特種加工技術課件

概論

1.1特種加工的概念

隨著社會生產(chǎn)的需要和科學技術的進步，20世紀40年代，前蘇聯(lián)科學家拉扎連柯夫婦研究開關觸點遭受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時高溫可使局部的金屬熔化、氣化而被腐蝕掉，開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工。后來，由于各種先進技術的不斷應用，產(chǎn)生了多種有別于傳統(tǒng)機械加工的新加工方法。這些新加工方法從廣義上定義為特種加工(NTM，Non-TraditionalMachining)，也被稱為非傳統(tǒng)加工技術，其加工原理是將電、熱、光、聲、化學等能量或其組合施加到工件被加工的部位上，從而實現(xiàn)材料去除。1.2特種加工的特點及發(fā)展

與傳統(tǒng)的機械加工相比，特種加工的不同點是：

(1)不是主要依靠機械能，而是主要用其他能量(如電、化學、光、聲、熱等)去除金屬材料。

(2)加工過程中工具和工件之間不存在顯著的機械切削力，故加工的難易與工件硬度無關。

(3)各種加工方法可以任意復合、揚長避短，形成新的工藝方法，更突出其優(yōu)越性，便于擴大應用范圍。如目前的電解電火花加工(ECDM)、電解電弧加工(ECAM)就是兩種特種加工復合而形成的新加工方法。

正因為特種加工工藝具有上述特點，所以就總體而言，特種加工可以加工任何硬度、強度、韌性、脆性的金屬或非金屬材料，且專長于加工復雜、微細表面和低剛度的零件。 目前，國際上對特種加工技術的研究主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)微細化。目前，國際上對微細電火花加工、微細超聲波加工、微細激光加工、微細電化學加工等的研究正方興未艾，特種微細加工技術有望成為三維實體微細加工的主流技術。

(2)特種加工的應用領域正在拓寬。例如，非導電材料的電火花加工，電火花、激光、電子束表面改性等。 (3)廣泛采用自動化技術。充分利用計算機技術對特種加工設備的控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)進行優(yōu)化，建立綜合參數(shù)自適應控制裝置、數(shù)據(jù)庫等，進而建立特種加工的CAD/CAM和FMS系統(tǒng)，這是當前特種加工技術的主要發(fā)展趨勢。用簡單工具電極加工復雜的三維曲面是電解加工和電火花加工的發(fā)展方向。目前已實現(xiàn)用四軸聯(lián)動線切割機床切出扭曲變截面的葉片。隨著設備自動化程度的提高，實現(xiàn)特種加工柔性制造系統(tǒng)已成為各工業(yè)國家追求的目標。

我國的特種加工技術起步較早。20世紀50年代中期我國工廠已設計研制出電火花穿孔機床，60年代末上海電表廠張維良工程師在陽極—機械切割的基礎上發(fā)明了我國獨創(chuàng)的快走絲線切割機床，上海復旦大學研制出電火花線切割數(shù)控系統(tǒng)。但是由于我國原有的工業(yè)基礎薄弱，特種加工設備和整體技術水平與國際先進水平有不少差距，每年還需從國外進口300臺以上高檔電加工機床。1.3特種加工的分類

特種加工的分類還沒有明確的規(guī)定，一般按能量來源和作用形式以及加工原理可分為表1-1所示的形式。表1-1常用特種加工方法的分類表1-1常用特種加工方法的分類表1-1常用特種加工方法的分類

盡管特種加工優(yōu)點突出，應用日益廣泛，但是各種特種加工的能量來源、作用形式、工藝特點卻不盡相同，其加工特點與應用范圍自然也不一樣，而且各自還都具有一定的局限性。為了更好地應用和發(fā)揮各種特種加工的最佳功能及效果，必須依據(jù)工件材料、尺寸、形狀、精度、生產(chǎn)率、經(jīng)濟性等情況作具體分析，區(qū)別對待，合理選擇特種加工方法。表1-2對幾種常見的特種加工方法進行了綜合比較。表1-2幾種常見特種加工方法的綜合比較

電火花加工的基本原理及設備2.1電火花加工的物理本質(zhì)及特點 2.1.1電火花加工的物理本質(zhì) 電火花加工基于電火花腐蝕原理，是在工具電極與工件電極相互靠近時，極間形成脈沖性火花放電，在電火花通道中產(chǎn)生瞬時高溫，使金屬局部熔化，甚至氣化，從而將金屬蝕除下來。那么兩電極表面的金屬材料是如何被蝕除下來的呢？這一過程大致分為以下幾個階段(如圖2-1所示)：圖2-1電火花加工原理 (1)極間介質(zhì)的電離、擊穿，形成放電通道(如圖2-1(a)所示)。工具電極與工件電極緩緩靠近，極間的電場強度增大，由于兩電極的微觀表面是凹凸不平的，因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充滿著液體介質(zhì)，液體介質(zhì)中不可避免地含有雜質(zhì)及自由電子，它們在強大的電場作用下，形成了帶負電的粒子和帶正電的粒子，電場強度越大，帶電粒子就越多，最終導致液體介質(zhì)電離、擊穿，形成放電通道。放電通道是由大量高速運動的帶正電和帶負電的粒子以及中性粒子組成的。由于通道截面很小，通道內(nèi)因高溫熱膨脹形成的壓力高達幾萬帕，高溫高壓的放電通道急速擴展，產(chǎn)生一個強烈的沖擊波向四周傳播。在放電的同時還伴隨著光效應和聲效應，這就形成了肉眼所能看到的電火花。 (2)電極材料的熔化、氣化熱膨脹(如圖2-1(b)、(c)所示)。液體介質(zhì)被電離、擊穿，形成放電通道后，通道間帶負電的粒子奔向正極，帶正電的粒子奔向負極，粒子間相互撞擊，產(chǎn)生大量的熱能，使通道瞬間達到很高的溫度。通道高溫首先使工作液汽化，進而氣化，然后高溫向四周擴散，使兩電極表面的金屬材料開始熔化直至沸騰氣化。氣化后的工作液和金屬蒸氣瞬間體積猛增，形成了爆炸的特性。所以在觀察電火花加工時，可以看到工件與工具電極間有冒煙現(xiàn)象，并聽到輕微的爆炸聲。

(3)電極材料的拋出(如圖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)外瞬間壓力差，高壓力處的熔融金屬液體和蒸汽被排擠，拋出放電通道，大部分被拋入到工作液中。仔細觀察電火花加工，可以看到桔紅色的火花四濺，這就是被拋出的高溫金屬熔滴和碎屑。 (4)極間介質(zhì)的消電離(如圖2-1(e)所示)。加工液流入放電間隙，將電蝕產(chǎn)物及殘余的熱量帶走，并恢復絕緣狀態(tài)。若電火花放電過程中產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物來不及排除和擴散，產(chǎn)生的熱量將不能及時傳出，使該處介質(zhì)局部過熱，局部過熱的工作液高溫分解、積炭，使加工無法繼續(xù)進行，并燒壞電極。因此，為了保證電火花加工過程的正常進行，在兩次放電之間必須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)萬次地往復式進行，即單個脈沖放電結束，經(jīng)過一段時間間隔(即脈沖間隔)使工作液恢復絕緣后，第二個脈沖又作用到工具電極和工件上，又會在當時極間距離相對最近或絕緣強度最弱處擊穿放電，蝕出另一個小凹坑。這樣以相當高的頻率連續(xù)不斷地放電，工件不斷地被蝕除，故工件加工表面將由無數(shù)個相互重疊的小凹坑組成(如圖2-2所示)。所以電火花加工是大量的微小放電痕跡逐漸累積而成的去除金屬的加工方式。圖2-2電火花表面局部放大圖 2.1.2電火花加工、電火花線切割加工的特點

1．共同特點

(1)二者的加工原理相同，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。

(2)二者的加工機理、生產(chǎn)率、表面粗糙度等工藝規(guī)律基本相似，可以加工硬質(zhì)合金等一切導電材料。

(3)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。 2．不同特點

(1)從加工原理來看，電火花加工是將電極形狀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，對工件進行脈沖火花放電，切割成型的一種工藝方法，如圖2-4所示。圖2-3電火花加工圖2-4線切割加工 (2)從產(chǎn)品形狀角度看，電火花加工必須先用數(shù)控加工等方法加工出與產(chǎn)品形狀相似的電極；線切割加工中產(chǎn)品的形狀是通過工作臺按給定的控制程序移動而合成的，只對工件進行輪廓圖形加工，余料仍可利用。

