電火花加工機(jī)床

1、第四章電火花加工機(jī)床隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，許多零部件所使用的材料越來越難加工，零件的形狀越來越復(fù)雜，尺寸精度、表面粗糙度和某些特殊要求也越來越高。 傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法難以滿足這些加工要求，于是出現(xiàn)了采用電、化學(xué)、光、聲能量等對(duì)工件進(jìn)行加工的方法，如電火花、線切割加工方法等，我們把這類加工方法稱為特種加工方法。這些加工方法具有不依靠機(jī)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、加工過程中工具和工件之間不存在顯著的機(jī)械切削力等特點(diǎn)。本章主要介紹特種加工方法所使用的設(shè)備。第一節(jié)電火花加工原理電火花成形加工是利用工具電極對(duì)工件進(jìn)行仿形電加工的一種方法。它可加工各種小孔、深孔、窄縫、三維

2、曲面、復(fù)雜形狀的型孔和型腔等，而且不受材料強(qiáng)度、硬度和結(jié)構(gòu)等限制，廣泛應(yīng)用于各類復(fù)雜零件特別是模具零件的加工中。本節(jié)主要介紹電火花加工的機(jī)理、影響電火花加工的工藝因素、電火花加工方法的類型以及電火花加工的應(yīng)用范圍等。一、電火花加工原理在日常生活中，經(jīng)常見到電器開關(guān)的觸點(diǎn)閉合或斷開時(shí)，出現(xiàn)電火花，使接觸部位燒成凹坑和焦糊狀的現(xiàn)象。這種因放電而引起的燒損現(xiàn)象稱為電腐蝕現(xiàn)象。電火花加工就是利用兩電極間脈沖放電時(shí)產(chǎn)生的這種電腐蝕作用，對(duì)工件進(jìn)行加工的一種方法。圖4-1是一種簡(jiǎn)單的電火花加工原理圖。要完成電火花加工，必須具備下面的基本構(gòu)成：工具電極和待加工工件、脈沖電源、工作液、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等。工具電極2和

3、工件3相對(duì)置于具有絕緣性能的工作液體介質(zhì)8中，并分別與脈沖電源的兩極（正極和負(fù)極）相連接。脈沖電源的作用是將直流電流轉(zhuǎn)換成一定頻率的單向脈沖電流供電極使用。最簡(jiǎn)單的脈沖電源是RC線路脈沖電源，除此以外還有閘流管式、電子管式、晶閘管式和晶體管式等多種脈沖電源。液體供給箱7的作用是將工作箱9中的液體過濾與更換。利用電火花放電時(shí)的電腐蝕現(xiàn)象來蝕除多余的金屬，以達(dá)到對(duì)零件的尺寸、形狀和表面質(zhì)量的要求，必須滿足以下條件：（1）必須使兩極（工具電極和工件）表面之間經(jīng)常保持一定的放電間隙 其間隙大小視加工電壓、工作液介質(zhì)等因素而定，通常約為幾微米至幾百微米之間。間隙過大，工作電壓無法擊穿介質(zhì)，電流接近于零；

4、間隙過小，形成短路接觸，極間電壓也接近于零。這兩種情況都不能形成電火花放電條件。為此，在加工過程中，必須靠工具電極的進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置來保證這一放電間隙，使脈沖放電能持續(xù)進(jìn)行。（2）脈沖電源必須具有脈沖性、間歇性。圖4-2為脈沖電壓波形圖。脈沖寬度ti表示加到工具和工件放電間隙兩端的脈沖電壓持續(xù)時(shí)間，一般應(yīng)小于10-3s，時(shí)間長短應(yīng)使得放電所產(chǎn)生的熱量來不及從放電點(diǎn)過多傳導(dǎo)擴(kuò)散到工件其它部位為宜；脈沖間隔to是指兩個(gè)電壓脈沖之間的間隔時(shí)間。間隔時(shí)間過短，放電間隙來不及消電離和恢復(fù)絕緣，容易產(chǎn)生電弧放電，燒傷工具和工件；脈沖間隔選得過長，將降低生產(chǎn)效率。通常，加工面積、加工深度較大時(shí)，脈沖間隔也應(yīng)稍大

5、。（3）脈沖放電必須在有一定絕緣性能的液體介質(zhì)中進(jìn)行，如煤油、機(jī)油、皂化液等 液體介質(zhì)的作用是將加工后的電蝕產(chǎn)物（小顆粒狀金屬）從放電間隙中排除出去，同時(shí)也起到冷卻電極表面的作用。在電火花放電過程中，電、磁、熱、力、光、聲等現(xiàn)象同時(shí)發(fā)生在一個(gè)極狹窄的空間，而且持續(xù)時(shí)間極短，其物理本質(zhì)是相當(dāng)復(fù)雜的。一次放電過程可大致分為電離、放電與熱膨脹、拋出電蝕物及消電離等四個(gè)階段。圖4-3表示了單個(gè)脈沖放電的四個(gè)階段。（1）電離 由于工件和工具電極表面存在著微觀表面的凸凹不平，兩表面間距離最近的兩點(diǎn)間電場(chǎng)強(qiáng)度最高，使其間的絕緣介質(zhì)首先電離分解成電子和正離子。（2）放電與熱膨脹 在電場(chǎng)力的作用下，電子高速奔向

