特种加工科大

特种加工科大第1页/共277页

本课程授课说明：

特种加工技术涉及的面很宽，依据教学大纲，从授课课时和实际应用的角度出发，主要分八个部分讲授。分别是：

1、特种加工概论；2、电火花加工；3、电火花线切割加工；4、电化学加工；5、激光加工；6、电子束和离子束加工7、超声加工；8、其它特种加工

每一部分内容都讲授其加工原理、加工机理、加工过程及设备组成等内容，并配以录象或动画演示等。第2页/共277页

第一章概论第3页/共277页生产装备的发展历程回顾第4页/共277页

生产和科技水平发展到现在的水平，对于难加工的材料、难加工的复杂形状该怎么办呢?

特种加工是指除常规切削加工以外的新的加工方法，这种加工方法利用电、磁、声、光、化学等能量或其各种组合作用在工件的被加工部位上，实现对材料的去除、变形、改变性能和镀覆，从而达到对难加工的材料、难加工的复杂形状加工目的。第5页/共277页

§1

特种加工概述1.特种加工的产生现代工业对机械制造部门提出了新的要求：1）解决各种难切削材料的加工问题如硬质合金、耐热钢、不锈钢等金属及非金属材料的加工2）解决各种特殊复杂表面的加工问题如螺旋推进器叶片，它的结构、重量直接影响飞行器的飞行质量，形状复杂，难以常规方法加工3）解决各种超精、光整或具有特殊要求的零件的加工问题

第6页/共277页发展历史：

1943年，前苏联拉扎林柯夫妇，在做开关触点研究时，遭受了火花放电腐蚀损坏，发现电火花瞬时高温可熔掉金属，开创和发明了电火花加工方法，这种加工方法是“以柔克刚”典型实例。随着生产的发展和科学实验的需要，很多工业部门，尤其是国防工业部门要求尖端科学技术产品向高精度、高速度、高温、高压、大功率和小型化等方向发展，它们所用的材料愈来愈难加工，零件形状要求愈来愈复杂，表面精度、粗糙度和某些特殊要求也愈来愈多。此时，仅靠传统的切削加工方法就很难实现，特种加工就是在这种情况下产生和发展起来的。我国的特种加工技术起步较早，如上世纪50年代的电火花穿孔机床和电火花表面强化机，中科院电工所、航空工业部625所、哈工大、大连工学院，复旦大学等单位，如雨后春笋一般，为电火花、线切割加工技术在我国迅速发展做出了重要贡献。第7页/共277页2.特种加工的特点

1）传统的机械加工：传统的机械加工方法是用机械能量和切削力来去除多余的金属，以达到加工要求。传统的机械加工方法的特点是：A.刀具材料比工件更硬；B.靠机械能把工件上多余的材料切除。

2）特种加工及其特点：特种加工在我国，是指那些不使用刀具或磨料，或者虽然使用刀具或磨料，但又同时需用热能、化学能、电化学能等去除或增加材料的新的加工方法。

☺特种加工特点：

A.不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量（如光、电、热、声、化学等）去除金属材料或增加材料

B.工具硬度可以低于被加工材料的硬度

C.加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力第8页/共277页3、本课程的主要内容及学习的目的

内容：主要介绍各种特种加工方法的基本原理、基本设备、工艺规律和适用范围。基本原理—加工原理示意图；基本设备—设备及主要组成部分；工艺规律—影响加工的一些因素，如何影响；（主要特点）（从精度、表面质量、生产率三方面考虑）工艺应用—特点及应用。目的：使机械工程技术人员、科研人员开阔工艺领域的眼界，开拓加工方法的思路，为选用新工艺以解决加工难题和改善工艺措施奠定基础。第9页/共277页§2特种加工的分类特种加工的分类目前还没有明确的规定，一般按能量来源和作用原理可分为：电、热—电火花加工（EDM）、电火花线切割加工（WEDM）、等离子体加工（PAL）；电、机械—离子束加工（IBM）；电、化学—电解加工（ECM），电铸加工（ECM），涂镀加工（EPM）；电化学、机械—电解磨削（ECG），电解珩磨（ECH）；声、机械—超声加工（USM）；光、热—激光加工（LBM）；化学—化学加工（CHM）；液流、机械—挤压珩磨（AFH），水射流切割（WJC）。第10页/共277页

近几年来正在出现把上述两种以至多种特种加工方法的工作原理结合在一起，以起到取长补短作用的特种加工方法，称之为“复合加工”。例：在电火花成型加工中以电解液为工作液而使加工过程中同时产生电火花腐蚀作用和电解作用的“电解电火花加工”、还有“电解电火花磨削”、“超声波电解加工”……。在特种加工范围内还有一些属于改善表面粗糙度或表面性能的工艺。改善表面粗糙度—电解抛光、化学抛光、离子束抛光等。改善表面性能—电火花表面强化、镀覆、刻字、电子束曝光等。（P3表1-1）第11页/共277页§3特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响

由于上述各种特种加工工艺的特点以及逐渐广泛地应用，引起了机械制造工艺技术领域内的许多变革

(1)提高了材料的可加工性以往认为金刚石、硬质合金、淬火钢、石英、玻璃、陶瓷等是很难加工的。现在已经广泛采用金刚石、聚晶(人造)金刚石制造的刀具、工具、拉丝模具，可以用电火花、电解、激光等多种方法来加工它们。材料的可加工性不再与硬度、强度、韧性、脆性等成直接、正比关系，对电火花、线切割加工而言，淬火钢比未淬火钢更易加工。红宝石轴承打孔φ0.12-0.18mm

不锈钢板打孔φ0.06最小至φ0.01mm第12页/共277页(2)改变了零件的典型工艺路线

改变了淬火前加工，淬火后磨削这一规则。电火花、线切割、电解加工等必须先淬火后加工

第13页/共277页(3)大大缩短新产品试制周期采用光电、数控电火花线切割，可以直接加工出各种标准和非标准直齿轮(包括非圆齿轮非渐开线齿轮)、微电机定子、转子硅钢片，各种变压器铁心、各种特殊、复杂的二次曲面体零件可以省去设计和制造相应的刀具、夹具、量具、模具及二次工具，大大缩短了试制周期。第14页/共277页(4)对产品零件的结构设计带来很大的影响

例如：花键孔、轴、枪炮膛线的齿根部分，从设计观点，为了减少应力集中，最好做成小圆角，但拉削加工时刀齿做成圆角对排屑不利，容易磨损，刀齿只能设计与制造成清棱清角的齿根。而用电解加工时，由于存在尖角变圆现象，非采用小圆角的齿根不可。又如各种复杂冲模，如山形硅纲片冲模，过去由于不易制造，往往采用拼镶结构，采用电火花、线切割加工后，即使是硬质合金的模具或刀具，也可做成整体结构。喷气发动机涡轮也由于是电加工而可采用整体结构。孔的深径之比可达50：1

