電火花加工的基本原理及設備

電火花加工的物理本質(zhì)及特點電火花加工的物理本質(zhì)(2-1所示)：ABAB脈沖電脈沖電源工具電極工件電極(d) (e)電火花加工原理(1)極間介質(zhì)的電離、擊穿，形成放電通道(2-1(a)所示)。工具此在兩極間距離最近的A、B處電場強度最大。工具電極與工件電極之間布滿著液體介質(zhì)，液體介質(zhì)中不行避開地含有雜質(zhì)及自由電(2)電極材料的熔化、氣化熱膨脹(2-1(b)、(c)所示)。液體介質(zhì)被電離、擊穿，形成放電通道后，通道間道瞬間到達很高的溫度。通道高溫首先使工作液汽化，進而氣化，然后高溫向四周集中，使到稍微的爆炸聲。(3)電極材料的拋出(2-1(d)所示)。正負電極間產(chǎn)生的電火花現(xiàn)象，使放電通道產(chǎn)生高溫高壓。通道中心的壓力最高，工作液和金屬氣化后不斷向外膨脹，形成內(nèi)和碎屑。極間介質(zhì)的消電離(2-1(e)所示)法連續(xù)進展，并燒壞電極。因此，為了保證電火花加工過程的正常進展，在兩次放電之間必需有足夠的時間間隔讓電蝕產(chǎn)物充分排出，恢復放電通道的絕緣性，使工作液介質(zhì)消電離。上述步驟(1)～(4)在一秒內(nèi)約數(shù)千次甚至數(shù)萬次地往復式進展，即單個脈沖放電完畢，經(jīng)過一段時間間隔(即脈沖間隔)使工作液恢復絕緣后，其次個脈沖又作用到工具電極和工件單脈沖放電凹坑 (b)多脈沖放電凹坑小凹坑組成(如圖2-2所示)。所以電火花加工是大量的微小放電痕跡漸漸累積而成的去除金2-22.1.2點共同特點二者的加工原理一樣，都是通過電火花放電產(chǎn)生的熱來熔解去除金屬的，所以二者加工材料的難易與材料的硬度無關，加工中不存在顯著的機械切削力。二者的加工機理、生產(chǎn)率、外表粗糙度等工藝規(guī)律根本相像，可以加工硬質(zhì)合金等一切導電材料。最小角部半徑有限制。電火花加工中最小角部半徑為加工間隙，線切割加工中最小角部半徑為電極絲的半徑加上加工間隙。不同特點從加工原理來看，電火花加工是將電極外形復制到工件上的一種工藝方法(如圖2-3(a)所示)。在實際中可以加工通孔(穿孔加工)和盲孔(成型加工)(如圖2-3(b)、(c)所示)；而線切割加工是利用移動的細金屬導線(銅絲或鉬絲)做電極，對工件進展脈沖火花放電，切割2-4所示。電極工件電極工件3232451電極工件6電極工件1—工件；2—脈沖電源；3—自動進給調(diào)整系統(tǒng)； 74—工具；5—工作液；6—過濾器；7—工作液泵(a) 電火花加工原理示意圖 (c) 成型加工圖2-3 電火花加工圖2-4 線切割加工4343211—絕2—工3—脈4—滾5—電

絲筒；(a)加工示意圖 (b)線切割加工原理示意圖從產(chǎn)品外形角度看，電火花加工必需先用數(shù)控加工等方法加工出與產(chǎn)品外形相像的行輪廓圖形加工，余料仍可利用。從電極角度看，電火花加工必需制作成型用的電極(一般用銅、石墨等材料制作而成)；線切割加工用移動的細金屬導線(銅絲或鉬絲)做電極。從電極損耗角度看，電火花加工中電極相對靜止，易損耗，故通常承受多個電極加到損耗的電極絲，避開了電極損耗對加工精度的影響。從應用角度看，電火花加工可以加工通孔、盲孔，特別適宜加工外形簡單的塑料模具等零件的型腔以及刻文字、花紋等(如圖2-5(a)所示)；而線切割加工只能加工通孔，能便利地加工出小孔、外形簡單的窄縫及各種外形簡單的零件(2-5(b)所示)。電火花加工產(chǎn)品 (b)線切割加工產(chǎn)品圖2-5 加工產(chǎn)品實例電火花加工機床簡介機床型號、規(guī)格、分類我國國標規(guī)定，電火花成型機床均用D71加上機床工作臺面寬度的1/10表示。