特种加工考试题(附有答案)

一、填空题（一、填空题（1515 分，每空分，每空 1 1 分）分） 1 1、特种加工主要采用、特种加工主要采用 机械能机械能 以外的其他能量去除工件上多余的材料，以达到以外的其他能量去除工件上多余的材料，以达到 图样上全部技术要求。图样上全部技术要求。 （1 1 分）分） 2 2、电火花加工原理是基于、电火花加工原理是基于 工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时 的电腐蚀现象的电腐蚀现象，来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状和表面质量，来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状和表面质量 等预定的加工要求。等预定的加工要求。 （2 2 分）分） 3 3、电火花加工系统主要由、电火花加工系统主要由 工件和工具工件和工具、 脉冲电源脉冲电源 、自动进给和调节装置自动进给和调节装置 几部分组成。几部分组成。 （3 3 分）分） 4 4、在电火花加工中，提高电蚀量和加工效率的电参数途径有：、在电火花加工中，提高电蚀量和加工效率的电参数途径有：提高脉冲频率提高脉冲频率、 增加单个脉冲能量增加单个脉冲能量、减少脉冲间隔减少脉冲间隔。 （3 3 分）分） 5 5、电火花加工的表面质量主要是指被加工零件的、电火花加工的表面质量主要是指被加工零件的 表面粗糙度表面粗糙度、表面变质层表面变质层、 表面力学性能表面力学性能 。 （3 3 分）分） 6 6、电火花加工的自动进给调节系统主要由以下几部分组成：、电火花加工的自动进给调节系统主要由以下几部分组成：测量环节测量环节、 比较比较 环节环节、 放大驱动环节、放大驱动环节、 执行环节执行环节、 调节对象。调节对象。 （3 3 分）分） 7 7、电火花成型加工的自动进给调节系统，主要包含、电火花成型加工的自动进给调节系统，主要包含 伺服进给控制系统伺服进给控制系统 和和 参参 数控制系统数控制系统 。 （2 2 分）分） 8 8、电火花加工是利用电火花放电腐蚀金属的原理，用工具电极对工件进行复制、电火花加工是利用电火花放电腐蚀金属的原理，用工具电极对工件进行复制 加工的工艺方法，其应用范围分为两大类：加工的工艺方法，其应用范围分为两大类：穿孔加工穿孔加工、型腔加工型腔加工。 （2 2 分）分） 9 9、线切割加工是利用、线切割加工是利用 移动的、作为负极的、线状电极丝移动的、作为负极的、线状电极丝 和工件之间的脉冲放和工件之间的脉冲放 电所产生的电腐蚀作用，对工件加工的一种工艺方法。电所产生的电腐蚀作用，对工件加工的一种工艺方法。 （2 2 分）分） 1010、快走丝线切割机床的工作液广泛采用的是、快走丝线切割机床的工作液广泛采用的是 乳化液乳化液，其注入方式为，其注入方式为 喷入式喷入式。 （2 2 分）分） 1111、线切割机床走丝机构的作用：、线切割机床走丝机构的作用：是使电极丝以一定的速度运动，并保持一定是使电极丝以一定的速度运动，并保持一定 的张力的张力。 （2 2 分）分） 1212、线切割控制系统作用主要是：、线切割控制系统作用主要是：1 1）自动控制电极丝相对于工件的运动轨迹自动控制电极丝相对于工件的运动轨迹； 2 2）自动控制伺服的进给速度自动控制伺服的进给速度。 （2 2 分）分） 1313、快速成形技术（、快速成形技术（RPRP）最早产生于二十世纪）最早产生于二十世纪 7070 年代末到年代末到 8080 年代初，目前年代初，目前 RPRP 技术的主流是：技术的主流是： SLASLA 立体光造型立体光造型 、LOMLOM 薄材叠层制造薄材叠层制造 、SLSSLS 激光烧结激光烧结 、FDMFDM 熔融成型熔融成型 四种技术。四种技术。 （4 4 分）分） 1414、快速成型的数据接口主要有：快速成型技术标准数据格式即、快速成型的数据接口主要有：快速成型技术标准数据格式即 STLSTL 格式格式 和和 快速成型设备的通用数据接口即快速成型设备的通用数据接口即 CLICLI 格式。格式。 （2 2 分）分） 二、判断题（二、判断题（1515 分，每题分，每题 1 1 分）分） 1 1、目前线切割加工时应用较普遍的工作液是煤油。、目前线切割加工时应用较普遍的工作液是煤油。 （错）（错） 2 2、在型号为、在型号为 DK7740DK7740 的数控电火花线切割机床中，的数控电火花线切割机床中，D D 表示电加工机床。表示电加工机床。 （对）（对） 3 3、线切割机床通常分为两大类，一类是快走丝，另一类是慢走丝。、线切割机床通常分为两大类，一类是快走丝，另一类是慢走丝。 （对）（对） 4 4、3B3B 代码编程法是最先进的电火花线切割编程方法。代码编程法是最先进的电火花线切割编程方法。 （错）（错） 2 5 5、离子束加工必须在真空条件下进行。、离子束加工必须在真空条件下进行。 （对）（对） 6 6、电火花加工中的吸附效应都发生在阴极上。、电火花加工中的吸附效应都发生在阴极上。 （错）（错） 7 7、线切割加工一般采用负极性加工。、线切割加工一般采用负极性加工。 （错）（错） 8 8、电火花穿孔加工时，电极在长度方向上可以贯穿型孔，因此得到补偿，需、电火花穿孔加工时，电极在长度方向上可以贯穿型孔，因此得到补偿，需 要更换电极。要更换电极。 （错）（错） 9 9、弛张式脉冲电源电能利用率相当高，所以在电火花加工中应用较多。、弛张式脉冲电源电能利用率相当高，所以在电火花加工中应用较多。 （错）（错） 1010、电火花成型加工和穿孔加工相比，前者要求电规准的调节范围相对较大。、电火花成型加工和穿孔加工相比，前者要求电规准的调节范围相对较大。 （对）（对） 1111、电火花成型加工属于盲孔加工，工作液循环困难，电蚀产物排除条件差、电火花成型加工属于盲孔加工，工作液循环困难，电蚀产物排除条件差。 （对）（对） 1212、电火花加工的粗规准一般选取的是窄脉冲、高峰值电流。、电火花加工的粗规准一般选取的是窄脉冲、高峰值电流。 （错）（错） 1313、在采取适当的工艺保证后，数控线切割也可以加工盲孔；、在采取适当的工艺保证后，数控线切割也可以加工盲孔； （错）（错） 1414、当电极丝的进给速度明显超过蚀除速度，则放电间隙会越来越小，以致、当电极丝的进给速度明显超过蚀除速度，则放电间隙会越来越小，以致 产生短路。产生短路。 （对）（对） 1515、通常慢走丝线切割加工中广泛使用直径为、通常慢走丝线切割加工中广泛使用直径为 0.10.1 mmmm 以上的黄铜丝作为电极以上的黄铜丝作为电极 丝。丝。 （对）（对） 3 1 1、快走丝线切割加工中，常用的电极丝为钼丝。、快走丝线切割加工中，常用的电极丝为钼丝。 （对）（对） 2 2、3B3B 代码编程法是最先进的电火花线切割编程方法。代码编程法是最先进的电火花线切割编程方法。 （错）（错） 3 3、电火花线切割加工可以用来制造成形电极。、电火花线切割加工可以用来制造成形电极。 （对）（对） 4 4、快走丝线切割的电极丝材料比慢走丝差，所以加工精度较后者低。、快走丝线切割的电极丝材料比慢走丝差，所以加工精度较后者低。 （错）（错） 5 5、电子束加工必须在真空条件下进行。、电子束加工必须在真空条件下进行。 （对）（对） 6 6、电火花加工中的吸附效应都发生在阳极上。、电火花加工中的吸附效应都发生在阳极上。 （对）（对） 7 7、线切割加工一般采用正极性加工。、线切割加工一般采用正极性加工。 （对）（对） 8 8、电火花成型加工时，电极在长度方向上损耗后无法得到补偿，需要更换电、电火花成型加工时，电极在长度方向上损耗后无法得到补偿，需要更换电 极。极。 （对）（对） 9 9、电火花成型加工中的自动进给调节系统应保证工具电极的进给速度等于工、电火花成型加工中的自动进给调节系统应保证工具电极的进给速度等于工 件的蚀除速度；件的蚀除速度； （对）（对） 1010、电火花成型加工和穿孔加工相比，前者要求电规准的调节范围相对较小。、电火花成型加工和穿孔加工相比，前者要求电规准的调节范围相对较小。 （错）（错） 1111、电火花成型加工电极损耗较难进行补偿。、电火花成型加工电极损耗较难进行补偿。 （对）（对） 1212、数控线切割加工是轮廓切割加工，不需设计和制造成形工具电极。、数控线切割加工是轮廓切割加工，不需设计和制造成形工具电极。 （对）（对） 1313、数控线切割加工一般采用水基工作液，可避免发生火灾，安全可靠，可、数控线切割加工一般采用水基工作液，可避免发生火灾，安全可靠，可 实现昼夜无人值守连续加工。实现昼夜无人值守连续加工。 （对）（对） 4 1414、电火花加工的粗规准一般选取的是宽脉冲、高峰值电流。、电火花加工的粗规准一般选取的是宽脉冲、高峰值电流。 （对）（对） 1515、线切割机床走丝机构的作用是使电极丝以一定的速度运动，并保持一定、线切割机床走丝机构的作用是使电极丝以一定的速度运动，并保持一定 的张力。的张力。 （对）（对） 1616、电极丝的进给速度若明显落后于工件的蚀除速度，则电极丝与工件之间、电极丝的进给速度若明显落后于工件的蚀除速度，则电极丝与工件之间 的距离越来越大，造成开路。的距离越来越大，造成开路。 （对）（对） 1717、通常慢走丝线切割加工中广泛使用直径为、通常慢走丝线切割加工中广泛使用直径为 0.10.1 mmmm 以下的细钼丝作为电极以下的细钼丝作为电极 丝。丝。 （错）（错） 三、简答题（三、简答题（30 分，每题分，每题 6 分）分） 1、特种加工与传统切削加工方法在加工原理上的主要区别有哪些？（、特种加工与传统切削加工方法在加工原理上的主要区别有哪些？（6 分）分） 答：1）特种加工是用机械能以外的其他能量去除工件上多余的材料，以达到图样上全部技 术要求。 （2 分）分） 2）特种加工打破传统的硬刀具加工软材料的规律，刀具硬度可低于被加工材料的硬度。 （2 分）分） 3）特种加工过程中，工具与工件不受切削力的作用。 （2 分）分） 2、特种加工的本质特点是什么？（、特种加工的本质特点是什么？