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(5)重新评价传统的结构工艺性过去对方孔、小孔、弯孔、窄缝等被认为是工艺性很“坏”的典型，对工艺、设计人员是非常“忌讳”的，有的甚至是“禁区”。特种加工的采用改变了这种现象。对于电火花穿孔、电火花线切割工艺来说，加工方孔和加工圆孔的难易程度是一样的。喷油嘴小孔、喷丝头小异形孔、涡轮叶片大量的小冷却深孔、窄缝、静压轴承、静压导轨的内油囊型腔，采用电加工后由难变易了。过去淬火前忘了钻定位销孔、铣槽等工艺，淬火后这种工件只能报废，现在则大可不必，可用电火花打孔、切槽进行补救。相反有时为了避免淬火开裂、变形等影响，故意把钻孔，开槽等工艺安排在淬火之后。这在不了解特种加工的审查人员看来，将认为是工艺、设计人员的“过错”，其实是他们不了解特种工艺的特点。特种加工的出现，工艺安排更加灵活了。第16页/共277页试分析以下零件的加工工艺性第17页/共277页上次课重点内容复习特种加工的特点：A.不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量（如光、电、热、声、化学等）去除金属材料或增加材料B.工具硬度可以低于被加工材料的硬度C.加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力第18页/共277页电火花加工:（利用电能和热能进行加工的加工方法）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（电蚀效应）把金属蚀除下来，通常称之为电火花加工。日本、英、美等国称之为“放电加工”，苏联称之为“电蚀加工”。§1电火花加工的基本原理与分类一、电火花加工的原理和设备组成电火花加工的原理: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。第二章电火花加工第19页/共277页

电火花加工原理示意图

1-脉冲电源2-工件3-自动进给调节装置4-工具电极5-工作液6-过滤器7-工作液泵

第20页/共277页电火花加工机床电火花加工

加工各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性的导电材料，并且常用于模具的制造过程中。第21页/共277页第22页/共277页第23页/共277页电火花加工产品电火花加工样品第24页/共277页电火花腐蚀的主要原因是：电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度，足以使任何金属材料局部熔化、气化而被蚀除掉，形成放电凹坑。

电火花加工的基本设备是电火花穿孔成型加工机床，它由床身、立柱、工作台、工作液槽、主轴头、工具电极夹具、工作液循环过滤系统等主要部件组成。

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电火花加工原理示意图

1-脉冲电源2-工件3-自动进给调节装置4-工具电极5-工作液6-过滤器7-工作液泵

第26页/共277页四、电火花加工的必要条件（三个）☺

：1.必须使工具电极和工件的被加工表面之间经常保持一定的放电间隙，这一间隙随加工条件而定，通常约为几微米至几百微米。如果间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，因而不会产生电火花放电。如果间隙过小，很容易形成短路接触，同样也不能产生火花放电。为此，在电火花加工过程中必须具有工具电极的自动进给和调节装置。2.火花放电必须是瞬时的脉冲性放电，放电延续一段时间后，需停歇一段时间，放电延续时间一般为10-7～10-3s。这样才能使放电所产生的热量来不及传导扩散到其余部分，把每一次的放电点分别局限在很小的范围内；否则，象持续电弧放电那样，使表面烧伤而无法用作尺寸加工。为此，电火花加工必须采用脉冲电源。图2-1为脉冲电源的电压波形，图中ti为脉冲宽度，to为脉冲间隔，tp为脉冲周期，ui为脉冲峰值电压或空载电压。第27页/共277页

图中ti为脉冲宽度，

to为脉冲间隔，

tp为脉冲周期，

ui为脉冲峰值电压或空载电压第28页/共277页3.火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质（工作液）中进行，例如煤油、皂化液或去离子水等。液体介质又称工作液，它们必须具有较高的绝缘强度(103～107Ω·cm)。

☺工作液的三个作用:1)有利于产生脉冲性的火花放电。同时，2)液体介质还能把电火花加工过程中产生的金属小屑、碳黑等电蚀产物从放电间隙中悬浮排除出去，并且3)对电极和工件表面有较好的冷却作用。☺电火花加工的三个必要条件：①工具电极与工件被加工表面之间保证一定的间隙（几微米～几百微米）；②脉冲性放电（脉宽10-7～10-3s

）；③一定绝缘性能的液体介质（103～107Ω·cm

）。第29页/共277页二、电火花加工的特点及其分类：1.特点：优点：适合于难切削材料的加工;可以加工特殊及复杂形状的零件。缺点：只能加工金属等导电材料;加工速度低;电极损耗影响加工精度;最小角部半径受限制。

在模具制造业广泛应用常用电极材料有紫铜、石墨。

第30页/共277页2.分类：（根据工具电极和工件的相对运动方式和用途）①电火花穿孔成型加工；②电火花线切割；③电火花磨削和镗磨；④电火花同步回转加工；（①--④为成型、尺寸加工）⑤电火花表面强化与刻字—表面加工。（见表2-1）第31页/共277页电火花加工工艺方法分类类别工艺方法特点用途备注1穿孔成形加工工具为成形电极主要一个进给运动型腔加工、冲模挤压模、异形孔约占总数30%2电火花线切割加工工具为线状电极两个进给运动冲模、直纹面、窄缝、下料占总数60%3内孔、外圆成形磨相对旋转运动、径向轴向进给运动精密小孔、外圆小模数滚刀占总数3%4同步共轭回转加工均作旋转运动且纵横进给精密螺纹、异形齿轮、回转表面占总数1%5高速小孔加工细管电极旋转、穿孔速度极高深小孔、喷嘴、穿丝孔占总数2%6表面强化、刻字工具在工件上振动工具相对工件移动工具刃口强化、刻字占总数2%～3%第32页/共277页§2-2电火花加工的机理

电火花腐蚀的微观过程分为以下几个连续的阶段：1、极间介质的电离、击穿，形成放电通道；2、介质热分解、电极材料溶化、气化热膨胀；3、电极材料的抛出；4、间隙介质的消电离。第33页/共277页一、极间介质的电离、击穿、形成放电通道

脉冲电压施加于工具电极与工件之间形成电场，工件、工具的微观表面凹凸不平，极间距离最小处电场强度最大，此处的工作液绝缘性能往往较低而最先被击穿，即分解成负电子和正离子而被电离形成等离子通道。通道直径很小，电流密度可高达105～106A/cm2，通道中心温度高达10000℃以上，瞬时压力可达数十甚至上百个KPa。第34页/共277页二、介质热分解、电极材料熔化、

