数控精密电火花加工技术

数控精密电火花加工技术

在现代模具加工中的应用

李立

（上海沙迪克软件有限公司系统开发部，上海徐汇区200233）摘要：分析了数控精密电火花加工技术在模具加工中的应用场合，探讨了数控精密电火花加工技术在模具加工应用中的特殊方法。

关键词：数控精密电火花加工；现代模具加工；特殊方法1.引言

模具作为一种高附加值的技术密集产品，它的技术水平已经成为衡量一个国家制造业水平的重要评价指标之一，而要提高模具技术水平最先离不开先进的制造设备。作为特种加工家庭的一员，数控精密电火花加工是对传统机械加工方法的有力补充和延伸，现已成为模具行业中不可缺少的重要加工方法，并正向着精密化、智能化方向发展，同时也成为设计制造中实现特殊要求所不可缺少的工艺方法。

2.数控精密电火花加工概述

电火花加工(ElectricalDischargeMachining,简称EDM)又称电加工，属于特种加工的技术范畴，是先进制造技术的一个重要组成部分。因为现代电火花加工都采用数控装置进行精密或超精密加工，因此称为数控精密电火花加工。电火花加工主要包括电火花成型加工和电火花线切割加工以及电火花高速小孔加工。电火花成型加工简称为电火花加工，电火花线切割加工简称为线切割加工，电火花高速小孔加工简称为小孔加工或穿孔加工。表1.1列出了常见电火花加工的分类情况及各类加工方法的主要特点与用途.表1.1常见电火花加工的分类情况及各类加工方法的主要特点与用途特点

用途说明电火花成形加工①工具和工件间主要只有一个相对的伺服进给运动②工具为成形电极，与被加工表面有相同的截面和相反的形状①穿孔加工：加工各种冲模、挤压模、粉末冶金模、各种异形孔及微孔等②型腔加工：加工各类型腔模及各种复杂的型腔零件

约占在电火花机床总数的30%，典型机床有北京阿奇SE系列及日本SodickAM系列等电火花成形机床电火花线切割加工①工具电极为顺电极丝轴线方向转动着的线状电极②工具与工件在两个水平方向同时有相对伺服进给运动①切割各种冲模和具有直纹面的零件②下料、截割和窄缝加工约占电火花机床总数的60％，典型机床有DK7725及日本SodickAQ数控电火花线切割机床

电火花高速小孔加工①采用细管电极，管内冲人高压水基工作液②细管电极旋转③穿孔速度较高①线切割穿丝预孔②深径比很大的小孔，如喷嘴小孔等约占电火花机床的2.5%,典型机床有北京阿奇SD1电火花小孔加工机床

电火花成型加工和电火花线切割加工及电火花高速穿孔加工放电加工原理相同，只是其各自的实现手法不同。电火花加工时，工件与加工所用的工具为极性不同的电极对，加工时，电极对之间多充满工作液，主要起恢复电极间的绝缘状态及带走放电时产生的热量的作用，以维持电火花加工的持续放电。为便于理解和对比，将电火花加工时所用工具称为工具电极(简称电极)，而工件则仍称作工件。在正常电火花加工过程中，电极与工件并不接触，而是保持一定的距离(称作间隙)，在工件与电极间施加一定的电压，当电极向工件进给至某一距离时，两极间的工作液介质被击穿，局部产生火花放电，放电产生的瞬时高温将电极对的表面材料熔化甚至汽化，逐步蚀除工件，通过控制连续不断地脉冲式的火花放电，就可将工件材料按人们预想的要求予以蚀除，达到加工的目的，故称作电火花加工。日、美、英等国通常称作放电加工或电蚀加工。图1-1电火花成形加工机

