數(shù)控特種加工技術(shù)(第二版)整本書(shū)課件電子教案

數(shù)控特種加工技術(shù)（第二版）第1章數(shù)控特種加工概述

學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求：1．了解特種加工的產(chǎn)生和發(fā)展。2．了解特種加工的分類與特點(diǎn)。3．了解數(shù)控技術(shù)在特種加工中的應(yīng)用。1.1特種加工的產(chǎn)生和發(fā)展通過(guò)從工件上去除材料或向工件表面添加材料，以獲得要求的形狀、尺寸和表面狀態(tài)的工件的方法，稱為加工。按機(jī)理將加工方法分為三類：傳統(tǒng)加工、特種加工和復(fù)合加工。與傳統(tǒng)的指使用刀具進(jìn)行的切削加工加工所使用機(jī)械能、切削力、切削刀具進(jìn)行加工不同，特種加工是指將電能、電化學(xué)能、光能、聲能、化學(xué)能等能量施加在工件的被加工部位上，從而實(shí)現(xiàn)材料去除、變形、改變性能或鍍覆等的加工方法復(fù)合加工是指將各種能量組合施加在工件的被加工部位上的加工方法。1.1特種加工的產(chǎn)生和發(fā)展

各種新材料、新結(jié)構(gòu)、形狀復(fù)雜的精密機(jī)械零件大量涌現(xiàn)，對(duì)機(jī)械制造業(yè)提出了一系列迫切需要解決的新問(wèn)題，包括：（1）難加工材料如鈦合金、耐熱不銹鋼、高強(qiáng)鋼、復(fù)合材料、工程陶瓷、金剛石、紅寶石、硬化玻璃等高硬度、高韌性、高強(qiáng)度、高熔點(diǎn)材料等的加工。（2）難加工零件如復(fù)雜零件三維型腔、型孔、群孔和窄縫等的加工。（3）低剛度零件如薄壁零件、彈性組件等的加工。1.2特種加工的分類與特點(diǎn)

一、特種加工的分類特種加工一般按加工時(shí)所采用的能量類型分為電火花加工、電化學(xué)加工、激光加工、超聲加工、射流加工、電子束加工、離子束加工、化學(xué)加工等基本加工方法及由這些基本加工方法組成的復(fù)合加工，如表1-1所示。各種特種加工方法的材料去除率、尺寸精度、表面粗糙度、適用材料及應(yīng)用等如表1-2所示。表1-1特種加工的分類特種加工方法能量類型作用原理電火花加工電火花成形加工電能、熱能熔化、氣化電火花線切割加工電能、熱能熔化、氣化電化學(xué)加工電解加工電化學(xué)能陽(yáng)極溶解電鑄電化學(xué)能陰極沉積涂鍍電化學(xué)能陰極沉積高能束加工激光加工光能、熱能熔化、氣化電子束加工電能、熱能熔化、氣化離子束加工電能、機(jī)械能原子撞擊物料切蝕加工超聲加工聲能、機(jī)械能切蝕射流加工機(jī)械能切蝕化學(xué)加工化學(xué)銑削化學(xué)能腐蝕光刻光能、化學(xué)能光化學(xué)、腐蝕化學(xué)拋光化學(xué)能腐蝕化學(xué)鍍膜化學(xué)能沉積復(fù)合加工電解磨削電化學(xué)能、機(jī)械能陽(yáng)極溶解、磨削超聲電解復(fù)合加工聲能、機(jī)械能、電化學(xué)能切蝕、陽(yáng)極溶解電解電火花復(fù)合加工電化學(xué)能、電能、熱能陽(yáng)極溶解、熔化、氣化電火花超聲復(fù)合加工電能、熱能、聲能、機(jī)械能熔化、氣化、切蝕超聲振動(dòng)切削聲能、機(jī)械能切削表1-2常用特種加工方法的綜合比較特種加工方法材料去除率/mm3.min-1平均/最高尺寸精度/μm平均/最高表面粗糙度Ra/μm平均/最高可加工材料主要應(yīng)用電火花成形加工30/300030/310/0.04金屬型腔模電火花線切割加工20/200mm2.min-120/25/0.32金屬?zèng)_模、樣板電解加工100/10000100/101.25/0.16金屬型孔、型腔、型面激光加工瞬時(shí)高平均不高10/110/1.25任何材料打孔、切割、焊接、熱處理超聲加工1/5030/50.63/0.16硬脆材料型孔、型腔、小孔、深孔、切割水射流加工>300200/10020/5鋼材、石材下料、成形切割、剪裁電子束加工瞬時(shí)高平均不高10/110/1.25任何材料微孔、焊接、蝕刻、鍍膜離子束加工很低/0.01/0.01任何材料成形表面、刃磨、蝕刻、鍍膜、注入、摻雜電解磨削1/10020/11.25/0.04黑色金屬、硬質(zhì)合金軋輥、刀具刃磨二、特種加工的特點(diǎn)

特種加工具有如下特點(diǎn)1．由于特種加工主要不是使用機(jī)械能，而是使用電能、電化學(xué)能、聲能、光能等進(jìn)行加工，因此不受工件力學(xué)性能的限制，可加工各種硬、軟、脆、高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度等難加工材料。而且特種加工的切削熱很少或無(wú)切削熱，故可加工熱敏材料。2．由于特種加工不一定需要工具，有的雖使用工具，但與工件不接觸，因此，工具硬度可低于工件硬度，工件不承受大的作用力，所以，基本不受工件剛度的限制，可加工剛度極低零件及彈性元件。3．特種加工屬微細(xì)加工，它突破了傳統(tǒng)加工的尺寸和質(zhì)量限制，可加工尺寸微小的孔或狹縫，可獲得極高的加工精度、極低的表面粗糙度值。4．特種加工時(shí)不存在機(jī)械應(yīng)變或大面積的熱應(yīng)變，其熱應(yīng)力、殘余應(yīng)力、冷作硬化等均比較小，尺寸穩(wěn)定性好。1.3特種加工與數(shù)控技術(shù)一、數(shù)控技術(shù)的概念1．?dāng)?shù)控技術(shù)的定義數(shù)控技術(shù)（NumericalControl，簡(jiǎn)記為NC）簡(jiǎn)稱為數(shù)控，它是通過(guò)將一定的數(shù)據(jù)和用數(shù)字表示的指令輸入機(jī)器設(shè)備中，控制機(jī)器設(shè)備按照規(guī)定的工作順序自動(dòng)完成預(yù)定操作任務(wù)的技術(shù)。用數(shù)控技術(shù)實(shí)施加工控制或者說(shuō)裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床稱為數(shù)控機(jī)床。在數(shù)控機(jī)床中，采用計(jì)算機(jī)對(duì)加工過(guò)程中各種控制信息進(jìn)行數(shù)字化運(yùn)算、處理，并通過(guò)高性能的驅(qū)動(dòng)單元對(duì)機(jī)械執(zhí)行構(gòu)件進(jìn)行自動(dòng)化控制，完成加工過(guò)程。2．?dāng)?shù)控加工的特點(diǎn)（1）由于數(shù)控機(jī)床是按照預(yù)定的程序自動(dòng)加工，加工過(guò)程不需要人工干預(yù)，加工精度還可以通過(guò)軟件進(jìn)行校正及補(bǔ)償，因此可以提高零件的加工精度，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。（2）數(shù)控機(jī)床具有很大的柔性，能夠解決零件加工面臨的高精度、多樣性和批量小的矛盾。（3）采用數(shù)控機(jī)床可以提高生產(chǎn)率，一般可提高2～3倍，對(duì)于某些復(fù)雜零件的加工，生產(chǎn)率可提高10幾倍，甚至更高。（4）一些數(shù)控機(jī)床，具有多工序、自動(dòng)換刀裝置，因此可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，不但提高了生產(chǎn)效率，也能節(jié)省廠房面積。二、數(shù)控技術(shù)在特種加工中的應(yīng)用數(shù)控技術(shù)在傳統(tǒng)加工中得到普及的同時(shí)，在特種加工中的應(yīng)用也逐漸增多。最早采用數(shù)控技術(shù)并緊跟數(shù)控技術(shù)發(fā)展的特種加工是電火花加工，1969年出現(xiàn)快速走絲數(shù)控電火花線切割機(jī)床。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，80年代電火花機(jī)床有了新的突破，陸續(xù)出現(xiàn)了一些高性能的數(shù)控電火花加工機(jī)床。80年代我國(guó)還自行開(kāi)發(fā)了場(chǎng)效應(yīng)管脈沖電源、數(shù)控平動(dòng)裝置及工藝技術(shù)和低速走絲線切割技術(shù)，使中國(guó)的數(shù)控電火花加工得到迅速發(fā)展。我國(guó)90年代生產(chǎn)的HCX250、DK76、CC100、DK7632等數(shù)控低速走絲線切割機(jī)床對(duì)沖壓模具加工來(lái)說(shuō)，不論從工藝、技術(shù)、功能、加工精度、效率、表面質(zhì)量及對(duì)超硬材料的加工性能等方面都有很大提高。SC400、FN2、S205TNC、HCD400K、GW7452、SF310、B50等一系列性能價(jià)格比極具競(jìng)爭(zhēng)力的數(shù)控電火花成形機(jī)床的出現(xiàn)，使得電火花加工得到了廣泛的應(yīng)用，更展示了它們的多功能、高精度、穩(wěn)定可靠、價(jià)格適中等優(yōu)點(diǎn)。二、數(shù)控技術(shù)在特種加工中的應(yīng)用數(shù)控技術(shù)在電火花加工中得到廣泛應(yīng)用的同時(shí)，在其它特種加工中也逐漸得到推廣使用。已出現(xiàn)多軸數(shù)控電解加工機(jī)床，在英國(guó)RR公司和美國(guó)GE公司都有五軸數(shù)控電解加工機(jī)床，我國(guó)南京航空航天大學(xué)己研制成功五軸數(shù)控展成電解加工機(jī)床和多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)。西安昆侖機(jī)械廠和西安工業(yè)學(xué)院聯(lián)合研制的兩軸（進(jìn)給與旋軸）數(shù)控炮管膛線電解加工專用機(jī)床，在生產(chǎn)中獲得了成功應(yīng)用。將數(shù)控技術(shù)應(yīng)用到電解加工中，利用數(shù)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)必要的展成運(yùn)動(dòng)，就可用簡(jiǎn)單形狀的工具電極電解加工型腔、型面，不用設(shè)計(jì)制造復(fù)雜的工具電極，擴(kuò)大了電解加工的應(yīng)用范圍。二、數(shù)控技術(shù)在特種加工中的應(yīng)用數(shù)控激光加工設(shè)備采用激光和計(jì)算機(jī)數(shù)控等先進(jìn)技術(shù)，使用激光來(lái)加工各種金屬和非金屬材料，而且使用可視化操作軟件和圖形處理軟件來(lái)操作激光做各種工業(yè)加工，其特點(diǎn)是加工精度高、速度快、成本低，而且設(shè)備壽命長(zhǎng)、易操作、易維護(hù)，是現(xiàn)代工業(yè)加工的首選設(shè)備。二、數(shù)控技術(shù)在特種加工中的應(yīng)用在超聲加工中，采用具有適應(yīng)控制(ADR)和聲量控制(ACC)的數(shù)控裝置，配裝在DMS35型和DMS50型超聲加工機(jī)上，ADR和ACC的結(jié)合，對(duì)于加工作業(yè)可以提供最好的靈活性。在加工時(shí)，為取得最大限度的加工速度，可以使用ADR；而在要求最好的表面質(zhì)量時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到ACC。二、數(shù)控技術(shù)在特種加工中的應(yīng)用數(shù)控技術(shù)在射流切割中的應(yīng)用比較廣泛，也比較成熟。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)數(shù)控超高壓水射流切割設(shè)備的廠家較多，產(chǎn)品品種也比較豐富。采用數(shù)控超高壓水射流切割機(jī)能很方便地切割任意復(fù)雜的平面曲線圖形。切口光滑、平整、無(wú)熱變形，且具有速度快、效率高、無(wú)污染等特點(diǎn)。可用于金屬、石材、陶瓷、泡沫塑料、橡膠、皮革等各種軟硬材料的切割，尤其適合建筑裝潢石材拼花。本章小結(jié)本章主要介紹了特種加工的產(chǎn)生和發(fā)展、特種加工的分類與特點(diǎn)及數(shù)控技術(shù)在特種加工中的應(yīng)用。1．特種加工是在機(jī)械制造業(yè)面臨著一系列迫切需要解決的新問(wèn)題，傳統(tǒng)加工難以解決這一背景下不斷發(fā)展的。特種加工是指將電能、電化學(xué)能、光能、聲能、化學(xué)能等能量施加在工件的被加工部位上，從而實(shí)現(xiàn)材料去除、變形、改變性能或鍍覆等的加工方法。特種加工一般按加工時(shí)所采用的能量類型分為電火花加工、電化學(xué)加工、激光加工、超聲加工、射流加工、電子束加工、離子束加工、化學(xué)加工等基本加工方法及由這些基本加工方法組成的復(fù)合加工。特種加工具有不受工件力學(xué)性能的限制、不一定需要工具或雖使用工具但不與工件接觸、突破了傳統(tǒng)加工的尺寸和質(zhì)量限制、不存在機(jī)械應(yīng)變或大面積的熱應(yīng)變等特點(diǎn)，它的出現(xiàn)解決了傳統(tǒng)加工方法所遇到的難加工材料、難加工零件、低剛度零件等的加工問(wèn)題，有著自己獨(dú)特的特點(diǎn)，已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)不可缺少的重要加工方法和手段。2．?dāng)?shù)控技術(shù)是通過(guò)將一定的數(shù)據(jù)和用數(shù)字表示的指令輸入機(jī)器設(shè)備中，控制機(jī)器設(shè)備按照規(guī)定的工作順序自動(dòng)完成預(yù)定操作任務(wù)的技術(shù)。用數(shù)控技術(shù)實(shí)施加工控制或者說(shuō)裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床稱為數(shù)控機(jī)床。數(shù)控加工具有加工精度高、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)率高、柔性大以及可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用等特點(diǎn)，因而數(shù)控技術(shù)在特種加工中的應(yīng)用逐漸增多。而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷進(jìn)步及在特種加工中應(yīng)用研究的不斷深入，數(shù)控技術(shù)在特種加工中的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛，也必將對(duì)特種加工工藝及應(yīng)用范圍帶來(lái)較大的影響。