气化热膨胀

极间介质一旦被击穿，脉冲电流就通过放电通道瞬时释放能量，把电能转换成动能、热能、磁能、光能、声能及电磁波辐射能等。其中大部分转换成热能，使两极放电点和通道本身温度剧增（瞬时热源），放电点产生局部熔化或汽化，通道中的介质也汽化进一步热裂分解气化，放电通道周围被气泡包围，气泡内瞬时压力也相当高。这些气化后的工作液和金属蒸发，瞬时体积猛增，迅速热膨胀，具有爆炸的特性。第35页/共277页三、电极材料的抛出（蚀除材料的抛出）

由于加热过程非常短促（10-7～10-8s），因此金属熔化、气化及工作介质的汽化都具有突然膨胀即爆炸特性。被加热至熔化状态的材料被挤出或溅出（抛出），进入附近的工作液中而冷却。此时，随着放电过程的结束，气泡（瞬时形成的气体分子团发展而成的气泡）内压力降低，甚至降至大气压以下，形成局部真空，这使在高压下熔融的过热材料瞬时汽化沸腾，被熔化的金属又一次抛出。抛离的金属向四处飞溅，绝大部分在工作中收缩成球状小颗粒，一小部分飞溅转移在两极表面上，还伴随有吸附、镀覆现象。第36页/共277页四、极间介质消电离

一次放电结束后，极间介质应有消电离过程，即通道中的带电粒子复合为中性粒子，恢复介质的绝缘强度，以免总是重复在同一处发生放电而导致电弧放电，这样可以保证按两极相对最近或电阻率最小处形成下一击穿放电通道。在加工过程中产生的电蚀产物（如金属微粒、碳粒子、气泡等）如果来不及排除、扩散出去，就会改变间隙介质的成分和降低绝缘强度，脉冲火花放电时产生的热量如不及时传出，带电粒子的自由能不易降低，将大大减少复合的几率，使消电离过程不充分，结果将使下一个脉冲放电通道不能顺利地转移到其它部位，而始终集中在某一部位，使该处介质局部过热而破坏消电离过程，脉冲火花放电将恶性循环转变为有害的稳定电弧放电，同时工作液局部高温分解后可能结炭，在该处聚成焦粒而在两极间搭桥，使加工无法进行下去，并烧伤电极对。第37页/共277页

由此可见，为了保证电火花加工过程正常地进行，在两次脉冲放电之间一般都应有足够的脉冲间隔时间，这一脉冲间隔时间的选择，不仅要考虑介质本身消电离所需的时间(与脉冲能量有关)，还要考虑电蚀产物排离出放电区域的难易程度(与脉冲爆炸力大小、放电间隙大小、抬刀及加工面积有关)。到目前为止，人们对于电火花加工微观过程的了解还是很不够的，诸如工作液成份作用、间隙介质的击穿、放电间隙内的状况、正负电极间能量的转换与分配、材料的抛出、电火花加工过程中热场、流场、力场的变化，通道结构及其振荡等等，都还需要进一步研究。第38页/共277页

上次课内容复习一、电火花加工的必要条件：①工具电极与工件被加工表面之间保证一定的间隙（几微米～几百微米）；②脉冲性放电（脉宽10-7～10-3s）；③一定绝缘性能的液体介质（103～107Ω·cm）。二、工作液的种类及作用：煤油、皂化液或去离子水等。工作液三个作用:1)有利于产生脉冲性的火花放电。2)液体介质还能把电火花加工过程中产生的金属小屑、碳黑等电蚀产物从放电间隙中悬浮排除出去。3)对电极和工件表面有较好的冷却作用。三、电火花加工特点：适合于难切削材料的加工;可以加工特殊及复杂形状的零件。只能加工金属等导电材料;加工速度低;电极损耗影响加工精度。在模具制造业广泛应用常用电极材料如紫铜、石墨。四、电火花腐蚀的微观过程：1、极间介质的电离、击穿，形成放电通道；2、介质热分解、电极材料溶化、气化热膨胀；3、电极材料的抛出；4、间隙介质的消电离。第39页/共277页§2-3电火花加工中的一些基本规律

一、影响材料放电腐蚀（电蚀量、蚀除量）的主要因素☺

(极性效应、电参数、金属材料热学常数、工作液等）：1.极性效应电火花加工过程中，正负极都会受到不同程度的电蚀，即使是一对电极的材料相同，它们的电蚀量也是不同的。☺极性效应—由于正负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象称为极性效应。

第40页/共277页“正极性”加工—工件接脉冲电源正极，工具接负极。“负极性”加工—与“正极性”加工相反。

从提高生产率和减少工具消耗的角度来看，极性效应愈显著愈好。当用交变的脉冲电流加工时，单个脉冲的极性效应便相互抵消，增加了工具电极的损耗。因此，电火花加工一般都采用单向脉冲电源。

极性效应与电源的脉宽、脉间、脉冲峰值、电极对材料、工作液等因素有关。

第41页/共277页2.电参数对电蚀量的影响（脉冲能量）

无论是正极性还是负极性，单个脉冲的蚀除量q´与单个脉冲的能量Wm在一定范围内成正比。某一时间内的总蚀除量q约等于这段时间内各单个有效脉冲蚀除量q´的总和

q=KWmfφt

Wm=—

单个脉冲能量

K—工艺参数

f—脉冲频率

φ—有效脉冲利用率

提高电蚀量（生产率）的途径：提高ƒ、增加Wm或平均放电电流ie和脉宽ti，提高K（Ka、Kc，与电极材料、脉冲参数、工作液有关）但是A、脉冲频率f过高，脉冲间隔时间过短，产生电弧放电；B、Wm的增加，加工表面粗糙度增加。紫铜电极加工钢时的单个脉冲能量

Wm=（20～25）ieti第42页/共277页3.金属材料热学常数对电蚀量的影响

热学常数指：熔点、沸点（气化点）、导热系数、比热容、熔化潜热、气化潜热等。实验表明：当脉冲放电能量相同时，金属的熔点、沸点、比热容、熔化潜热、气化潜热愈高，电蚀量愈少，愈难加工。导热系数愈大的金属，本身的蚀除量降低。