6、陽極，正離子奔向陰極，在極短的時(shí)間內(nèi)（10-710-5s）介質(zhì)被擊穿，產(chǎn)生火花放電，并形成電流通道。在此過程中，兩極間的液體介質(zhì)電阻從絕緣狀態(tài)驟降至幾分之一歐姆。與此同時(shí)，通道電流迅速上升（其密度高達(dá)105106A/cm2）。帶電離子在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生劇烈碰撞，產(chǎn)生大量的熱，使通道溫度迅速上升（高達(dá)1000012000）。在這種瞬時(shí)高溫?zé)嵩吹淖饔孟拢渥饔脜^(qū)的工件和工具電極表面層金屬會(huì)很快熔化，甚至汽化，即產(chǎn)生電腐蝕現(xiàn)象。同時(shí)，通道周圍的液體介質(zhì)，除一部分氣化外，另一部分被瞬時(shí)高溫分解為游離的碳黑和H2、C2H2、C2H4、CnH2n等氣體，使工作液變黑，并冒出小氣泡。由于上述過程是在非常短促的

7、時(shí)間內(nèi)完成的，因此金屬的熔化和汽化以及液體介質(zhì)的汽化都具有突然膨脹而爆炸的特性（可聽到噼啪聲）。（3）拋出電蝕物 在熱膨脹產(chǎn)生的爆炸力作用下，將熔化和汽化了的金屬蝕物拋入周圍的工作液中冷卻，凝固成細(xì)小的圓球狀顆粒（直徑約為0.1500m），而工件表面則形成一個(gè)周圍凸起的微圓形凹坑。（4）消電離 脈沖放電后，應(yīng)有一間隔時(shí)間，使極間介質(zhì)消電離，以便恢復(fù)兩極間液體介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度，準(zhǔn)備下次脈沖擊穿放電。如果放電蝕物和氣泡來不及很快排除，就會(huì)改變極間介質(zhì)的成分和絕緣強(qiáng)度，大大降低帶電粒子的復(fù)合比率，破壞消電離過程，從而使脈沖放電轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)電弧放電，使加工無法進(jìn)行。因此，為了保證加工的正常進(jìn)行，在兩次脈沖

8、放電之間一般應(yīng)有足夠的脈沖間隔時(shí)間。其最小脈沖間隔時(shí)間的選擇，不僅要考慮介質(zhì)消電離的極限速度，還要考慮電蝕產(chǎn)物排出放電區(qū)域的時(shí)間。一次脈沖放電之后，兩極間的電介質(zhì)立即恢復(fù)到絕緣狀態(tài)，其極間電壓急劇下降到接近于零。此后兩極間的電壓再次升高，又在另一處極間距離最小的地方重復(fù)上述放電過程，多次脈沖放電的結(jié)果，使整個(gè)被加工表面由無數(shù)小的放電凹坑組成。這樣，電極的輪廓形狀便被復(fù)制到工件上，從而達(dá)到加工的目的。二、電火花加工的主要特點(diǎn)電火花加工不同于一般切削加工，其主要優(yōu)點(diǎn)如下：（1）不受材料硬度的限制由于許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鋼，且一般需在淬火后加工，用切削加工方法十分困

9、難。而用電火花加工，則無論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。（2）電極和工件之間作用力小由于電極和工件在加工過程中不直接接觸，因而兩極間的作用力很小。這對(duì)于用小電極加工無變形的薄壁工件十分有利。（3）操作容易，便于自動(dòng)加工 電火花加工的操作十分簡(jiǎn)便，只需要將電極和工件安裝好后，開動(dòng)機(jī)床便可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和自動(dòng)加工。（4）比較容易選擇和變更加工條件電加工過程中可任意選擇和變更加工條件，如任意選擇粗加工和精加工，只需變更參數(shù)而不必變更設(shè)備。電火花加工也不可避免地存在如下缺點(diǎn)：（1）必須制作工具電極電火花加工的最大問題就是電極制作問題。同別的加工方法相比，它增加了制作電極的費(fèi)用

10、和時(shí)間。（2）加工部分形成殘留變質(zhì)層工件上進(jìn)行電加工的部位雖然很微細(xì)，但由于要經(jīng)受上萬度高溫加熱后急速冷卻，表面受到強(qiáng)烈的熱影響，因而生成電加工表面變質(zhì)層。這種變質(zhì)層容易造成加工部位的碎裂與崩刃。（3）放電間隙使加工誤差增大由于電極和工件之間需有一定加工間隙，這使得電極的形狀尺寸與工件不能完全相同，因而產(chǎn)生了一定的加工誤差。誤差的大小與間隙的大小有極大的關(guān)系。（4）加工精度受到電極損耗的影響電極在加工過程中同樣會(huì)受到電腐蝕而損耗，如果電極損耗不均勻，就會(huì)影響加工精度。電極的損耗還會(huì)造成更換與修整電極的次數(shù)增加。盡管如此，由于電火花加工具有許多其它加工方法無可替代的優(yōu)點(diǎn)，因而它已成為較先進(jìn)的一種