復(fù)習(xí)思考題何謂特種加工？特種加工分為哪些類？特種加工有何特點(diǎn)？何謂數(shù)控技術(shù)?數(shù)控加工有何特點(diǎn)？簡(jiǎn)述數(shù)控技術(shù)在特種加工中的應(yīng)用。第2章數(shù)控電火花加工

學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求：1．了解數(shù)控電火花加工的原理、特點(diǎn)；2．熟悉數(shù)控電火花加工機(jī)床的組成及各部分功用；3．了解數(shù)控電火花加工基本工藝規(guī)律；4．掌握數(shù)控電火花加工的應(yīng)用。電火花加工（ElectricalDischargeMachining，簡(jiǎn)記為EDM）是利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時(shí)產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導(dǎo)電材料的特種加工方法，又稱放電加工或電蝕加工。電火花加工于1943年由蘇聯(lián)學(xué)者Б.Р.拉扎連科夫婦研究發(fā)明后，隨著脈沖電源和控制系統(tǒng)的改進(jìn)而迅速發(fā)展起來(lái)。目前這一工藝技術(shù)已廣泛應(yīng)用于加工淬火鋼、不銹鋼、模具鋼、硬質(zhì)合金等難加工材料；用于加工模具等具有復(fù)雜表面和有特殊要求的零部件，在民用和國(guó)防工業(yè)中獲得越來(lái)越多的應(yīng)用。2.1電火花加工的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用范圍一、電火花加工的原理電火花加工原理如圖2-1所示。工件1和工具電極（簡(jiǎn)稱為電極）4分別接脈沖電源2的兩極，并均浸泡在工作液中，電極在自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置的驅(qū)動(dòng)下，與工件間保持一定的放電間隙。電極的表面（微觀）是凹凸不平的，當(dāng)脈沖電壓加到兩極上時(shí)，某一相對(duì)間隙最小處或絕緣強(qiáng)度最低處的工作液將最先被電離為負(fù)電子和正離子而被擊穿，形成放電通道，電流隨即劇增，在該局部產(chǎn)生火花放電，瞬時(shí)高溫使工件和工具表面都蝕除掉一小部分金屬。單個(gè)脈沖經(jīng)過(guò)上述過(guò)程，完成了一次脈沖放電，而在工件表面留下一個(gè)帶有凸邊的小凹坑，如圖2-2b所示。這樣以很高頻率連續(xù)不斷地重復(fù)放電，工具電極不斷向工件進(jìn)給，工件材料不斷被蝕除，最后使工件整個(gè)被加工表面形成無(wú)數(shù)個(gè)小放電凹坑。這樣，電極的輪廓形狀便被復(fù)制到工件上，加工出所需要的零件。

圖2-1電火花加工原理示意圖1—工件2—脈沖電源3—自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置4—工具電極5—工作液6—過(guò)濾器7—液壓泵

圖2-2放電間隙狀況示意圖

(a)放電間隙狀況(b)放電后的表面1—陽(yáng)極2—陽(yáng)極上拋出金屬的區(qū)域3—熔化的金屬微粒4—工作液5—凝固的金屬微粒

6—陰極上拋出金屬的區(qū)域7—陰極8—?dú)馀?—放電通道10—翻邊凸起11--凹坑電火花加工應(yīng)具備以下條件：（1）工件與電極之間應(yīng)保持一定的放電間隙。放電間隙不能過(guò)大或過(guò)小，間隙過(guò)大，極間電壓不能擊穿極間介質(zhì)，無(wú)法產(chǎn)生電火花；間隙過(guò)小，容易形成短路接觸，同樣不能產(chǎn)生電火花。為此，在電火花加工過(guò)程中必須具有電極自動(dòng)進(jìn)給和調(diào)節(jié)裝置，使工件與電極之間保持一定放電間隙。放電間隙的大小與加工電壓、加工介質(zhì)等因素有關(guān)，一般為0.01～0.1mm左右。（2）工件與電極之間應(yīng)充滿有一定絕緣性能的工作液，以利于產(chǎn)生脈沖性的火花放電。同時(shí)，工作液還應(yīng)能將電蝕產(chǎn)物從放電間隙中排除出去，并對(duì)電極和工件表面進(jìn)行很好的冷卻。（3）火花放電必須為瞬時(shí)的脈沖性放電，而不是持續(xù)電弧放電。這樣才能使所產(chǎn)生的熱量來(lái)不及傳導(dǎo)擴(kuò)散到其它部分，從而只在極小范圍內(nèi)使金屬熔化、氣化蝕除。否則，像持續(xù)電弧放電那樣，會(huì)使工件表面燒傷而無(wú)法用作尺寸加工。二、電火花加工的特點(diǎn)電火花加工具有如下特點(diǎn)：（1）便于加工用機(jī)械加工難以加工或無(wú)法加工的材料，如淬火鋼、硬質(zhì)合金、耐熱合金等。（2）由于可以簡(jiǎn)單地將工具電極的形狀復(fù)制到工件上，因此特別適用于復(fù)雜表面形狀工件的加工，如復(fù)雜型腔模具加工等。由于加工中工具電極和工件不直接接觸，沒(méi)有機(jī)械加工的切削力，因此，適宜于加工低剛度工件及作微細(xì)加工。（3）電極材料不必比工件材料硬。（4）可進(jìn)行微細(xì)精加工。通?？捎糜?.01~1mm范圍內(nèi)的型孔加工。（5）可加工各種成形工具和量具。（6）直接利用電、熱能進(jìn)行加工，便于實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的自動(dòng)控制。三、電火花加工的應(yīng)用范圍由于電火花加工有其獨(dú)特的優(yōu)越性，再加上數(shù)控水平和工藝技術(shù)的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大。目前已廣泛應(yīng)用于機(jī)械（特別是模具制造）、宇航、航空、電子、電機(jī)電器、精密機(jī)械、儀器儀表、汽車(chē)拖拉機(jī)、輕工等行業(yè)，用以解決難加工材料及復(fù)雜形狀零件的加工問(wèn)題。加工范圍已達(dá)到小至幾微米的小軸、孔、縫，大到幾米的超大型模具和零件。（1）高硬度零件加工。對(duì)于某些硬度較高的模具，或者是硬度特別高的滑塊、頂塊等零件，熱處理后表面硬度高達(dá)50HRC以上，采用機(jī)械加工方式將很困難，而采用電火花加工則可以不受材料硬度的影響。（2）型腔尖角部位加工。如鍛模、熱固性和熱塑性塑料模、壓鑄模、擠壓模、橡皮模等各種模具的型腔常存在著一些尖角部位，在常規(guī)切削加工中由于存在刀具半徑而無(wú)法加工到位，使用電火花加工可以完全成形。（3）模具上的筋加工。在壓鑄件或者塑料件上，常有各種窄長(zhǎng)的加強(qiáng)筋或者散熱片，這種筋在模具上表現(xiàn)為下凹的深而窄的槽，用機(jī)械加工的方法很難將其加工成形，而使用電火花可以很便利地進(jìn)行加工。（4）深腔部位的加工。由于機(jī)械加工時(shí)，沒(méi)有足夠長(zhǎng)度的刀具，或者刀具缺乏足夠的剛性，不能加工具有足夠精度的零件，此時(shí)可以用電火花進(jìn)行加工。（5）小孔加工。對(duì)各種圓形小孔、異形孔的加工，如線切割的穿絲孔、噴絲板型孔等，對(duì)于長(zhǎng)深比非常大的深孔，很難采用鉆孔方法加工，而采用電火花或者專用的高速小孔加工機(jī)可以完成各種深度的小孔加工。（6）表面處理。如刻制文字、花紋，對(duì)金屬表面的滲碳和涂覆特殊材料的電火花強(qiáng)化等。另外通過(guò)合理選擇加工參數(shù)，也可以直接用電火花加工出一定形狀的表面蝕紋。電火花加工存在著加工效率低、有電極損耗、只能加工金屬等導(dǎo)電材料等缺陷，這使電火花加工的應(yīng)用受到了一定限制。為了提高電火花加工的生產(chǎn)率，通常安排工藝時(shí)多先采用切削加工來(lái)去除大部分余量，然后再進(jìn)行電火花加工。和普通電火花加工機(jī)床相比，數(shù)控電火花加工機(jī)床的加工精度、加工自動(dòng)化程度、加工工藝的適應(yīng)性、多樣性大為提高，在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。數(shù)控電火花成形加工機(jī)床主要由機(jī)床本體、脈沖電源和機(jī)床電氣系統(tǒng)、自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)、工作液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)及工具電極等部分組成。圖2-3所示為SC400型數(shù)控電火花成形加工機(jī)床的外觀，圖2-4所示為數(shù)控電火花成形加工機(jī)床組成示意圖。圖2-3SC400型數(shù)控電火花成形加工機(jī)床1－機(jī)床墊鐵2－油箱3－底座4－滑枕5－數(shù)控電源柜6－主軸箱7－控制臺(tái)8－工作液槽9－床身