（6 分）分） 答：1）特种加工所使用的工具硬度可以低于被加工材料的硬度；（2 分）分） 2）特种加工不依靠机械能，而是主要用其他能量（如电、化学、光、声、热等）去除 材料 （2 分）分） 3）特种加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力。 （2 分）分） 3、电火花加工必须解决的问题有哪些？（、电火花加工必须解决的问题有哪些？（6 分）分） 答：1、由于在电火花加工的不同阶段，金属蚀除的速度不同，因此必须具有工具电极的自 动进给和调节装置，使工具和工件之间保持合适的放电间隙；（2 分）分） 2、火花放电必须是瞬时的、单极性、脉冲放电；（2 分）分） 3、火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行。 （2 分）分） 4、什么是电火花加工的机理？火花放电过程大致可分为哪四个连续的阶段？、什么是电火花加工的机理？火花放电过程大致可分为哪四个连续的阶段？ 5 （6 分）分） 答：电火花加工的机理是指电火花加工的物理本质，即火花放电时，电极表面的金属材料 是如何被蚀除下来的这一微观物理过程。 （2 分）分） 火花放电过程大致可分为如下四个阶段： 1、极间介质的电离、击穿，形成放电通道；（1 分）分） 2、介质热分解、电极材料融化、气化，热膨胀；（1 分）分） 3、电极材料的抛出；（1 分）分） 4、极间介质的消电离；（1 分）分） 5、电火花加工的优缺点有哪些？（、电火花加工的优缺点有哪些？（6 分）分） 答：电火花加工的优点主要体现在以下四个方面： 1、特别适合任何难以进行切削加工的材料；（1 分）分） 2、可以加工特殊或形状复杂的表面和零件；（1 分）分） 3、工具与工件不接触，作用力极小；（1 分）分） 4、脉冲放电时间短，冷却作用好，加工表面热影响小。 （1 分）分） 但存在以下缺陷： 1、主要用于加工金属等导电材料；（1 分）分） 2、加工速度较慢（需进行预加工，去除大部分余量）且存在一定的电极损耗。 （1 分）分） 6、简要叙述电火花加工的应用场合（、简要叙述电火花加工的应用场合（6 分）分） 答：1、可以使用硬度不高的紫铜或石墨作工具电极，去加工任何硬、脆、韧、软和高熔点 的导电材料；（2 分）分） 2、加工时工件与工具不接触，无切削力，因此适于加工薄壁、窄槽、低刚度及微细精 密的零件。 （2 分）分） 3、可以加工任何形状特殊、结构复杂的工件；（1 分）分） 4、脉冲电源的参数可以任意调节，能在同一台机床上进行粗加工、半精加工或精加工。 （1 分）分） 7、在电火花加工中，工作液的作用有哪些？（、在电火花加工中，工作液的作用有哪些？（6 分）分） 答：1）形成火花放电通道，并在放电结束后迅速恢复放电间隙的绝缘状态；（2 分）分） 2）压缩放电通道，并限制其扩展，使放电能量高度集中在极小的区域内，既加强了蚀 除的效果，又提高了放电仿型的精确性；（2 分）分） 6 3）加速电极间隙的冷却和消电离过程，有助于防止出现破坏性电弧放电；（1 分）分） 4）加速电蚀产物的排除；（1 分）分） 8、简述电火花加工用的脉冲电源的作用和输出要求（、简述电火花加工用的脉冲电源的作用和输出要求（6 分）分） 答：脉冲电源作用：把工频交流电流转变成频率较高的单向脉冲电流，向工件和工具电极 间的加工间隙提供所需要的放电能量，以蚀除金属。 （2 分）分） 脉冲电源输入为 380 V、50 Hz 的交流电，其输出应满足如下要求：（4 分）分） 1）足够的放电能量 2）短时间放电 3）波形单向 4）主要参数有较宽的调节范围 5）有适当的脉冲间隔时间 9、简述、简述 RC 线路脉冲电源的工作过程（线路脉冲电源的工作过程（6 分）分） 答：RC 线路脉冲电源的工作过程： 1）当直流电源接通后，电流经限流电阻向电容器 充电，电容器两端的电压上升，电能往电容器上储存； （2 分）分） 2）当电容器两端的电压上升到工具与工件之间间隙的击穿电压时，电容器上储存的电 能就瞬间释放，形成较大的脉冲电流；（2 分）分） 3）电容器上的电能释放后，电压下降到接近于 0，极间工作液又迅速恢复到绝缘状态； 此后，电容器再次充电，重复上述过程！（2 分）分） 10、对电火花加工用脉冲电源的要求有哪些？（、对电火花加工用脉冲电源的要求有哪些？（6 分）分） 答：1、总的要求：有较高的加工速度、工具电极损耗低、加工过程稳定性好、工艺范围广， 从而，能适应粗加工、半精加工、精加工的要求；能适应不同材料的加工；能采用不同工 具电极材料进行加工。 （2 分）分） 2、具体要求： 1）所产生的脉冲应该是单向的；其目的是最大限度地利用极性效应，以提高生产率和 减少工具电极的损耗。 （1 分）分） 2）脉冲电压波形的前后沿应该较陡；其目的是保证加工工艺过程相对稳定。 （1 分）分） 3）脉冲电源的主要参数应能在很宽的范围内可以调节；其目的是满足粗加工、半精加 工、精加工的不同要求。 （1 分）分） VC A R E (a) -(b) u ud uc E 0t 7 4）工作可靠、成本低、操作方便、节能省电。 （1 分）分） 11、简述快走丝线切割机床的工作过程（、简述快走丝线切割机床的工作过程（6 分）分） 答：快走丝线切割机床是利用细钼丝作为电极，多工件进行火花放电“切割”加工；贮丝 筒使钼丝作正、反向交替移动，加工能源由脉冲电源供给，电极丝和工件之间浇注专用工 作液介质。 （3 分）分） 工作台在水平面两个坐标方向上，各自按预定的控制程序、并根据火花间隙状态作伺 服进给移动，从而合成各种曲线运动，将工件切割成型。 （3 分）分） 12、简述电化学反应加工的基本原理（、简述电化学反应加工的基本原理（6 分）分） 答：当两铜片接上约 10v 的直流电流并插入 CuCl2的水溶液时，即形成通路，在金属片和 溶液的界面上，必定会产生电化学反应，溶液中的 Cu+2移向阴极，在阴极上析出为铜；同 时，在阳极上的 Cu 原子因失去电子而成为 Cu+2，进入溶液；这便是电解(电镀)液中的电化 学反应；（4 分）分） 这种以电化学反应为基础，对金属进行加工（阳极溶解、阴极沉积）的方法称为电化 学加工；（2 分）分） 13、简述激光加工的基本原理（、简述激光加工的基本原理（6 分）分） 答：激光加工是利用光能经过透镜聚焦后达到很高的能量密度，依靠光热效应下产生高温 熔融，来加工各种材料；（2 分）分） 激光加工时，把光束聚集在工件的表面上，由于区域小、亮度高，其焦点处的功率密 度极高，温度可以达到一万多度；在此高温下，可以在瞬间熔化和蒸发任何坚硬的材料， 并产生很强的冲击波，使熔化物质爆炸式地喷射去除。 （4 分）分） 14、简述激光加工的特点（、简述激光加工的特点（6 分）分） 答：1）不受工件材料硬度、熔点、导电性等各种性质的影响，几乎对所有金属和非金属都 可以进行激光加工；（2 分）分） 2）激光能聚集成极小的光斑，可以进行细微和精密加工；（1 分）分） 3）可使用反射镜，将激光输送到远离激光器的隔离室或其它地点，进行加工；（1 分）分） 4）无刀具，属于非接触式加工，无机械加工变形；（1 分）分） 5）对环境无特殊要求，便于自动控制连续加工，加工效率高，加工变形和热变形小； （1 分）分） 8 15、简述电子束加工原理（、简述电子束加工原理（6 分）分） 答：电子束加工是利用电子高速运动时的冲击动能来加工工件的；（1 分）分） 在真空条件下，利用电流加热阴极发射电子束，再经过加速极加速，将具有很高速度 和能量的电子束聚焦在被加工材料上，高速电子撞击工件，其动能绝大部分转化为热能， 使工件材料局部、瞬时熔融，汽化蒸发而去除；（4 分）分） 所以说电子束加工是通过热效应进行加工的。 （1 分）分） 16、简述电子束加工特点（、简述电子束加工特点（6 分）分） 答：1、电子束加工时，电子束聚焦直径小，可实现精密微细的加工。 （1 分）分） 2、电子束加工属非接触式加工，工件不受机械力作用，不产生宏现应力和变形。 （1 分）分） 3、加工材料范围很广，对脆性、韧性、导体、非导体及半导体材料都可加工。 （1 分）分） 4、电子束的能量密度高，因而加工生产率很高。 （1 分）分） 5、电子束容易控制，加工过程便于实现自动化。 （1 分）分） 6、电子束加工在真空中进行，因而污染少，加工表面不氧化，特别适用于加工易氧化 的金属及合金材料，以及纯度要求极高的半导体材料。 （1 分）分） 17、简述离子束加工原理（、简述离子束加工原理（6 分）分） 答：与电子束加工比较相似，离子束加工也是在真空条件下，把惰性气体，通过离子源产 生离子束并经过加速、集束、聚焦后，投射到工件表面的加工部位，以实现去除加工。 （4 分）分） 与电子束加工相比，离子束加工具有更大的能量。 （2 分）分） 18、电子束和离子束加工为什么必须在真空条件下进行？（、电子束和离子束加工为什么必须在真空条件下进行？（6 分）分） 答：1、只有在较高的真空条件中，电子和离子才能高速运动。 （3 分）分） 2、由于加工时的金属蒸汽会影响电子和离子发射，产生不稳定现象，所以在加工过程 中，需要利用真空吸力，不断地把所产生的金属蒸汽抽出去。 （3 分）分） 19、简述超声波加工的原理（、简述超声波加工的原理（6 分）分） 答：超声波加工是利用振动频率超过 16000 Hz 的工具头的振动，通过悬浮液磨料的撞击和 抛磨作用，对工件进行成型加工的一种方法；（2 分）分） 超声波加工时，在工件和工具之间注入液体（水或煤油等）和磨料混合的悬浮液，工 9 具对工件保持一定的进给压力，并作高频振荡，频率为 1630kHz，振幅为 0.010.15mm。 磨料在工具的超声振荡作用下，以极高的速度不断地撞击工件表面，使工件材料在瞬间高 压下产生局部破碎；由于悬浮液的告诉搅动，又使磨料不断抛磨工件表面。随着悬浮液的 循环流动，使磨料不断得到更新，同时带走被粉碎下来的材料微粒。在加工中，工具逐步 伸入到工件中，工具的形状便被复制到工件上。 （4 分）分） 20、简述超声波加工的主要特点（、简述超声波加工的主要特点（6 分）分） 答：1、适合于加工各种硬脆材料，特别是某些不导电的非金属材料，例玻璃、陶瓷、石英、 硅、玛瑙、宝石、金刚石等。也可以加工淬火钢和硬质合金等材料，但效率相对较低。 （2 分）分） 2、加工时宏观切削力很小，不会引起变形、烧伤。