数控机床操作技术 第2版 教学课件 作者 王爱玲6章-数控电火花机床的操作与加工

第6章数控电火花机床的操作与加工第6章数控电火花机床的操作与加工6.1数控电火花加工概述

6.1.1电火花加工的基本原理 6.1.2电火花加工的特点、适用范围及局限性 6.1.3影响电火花成形加工的因素 6.2电火花加工的机床设备及其安装调试

6.2.1电火花加工机床的组成 6.2.2HCD300K电火花加工机床简介 6.2.3电火花穿孔成形加工机床主机各部分及其作用 6.2.4电火花成形加工工艺 6.2.5电火花加工的数控系统 6.2.5电火花加工的安全技术规程 6.2.6加工中的不正常现象及处理方法 6.3数控电火花加工实例

6.1数控电火花加工概述

电火花加工又称为放电加工，简称EDM，是一种直接利用电能和热能进行加工的新工艺。电火花加工与金属切削加工的原理完全不同，在加工过程中，工具和工件并不接触，而是靠工具和工件之间不断的脉冲性火花放电，产生局部、瞬时的高温把金属材料逐步蚀除掉。由于放电过程中可见到火花，故称之为电火花加工。

目前这一工艺技术已广泛用于加工淬火钢、不锈钢、模具钢、硬质合金钢等难加工材料，以及用于加工模具等具有复杂表面的零部件。6.1.1电火花加工的基本原理

电火花加工的原理是基于工具和工件（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、形状及表面质量预定的加工要求。6.1.2电火花加工的特点、适用范围及局限性

1．电火花加工的特点和适用范围 （1）适合于难切削材料的加工 （2）可以加工特殊及复杂形状的零件 （3）易于实现加工过程自动化 （4）可以改进结构设计，改善结构的工艺性

6.1.2电火花加工的特点、适用范围及局限性

2．电火花加工的局限性 （1）只能用于加工金属等导电材料 （2）加工速度较慢 （3）存在电极损耗 （4）最小角部半径有限制

6.1.3影响电火花成形加工因素1．影响加工速度的因素加工速度以mm3/min表示。增加矩形脉冲的峰值电流和脉冲宽度；减小放电间隙；合理选择工件材料、工作液，改善工作液循环等能提高加工速度。2．影响加工精度的因素（1）电极损耗在电火花加工过程中，电极会受到电腐蚀而损耗，电极的不同部位，其损耗也不同。从而影响工件的加工精度。6.1.3影响电火花成形加工因素

（2）放电间隙由于放电间隙的存在，使加工出的工件型腔尺寸和电极尺寸相比，沿加工轮廓要相差一个放电间隙（单边间隙）。实际加工过程中放电间隙是变化的，加工精度因此受到一定程度的影响。

3．影响表面质量的因素

如果单个脉冲能量大（即脉冲宽度、峰值电流大），则每次脉冲放电的蚀除量也大，放电凹坑既大又深，从而使表面粗糙度恶化。6.2电火花加工的机床设备及其安装调试

6.2.1电火花加工机床的组成1．床身和立柱2．工作台3．主轴头4．主轴头和工作台的主要附件（1）可调节工具电极角度的夹头（2）平动头（3）油杯6.2电火花加工的机床设备及其安装调试6.2.4电火花成形加工工艺1．电火花冷冲模穿孔加工工艺方法（1）直接法直接法是用加长的钢凸模作电极加工凹模的型孔，加工后将凸模上的损耗部分去除。凸、凹模的配合间隙靠控制脉冲放电间隙来保证。（2）混合法凸模的加长部分选用与凸模不同的材料，如铸铁、铜等粘接或钎焊在凸模上，与凸模一起加工，以粘接或钎焊部分作穿孔电极的工作部分。当凸、凹模配合间隙很小不好直接保证放电间隙时时，可将电极的工作部分用化学浸蚀法蚀除一层金属，反之，可以用电镀法将电极工作部位的断面尺寸均匀扩大以满足加工时的间隙要求。6.2.4电火花成形加工工艺

2．电火花型腔加工工艺方法 （1）单电极加工方法 （2）多电极加工法 （3）分解电极法3．电加工工艺参数的选定（1）电极极性的选择 工具电极极性一般选择原则是：铜电极对钢，选“＋”极性；铜电极对铜，选“－”极性；铜电极对硬质合金，“＋”“－”极性都可以；石墨电极对铜，选“－”极性；石墨电极对硬质合金，选“－”极性；石墨电极对钢，加工Rmax为15μm以下孔，为“－”极，加工Rmax为15μm以上孔，为“＋”极性；钢电极对钢：选“＋”极性。

6.2.4电火花成形加工工艺

（2）加工峰值电流和脉冲宽度的选择加工峰值电流和脉冲宽度主要影响加工表面粗糙度、加工宽度。选择好这一对参数很重要，这主要靠加工经验以及机床的电源特性。一般来说机床制造厂家会提供一个比较粗糙的电源指标，如最大加工峰值电流，最小加工峰值电流，最大加工脉冲宽度，最小脉冲宽度，这样就可以把这些加工峰值电流及脉冲宽度分为三个区域，即粗加工区、半精加工区、精加工区。（3）脉冲间隙时间选择脉冲间隙时间影响加工效率，但过短的间隙时间会引起放电异常，所以选择时重点考虑排屑情况，以保证正常加工。6.2.4电火花成形加工工艺6.2.4电火花成形加工工艺4．蚀出物去除方法