圖2-4數(shù)控電火花成形加工機(jī)床的組成一、機(jī)床本體及附件機(jī)床本體是指構(gòu)成機(jī)床的機(jī)械實(shí)體，主要由床身、立柱、主軸頭、工作臺(tái)及潤(rùn)滑系統(tǒng)等部分組成。附件包括用以實(shí)現(xiàn)工件和電極的裝夾、固定和調(diào)整其相對(duì)位置的機(jī)械裝置、電極自動(dòng)交換裝置（ATC或AEC）等。床身和立柱是機(jī)床的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，由它確保電極與工作臺(tái)、工件之間的相對(duì)位置。其結(jié)構(gòu)應(yīng)合理，有較高剛度，能承受主軸負(fù)重和運(yùn)動(dòng)部件突然加速運(yùn)動(dòng)的慣性，還應(yīng)能減小溫度變化引起的變形。主軸頭是數(shù)控電火花成形加工機(jī)床的關(guān)鍵部件，它由伺服進(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，電極即安裝在其上，主軸頭通過(guò)自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)帶動(dòng)在立柱上作升降移動(dòng)，改變電極和工件之間的間隙。工作臺(tái)是用來(lái)支承和安裝工件的，上面裝有工作液槽，工作臺(tái)可作縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，分別由直流或交流伺服電動(dòng)機(jī)經(jīng)滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)軌跡是靠數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)數(shù)控程序控制實(shí)現(xiàn)的。機(jī)床的附件主要有可調(diào)節(jié)工具電極角度的夾頭和平動(dòng)頭。裝夾在主軸頭下的電極，在加工前需要調(diào)節(jié)到與工件基準(zhǔn)面垂直，在加工型孔或型腔時(shí)，還需要在水平面內(nèi)調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，使工具電極的截面形狀與加工的工件型孔或型腔預(yù)定位置一致。平動(dòng)頭是為解決修光側(cè)壁和提高其尺寸精度而設(shè)計(jì)的，其運(yùn)動(dòng)半徑通過(guò)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)到修整型腔的目的。其每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑就稱為平動(dòng)量。與數(shù)控加工中心的自動(dòng)換刀裝置相似，電極自動(dòng)交換裝置具有在多電極加工時(shí)自動(dòng)選擇、交換電極的功能。二、脈沖電源脈沖電源是電火花成形加工機(jī)床的重要組成部分，其作用是將工頻交流電轉(zhuǎn)變成一定頻率的定向脈沖電流，提供電火花成形加工所需能量。脈沖電源提供的脈沖電流波形如圖2-5所示。放電延續(xù)時(shí)間稱為脈沖寬度，應(yīng)小于10，這樣才能使金屬在極小范圍內(nèi)微量蝕除。相鄰脈沖之間的間隔時(shí)間稱為脈沖間隔，它使放電介質(zhì)有足夠的時(shí)間恢復(fù)絕緣狀態(tài)（稱為消電離），以免引起持續(xù)電弧放電燒傷工件表面而無(wú)法用作尺寸加工。為脈沖周期，為脈沖峰值電壓或空載電壓。

圖2-5脈沖電源電壓波形脈沖電源的性能直接影響電火花成形加工的生產(chǎn)效率、加工穩(wěn)定性、電極損耗、加工精度和表面粗糙度，因此要求具備高效低損耗、大面積小粗糙度表面穩(wěn)定加工的能力。目前常用的脈沖電源有張弛式、獨(dú)立式及由獨(dú)立式派生出的各種派生電源。1．張弛式脈沖電源最簡(jiǎn)單最基本的張弛式脈沖電源是線路脈沖電源，如圖2-6所示。它是利用電容器充電儲(chǔ)存電能，而后瞬時(shí)放出，形成火花放電來(lái)蝕除金屬。因?yàn)殡娙萜鲿r(shí)而充電，時(shí)而放電，一弛一張，故又稱“弛張式”脈沖電源。線路脈沖電源的工作原理是：當(dāng)直流電源接通后，電流經(jīng)限流電阻向電容充電，電容兩端的電壓按指數(shù)曲線逐步上升，因?yàn)殡娙輧啥说碾妷壕褪枪ぞ唠姌O和工件間隙兩端的電壓，因此當(dāng)電容兩端的電壓上升到等于工具電極和工件間隙的擊穿電壓時(shí)，間隙就被擊穿，電阻變得很小，電容器上儲(chǔ)存的能量瞬時(shí)放出，形成較大的脈沖電流。電容上的能量釋放后，電壓下降到接近于零，間隙中的工作液又迅速恢復(fù)絕緣狀態(tài)。此后電容器再次充電，又重復(fù)前述過(guò)程。如果間隙過(guò)大，則電容器上的電壓按指數(shù)曲線上升到直流電源電壓。

圖2-6線路脈沖電源1—工具電極2—工件

圖2-7自振式晶體管脈沖電源2．獨(dú)立式脈沖電源獨(dú)立式脈沖電源的放電間隙和直流電源各自獨(dú)立、互相隔離，能獨(dú)立形成和發(fā)生脈沖，可大大減少電極間隙物理狀態(tài)參數(shù)變化的影響。最常用的獨(dú)立式脈沖電源為晶體管式脈沖電源，它是利用功率晶體管作為開(kāi)關(guān)元件而獲得單向脈沖的。3．派生脈沖電源近年來(lái)隨著電火花加工技術(shù)的發(fā)展，為進(jìn)一步提高有效脈沖利用率，達(dá)到高速、低耗、穩(wěn)定加工以及一些特殊需要，在晶閘管式或晶體管式脈沖電源的基礎(chǔ)上，派生出不少新型電源，如高低壓復(fù)合脈沖電源、多回路脈沖電源、等脈沖電源、高頻分組脈沖、梳形波脈沖電源以及自選加工規(guī)準(zhǔn)電源和智能化、自適應(yīng)控制電源等。這些電源的出現(xiàn)提高了電火花加工的生產(chǎn)率及加工質(zhì)量，拓展了電火花加工的應(yīng)用領(lǐng)域。三、自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)1．自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的功用及特點(diǎn)正常電火花加工時(shí)，工具電極和工件間有一放電間隙，見(jiàn)圖2-8。過(guò)大，脈沖電壓不能擊穿間隙間的絕緣工作液，不會(huì)產(chǎn)生火花放電，必須使工具電極向下進(jìn)給，直到間隙等于、小于某一值，才能擊穿和火花放電。在正常的電火花加工時(shí)，工件以的速度不斷被蝕除，間隙將逐漸擴(kuò)大，必須使工具電極以速度補(bǔ)償送給，以維持所需的放電間隙。如進(jìn)給量大于工件的蝕除速度，則間隙將逐漸變小，當(dāng)間隙過(guò)小時(shí)，必須減小進(jìn)給速度。如果工具工件間發(fā)生短路（＝0），則必須使工具以較大的速度反向快速回退，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。這是正常電火花加工所必須解決的問(wèn)題。圖2-8放電間隙、蝕除速度和進(jìn)給速度2．自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)由測(cè)量環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、放大驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)對(duì)象等幾個(gè)主要部分組成，圖2-9是其基本組成部分方框圖。

圖2-9自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成調(diào)節(jié)對(duì)象是指工具電極與工件之間的放電間隙，應(yīng)控制在0.1～0.0lmm之間。測(cè)量環(huán)節(jié)通常采用測(cè)量與放電間隙成比例關(guān)系的電參數(shù)來(lái)間接反映放電間隙的大小。比較環(huán)節(jié)用來(lái)把從測(cè)量環(huán)節(jié)得來(lái)的信號(hào)和“給定值”的信號(hào)進(jìn)行比較，再按此差值來(lái)控制加工過(guò)程。大多數(shù)比較環(huán)節(jié)包含或合并在測(cè)量環(huán)節(jié)之中。由測(cè)量環(huán)節(jié)獲得的信號(hào)，一般都很小，難以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件，必須要有一個(gè)放大環(huán)節(jié)，通常稱它為放大器。為了獲得足夠的驅(qū)動(dòng)功率，放大器要有一定的放大倍數(shù)。目前常用的放大器主要是各類晶體管放大器件。執(zhí)行機(jī)構(gòu)常采用不同類型的伺服電動(dòng)機(jī)，它是根據(jù)放大器提供的控制信號(hào)的大小及時(shí)地調(diào)節(jié)工具電極的進(jìn)給速度，以保持合適的放電間隙，從而保證電火花加工正常進(jìn)行。3．自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的類型常用自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)有電—液自動(dòng)控制系統(tǒng)和電—機(jī)械式自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)，數(shù)控電火花機(jī)床普遍采用電—機(jī)械式自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)。電—機(jī)械式自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的不同，可分為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流或交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其中直流或交流伺服電機(jī)自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)，近年來(lái)在高檔數(shù)控電火花成形加工機(jī)床上得到了廣泛應(yīng)用。四、數(shù)控系統(tǒng)1．電火花成形加工單軸數(shù)控系統(tǒng)它往往控制Z軸，Z向進(jìn)給由自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)完成。自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)一方面始終保持電極和工件間的合理間隙，另一方面沿Z向控制主軸頭（電極）相對(duì)工件作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。在單軸數(shù)控系統(tǒng)中，常采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)元件，通過(guò)兩路數(shù)字化信號(hào)（無(wú)信號(hào)為“0”，有信號(hào)為“1”）可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的快慢和正反方向旋轉(zhuǎn)控制。在交、直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)中常采用編碼器、光柵等傳感裝置對(duì)控制對(duì)象（電動(dòng)機(jī)主軸或裝有電極的主軸和裝有工件的工作臺(tái)）進(jìn)行轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速或位置的反饋，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的控制。其數(shù)控系統(tǒng)為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，電路簡(jiǎn)單、成本低廉，但力矩和調(diào)速性能差，一般只用于中、小型電火花加工機(jī)床。2．電火花成形加工多軸數(shù)控系統(tǒng)它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的多個(gè)坐標(biāo)軸的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的數(shù)字控制，可進(jìn)行多軸聯(lián)動(dòng)控制，電極和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，可以滿足各種復(fù)雜型腔和型孔的加工。圖2-10為采用X、Z、C多軸聯(lián)動(dòng)加工型孔。其中圖a為橫向X軸伺服進(jìn)給水平加工圓孔；圖b為橫向X軸和垂直方向Z軸聯(lián)動(dòng)加工；圖c為Z向伺服進(jìn)給，C軸分度旋轉(zhuǎn)，加工圓周均布的多個(gè)長(zhǎng)方形孔。