表面粗糙度 Ra 值很小，可达 0.2 m，加工精度可达 0.050.02 mm，而且可以加工薄壁、窄缝、低刚度的零件。 （2 分）分） 3、由于工具材料较软，易制成复杂的形状，工具和工件又无需作复杂的相对运动，因 此普通的超声波加工设备结构简单。加工机床结构和工具均较简单，操作维修方便。 （2 分）分） 21、简述快速成形技术（、简述快速成形技术（RP）的原理（）的原理（6 分）分） 答：RP 是用离散/堆积即分层加工、迭加成形原理来制造产品原型，其原理为：产品三维 CAD 模型分层离散按离散后的平面几何信息逐层加工堆积原材料生成实体模型。 （3 分）分） 该技术集计算机技术、激光加工技术、新型材料技术于一体，依靠 CAD 软件，在计 算机中建立三维实体模型，并将其切分成一系列平面几何信息，以此控制激光束的扫描方 向和速度，采用粘结、熔结、聚合或化学反应等手段逐层有选择地加工原材料，从而快速 堆积制作出产品实体模型。 （3 分）分） 22、简述快速成形技术的特点（、简述快速成形技术的特点（6 分）分） 答：快速原型技术突破了“毛坯切削加工成品”的传统的零件加工模式，开创了不用刀 具制作零件的先河，是一种前所未有的薄层迭加的加工方法。 （2 分）分） 与传统的切削加工方法相比，快速原型加工具有以下优点：（4 分）分） 1、可以制造任意复杂的三维几何实体。 2、快速性。 3、高度柔性。 10 4、是实现快速制造的核心。 23、简述立体光造型（、简述立体光造型（SLA）工作原理（）工作原理（6 分）分） 答：由激光器发出的紫外光，经光学系统汇集成一支细光束，该光束在计算机控制下，有 选择的扫描在光敏树脂体光敏树脂表面，利用光敏树脂遇紫外光凝固的机理，一层一层固 化光敏树脂；（3 分）分） 每固化一层后，工作台下降一精确距离，并按新一层表面几何信息，使激光扫描器对 液面进行扫描，使新一层树脂固化并紧紧粘在前一层已固化的树脂上，如此反复，直至制 作生成一零件实体模型。 （3 分）分） 11 四、综合题四、综合题 1、参照右图，简述电火花加工的一般过程：、参照右图，简述电火花加工的一般过程： 脉冲电源提供脉冲电压作用于工具电极和工 件电极上两电极之间的工作液被电离、介质被击穿 形成放电通道；在电场力作用下电子奔向阳极、正离 子奔向阴极导致火花放电；电子和离子的高速运动 轰击阳极和阴极，使动能转化为热能（10000）电 极表面金属迅速熔化甚至汽化工件表面形成一个极小 的圆坑，工件被蚀除，工具不断进给工件不断被蚀除。 A 特种加工的本质特点：特种加工的本质特点： 1）工具硬度可以低于被加工材料的硬度（甚至不用工具） 2）不依靠机械能，而是主要用其他能量（如电、化学、光、声、热等）去除材料 3）加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力。 B 特种加工与传统切削加工方法在原理上的主要区别：特种加工与传统切削加工方法在原理上的主要区别： 1）用机械能以外的其他能量去除工件上多余的材料，以达到图样上全部技术要求。 2）打破传统的硬刀具加工软材料的规律，刀具硬度可低于被加工材料的硬度。 3）在特种加工中，工具与工件不受切削力的作用。 特种加工技术的应用：特种加工技术的应用： 1、 难加工材料的加工； 2、 复杂型面、微细表面和低刚度零件的加工； 3、 高精密表面的加工； 4、 特殊要求零件的加工，如薄壁和弹性零件等； 特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响 1、提高了材料的可加工性 2、改变了零件的典型工艺路线 3、改变了试制新产品的模式 4、影响了产品零件的结构设计 5、改变了传统零件工艺结构的评价标准 6、成为微细加工的主要手段 改变了零件的典型工艺路线改变了零件的典型工艺路线 1、落料模凸、凹模加工的原工艺路线为： 下料锻造正火粗加工调质精加工高频淬火及回火精磨 2、落料模凸、凹模加工的现工艺路线为： 下料锻造正火粗加工高频淬火及回火线切割加工 (a)(b)(c) (d)(e) B A 12 电火花加工定义：电火花加工定义： 在加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电，靠放电时，局部、瞬 时产生的高温，将金属蚀除下来。 电火花加工原理电火花加工原理 基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火 花放电时的电腐蚀现象，来蚀除多余的金属，以达 到对零件的尺寸、形状和表面质量等预定的加工要 求。 参照右图，简述电火花加工的一般过程：参照右图，简述电火花加工的一般过程： 脉冲电源提供脉冲电压作用于工具电极和工 件电极上两电极之间的工作液被电离、介质被击 穿 形成放电通道；在电场力作用下电子奔向 阳极、正离子奔向阴极导致火花放电；电子和离子的高速运动轰击阳极和阴极，使动 能转化为热能（10000）电极表面金属迅速熔化甚至汽化工件表面形成一个极小的圆 坑，工件被蚀除，工具不断进给工件不断被蚀除。 