(3)從電極角度看，電火花加工必須制作成型用的電極(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。

(4)從電極損耗角度看，電火花加工中電極相對靜止，易損耗，故通常采用多個電極加工；而線切割加工中由于電極絲連續(xù)移動，使新的電極絲不斷地補充和替換在電蝕加工區(qū)受到損耗的電極絲，避免了電極損耗對加工精度的影響。 (5)從應用角度看，電火花加工可以加工通孔、盲孔，特別適宜加工形狀復雜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，能方便地加工出小孔、形狀復雜的窄縫及各種形狀復雜的零件(如圖2-5(b)所示)。(a)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2.2電火花加工機床簡介 2.2.1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(若該機床為數(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；32表示機床工作臺的寬度為320mm。 在中國大陸外，電火花加工機床的型號沒有采用統(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)股份有限公司的JM322/430，北京阿奇工業(yè)電子有限公司的SF100等。

電火花加工機床按其大小可分為小型(D7125以下)、中型(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)大批生產(chǎn)三坐標數(shù)控電火花機床，以及帶有工具電極庫、能按程序自動更換電極的電火花加工中心，我國的大部分電加工機床廠現(xiàn)在也正開始研制生產(chǎn)三坐標數(shù)控電火花加工機床。 2.2.2電火花加工機床結構 電火花加工機床主要由機床本體、脈沖電源、自動進給調(diào)節(jié)系統(tǒng)、工作液過濾和循環(huán)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)等部分組成，如圖2-6所示。圖2-6電火花機床間隙參考值增益設定控制裝置進給系統(tǒng)自動進給調(diào)節(jié)系統(tǒng)比較器放大器間隙傳感器脈沖電源床身工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)(a)原理圖(b)實物 1.機床本體 機床本體主要由床身、立柱、主軸頭及附件、工作臺等部分組成，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)。床身、支柱、坐標工作臺是電火花機床的骨架，起著支承、定位和便于操作的作用。因為電火花加工宏觀作用力極小，所以對機械系統(tǒng)的強度無嚴格要求，但為了避免變形和保證精度，要求具有必要的剛度。主軸頭下面裝夾的電極是自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的執(zhí)行機構，其質(zhì)量的好壞將影響到進給系統(tǒng)的靈敏度及加工過程的穩(wěn)定性，進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)節(jié)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，而中加工的電火花放電間隙比精加工的放電間隙又要大一些。當用一個電極進行粗加工時，將工件的大部分余量蝕除掉后，其底面和側壁四周的表面粗糙度很差，為了將其修光，就得轉換規(guī)準逐擋進行修整。但由于中、精加工規(guī)準的放電間隙比粗加工規(guī)準的放電間隙小，若不采取措施則四周側壁就無法修光了。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。當用單電極加工型腔時，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。

平動頭的動作原理是：利用偏心機構將伺服電機的旋轉運動通過平動軌跡保持機構轉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)作平面小圓周運動，許多小圓的外包絡線面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，其大小可以由零逐漸調(diào)大，以補償粗、中、精加工的電火花放電間隙δ之差，從而達到修光型腔的目的。具體平動頭的結構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。機械式平動頭由于有平動軌跡半徑的存在，它無法加工有清角要求的型腔；而數(shù)控平動頭可以兩軸聯(lián)動，能加工出清棱、清角的型孔和型腔。圖2-7平動頭擴大間隙原理圖

(a)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，采用平動頭電火花加工有如下特點：

(1)可以通過改變軌跡半徑來調(diào)整電極的作用尺寸，因此尺寸加工不再受放電間隙的限制。

(2)用同一尺寸的工具電極，通過軌跡半徑的改變，可以實現(xiàn)轉換電規(guī)準的修整，即采用一個電極就能由粗至精直接加工出一副型腔。

(3)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)域的部分外，工具電極與工件的間隙都大于放電間隙，實際上減小了同時放電的面積，這有利于電蝕產(chǎn)物的排除，提高加工穩(wěn)定性。

(4)工具電極移動方式的改變，可使加工的表面粗糙度大有改善，特別是底平面處。 2.脈沖電源 在電火花加工過程中，脈沖電源的作用是把工頻正弦交流電流轉變成頻率較高的單向脈沖電流，向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。脈沖電源的性能直接關系到電火花加工的加工速度、表面質(zhì)量、加工精度、工具電極損耗等工藝指標。 脈沖電源輸入為380V、50Hz的交流電，其輸出應滿足如下要求：

(1)要有一定的脈沖放電能量，否則不能使工件金屬氣化。

(2)火花放電必須是短時間的脈沖性放電，這樣才能使放電產(chǎn)生的熱量來不及擴散到其他部分，從而有效地蝕除金屬，提高成型性和加工精度。

(3)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。

(4)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)節(jié)范圍，以滿足粗、中、精加工的要求。

(5)有適當?shù)拿}沖間隔時間，使放電介質(zhì)有足夠時間消除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，所以電源往往是電火花機床制造廠商的核心機密之一。從理論上講，電源一般有如下幾種。 1)弛張式脈沖電源 弛張式脈沖電源是最早使用的電源，它是利用電容器充電儲存電能，然后瞬時放出，形成火花放電來蝕除金屬的。因為電容器時而充電，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絕緣和切斷脈沖電流的，因此間隙大小、電蝕產(chǎn)物的排出情況等都影響脈沖參數(shù)，使脈沖參數(shù)不穩(wěn)定，所以這種電源又稱為非獨立式電源。 弛張式脈沖電源結構簡單，使用維修方便，加工精度較高，粗糙度值較小，但生產(chǎn)率低，電能利用率低，加工穩(wěn)定性差，故目前這種電源的應用已逐漸減少。圖2-9RC線路脈沖電源 2)閘流管脈沖電源 閘流管是一種特殊的電子管，當對其柵極通入一脈沖信號時，便可控制管子的導通或截止，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。閘流管脈沖電源的生產(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發(fā)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)節(jié)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采用高低壓復合的晶體管脈沖電源，中、高檔電火花加工機床都采用微機數(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(例如C320)表示和調(diào)用，三菱公司則用E代碼表示。 3.自動進給調(diào)節(jié)系統(tǒng) 在電火花成型加工設備中，自動進給調(diào)節(jié)系統(tǒng)占有很重要的位置，它的性能直接影響加工穩(wěn)定性和加工效果。 電火花成型加工的自動進給調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主要包含伺服進給系統(tǒng)和參數(shù)控制系統(tǒng)。伺服進給系統(tǒng)主要用于控制放電間隙的大小，而參數(shù)控制系統(tǒng)主要用于控制電火花成型加工中的各種參數(shù)(如放電電流、脈沖寬度、脈沖間隔等)，以便能夠獲得最佳的加工工藝指標等，其具體內(nèi)容可參考第三章相關內(nèi)容。 1)伺服進給系統(tǒng)的作用及要求 在電火花成型加工中，電極與工件必須保持一定的放電間隙。由于工件不斷被蝕除，電極也不斷地損耗，故放電間隙將不斷擴大。如果電極不及時進給補償，放電過程會因間隙過大而停止。反之，間隙過小又會引起拉弧燒傷或短路，這時電極必須迅速離開工件，待短路消除后再重新調(diào)節(jié)到適宜的放電間隙。在實際生產(chǎn)中，放電間隙變化范圍很小，且與加工規(guī)準、加工面積、工件蝕除速度等因素有關，因此很難靠人工進給，也不能像鉆削那樣采用“機動”、等速進給，而必須采用伺服進給系統(tǒng)。這種不等速的伺服進給系統(tǒng)也稱為自動進給調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 伺服進給系統(tǒng)一般有如下要求： (1)有較廣的速度調(diào)節(jié)跟蹤范圍。

