數(shù)控電火花機床的使用和操作

1、數(shù)控電火花機床的使用與操作教學(xué)設(shè)計課程名稱數(shù)控電火花機床的操作課時安排8任務(wù)名稱數(shù)控電火花機床傳動原理及相關(guān)部件介紹，圓形工件的加工任務(wù)描述通過學(xué)習(xí)數(shù)控數(shù)控電火花機床使用說明及各部件的結(jié)構(gòu)原理，為鞏固線切割的相關(guān)知識和技能，結(jié)合實際生產(chǎn)，綜合練習(xí)，提升技能水平。教學(xué)目標(biāo)1. 了解數(shù)控數(shù)控電火花機床各部分的結(jié)構(gòu)、名稱及相關(guān)原理；2. 正確掌握數(shù)控數(shù)控電火花機床各部件的操作方法；3. 獨立安全規(guī)范操作機床，完成數(shù)控數(shù)控電火花機床的加工流程。教學(xué)重點1、 電極、工件的安裝、調(diào)試；2、 對刀、操作界面各參數(shù)處理。教學(xué)難點1、 加工中相關(guān)加工參數(shù)的處理教學(xué)方法練習(xí)、檢測教學(xué)資源1、獨立操作機床2、課件、

2、車間機床及配套工量刃具鄧偉文 電加工技術(shù)三三14LK114LK21、2、3、41、2、3、4 8電火花設(shè)備的概述新課掌握電火花設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)及操作原理1. 電火花加工的物理本質(zhì)；2. 電火花加工設(shè)備簡介。 1電火花加工的物理本質(zhì) ； 2電火花加工設(shè)備各部件簡介； 3電火花加工設(shè)備的操作方法介紹；啟發(fā)式+行為引導(dǎo)法2x32x752x52x52x2ZNC_350系列數(shù)控電火花機床使用說明一、概述 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

3、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(fù)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(dǎo)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(fù)電的粒子以及中性粒子組成的。由于通道截面很小，

4、通道內(nèi)因高溫?zé)崤蛎浶纬傻膲?力高達(dá)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(yīng)和聲效應(yīng)，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(fù)電的粒子奔向正極，帶正電的粒子奔向負(fù)極，粒子間相互撞擊，產(chǎn)生大量的熱能，使通道瞬間達(dá)到很高的溫度。通道高溫首先使工作液汽化，進(jìn)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，

5、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(fù)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(xì)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(fù)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

6、繼續(xù)進(jìn)行，并燒壞電極。因此，為了保證電火花加工過程的正常進(jìn)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(fù)放電通道的絕緣性，使工作液介質(zhì)消電離。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(guān)，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(dǎo)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

7、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(fù)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(xì)金屬導(dǎo)線(銅絲或鉬絲)做電極，對工件進(jìn)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 (a) 電火花加工產(chǎn)品 (b) 線切割加工產(chǎn)品圖2-5 電加工產(chǎn)品實例2.2 電火花加工機床簡介 我國國標(biāo)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D

8、K)；71表示電火花成型機床；32表示機床工作臺的寬度為320 mm。 2.2.1 機床型號、規(guī)格、分類 在中國大陸外，電火花加工機床的型號沒有采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，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(shù)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(D7125D7163)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(xué)技術(shù)的進(jìn)步，國外已經(jīng)大批生產(chǎn)三坐標(biāo)數(shù)

9、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(biāo)數(shù)控電火花加工機床。 2.2.2 電火花加工機床結(jié)構(gòu) 電火花加工機床主要由機床本體、脈沖電源、自動進(jìn)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。間 隙參考值增益設(shè)定控制裝置進(jìn)給系統(tǒng)自動進(jìn)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) 實物圖2-6 電火花機床二、 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(biāo)工作臺

10、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(yán)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(gòu)，其質(zhì)量的好壞將影響到進(jìn)給系統(tǒng)的靈敏度及加工過程的穩(wěn)定性，進(jìn)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(dāng)用一個電極進(jìn)行粗加工時，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，為了將其修光，

11、就得轉(zhuǎn)換規(guī)準(zhǔn)逐擋進(jìn)行修整。但由于中、精加工規(guī)準(zhǔn)的放電間隙比粗加工規(guī)準(zhǔn)的放電間隙小，若不采取措施則四周側(cè)壁就無法修光了。平動頭就是為解決修光側(cè)壁和提高其尺寸精度而設(shè)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(dāng)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(zhǔn)和下一個加工規(guī)準(zhǔn)之間的放電間隙差。 平動頭的動作原理是：利用偏心機構(gòu)將伺服電機的旋轉(zhuǎn)運動通過平動軌跡保持機構(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)作平面小圓周運動，許多小圓的外包絡(luò)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