蚀除量与材料的导热系数及其它热学常数密切相关。第43页/共277页4.工作液对电蚀量的影响

工作液的作用：①形成火花击穿放电通道，并在放电结束后迅速恢复间隙的绝缘状态；②对放电通道产生压缩作用；③帮助电蚀产物的抛出和排除；④对工具、工件有冷却作用。选择原则：介电性能好（绝缘性高）、密度和粘度大的工作液有利于压缩放电通道截面，提高放电的能量密度，强化电蚀产物的抛出效应。目前电火花成型加工主要采用油类工作液。选择种类：粗加工时，应采用脉冲能量大，加工间隙也较大，爆炸排屑抛出能力强的工作液，往往选用介电性能高、粘度较大的机油。中、精加工时，放电间隙较小，排屑比较困难，故一般均选用粘度小流动性好、渗透性好的煤油作为工作液。第44页/共277页☺油类工作液的缺点：1、有味，高温下味大且有烟，工作环境恶劣。2、易燃烧。水基工作液：绝缘性和黏度低，对通道的压缩性差，易锈蚀机床。目前常将水基工作液添加一些物质后使用。第45页/共277页5.影响电蚀量的其它因素

①加工过程的稳定性，否则干扰正常放电；②电蚀产物的排出；③电极材料：钢打钢，不稳定；铜打钢，稳定；④电蚀产物的抛出速度。第46页/共277页二、电火花加工的加工速度（生产率）和工具损耗速度

单位时间内工件的电蚀量称之为加工速度即生产率；单位时间内工具的电蚀量称之为损耗速度☺。

1.加工速度单位时间内工件的电蚀量称之为加工速度，即生产率。

Vw=V／t（mm3／min）（有效蚀除量q=KWmfφt）

根据前面讨论：提高ƒ，增加Wm，提高Κ，都能使Vw提高。（提高K的途径很多，例如合理选用电极材料、电参数和工作液，改善工作液的循环方式）粗加工（表面粗糙度Ra10-20um）：Vw达200-1000mm3／min半精加工（Ra2.5-10um）：Vw为20-100mm3／min精加工（Ra0.32-2.5um）：Vw≤10mm3／min第47页/共277页2.工具相对损耗

θ=VE/Vw×100%

VE一单位时间内工具的电蚀量

Vw一单位时间内工件的电蚀量

☺

降低工具电极的损耗具有重大意义，为此要很好地利用加工过程中的各种效应（极性效应、吸附效应、传热效应）①正确选择极性短脉冲精加工时采用正极性加工长脉冲粗加工时采用负极性加工（P18图2-8）②利用吸附效应黑膜只能在正极表面形成，因此要利用黑膜的补偿作用来实现电极的低损耗，必须采用负极性加工。③利用传热效应电极表面温度低、导热性能好，能减少电极损耗。④选用合适的电极材料钨、钼—熔点高、沸点高、损耗小，但机加工性能差，价格贵。（多用于线切割）铜—熔点低、导热性好，损耗也较小，机加工性能好。（中小型腔加工普遍使用）石墨—热学性能好，长脉冲粗加工时能吸附游离的碳来补偿电极损耗，相对损耗低。（广泛用作型腔粗加工）第48页/共277页三、影响加工精度的主要因素

工具电极本身的损耗，放电间隙的偏差都造成加工误差。影响加工精度的主要因素有电极损耗和放电间隙的变化。采用高频窄脉宽加工，放电间隙小，圆角半径可以减小，可以获得R＜0.01㎜的尖棱。目前，电火花穿孔加工的精度可达0.01～0.05mm,型腔加工可达0.1㎜左右第49页/共277页四、电火花加工的表面质量

电火花加工的表面质量包括表面粗糙度、表面变质层和表面机械性能

1.表面粗糙度电火花加工表面是由无数小坑和光滑的硬凸边所组成，特别有利于保存润滑油。影响表面粗糙度的主要因素是单个脉冲的能量。

Wm大、q大、放电凹坑大而深，Ra也就大。电火花加工的表面粗糙度和加工速度之间存在着很大的矛盾。例如Ra2.5提高到Ra1.25，加工速度下降十多倍。另外：工件材料熔点高，则Ra小，加工速度下降。工具电极的Ra大，则工件Ra也大。第50页/共277页2.表面变质层①熔化凝固层：工件表面最上层，是一种晶粒组织非常细小的树枝状淬火铸造组织，金属显微镜下呈白色。②热影响层：介于熔化层与基体之间。③显微裂纹：加工表面产生残余拉应力而有裂纹第51页/共277页3.表面机械性能①显微硬度和耐磨性：一般说来，电火花加工表面最外层的硬度较高，耐磨性好。但对于滚动磨擦，由于是交变载荷，尤其是干磨擦，则因熔化凝固层和基体的结合不牢固，容易剥落而磨损。②残余应力：电火花加工表面存在着由于热作用而形成的残余拉应力。③耐疲劳性能：耐疲劳性能比机械加工表面低许多倍。第52页/共277页§2-4电火花加工用脉冲电源（了解）

脉冲电源的功用—把工频交流电转换成一定频率的单向脉冲电流，以供给电极放电间隙所需要的能量来蚀除金属。脉冲电源对加工的影响：生产率、稳定性、加工精度、工件表面粗糙度、工具电极的损耗等技术经济指标。第53页/共277页§2-5电火花加工自动进给调节系统

一、作用和要求1.作用☺

：①使工具电极和工件随着工件材料被不断蚀除而相对进给，以形成一定的形状和尺寸的工件。②不断地调节进给速度，甚至停止进给或回退，以保持给定的放电间隙。放电间隙S值与蚀除进度vW有密切的关系（见P29图2-21）。当间隙太大时，极间介质不易击穿，使有效脉冲利用率降低，因而使蚀除速度降低。当间隙太小时，又会因电蚀产物难于及时排除，产生二次放电，短路率增加，蚀除速度也将明显下降，甚至还会引起短路和烧伤，使加工难以进行。因此，必有一最佳放电间隙SB，对应于最大蚀除速度B点，图2-21中上凸的曲线Ⅰ即间隙蚀除特性曲线，图中横坐标为放电间隙S或间隙平均电压ue，纵坐标为加工速度。如果粗、精加工采用的规准不同，S和vW的对应值也不同，但趋势是大体相同的。第54页/共277页2.基本要求：①有较宽的速度调节跟踪范围；②有足够的灵敏度和快速性；③有足够的稳定性。

第55页/共277页二、基本组成1.测量环节2.比较环节3.放大环节4.执行环节第56页/共277页三、电液自动进给调节系统喷咀—挡板式电液自动进给调节器。P32图2-26原理：测量环节从放电间隙检测出电压信号，与给定值进行比较后输出一个控制信号，再经放大，传输给电—机械转换器，它使液压放大器中的喷咀挡板有一个成比例的位移，因而改变喷咀的出油量，造成油缸上下油腔的压力差变化，从而使主轴相应运动，调节放电间隙的大小。