电火花成型加工是利用成型工具电极，相对工件作简单进给运动的同时也作相反方向的回退运动，以排屑维持放电通道，在工件上“压印”出具有工具电极相同的截面或相反的形状。加工时工具电极作单方向的进给，同时又作快速的回退，在摇动加工中还拌有其它两轴的摇动动作。通过多次放电及重复动作，最终在工件的表面加工出凹坑或穿透工件的孔。图1-2电火花线切割加工机

电火火花花线线切切割割加加工工在在特特种种加加工工中中它它又又属属于于电电火火花花加加工工一一类类，，是是直直接接利利用用电电能能和和热热能能进进行行加加工工的的工工艺艺方方法法。。加加工工时时电电极极丝丝与与工工件件在在X、、Y及及U、、V两两个个水水平平方方向向同同时时有有相相对对伺伺服服进进给给运运动动及及垂垂直直方方向向的的直直线线相相对对运运动动。。因因为为这这种种方方法法是是用用一一根根移移动动着着的的金金属属线线(电电极极丝丝)作作为为工工具具电电极极与与工工件件之之间间产产生生火火花花放放电电对对工工件件进进行行切切割割，，故故称称为为线线切切割割加加工工。。图1-3电电火火花花高高速速小小孔孔加加工工电火火花花高高速速小小孔孔加加工工是是采采用用细细管管电电极极，，管管内内冲冲人人高高压压水水基基工工作作液液或或油油性性工工作作液液，，细细管管电电极极旋旋转转的的同同时时作作Z方方向向快快速速进进给给，，宏宏观观上上不不间间断断地地向向下下加加工工，，类类似似于于铣铣床床钻钻孔孔，，但但穿穿孔孔速速度度比比钻钻削削速速度度高高得得多多。。3.数数控控精精密密电电火火花花加加工工在在现现代代模模具具加加工工中中的的应应用用场场合合3.1数数控控精精密密电电火火花花加加工工在在冲冲模模加加工工中中的的应应用用图1-4扇扇形形齿齿与与椭椭圆圆齿齿轮轮冷冷冲冲模模具具图1-5水水果果刀刀冷冷冲冲模模具具冲模模一一般般包包括括冲冲裁裁模模/压压弯弯模模/引引伸伸模模/挤挤压压模模等等。。目目前前冲冲裁裁模模的的冲冲孔孔模模/落落料料模模/切切边边模模/切切断断模模/剖剖切切模模/切切口口模模/整整修修模模等等采采用用电电火火花花线线切切割割加加工工的的比比较较多多，，特特别别是是跳跳步步模模（（或或称称级级进进模模））和和落落料料冲冲孔孔复复合合模模，，在在模模具具上上有有重重复复位位置置精精度度要要求求的的，，均均采采用用电电火火花花线线切切割割加加工工。。电电火火花花成成型型加加工工的的使使用用情情况况：：（（1））适适合合于于““钢钢打打钢钢””/““反反打打正正用用””的的冲冲模模。。即即用用上上冲冲头头从从凹凹模模的的背背面面加加工工，，产产生生合合理理的的加加工工斜斜度度及及合合适适的的模模具具配配合合间间隙隙。。（（2））周周边边较较长长，，配配合合间间隙隙要要求求特特别别精精密密/均均匀匀的的冲冲模模。。为为了了使使模模具具间间隙隙配配合合均均匀匀，，往往往往反反冲冲头头组组装装成成一一整整体体作作为为电电极极，，加加工工出出形形状状复复杂杂/槽槽孔孔数数又又多多的的凹凹模模。。（（3））特特殊殊情情况况还还得得电电火火花花穿穿孔孔成成形形加加工工。。如如凹凹模模有有空空刀刀要要求求的的/凸凸模模有有凸凸缘缘要要求求的的，，还还需需要要电电火火花花穿穿孔孔/成成型型加加工工。。至至于于其其它它模模具具因因结结构构的的特特殊殊性性，，往往往往均均不不是是透透孔孔，，为为形形状状各各异异的的立立方方体体形形状状，，所所以以仍仍广广泛泛采采用用电电火火花花穿穿孔孔成成型型加加工工。。3.2数数控控精精密密电电火火花花加加工工在在型型腔腔模模加加工工中中的的应应用用图1-6型型腔腔模模中中的的前前模模图1-7型型腔腔模模中中的的后后模模型腔腔模模又又分分为为锻锻模模/塑塑料料模模/压压铸铸模模等等，，其其中中以以塑塑料料模模加加工工最最为为常常见见。。在在塑塑料料模模具具中中，，动动模模和和定定模模是是塑塑料料模模具具的的主主要要组组成成部部分分。。动动模模也也称称型型芯芯或或凸凸模模，，是是成成型型塑塑件件内内表表面面的的模模具具零零件件，，多多装装在在注注塑塑机机的的动动模模板板上上。。定定模模也也称称型型腔腔或或凹凹模模，，是是成成型型塑塑件件外外表表面面的的模模具具零零件件，，多多装装在在注注塑塑机机的的定定模模板板上上。。动动模模和和定定模模通通常常都都要要经经过过淬淬火火处处理理，，硬硬度度极极高高，，一一般般加加工工方方法法难难以以加加工工，，特特别别是是小小孔孔与与异异型型孔孔。。