例如D7132中，D表示電加工成型機床(假設該機床為數(shù)控電加工機床，則在D后加K，即DK)；71表示電火花成型機床；32320mm。在中國大陸外，電火花加工機床的型號沒有承受統(tǒng)一標準，由各個生產(chǎn)企業(yè)自行確定，如日本沙迪克(Sodick)公司生產(chǎn)的A3R、A10R，瑞士夏米爾(Charmilles)技術公司的ROBOFORM20/30/35，臺灣喬懋機電工業(yè)股份的JM322/430，北京阿奇工業(yè)電子的SF100等。電火花加工機床按其大小可分為小型(D7125以下)(D7125～D7163)和大型(D7163以上)；按數(shù)控程度分為非數(shù)控、單軸數(shù)控和三軸數(shù)控。隨著科學技術的進步，國外已經(jīng)大中心，我國的大局部電加工機床廠現(xiàn)在也正開頭研制生產(chǎn)三坐標數(shù)控電火花加工機床。電火花加工機床構造統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)等局部組成。機床本體而影響工件的加工精度。機床主軸頭和工作臺常有一些附件，如可調(diào)整工具電極角度的夾頭、平動頭、油杯等。本節(jié)主要介紹平動頭。電火花加工時粗加工的電火花放電間隙比中加工的放電間隙要大掉后，其底面和側壁四周的外表粗糙度很差，為了將其修光，就得轉換規(guī)準逐擋進展修整。無法修光了。平動頭就是為解決修光側壁和提高其尺寸精度而設計的。平動頭是一個使裝在其上的電極能產(chǎn)生向外機械補償動作的工藝附件型腔時，使用平動頭可以補償上一個加工規(guī)準和下一個加工規(guī)準之間的放電間隙差。極上每一個質(zhì)點都能圍繞其原始位置在水平面內(nèi)作平面小圓周運動積就形成加工橫截面積，如圖2-7所示，其中每個質(zhì)點運動軌跡的半徑就稱為平動量，其大δ之差，從而到達修光型腔的目的。具體平動頭的構造及原理可以參考其他書籍。目前，機床上安裝的平動頭有機械式平動頭和數(shù)控平動頭，其外形如圖2-8所示。機械軸聯(lián)動，能加工出清棱、清角的型孔和型腔。電極電極電極在最左 (b)電極在最上 (c)電極在最右(d)電極在最下 (e)電極平動后的軌跡圖2-7 平動頭擴大間隙原理圖機械式平動頭 (b)數(shù)控平動頭圖2-8 平動頭外形與一般電火花加工工藝相比較，承受平動頭電火花加工有如下特點：制。用同一尺寸的工具電極，通過軌跡半徑的轉變，可以實現(xiàn)轉換電規(guī)準的修整，即承受一個電極就能由粗至精直接加工出一副型腔。在加工過程中，工具電極的軸線與工件的軸線相偏移，除了電極處于放電區(qū)域的部蝕產(chǎn)物的排解，提高加工穩(wěn)定性。工具電極移動方式的轉變，可使加工的外表粗糙度大有改善，特別是底平面處。脈沖電源能直接關系到電火花加工的加工速度、外表質(zhì)量、加工精度、工具電極損耗等工藝指標。380V、50Hz的溝通電，其輸出應滿足如下要求：要有肯定的脈沖放電能量，否則不能使工件金屬氣化。他局部，從而有效地蝕除金屬，提高成型性和加工精度。脈沖波形是單向的，以便充分利用極性效應，提高加工速度和降低工具電極損耗。脈沖波形的主要參數(shù)(峰值電流、脈沖寬度、脈沖間歇等)有較寬的調(diào)整范圍，以滿足粗、中、精加工的要求。有適當?shù)拿}沖間隔時間，使放電介質(zhì)有足夠時間消退電離并沖去金屬顆粒，以免引起電弧而燒傷工件。電源的好壞直接關系到電火花加工機床的性能1)弛張式脈沖電源成火花放電來蝕除金屬的。由于電容器時而充電，時而放電，一弛一張，故又稱“弛張式”脈沖電源(如圖2-9所示)。由于這種電源是靠電極和工件間隙中的工作液的擊穿作用來恢復數(shù)不穩(wěn)定，所以這種電源又稱為非獨立式電源。