P0A0﹥G＋P1A1活塞杆带动工具上升

P0A0﹤G＋P1A1活塞杆带动工具下降

P0A0＝G＋P1A1活塞杆带动工具静止分析得知：主轴的移动是由电—机械转换器中控制线圈电流的大小来实现的，控制线圈电流的大小则由加工间隙的电压或电流信号来控制，因而实现了进给的自动调节。Ⅰ：电压为0，间隙为0，开口最大，挡板上升；Ⅱ：平稳状态；Ⅲ：电压最大，间隙最大，挡板下降。第57页/共277页§2-6电火花加工机床

电火花成型加工机床这类机床简称电火花加工机床。它由主机、脉冲电源、自动进给调节系统、工作液净化及循环系统几部分组成。分为分离式与整体式两类第58页/共277页一、机床总体部分主机主要包括：主轴头、床身、立柱、工作台及工作液槽。主机即机床主体，用来安装工具电极和工件，并能使它们做精确的相对运动。电火花成型机床具有一个坐标工作台和一个立柱，一个能作伺服进给的主轴头安装在立柱上。工作台都带有坐标装置。常用的有靠刻度手轮来调整位置的丝杠螺母装置，光学坐标读数装置，磁尺数显装置。近年来，由于数控技术的发展，已有三坐标伺服控制的电火花机床,目前主轴和工作台回转运动并加三向伺服控制的五坐标数控电火花机床已很常见，有的机床还带有工具电极库，可以实现自动更换工具电极，机床的坐标位移精度达到2μm。第59页/共277页二、主轴头：机床中的关键部件，是自动调节系统中的执行机构。组成：进给系统、导向防扭机构、电极装夹及调节环节。由于步进电机和力矩电机的出现，电火花机床中已越来越多地采用电—机械式主轴头。第60页/共277页三、工具电极夹具工具电极的装夹及其调节装置的形式很多，其作用是调节工具电极和工作台的垂直度以及调节工具电极在水平面内微量的扭转角。常用的有十字铰链式和球面铰链式。四、工作液循环、过滤系统组成：工作液箱、电机、泵、过滤装置、工作液槽、油杯、管道、阀门以及测量仪等。通常采用强迫循环：以免间隙中电蚀物过多，引起已加工过的侧表面间“二次放电”，影响加工精度，此外还可以带走一部分热量。循环方式：a冲油式；b抽油式过滤方式：自然沉淀、介质过滤、高压静电过滤、离心过滤

第61页/共277页§2-7电火花穿孔成型加工

电火花穿孔成型加工是利用火花放电腐蚀金属的原理，用工具电极对工件进行复制的工艺方法。其应用范围可归纳为：电火花穿孔成型加工：①穿孔加工包括冲模、粉末冶金模、挤压模（型孔）、型孔零件、小孔(Φ0.01-3mm的圆孔和一形孔)等②型腔加工包括型腔模（锻摸、压铸模、精铸模、塑料模、胶木模等）、型腔零件第62页/共277页电火花穿孔成型加工示例第63页/共277页一、冲模的电火花加工冲模用电火花加工比机械加工有如下优点☺

：a可以在工件淬火后进行加工，避免了热处理变形影响；b冲模的配合间隔均匀、刃口耐磨，提高了模具的质量；c不受加工材料硬度限制，可加工硬质合金材料的冲模，使材料的加工范围拓宽；d对复杂凹模，可用整体式，结构简单，强度高。1.冲模的电火花加工工艺方法：直接配合法：直接用加长的钢凸模作为电极加工凹模的方法。优点：配合间隙均匀，模具质量高，电极制造方便，钳工工作量少。缺点：凹模凸模都为磁性材料时，（如钢打钢）易形成二次放电，加工过程不稳定。采用新的具有附加击穿电压的电源，可解决不稳定问题。

第64页/共277页2.工具电极①电极材料的选择（指的是直接配合法加工冲模）凸模一般采用T8A、T10A、Cr12、GCr15、硬质合金等。凸凹模不要选用同一种钢材型号，否则加工时不易稳定。②电极设计由于凹模的精度主要决定于工具电极的精度，因而对它有较为严格的要求，要求工具电极的A、尺寸精度和表面粗糙度比凹模高一级（精度>IT7，Ra<1.25,平面度和平行度<0.001㎜/100㎜）电极结构有整体式、镶拼式和组合式三种类型。B、考虑要去除损耗数，工具电极要有足够的长度。工具电极的截面轮廓尺寸要比预定加工的型孔尺寸均匀地缩小一个加工间隔。C、设计电极时，要考虑工具电极与主轴连接后，其重心应位于主轴中心线上，这对于较重的电极尤为重要。第65页/共277页③电极制造，以下三种方式a先经机械加工，然后成型磨削b机械加工，钳工精修（不易磨削加工的材料）c电火花线切割加工（广泛应用）。若凸凹模配合间隔不在电火花加工间隙范围内，则作为电极的部分在此基础上增大或缩小。常用的如化学浸蚀（酸洗）的办法作出一段台阶，均匀减小到尺寸要求（例如为提高生产率，先用化学浸蚀的办法作出一段台阶，粗加工，再用未浸蚀部分做精加工）或采用镀铜、锌的办法扩大到要求的尺寸。浸蚀钢电极的几种酸配比如表2-4第66页/共277页3.工件的准备电火花加工前，工件型孔部分要加工预孔（粗加工），并留适当的电火花加工余量（应考虑定位，找正误差及机械加工误差），单边约为0.3～1.5mm。4.电规准的选择和转换：☺电规准—电火花加工过程中的一组电参数（电压、电流、脉宽、脉间）冲模加工，常选择粗、中、精三种规准（每种又分为几档）。根据工件的要求、电极和工件的材料、加工工艺指标和经济效果因素来确定电规准。第67页/共277页粗规准—较大电流、较长脉冲宽度（ti＝20～200μs）vW＞50mm3/min,θ＜1%，Ra＜10μm(采用铜电极时电极相对损耗低于1%)中规准—脉冲宽度为6～20μs（目的：减少精加工时的加工余量，提高加工速度）。精规准—小的电流，高频率，短的脉冲宽度（一般ti=2～6μs。目的：保证模具所要求的配合间隙、表面粗糙度、刃口斜度等质量指标）以上三种规准的正确配合，可有效的解决质量和生产率之间的矛盾。第68页/共277页二、型腔模的电火花加工