(2)有足夠的靈敏度和快速性。

(3)有較高的穩(wěn)定性和抗干擾能力。 伺服進給系統(tǒng)種類較多，下面簡單介紹電液壓式伺服進給系統(tǒng)的原理，其他的伺服進給系統(tǒng)可參考其他相關資料。 2)電液壓式伺服進給系統(tǒng) 在電液自動進給調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，液壓缸、活塞是執(zhí)行機構。由于傳動鏈短及液體的基本不可壓縮性，因此傳動鏈中無間隙、剛度大、不靈敏區(qū)??；又因為加工時進給速度很低，所以正、反向慣性很小，反應迅速，特別適合于電火花加工的低速進給，故20世紀80年代前得到了廣泛的應用，但它有漏油、油泵噪聲大、占地面積較大等缺點。 圖2-10所示為DYT-2型液壓主軸頭的噴嘴—擋板式調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作原理圖。電動機4驅動葉片液壓泵3從油箱中壓出壓力油，由溢流閥2保持恒定壓力P0，經(jīng)過濾油器6后分兩路，一路進入下油腔，另一路經(jīng)節(jié)流閥7進入上油腔。進入上油腔的壓力油從噴嘴8與擋板12的間隙中流回油箱，使上油腔的壓力P1隨此間隙的大小而變化。圖2-10噴嘴—擋板式電液壓自動調(diào)節(jié)器工作原理

電—機械轉換器9主要由動圈(控制線圈)10與靜圈(勵磁線圈)11等組成。動圈處在勵磁線圈的磁路中，與擋板12連成一體。改變輸入動圈的電流，可使擋板隨動圈動作，從而改變擋板與噴嘴間的間隙。當放電間隙短路時，動圈兩端電壓為零，此時動圈不受電磁力的作用，擋板受彈簧力處于最高位置Ⅰ，噴嘴與擋板門開口為最大，使工作液流經(jīng)噴嘴的流量為最大，上油腔的壓力下降到最小值，致使上油腔壓力小于下油腔壓力，故活塞桿帶動工具電極上升。當放電間隙開路時，動圈電壓最大，擋板被磁力吸引下移到最低位置Ⅲ，噴嘴被封閉，上、下油腔壓強相等，但因下油腔工作面積小于上油腔工作面積，活塞上的向下作用力大于向上作用力，活塞桿下降。當放電間隙最佳時，電動力使擋板處于平衡位置Ⅱ，活塞處于靜止狀態(tài)。 4.工作液過濾和循環(huán)系統(tǒng) 電火花加工中的蝕除產(chǎn)物，一部分以氣態(tài)形式拋出，其余大部分是以球狀固體微粒分散地懸浮在工作液中，直徑一般為幾微米。隨著電火花加工的進行，蝕除產(chǎn)物越來越多，充斥在電極和工件之間，或粘連在電極和工件的表面上。蝕除產(chǎn)物的聚集，會與電極或工件形成二次放電。這就破壞了電火花加工的穩(wěn)定性，降低了加工速度，影響了加工精度和表面粗糙度。為了改善電火花加工的條件，一種辦法是使電極振動，以加強排屑作用；另一種辦法是對工作液進行強迫循環(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。電火花加工用的工作液過濾系統(tǒng)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)油路圖，它既能實現(xiàn)沖油，又能實現(xiàn)抽油。其工作過程是：儲油箱的工作液首先經(jīng)過粗過濾器l，經(jīng)單向閥2吸入油泵3，這時高壓油經(jīng)過不同形式的精過濾器7輸向機床工作液槽，溢流安全閥5使控制系統(tǒng)的壓力不超過400kPa，補油閥11為快速進油用。待油注滿油箱時，可及時調(diào)節(jié)沖油選擇閥10，由閥8來控制工作液循環(huán)方式及壓力。當閥10在沖油位置時，補油沖油都不通，這時油杯中油的壓力由閥8控制；當閥10在抽油位置時，補油和抽油兩路都通，這時壓力工作液穿過射流抽吸管9，利用流體速度產(chǎn)生負壓，達到實現(xiàn)抽油的目的。圖2-11工作液循環(huán)系統(tǒng)油路圖 5.數(shù)控系統(tǒng)

1)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X、Y、Z三個坐標軸系統(tǒng)外，還有三個轉動的坐標系統(tǒng)，即繞X軸轉動的A軸，繞Y軸轉動的B軸，繞Z軸轉動的C軸。若機床的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。 根據(jù)機床的數(shù)控坐標軸的數(shù)目，目前常見的數(shù)控機床有三軸數(shù)控電火花機床、四軸三聯(lián)動數(shù)控電火花機床、四軸聯(lián)動或五軸聯(lián)動甚至六軸聯(lián)動電火花加工機床。三軸數(shù)控電火花加工機床的主軸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。

三軸兩聯(lián)動是指X、Y、Z三軸中，只有兩軸(如X、Y軸)能進行插補運算和聯(lián)動，電極只能在平面內(nèi)走斜線和圓弧軌跡(電極在Z軸方向只能作伺服進給運動，但不是插補運動)。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。 現(xiàn)在部分數(shù)控電火花機床還帶有工具電極庫，在加工中可以根據(jù)事先編制好的程序，自動更換電極。 2)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，可以用來加工多種較復雜的型腔。目前，絕大部分電火花數(shù)控機床采用國際上通用的ISO代碼進行編程、程序控制、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)控編碼和程序控制的一種標準代碼。代碼主要有G指令(即準備功能指令)和M指令(即輔助功能指令)，具體見表2-1。表2-1常用的電火花數(shù)控指令表2-1常用的電火花數(shù)控指令表2-2工作坐標系

以上代碼，絕大部分與數(shù)控銑床、車床的代碼相同，只有G54、G80、G82、M05等是以前接觸較少的指令，其具體用法如下：圖2-12工作坐標系切換

一般的慢走絲線切割機床和部分快走絲線切割機床都有幾個或幾十個工作坐標系，可以用G54、G55、G56等指令進行切換(如表2-2所示)。在加工或找正過程中定義工作坐標系的主要目的是為了坐標的數(shù)值更簡潔。這些定義工作坐標系指令可以和G92一起使用，G92代碼只能把當前點的坐標系中定義為某一個值，但不能把這點的坐標在所有的坐標系中都定義成該值。 如圖2-12所示，可以通過如下指令切換工作坐標系。

G92G54X0Y0；

G00X20.Y30.；

G92G55X0Y0；

這樣通過指令，首先把當前的O點定義為工作坐標系0的零點，然后分別把X、Y軸快速移動20mm、30mm到達點O‘，并把該點定義為工作坐標系1的零點。

G80:

含義：接觸感知。 格式：G80軸＋方向 如：G80X－； /電極將沿X軸的負方向前進，直到接觸到工件，然后停在那里

G82： 含義：移動到原點和當前位置一半處。 格式：G82軸 如：G92X100.;/將當前點的X坐標定義為100. G82X; /將電極移到當前坐標系X=50.的地方 M05： 含義：忽略接觸感知，只在本段程序起作用。具體用法是：當電極與工件接觸感知并停在此處后，若要移走電極，請用此代碼。 如：G80X－； /X軸負方向接觸感知

G90G92X0Y0； /設置當前點坐標為(0，0) M05G00X10.；

/忽略接觸感知且把電極向X軸正方向移動10mm

若去掉上面代碼中的M05，則電極往往不動作，G00不執(zhí)行。

圖2-13工件找正圖

以上代碼通常用在加工前電極的定位上，具體實例如下： 如圖2-13所示，ABCD為矩形工件，AB、BC邊為設計基準，現(xiàn)欲用電火花加工一圓形圖案，圖案的中心為O點，O到AB邊、BC邊的距離如圖中所標。已知圓形電極的直徑為20mm，請寫出電極定位于O點的具體過程。 具體過程如下： 首先將電極移到工件AB的左邊，Y軸坐標大致與O點相同，然后執(zhí)行如下指令：G80X+;G90G92X0;M05G00X－10.；G91G00Y38.；