uducuducECVAE0 t原理圖 (b) 波形圖2-9RC線路脈沖2)閘流管脈沖電源閘流管是一種特別的電子管，當對其柵極通入一脈沖信號時，便可掌握管子的導通或截止，輸出脈沖電流。由于這種電源的電參數(shù)與加工間隙無關，故又稱為獨立式電源管脈沖電源的生產(chǎn)率較高，加工穩(wěn)定，但脈沖寬度較窄，電極損耗較大。3)晶體管脈沖電源晶體管脈沖電源是近年來進展起來的以晶體元件作為開關元件的用途廣泛的電火花脈沖電源，其輸出功率大，電規(guī)準調(diào)整范圍廣，電極損耗小，故適應于型孔、型腔、磨削等各種不同用途的加工。晶體管脈沖電源已越來越廣泛地應用在電火花加工機床上。目前普及型(經(jīng)濟型)的電火花加工機床都承受凹凸壓復合的晶體管脈沖電源，中、高檔電火花加工機床都承受微機數(shù)字化掌握的脈沖電源，而且內(nèi)部存有電火花加工規(guī)準的數(shù)據(jù)庫，可以通過微機設置和調(diào)用各擋粗、中、精加工規(guī)準參數(shù)。例如漢川機床廠、日本沙迪克公司的電火花加工機床，這些加工規(guī)準用C代碼(C320)表示和調(diào)用，三菱公司則用E代碼表示。工作液過濾和循環(huán)系統(tǒng)度。為了改善電火花加工的條件，一種方法是使電極振動，以加強排屑作用；另一種方法是對工作液進展強迫循環(huán)過濾，以改善間隙狀態(tài)。工作液強迫循環(huán)過濾是由工作液循環(huán)過濾器來完成的包括工作液泵、容器、過濾器及管道等，使工作液強迫循環(huán)。圖2-11是工作液循環(huán)系統(tǒng)油路l，23，這時高壓油經(jīng)過不同形式的精過濾器75400kPa，補油閥11為快速進油用。待油注滿油箱時，可108來掌握工作液循環(huán)方式及壓力。當閥10油沖油都不通，這時油杯中油的壓力由閥810在抽油位置時，補油和抽油兩路91278補油11沖油6413～1278補油11沖油6413～10抽油3 594—電極；5—安全閥；6—壓力表；7—精過濾器；8—壓力調(diào)整閥；9—射流抽吸管；10—沖油選擇閥；11—快速進油掌握閥；12—沖油壓力表；13—抽油壓力表21圖2-11 工作液循環(huán)系統(tǒng)油路圖5.數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控電火花機床的類型數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定除了直線移動的XYZX軸轉動的AYBZC軸。假設機床的Z軸可以連續(xù)轉動但不是數(shù)控的，如電火花打孔機，則不能稱為C軸，只能稱為R軸。工機床的主軸Z和工作臺X、Y都是數(shù)控的。從數(shù)控插補功能上講，又將這類型機床細分為三軸兩聯(lián)動機床和三軸三聯(lián)動機床。X、Y、Z三軸中，只有兩軸(如X、Y軸)能進展插補運算和聯(lián)動，電極只能在平面內(nèi)走斜線和圓弧軌跡(電極在Z)。三軸三聯(lián)動系統(tǒng)的電極可在空間作X、Y、Z方向的插補聯(lián)動(例如可以走空間螺旋線)。四軸三聯(lián)動數(shù)控機床增加了C軸，即主軸可以數(shù)控回轉和分度。動更換電極。數(shù)控電火花機床的數(shù)控系統(tǒng)工作原理數(shù)控電火花機床能實現(xiàn)工具電極和工件之間的多種相對運動的型腔。目前，絕大局部電火花數(shù)控機床承受國際上通用的ISO代碼進展編程、程序掌握、數(shù)控搖動加工等，具體內(nèi)容如下：(ISO代碼編程ISO代碼是國際標準化機構制定的用于數(shù)控編碼和程序掌握的一種標準代碼。代碼主要有G指令(即預備功能指令)M指令(即關心功能指令)2-1。