圖2-10數(shù)控X、Z、C多軸聯(lián)動(dòng)加工圖2-11為電火花三軸數(shù)控?fù)u動(dòng)加工型腔。其中圖a為搖動(dòng)加工修光六角型孔側(cè)壁和底面；圖b為搖動(dòng)加工修光半圓柱側(cè)壁和底面；圖c為搖動(dòng)加工修光半圓球柱的側(cè)壁和球頭底面；圖d為用圓柱形工具電極搖動(dòng)展成加工出任意角的內(nèi)圓錐面。圖2-11中箭頭線為電極進(jìn)給和搖動(dòng)加工軌跡。

圖2-11電火花三軸數(shù)控?fù)u動(dòng)加工五、工作液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)工作液在電火花成形加工中的作用是在脈沖間隔火花放電結(jié)束后，迅速恢復(fù)間隙的絕緣狀態(tài)，以便下一個(gè)脈沖電壓再次形成火花放電；在強(qiáng)迫流動(dòng)過(guò)程中，將電蝕產(chǎn)物從放電間隙中帶出來(lái)，并對(duì)電極和工件表面起到冷卻作用。電火花成形加工機(jī)床所用的工作液主要為油類。粗加工一般選擇介電性能和粘度較大的機(jī)油，其燃點(diǎn)較高，在大能量加時(shí)著火的可能性較??；而在中、精加工時(shí)放電間隙比較小，排屑比較困難，故選用粘度小、流動(dòng)性和滲透性好的煤油作為工作液。有時(shí)，為避免起火，可采用煤油與機(jī)油混合作為工作液。近年來(lái)新開(kāi)發(fā)的水基工作液可使粗加工效率大幅度提高。工作液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)由工作液箱、液壓泵、電機(jī)、過(guò)濾器、工作液分配器、閥門(mén)、油杯等組成，它的作用是強(qiáng)迫一定壓力的工作液流經(jīng)放電間隙將電蝕產(chǎn)物排出，并且對(duì)使用過(guò)的工作液進(jìn)行過(guò)濾和凈化。工作液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)的工作方式有沖油式、抽油式兩種，如圖2-12所示。其中圖a、b為沖油式，是把經(jīng)過(guò)濾得到的清潔工作液經(jīng)液壓泵加壓，強(qiáng)迫沖入電極與工件之間的放電間隙，將放電蝕除的電蝕產(chǎn)物隨同工作液一起從放電間隙中排除，以達(dá)到穩(wěn)定加工的目的。圖c、d是抽油式，從待加工表面，將已使用過(guò)的工作液連同電蝕產(chǎn)物一起抽出。沖油式排屑效果好，但電蝕產(chǎn)物從已加工面流出時(shí)易造成二次放電（由于電蝕產(chǎn)物在側(cè)面間隙中滯留引起的電極側(cè)面和已加工面之間的放電現(xiàn)象），使型腔四壁形成斜度，影響加工精度。抽油式抽油壓力略大于沖油式油壓，排屑能力不如沖油式，但可獲得較高的精度和較小的表面粗糙度。

圖2-12工作液循環(huán)方式（a）下沖油式（b）上沖油式（c）下抽油式（d）上抽油式工作液過(guò)濾裝置常用介質(zhì)過(guò)濾器，其優(yōu)點(diǎn)是材料來(lái)源廣泛，可以就地取材；缺點(diǎn)是過(guò)濾能力有限，不適于大流量、粗加工，且每次更換介質(zhì)要消耗大量煤油。如紙質(zhì)過(guò)濾器的優(yōu)點(diǎn)是過(guò)濾精度較高，阻力小，更換方便，本身的耗油量比木屑等少得多，特別適合中、大型電火花加工機(jī)床，用后經(jīng)反沖或清洗仍可繼續(xù)使用，故現(xiàn)已被大量應(yīng)用。六、電極1．電極材料根據(jù)電火花加工原理，可以說(shuō)任何導(dǎo)電材料都可以用來(lái)制作電極，但在生產(chǎn)中應(yīng)選擇損耗小，加工過(guò)程穩(wěn)定，生產(chǎn)率高，工藝性能良好，來(lái)源豐富，價(jià)格低廉的材料作電極材料。電極的損耗受電極材料的熱物理常數(shù)的綜合影響。電極材料的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、比熱容、熔化熱、汽化熱越高，加工時(shí)損耗越??；電極材料的熱導(dǎo)率越大，能將瞬時(shí)熱量傳導(dǎo)散到其它部分，損耗越小。2．電極結(jié)構(gòu)常用電極結(jié)構(gòu)可分為整體式電極、組合式電極和鑲拼式電極三種。整體式電極是用一塊材料加工而成，如圖2-13a所示，是最常用的結(jié)構(gòu)形式；組合式電極是指在同一工件上有多個(gè)型孔或型腔時(shí)，在某些情況下可以把多個(gè)電極組合在一起，如圖2-13b所示，一次可同時(shí)完成多型孔或型腔的加工；鑲拼電極是指對(duì)形狀復(fù)雜的電極整體加工有困難時(shí)，常將其分成幾塊，分別加工后再鑲拼成整體，這樣可節(jié)省材料，且便于制造。在加工過(guò)程中，電極的尖角、棱邊等凸起部位的電場(chǎng)強(qiáng)度較強(qiáng)，易形成尖端放電，所以這些部位比平坦部位損耗要快。為提高其加工精度，在設(shè)計(jì)電極時(shí)可將其分解為主電極和副電極，先用主電極加工型腔或型孔的主要部分，再用副電極加工尖角、窄縫等部分。

圖2-13常用電極結(jié)構(gòu)（a）整體式電極（b）組合式電極1—減重孔2—固定用螺孔3—固定板4—電極3．電極長(zhǎng)度的確定電極的長(zhǎng)度取決于被加工零件的結(jié)構(gòu)形式、型孔或型腔的復(fù)雜程度、加工深度、電極使用次數(shù)、裝夾形式及電極工藝等一系列因素。加工凹模型孔時(shí)電極長(zhǎng)度L可按圖2-14進(jìn)行計(jì)算，即（2-1）式中——凹模的有效厚度（電火花加工的深度），mm；——當(dāng)凹模下部挖空時(shí)，電極需要加長(zhǎng)的長(zhǎng)度，mm；——為夾持電極而增加的長(zhǎng)度，約為10～20mm；——電極的使用次數(shù)；——與電極材料耗損、型孔復(fù)雜程度等因素有關(guān)的系數(shù)，一般選用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：紫銅為2～2.5，黃銅為3～3.5，石墨為1.7～2，鑄鐵為2.5～3，鋼為3～3.5。當(dāng)電極材料耗損小、型孔簡(jiǎn)單、電極輪廓無(wú)尖角時(shí)，K取小值；反之取大值。

圖2-14電極長(zhǎng)度尺寸加工型腔時(shí)電極長(zhǎng)度按圖2-15進(jìn)行計(jì)算，即（2-2）（2-3）式中——電極垂直方向的總高度，mm；——電極垂直方向的有效工作尺寸，mm；——考慮加工結(jié)束時(shí)，為避免電極固定板和模板相撞，同一電極能多次使用等因素而增加的高度，一般為5～20mm；——型腔垂直方向的尺寸（型腔深度），mm；——粗規(guī)準(zhǔn)加工時(shí)電極端面相對(duì)磨損率，其值小于l％，只適用于未預(yù)加工的型腔；——中、精規(guī)準(zhǔn)加工時(shí)電極端面相對(duì)耗損率，其值一般為20％～25％；——中、精規(guī)準(zhǔn)加工時(shí)端面總進(jìn)給量，一般為0.4～0.5mm；——最后一檔精規(guī)準(zhǔn)加工時(shí)端面的放電間隙，一般為0.02～0.03mm，可忽略不計(jì)。

