第二章电火花加工基本原理及设备

1、 第2章 电火花加工的基本原 理及设备 电火花电火花 1 1、电火花成型加工原理及特点、电火花成型加工原理及特点 1.电火花加工原理：电火花加工是基于工件与电火花加工原理：电火花加工是基于工件与 电极之间脉冲放电时的电腐蚀现象。电极之间脉冲放电时的电腐蚀现象。 工件和工具电极均置于工作液中，并且工件和工具电极均置于工作液中，并且 分别与脉冲电源的正负极相连。当工具电极分别与脉冲电源的正负极相连。当工具电极 接近工件达到一定距离时，工作液被击穿发接近工件达到一定距离时，工作液被击穿发 生火花放电。此时工件被蚀出一个凹坑，同生火花放电。此时工件被蚀出一个凹坑，同 时工具电极也会因放电而产生电极损耗

2、，其时工具电极也会因放电而产生电极损耗，其 损耗量约为加工量的百分之几，放电产生的损耗量约为加工量的百分之几，放电产生的 电蚀产物随工作液排出，两极间的工作液恢电蚀产物随工作液排出，两极间的工作液恢 复绝缘，从而完成依次电火花加工。复绝缘，从而完成依次电火花加工。 1 1、电火花成型加工原理及特点、电火花成型加工原理及特点 1工件 2脉冲电源 3自动 进给装置 4工具电极 5 工作液 6过滤器 7泵 1 1工件工件 2 2脉冲电源脉冲电源 3 3自动进给调节系统自动进给调节系统 4 4工具工具 5 5工作液工作液 6 6过滤器过滤器 7 7工作液泵工作液泵 图图2-1 2-1 电火花加工原理示

3、意图电火花加工原理示意图 3 2 1 45 6 7 1 1、电火花成型加工原理及特点、电火花成型加工原理及特点 v2.电火花加工的特点电火花加工的特点 v1）便于加工用机械难以加工或无法加工的）便于加工用机械难以加工或无法加工的 材料材料 v2）电极和工件在加工过程中不接触，便于）电极和工件在加工过程中不接触，便于 加工小孔、深孔、窄缝零件。加工小孔、深孔、窄缝零件。 v3）电极材料不必比工件材料硬。）电极材料不必比工件材料硬。 v4）直接利用电能、热能进行加工，便于实）直接利用电能、热能进行加工，便于实 现加工过程的自动控制。现加工过程的自动控制。 2 2、电火花成型的加工过程、电火花成型的

4、加工过程 放电状态微观图 1阳极 2阳极气化、熔化区 3熔化的金属微粒 4工作介质5凝固的金属微 粒 6阴极气化、熔化区 7阴极 8放电通道 9气泡 10覆盖层 11新的凸边 v包括：电离、放电、热膨胀、抛出金属和消电离包括：电离、放电、热膨胀、抛出金属和消电离 等几个连续的阶段等几个连续的阶段 2 2、电火花成型的加工过程、电火花成型的加工过程 v电火花加工过程大致分为以下几个阶段：电火花加工过程大致分为以下几个阶段： v1.极间介质的电离、击穿极间介质的电离、击穿,形成放电通道形成放电通道 v2.电极材料的融化电极材料的融化,汽化热膨胀汽化热膨胀 v3.电极材料的抛出电极材料的抛出 v4.

5、极间介质的消电离极间介质的消电离 v学习任务：学习任务： v 观看视频，描述出电火花加工的单个过程。观看视频，描述出电火花加工的单个过程。 2 2、电火花成型的加工过程、电火花成型的加工过程 v1.极间介质的电离、击穿极间介质的电离、击穿,形成放电通道形成放电通道 v脉冲电压加在工具电极和工件之间脉冲电压加在工具电极和工件之间,形成电场形成电场. 其间距离最小的地方电场强度最大其间距离最小的地方电场强度最大.极间介质极间介质 在电场作用下在电场作用下,导致液体介质电离导致液体介质电离,击穿击穿,形成形成 放电通道放电通道. v2.电极材料的融化电极材料的融化,汽化热膨胀汽化热膨胀 v通道间正负