11、加工方法。三、電火花加工方法的分類按工具電極與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式和用途不同，電火花加工方法大致可以分為電火花穿孔成形加工、電火花線切割、電火花磨削和鏜削、電火花同步共軛回轉(zhuǎn)加工、電火花高速小孔加工、電火花表面強(qiáng)度與刻字等類型。其中大部分加工方法是用于改變零件的形狀和尺寸精度，也有用于改變或改善零件表面性質(zhì)的。四、電火花加工方法的應(yīng)用電火花加工的應(yīng)用非常廣泛，從大的方面來說，分為兩個(gè)方面的應(yīng)用：用于改變工件的形狀尺寸以及用于改善、改變零件表面性質(zhì)。具體有以下幾方面的應(yīng)用：（1）加工各種模具零件的型孔如沖裁模、復(fù)合模、連續(xù)模等各種沖模的凹模；凹凸模、固定板、卸料板等零件的型孔；拉絲模、拉深模等具有

12、復(fù)雜型孔的零件等。（2）加工復(fù)雜形狀的型腔如鍛模、塑料模、壓鑄模、橡皮模等各種模具的型腔加工。（3）加工小孔對(duì)各種圓形、異形孔的加工(可達(dá)0.015nm直徑)，如線切割的穿絲孔、噴絲板型孔等。（4）電火花磨削如對(duì)淬硬鋼件、硬質(zhì)合金工件進(jìn)行平面磨削、內(nèi)外圓磨削、座標(biāo)孔磨削以及成形磨削等。（5）強(qiáng)化金屬表面如對(duì)凸模和凹模進(jìn)行電火花強(qiáng)化處理后，可提高耐用度。（6）其他加工如刻文字、花紋、電火花攻螺紋等。五、電火花加工的工藝因素影響電火花加工的工藝因素主要有：放電間隙、加工斜度、電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)、電極損耗、極性效應(yīng)、電極及待加工工件的材料等。它們單獨(dú)或綜合地對(duì)電火花加工產(chǎn)生影響。分別討論如下：（1）放電間隙

13、 指加工時(shí)工具電極和工件之間產(chǎn)生火花放電的距離。它的大小一般在0.010.5mm之間。由于放電間隙的存在，使得工具電極的截面尺寸比工件型孔或型腔的尺寸沿加工輪廓均勻地縮小一個(gè)間隙值。放電間隙的大小，既與加工性質(zhì)（粗加工、精加工）有關(guān)，又與電源的電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)的大小有關(guān)。通常，粗加工時(shí)放電間隙較大，精加工時(shí)放電間隙較??；脈沖寬度及脈沖能量越大，放電間隙越大，反之越小。（2）加工斜度從電火花加工原理我們知道，隨著電火花加工的進(jìn)行，電極和工件間隙的液體間懸浮著從工件和電極上剝離下來的電蝕物，這些電蝕物在工件和電極之間形成二次放電，引起間隙的擴(kuò)大。工件的上口及電極的前端長時(shí)間地處于加工狀態(tài)，因而二次放電的

14、時(shí)間最長，所受的腐蝕最嚴(yán)重。對(duì)于工件而言，順著加工進(jìn)給方向二次放電幾率逐漸減弱，形成了上大下小的所謂加工斜度，如圖4-4所示。加工斜度的大小，主要取決于二次放電的次數(shù)及單個(gè)脈沖能量的大小。二次放電次數(shù)越多，單個(gè)脈沖能量越大，則斜度越大。加工斜度是不可避免的，但在加工工藝上采取一些措施可使斜度減小或利用加工斜度。如加工通孔時(shí)，將工具電極穿過工件達(dá)到被加工厚度的12倍，可大大減小斜度；又如加工凹模時(shí)，將凹模刃口面朝下，直接利用其加工斜度作為凹模刃口的斜度。如圖4-5所示。 （3）電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)指電火花加工時(shí)選用的電加工用量。主要有脈沖寬度、脈沖間隔、峰值電壓和峰值電流等，通常將一組這樣的參數(shù)

15、稱之為一檔。電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)的大小決定著每次放電所形成的凹坑大小，進(jìn)而決定著電極損耗、工件加工的尺寸精度、表面粗糙度及加工生產(chǎn)率。不同的零件材質(zhì)、不同的加工要求、不同的加工過程，應(yīng)該選擇不同的電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)。電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)的不同組合構(gòu)成了三種類型的電規(guī)準(zhǔn)：粗規(guī)準(zhǔn)、中規(guī)準(zhǔn)和精規(guī)準(zhǔn)。每一種規(guī)準(zhǔn)又分為數(shù)檔。粗規(guī)準(zhǔn)用于粗加工，一般用一檔到兩檔規(guī)準(zhǔn)便可滿足粗加工要求，表面粗糙度可達(dá)Ra=510m左右。這個(gè)階段主要是盡快地去掉大部分的毛坯余量，獲得工件的高效率加工。中規(guī)準(zhǔn)用于過渡性加工，表面粗糙度可達(dá)Ra=1.255m，電規(guī)準(zhǔn)檔數(shù)根據(jù)加工情形適當(dāng)安排，既考慮具備一定的加工精度便于精加工修復(fù)，又要考慮加工效率。精規(guī)準(zhǔn)是用