型腔模包括锻模、压铸模、精铸模、注塑模、挤压模等。型腔模加工的特点:它们的加工比较困难，主要是因为均是盲孔，工作液循环困难，电蚀产物排除难，电极损耗无法补偿，蚀除量大。其次加工面积变化大且复杂，电极损耗不均匀，精度下降。因此，对型腔模的电火花加工，既要求蚀除量大，加工速度高，又要求电极损耗低，并保证精度和Ra。

1.工艺方法由于以上特点，型腔模的电火花加工就不单单是用一个与型腔形状相对应的整体成型电极沿着型腔的深度方向进给所能达到要求的了。常采用的加工方法有：第69页/共277页①单电极平动法采用一个电极完成型腔的粗、中、精加工，首先采用低损耗（θ

＜1%），高生产率的粗规准，在粗加工后用机床“平动头”使工具电极在加工过程中相对工件作微小的平面运动，并通过调节平面运动的幅值实现对型腔模实现精加工。（图2-31）此法的最大优点是只需一个电极、一次装夹定位，便可达到±0.05㎜的加工精度，并方便了排除电蚀产物。它的缺点是难以加出清棱清角的型腔。为弥补这一缺点，可采用精度较高的重复定位夹具，将粗加工后的电极取下，经均匀修光后，再重复定位装夹，再用平动头完成型腔的终加工。目前的数控电火花加工,可利用工作台的移动,得到平动头无法实现的运动(形状)。②多电极更换法采用多个电极（形状相同、尺寸各异）依次加工同一个型腔，所需电极数量根据型腔的精度要求而定。（每个电极加工时必须把上一规准的放电痕迹去除）用于盒式磁带、收录机、电视机壳的模具第70页/共277页第71页/共277页③分解电极法根据型腔的几何形状把工具电极分解成主型腔电极和副型腔电极，然后先用主电极加工出型腔的主要部分（主型腔），再用副电极加工出尖角、窄槽等部位（副型腔）。此法的优点是可以根据主、副型腔不同的加工条件，选择不同的加工规准，有利于提高加工速度和改善加工表面质量，同时还可以简化电极制造，便于修整电极。缺点是更换电极时主型腔和副型腔电极之间要求有精确的定位。目前已有像加工中心那样具有电极库的3～5坐标数控电火花机床，事先把复杂型腔分解为简单电极，编制好程序，加工过程中自动更换电极和转换规准，实现复杂型腔的加工。同时配合一套高精度辅助工具、夹具系统，可以大大提高电极的装夹定位精度，使采用分解电极法加工的模具精度大为提高。第72页/共277页2.型腔模加工用工具电极①☺常用材料紫铜：优点①不容易产生电弧，在较困难的条件下也能稳定加工；②精加工比石墨电极损耗小；③采用精微加工能达到优于Ra1.25μm的表面粗糙度；④经锻造后还可做其它型腔加工用的电极，材料利用率高。缺点：机械加工性能不如石墨。石墨：优点①机械加工成型容易，易修正；②在宽脉冲大电流情况下具有更小的电极损耗，加工性能好。缺点：易产生电弧烧伤，精加工时电极损耗较大，表面粗糙度只能达到Ra2.5μm。因此对石墨电极材料的要求是颗粒小，组织细密、强度高和导电性好。铜钨、银钨合金：抗损耗性能非常好，成本高，加工困难第73页/共277页②电极设计（图2-36）采用平动法加工时：a=A±Kb

式中：a—电极水平方向尺寸型腔名义尺寸

K—系数，单边为1，双边为2b—电极单边缩放量电极总高度H=Ł+LŁ—有效高度③排气孔和冲油孔设计型腔一般均为盲孔，排气和排屑均困难（影响加工速度、稳定性和表面质量），所以工具电极在不易排屑的拐角，窄缝处应开有冲油孔，而在蚀除面积较大以及电极端部有凹入的部位开排气孔。第74页/共277页4.电规准的选择、转换，平动量的分配粗规准：脉冲宽度ti﹥400μs，ie=80A，最高电流密度为3～5A/mm2，电极损耗θ﹤1%（高生产率、低θ）中规准：ti

＝20～400μs，ie=10～25A精规准：单边去除量0.1～0.2㎜,Ra2.5μm,ti

﹦2～20μs,ie﹤10A,θ﹦10～20%当加工表面刚好达到本档规准应具有的表面粗糙度时，应及时转换规准。这样既达到不断修光的目的，又可使每档的金属蚀除量最小，从而得到尽可能高的加工速度和低电极损耗。当采用单电极加工时，中规准加工的平动量为总平动量的75～80%，而只留很小余量用精规准修光（粗加工时电极不平动）。第75页/共277页

5.电火花加工工艺参数曲线图表不管是电火花穿孔或型腔加工，都可用电火花加工工艺参数曲线图来正确选择各档的加工规准。为了能指导正确选择电火花加工规准，使之有章可循，人们事先根据电极工具、工件材料、加工极性、脉宽、峰值电流等主要参数对电极损耗率、表面粗糙度、蚀除速度和放电间隔等的影响，作成P42图2-35、36、37、38所示的工艺曲线图表，并可按此图来选择电火花穿孔和型腔的加工规准。选择原则:1、考虑主要矛盾如电极损耗比要小，应先按图2-38，确定峰值电流和电脉冲的范围；加工速度为主，按图2-37等

2、精加工表面质量高时，按表面粗糙度选择峰植电流和电脉冲的范围，按图2-35；尺寸精度高，考虑放电间隙。按图2-36

第76页/共277页三、小孔电火花加工小孔加工的特点：a加工面积小，孔深，一般￠0.05～2㎜,L／d≥20。b盲孔加工，排屑困难。小孔加工由于工具电极截面积小，容易变形，不易散热，排屑又困难，因此电极损耗大。工具电极应选择刚性好、易矫直、加工稳定、损耗小的材料。如铜钨合金丝、钨丝、钼丝、铜丝，加工时还要有电极导向装置。加工工艺：为改善排屑，电磁振动头，使工具电极丝沿轴向振动。超声波振动头，使工具电极丝沿轴向高频振荡。小孔直径较大时，允许用空心电极（不锈钢、黄铜），高压强迫冲油。第77页/共277页

管状电极回转并沿轴向进给，1～5MPa高压工作液（去离子水、乳化液等）排屑,加工速度达60mm/min左右，孔深径比可超过100。国外一些公司样品直径为3mm,深度达330mm。第78页/共277页电火花加工一章重点内容复习1、基本原理: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。2、设备组成（1）脉冲电源（2）工件自动进给调节装置（3）机床床身（4）工作液循环系统3、电火花加工的必要条件：①工具电极与工件被加工表面之间保证一定的间隙（几微米～几百微米）；②脉冲性放电（脉宽10-7～10-3s

