前提下，盡量提高絲電極的張力，絲電極的張力一般控制在2～25N為宜。張力輪由伺服電動機(jī)控制其阻力，并可正、反兩個方向旋轉(zhuǎn)。為了得到預(yù)定的張力，張力傳感器將絲電極張力信號傳給驅(qū)動器。驅(qū)動器將張力偏差值指令給伺服電動機(jī)，使張力輪產(chǎn)生不同的阻力。張力輪與排絲輪之間的絲電極將得到恒定的張力?？赏ㄟ^伺服電動機(jī)全閉環(huán)控制絲電極張力的大小，抑制各種外部干擾所造成的張力變化，起到恒定張力的作用。正常情況下，張力輪朝絲電極送出方向旋轉(zhuǎn)，一旦絲電極松弛，電動機(jī)使張力輪減速或反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生阻力拉緊絲電極；如斷絲，張力輪會反轉(zhuǎn)，重新穿絲。工作原理（3）絲電極導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)絲器一般有圓形導(dǎo)絲器和V形導(dǎo)絲器兩種形狀。（a）圓形導(dǎo)絲器（b）V形導(dǎo)絲器（c）導(dǎo)絲器工作示意圖圖3.61導(dǎo)絲器的形狀1、5—進(jìn)電塊；2—下導(dǎo)絲器；3—工件；4—上導(dǎo)絲器

圖3.62拼合導(dǎo)絲器結(jié)構(gòu)示意圖圖3.63V形導(dǎo)絲器a—螺釘；b—絲堵；c—中心工作部分錐形體

（a）結(jié)構(gòu)示意圖（b）中心工作部分放大圖（4）絲電極排出機(jī)構(gòu)

作用是使張力輪與排絲輪之間的絲電極產(chǎn)生恒定的張力，恒速運(yùn)絲并將用過的絲電極排到廢絲箱內(nèi)。圖3.64排絲機(jī)構(gòu)簡圖1—滾輪C；2—調(diào)節(jié)螺栓；3—吸引裝置；4—滾輪B；5—排出噴嘴；6—排出噴嘴基座（5）自動穿絲機(jī)構(gòu)

絲電極導(dǎo)入送絲輪，再穿入導(dǎo)絲管，然后導(dǎo)入穿絲專用的張力輪。導(dǎo)絲管上下兩側(cè)接入加熱專用進(jìn)電塊通電，給兩進(jìn)電塊之間的絲電極加熱。加熱進(jìn)電塊和拉力輪自動退回原位，再由高壓噴流將絲穿過導(dǎo)絲器，并啟動自動搜索程序，搜索穿絲孔或斷絲原位進(jìn)行穿絲。圖3.65自動穿絲機(jī)構(gòu)簡圖1—導(dǎo)向器；2—張力輪；3、5—加熱進(jìn)電塊；4—導(dǎo)絲管；6—送絲輪；7—絲電極

（6）絲電極前端處理裝置

線切割加工中絲電極斷絲或自動接絲失敗時，絲電極前端處理裝置動作。一邊用張力傳感器檢測絲電極，一邊繞回絲電極，然后轉(zhuǎn)到自動接線動作，進(jìn)行絲電極接線。前端處理動作必須在Z軸上升到上限位置附近后方可執(zhí)行。圖3.66機(jī)械臂式絲電極前端處理裝置1—無活塞桿氣缸；2—速度控制器；3、8—直線軸；4—絲電極夾持爪；5—空氣夾頭；6—前端處理絲電極回收盒；7—刷子

2（7）雙絲全自動切換走絲系統(tǒng)

在同一臺機(jī)床上根據(jù)不同的加工工藝，自動切換兩種不同直徑或不同材質(zhì)的絲電極，從而解決了在切割加工中高精度與高效率的矛盾。4.工作液系統(tǒng)常用的低速走絲電火花線切割加工工作液的種類及性能種類性能去離子水電阻率一般為（5～15）×104Ω·cm；使用該工作液加工時，切割表面粗糙度Ra一般為0.35～0.10μm；切割速度較快，為油性介質(zhì)的2～5倍油性工作液（煤油）絕緣性能高，其電阻率一般大于1×106Ω·cm；使用該工作液加工時，切割表面質(zhì)量好，切割表面粗糙度值Ra≤0.05μm；無電解腐蝕，被切割表面幾乎無變質(zhì)層；但切割速度較慢五、低速走絲線切割加工機(jī)床數(shù)控編程及工件加工操作流程1.數(shù)控編程

一般手工編程只適合于切割簡單且不重復(fù)加工或不用保存的圖形。

利用計算機(jī)自動編程是低速走絲線切割機(jī)床的優(yōu)勢。2.編程軟件圖3.68低速走絲電火花線切割機(jī)床自動編程流程圖（3）工件加工操作流程圖3.69低速走絲電火花線切割加工機(jī)床操作流程圖六、數(shù)控高、低速走絲電火花線切割加工機(jī)床的主要區(qū)別比較項目高速低速走絲速度

≥2.5m/s，常用值6～10m/s<2.5m/s，常用值0.001～0.25m/s絲電極工作狀態(tài)往復(fù)供絲，反復(fù)使用單向運(yùn)行，一次使用絲電極材料鉬、鎢鉬合金黃銅、銅、以銅為主體的合金或鍍覆材料絲電極直徑0.03～0.25mm，常用值0.12～0.20mm