16、來保證工件的各項(xiàng)技術(shù)要求的終結(jié)性加工。一般精規(guī)準(zhǔn)檔數(shù)較多，加工速度較慢，表面粗糙度可達(dá)Ra=0.63m以上。任一工件的加工都是從粗規(guī)準(zhǔn)到精規(guī)準(zhǔn)的一系列加工轉(zhuǎn)換而成的。電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)的選擇，通常遵循下面的原則：1）型孔要求表面粗糙度值小、精度高、斜度小時(shí)，精規(guī)準(zhǔn)選得小些。2）型孔復(fù)雜而且有尖角部分時(shí)，粗規(guī)準(zhǔn)應(yīng)選得小些，有時(shí)可用中規(guī)準(zhǔn)來代替。3）型孔截面面積較大時(shí)，粗規(guī)準(zhǔn)可選得大些，規(guī)準(zhǔn)檔數(shù)多些。4）預(yù)孔余量大時(shí)，中規(guī)準(zhǔn)可選得大些。5）采用階梯電極時(shí)，粗規(guī)準(zhǔn)可選得大些，規(guī)準(zhǔn)檔數(shù)可少些。電規(guī)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的主要依據(jù)是電極端部(工作部位)的損耗情況、型孔的周長和型孔的復(fù)雜程度等。電規(guī)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的目的是保證一定的加工刃

17、口高度和精度。規(guī)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換，對(duì)于各種不同的模具加工有不同的轉(zhuǎn)換方法。轉(zhuǎn)換時(shí)，僅僅是改變電規(guī)準(zhǔn)的參數(shù)，而凹模、凸模、工具電極是不變更的。（4）電極損耗電極損耗是影響加工精度的一個(gè)重要因素，也是衡量電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)選擇是否合理、電極材料的加工性能好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。一般來說，電極損耗越少越好。（5）極性效應(yīng)在加工過程中，兩極（工件和電極）都要受到電腐蝕，但其蝕除速度不同（即使是相同材料制成的兩極），這種兩極蝕除速度不同的現(xiàn)象稱為極性效應(yīng)。當(dāng)正極蝕除速度大于負(fù)極時(shí)，通常把工件接脈沖電源的正極（與此同時(shí)工具電極接脈沖電源負(fù)極），稱作“正極性”加工；反之，把工件接脈沖電源的負(fù)極（與此同時(shí)工具電極接脈沖電源正極）

18、，稱為“負(fù)極性”加工。產(chǎn)生極性效應(yīng)的原因是：在通道中電離放電時(shí)，由于電子的質(zhì)量較小，在電場(chǎng)力的作用下容易在短時(shí)間內(nèi)獲得較大的運(yùn)動(dòng)速度；而正離子質(zhì)量較大，起動(dòng)較慢，在相同的時(shí)間內(nèi)所獲得的速度遠(yuǎn)小于電子。所以在脈沖放電的前階段，電子對(duì)正極的轟擊多于正離子對(duì)負(fù)極的轟擊，即正極獲得的能量多于負(fù)極。當(dāng)采用窄脈沖進(jìn)行加工時(shí)，由于脈沖時(shí)間短，電子運(yùn)動(dòng)的速度又快于正離子，正極的蝕除速度將大于負(fù)極，此時(shí)要保證工件的蝕除速度大于電極，工件應(yīng)接正極，工具電極接負(fù)極，即形成“正極性加工”。當(dāng)采用寬脈沖加工時(shí)，正離子可以有足夠的時(shí)間加速，獲得較大的運(yùn)動(dòng)速度，并有足夠的時(shí)間到達(dá)負(fù)極表面。由于正離子的質(zhì)量大，因而正離子對(duì)負(fù)

19、極的轟擊作用遠(yuǎn)大于電子對(duì)正極的轟擊，負(fù)極的蝕除量則大于正極。這種情況下加工時(shí)，工件應(yīng)接負(fù)極，工具電極應(yīng)接正極，形成“負(fù)極性加工”。一般認(rèn)為極性效應(yīng)越顯著越好。因?yàn)闃O性效應(yīng)較顯著的加工，可以使工具電極損耗較小，同時(shí)加工生產(chǎn)效率較高。影響極性效應(yīng)的主要因素有脈沖寬度、脈沖能量及電極材料。脈沖寬度影響極性效應(yīng)的程度及"正、負(fù)極性"的選擇；脈沖能量（放電量）的大小影響極性效應(yīng)的程度，能量越大，極性效應(yīng)就越明顯。電極材料的熱學(xué)性能與極性效應(yīng)的程度密切相關(guān)，熔點(diǎn)、沸點(diǎn)越高，導(dǎo)熱系數(shù)、熔解熱、汽化熱越大的電極材料（如石墨、鎢），其極性效應(yīng)越顯著。此外，金屬材料的熱學(xué)物理常數(shù)如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、