/38.為一估計值，主要目的是保證電極在BC邊下方G90G00X50.；G80Y+；G92Y0；M05G00Y－2.；

/電極與工件分開，2mm表示為一小段距離G91G00Z10.； /將電極底面移到工件上面G90G00X50.Y28.；

如前面所述，普通電火花加工機床為了修光側壁和提高其尺寸精度而添加平動頭，使工具電極軌跡向外可以逐步擴張，即可以平動。對數(shù)控電火花機床，由于工作臺是數(shù)控的，可以實現(xiàn)工件加工軌跡逐步向外擴張，即搖動，故數(shù)控電火花機床不需要平動頭。具體來說，搖動加工的作用是：

(1)可以精確控制加工尺寸精度。

(2)可以加工出復雜的形狀，如螺紋。

(3)可以提高工件側面和底面的表面粗糙度。

(4)可以加工出清棱、清角的側壁和底邊。 (5)變?nèi)婕庸榫植考庸?，有利于排屑和加工穩(wěn)定。

(6)對電極尺寸精度要求不高。 搖動的軌跡除了可以像平動頭的小圓形軌跡外，數(shù)控搖動的軌跡還有方形、菱形、叉形和十字形，且搖動的半徑可為9.9mm以內(nèi)任一數(shù)值。 搖動加工的編程代碼各公司均自己規(guī)定。以漢川機床廠和日本沙迪克公司為例，搖動加工的指令代碼如下(參見表2-3)：表2-3電火花數(shù)控搖動類型一覽表

數(shù)控搖動的伺服方式共有以下三種(如圖2-14所示)：

(1)自由搖動。選定某一軸向(例如Z軸)作為伺服進給軸，其他兩軸進行搖動運動(如圖2-14(a)所示)。例如：

G01LN001STEP30Z-10. G01表示沿Z軸方向進行伺服進給。LN001中的00表示在X—Y平面內(nèi)自由搖動，1表示工具電極各點繞各原始點作圓形軌跡搖動，STEP30表示搖動半徑為30μm，Z-10.表示伺服進給至Z軸向下10mm為止。其實際放電點的軌跡見圖2-14(a)，沿各軸方向可能出現(xiàn)不規(guī)則的進進退退。 (2)步進搖動。在某選定的軸向作步進伺服進給，每進一步的步距為2μm，其他兩軸作搖動運動(如圖2-14(b)所示)。例如：

G01LN101STEP20Z-10. G01表示沿Z軸方向進行伺服進給。LN101中的10表示在X—Y平面內(nèi)步進搖動，1表示工具電極各點繞各原始點作圓形軌跡搖動，STEP20表示搖動半徑為20μm，Z-10.表示伺服進給至Z軸向下10mm為止。其實際放電點的軌跡見圖2-14(b)。步進搖動限制了主軸的進給動作，使搖動動作的循環(huán)成為優(yōu)先動作。步進搖動用在深孔排屑比較困難的加工中。它較自由搖動的加工速度稍慢，但更穩(wěn)定，沒有頻繁的進給、回退現(xiàn)象。 (3)鎖定搖動。在選定的軸向停止進給運動并鎖定軸向位置，其他兩軸進行搖動運動。在搖動中，搖動半徑幅度逐步擴大，主要用于精密修擴內(nèi)孔或內(nèi)腔(如圖2-14(c)所示)。例如：

G01LN202STEP20Z-5. G01表示沿Z軸方向進行伺服進給。LN202中的20表示在X—Y平面內(nèi)鎖定搖動，2表示工具電極各點繞各原始點作方形軌跡搖動，Z-5.表示Z軸加工至-5mm處停止進給并鎖定，X、Y軸進行搖動運動。其實際放電點的軌跡見圖2-14(c)。鎖定搖動能迅速除去粗加工留下的側面波紋，是達到尺寸精度最快的加工方法。它主要用于通孔、盲孔或有底面的型腔模加工中。如果鎖定后作圓軌跡搖動，則還能在孔內(nèi)滾花、加工出內(nèi)花紋等。圖2-14數(shù)控搖動的伺服方式 6.電火花機床常見功能 電火花機床的常見功能如下：

(1)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軸回到其軸的正極限處。這樣，機床的控制系統(tǒng)才能復位，后續(xù)操作機床運動不會出現(xiàn)紊亂。

(2)置零功能。將當前點的坐標設置為零。

(3)接觸感知功能。讓電極與工件接觸，以便定位。

(4)其他常見功能(如圖2-15所示)。圖2-15電火花機床常見功能2.3電火花線切割加工機床簡介 2.3.1機床分類、型號

1．分類 線切割加工機床可按多種方法進行分類，通常按電極絲的走絲速度分成快速走絲線切割機床(WEDM-HS)與慢速走絲線切割機床(WEDM-LS)。

1)快速走絲線切割機床

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，是我國獨創(chuàng)的電火花線切割加工模式?？焖僮呓z線切割機床上運動的電極絲能夠雙向往返運行，重復使用，直至斷絲為止。線電極材料常用直徑為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，也可采用直徑為0.6mm的鉬絲。 工作液通常采用乳化液?？焖僮呓z線切割機床結構簡單、價格便宜、生產(chǎn)率高，但由于運行速度快，工作時機床震動較大。鉬絲和導輪的損耗快，加工精度和表面粗糙度就不如慢速走絲線切割機床，其加工精度一般為0.01～0.02mm，表面粗糙度Ra為1.25～2.5μm。 2)慢速走絲線切割機床 慢速走絲線切割機床走絲速度低于0.2m/s。常用黃銅絲(有時也采用紫銅、鎢、鉬和各種合金的涂覆線)作為電極絲，銅絲直徑通常為0.10～0.35mm。電極絲僅從一個單方向通過加工間隙，不重復使用，避免了因電極絲的損耗而降低加工精度。同時由于走絲速度慢，機床及電極絲的震動小，因此加工過程平穩(wěn)，加工精度高，可達0.005mm，表面粗糙度Ra≤0.32μm。 慢速走絲線切割機床的工作液一般采用去離子水、煤油等，生產(chǎn)率較高。 慢走絲機床主要由日本、瑞士等國生產(chǎn)，目前國內(nèi)有少數(shù)企業(yè)引進國外先進技術與外企合作生產(chǎn)慢走絲機床。 2．型號 國標規(guī)定的數(shù)控電火花線切割機床的型號，如DK7725的基本含義為：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，表示是電火花加工機床，第二個7為系代號(快走絲線切割機床為7，慢走絲線切割機床為6，電火花成型機床為1)；25為基本參數(shù)代號，表示工作臺橫向行程為250mm。

2.3.2快走絲線切割機床簡介 由于科學技術的發(fā)展，目前在生產(chǎn)中使用的快走絲線切割機床幾乎全部采用數(shù)字程序控制，這類機床主要由機床本體、脈沖電源、數(shù)控系統(tǒng)和工作液循環(huán)系統(tǒng)組成。 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：

1)床身 床身是支承和固定工作臺、運絲機構等的基體。因此，要求床身應有一定的剛度和強度，一般采用箱體式結構。床身里面安裝有機床電氣系統(tǒng)、脈沖電源、工作液循環(huán)系統(tǒng)等元器件。

2)工作臺 目前在電火花線切割機床上采用的坐標工作臺，大多為X、Y方向線性運動。

不論是哪種控制方式，電火花線切割機床最終都是通過坐標工作臺與絲架的相對運動來完成零件加工的，坐標工作臺應具有很高的坐標精度和運動精度，而且要求運動靈敏、輕巧，一般都采用“十”字滑板、滾珠導軌，傳動絲杠和螺母之間必須消除間隙，以保證滑板的運動精度和靈敏度。

3)運絲機構 在快走絲線切割加工時，電極絲需要不斷地往復運動，這個運動是由運絲機構來完成的。最常見的運絲機構是單滾筒式，電極絲繞在儲絲筒上，并由絲筒作周期性的正反旋轉使電極絲高速往返運動。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控制(如圖2-16中的5、4)，調(diào)整撞桿的位置即可調(diào)節(jié)行程的長短。