）；③一定绝缘性能的液体介质（103～107Ω·cm

）。4、工作液的种类及作用：煤油、皂化液或去离子水等。工作液三个作用:1)有利于产生脉冲性的火花放电。2)液体介质把电火花加工过程中产生的金属碎屑、碳黑等电蚀产物从放电间隙中悬浮排除出去。3)对电极和工件表面有较好的冷却作用。第79页/共277页5、电火花加工特点：适合于难切削材料的加工;可以加工特殊及复杂形状的零件。只能加工金属等导电材料;加工速度低;电极损耗影响加工精度。在模具制造业广泛应用常用电极材料有紫铜、石墨等。6、极性效应：极性效应—由于正负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象称为极性效应。正极性加工、负极性加工。7、加工速度：单位时间内工件的电蚀量，也称生产率。mm3／min

有效蚀除量V=KWmfφt

Vw=V／t（mm3／min）（

工具的相对损耗：θ=VE/Vw×100%VE一单位时间内工具的电蚀量

Vw一单位时间内工件的电蚀量8、电火花穿孔加工和型腔加工的电规准的选择原则。

第80页/共277页第三章电火花线切割加工定义:用线状电极（钼丝或铜丝）靠火花放电对工件进行切割，故称电火花线切割简称线切割。§3-1线切割加工原理、特点及应用范围一、加工原理☺基本原理—利用移动的细金属导线（φ0.08～φ0.2mm钼丝或铜丝φ0.12～0.3mm）作电极，对工件进行脉冲火花放电，切割成型。电火花线切割加工：用连续移动的钼丝（或铜丝）作工具阴极，工件为阳极。机床工作台带动工件在水平面内作两个方向移动，可切割出二维图形。同时，丝架可作小角度摆动，可切割出斜面。第81页/共277页第82页/共277页2.分类：①按走丝速度☺a高速走丝线切割机床：8～10m／s快走丝我国b低速走丝线切割机床：﹤0.2m／s慢走丝国外一般说来,高速走丝线切割设备构成简单,生产率高,加工精度低;低速走丝线切割设备要求高,生产率低,加工精度高。尤其电源要求高:脉宽十几纳秒,电流峰值1000A以上。目前日本、瑞士、台湾产量大，象日本三菱、牧野等。②按控制方式靠模仿形控制、光电跟踪控制、数字程序控制等。目前国内外95%以上都用微机数控。③按加工尺寸范围大、中、小型以及普通型、专用型。第83页/共277页二、线切割加工的特点与电火花加工（穿孔、成型）相比共同点：电源特点基本相似。加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律基本相似。可加工硬质合金等难加工的导电材料.不同点☺

：1.采用水或水基工作液不会引燃起火，易实现安全无人运转。但工作液电阻率低，有一定的电解作用，有明显的电解电流(有利于改善表面粗糙度)。非高绝缘的工作液。2.一般没有稳定电弧放电现象。线切割加工的间隙状态可认为有正常火花放电、开路状态、短路状态等复杂状态组成。3.电极与工件之间存在着“疏松接触”式轻压放电现象。研究结果表明：电极丝轻压工件并因走丝而产生摩擦时，产生电火花放电。电火花加工（穿孔、成型）电极与工件有合适的间隙。第84页/共277页4.省掉了成型的工具电极，降低设计制造成本，缩短了生产周期。5.电极线较细，可以加工微细异形孔、窄缝和形状复杂的工件。套料加工时，材料利用率高。切口小,节省材料。6.单位长度电极丝的损耗较小，故对加工精度影响较小。尤其是慢走丝线切割。7.瞬时加工面积小，所需的机床功率较低。8.自动化程度高，操作方便。

第85页/共277页三、线切割加工的应用范围

1.加工模具（型孔类）各种形状的冲模（凸、凹模、卸料板……）挤压模、粉末冶金模、弯曲模、塑料模……2.加工电火花成型加工用的电极3.加工零件多用于新产品的试制第86页/共277页§3-2电火花线切割加工设备第87页/共277页第88页/共277页设备组成☺：机床本体、脉冲电源、控制系统、工作液循环系统、机床附件。一、机床本体：由床身、坐标工作台、走丝机构、丝架、工作液箱、附件、夹具等几部分组成。1.床身一般为铸件，是各部分的安装基础。常采用箱式结构，有足够的强度和刚度，床身内部安置工作液箱，也有把电源安置在床身内部的。

第89页/共277页2.坐标工作台由图3-1可知，工件形状的获得是通过工件（工作台）做X、Y方向的移动。为保证加工精度，对导轨的精度、刚度和耐磨性有较高的要求，常用“十字拖板”、滚动导轨、丝杠传动副等将电机的旋转运动转变为工作台的直线运动。3.走丝机构☺作用：使电极丝以一定的速度运动并保持一定的张力。要注意的三个问题：①走丝速度稳定；②张力适宜，目前已研制出恒张力装置；③电极丝的振动小（跨度尽可能小、工件上下采用蓝宝石V形导向器或圆孔金刚石模导向器）第90页/共277页4.锥度切割装置为了切割有落料角的冲模和某些有锥度的内外表面，有些线切割机床具有锥度切割功能。书中介绍两种：1)、偏移式丝架，最大锥度1.5°2)、双坐标联动装置多用在慢走丝机床，锥度可达±5°最大30°第91页/共277页二、脉冲电源(了解)与电火花成型加工（10-7～10-3s）所用电源在原理上相同，不同的是脉冲较窄（2～60μs），单个脉冲能量、平均电流（1-5A）一般较小；线切割加工总是采用正极性加工（工件接正极）。第92页/共277页三、工作液循环系统工作液对加工工艺指标的影响很大，如对切割速度、表面粗糙度、加工精度等都有影响。低速走丝—去离子水，特殊情况用煤油。高速走丝—专用乳化液，种类较多，通常应不同的加工要求。如：防锈、提高光洁度、提高切割速度。第93页/共277页工作液应具有下列性能☺：具有一定的绝缘性能

与电火花成型加工相似。绝缘性太低，产生电解，不形成火花放电；绝缘性太高，不易击穿放电，放电间隙小，速度慢。具有较好的洗涤性能洗涤性能—液体有较小的表面张力，对工件有较大的亲和力、附着力，能渗透进入窄缝中去，此外还有一定的去除油污的能力。洗涤性能好，则排屑效果好、切割速度高、Ra好，无油污。具有较好的冷却性能