电火花加工必须解决的问题电火花加工必须解决的问题 1、由于在加工的不同阶段，金属蚀除的速度不同，因此必须具有工具电极的自动进给和调 节装置，使工具和工件之间保持合适的放电间隙； 2、火花放电必须是瞬时的、单极性、脉冲放电； 3、火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行。 电火花加工系统的基本组成电火花加工系统的基本组成 1、工件和工具；2、脉冲电源；3、自动进给和调节装置 电火花加工的特点电火花加工的特点 1、特别适合任何难以进行切削加工的材料； 2、可以加工特殊或形状复杂的表面和零件； 3、工具与工件不接触，作用力极小； 4、脉冲放电时间短，冷却作用好，加工表面热影响小 但存在以下缺陷： 1、主要用于加工金属等导电材料； 2、加工速度较慢（需进行预加工，去除大部分余量） ； 3、存在电极损耗， ； 电火花加工的应用电火花加工的应用 1、可以用硬度不高的紫铜或石墨作工具电极，去加工任何硬、脆、韧、软和高熔点的导电 材料； 2、可以加工任何特殊及复杂形状的工件； 3、没有机械加工时那样的切削力，因此适于加工薄壁、窄槽、低刚度及微细精密的零件。 4、脉冲电源的参数可以任意调节，能在同一台机床上进行粗加工、半精加工或精加工。 电火花加工的机理电火花加工的机理 电火花加工的机理是指电火花加工的物理本质，即火花放电时，电极表面的金属材料 是如何被蚀除下来的这一微观物理过程。 电火花腐蚀的四个阶段 1、极间介质的电离、击穿，形成放电通道； 2、介质热分解、电极材料融化、气化，热膨胀； 3、电极材料的抛出； (a)(b)(c) (d)(e) B A 13 4、极间介质的消电离； 影响材料放电腐蚀的因素影响材料放电腐蚀的因素: 1、极性效应 2、吸附效应 3、电参数 4、金属材料的热学常数 5、工作液 极性效应对电蚀量的影响极性效应对电蚀量的影响 定义：单纯由于正、负极性不同，而彼此电蚀量不同的现象叫极性效应。 原因：由于在不同的脉冲宽度下，工作液中所电离出来的电子与离子对电极发生作用的大 小是不同的。 吸附效应对电蚀量的影响吸附效应对电蚀量的影响 正电极表面能吸附工作液中分解、游离出来的带负电的碳离子，形成熔点和气化点比较高 的薄层碳黑膜，保护正极，从而减少电极的损耗； 吸附层主要是石墨化的碳素层，其次是粘附在电极表面的金属微粒粘结层。 极性效应和吸附效应可以提高加工生产率、减少工具损耗，必须充分利用； 因此，电火花加工所用的脉冲电源都是单向、直流的脉冲电源。 电参数对电蚀量的影响电参数对电蚀量的影响 提高电蚀量和加工效率的电参数途径有： 1）提高脉冲频率 2）增加单个脉冲能量 3）减少脉冲间隔 放电所产生的热能主要消耗在以下几个方面：放电所产生的热能主要消耗在以下几个方面： 1、向电极其它部位和工作液中传导； 2、使局部金属材料温度升高，达到熔点； 3、熔化金属材料； 4、使熔化后的金属材料继续升温至沸点； 5、使熔融金属气化； 6、使金属蒸气继续加热成过热蒸气； 金属材料热学常数对电蚀量的影响金属材料热学常数对电蚀量的影响 1）金属材料的熔点、沸点，比热容，熔化热，气化热愈高，电蚀量将愈小，愈 难加工； 2）导热率大的金属材料，能将热量传导、散失到其它部位，降低本身的蚀除量； 工作液对电蚀量的影响工作液对电蚀量的影响 1）形成火花放电通道，并在放电结束后迅速恢复间隙的绝缘状态； 2）压缩放电通道，并限制其扩展，使放电能量高度集中在极小的区域内，既加 强了蚀除的效果，又提高了放电仿型的精确性； 3）加速电极间隙的冷却和消电离过程，有助于防止出现破坏性电弧放电； 4）加速电蚀产物的排除； 实验表明：介电性好、密度和粘度大的工作液有利于压缩放电通道，提高放电 的能量密度，强化电蚀产物的抛出效应；但是，粘度过大不利于电蚀产物的排 出，影响正常放电。 所以，粗加工使用粘度大的机油，精加工时使用粘度小的煤油； 提高加工速度的途径提高加工速度的途径 1、选用适当的脉冲宽度 2、选用适当的脉冲间隔 3、增加单位脉冲能量（主要是增加峰值电流） 14 4、提高脉冲频率 f 影响加工精度的主要因素影响加工精度的主要因素 1放电间隙大小及其一致性：采用较小的电规准，可以缩小放电间隙；这样， 可以提高 仿形精度，也使间隙变化量小，从而提高加工精度。 2工具电极的损耗及其稳定性：电火花穿孔加工时，电极在长度方向上可以贯 穿型孔， 因此得到补偿；但电火花成型加工时，电极损耗后无法得到补偿，需要更换电 极； 3二次放电 电火花加工的表面质量：电火花加工的表面质量：表面粗糙度、表面变质层、表面力学性能 影响表面粗糙度的因素：影响表面粗糙度的因素： 1）单个脉冲能量大，则表面粗糙度差； 2）材料熔点高，则表面粗糙度好； 3）工具电极的表面粗糙度对工件表面粗糙度有复印现 象； 4）工作液的电阻率降低，可以形成多个并存的放电通 道，脉冲放电能量被分散，相应的放电痕迹较小，可以 获得较好的表面粗糙度。 