圖2-15電極垂直方向尺寸1—電極固定板2—電極3—工件4．電極損耗電火花成形加工時(shí)，電極和工件一樣會(huì)受到電腐蝕而損耗。所以，必須采取合理的措施，保證既提高加工效率，又減少電極損耗。常用的措施如下：（1）正確選擇極性。一般說(shuō)來(lái)，在短脈沖精加工時(shí)采用正極性加工，在長(zhǎng)脈沖粗加工時(shí)則采用負(fù)極性加工。（2）利用吸附效應(yīng)。采用含碳?xì)浠衔锏墓ぷ饕海ㄈ缑河停r(shí)，在放電過(guò)程中將分解形成帶負(fù)電荷的碳膠粒。電場(chǎng)力使碳膠粒吸附在正極表面，在一定條件下可形成一定厚度的化學(xué)吸附層，稱為炭黑膜。如采用負(fù)極性加工，炭黑膜會(huì)吸附在電極上，對(duì)電極有保護(hù)和補(bǔ)償作用，可實(shí)現(xiàn)電極“低損耗”加工。此時(shí)，一般采用較大的脈沖寬度，合適的脈沖間隔，加工時(shí)要控制沖、抽油的壓力。2.3數(shù)控電火花加工的主要工藝指標(biāo)及其提高途徑一、電蝕量及其影響因素電火花加工時(shí)，工具和工件同時(shí)受到不同程度的電蝕，單位時(shí)間內(nèi)工件的電蝕量稱為加工速度，亦即生產(chǎn)率；單位時(shí)間內(nèi)工具的電蝕量稱為損耗速度。電火花加工時(shí)的電蝕量主要受極性效應(yīng)、電參數(shù)、金屬材料熱學(xué)常數(shù)、工作液等的影響。1．極性效應(yīng)對(duì)電蝕量的影響在電火花加工過(guò)程中，無(wú)論是正極還是負(fù)極（工件或電極）都要受到不同程度的電腐蝕。即使工件和電極材料完全相同，也會(huì)因?yàn)樗与娫吹臉O性不同而有不同的蝕除速度，這種單純由于正、負(fù)極性不同而彼此電蝕量不一樣的現(xiàn)象稱為極性效應(yīng)。在生產(chǎn)中常把工件接脈沖電源的正極，稱為正極性加工或正極性接法；反之，工件接脈沖電源的負(fù)極稱為負(fù)極性加工或負(fù)極性接法。從提高生產(chǎn)率和減少工具損耗角度看，極性效應(yīng)越顯著越好。極性效應(yīng)受脈寬、脈間、脈沖峰值電流、放電電壓、工作液以及電極對(duì)的材料等多種因素影響。用純銅電極加工鋼，當(dāng)采用窄脈沖（如<10）精加工時(shí)，應(yīng)采用正極性加工；當(dāng)采用長(zhǎng)脈沖（如>80）粗加工時(shí)，應(yīng)采用負(fù)極性加工。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)采用脈寬為12、脈間為15，應(yīng)采用正極性加工；當(dāng)脈寬不變，逐步把脈間減少，就可采用負(fù)極性加工。當(dāng)工具與工件的材料不同時(shí)，應(yīng)選擇不同的電極極性，如表2-1所示。2．電參數(shù)對(duì)電蝕量的影響電參數(shù)是指脈沖電源提供給電火花成形加工的電壓脈沖寬度、電流脈沖寬度、脈沖間隔、脈沖頻率和峰值電流等。研究結(jié)果表明，在電火花加工過(guò)程中，在一定范圍內(nèi)單個(gè)脈沖的蝕除量與單個(gè)脈沖能量成正比，某一段時(shí)間內(nèi)的總蝕除量約等于這段時(shí)間內(nèi)各單個(gè)有效脈沖蝕除量的總和。故正、負(fù)極的蝕除速度與單個(gè)脈沖能量、脈沖頻率成正比。用公式表達(dá)為3．金屬材料熱學(xué)常數(shù)對(duì)電蝕量的影響金屬材料的熱學(xué)常數(shù)是指材料的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、熱導(dǎo)率、比熱容、熔化熱、汽化熱等。當(dāng)脈沖放電能量相同時(shí)，金屬的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、比熱容、熔化熱、汽化熱越高，電蝕量將越少，越難加工；另一方面，熱導(dǎo)率越大的金屬，由于較多地把瞬時(shí)產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)散失到其他部位，因而降低了本身的蝕除量。而且當(dāng)單個(gè)脈沖能量一定時(shí)，峰值電流越小，即脈沖寬度越長(zhǎng)，散失的熱量也越多，從而減少電蝕量。相反，脈沖寬度越短，峰值電流越大，由于熱量過(guò)于集中而來(lái)不及傳導(dǎo)擴(kuò)散，雖使散失的熱量減少，但拋出的金屬中氣化部分比例增加，多耗用不少汽化熱，電蝕量也會(huì)降低。4．工作液對(duì)電蝕量的影響熱加工工藝過(guò)程就是材料的相變和轉(zhuǎn)移過(guò)程。提高單脈沖放電的相變量并及時(shí)將相變材料轉(zhuǎn)移離開(kāi)電極表面和加工區(qū)，就是提高加工速度。在電火花加工過(guò)程中，工作液是影響材料轉(zhuǎn)移的主要因素，工作液幫助電蝕產(chǎn)物的拋出和排除，因而對(duì)電蝕量也有較大影響。介電性能好、密度和粘度大的工作液有利于壓縮放電通道，提高放電的能量密度，強(qiáng)化電蝕產(chǎn)物的拋出效應(yīng)，可提高電蝕量。二、加工精度及其影響因素影響電火花加工精度的因素很多，主要有機(jī)床本身的制造精度、工件的裝夾精度、電極的制造及裝夾精度、電極損耗、放電間隙、加工斜度等因素。這里主要討論與電火花加工工藝有關(guān)的因素。1．放電間隙大小及其一致性電火花加工時(shí)，工具電極與工件之間存在著一定的放電間隙。如果加工過(guò)程中放電間隙能保持不變，則可通過(guò)修正工具電極的尺寸對(duì)放電間隙進(jìn)行補(bǔ)償，以獲得較高的加工精度。然而放電間隙的大小實(shí)際是變化的，影響加工精度。除了放電間隙能否保持一致外，其大小對(duì)加工精度也有影響，尤其是對(duì)復(fù)雜形狀的加工表面，棱角部位電場(chǎng)強(qiáng)度分布不均，間隙越大，影響越嚴(yán)重。實(shí)際加工中，電極上的尖角本身因尖端放電蝕除的幾率大而損耗成圓角。這樣，電極的尖角很難精確地復(fù)制在工件上。因此，為了減少加工誤差，提高仿形精度，應(yīng)采用較小的加工規(guī)準(zhǔn)（脈沖電源提供的脈沖寬度、脈沖間隔、峰值電流等一組電參數(shù)），縮小放電間隙；另外，還必須使加工過(guò)程穩(wěn)定。 2．電極的損耗電火花加工時(shí)是將電極的形狀和尺寸復(fù)制到工件上的，因此工具電極的損耗對(duì)工件尺寸精度和形狀精度都有影響。電火花穿孔加工時(shí)，電極可以貫穿型孔而補(bǔ)償電極的損耗，型腔加工時(shí)則無(wú)法采用這一方法，精密型腔加工時(shí)可采用更換電極的方法。3．二次放電二次放電是指已加工表面上由于電蝕產(chǎn)物等的介入而再次進(jìn)行的一種非正常放電，集中反映在加工深度方向產(chǎn)生斜度和加工棱邊棱角變鈍等方面，從而影響電火花加工的形狀精度。產(chǎn)生加工斜度的情況如圖2-16所示，由于電極下端部加工時(shí)間長(zhǎng)，絕對(duì)損耗大；而電極入口處的放電間隙則由于電蝕產(chǎn)物的存在，“二次放電”幾率大而擴(kuò)大，因而產(chǎn)生了加工斜度。應(yīng)從工藝上采取措施，及時(shí)排除電蝕產(chǎn)物，減少二次放電，使加工斜度減小。

圖2-16電火花加工時(shí)的加工斜度

1—工件2—電極有損耗而不考慮二次放電時(shí)的工件輪廓線3—電極無(wú)損耗時(shí)的工具輪廓線4—工具三、加工表面質(zhì)量及其影響因素1.表面粗糙度影響電火花加工表面粗糙度的因素有脈沖能量、工件材料熔點(diǎn)、工具電極表面質(zhì)量等。電火花加工的表面粗糙度與脈沖能量之間的關(guān)系可用以下經(jīng)驗(yàn)公式表示工件材料熔點(diǎn)對(duì)表面粗糙度的影響為：熔點(diǎn)高的材料，在相同能量下加工的表面粗糙度要比熔點(diǎn)低的材料好。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直接影響工件的表面粗糙度。由于石墨電極很難加工到非常光滑的表面，因此用石墨電極加工的表面粗糙度較差。電火花加工后的表面，是由脈沖放電時(shí)所形成的大量凹坑和硬凸邊排列重疊而形成的，有利于保存潤(rùn)滑油，與機(jī)械加工表面相比，在相同的表面粗糙度和有潤(rùn)滑油的情況下，表面的潤(rùn)滑性能和耐磨損性能均比機(jī)械加工表面好。2．表面變質(zhì)層電火花加工過(guò)程中，由于受瞬時(shí)高溫作用和工作液的冷卻作用，材料的表面層發(fā)生了很大的變化，可粗略地把它分為熔化凝固層和熱影響層，如圖2-17所示。

圖2-17放電凹坑剖面1—無(wú)變化區(qū)2—熱影響層3—翻邊凸起4—熔化凝固層5—放電通道6—?dú)饣瘏^(qū)7—熔化區(qū)凝固層位于工件表面最上層，是工件表層材料在脈沖放電的瞬時(shí)高溫作用下熔化后未能拋去，在脈沖放電結(jié)束后迅速冷卻、凝固而保留下來(lái)的金屬層，其晶粒非常細(xì)小，有很強(qiáng)的抗腐蝕能力。熱影響層介于熔化層和基體之間，熱影響層的金屬材料并沒(méi)有熔化，只是該層金屬受到放電點(diǎn)的高溫影響，使材料的金相組織發(fā)生了變化。對(duì)未淬火的鋼，熱影響層主要為淬火層；對(duì)淬火鋼，熱影響層主要為重新淬火層、高溫回火區(qū)和低溫回火區(qū)，其厚度較大。由于所采用的電參數(shù)、冷卻條件、工件材料及原來(lái)的熱處理狀況不同，表面變質(zhì)層的金相組織結(jié)構(gòu)、性能和厚度等是不同的。單個(gè)脈沖能量及脈沖寬度越大，表面變質(zhì)層就越厚；工作液的冷卻速度越快，粘度越小，表面變質(zhì)層也越厚。2.4數(shù)控電火花加工的應(yīng)用實(shí)例一、電機(jī)轉(zhuǎn)子沖孔落料模的電火花加工工件材料：淬火40Cr，工件尺寸要求如圖2-18a所示。凸凹模配合間隙：0.04～0.07mm。工具電極（即沖頭）材料：淬火Crl2，尺寸要求如圖2-18b所示。

圖2-18沖孔落料模的電火花加工（a）工件示意圖（b）工具電極（沖頭）和定位心軸示意因1．工具電極在電火花加工前的工藝路線（1）準(zhǔn)備定位心軸車(chē)：心軸φ6和φ12外圓，其外圓直徑留0.2磨量，鉆中心孔；磨：精磨φ6和φ12外圓。（2）車(chē)：粗車(chē)沖頭外形，精車(chē)上段吊裝內(nèi)螺紋（參見(jiàn)圖2-18b），φ6孔留磨量。（3）熱處理：淬火處理。（4）磨：精磨φ6定位心軸孔。（5）線切割：以定位心軸φ12外圓面為定位基準(zhǔn)，精加工沖頭外形，達(dá)圖紙要求。（6）鉗：安裝固定連接桿（連接桿用于與機(jī)床主軸頭連接）。（7）化學(xué)腐蝕（酸洗）：配置腐蝕液，均勻腐蝕，單面腐蝕量0.14mm，腐蝕高度20mm。（8）鉗：利用凸模上φ6孔安裝固定定位心軸。2．工藝方法凸模打凹模的階梯工具電極加工法，反打正用。3．使用設(shè)備SC400型數(shù)控電火花成形加工機(jī)床和P100D型數(shù)控脈沖電源柜。4．裝夾、校正、固定（1）工具電極：以定位心軸作為基準(zhǔn)，校正后予以固定。（2）工件：將工件自由放置在工作臺(tái)上，將校正并固定后的電極定位心軸插入對(duì)應(yīng)的φ12孔（注意不能受力），然后旋轉(zhuǎn)工件，使預(yù)加工刃口孔對(duì)準(zhǔn)沖頭（電極），最后予以固定。5．加工規(guī)準(zhǔn)如表2-2所示。6．加工效果（1）配合間隙：0.06mm。（2）斜度：0.03mm（單面）。（3）加工表面粗糙度：1.0～1.25。二、錐齒輪精鍛模電火花加工1．工件名稱錐齒輪精鍛模。2．工件技術(shù)要求（1）工件材料：CrWMn。（2）工件形狀尺寸：齒形漸開(kāi)線；模數(shù)m=12；尺寸公差見(jiàn)圖2-19。