這種形式的運絲機構的優(yōu)點是結構簡單、維護方便，因而應用廣泛。其缺點是繞絲長度小，電動機正反轉動頻繁，電極絲張力不可調(diào)。圖2-16快走絲線切割機床結構圖 4)絲架 運絲機構除上面所敘述的內(nèi)容外，還包括絲架。絲架的主要作用是在電極絲快速移動時，對電極絲起支撐作用，并使電極絲工作部分與工作臺平面保持垂直。為獲得良好的工藝效果，上、下絲架之間的距離宜盡可能小。 為了實現(xiàn)錐度加工，最常見的方法是在上絲架的上導輪上加兩個小步進電動機，使上絲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控制。 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相同，不過受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，所以線切割總是采用正極性加工。

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，具體體現(xiàn)在兩方面：

(1)軌跡控制作用。它精確地控制電極絲相對于工件的運動軌跡，使零件獲得所需的形狀和尺寸。

(2)加工控制。它能根據(jù)放電間隙大小與放電狀態(tài)控制進給速度，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。 目前絕大部分機床采用數(shù)字程序控制，并且普遍采用繪圖式編程技術，操作者首先在計算機屏幕上畫出要加工的零件圖形，線切割專用軟件(如YH軟件、北航海爾的CAXA線切割軟件)會自動將圖形轉化為ISO代碼或3B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可缺少的一部分，其主要包括工作液箱、工作液泵、流量控制閥、進液管、回液管和過濾網(wǎng)罩等。工作液的作用是及時地從加工區(qū)域中排除電蝕產(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)定而順利地進行。目前絕大部分快走絲機床的工作液是專用乳化液。乳化液種類繁多，大家可根據(jù)相關資料來正確選用。 2.3.3慢走絲線切割機床簡介 同快走絲線切割機床一樣，慢走絲線切割機床也是由機床本體、脈沖電源、數(shù)控系統(tǒng)等部分組成的。但慢走絲線切割機床的性能大大優(yōu)于快走絲線切割機床，其結構具有以下特點：

1．主體結構

1)機頭結構 機床和錐度切割裝置(U，V軸部分)實現(xiàn)了一體化，并采用了桁架鑄造結構，從而大幅度地強化了剛度。

2)主要部件 精密陶瓷材料大量用于工作臂、工作臺固定板、工件固定架、導絲裝置等主要部件，實現(xiàn)了高剛度和不易變形的結構。

3)工作液循環(huán)系統(tǒng) 慢走絲線切割機床大多數(shù)采用去離子水作為工作液，所以有的機床(如北京阿奇)帶有去離子系統(tǒng)(如圖2-17所示)。在較精密加工時，慢走絲線切割機床采用絕緣性能較好的煤油作為工作液。圖2-17去離子系統(tǒng)

濾芯

過濾筒

潔水箱污水箱 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)一般由以下幾部分組成：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、其他輔助件(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部分結構圖，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行導向

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輔助輪

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，若不正常送進，則發(fā)出報警信號，提醒發(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圖2-18電極絲送絲裝置

圖2-19為北京阿奇工業(yè)電子有限公司某型號慢走絲線切割機床的送絲圖。

(a)電極絲送絲示意圖(b)電極絲送絲圖圖2-19電極絲送絲圖 2.3.4線切割機床常見的功能 下面簡單介紹線切割機床較常見的功能。

(1)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。

(2)短路回退功能。加工過程中若進給速度太快而電腐蝕速度慢，在加工時出現(xiàn)短路現(xiàn)象，控制器會改變加工條件并沿原來的軌跡快速后退，消除短路，防止斷絲。

(3)回原點功能。遇到斷絲或其他一些情況，需要回到起割點，可用此操作。

(4)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： 單段停止!按OFF鍵停止加工，按RST鍵繼續(xù)加工。

此功能主要用于檢查程序每一段的執(zhí)行情況。

(5)暫停功能。暫時中止當前的功能(如加工、單段加工、模擬、回退等)。

(6)MDI功能。手動數(shù)據(jù)輸入方式輸入程序功能，即可通過操作面板上的鍵盤，把數(shù)控指令逐條輸入存儲器中。

(7)進給控制功能。能根據(jù)加工間隙的平均電壓或放電狀態(tài)的變化，通過取樣、變頻電路，不斷定期地向計算機發(fā)出中斷申請，自動調(diào)整伺服進給速度，保持平均放電間隙，使加工穩(wěn)定，提高切割速度和加工精度。

(8)間隙補償功能。線切割加工數(shù)控系統(tǒng)所控制的是電極絲中心移動的軌跡。因此，加工零件時有補償量，其大小為單邊放電間隙與電極絲半徑之和。

(9)自動找中心功能。電極絲能夠自動找正后停在孔中心處。

(10)信息顯示功能?？蓜討B(tài)顯示程序號、計數(shù)長度、電規(guī)準參數(shù)、切割軌跡圖形等參數(shù)。

(11)斷絲保護功能。在斷絲時，控制機器停在斷絲坐標位置上，等待處理，同時高頻停止輸出脈沖，絲筒停止運轉。

(12)停電記憶功能?？杀４嫒績?nèi)存加工程序，當前沒有加工完的程序可保持24小時以內(nèi)，隨時可停機。 (13)斷電保護功能。在加工時如果突然發(fā)生斷電，系統(tǒng)會自動將當時的加工狀態(tài)記下來。在下次來電加工時，系統(tǒng)自動進入自動方式，并提示： 從斷電處開始加工嗎按OFF鍵退出按RST鍵繼續(xù) 這時，如果想繼續(xù)從斷電處開始加工，則按下RST鍵，系統(tǒng)將從斷電處開始加工，否則按OFF鍵退出加工。 使用該功能的前提是：不要輕易移動工件和電極絲，否則來電繼續(xù)加工時，會發(fā)生很長時間的回退，影響加工效果甚至導致工件報廢。

(14)分時控制功能。可以一邊進行切割加工，一邊編寫另外的程序。 (16)平移功能。主要用在切割完當前圖形后，在另一個位置加工同樣圖形等場合。這種功能可以省掉重新畫圖的時間。

(17)跳步功能。將多個加工軌跡連接成一個跳步軌跡(如圖2-20所示)，可以簡化加工的操作過程。圖中，實線為零件形狀，虛線為電極絲路徑。

(18)任意角度旋轉功能?？梢源蟠蠛喕承┹S對稱零件的程編工藝，如齒輪只需先畫一個齒形，然后讓它旋轉幾次，就可圓滿完成。

(19)代碼轉換功能。能將ISO代碼轉換為3B代碼等。

(20)上下異性功能?？杉庸こ錾舷卤砻嫘螤畈灰恢碌牧慵缟厦鏋閳A形，下面為方形等。圖2-20軌跡跳步習題 1．電火花加工的物理本質(zhì)是什么？

2．電火花加工與電火花線切割加工的異同點是什么？

3．電火花機床有哪些常用的功能？

4．線切割機床有哪些常用的功能？

電火花加工工藝規(guī)律

3.1電火花加工的常用術語

電火花加工中常用的主要名詞術語和符號如下：

1．工具電極 電火花加工用的工具是電火花放電時的電極之一，故稱為工具電極，有時簡稱電極。由于電極的材料常常是銅，因此又稱為銅公(如圖3-1所示)。圖3-1電火花加工示意圖 2．放電間隙 放電間隙是放電時工具電極和工件間的距離，它的大小一般在0.01～0.5mm之間，粗加工時間隙較大，精加工時則較小。

3．脈沖寬度ti(μs)

脈沖寬度簡稱脈寬(也常用ON、TON等符號表示)，是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(如圖3-2所示)。為了防止電弧燒傷，電火花加工只能用斷斷續(xù)續(xù)的脈沖電壓波。一般來說，粗加工時可用較大的脈寬，精加工時只能用較小的脈寬。圖3-2脈沖參數(shù)與脈沖電壓、電流波形 4．脈沖間隔to(μs))

脈沖間隔簡稱脈間或間隔(也常用OFF、TOFF表示)，它是兩個電壓脈沖之間的間隔時間(如圖3-2所示)。間隔時間過短，放電間隙來不及消電離和恢復絕緣，容易產(chǎn)生電弧放電，燒傷電極和工件；脈間選得過長，將降低加工生產(chǎn)率。加工面積、加工深度較大時，脈間也應稍大。