数数控控电电火火花花线线切切割割在在动动模模加加工工中中的的应应用用常常有有镶镶件件孔孔、、顶顶针针孔孔、、司司筒筒孔孔、、斜斜顶顶孔孔等等的的加加工工。。在在定定模模加加工工中中的的应应用用常常有有镶镶件件孔孔、、镶镶针针孔孔等等的的加加工工。。电电火火花花成成型型加加工工在在塑塑料料模模加加工工中中常常有有动动模模和和定定模模的的表表面面加加工工或或深深孔孔加加工工，，对对高高速速铣铣削削加加工工后后进进行行最最终终尺尺寸寸的的精精打打或或作作角角落落加加工工的的补补充充。。4.数数控控精精密密电电火火花花加加工工在在现现代代模模具具加加工工中中的的特特殊殊应应用用方方法法4.1数数控控精精密密电电火火花花线线切切割割的的特殊殊应应用用方方法法4.1.1上上下下异异形形件件的的线线切切割割加加工工方方法法图1-8上上下下异异形形上下下异异形形是是指指工工件件的的上上端端与与下下端端形形状状不不一一样样，，如如上上端端为为一一个个圆圆，，下下端端为为一一正正方方形形。。上上下下异异形形的的程程式式例例如如下下：：G54G21G90G92X0.Y-31.25U0.V0.T84C101H001G142G01Y-25.:G01Y-18.75X25.:G03X13.2582Y-13.2583J18.75Y25.:X13.2583Y13.2583I-13.2582J13.2583X-25.:X-13.2582I-13.2583J-13.2583Y-25.:Y-13.2583I13.2582J-13.2583X0.:X0.Y-18.75I13.2582J13.2583Y-31.25:G01Y-31.25G140M02在上面的程式式中，以两点点隔开，前面面的程式是下下面的形状为为正方形，后后面的程式是是上面的形状状为圆形。它它为一个复合合程式，是将将上下两个程程式并在一起起走，下面数数据走X、Y轴，上面的的数据走U、、V轴，最终终加工出上下下面形状各异异的立体直纹纹面。4.1.2斜斜齿轮的的线切割加加工方法图1-9斜斜齿轮凸模图１－１０斜斜齿轮凹模模斜齿轮是机械械传动中比较较特殊的一种种传动部件，，如果尺寸较较小或模数特特殊，传统的的加工方法很很难加工，而而线切割在这这方面有着许许多的优势。。其加工的方方法还是利用用上下异形，，用3D软件件分析出下面面齿轮和上面面齿轮相差的的角度。在机机床软件或专专业软件中画画好两个齿轮轮，再将某一一齿轮旋转相相差的角度，，然后按图编编写上下异形形程式，生成成斜齿轮专用用切割程式。。斜齿轮的程程式例下：(GEAR)G21G90G54G00X0.Y0.U0.V0.T91T84C101H001M98P0001T85C102H002M98P0002C103H003M98P0001T90M02O0001G90G142G01X-.3216Y13.5962:G01X-.3216Y13.5962G02X.0599Y13.5999I.3216J-13.5962:G02X-.1775Y13.5988I.3216J-13.5962X.1184Y13.4849I-5.5543J-2.8998:X-.117Y13.4849I-5.5029J-2.9962X.173Y13.3719I-5.3129J-2.636:X-.0604Y13.3729I-5.266J-2.7283X.2258Y13.2562I-5.2109J-2.4494:X-.0056Y13.2581I-5.1674J-2.54X.2744Y13.1431I-4.9346J-2.1878:X.045Y13.1459I-4.8956J-2.2735X.3212Y13.0268I-4.8102J-2.0027:X.0938Y13.0304I-4.7746J-2.0863X.3634Y12.9139I-4.4899J-1.7437:X.138Y12.9182I-4.4588J-1.8218X.4038Y12.7967I-4.3373J-1.5607:X.1804Y12.8018I-4.3094J-1.6361X.4391Y12.6844I-3.9575J-1.305:X.2177Y12.6901I-3.9341J-1.3739。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。