圖2-19錐齒輪鍛模毛坯和電極（a）工件（b）電極3）工件在電火花加工前的工藝路線：車(chē)模塊外形和型腔預(yù)孔。模塊底面留0.2mm磨量，型腔孔直徑留0.5mm余量，錐度與齒底錐度一致→淬火處理→用平面磨床磨出模塊底面。3．工具電極的技術(shù)要求。（1）材料：純銅。（2）在電火花加工前的工藝路線：車(chē)：精車(chē)工具電極外形，錐度部分直徑為齒頂直徑尺寸→銑：銑斜齒，公差達(dá)圖樣要求→鉗：修型拋光。4．工藝方法單電極直接成形法。5．裝夾、校正、固定（1）工具電極用萬(wàn)能角度尺校正工具電極上的錐面，每相差90°校正一點(diǎn)，共四點(diǎn)，其錐度角對(duì)稱。（2）工件將工件平放在工作臺(tái)上，利用機(jī)床的撞刀保護(hù)（接觸感知）功能，采用復(fù)位法找正、對(duì)刀，將工具電極坐入預(yù)加工錐孔，從而使工件和工具電極對(duì)正。6．加工規(guī)準(zhǔn)錐齒輪精鍛模型腔的加工規(guī)準(zhǔn)如表2-3所示。對(duì)錐齒輪精鍛模加工用的工具電極（見(jiàn)圖2-19b）的說(shuō)明：相鄰周節(jié)最大誤差0.025mm；周節(jié)最大積累誤差0.040mm。A面對(duì)不垂直度小于0.01mm。接觸區(qū)沿齒長(zhǎng)、齒高方向不小于80％，且靠小端將齒形角修至22°。7．加工效果（1）因采用單電極直接成形法，靠垂直進(jìn)給方向?qū)Ω麇F面進(jìn)行加工，所以可不采用平動(dòng)工藝，避免了破壞漸開(kāi)線齒形。（2）采用了低損耗工藝規(guī)準(zhǔn)，尤其在采用中精加工低損耗規(guī)準(zhǔn)以后，表面粗糙度Ra值達(dá)到4.5μm時(shí)，仍獲得小于1％的相對(duì)損耗指標(biāo)，為保證工件的加工精度奠定了基礎(chǔ)。（3）僅用了0.07mm的進(jìn)給深度精修，使工件型腔的表面粗糙度Ra值達(dá)到了2.5μm的指標(biāo)。經(jīng)電火花加工后，型腔部分無(wú)需進(jìn)行任何鉗工修型或拋光，可直接使用。5．工藝方法單電極平動(dòng)法。6．使用設(shè)備SC400型數(shù)控電火花成形機(jī)床和P100D型數(shù)控脈沖電源柜。7．裝夾、校正、固定（l）準(zhǔn)備定位心軸：用45圓鋼車(chē)長(zhǎng)為40mm、直徑定位心軸作為校正棒。（2）工具電極：以各葉片電極的側(cè)壁為基準(zhǔn)校正后予以固定。固定后將定位心軸校正棒裝入固定板中心孔。（3）工件：將工件平置于工作臺(tái)面。移動(dòng)X、Y坐標(biāo)，對(duì)準(zhǔn)心軸校正棒與工件上對(duì)應(yīng)孔，直到能自由插入為止。將工件夾緊后抽出定位心軸。8．加工規(guī)準(zhǔn)加工規(guī)準(zhǔn)如表2-4所示。剛開(kāi)始時(shí)，由于實(shí)際加工面積很小，應(yīng)減小峰值電流，以防電弧燒傷。9．加工效果（1）因半精、精加工采用了低損耗規(guī)準(zhǔn)，工具電極綜合損耗約為1％～2％。（2）加工表面粗糙度值為1.5～2，無(wú)需修型拋光，可以直接使用。（3）加工后，槽孔壁有0.2mm的脫模斜度，符合設(shè)計(jì)要求。加工后，槽孔壁有0.2mm的脫模斜度，符合設(shè)計(jì)要求。本章小結(jié)本章主要介紹了數(shù)控電火花加工的原理、特點(diǎn)、基本工藝規(guī)律及應(yīng)用。電火花加工是利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時(shí)產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導(dǎo)電材料的特種加工方法，又稱放電加工或電蝕加工。它可以加工各種高熔點(diǎn)、高硬度、高強(qiáng)度、高純度、高韌性材料，常用于型孔或型腔的加工，是采用與工件型孔或型腔形狀相似的電極作為工具對(duì)工件進(jìn)行加工的，加工精度可達(dá)0.01~0.05mm，表面粗糙度可達(dá)Ra=2.5~12.5mm，精加工時(shí)可達(dá)Ra=3.2~0.8mm，微精加工時(shí)可達(dá)Ra=0.8~0.2mm。在進(jìn)行數(shù)控電火花加工時(shí)，應(yīng)注意其基本工藝規(guī)律，選擇適當(dāng)?shù)募庸ひ?guī)準(zhǔn)，以保證加工所要求的尺寸精度和表面質(zhì)量。同時(shí)，盡可能提高加工效率。復(fù)習(xí)思考題1．簡(jiǎn)述數(shù)控電火花加工的原理。2．簡(jiǎn)述數(shù)控電火花加工的特點(diǎn)。3．?dāng)?shù)控電火花加工過(guò)程中工作液有何作用？4．?dāng)?shù)控電火花加工機(jī)床主要由哪些部分組成？各有何功用？5．影響數(shù)控電火花加工精度和加工表面質(zhì)量的工藝因素有哪些？6．減少電極損耗可采取什么措施？7．?dāng)?shù)控電火花加工中電極常用結(jié)構(gòu)有哪些？第3章數(shù)控電火花線切割加工

學(xué)習(xí)目標(biāo)與要求1．了解數(shù)控電火花線切割加工的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用。2．熟悉數(shù)控電火花線切割加工機(jī)床的組成及各部分的功用。3．了解數(shù)控電火花線切割加工的基本工藝規(guī)律。4．掌握數(shù)控電火花線切割加工的編程方法及應(yīng)用。數(shù)控電火花線切割加工和數(shù)控電火花成形加工的基本原理是一樣的，不同的是在線切割加工中是用連續(xù)移動(dòng)的細(xì)金屬導(dǎo)線（鉬絲或銅絲）作為工具電極來(lái)代替電火花成形加工中的成形電極，利用線電極與工件之間產(chǎn)生的脈沖火花放電來(lái)腐蝕工件。因此，不需要制造專用的電極，就可以加工形狀復(fù)雜的模具零件，而且數(shù)控電火花線切割機(jī)床操作更方便、效率更高。3.1數(shù)控電火花線切割加工的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用

一、數(shù)控電火花線切割加工的原理數(shù)控電火花線切割加工的原理如圖3-1所示。工件6接脈沖電源的正極，電極絲3（鉬絲或銅絲）接負(fù)極，由脈沖電源5供給加工能量后，在工件與電極絲之間產(chǎn)生很強(qiáng)的脈沖電場(chǎng)，使其間的介質(zhì)被電離擊穿，產(chǎn)生脈沖放電而蝕除材料。在機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的控制下，工作臺(tái)帶著工件在XY平面內(nèi)按預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，從而切割出需要的工件形狀。電極絲在儲(chǔ)絲筒1的作用下進(jìn)行正反向交替（或單向）移動(dòng)，在電極絲和工件之間澆注工作液介質(zhì)。二、數(shù)控電火花線切割加工的特點(diǎn)電火花線切割加工與電火花成形加工的基本原理是相同的，即都是利用工具電極與工件電極之間的火花放電進(jìn)行加工的。但由于線切割加工使用的是絲狀電極，因此，與電火花成形加工相比，也有其不同點(diǎn)。（1）它是以很細(xì)的金屬絲為工具電極，能夠加工薄壁、微細(xì)異形孔、窄縫和復(fù)雜形狀的工件。（2）不需要制造復(fù)雜的成形電極，大大降低了工具電極的設(shè)計(jì)和制造費(fèi)用，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，加工周期短。（3）一般采用精規(guī)準(zhǔn)一次加工成形，在加工過(guò)程中大都不需要轉(zhuǎn)換加工規(guī)準(zhǔn)。（4）由于采用移動(dòng)的長(zhǎng)電極絲（快走絲時(shí)）或一次性電極絲（慢走絲時(shí)）進(jìn)行加工，使單位長(zhǎng)度電極絲的損耗較少，從而對(duì)加工精度的影響小。（5）輪廓加工所需加工的余量小，能有效地節(jié)約貴重材料。（6）工作液多采用水基乳化液，不易引燃起火，可實(shí)現(xiàn)安全無(wú)人運(yùn)轉(zhuǎn)。（7）具有數(shù)控系統(tǒng)的偏移補(bǔ)償功能。（8）利用四軸聯(lián)動(dòng)，可加工上、下面異形體、形狀扭曲曲面體、變錐度和球形體等零件。三、數(shù)控電火花線切割加工的應(yīng)用電火花線切割加工為模具制造、特殊材料加工及新產(chǎn)品試制開(kāi)辟了一條新的工藝途徑。1．加工模具零件電火花線切割加工主要應(yīng)用于沖模、擠壓模、塑料模、電火花型腔模的電極加工等。由于電火花線切割加工機(jī)床加工速度和精度的迅速提高，目前已達(dá)到可與坐標(biāo)磨床相競(jìng)爭(zhēng)的程度。例如，中小型沖模，材料為模具鋼，過(guò)去用分開(kāi)模和曲線磨削的方法加工，現(xiàn)在改用電火花線切割整體加工的方法，制造周期可縮短3/4～5/4，成本降低2/3～3/4，配合精度高，不需要熟練的操作工人。因此，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的精密沖模的磨削等工序，已被電火花和電火花線切割加工所代替。2．加工特殊材料切割某些高硬度、高熔點(diǎn)的金屬時(shí)，使用機(jī)械加工的方法幾乎是不可能的，而采用線切割加工既經(jīng)濟(jì)又能保證精度。。3．試制新產(chǎn)品在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要單件的樣品，使用線切割直接切割出零件，無(wú)需模具，這樣可以大大縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期并降低試制成本。如在沖壓生產(chǎn)時(shí)，未開(kāi)出落料模時(shí)，先用線切割加工的樣板進(jìn)行成形等后續(xù)加工，得到驗(yàn)證后再制造落料模3.2數(shù)控電火花線切割設(shè)備一、數(shù)控電火花線切割機(jī)的類型數(shù)控電火花線切割機(jī)一般按走絲速度不同分為慢速走絲電火花線切割機(jī)和快速走絲電火花線切割機(jī)兩類。1．慢速走絲電火花線切割機(jī)慢速走絲電火花線切割機(jī)床的走絲速度一般為0.2m/s，電極絲多采用黃銅絲或鍍鋅黃銅絲制造，直徑為0.03～0.35mm。電極絲在工作時(shí)為單向運(yùn)行，經(jīng)放電加工后不再使用，避免了電極絲損耗給加工精度帶來(lái)的影響。其電極絲張力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)使電極絲在慢速運(yùn)行過(guò)程中，工作平穩(wěn)、均勻、抖動(dòng)小，保證了慢速走絲線切割加工的高精度。慢速走絲線切割機(jī)屬于精密加工機(jī)床，為了達(dá)到高精度加工的要求，通常進(jìn)行多次切割，一般為2～4次切割。2．快速走絲電火花線切割機(jī)快速走絲電火花線切割機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電極絲運(yùn)行速度高達(dá)8～12m/s，而且作雙向往返循環(huán)運(yùn)行，即電極絲反復(fù)通過(guò)加工間隙，一直使用到斷絲為止。電極絲一般用耐電蝕性較好的鉬絲制造，直徑為0.1～0.2mm。快速走絲線切割機(jī)由于走絲速度快，故能自動(dòng)排除短路現(xiàn)象。工作時(shí)，工作液靠快速運(yùn)行的鉬絲帶入加工間隙。快速走絲容易造成電極絲抖動(dòng)，而且電極絲換向時(shí)，放電和進(jìn)給停止，使加工表面出現(xiàn)凹凸不平的斑馬形條紋。此外由于電極絲的導(dǎo)向采用導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)，導(dǎo)輪的損耗大；而且電極絲反復(fù)使用，電極絲也有一定損耗，這些都決定了快速走絲線切割機(jī)的加工精度和加工表面質(zhì)量不會(huì)很高。一般快速走絲線切割機(jī)的加工精度為0.01～0.02mm，表面粗糙度為Ra2.5。實(shí)際加工中，一般采用較高的加工速度一次切割成形?？焖僮呓z電火花線切割機(jī)的外觀結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。