5．放電時間(電流脈寬)te(μs)

放電時間是工作液介質(zhì)擊穿后放電間隙中流過放電電流的時間，即電流脈寬，它比電壓脈寬稍小，二者相差一個擊穿延時td。ti和te對電火花加工的生產(chǎn)率、表面粗糙度和電極損耗有很大影響，但實際起作用的是電流脈寬te。 6．擊穿延時td(μs)

從間隙兩端加上脈沖電壓后，一般均要經(jīng)過一小段延續(xù)時間td，工作液介質(zhì)才能被擊穿放電，這一小段時間td稱為擊穿延時(見圖3-2)。擊穿延時td與平均放電間隙的大小有關，工具欠進給時，平均放電間隙變大，平均擊穿延時td就大；反之，工具過進給時，放電間隙變小，td也就小。

7．脈沖周期tP(μs)

一個電壓脈沖開始到下一個電壓脈沖開始之間的時間稱為脈沖周期，顯然tP=ti+to(見圖3-2)。 8．脈沖頻率fP(Hz)

脈沖頻率是指單位時間內(nèi)電源發(fā)出的脈沖個數(shù)。顯然，它與脈沖周期tP互為倒數(shù)，即

9．有效脈沖頻率fe(HZ)

有效脈沖頻率是單位時間內(nèi)在放電間隙上發(fā)生有效放電的次數(shù)，又稱工作脈沖頻率。

10．脈沖利用率λ

脈沖利用率λ是有效脈沖頻率fe與脈沖頻率fp之比，又稱頻率比，即

亦即單位時間內(nèi)有效火花脈沖個數(shù)與該單位時間內(nèi)的總脈沖個數(shù)之比。

11．脈寬系數(shù)τ

脈寬系數(shù)是脈沖寬度ti與脈沖周期tp之比，其計算公式為 12．占空比ψ

占空比是脈沖寬度ti與脈沖間隔to之比，ψ=ti/to。粗加工時占空比一般較大，精加工時占空比應較小，否則放電間隙來不及消電離恢復絕緣，容易引起電弧放電。

13．開路電壓或峰值電壓(V)

開路電壓是間隙開路和間隙擊穿之前td時間內(nèi)電極間的最高電壓(見圖3-2)。一般晶體管方波脈沖電源的峰值電壓=60～80V，高低壓復合脈沖電源的高壓峰值電壓為175～300V。峰值電壓高時，放電間隙大，生產(chǎn)率高，但成形復制精度較差。

14．火花維持電壓 火花維持電壓是每次火花擊穿后，在放電間隙上火花放電時的維持電壓，一般在25V左右，但它實際是一個高頻振蕩的電壓(見圖3-2)。

15．加工電壓或間隙平均電壓U(V)

加工電壓或間隙平均電壓是指加工時電壓表上指示的放電間隙兩端的平均電壓，它是多個開路電壓、火花放電維持電壓、短路和脈沖間隔等電壓的平均值。

16．加工電流I(A)

加工電流是加工時電流表上指示的流過放電間隙的平均電流。精加工時小，粗加工時大，間隙偏開路時小，間隙合理或偏短路時則大。 17．短路電流Is(A)

短路電流是放電間隙短路時電流表上指示的平均電流。它比正常加工時的平均電流要大20%～40%。

18．峰值電流(A)

峰值電流是間隙火花放電時脈沖電流的最大值(瞬時)，在日本、英國、美國常用Ip表示(見圖3-2)。雖然峰值電流不易測量，但它是影響加工速度、表面質(zhì)量等的重要參數(shù)。在設計制造脈沖電源時，每一功率放大管的峰值電流時預先計算好的，選擇峰值電流實際是選擇幾個功率管進行加工。 19．短路峰值電流(A)

短路峰值電流是間隙短路時脈沖電流的最大值(見圖3-2)，它比峰值電流要大20％～40％，與短路電流Is相差一個脈寬系數(shù)的倍數(shù)，即

3)短路(短路脈沖)

放電間隙直接短路，這是由于伺服進給系統(tǒng)瞬時進給過多或放電間隙中有電蝕產(chǎn)物搭接所致。間隙 短路時電流較大，但間隙兩端的電壓很小，沒有蝕除加工作用。 4)電弧放電(穩(wěn)定電弧放電)

由于排屑不良，放電點集中在某一局部而不分散，導致局部熱量積累，溫度升高，如此惡性循環(huán)，此時火花放電就成為電弧放電。由于放電點固定在某一點或某一局部，因此稱為穩(wěn)定電弧，常使電極表面積炭、燒傷。電弧放電的波形特點是td和高頻振蕩的小鋸齒基本消失。

5)過渡電弧放電(不穩(wěn)定電弧放電，或稱不穩(wěn)定火花放電)

過渡電弧放電是正?；鸹ǚ烹娕c穩(wěn)定電弧放電的過渡狀態(tài)，是穩(wěn)定電弧放電的前兆。波形特點是擊穿延時很小或接近于零，僅成為一尖刺，電壓電流表上的高頻分量變低或成為稀疏的鋸齒形。3.2影響材料放電腐蝕的因素 1．極性效應對電蝕量的影響 在電火花加工時，相同材料(如用鋼電極加工鋼)兩電極的被腐蝕量是不同的。其中一個電極比另一個電極的蝕除量大，這種現(xiàn)象叫做極性效應。如果兩電極材料不同，則極性效應更加明顯。在生產(chǎn)中，將工件接脈沖電源正極(工具電極接脈沖電源負極)的加工稱為正極性加工(如圖3-3所示)，反之稱為負極性加工(如圖3-4所示)。

在實際加工中，極性效應受到電極及電極材料、加工介質(zhì)、電源種類、單個脈沖能量等多種因素的影響，其中主要原因是脈沖寬度。圖3-3“正極性”接線法圖3-4“負極性”接線法

在實際加工中，極性效應受到電極及電極材料、加工介質(zhì)、電源種類、單個脈沖能量等多種因素的影響，其中主要原因是脈沖寬度。 在電場的作用下，放電通道中的電子奔向正極，正離子奔向負極。在窄脈寬度加工時，由于電子慣性小，運動靈活，大量的電子奔向正極，并轟擊正極表面，使正極表面迅速熔化和氣化；而正離子慣性大，運動緩慢，只有一小部分能夠到達負極表面，而大量的正離子不能到達，因此電子的轟擊作用大于正離子的轟擊作用，正極的電蝕量大于負極的電蝕量，這時應采用正極性加工。

在寬脈沖寬度加工時，因為質(zhì)量和慣性都大的正離子將有足夠的時間到達負極表面，由于正離子的質(zhì)量大，它對負極表面的轟擊破壞作用要比電子強，同時到達負極的正離子又會牽制電子的運動，故負極的電蝕量將大于正極，這時應采用負極性加工。 在實際加工中，要充分利用極性效應，正確選擇極性，最大限度地提高工件的蝕除量，降低工具電極的損耗。 2．覆蓋效應對電蝕量的影響 在材料放電腐蝕過程中，一個電極的電蝕產(chǎn)物轉移到另一個電極表面上，形成一定厚度的覆蓋層，這種現(xiàn)象叫做覆蓋效應。合理利用覆蓋效應，有利于降低電極損耗。 在油類介質(zhì)中加工時，覆蓋層主要是石墨化的碳素層，其次是粘附在電極表面的金屬微粒粘結層。碳素層的生成條件主要有以下幾點：

(1)要有足夠高的溫度。電極上待覆蓋部分的表面溫度不低于碳素層生成溫度，但要低于熔點，以使碳粒子燒結成石墨化的耐蝕層。 (2)要有足夠多的電蝕產(chǎn)物，尤其是介質(zhì)的熱解產(chǎn)物──碳粒子。

(3)要有足夠的時間，以便在這一表面上形成一定厚度的碳素層。

(4)一般采用負極性加工，因為碳素層易在陽極表面生成。

(5)必須在油類介質(zhì)中加工。 影響覆蓋效應的主要因素有如下：

(1)脈沖參數(shù)與波形的影響。增大脈沖放電能量有助于覆蓋層的生長，但對中、精加工有相當大的局限性；減小脈沖間隔有利于在各種電規(guī)準下生成覆蓋層，但若脈沖間隔過小，正常的火花放電有轉變?yōu)槠茐男噪娀》烹姷奈ｋU。