表面变质层：表面变质层：火花放电的瞬时高温和工作液快速冷却的 结果，表面变质层的厚度大约在 0.010.5 mm 之间， 一般将其分为熔化层和热影响层 显微裂纹：显微裂纹：火花放电的瞬时高温和工作液快速冷却的结果； 1）脉冲能量越大，显微裂纹越明显； 2）工件材料越脆，显微裂纹越明显；（硬质合金、预先热处理、淬火材料等脆 性大） 电火花加工用的脉冲电源电火花加工用的脉冲电源 脉冲电源作用：把工频交流电流转变成频率较高的单向脉冲电流，向工件 和工具电极间的加工间隙提供所需要的放电能量，以蚀除金属。 脉冲电源输入为 380 V、50 Hz 的交流电，其输出应满足如下要求： (1) 足够的放电能量 (2) 短时间放电 (3) 波形单向 (4) 主要参数有较宽的调节范围 (5) 有适当的脉冲间隔时间 对电火花加工用脉冲电源的要求对电火花加工用脉冲电源的要求 1、总的要求 有较高的加工速度、工具电极损耗低、加工过程稳定性好、工艺范围广， 从而，能适应粗加工、半精加工、精加工的要求；能适应不同材料的加工；能 采用不同工具电极材料进行加工。 2、具体要求 1）所产生的脉冲应该是单向的； 目的：最大限度地利用极性效应，以提高生产率和减少工具电极的损耗。 2）脉冲电压波形的前后沿应该较陡（一般采用矩形波脉冲电源） ； 15 目的：保证加工工艺过程比较稳定。 3）脉冲电源的主要参数应能在很宽的范围内可以调节； 目的：满足粗加工、半精加工、精加工的要求。 4)工作可靠、成本低、操作方便、节能省电。 RC 线路脉冲电源的组成：线路脉冲电源的组成： 两个回路：充电回路和放电回路 1、充电回路：直流电源、充电电阻、电容器 2、放电回路：电容器、工具电极、极间间隙 RC 线路脉冲电源的原理：线路脉冲电源的原理： 1） 、当直流电源接通后，电流经限流电阻向电 容器充电，电容器两端的电压上升，电能往电 容器上储存； 2） 、当电容器两端的电压上升到工具与工件之间间隙的击穿电压时，电容器上 储存的电能就瞬间释放，形成较大的脉冲电流； 3） 、电容器上的电能释放后，电压下降到接近于 0，极间工作液又迅速恢复到 绝缘状态；此后，电容器再次充电，重复上述过程！ 弛张（弛张（RC）式脉冲电源优点）式脉冲电源优点 1、结构简单，工作可靠，成本低 2、在小功率时可以获得很窄的脉宽和很小的单个脉冲能量，可用作光整加工和 精微加工 但电能利用率低 自动进给调节系统作用自动进给调节系统作用 维持一定的“平均”放电间隙，保证电火花加工正常而稳定地进行，以获得较好 的加工效果；从原则上讲，应是工具电极的进给速度等于工件的蚀除速度； 自动进给调节系统的技术要求自动进给调节系统的技术要求 1、有较广的速度调节跟踪范围； 2、有足够的灵敏度和快速性； 3、有必要的稳定性和抗干扰能力； 4、应体积小、结构简单可靠、操作维修方便； 自动进给调节系统的组成自动进给调节系统的组成 电火花成型加工的自动进给调节系统，主要包含伺服进给控制系统和参数 控制系统。 伺服进给控制系统：主要用于控制放电间隙的大小 参数控制系统：主要用于控制电火花成型加工中的各种参数(如放电电流、 脉冲宽度、脉冲间隔等)，以便能够获得最佳的加工工艺指标等。 伺服进给系统一般有如下要求： (1) 有较广的速度调节跟踪范围。 (2) 有足够的灵敏度和快速性。 (3) 有较高的稳定性和抗干扰能力。 自动伺服进给调节系统的基本组成部分 VC A R E (a) -(b) u ud uc E 0t 16 电火花加工的自动进给调节系统主要由以下几部分组成：电火花加工的自动进给调节系统主要由以下几部分组成： 1、测量环节、2、比较环节、3、放大驱动环节、4、执行环节、5、调节对象 我国国标规定，电火花成型机床均用我国国标规定，电火花成型机床均用 D71 加上机床工作台面宽度的加上机床工作台面宽度的 1/10 表示；表示； 线切割机床均用线切割机床均用 D77 加上机床工作台面宽度的加上机床工作台面宽度的 1/10 表示表示 例如例如 D7132：D 表示电加工成型机床表示电加工成型机床(若该机床为数控电加工机床，则在若该机床为数控电加工机床，则在 D 后加后加 K，即，即 DK)；71 表示电火花成型机床；表示电火花成型机床；32 表示机床工作台的宽度为表示机床工作台的宽度为 320 mm。 电火花成型加工机床结构：电火花成型加工机床结构：机床包括主机、电源 箱、自动进给调节系统、工作液循环和过滤系统 1床身；2 一液压油箱；3 一工作液槽； 4 一 主轴头；5立柱；6 一工作液箱；7 一电源箱 工作液循环过滤系统包括：工作液循环过滤系统包括：工作液箱、电动机、 泵、过滤装置、工作液槽、管道、阀门、计量表 等 1）工作液循环方式：）工作液循环方式：冲油式和抽油式； 2）工作液过滤方式：）工作液过滤方式：自然沉淀法和介质过滤法； 电火花穿孔成形加工：电火花穿孔成形加工：是利用电火花放电腐蚀金属的原理，用工具电极对工件 进行复制加工的工艺方法，其应用范围可以分为两大类：穿孔加工、型腔加工 （成形加工） 。 电火花成型加工和穿孔加工相比有下列特点：电火花成型加工和穿孔加工相比有下列特点： (1) 盲孔加工，工作液循环困难，电蚀产物排除条件差。 (2) 电极损耗较难进行补偿。 (3) 材料去除量大，表面粗糙度要求严格。 (4) 加工面积变化大，要求电规准的调节范围相应也大。 电蚀产物的排除电蚀产物的排除 1) 电极冲油、2) 工件冲油、3) 工件抽油、4) 开排气孔、5) 抬刀、6) 电极的 摇动或平动 加工规准的选择加工规准的选择 1）粗规准：一般选取宽脉冲(大于 400s)、高峰值电流进行粗加工。速度高、 电极损耗低 2）中规准：一般选用脉冲宽度为 20400 s、峰值电流较小的参数进行半精 加工。 3）精规准：220 s 的窄脉宽，小峰值电流。 线切割加工：线切割加工：是利用移动的、作为负极的、线状电极丝和作为正极的金属材料 17 工件之间的脉冲放电所产生的电腐蚀作用，对工件加工的一种工艺方法。 线切割加工特点线切割加工特点 1、数控线切割加工是轮廓切割加工，不需设计和制造成形工具电极，大大降低 了加工费用，缩短了生产周期。 2、直接利用电能进行脉冲放电加工，工具电极和工件不直接接触，无机械加工 中的宏观切削力，适宜于加工低刚度零件及细小零件。 3、无论工件硬度如何，只要是导电或半导电的材料都能进行加工。 4、切缝可窄达仅 0.005mm ，可以做到只对工件材料沿轮廓进行“套料”加工， 材料利用率高，能有效节约贵重材料。 5、移动的长电极丝连续不断地通过切割区，单位长度电极丝的损耗量较小，加 工精度高。 6、一般采用水基工作液，可避免发生火灾，安全可靠，可实现昼夜无人值守连 续加工。 7、通常用于加工零件上的直壁曲面，通过 X-Y-U-V 四轴联动控制，也可进行 锥度切割和加工上下截面异形体、形状扭曲的曲面体和球形体等零件。 8、不能加工盲孔； 9、因工具电极是直径很小的细丝，故脉冲宽度、平均电流等不能太大，加工工 艺参数的范围较小，属中、精、正极性电火花加工，工件常接脉冲电源正极。 10、一般没有稳定的电弧放电状态；电极和工件之间存在着“疏松接触”式轻压 放电现象。 线切割机床分类线切割机床分类 1.按电极丝运动速度分：快走丝 、慢走丝 2.按电极丝位置分：立式、卧式 3.按工作液供给方式分：冲液式、供液式 快走丝线切割机床简介：快走丝线切割机床简介： 利用细钼丝作为电极进行切割，贮丝筒使钼丝作正、反向交替移动，加工 能源由脉冲电源供给，电极丝和工件之间浇注专用工作液介质。 工作台在水平面两个坐标方向上，各自按预定的控制程序、并根据火花间 隙状态作伺服进给移动，从而合成各种曲线运动，将工件切割成型。 DK7725 的基本含义为：的基本含义为： D 为机床的类别代号，表示是电加工机床； K 为机床的特性代号，表示是数控机床； 第一个 7 为组代号，表示是电火花加工机床； 第二个 7 为系代号(快走丝线切割机床为 7，慢走丝线切割机床为 6，电火 花成型机床为 1)； 25 为基本参数代号，表示工作台横向行程为 250 mm。 快走丝线切割机床结构快走丝线切割机床结构 由机床本体、脉冲电源、数控系统和工作液循环系统组成 ； 线切割机床走丝机构的作用：线切割机床走丝机构的作用：是使电极丝以一定的速度运动，并保持一定的张 力； 线切割机床脉冲电源：线切割机床脉冲电源：窄脉宽 (260 s) 、单个脉冲能量小、平均电流小 (15 A)，故总采用正极性加工 线切割机床数控系统种类及作用线切割机床数控系统种类及作用 1）轨迹控制：自动控制电极丝相对于工件的运动轨迹 18 2）加工控制：自动控制伺服的进给速度、 短路回退、间隙补偿（刀补） 、图 形的缩放、旋转和平移、适应控制、自动找中心、信息显示等。 线切割机床工作液循环系统线切割机床工作液循环系统 由工作液、工作液箱、工作液泵和循环过滤系统等组成。工作液起绝缘、 排屑、冷却的作用。 低速走丝线切割机床大多采用去离子水作工作液；高速走丝线切割机床大 多采用专用乳化液作工作液。 供液方式有：浇注式和浸液式两种 线切割控制系统作用线切割控制系统作用 1）自动控制电极丝相对于工件的运动轨迹 2）自动控制伺服的进给速度。 钼丝：钼丝：抗拉强度高，适于快速走丝加工，所以我国快速走丝机床大都选用钼丝 作电极丝，直径在 0.080.2mm 范围内 ；慢走丝线切割加工中广泛使用直径为 0.1 mm 以上的黄铜丝作为电极丝。 快走丝线切割工作液：快走丝线切割工作液：广泛采用的是乳化液，其加工速度快。 慢走丝线切割机床采用的工作液：慢走丝线切割机床采用的工作液：是去离子水和煤油。 工作液的注入方式工作液的注入方式和注入方向对线切割加工精度有较大影响。工作液的注入方 式有浸泡式、喷入式和浸泡喷入复合式。 浸泡式和喷入式比较，喷入式的优点明显，所以大多数快走丝线切割机床采用 这种方式。 在精密电火花线切割加工中，慢走丝线切割加工普遍采用浸泡喷入复合式的工 作液注入方式，它既体现了喷入式的优点，同时又避免了喷入时带入空气的隐 患。 电极丝的进给速度明显超过蚀除速度，则放电间隙会越来越小，以致产生短路。电极丝的进给速度明显超过蚀除速度，则放电间隙会越来越小，以致产生短路。 电极丝的进给速度明显落后于工件的蚀除速度，则电极丝与工件之间的距离越电极丝的进给速度明显落后于工件的蚀除速度，则电极丝与工件之间的距离越 来越大，造成开路。来越大，造成开路。 国内线切割程序常用