二、數(shù)控電火花線切割機(jī)床的組成數(shù)控電火花線切割機(jī)床主要由機(jī)床本體、脈沖電源、數(shù)控系統(tǒng)及工作液循環(huán)系統(tǒng)四大部分組成，機(jī)床本體的主要組成部分有工作臺(tái)、錐度切割裝置、電極絲驅(qū)動(dòng)裝置等。1．X、Y軸移動(dòng)工作臺(tái)X、Y軸移動(dòng)工作臺(tái)如圖3-3所示。下拖板2固定在床身1上，中拖板3可作橫向移動(dòng)，上拖板（工作臺(tái)）4則可作縱向移動(dòng)。上拖板與中拖板、中拖板與下拖板之間均采用滾動(dòng)導(dǎo)軌。線切割加工時(shí)，X、Y軸伺服電動(dòng)機(jī)通過(guò)齒輪傳動(dòng)和滾珠絲杠，分別拖動(dòng)中拖板、上拖板帶動(dòng)工件作X、Y方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)的縱、橫向移動(dòng)也可以手動(dòng)?？熳呓z線切割機(jī)床一般采用步進(jìn)電機(jī)的開(kāi)環(huán)驅(qū)動(dòng)方式；而慢走絲線切割機(jī)床一般采用直流或交流電動(dòng)機(jī)的半閉環(huán)和閉環(huán)驅(qū)動(dòng)方式，且具有螺距誤差和齒隙的補(bǔ)償，能完成高精度的加工。2．錐度切割裝置線切割系統(tǒng)一般都具有錐度切割功能，錐度切割裝置如圖3-4所示。鉬絲相對(duì)于工件的左右運(yùn)動(dòng)（即工作臺(tái)縱向運(yùn)動(dòng)）為X軸坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)，鉬絲相對(duì)于工件的前后運(yùn)動(dòng)（即工作臺(tái)橫向運(yùn)動(dòng)）為Y軸坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)。坐標(biāo)軸正方向的規(guī)定如圖所示。進(jìn)行錐度切割時(shí)，下絲架不動(dòng)，而上絲架上的十字拖板將作左右、前后移動(dòng)，其中平行于X軸的左右移動(dòng)為U軸坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)，平行于Y軸的前后移動(dòng)為V軸坐標(biāo)運(yùn)行。U、V軸運(yùn)動(dòng)將使電極絲傾斜，而X、Y、U、V四軸聯(lián)動(dòng)，就可以切割出各種錐度要求的工件。3．電極絲驅(qū)動(dòng)裝置電極絲驅(qū)動(dòng)裝置又稱走絲機(jī)構(gòu)，其作用是使電極絲以一定速度連續(xù)不斷地通過(guò)放電加工區(qū)。圖3-5是快速走絲線切割機(jī)的走絲機(jī)構(gòu)示意圖，電極絲由儲(chǔ)絲筒經(jīng)絲架、導(dǎo)輪和導(dǎo)向器，穿過(guò)工件后，再經(jīng)過(guò)導(dǎo)向器和導(dǎo)輪返回到儲(chǔ)絲筒。工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)彈性聯(lián)軸器帶動(dòng)儲(chǔ)絲筒作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)儲(chǔ)絲筒作軸向移動(dòng)，這樣電極絲就整齊地卷繞在儲(chǔ)絲筒上。當(dāng)儲(chǔ)絲筒移動(dòng)到終端時(shí)，儲(chǔ)絲筒立即反向轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)作反向移動(dòng)。如此往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使電極絲始終卷繞在儲(chǔ)絲筒上，反復(fù)使用直至斷絲。圖3-6是慢速走絲線切割機(jī)的走絲機(jī)構(gòu)示意圖，電極絲由供絲卷筒，通過(guò)電極絲張緊機(jī)構(gòu)（由滑輪、壓緊輪、制動(dòng)輪組成），穿過(guò)上導(dǎo)絲嘴、工件、下導(dǎo)絲嘴后，再由滑輪導(dǎo)向，經(jīng)卷絲機(jī)構(gòu)（由卷絲滾輪、壓緊輪、滑輪組成），進(jìn)入廢絲回收箱。 4．工作液循環(huán)裝置圖3-7是快速走絲線切割機(jī)工作液循環(huán)系統(tǒng)圖。對(duì)于快速走絲線切割機(jī)床通常采用澆注式的供液方式。工作液（乳化液）由泵供給，經(jīng)節(jié)流閥調(diào)壓，通過(guò)上、下供液管，由快速運(yùn)行的電極絲帶入放電間隙中?；匾旱奶幚硪脖容^簡(jiǎn)單，僅用濾清器對(duì)乳化液過(guò)濾，去除乳化液中的放電腐蝕產(chǎn)物。圖3-8是慢速走絲線切割機(jī)工作液循環(huán)系統(tǒng)圖。其供液系統(tǒng)與快速走絲線切割機(jī)基本相同，但由于走絲速度慢，工作液（去離子水）主要是靠上、下高壓噴嘴噴入放電間隙的。慢速走絲線切割機(jī)的回液系統(tǒng)主要是對(duì)工作液進(jìn)行去離子處理的離子交換樹(shù)脂凈化裝置。對(duì)于慢速走絲線切割機(jī)床，也有用浸泡式的供液方式。3.3數(shù)控電火花線切割加工的主要工藝指標(biāo)及其提高途徑一、數(shù)控電火花線切割加工的主要工藝指標(biāo)數(shù)控電火花線切割加工的主要工藝指標(biāo)包括切割速度、加工精度、表面粗糙度及電極絲損耗量。1．切割速度在保持一定的表面粗糙度的切割過(guò)程中，單位時(shí)間內(nèi)電極絲中心線在工件上切過(guò)的面積總和稱為切割速度，單位為mm2／min。也有用電極絲沿圖形加工軌跡的進(jìn)給速度，作為電火花線切割加工的切割速度，單位為mm／min。最高切割速度是指在不計(jì)切割方向和表面粗糙度等條件下，所能達(dá)到的切割速度。通常高速走絲線切割速度為40～120mm2／min。2．加工精度加工精度是指所加工工件的尺寸精度、形狀精度和位置精度的總稱?？焖僮呓z線切割的可控加工精度在0.01～0.025mm左右，低速走絲線切割可達(dá)0.002～0.005mm左右。3．表面粗糙度一般高速走絲線切割加工的表面粗糙度為Ra6.3～2.5μm，最佳也只有Ra1μ左右。低速走絲線切割加工一般可達(dá)Ra1.25μm，最佳可達(dá)Ra0.2μm。4．電極絲損耗量對(duì)高速走絲機(jī)床，電極絲損耗量用電極絲在切割10000mm2面積后電極絲直徑的減少量來(lái)表示。一般不應(yīng)大于0.01mm。二、電參數(shù)對(duì)線切割加工工藝指標(biāo)的影響電參數(shù)對(duì)電火花線切割加工的工藝指標(biāo)有較大的影響。放電脈沖寬度增加、脈沖間隔減小、脈沖電壓幅值增大、峰值電流增大都會(huì)提高切割速度，但加工精度和表面粗糙度則會(huì)下降；反之，則可提高加工精度和改善表面粗糙度，但會(huì)降低切割速度。1．脈沖寬度的影響脈沖寬度加大時(shí)，加工速度提高而表面粗糙度變差。一般脈沖寬度取2～60μs，當(dāng)脈沖寬度大于40μs后，加工速度提高不多，且電極絲損耗增大。在分組脈沖及光整加工時(shí)，脈沖寬度可小至0.5μs以下，能改善表面粗糙度至Ra小于1.25μm。2．脈沖間隔的影響脈沖間隔減小時(shí)平均電流增大，切割速度正比加快。但脈沖間隔過(guò)小將引起電弧和斷絲。所以一般取脈沖間隔為10~250μs，在剛切入或大厚度加工時(shí)，應(yīng)取較大的脈沖間隔值。3．開(kāi)路電壓的影響該值會(huì)引起放電峰值電流和電加工間隙的改變。開(kāi)路電壓提高，加工間隙增大，排屑變易，提高了切割速度和加工穩(wěn)定性，但易造成電極絲振動(dòng)，以致加工表面質(zhì)量和加工精度下降。通常開(kāi)路電壓的提高還會(huì)使電極絲損耗加大。一般取開(kāi)路電壓為60～150V。4．放電峰值電流的影響放電峰值電流增大時(shí)，切割速度提高，表面粗糙度值增大，電極絲損耗比加大甚至斷絲。一般放電峰值電流小于40A，平均電流小于5A。低速走絲線切割加工時(shí)，因脈寬很窄，電極絲又較粗，故放電峰值電流有時(shí)大于50A。5．放電波形的影響在相同的工藝條件下，高頻分組脈沖常常能獲得較好的加工效果。電流波形的前沿上升比較緩慢時(shí)，電極絲損耗較少。不過(guò)當(dāng)脈寬很窄時(shí)，必須有陡的前沿才能進(jìn)行有效的加工。6．極性的影響線切割加工因脈寬較窄，所以都用正極性加工，工件接電源的正極，否則切割速度變低而電極絲損耗增大。三、非電參數(shù)對(duì)線切割加工工藝指標(biāo)的影響非電參數(shù)包括電極絲、工件材料及厚度、線切割工作液及機(jī)床機(jī)械部分的精度等，這些因素都對(duì)線切割加工工藝指標(biāo)有影響。1．電極絲對(duì)線切割加工工藝指標(biāo)的影響電極絲是電火花線切割加工的工具，它的直徑、上絲與緊絲的質(zhì)量及電極絲垂直度等都影響線切割加工的工藝指標(biāo)。（1）電極絲直徑的影響電極絲的直徑對(duì)加工速度的影響較大。電極絲直徑過(guò)小，則承受電流小，切縫也窄，不利于排屑和穩(wěn)定加工。在一定的范圍內(nèi)，電極絲的直徑加大是對(duì)切割速度有利的。但電極絲的直徑超過(guò)一定程度時(shí)，易造成切縫過(guò)大，反而又影響了切割速度的提高。高速走絲線切割電極絲直徑對(duì)切割速度影響的一組實(shí)驗(yàn)曲線如圖3-9所示。（2）電極絲上絲、緊絲質(zhì)量的影響電極絲的上絲、緊絲是線切割操作的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它的好壞直接影響到工件的質(zhì)量和切割速度。如圖3-10所示，當(dāng)電極絲張力適中時(shí)，切割速度最大。在上絲、緊絲的過(guò)程中，如果上絲過(guò)緊，電極絲超過(guò)彈性變形限度時(shí)，由于頻繁地往復(fù)彎曲、摩擦，加上放電時(shí)遭受急熱、急冷變換的影響，可能發(fā)生疲勞而造成斷絲。高速走絲時(shí)，上絲過(guò)緊斷絲往往發(fā)生在換向的瞬間，嚴(yán)重時(shí)即使空走也會(huì)斷絲。