6、粒子相互撞击通道间正负粒子相互撞击,产生大量的热能产生大量的热能. 高温高压使工作液汽化高温高压使工作液汽化,两电极表面的金属材两电极表面的金属材 料开始熔化直至沸腾气化料开始熔化直至沸腾气化,热膨胀热膨胀,形成爆炸形成爆炸 性的特性性的特性. 2 2、电火花成型的加工过程、电火花成型的加工过程 v3.电极材料的抛出电极材料的抛出 v放电通道产生高温高压，工作液和金属气化放电通道产生高温高压，工作液和金属气化 后不断向外膨胀，形成内外瞬间压力差。熔后不断向外膨胀，形成内外瞬间压力差。熔 融金属液体被抛出放电通道。融金属液体被抛出放电通道。 v4.极间介质的消电离极间介质的消电离 v加工液流入放

7、电间隙，将电蚀产物及残余热加工液流入放电间隙，将电蚀产物及残余热 量带走，并恢复绝缘状态。量带走，并恢复绝缘状态。 v对于单个脉冲放电周期，一秒内约完成数千对于单个脉冲放电周期，一秒内约完成数千 次甚至数万次的往复式进行。次甚至数万次的往复式进行。 3 3、电火花成型加工的条件、电火花成型加工的条件 v(a)必须有脉冲电源，提供脉冲式的瞬时放电 v(b)必须有放电间隙 (自动进给调节系统) v(c) 工作液和工作液循环系统 （如煤油、皂化液、去离子水等） 绝缘介质又称为工作液，必须具有较高的绝缘 强度,以产生脉冲式的火花放电。 绝缘介质的作用：绝缘、冷却、冲走屑末。 2.2 电火花加工机床的简

8、介 2.2.1 机床型号、规格、分类 国家标准，（GB/T 52901985） 1985年，我国国标规定，D71系列为电火花成 型机床。 例1：型号及参数 D7132 D电加工机床 71电火花穿孔、成形加工机床 32机床工作台面宽度（320mm）的1/10 对于数控电加工机床：符号为DK(汉语拼音： 电控) 。 其中，按机床大小分类， D7125以下为小型， D7125D7163为中型，D7163以上为大型。 例2 型号及参数 DK7725 D 类别（电加工机床) K 特征（数控机床） 7 组别（电火花类机床） 7 型别（线切割） 25 基本参数（工作台横向行程 250 ） 2.2.2电火花加

9、工机床结构 v电火花成型加工机床组成：电火花成型加工机床组成： 机床本体、 脉冲电源、 数控装置、 工作液循环系统、 自动进给调节系统、 基础部件等。 2.2.2电火花加工机床结构电火花加工机床结构 1、机床主体、机床主体 1床身床身 2、5手柄手柄 3、4、10丝杠丝杠 6纵、横工作台纵、横工作台 7立柱立柱 8主轴头主轴头 9主轴座主轴座 11齿轮系统齿轮系统 12电动机电动机 1 1、机床主体、机床主体 v机床主体是用以实现工件和工具电极的装夹机床主体是用以实现工件和工具电极的装夹 固定和运动的机械系统。固定和运动的机械系统。 2 2、脉冲电源、脉冲电源 v脉冲电源为工件和工具电极间的加

10、工间隙提脉冲电源为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。供所需要的放电能量，以蚀除金属。 v电火花加工用的是单向脉冲（电流方向不随电火花加工用的是单向脉冲（电流方向不随 时间改变的脉冲波形），以便充分利用极性时间改变的脉冲波形），以便充分利用极性 效应，提高加工速度和降低工具电极损耗。效应，提高加工速度和降低工具电极损耗。 v脉冲电源应满足的其他要求脉冲电源应满足的其他要求P10 2 2、脉冲电源、脉冲电源 脉冲电源种类（根据需要选用） （1）RC线路脉冲电源（弛张式）； （2）闸流管脉冲电源（独立式） ； （3）晶体管脉冲电源. 脉冲电源的发展概况： （1）普及型(经