20、熱導(dǎo)率、比熱容、熔化熱、汽化熱等都會(huì)對(duì)電火花加工產(chǎn)生影響。這些熱學(xué)物理常數(shù)的值越高，則當(dāng)電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)一定時(shí)，電蝕量越小，工件的加工難度越大。實(shí)驗(yàn)表明，脈寬和凹坑深度之間的關(guān)系呈拋物線趨勢(shì)，亦即獲得最大的蝕除量有一個(gè)最佳脈寬值。因此要根據(jù)不同的工件和電極材料，選擇不同的脈寬，以求實(shí)現(xiàn)高效低損耗的加工。六、影響工件質(zhì)量的主要因素前面我們討論了電火花加工的主要工藝因素，下面來綜合討論這些工藝因素對(duì)工件質(zhì)量的影響。工件的質(zhì)量包括加工精度和表面粗糙度、表面機(jī)械性能等。1影響加工精度的因素和通常的機(jī)械加工一樣，機(jī)床本身的各種誤差，工件、電極的定位、安裝誤差都會(huì)影響到工件的加工精度，這里主要討論影響與電火花加

21、工工藝有關(guān)的因素。影響工件加工精度的主要因素歸納如下：1）放電間隙的大小2）放電間隙的均勻性3）工具電極的形狀4）工具電極的損耗及穩(wěn)定性5）“二次放電”的影響6）電火花加工熱升溫導(dǎo)致機(jī)床部件的熱變形下面，我們來分析一下工具電極的形狀對(duì)加工精度存在的影響。例如工具的尖角或凹角就很難精確地復(fù)制到工件上。這是因?yàn)楫?dāng)工具為凹角時(shí)，工件上對(duì)應(yīng)的尖角處放電蝕除的機(jī)率大，容易遭受腐蝕而成為圓角，如圖4-6a）所示。當(dāng)工具為尖角時(shí)，一則由于放電間隙的等距性，工件上只能加工出以尖角頂點(diǎn)為圓心，放電間隙S為半徑的圓??；二則工具上的尖角本身因尖端放電蝕除的機(jī)率大而損耗成圓角，如圖4-6 b）所示。采用高頻窄脈寬精加

22、工，放電間隙小，圓角半徑可以明顯減小，因而可以提高仿形精度，可以獲得圓角半徑小于0.01mm的尖棱，這對(duì)于加工精密小模數(shù)齒輪等沖模是很重要的。目前，電火花加工的精度可達(dá)0.010.05mm左右。電火花加工特別是粗加工時(shí)，工作液的溫度會(huì)有一定程度的升高，從而造成工作臺(tái)基座上下溫度差，使工作臺(tái)產(chǎn)生扭曲或翹曲變形，如圖4-7示。工作臺(tái)的這種熱變形會(huì)使立柱后仰，并使工具電極端部產(chǎn)生位移（由A移至A），電極的這種位移會(huì)導(dǎo)致加工精度的降低。因此，要保證加工精度，必須盡可能地減少加工時(shí)的溫升。2影響表面粗糙度的因素影響表面粗糙度的因素主要是脈寬te與峰值電流ie的乘積，亦即單個(gè)脈沖能量的大小。但實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，

23、即使單脈沖域很小，但在電極面積較大時(shí)，Rmax也很難低于2m，也就是說，加工面積越大，可達(dá)到的最佳表面粗糙度越差。工件材料對(duì)加工表面粗糙度也有影響，熔點(diǎn)高的材料（如硬質(zhì)合金），在相同能量下加工的表面粗糙度要比熔點(diǎn)低的材料（如鋼）好。當(dāng)然，加工速度會(huì)相應(yīng)下降。精加工時(shí)，工具電極的表面粗糙度也將影響到加工粗糙度。由于石墨電極很難加工到非常光滑的表面，因此用石墨電極的加工表面粗糙度較差。電火花加工的表面粗糙度和加工速度之間存在著很大的矛盾，例如從Ra2.5m提高到Ra1.25m，加工速度要下降十多倍。按目前的工藝水平，較大面積的電火花成形加工要達(dá)到優(yōu)于Ra0.32m是比較困難的，但是采用平動(dòng)或搖動(dòng)加

24、工工藝，可以大為改善。值得一提的是，電火花加工后形成的表面粗糙度和機(jī)械加工后形成的表面粗糙度的性質(zhì)是不同的，它是由無方向性的無數(shù)小坑和硬凸邊所組成，特別有利于保存潤滑油；而機(jī)械加工表面則存在著切削或磨削刀痕，具有方向性。兩者相比，在相同的表面粗糙度和有潤滑油的情況下，電火花加工表面的潤滑性能和耐磨損性能均比機(jī)械加工表面好。3）影響工件表面結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能的因素經(jīng)電火花加工后的工件表面將產(chǎn)生包括凝固層和熱影響層等表面變化層，如圖4-8所示，其化學(xué)、物理及金相組織性能均有所變化。凝固層是由未被拋出的殘留熔融部分金屬再凝固后形成的，晶粒結(jié)構(gòu)非常細(xì)小，其化學(xué)成分因工作介質(zhì)和石墨電極的碳元素滲入工件表面而