此外，采用某些組合脈沖波加工，有助于覆蓋層的生成，其作用類似于減小脈沖間隔，并且可大大減少轉變?yōu)槠茐男噪娀》烹姷奈ｋU。

(2)電極對材料的影響。銅加工鋼時覆蓋效應較明顯，但銅電極加工硬質(zhì)合金工件則不大容易生成覆蓋層。

(3)工作液的影響。油類工作液在放電產(chǎn)生的高溫作用下，生成大量的碳粒子，有助于碳素層的生成。如果用水做工作液，則不會產(chǎn)生碳素層。

(4)工藝條件的影響。覆蓋層的形成還與間隙狀態(tài)有關。如工作液臟、電極截面面積較大、電極間隙較小、加工狀態(tài)較穩(wěn)定等情況均有助于生成覆蓋層。但若加工中沖油壓力太大，則覆蓋層較難生成。這是因為沖油會使趨向電極表面的微粒運動加劇，而微粒無法粘附到電極表面上去。 在電火花加工中，覆蓋層不斷形成，又不斷被破壞。為了實現(xiàn)電極低損耗，達到提高加工精度的目的，最好使覆蓋層形成與破壞的程度達到動態(tài)平衡。 3．電參數(shù)對電蝕量的影響 電火花加工過程中腐蝕金屬的量(即電蝕量)與單個脈沖能量、脈沖效率等電參數(shù)密切相關。 單個脈沖能量與平均放電電壓、平均放電電流和脈沖寬度成正比。在實際加工中，其中擊穿后的放電電壓與電極材料及工作液種類有關，而且在放電過程中變化很小，所以對單個脈沖能量的大小主要取決于平均放電電流和脈沖寬度的大小。 由上可見，要提高電蝕量，應增加平均放電電流、脈沖寬度及提高脈沖頻率。

但在實際生產(chǎn)中，這些因素往往是相互制約的，并影響到其它工藝指標，應根據(jù)具體情況綜合考慮。例如，增加平均放電電流，加工表面粗糙度值也隨之增大。

4．金屬材料對電蝕量的影響 正負電極表面電蝕量分配不均除了與電極極性有關外，還與電極的材料有很大關系。當脈沖放電能量相同時，金屬工件的熔點、沸點、比熱容、熔化熱、氣化熱等愈高，電蝕量將愈少，愈難加工；導熱系數(shù)愈大的金屬，因能把較多的熱量傳導、散失到其它部位，故降低了本身的蝕除量。因此，電極的蝕除量與電極材料的導熱系數(shù)及其它熱學常數(shù)等有密切的關系。

5．工作液對電蝕量的影響 電火花加工一般在液體介質(zhì)中進行。液體介質(zhì)通常叫做工作液，其作用主要是：

(1)壓縮放電通道，并限制其擴展，使放電能量高度集中在極小的區(qū)域內(nèi)，既加強了蝕除的效果，又提高了放電仿型的精確性。

(2)加速電極間隙的冷卻和消電離過程，有助于防止出現(xiàn)破壞性電弧放電。

(3)加速電蝕產(chǎn)物的排除。

(4)加劇放電的流體動力過程，有助于金屬的拋出。

目前，電火花成形加工多采用油類做工作液。機油粘度大、燃點高，用它做工作液有利于壓縮放電通道，提高放電的能量密度，強化電蝕產(chǎn)物的拋出效果，但粘度大，不利于電蝕產(chǎn)物的排出，影響正常放電；煤油粘度低，流動性好，但排屑條件較好。 在粗加工時，要求速度快，放電能量大，放電間隙大，故常選用機油等粘度大的工作液；在中、精加工時，放電間隙小，往往采用煤油等粘度小的工作液。

采用水做工作液是值得注意的一個方向。用各種油類以及其它碳氫化合物做工作液時，在放電過程中不可避免地產(chǎn)生大量碳黑，嚴重影響電蝕產(chǎn)物的排除及加工速度，這種影響在精密加工中尤為明顯。若采用酒精做工作液時，因為碳黑生成量減少，上述情況會有好轉。所以，最好采用不含碳的介質(zhì)，水是最方便的一種。此外，水還具有流動性好、散熱性好、不易起弧、不燃、無味、價廉等特點。但普通水是弱導電液，會產(chǎn)生離子導電的電解過程，這是很不利的，目前還只在某些大能量粗加工中采用。 在精密加工中，可采用比較純的蒸餾水、去離子水或乙醇水溶液來做工作液，其絕緣強度比普通水高。

3.3電火花加工工藝規(guī)律 3.3.1影響加工速度的主要因素 電火花成形加工的加工速度，是指在一定電規(guī)準下，單位時間內(nèi)工件被蝕除的體積V或質(zhì)量m。一般常用體積加工速度vw=V/T(單位為mm3/mm)來表示，有時為了測量方便，也用質(zhì)量加工速度vm=m/t(單位為g/mm)表示。 在規(guī)定的表面粗糙度、規(guī)定的相對電極損耗下的最大加工速度是電火花機床的重要工藝性能指標。一般電火花機床說明書上所指的最高加工速度是該機床在最佳狀態(tài)下所達到的，在實際生產(chǎn)中的正常加工速度大大低于機床的最大加工速度。

影響加工速度的因素分電參數(shù)和非電參數(shù)兩大類。電參數(shù)主要是脈沖電源輸出波形與參數(shù)；非電參數(shù)包括加工面積、深度、工作液種類、沖油方式、排屑條件及電極對的材料、形狀等。

1.電規(guī)準的影響 所謂電規(guī)準，是指電火花加工時選用的電加工參數(shù)，主要有脈沖寬度ti(μs)、脈沖間隙to(μs)及峰值電流Ip等參數(shù)。 1．脈沖寬度對加工速度的影響 單個脈沖能量的大小是影響加工速度的重要因素。對于矩形波脈沖電源，當峰值電流一定時，脈沖能量與脈沖寬度成正比。脈沖寬度增加，加工速度隨之增加，因為隨著脈沖寬度的增加，單個脈沖能量增大，使加工速度提高。但若脈沖寬度過大，加工速度反而下降(如圖3-5)。這是因為單個脈沖能量雖然增大，但轉換的熱能有較大部分散失在電極與工件之中，不起蝕除作用。同時，在其它加工條件相同時，隨著脈沖能量過分增大，蝕除產(chǎn)物增多，排氣排屑條件惡化，間隙消電離時間不足導致拉弧，加工穩(wěn)定性變差等。因此加工速度反而降低。圖3-5脈沖寬度與加工速度的關系曲線 2．脈沖間隔對加工速度的影響 在脈沖寬度一定的條件下，若脈沖間隔減小，則加工速度提高(如圖3-6)。這是因為脈沖間隔減小導致單位時間內(nèi)工作脈沖數(shù)目增多、加工電流增大，故加工速度提高；但若脈沖間隔過小，會因放電間隙來不及消電離引起加工穩(wěn)定性變差，導致加工速度降低。 在脈沖寬度一定的條件下，為了最大限度地提高加工速度，應在保證穩(wěn)定加工的同時，盡量縮短脈沖間隔時間。帶有脈沖間隔自適應控制的脈沖電源，能夠根據(jù)放電間隙的狀態(tài)，在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)脈沖間隔的大小，這樣既能保證穩(wěn)定加工，又可以獲得較大的加工速度。圖3-6脈沖間隔與加工速度的關系曲線 3．峰值電流的影響 當脈沖寬度和脈沖間隔一定時，隨著峰值電流的增加，加工速度也增加(如圖3-7)。因為加大峰值電流，等于加大單個脈沖能量，所以加工速度也就提高了。但若峰值電流過大(即單個脈沖放電能量很大)，加工速度反而下降。 此外，峰值電流增大將降低工件表面粗糙度和增加電極損耗。在生產(chǎn)中，應根據(jù)不同的要求，選擇合適的峰值電流。圖3-7峰值電流與加工速度的關系曲線 3.3.1.2非電參數(shù)的影響