11、济型)的电火花加工机床一般 都采用高低压复合的晶体管脉冲电源。 （2）中、高档电火花加工机床都采用计算机 数字化控制的脉冲电源，而且内部存有电火 花加工规准的数据库，可以通过微机设置和 调用各挡粗、中、精加工规准参数。 脉冲电源脉冲电源 脉宽：指加到电极和工件上放电间隙两端的电压脉脉宽：指加到电极和工件上放电间隙两端的电压脉 冲的持续时间冲的持续时间; 脉间：指两个电压脉冲之间的间隔时间。脉间：指两个电压脉冲之间的间隔时间。 3 3、自动进给调节系统、自动进给调节系统 v自动进给调节系统主要用于控制放电间隙的自动进给调节系统主要用于控制放电间隙的 大小。大小。 v在电火花加工中，电极和工件必须

12、保持一定在电火花加工中，电极和工件必须保持一定 的放电间隙。由于工件不断被蚀除，电极也的放电间隙。由于工件不断被蚀除，电极也 不断地损耗，所以放电间隙会不断扩大。所不断地损耗，所以放电间隙会不断扩大。所 以必须采用以必须采用自动进给调节系统。自动进给调节系统。 4、工作液循环系统、工作液循环系统 v 冲油式：冲油式： 将一定压力的清洁工作液 冲向加工表面，迫使工作 液连同电蚀产物从电极四 周流出 排屑效果好，但电蚀产物 从已加工面流出时易造成 二次放电，影响加工精度 v 抽油式：抽油式： 从待加工表面将工作液连 同电蚀产物一起抽出 获得较高的精度和较小表 面粗糙度，但排屑能力不 如冲油式 v电

13、火花加工工艺电火花加工工艺 v电火花加工过程中产生的电蚀产物要经放电电火花加工过程中产生的电蚀产物要经放电 间隙排出，在排出过程中，在电极和工件侧间隙排出，在排出过程中，在电极和工件侧 表面会产生额外的放电，引起间隙的扩大，表面会产生额外的放电，引起间隙的扩大， 这叫做这叫做二次放电二次放电。 v在电火花加工过程中，即使是正负电极用同在电火花加工过程中，即使是正负电极用同 一种材料，两个电极的蚀除量也不相同，这一种材料，两个电极的蚀除量也不相同，这 种现象叫种现象叫极性效应极性效应。 v工件为阳极，工具为阴极时，为正极性加工。工件为阳极，工具为阴极时，为正极性加工。 v工件为阴极，工具为阳极时

14、，为负极性加工。工件为阴极，工具为阳极时，为负极性加工。 极性效应极性效应 正极性加工正极性加工负极性加工负极性加工 精加工精加工 短脉冲短脉冲 ti 80 s 为充分利用极性效应，一般都采用为充分利用极性效应，一般都采用单向脉冲电源单向脉冲电源 2.3 电火花线切割加工 v（1 1）电火花线切割加工原理）电火花线切割加工原理 利用移动的细金属丝作工具电极（简称电 极），在电极和工件间施以脉冲电压，通 过电极和工件之间脉冲放电时的电腐蚀作 用，对工件进行加工。 2、加工过程、加工过程 1、数控装置 2、贮丝筒 3、导轮 4、电极丝 5、工件 6、工作液供给装置 7、工作台 8、脉冲电源 9、工

15、作 液箱 10、步进电机 脉冲电源的正 极接工件，负极接 电极丝。电极丝以 一定的速度往复运 动，它不断地进入 和离开放电区。在 电极丝和工件之间 注入一定量的液体 介质。步进电机带 工作台和工件在水 平面内的相对运动， 电极丝和工件之间 发生脉冲放电，通过控制电极丝和工件之间的相对运动轨迹和 进给速度，就可以切割出具有一定形状和尺寸的工件。 30 v1 1数控装置数控装置 2 2贮丝筒贮丝筒 3 3导轮导轮 4 4电极电极丝丝 5 5工件工件 6 6喷嘴喷嘴 7 7绝缘板绝缘板 8 8脉冲发生器脉冲发生器 9 9液压液压泵泵 1010工作液工作液箱箱 1111步进电机步进电机 3 3、线切割