代碼功能代碼功能表2-1 代碼功能代碼功能G00快速移動，定位指令G81移動到機床的極限G01直線插補G82回到當前位置與零點的一半處G02順時針圓弧插補指令G90確定坐標指令G03逆時針圓弧插補指令G91增量坐標指令G04暫停指令G92制定坐標原點G17XOY平面選擇M00暫停指令G18XOZ平面選擇M02程序完畢指令G19YOZ平面選擇M05無視接觸感知G20英制M08旋轉頭開G21公制M09旋轉頭關G40取消電極補償M80沖油、工作液流淌G41電極左補償M84接通脈沖電源G42電極右補償M85關斷脈沖電源G541M89工作液排解G552M98子程序調(diào)用G56G803移動軸直到接觸感知M99子程序完畢電火花機床的常見功能如下：回原點操作功能。數(shù)控電火花在加工前首先要回到機械坐標的零點，即X、Y、Z置零功能。將當前點的坐標設置為零。接觸感知功能。讓電極與工件接觸，以便定位。其他常見功能(2-15所示)。Centersearching Centersearching Z-axismachining(Z-)Z-axismachining(Z+)Repeatmachining Cornermachining(Inside) (Outside)尋找中心(內(nèi)部) 尋找中心(外部)Z軸垂直加工-Z

Z軸垂直加工(Z+) 重復加工

RotationmachiningRotationmachining Rotationmachining Rotationmachining Rotationmachining Rotationmachining旋轉加工 旋轉加工 旋轉加工 旋轉加工 旋轉加工 旋轉加工Rotationmachining Sidemachining Fanshapmachining Stepmachining C-axispositioning C-axishelicalgearmachining(optional) machining(optional)旋轉加工 側面加工 扇形加工 等級化加工 C軸標示加工(特C軸螺旋齒輪加工(特殊)圖2-15 電火花機床常見功能電火花線切割加工機床簡介機床分類、型號分類線切割加工機床可按多種方法進展分類機床(WEDM-HS)與慢速走絲線切割機床(WEDM-LS)?？焖僮呓z線切割機床快速走絲線切割機床的電極絲作高速往復運動，一般走絲速度為8～10m/s，是我國獨0.10～0.30mm的鉬絲(有時也用鎢絲或鎢鉬絲)。對小圓角或窄縫切割，也可承受直徑為0.6mm的鉬絲。速走絲線切割機床，其加工精度一般為0.01～0.02mm，外表粗糙度Ra1.25～2.5μm。慢速走絲線切割機床0.2m/s。常用黃銅絲(有時也承受紫銅、鎢、鉬和各種合金的涂覆線)0.10～0.35mm床及電極絲的震驚小，因此加工過程平穩(wěn)，加工精度高，可達0.005mm，外表粗糙度Ra≤0.32μm。慢速走絲線切割機床的工作液一般承受去離子水、煤油等，生產(chǎn)率較高。合作生產(chǎn)慢走絲機床。型號DK7725的根本含義為：D為機床的類別代號，表示是電加工機床；K為機床的特性代號，表示是數(shù)控機床；第一個7為組代號，表7為系代號(76，1)；25為根本參數(shù)代號，表示工作臺橫向行程為250mm?？熳呓z線切割機床簡介1．機床本體機床本體主要由床身、工作臺、運絲機構和絲架等組成，具體介紹如下：床身工作臺目前在電火花線切割機床上承受的坐標工作臺，大多為X、Y方向線性運動。般都承受“十”度和靈敏度。運絲機構11632451—2—3—4—5—6—絲高速來回運動。儲絲筒軸向往復運動的換向及行程長短由無觸點接近開關及其撞桿掌握(如圖2-16中的5、4)，調(diào)整撞桿的位置即可調(diào)整行程的長短。這種形式的運絲機構的優(yōu)點是構造簡潔、維護便利，因而應用廣泛。