25、發(fā)生變化，表面上留有許多微細(xì)裂紋。熱影響層位于凝固層和工件基體材料之間，該層金屬受到放電高溫影響，使材料的金相組織發(fā)生了變化。一般熱影響層硬度達(dá)60HRC以上，而凝固曾的硬度更高。表面變化層的厚度與工件材料的種類、加工電規(guī)準(zhǔn)參數(shù)有關(guān)。單個(gè)脈沖能量越大，表面變化層就越厚。由于凝固層和熱影響層的高硬度特性，使得加工后的工件耐磨性和使用壽命都大大提高，但給后續(xù)加工工序（研磨、拋光等）增加了困難。另外，由于表面變化層金相組織的變化，使得工件抗疲勞強(qiáng)度下降，并造成表面裂紋。采用回火處理、噴丸處理等，有助于降低殘余應(yīng)力，或使殘余拉應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力，從而提高其耐疲勞性能。電火花加工表面存在著由于瞬時(shí)先熱后冷

26、作用而形成的殘余應(yīng)力，而且大部分表現(xiàn)為拉應(yīng)力。殘余應(yīng)力的大小和分布，主要和材料在加工前的熱處理狀態(tài)及加工時(shí)的脈沖能量有關(guān)。因此，對(duì)表面層要求質(zhì)量較高的工件，應(yīng)盡量避免使用較大的加工規(guī)準(zhǔn)。第二節(jié)電火花加工機(jī)床的型號(hào)及分類一、電火花加工機(jī)床的型號(hào)二十世紀(jì)六、七十年代，晶體管脈沖電源還沒有廣泛使用，我國早期生產(chǎn)的電火花穿孔加工機(jī)床（采用RC、RLC和電子管、閘流管等窄脈沖電源）和電火花成形加工機(jī)床（采用長脈沖發(fā)電機(jī)電源）分別命名為D61系列（如D6125、D6135、D6140型等）和D55系列（如D5540、D5570型等）。二十世紀(jì)八十年代大量采用晶體管脈沖電源，電火花加工機(jī)床既可用作穿孔加工，

27、又可用作成形加工，因此，1985年起國家把電火花穿孔成形加工機(jī)床定名為D71系列，其型號(hào)表示方法如下：表4-1所列為我國電火花穿孔、成形加工機(jī)床主參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)（GB5290-85）。二、電火花加工機(jī)床的分類電火花穿孔、成形加工機(jī)床按其大小可分為小型（D7125以下）、中型（D7125D7163）和大型（D7163以上）；也可按數(shù)控程度分為非數(shù)控、單軸數(shù)控或三軸數(shù)控型；也可按精度等級(jí)分為標(biāo)準(zhǔn)精度型和高精度型；也可按工具電極的伺服進(jìn)給系統(tǒng)的類型分為液壓進(jìn)給、步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給、直流或交流伺服電機(jī)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)等類型。隨著模具工業(yè)的需要，國外已經(jīng)大批生產(chǎn)微機(jī)三坐標(biāo)數(shù)字控制的電火花加工機(jī)床，以及帶工具電極庫能按程序自

28、動(dòng)更換電極的電火花加工中心。我國漢川機(jī)床廠和少數(shù)中外合資廠也已研制、生產(chǎn)出三坐標(biāo)微機(jī)數(shù)控電火花加工機(jī)床。表4-1電火花穿孔、成型加工機(jī)床主參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)（GB5290-85）/工作臺(tái)臺(tái)面寬度B2002503204005006308001000長度A320400500630800100012501600行程縱向X160250400630橫向Y200320500800最大承載質(zhì)量/50100200400800150030006000T形槽槽數(shù)357槽寬10121418槽間距離6380100125主軸聯(lián)接板至工作臺(tái)面最大距離H3004005006007008009001000主軸頭伺服行程Z8010012

29、5150180200250300滑座行程W150200250300350400450500工具電極最大質(zhì)量/型2050100250型25100200500聯(lián)接尺寸工作液槽內(nèi)壁長度d4005006308001000125018002000寬度c300400500630800100012501600高度h2002503204005006308001000目前國產(chǎn)電火花機(jī)床的型號(hào)命名往往加上本廠廠名拼音代號(hào)及其他代號(hào)，如漢川機(jī)床廠加HC，北京凝華實(shí)業(yè)公司加NH等，中外合資及外資廠的型號(hào)更不統(tǒng)一，采用其自定的型號(hào)系列表示方法。第三節(jié)電火花穿孔成形加工機(jī)床基本構(gòu)成電火花成形機(jī)床一般由機(jī)床主體、脈沖電源、

30、工作液系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)組成。如圖4-9所示。機(jī)床主體包括床身、主軸頭、工作臺(tái)和工作液槽等。電極被安裝在主軸頭上，由自動(dòng)控制系統(tǒng)控制主軸頭進(jìn)行上、下運(yùn)動(dòng)。工件被安裝在位于工作液槽內(nèi)的工作臺(tái)上，隨工作臺(tái)前后、左右移動(dòng)。第四節(jié)主要部件結(jié)構(gòu)一、主軸頭主軸頭是電火花穿孔成形加工機(jī)床的一個(gè)關(guān)鍵部件，它主要由伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向和防扭機(jī)構(gòu)、輔助機(jī)構(gòu)三部分組成。其中伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)保證電極不斷地、及時(shí)地進(jìn)給，以維持所需的放電間隙。常用的實(shí)現(xiàn)伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方式有噴嘴檔板式電液自動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)、交直流伺服系統(tǒng)、步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)等。1電火花機(jī)床主軸必須伺服進(jìn)給的原因電火花加工與切削加工不同，屬于不接觸加工。如圖4-10所示