1．加工面積的影響 圖3-8是加工面積和加工速度的關系曲線。由圖可知，加工面積較大時，它對加工速度沒有多大影響。但若加工面積小到某一臨界面積時，加工速度會顯著降低，這種現(xiàn)象叫做“面積效應”。因為加工面積小，在單位面積上脈沖放電過分集中，致使放電間隙的電蝕產(chǎn)物排除不暢，同時會產(chǎn)生氣體排除液體的現(xiàn)象，造成放電加工在氣體介質(zhì)中進行，因而大大降低加工速度。 從圖3-8可看出，峰值電流不同，最小臨界加工面積也不同。因此，確定一個具體加工對象的電參數(shù)時，首先必須根據(jù)加工面積確定工作電流，并估算所需的峰值電流。 2．排屑條件的影響 在電火花加工過程中會不斷產(chǎn)生氣體、金屬屑末和碳黑等，如不及時排除，則加工很難穩(wěn)定地進行。加工穩(wěn)定性不好，會使脈沖利用率降低，加工速度降低。為便于排屑，一般都采用沖油(或抽油)和電極抬起的辦法。

1)沖(抽)油壓力的影響度的關系曲線 在加工中對于工件型腔較淺或易于排屑的型腔，可以不采取任何輔助排屑措施。但對于較難排屑的加工，不沖(抽)油或沖(抽)油壓力過小，則因排屑不良產(chǎn)生的二次放電的機會明顯增多，從而導致加工速度下降；但若沖油壓力過大，加工速度同樣會降低。

這是因為沖油壓力過大，產(chǎn)生干擾，使加工穩(wěn)定性變差，故加工速度反而會降低。圖3－9是沖油壓力和加工速度關系曲線。 沖(抽)油的方式與沖油壓力大小應根據(jù)實際加工情況來定。若型腔較深或加工面積較大，沖(抽)油壓力要相應增大。圖3-8加工面積與加工速度的關系曲線

圖3-9沖油壓力和加工速度的關系曲線 2)“抬刀”對加工速度的影響 為使放電間隙中的電蝕產(chǎn)物迅速排除，除采用沖(抽)油外，還需經(jīng)常抬起電極以利于排屑。在定時“拾刀”狀態(tài)，會發(fā)生放電間隙狀況良好無需“拾刀”而電極卻照樣抬起的情況，也會出現(xiàn)當放電間隙的電蝕產(chǎn)物積聚較多急需“拾刀”時而“抬刀”時間未到卻不“抬刀”的情況。這種多余的“拾刀”運動和未及時“抬刀”都直接降低了加工速度。為克服定時“抬刀”的缺點，目前較先進的電火花機床都采用了自適應“抬刀”功能。自適應“拾刀”是根據(jù)放電間隙的狀態(tài)，決定是否“拾刀”。放電間隙狀態(tài)不好，電蝕產(chǎn)物堆積多，“抬刀”頻率自動加快；當放電間隙狀態(tài)好，電極就少抬起或不抬。這使電蝕產(chǎn)物的產(chǎn)生與排除基本保持平衡，避免了不必要的電極抬起運動，提高了加工速度。

圖3-10為抬刀方式對加工速度的影響。由圖可知，同樣加工深度時，采用自適應“抬刀”比定時“抬刀”需要的加工的時間短，即加工速度高。同時，采用自適應“拾刀”，加工工件質(zhì)量好，不易出現(xiàn)拉弧燒傷。

3．電極材料和加工極性的影響 在電參數(shù)選定的條件下，采用不同的電極材料與加工極性，加工速度也大不相同。由圖3-11可知，采用石墨電極，在同樣加工電流時，正極性比負極性加工速度高。

在加工中對于工件型腔較淺或易于排屑的型腔，可以不采取任何輔助排屑措施。但對于較難排屑的加工，不沖(抽)油或沖(抽)油壓力過小，則因排屑不良產(chǎn)生的二次放電的機會明顯增多，從而導致加工速度下降；但若沖油壓力過大，加工速度同樣會降低。這是因為沖油壓力過大，產(chǎn)生干擾，使加工穩(wěn)定性變差，故加工速度反而會降低。圖3－9是沖油壓力和加工速度關系曲線。 沖(抽)油的方式與沖油壓力大小應根據(jù)實際加工情況來定。若型腔較深或加工面積較大，沖(抽)油壓力要相應增大。 2)“抬刀”對加工速度的影響 為使放電間隙中的電蝕產(chǎn)物迅速排除，除采用沖(抽)油外，還需經(jīng)常抬起電極以利于排屑。在定時“拾刀”狀態(tài)，會發(fā)生放電間隙狀況良好無需“拾刀”而電極卻照樣抬起的情況，也會出現(xiàn)當放電間隙的電蝕產(chǎn)物積聚較多急需“拾刀”時而“抬刀”時間未到卻不“抬刀”的情況。這種多余的“拾刀”運動和未及時“抬刀”都直接降低了加工速度。為克服定時“抬刀”的缺點，目前較先進的電火花機床都采用了自適應“抬刀”功能。自適應“拾刀”是根據(jù)放電間隙的狀態(tài)，決定是否“拾刀”。放電間隙狀態(tài)不好，電蝕產(chǎn)物堆積多，“抬刀”頻率自動加快；當放電間隙狀態(tài)好，電極就少抬起或不抬。這使電蝕產(chǎn)物的產(chǎn)生與排除基本保持平衡，避免了不必要的電極抬起運動，提高了加工速度。

圖3-10為抬刀方式對加工速度的影響。由圖可知，同樣加工深度時，采用自適應“抬刀”比定時“抬刀”需要的加工的時間短，即加工速度高。同時，采用自適應“拾刀”，加工工件質(zhì)量好，不易出現(xiàn)拉弧燒傷。

3)電極材料和加工極性的影響 在電參數(shù)選定的條件下，采用不同的電極材料與加工極性，加工速度也大不相同。由圖3-11可知，采用石墨電極，在同樣加工電流時，正極性比負極性加工速度高。

圖3-10抬刀方式對加工速度的影響圖3-11電極材料和加工極性對加工速度的影響

在加工中選擇極性，不能只考慮加工速度，還必須考慮電極損耗。如用石墨做電極時，正極性加工比負極性加工速度高，但在粗加工中，電極損耗會很大。故在不計電極損耗的通孔加工、取折斷工具等情況，用正極性加工；而在用石墨電極加工型腔的過程中，常采用負極性加工。 從圖3-11還可看出，在同樣加工條件和加工極性情況下，采用不同的電極材料，加工速度也不相同。例如，中等脈沖寬度、負極件加工時，石墨電極的加工速度高于銅電極的加工速度。在脈沖寬度較窄或很寬時，銅電極加工速度高于石墨電極。此外，采用石墨電極加工的最大加工速度，比用銅電極加工的最大加工速度的脈沖寬度要窄。 由上所述，電極材料對電火花加工非常重要，正確選擇電極材料是電火花加工首要考慮的問題。 4)．工件材料的影響 在同樣加工條件下，選用不同工件材料，加工速度也不同。這主要取決于工件材料的物理性能(熔點、沸點、比熱、導熱系數(shù)、熔化熱和汽化熱等)。 一般說來，工件材料的熔點、沸點越高，比熱、熔化潛熱和氣化潛熱越大，加工速度越低，即越難加工。如加工硬質(zhì)合金鋼比加工碳素鋼的速度要低40～60％。對于導熱系數(shù)很高的工件，雖然熔點、沸點、熔化熱和氣化熱不高，但因熱傳導性好，熱量散失快，加工速度也會降低。

5)．工作液的影響 在電火花加工中，工作液的種類、粘度、清潔度對加工速度有影響。就工作液的種類來說，大致順序是：高壓水>(煤油＋機油)>煤油>酒精水溶液。在電火花成形加工中，應用最多的工作液是煤油。 3.3.2影響電極損耗的主要因素 電極損耗是電火花成型加工中的重要工藝指標。在生產(chǎn)中，衡量某種工具電極是否耐損耗