其缺點是繞絲長度小，電動機正反轉動頻繁，電極絲張力不行調(diào)。圖2-16 快走絲線切割機床構造圖4)絲架運絲機構除上面所表達的內(nèi)容外上、下絲架之間的距離宜盡可能小。架上的導輪作微量坐標移動(又稱U、V軸移動)，其運動軌跡由計算機掌握。2．脈沖電源電火花線切割加工的脈沖電源與電火花成型加工作用的脈沖電源在原理上一樣加工外表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較窄(2～60μs)，單個脈沖能量、平均電流(1～5A)一般較小，所以線切割總是承受正極性加工。3．數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)在電火花線切割加工中起著重要作用，具體表達在兩方面：軌跡掌握作用。它準確地掌握電極絲相對于工件的運動軌跡，使零件獲得所需的外形和尺寸。加工掌握。它能依據(jù)放電間隙大小與放電狀態(tài)掌握進給速度，使之與工件材料的蝕除速度相平衡，保持正常的穩(wěn)定切割加工。算機屏幕上畫出要加工的零件圖形，線切割專用軟件(YH軟件、北航海爾的CAXA線切割軟件)會自動將圖形轉化為ISO3B代碼等線切割程序。4.工作液循環(huán)系統(tǒng)工作液循環(huán)與過濾裝置是電火花線切割機床不行缺少的一局部，其主要包括工作液箱、中排解電蝕產(chǎn)物，并連續(xù)充分供給清潔的工作液，以保證脈沖放電過程穩(wěn)定而順當?shù)剡M展。正確選用。慢走絲線切割機床簡介主體構造機頭構造機床和錐度切割裝置(U，V軸局部)實現(xiàn)了一體化，并承受了桁架鑄造構造，從而大幅度地強化了剛度。主要部件現(xiàn)了高剛度和不易變形的構造。工作液循環(huán)系統(tǒng)(如北京阿奇)帶有去離子系統(tǒng)。在較周密加工時，慢走絲線切割機床承受絕緣性能較好的煤油作為工作液。2．走絲系統(tǒng)慢走絲線切割機床的電極絲在加工中是單方向運動(即電極絲是一次性使用)的。在走絲過程中，電極絲由儲絲筒出絲，由電極絲輸送輪收絲。慢走絲系統(tǒng)一般由以下幾局部組成：儲絲筒、導絲機構、導向器、張緊輪、壓緊輪、圓柱滾輪、斷絲檢測器、電極絲輸送輪、其他關心件(如毛氈、毛刷)等。圖2-18為日本沙迪克公司某型號線切割機床的電極絲的送出局部構造圖，其中某些部件的作用如下：2—圓柱滾輪 可使線電極從線軸平行地輸出，且使張力維持穩(wěn)定3—導向孔模塊可使電極絲在張緊輪上正確地進展導向5—張緊輪 在電極絲上施加必要的張力6—壓緊輪 防止電極絲張力變動的關心輪7—毛氈 去除附著在電極絲上的渣滓8—斷絲檢測器 檢查電極絲送進是否正常假設不正常送進則發(fā)出報警信號提示發(fā)生電極絲斷絲等故障9—毛刷 防止電極絲斷絲時從輪子上脫出31031012171615141312111—儲絲筒；2—圓柱滾輪；3—導向孔模塊；41011—滾輪；5—張緊輪；6—壓緊輪；7—毛氈；8—斷絲檢測器；9—毛刷；12—導絲管；13—下臂；14—接絲裝置；15—電極絲輸送輪；16—廢絲孔模塊；17—廢絲箱圖2-18 電極絲送絲裝置線切割機床常見的功能下面簡潔介紹線切割機床較常見的功能。模擬加工功能。模擬顯示加工時電極絲的運動軌跡及其坐標。短路回退功能。加工過程中假設進給速度太快而電腐蝕速度慢，在加工時消滅短路現(xiàn)象，掌握器會轉變加工條件并沿原來的軌跡快速后退，消退短路，防止斷絲。回原點功能。遇到斷絲或其他一些狀況，需要回到起割點，可用此操作。單段加工功能。加工完當前段程序后自動暫停，并有相關提示信息，如：單段停頓!按OFFRST執(zhí)行狀況。暫停功能。臨時中止當前的功能(如加工、單段加工、模擬、回退等)。MDI功能。手動數(shù)據(jù)輸入方