31、，正常電火花加工時(shí)，工具和工件間有一放電間隙S，S過大，脈沖電壓不能擊穿間隙間的絕緣工作液，則不會(huì)產(chǎn)生火花放電，必須使電極工具向下進(jìn)給，直到間隙S等于、小于某一值（一般S=0.10.01mm，與加工規(guī)準(zhǔn)有關(guān)），才能擊穿介質(zhì)和火花放電。正常電火花加工時(shí)，工件以w的速度不斷被蝕除，間隙S將逐漸擴(kuò)大，必須使電極工具以速度d補(bǔ)償進(jìn)給，以維持所需的放電間隙。如進(jìn)給量d大于工件的蝕除速度w，則間隙S將逐漸變小，甚至等于零，形成短路。當(dāng)間隙過小時(shí)，必須減少進(jìn)給速度d。如果工具工件間一旦短路（S=0，則必須使工具以較大的速度d反向快速回退，消除短路狀態(tài)，隨后再重新向下進(jìn)給，調(diào)節(jié)到所需的放電間隙。這是正常電火花

32、加工所必須解決的問題。由于火花放電間隙S很小，且與加工規(guī)準(zhǔn)、加工面積、工件蝕除速度等有關(guān)，因此很難靠人工進(jìn)給，也不能像鉆削那樣采用“機(jī)動(dòng)”、等速進(jìn)給，因而必須采用伺服進(jìn)給系統(tǒng)。自動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)的任務(wù)在于通過改變、調(diào)節(jié)進(jìn)給速度，使進(jìn)給速度接近并等于蝕除速度，以維持一定的“平均”放電間隙S，保證電火花加工正常而穩(wěn)定地進(jìn)行，獲得較好的加工效果。2對(duì)自動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)的要求1）有較廣泛的速度調(diào)節(jié)范圍，并有足夠的進(jìn)給和回升速度，低速時(shí)無爬行現(xiàn)象；2）有足夠的靈敏性和快速性；3）有一定的速度穩(wěn)定性。3常見的主軸伺服進(jìn)給系統(tǒng)的類型我國早期曾廣泛采用液壓伺服進(jìn)給的主軸頭，目前已普遍采用步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)或交流伺服電

33、機(jī)作進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的主軸頭。主軸頭移動(dòng)位置的顯示，初級(jí)的靠大量程百分表，中級(jí)的用數(shù)顯表，高級(jí)的既有數(shù)顯功能，又有數(shù)控功能。4典型主軸伺服進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理圖4-11是主軸伺服進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，從圖中可以看出，該伺服系統(tǒng)由下面這樣幾部分構(gòu)成：控制系統(tǒng)（CNC系統(tǒng)）、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行裝置和反饋裝置等構(gòu)成。其工作原理是：CNC系統(tǒng)根據(jù)輸入的程序經(jīng)過運(yùn)算發(fā)出指令，經(jīng)過信號(hào)放大驅(qū)動(dòng)直流伺服電機(jī)，帶動(dòng)滾珠絲杠副運(yùn)動(dòng)，此時(shí)制動(dòng)器自動(dòng)放開，主軸作上下伺服運(yùn)動(dòng)。同時(shí)主軸的旋轉(zhuǎn)速度及主軸的上下升降位移通過安裝在主軸上的速度傳感器及位移傳感器傳遞給CNC系統(tǒng)，與程序要求的理論速度及位移進(jìn)行比較，由比較的結(jié)果決

34、定主軸的旋轉(zhuǎn)速度的大小和位移走向，從而保證工具電極和工件之間的合適的放電間隙。當(dāng)在任何位置切斷主軸伺服主回路電源時(shí)，與滾珠絲杠副直聯(lián)的電磁制動(dòng)器將同時(shí)斷電，依靠制動(dòng)器內(nèi)的彈簧力進(jìn)行位移而產(chǎn)生制動(dòng)作用。確保主軸位移與指令要求在任意位置一致。二、平動(dòng)頭平動(dòng)頭是成形電火花加工機(jī)床最重要的主軸頭附件，也是實(shí)現(xiàn)單電極型腔電火花加工所必備的工藝裝備。在加工大間隙冷沖模和零件上的異形孔等方面，平動(dòng)頭也經(jīng)常得到應(yīng)用。1平動(dòng)頭的作用我們知道，電火花加工時(shí)粗加工的火花間隙比中加工的要大，而中加工的火花間隙比精加工的又要大一些。當(dāng)用一個(gè)電極進(jìn)行粗加工，將工件的大部分余量蝕除掉后，其底面和側(cè)壁四周的表面粗糙度很差，為