X-.5889Y13.4725I5.4522J-2.3341:X-.824Y13.4602I5.4922J-2.2386X-.5345Y13.5895I5.7066J-2.5872:X-.7715Y13.5781I5.7509J-2.4872X-.3216Y13.5962I.5345J-13.5895:X-.3216Y13.5962I.7715J-13.5781G01X0.Y0.:G01X0.Y0.G140G90M99O0002G90G141G01X-.3216Y13.5962:X-.3216Y13.5962G03X-.5345Y13.5895I.3216J-13.5962:G03X-.7715Y13.5781I.3216J-13.5962X-.5889Y13.4725I5.6521J-2.7042:X-.824Y13.4602I5.6984J-2.6051X-.6395Y13.3577I5.4016J-2.4489:X-.8726Y13.3445I5.4436J-2.3543X-.6883Y13.2403I5.2932J-2.266:X-.9193Y13.2262I5.332J-2.1733X-.7329Y13.1255I5.0079J-2.0142:X-.9619Y13.1107I5.0423J-1.9265X-.7756Y13.0076I4.8772J-1.8336:X-1.0025Y12.9921I4.9085J-1.7481X-.8139Y12.8933I4.548J-1.586:X-1.0388Y12.8771I4.575J-1.5064。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。X.3634Y12.9139I-4.3777J-1.4436:X.138Y12.9182I-4.3518J-1.5197X.3212Y13.0268I-4.5321J-1.6308:X.0938Y13.0304I-4.503J-1.7096X.2744Y13.1431I-4.857J-1.8863:X.045Y13.1459I-4.8234J-1.9708X.2258Y13.2562I-4.9832J-2.0747:X-.0056Y13.2581I-4.9462J-2.1613X.173Y13.3719I-5.2637J-2.3337:X-.0604Y13.3729I-5.2222J-2.4252X.1184Y13.4849I-5.3675J-2.5229:X-.117Y13.4849I-5.3226J-2.6163X.0599Y13.5999I-5.6129J-2.7848:X-.1775Y13.5988I-5.5634J-2.8823X-.3216Y13.5962I-.0599J-13.5999:X-.3216Y13.5962I.1775J-13.5988G01X0.Y0.:G01X0.Y0.G140G90M994.1.3空空间曲面零零件的线线切割加工工方法图１－１１线线切割加工工空间曲面体体零件在线切割机床床上X/Y和和U/V四轴轴联运能切割割上下异形面面，但仍然无无法加工出螺螺旋表面/双双曲线表面和和正弦曲面等等复杂空间曲曲面。但只要要增加一个数数控回转工作作台附件，将将工件装在采采用步进电机机驱动的回转转工作台上，，采取数控移移动和数控转转动相结合的的方式编程，，用工作台的的单步转动来来代替轴向的的单步移动，，即可完成上上述这些复杂杂空间曲面的的加工方法。。4.2数控精精密电火花成成型的特特殊应应用方法4.2.1数数控精密电电火花成型的的镜面电火花加加工方法图混粉电火火花镜面加工工的大平面及及三维曲面镜面电火花加加工技术的研研究起步于20世纪80年代。所谓谓镜面电火花花加工一般是是指加工表面面粗糙度值在在Ra0.2μm以下的电火花花加工，此时时的加工表面面具有镜面反反光效果。研研究表明，具具有镜面加工工效果的电火火花加工表面面，其表面变变质层厚度均均匀/极少有有微裂纹，并并且有较高的的耐磨性和耐耐腐蚀性，无无需抛光即可可用作零件的的最终表面。。如瑞士CHARMILLES公司司开发出纳秒秒级脉冲电源源SPS，最最佳加工表面面粗糙度可达达Ra0.05μm。但这时的的镜面加工仅仅限于小面积积加工，对于于面积较大的的加工达不到到镜面加工效效果。直到日日本学者在研研究中发现：：在工作液中中添加一定数数量的硅/铝铝等微细粉末末，会显著地地改善电火花花加工后的表表面粗糙度，，达到类似镜镜面的效果。。这就是我们们通常所说的的混粉电火花花镜面加工技技术。该方法法只需改进加加工工作液，，对机床/电电极等并无特特殊要求，因因此混粉电火火花镜面加工工技术具有良良好的实用性性。4.2.2数数控精密电电火花成型的的铣削加工方法法图１－１２电电火花铣削加加工的几种形形式