16、加工特点、线切割加工特点 与电火花成型相比不需要制作电极；(生产准备时间短) 电极丝沿长度方向运动，加工中损耗少，加工精度高。(快 走丝用的钼丝可重复使用。） 能加工精密、形状复杂而细小的内、外形面，以及高熔点、 高硬度难切削的材料。（只能加工导电材料） 加工效率高，材料利用率高，成本低。 自动化程度高，操作方便。 可以一模两用，加工件作凹模，切割下来的料作凸模 二、数控电火花线切割加工机床 电火花线切割机床是电火花加工机床的一种，根 据走丝速度和加工精度不同，分快走丝和慢走丝二种。 快走丝：0.080.22mm的钼丝作电极，往复循环使用， 走丝速度为810m/s，加工精度为0.01mm 表面

17、粗糙度Ra1.6 6.3m 。工作液为乳化液。 慢走丝:走丝速度是312m/min，电极丝广泛使用黄铜丝， 单向移动，电极丝只使用一次，不重复使用。 能自动穿电极丝和自动卸除加工废料，实现无人 操作。 加工精度可达到0.001mm， 表面粗糙度为Ra1.66.3m 。价格比快走丝高。 工作液为去离子水 。 34 线切割机床由脉冲电源、机床本体、控制系统和工 作液循环系统四大部分组成。 (一)脉冲电源 线切割机床的脉冲电源采用小功率、窄脉冲、高频 率、大峰值电流的高频脉冲电源。 由于加工表面粗糙度和电极丝允许承载电流的限 制，线切割加工脉冲电源的脉宽比电火花加工窄。 一般电源的电规准有几个档，以

18、调整脉冲宽度和 脉冲间隙时间，满足不同加工要求。 (电规准:电火花加工时选用的电加工参数。) 35 (二)机床本体 机床本体包括：床身、坐标工作台、走丝机构组成。 1、床身 床身一般为铸件，是坐标工作台、走丝机 构的固定基础，所以要求床身应有一定的刚度和强度。 床身内部安置脉冲电源和工作液箱。 考虑电源会发热和工作液泵有振动，有些机床将 脉冲电源和工作液箱移出床身另行安放。 36 2、坐标工作台 坐标工作台安置在床面上，包括上层工作台面、 中层中拖板、下层底座，还有减速齿轮和丝杠螺母 等构件。目前，电火花线切割机床大多为X、Y方向 线性运动。两个步进电动机经过齿轮减速， 带动丝杠螺母，从而 驱

19、动工作台在XY平面 上移动。控制器每发出 一个进给脉冲信号，工 作台就移动lm，则称 该机床的脉冲当量为 1m/脉冲。 工作台传动 原理37 3、走丝机构 快走丝机构的作用是保证电极丝能进行往复循环的 高速运行，由电动机传动储丝筒作高速正反向转动。 通过齿轮副传动走丝机构拖板的丝杠螺母，使电极丝 均匀地卷绕在储丝筒上。 储丝筒在旋转的同时，做轴向移动，轴向移动应大 于电极丝直径，使电极丝整齐排列在贮丝筒上。 快速走丝快速走丝 能较好地将电蚀屑排出加工区，提高加工 速度。电极丝换向时的减速和加速过程中，放电和进 给必须停止。否则会出现断丝。由于电极丝换向时的 抖动和反向停顿，使加工表面出现凹凸不平的条纹。 38 安徽机电职业技术学院 模 具 制 造 技 术 慢走丝机构,走丝速度在0.2m/s左右，电极丝多 采用成卷的黄铜