35、了將其修光，就得轉(zhuǎn)換規(guī)準(zhǔn)逐擋進(jìn)行修整，如圖4-12所示。由于后檔規(guī)準(zhǔn)的放電間隙比前一擋小，對(duì)工件底面可通過主軸進(jìn)給進(jìn)行修光，而四周側(cè)壁就無法修光了。而平動(dòng)頭就是為解決修光側(cè)壁和提高其尺寸精度而設(shè)計(jì)的。2對(duì)平動(dòng)頭的技術(shù)要求（1）精度高，剛性好在最大偏心量平動(dòng)時(shí)，橢圓度允差要求<0.01mm，其回轉(zhuǎn)平面與主軸頭進(jìn)給軸線的不垂直度要求0.01/l00mm，其扭擺允差要求<0.01/l00mm，最小偏心量（即回零精度）要求0.02mm。平動(dòng)頭在承受一定的電極質(zhì)量和沖油壓力等外力作用下，變形應(yīng)小，還要保證各項(xiàng)精度要求。（2）調(diào)偏心量方便最好能微量調(diào)節(jié)偏心量，能在加工過程中不停機(jī)調(diào)節(jié)。（3）平

36、動(dòng)回轉(zhuǎn)速度可調(diào)，方向可變中規(guī)準(zhǔn)n =10100r/min，精規(guī)準(zhǔn)n=30120r/min。（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，質(zhì)量小，便于制造和維修保養(yǎng)。3平動(dòng)頭間隙補(bǔ)償原理平動(dòng)頭的動(dòng)作原理是：利用偏心機(jī)構(gòu)將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過平動(dòng)軌跡保持機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)化成電極上每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)都能圍繞其原始位置在水平面內(nèi)作平面小圓周運(yùn)動(dòng)，許多小圓的外包絡(luò)線就形成加工表面，如圖4-13所示。其運(yùn)動(dòng)半徑通過調(diào)節(jié)可由零逐步擴(kuò)大，以補(bǔ)償粗、中、精加工的火花放電間隙之差，從而達(dá)到修光型腔的目的。其中每個(gè)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡半徑就稱為平動(dòng)量。4平動(dòng)頭的結(jié)構(gòu)平動(dòng)頭常見的結(jié)構(gòu)形式有停機(jī)手動(dòng)調(diào)偏心量平動(dòng)頭、不停機(jī)調(diào)偏心量平動(dòng)頭和數(shù)控平動(dòng)頭。一般平動(dòng)頭由兩

37、部分構(gòu)成：電機(jī)驅(qū)動(dòng)的偏心機(jī)構(gòu)及平動(dòng)軌跡保持機(jī)構(gòu)。圖4-14是停機(jī)手動(dòng)調(diào)偏心量平動(dòng)頭結(jié)構(gòu)示意圖。整個(gè)裝置通過殼體8用螺釘固定在主軸頭上。電極的平面圓周平移動(dòng)作是由平動(dòng)頭的旋轉(zhuǎn)副和平面圓周平移機(jī)構(gòu)來完成的。當(dāng)加工間隙的電壓信號(hào)使伺服電機(jī)20轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可通過一對(duì)蝸桿10、蝸輪9帶動(dòng)偏心套11轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪與偏心套之間由鍵聯(lián)接。螺母7將偏心軸13在某一角度上與偏心套鎖緊在一起共同旋轉(zhuǎn)。支承板12通過向心球軸承與偏心軸相連，又通過推力軸承支承在與殼體相接的圓盤上，并與其有較大的徑向間隙。支承板與鏈片的軸23連接，軸23另一端通過鏈片19、軸22與過渡板18連接。軸21一端與殼體連接，另一端通過鏈片19，軸22

38、與過渡板連接，從而構(gòu)成四連桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)偏心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，支承板12由于受到四連桿機(jī)構(gòu)的約束而作給定偏心量的平面圓周平移運(yùn)動(dòng)。偏心量的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是由偏心軸13、偏心套11、刻度盤6及螺母7等組成。偏心軸與偏心套的偏心量相等(1=82=1)，調(diào)節(jié)偏心量時(shí)可將螺母7松開，脫開軸與套的摩擦力，再旋轉(zhuǎn)刻度盤6，通過鍵帶動(dòng)偏心軸使它相對(duì)偏心套轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，該角度可通過與蝸輪9連接的指針在刻度盤上指示的角度值讀出。當(dāng)兩個(gè)偏心的方向重合（即=0），則偏心量為零；當(dāng)兩個(gè)偏心的方向相反（即=180），則偏心量最大且為兩個(gè)偏心之和。在調(diào)節(jié)得到所需的適當(dāng)偏心量之后，須將螺母鎖緊。加工時(shí)還可繼續(xù)調(diào)節(jié)偏心量，即可得到所需的旋轉(zhuǎn)軌跡半徑，從而實(shí)現(xiàn)工具電極的側(cè)向進(jìn)給。不停機(jī)調(diào)偏心量平動(dòng)頭主體部分的結(jié)構(gòu)及工作原理與停機(jī)手動(dòng)調(diào)偏心量平動(dòng)基本相同，所不同的是偏心量調(diào)節(jié)