1）冲液法在工件或电极上开加工液孔，让工作液从中流过，如图6-4所示。

2）抽液法和冲液法相反。

3）在工件或电极不能开加工液孔时，可用喷射法，如图6-5所示。6.2.4电火花成形加工工艺5．加工方式选定 加工方式的选择要视具体情况而定，一般来说多电极多次加工的加工时间较长，需要电极定位正确，但这种方法工艺参数选择比较简单。单电极加工一般用于型腔要求比较简单的加工。对于一些型腔粗糙度、形状精度要求较高的零件，可以采用摇动加工方式。6.2.4电火花成形加工工艺数控电火花加工机床的摇动方式一般有如下几种:6.2.4电火花成形加工工艺电火花加工工艺流程6.2.5电火花加工的数控系统电火花加工的数控系统有单轴数控系统和多轴数控系统。单轴数控系统往往是指Z轴实现数控化，多轴数控系统则具有X、Y、Z等多轴数控功能，此时工具电极和工件之间相对的运动就多种多样，可以满足各种模具加工的要求，而且还可以用国际上通用的ISO代码进行编程、程序控制、数控摇动加工等等。6.2.5电火花加工的数控系统1．ISO代码6.2.5电火花加工的数控系统

2．数控摇动加工

主轴上的手动头使工具电极向外逐步扩张的运动叫平动，工作台使工件向外逐步扩张的运动叫摇动。摇动加工的作用是：可以逐步修光侧面和底面的表面粗糙度Ra到0.2~0.8μrn级；可以精确控制加工尺寸精度到2~8μm级；可以加工出清棱，清角的侧壁和底边；变全面加工为局部面积加工，有利于排屑和稳定加工。6.2.5电火花加工的数控系统6.2.5电火花加工的数控系统

摇动加工的编程代码，各厂、公司均有自己的规定。以汉川机床厂和日本沙迪克公司为例，摇动加工的指令代码为：6.2.5电火花加工的数控系统

数控摇动的伺服方式共有三种，如图6-8所示。6.2.5电火花加工的数控系统

（1）自由摇动选定某一轴向（例如Z轴）作为伺服进给轴，其他两轴进行摇动运动（如图6-8a所示）。

例：G01

LN001

STEP30

Z－10

（2）步进摇动在某选定的轴向作步进伺服进给，每进一步的步距为2μm，其他两轴作摇动运动（如图6-8b所示）。

例：G01

LN101

STEP20

Z－10

（3）锁定摇动它是在选定的轴向停止进给运动并锁定轴向位置，其他两轴进行摇动运动，是摇动半径幅度逐步扩大的一种“镗”加工方式，用于精密修扩内孔或内腔（如图6-8c所示）。

例：G01

LN202

STEP20

Z－56.2.5电火花加工的安全技术规程

①电火花机床应设置专用地线，使电源箱外壳、床身及其他设备可靠接地，防止电气设备绝缘损坏而发生触电。②操作人员必须站在耐压20kV以上的绝缘板上进行工作，加工过程中不可碰触电极工具，操作人员不得较长时间离开电火花机床，重要机床每班操作人员不得少于两人。③经常保持机床电气设备清洁，防止受潮，以免降低绝缘强度而影响机床的正常工作。④添加工作介质煤油时，不得混入类似汽油之类的易燃液体，防止火花引起火灾。油箱要有足够的循环油量，使油温限制在安全范围内。6.2.5电火花加工的安全技术规程⑤加工时，工作液面要高于工件一定距离（30～100mm），如果液面过低，加工电流较大，很容易引起火灾。为此，操作人员应经常检查工作液面是否合适。⑥根据煤油的混浊程度，要及时更换过滤介质，并保持油路畅通。⑦电火花加工时间内，应有抽雾、烟气的排风换气装置，保持室内空气良好而不被污染。⑧机床周围严禁烟火，并应配备适用于油类的灭火器，最好配置自动灭火器。若发生火灾，应立即切断电源，并用四氯化碳或二氧化碳灭火器吹灭火苗，防止事故扩大化。⑨电火花机床的电器设备应设置专人负责，其他人员不得擅自乱动。⑩下班前应判断总电源，关好门窗。6.2.6加工中的不正常现象及处理方法1．电极损耗过大，可能原因如下：（1）正负极性接反粗加工时工件应接负极，精加工时一般应接正极。（2）冲油压力、流速过大，应降低。（3）脉宽、峰值电流参数选择不当，应参照工艺曲线图表来选择电参数。6.2.6加工中的不正常现象及处理方法2．加工极不稳定，火花颜色异常，冒白烟，可能原因如下：（1）个别功率管击穿而导通，实际输出的是直流电在加工，应更换损坏的功率管。（2）主振级参数变化失调（电阻、电容器变质或脱焊）使脉冲间隙过小或脉冲宽度过大，相似于用直流电加工，可用示波器观察波形，更换损坏的元件。6.2.6加工中的不正常现象及处理方法3．加工不稳定，反复开路短路，生产率很低，甚至出现拉弧，可能原因如下：（1）参数选择不当，如峰值电流过大、脉间过小、加工面积过小等，应按工艺曲线图表选择电参数。（2）加工面积过大，冲油排屑不良，应增加定期抬刀次数和幅度，加大冲油压力。6.3数控电火花加工实例

某—简单方孔冲模的电火花加工。凹模尺寸为25mm×25mm，深10mm，通孔的尺寸公差等级为IT7，表面粗糙度Ra为1.25～2.5μm，模具图如图6-9所示，工件材料为40Cr。6.3数控电火花加工实例

电火花加工模具一般都在淬火以后进行，并且通常先加工出预孔，如图6-10a所示。加工冲模的电极材料，一般选用铸铁或钢，这样可以采用成形磨削方法制造电极。为了简化电极的制造过程，也可采用合金钢电极。例如Cr12