12、加工的電火花放電間隙之差，從而達(dá)到修光型腔的目的。具體平動頭的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換電規(guī)準(zhǔn)

13、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。 普通電火花加工機床為了修光側(cè)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

14、精度。 (2) 可以加工出復(fù)雜的形狀，如螺紋。 (3) 可以提高工件側(cè)面和底面的表面粗糙度。 (4) 可以加工出清棱、清角的側(cè)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?fù)u動的軌跡還有方形、菱形、叉形和十字形，且搖動的半徑可為9.9 mm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)： 一、 加工圖樣技術(shù)要求：1、 零件加工表面上，不應(yīng)有劃痕、擦傷等損傷零件表面的缺陷。2、 未注線性尺寸公差應(yīng)符合GB/T1804-20

15、00的要求。日 期簽 字練 習(xí)編 號XTJSXY一02制圖審核練 習(xí)項 目零件圖標(biāo)準(zhǔn)湘潭技師學(xué)院比 例11材料：不銹鋼數(shù) 量重量：學(xué) 號圖號：02二、 參考加工操作步驟參見XTJSXY一02圖，加工以上三個孔形工件，必須準(zhǔn)備三個電極。1圓形孔的加工；（1） 把8的圓形銅管電極裝入電火花機床的數(shù)控平動頭上；（2） 把100x100x3mm的板料放在工作臺上，打開磁力吸盤吸住工件；（3） 對刀；（4） Z方向設(shè)置為零；（5） 進(jìn)入菜單2的加工界面；（6） 設(shè)定加工深度Z、加工電流B的相關(guān)參數(shù)；（7） 按控制柜的ON鍵開始加工；（8） 調(diào)好冷卻水位的深淺、水管的大小，保證電弧火花能熄滅，電蝕物能及時

16、沖走；（9） 當(dāng)聽到結(jié)束加工報警鈴聲時，移開電極；（10） 再裝10mm的電極按以上步驟加工，直至加工完成；（11） 取下并檢查工件。2.加工好20x20x100mm的方形電極后；（12） 把20x20x100mm的方形電極裝入電火花機床的數(shù)控平動頭上；（13） 把100x100x3mm的板料放在工作臺上，打開磁力吸盤吸住工件；（14） 對刀；（15） Z方向設(shè)置為零；（16） 進(jìn)入菜單2的加工界面；（17） 設(shè)定加工深度Z、加工電流B的相關(guān)參數(shù)；（18） 按控制柜的ON鍵開始加工；（19） 調(diào)好冷卻水位的深淺、水管的大小，保證電弧火花能熄滅，電蝕物能及時沖走；（20） 當(dāng)聽到結(jié)束加工報警鈴聲

17、時，移開電極，檢查工件。3. 加工好20x10x100mm的方形電極后；（21） 把20x10x100mm的方形電極裝入電火花機床的數(shù)控平動頭上；（22） 把100x100x3mm的板料放在工作臺上，打開磁力吸盤吸住工件；（23） 對刀；（24） Z方向設(shè)置為零；（25） 進(jìn)入菜單2的加工界面；（26） 設(shè)定加工深度Z、加工電流B的相關(guān)參數(shù)；（27） 按控制柜的ON鍵開始加工；（28） 調(diào)好冷卻水位的深淺、水管的大小，保證電弧火花能熄滅，電蝕物能及時沖走；（29） 當(dāng)聽到結(jié)束加工報警鈴聲時，移開電極，檢查工件。三、 注意事項，（2） 工作加工一次后，需取下電極修整。（3） 合理選擇電極材料、切削用量，提高零件加工質(zhì)量。（4） 為提高零件的加工精度，可分粗中精三步進(jìn)行加工。四、 工量具準(zhǔn)備通知單序號名 稱規(guī) 格數(shù)量備注1千分尺025mm12游標(biāo)卡尺0150mm13電極10的銅管8的銅管方形電極11把20的方形孔加工好后再改成長方形電極4其他輔具1專用線切割乳化液等。52校絲器等。63其他常用輔具。7材料4不銹鋼200 X200 X 3mm一塊8數(shù)控線切割機床ZNC_3509數(shù)控系統(tǒng)廣州-東莞元貞練習(xí)五、零件圖的評分標(biāo)準(zhǔn)圓形工件評分標(biāo)準(zhǔn)：檢 測項 目技 術(shù) 要 求配分評 分 標(biāo) 準(zhǔn)檢 測結(jié) 果得 分尺寸110 10超差0.01扣10分,降級扣10分220