（ａ））外轮廓加工工（ｂ）型腔腔加工（ｃ））沟槽加工（（ｄ）曲面加加工（ｅ）线线框电极加工工（ｆ）板状状电极加工电火花铣削加加工是20世世纪90年代代发展起来的的电火花成形形加工技术。。它利用简单单电极在数控控系统控制下下，按照一定定轨迹作成形形运动，借鉴鉴数控铣削加加工方式，通通过简单电极极与工件之间间在不同相对对位置的放电电加工出所需需工件形状。。电火花铣削削加工技术已已经成为三维维型腔电火花花加工的有力力手段之一。。同时，电火火花铣削的出出现给传统电电火花成型加加工带来了巨巨大的影响，，改变了电火火花加工工艺艺的流程。电电火花铣削在在加工过程中中电极自身不不停地进行旋旋转，同时其其它三轴作单单一或连动可可加工出较为为复杂的任一一形状。4.2.3数数控精密电电火花成型的的

螺纹加加工方法图１－１３电电火花加工工内螺纹的示示意图数控精密电火火花成型加工工螺纹的方法法有两种。一一种是利用锁锁定摇动功能能进行螺纹加加工，一种是是利用电极与与工件作同向向同步旋转，，工件作径向向进给来实现现螺纹加工的的。前者的加加工方法较为为简单，在工工件上加工出出预孔，做一一支小于预孔孔的螺纹电极极，作锁定摇摇动。即径向向深度保持不不变，电极自自身作圆周或或方形等运动动。在预孔内内壁上加工出出等螺距的内内螺纹。该方方法加工的内内螺纹不是非非常完整，但但经实际验证证，可以拧入入，拧紧，只只是承受力不不能太大。第第二种方法完完全是等同于于攻牙的过程程，其加工出出的螺纹完全全正确，符合合正常螺纹标标准。其困难难是要有同心心夹具，在电电极旋转的过过程中始终保保持轴向一条条线。具该加加工方法时间间过长。对机机床