但若上絲過(guò)松，由于電極絲具有延伸性，在切割較厚工件時(shí)，由于電極絲的跨距較大、除了它的振動(dòng)幅度大以外，還會(huì)在加工過(guò)程中受放電壓力的作用而彎曲變形，結(jié)果電極絲切割軌跡落后并偏離了工件輪廓，即出現(xiàn)加工滯后現(xiàn)象（如圖3-11），從而造成形狀與尺寸誤差。嚴(yán)重時(shí)電極絲快速運(yùn)轉(zhuǎn)容易跳出導(dǎo)輪槽或限位槽，造成卡斷或拉斷。為了不降低電火花線切割加工的工藝指標(biāo)，張緊力在電極絲抗拉強(qiáng)度允許范圍內(nèi)應(yīng)盡可能大一點(diǎn)，其大小應(yīng)視電極絲的材料與直徑的不同而異。（3）電極絲垂直度的影響在加工過(guò)程中，如果導(dǎo)輪有徑向圓跳動(dòng)或軸向竄動(dòng)，電極絲就會(huì)發(fā)生振動(dòng)（振幅決定于導(dǎo)輪跳動(dòng)或竄動(dòng)值），這時(shí)切割出的圓柱體工件必然出現(xiàn)圓柱度偏差。2．工件材料及厚度對(duì)線切割加工工藝指標(biāo)的影響工件材料不同，其熔點(diǎn)、氣化點(diǎn)、熱導(dǎo)率等都不一樣，因而加工效果也不同。表3-1為采用乳化液加工不同材料時(shí)的效果。工件材料薄，工作液容易進(jìn)入并充滿放電間隙，對(duì)排屑和消電離有利，加工穩(wěn)定性好。但工件太薄，放電脈沖率和切割效率偏低，且電極絲易產(chǎn)生抖動(dòng)，對(duì)加工精度和表面粗糙度不利。工件厚，工作液難以進(jìn)入和充滿放電間隙，加工穩(wěn)定性差，但電極絲不易抖動(dòng)，因此精度較高，表面粗糙度值較小。3．工作液對(duì)線切割加工工藝指標(biāo)的影響在電火花線切割加工中，可使用的工作液有煤油、乳化液、去離子水、蒸餾水、洗滌劑、酒精溶液等，它們對(duì)工藝指標(biāo)的影響各不相同，特別是對(duì)加工速度的影響較大。自來(lái)水、蒸餾水、去離子水等水類工作液，對(duì)放電間隙冷卻效果較好，特別是在工件較厚的情況下，冷卻效果更好。然而采用水類工作液時(shí)，切割速度低，易斷絲。煤油介電強(qiáng)度高，間隙消耗放電能量多，分配到兩極的能量少；同時(shí)，同樣電壓下放電間隙小，排屑困難，導(dǎo)致切割速度低。但煤油受冷熱變化影響小，且潤(rùn)滑性能好，電極絲運(yùn)動(dòng)磨損小，因此不易斷絲。乳化液的介電強(qiáng)度比水高，比煤油低，冷卻能力比水弱，比煤油好，洗滌性比水和煤油都好，故切割速度高。除上述因素外，機(jī)械部分的精度，例如導(dǎo)軌、軸承、導(dǎo)輪等磨損、傳動(dòng)誤差等都會(huì)對(duì)加工效果產(chǎn)生相當(dāng)?shù)挠绊?。?dāng)導(dǎo)輪、軸承偏擺，工作液上下沖水不均勻，會(huì)使加工表面產(chǎn)生上下凹凸相間的條紋，惡化工藝指標(biāo)。3.4數(shù)控電火花線切割加工工藝數(shù)控電火花線切割加工工藝過(guò)程如圖3-12所示。要達(dá)到加工零件的加工要求，應(yīng)合理控制線切割加工的各種工藝因素，同時(shí)配合選擇合適工裝。一、工藝基準(zhǔn)的確定應(yīng)根據(jù)工件加工的切縫寬窄、工件厚度和拐角尺寸大小的要求選首先對(duì)零件圖進(jìn)行分析，明確加工要求，確定工藝基準(zhǔn)，選擇定位方法。在確定工藝基準(zhǔn)時(shí)，除了遵循基準(zhǔn)選擇原則外，還應(yīng)從數(shù)控電火花線切割加工的特點(diǎn)出發(fā)，選擇某些工藝基準(zhǔn)作為電極絲的定位基準(zhǔn)，用來(lái)將電極絲調(diào)整到相對(duì)于工件的正確位置。對(duì)于以底平面作主要定位基準(zhǔn)的工件，當(dāng)其上具有相互垂直而且又同時(shí)垂直于底平面的相鄰側(cè)面時(shí)，應(yīng)選擇這兩個(gè)側(cè)面作為電極絲的定位基準(zhǔn)。二、切割路線的選擇在加工中，由于工件內(nèi)部殘余應(yīng)力的相對(duì)平衡受到破壞后，會(huì)引起工件的變形，所以在選擇切割路線時(shí)，需注意以下幾個(gè)方面。1．應(yīng)將工件的其夾持部分安排在切割路線的末端。如圖3-13所示，圖a先切割靠近夾持的部分，使主要連接部位被割離，余下材料與夾持部分連接較少，工件剛性下降，易變形而影響加工精度。圖b切割路線才是正確的。2．切割路線應(yīng)從坯件預(yù)制的穿絲孔開(kāi)始，由外向內(nèi)順序切割。如圖3-14所示，圖a采用從工件端面開(kāi)始由內(nèi)向外切割的方案，變形最大，不可??；圖b也是從工件端面開(kāi)始切割，但路線由外向內(nèi)，比圖a方案安排合理些，但仍有變形；圖c切割起點(diǎn)取在坯件預(yù)制的穿絲孔中，且由外向內(nèi)，變形最小，是最佳方案。3．兩次切割法。切割孔類零件時(shí)，為減少變形可采用兩次切割法，如圖3-15所示，第一次粗加工型孔，周邊留0．l～0.5mm余量，以補(bǔ)償材料原來(lái)的應(yīng)力平衡狀態(tài)受到的破壞，第二次切割為精加工，這樣可以達(dá)到較滿意的效果。4．要在一塊毛坯上切出兩個(gè)以上零件時(shí)，不應(yīng)連續(xù)一次切割出來(lái)，而應(yīng)從該毛坯的不同預(yù)制穿絲孔開(kāi)始加工。如圖3-16所示。5．加工的路線，距離端面（側(cè)面）應(yīng)大于5mm。三、電極絲初始位置的確定線切割加工前，應(yīng)將電極絲調(diào)整到切割的起始位置上，可通過(guò)校對(duì)穿絲孔來(lái)實(shí)現(xiàn)。穿絲孔位置的確定應(yīng)遵循以下原則：1．當(dāng)切割凸模需要設(shè)置穿絲孔時(shí)，其位置可選在加工軌跡的拐角附近，以簡(jiǎn)化編程。2．切割凹模等零件的內(nèi)表面時(shí)，將穿絲孔設(shè)置在工件對(duì)稱中心上，對(duì)編程計(jì)算和電極絲定位都較方便。對(duì)于大型工件，應(yīng)將穿絲孔設(shè)置在靠近加工軌跡邊角處或選在已知坐標(biāo)點(diǎn)上。3．要在一塊毛坯上切出兩個(gè)以上零件或加工大型工件時(shí)，應(yīng)沿加工軌跡設(shè)置多個(gè)穿絲孔，以便發(fā)生斷絲時(shí)能就近重新穿絲，切入斷絲點(diǎn)。四、加工條件的選擇數(shù)控電火花線切割的加工條件隨工件材質(zhì)、板厚、絲電極和加工要求的不同而不同。按照加工要求，使這些條件設(shè)定在穩(wěn)定加工、不產(chǎn)生短路、不斷絲的情況下，以獲得較高的切割速度。1．電參數(shù)的選擇可改變的電參數(shù)主要有脈沖寬度、電流峰值、脈沖間隔、空載電壓、放電電流等。要獲得較好的表面粗糙度時(shí)，所選用電參數(shù)要小些；若要求獲得較高的切割速度，脈沖參數(shù)要大些，但加工電流的增大受到電極絲截面的限制，過(guò)大的電流將引起斷絲；加工大厚度工件時(shí)，為了順利排屑和有利于工作液進(jìn)入加工區(qū)，宜選用較高的脈沖電壓、較大的脈寬和電流峰值，以增大放電間隙。2．電極絲選擇絲電極應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性和抗電蝕性，抗拉強(qiáng)度高，材質(zhì)均勻。高速走絲機(jī)床的電極絲主要有鉬絲、鎢絲和鎢鉬絲。常用的鉬絲規(guī)格為φ0．10～0．18mm，當(dāng)需要切割較小的圓弧或縫槽時(shí)也用φ0.06mm的鉬絲。鎢絲的優(yōu)點(diǎn)是耐腐蝕、抗拉強(qiáng)度高，缺點(diǎn)是脆而不耐彎曲，且價(jià)格昂貴，僅在特殊情況下使用。低速走絲線切割機(jī)床一般使用黃銅絲作電極絲，用一次就棄掉，因此不必用高強(qiáng)度的鉬絲。絲電極直徑的選擇應(yīng)根據(jù)切縫寬窄、工件厚度和拐角尺寸大小來(lái)選擇。若加工帶尖角、窄縫的小型零件宜選用較細(xì)的電極絲；若加工大厚度的工件或大電流切割時(shí)應(yīng)選較粗的電極絲。3．工作液的選用工作液對(duì)切割速度、表面粗糙度、加工精度等都有較大影響。電火花線切割加工所使用的工作液主要有乳化液和去離子水，在慢速走絲切割機(jī)床上大多采用去離子水（純水），只有在特殊情況下才采用絕緣性能較好的煤油；高速走絲時(shí)常用專用乳化液。4．工件裝夾方式工件裝夾方式主要有懸臂支撐式、兩端支撐式、橋式支撐式、復(fù)式支撐式等，各種裝夾方式的特點(diǎn)及應(yīng)用如表3-2所示。五、線切割加工的步驟線切割加工前需準(zhǔn)備好工件毛坯（切割型腔零件時(shí)，毛坯上應(yīng)預(yù)先打好穿絲孔）、壓板、夾具等裝夾工具，然后按以下步驟操作：（1）啟動(dòng)機(jī)床電源進(jìn)入系統(tǒng)，編制加工程序；（2）檢查系統(tǒng)各部分是否正常，包括高額電壓、水泵、絲筒等的運(yùn)行情況；（3）進(jìn)行儲(chǔ)絲筒上絲、穿絲和電極絲找正操作；（4）裝夾工件，根據(jù)工件厚度調(diào)整Z軸至適當(dāng)位置并鎖緊；（5）移動(dòng)X、Y軸坐標(biāo)確立切割起始位置；（6）開(kāi)啟工作液泵，調(diào)節(jié)噴嘴流量；（7）運(yùn)行加工程序開(kāi)始加工，調(diào)整加工參數(shù)；（8）監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)工作液循環(huán)系統(tǒng)堵塞時(shí)應(yīng)及時(shí)疏通，及時(shí)清理電蝕產(chǎn)物，但在整個(gè)切割過(guò)程中，均不宜變動(dòng)進(jìn)給控制按鈕；（9）每段程序切割完畢后，一般都應(yīng)檢查縱、橫拖板的手輪刻度是否與指令規(guī)定的坐標(biāo)相符，以確保高精度零件加工的順利進(jìn)行，如出現(xiàn)差錯(cuò)，應(yīng)及時(shí)處理，避免零件報(bào)廢。3.5數(shù)控電火花線切割加工編程一、常用格式程序編寫(xiě)方法1．常用格式程序數(shù)控線切割加工的編程有符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的ISO格式和3B、4B、R3B代碼格式，目前較常用的是3B代碼格式、4B代碼格式和R3B代碼格式。（1）3B代碼格式程序3B程序格式是我國(guó)電火花線切割機(jī)床的一種常用編程格式，其程序格式為：BXBY