快速冷却电极丝和工件表面，防止烧坏。对环境无污染，对人体无危害，绿色环保

工作液应配制方便，使用寿命长，乳化充分。第94页/共277页§3-3线切割控制系统和编程技术一、线切割控制系统

控制系统是进行电火花线切割加工的重要环节。控制系统的稳定性、可靠性、控制精度及自动化程度都直接影响到加工工艺指标和工人的劳动强度。控制系统的主要作用是在电火花线切割加工过程中，按加工要求自动控制电极丝相对工件的运动轨迹和进给速度，来实现对工件的形状和尺寸加工。当控制系统使电极丝相对工件按一定轨迹运动时，同时还应该实现进给速度的自动控制，以维持正常的稳定切割加工。它是根据放电间隙大小与放电状态自动控制的，使进给速度与工件材料的蚀除速度相平衡。

第95页/共277页

电火花线切割机床控制系统的具体功能包括：

(1)轨迹控制即精确控制电极丝相对于工件的运动轨迹，以获得所需的形状和尺寸。

(2)加工控制

主要包括对伺服进给速度、电源装置、走丝机构、工作液系统以及其它的机床操作控制。此外，失效安全及自诊断功能也是一个重要的方面。电火化线切割机床的轨迹控制系统曾经历过靠模仿形控制、光电跟踪仿形控制，现在已普遍采用数字程序控制，并已发展到微型计算机直接控制阶段。早期的数字程序控制(NC控制)电火花线切割，其控制原理是把图纸上工件的形状和尺寸编制成程序信号，一般通过键盘或使用穿孔纸带或磁带，输给电子计算机，计算机根据输入指令控制驱动电机，由驱动电机带动精密丝杆，使工件相对于电极丝作轨迹运动。第96页/共277页

目前是采用自动编程技术。为了简化编程工作，利用电子计算机进行自动编程是必然趋势。自动编程使用专用的数控语言及各种输入手段，向计算机输入必要的形状和尺寸数据，利用专门的应用软件即可求得各交、切点坐标及编写数控加工程序所需的数据、编写出数控加工程序，即使是数学知识不多的人也照样能简单地进行这项工作。一般说来，数控自动编程语言的处理程序主要分为两部分：

(1)主处理程序包括编译部分和计算部分、可把数控语言编写的源程序转化为由机器指令组成的目标程序，并根据图形和加工路线进行必要的计算。

(2)后置处理程序将计算结果变换为数控机床的运动或者控制专门功能的部分。对于不同的数控装置有其不同的程序段指令格式，因此这段程序应针对特定的数控机床。为了既满足进出口机床的需要，又符合国内多数线切割机的要求，近来已出现了可输出三种格式(ISO、EIA和3B)的自动编程机。第97页/共277页自动编程机的主要功能1)处理直线、圆弧、非圆曲线和列表曲线所组成的圆形；2)能以相对坐标和绝对坐标编程；3)能进行图形旋转、平移、对称（镜像）、比例缩放、加线径补偿、加过渡圆和倒角等；4)操作方便，常采用提示的“菜单”加人机对话方式；屏幕编辑功能强，可显示输入的加工程序和进行增、删、改；5)输出方式多：CRT显示、打印图表、绘图机作图等。值得指出，在一些CNC线切割机床上，本身已具有多种自动编程机的功能，或做到控制机与编程机合二为一。第98页/共277页中国深圳东方数控线切割机床第99页/共277页技术指标：

几何精度:按GB7926-87国标

数控精度:按GB7926-87定位精度:0.005mm

重复定位精度:0.003mm加工精度:切割直体精度≤±0.004mm,

切割圆精度≤±0.006mm，

最大加工速度≤150mm²/min,

表面光洁度Ra≤2.0μm,

最大加工电流：6A，

最大短路电流：>8A。

最小加工指令:0.001mm

最大加工指令:±9999.999mm

中国深圳东方数控线切割机床性能特点：

●高精度：微米级精度，精度保持性高，机床精度可维持十年不变。

●高性能：高效率低丝耗，可实现大电流快速无条纹切割，连续加工不断丝，保证真圆度及直角位。

●高可靠性：性能稳定，平均无故障率可达99％以上。第100页/共277页功能部件组成：

●滚动部件：采用国家定点厂生产的高精密滚珠丝杆、高刚性滚动导轨，采用进口SKF品牌的精密轴承，采用大力矩五相十拍步进电机驱动，储丝筒经过全息动平衡检验，线切割导轮组件整体结构设计，从而保证了线切割机床的高速化、高精度化运行。

●数控系统：采用智能化PC数控系统：高质量PC机，HL线切割系统控制，AUTOP软件编程，CAXA线切割软件传输；抗干扰能力强，自动化程度高，性能稳定可靠。

●高频电源：采用高性能全数字脉冲电源（主振电路高速数字振荡，大功率VMOS场效应管），频率可调，具有性能稳定、输出功率大、切割速度快、表面光洁度高、电极丝损耗小等特点。●电气组件：线切割机床及线切割系统的关键电气元器件均采用优质进口件(如显示器、集成块、晶体管、功率管、整流桥、开关等），以确保质量。●网络接口：线切割数控系统配有CAD数据接口，可进行RS232或RS485串口传输，使机床具有网络连接功能，可实现远程传输。第101页/共277页机床功能：

●三维四轴联动、编控一体化，DXF图形文件直接读入编程，加工图形实时跟踪，工作轮廓三维造型，多种加工状态显示。●具有上下异形、等锥、变锥切割，分时控制、停电记忆、短路回退、断丝保护、靠边定位、模拟校验、自动停机、自动找中心、任意角度旋转、快速回零检查、特殊图形自动编程等二十多种功能。第102页/共277页§3-4影响线切割工艺指标的因素☺

一、主要工艺指标1.切割速度（在保持一定的表面粗糙度的切割过程中，单位时间内电极丝中心线在工件上切过的面积总和）vWimax=40～80mm2/min快走丝切割效率：每安培电流的切割速度。一般切割效率20mm2／（min.A）快走丝（vWimax不计切割方向和表面粗糙度）2.表面粗糙度高速走丝Ra5～2.5μm，最佳可达1μm低速走丝Ra1.25μm以下，最佳可达0.2μm。第103页/共277页3.电极丝损耗量（高速走丝）用电极丝在切割10000mm2面积后电极丝直径的减少量来表示。减小不大于0.01mm（钼丝）4.加工精度（尺寸、形状、位置精度的总称）高速走丝0.01～0.02mm低速走丝0.002～0.005μm第104页/共277页二、电参数的影响1.脉冲宽度ti

ti

↑即vWi↑Ra变差一般ti

﹦2～60μs，光整加工时ti﹤0.5μs2.脉冲间隔toto↓则平均电流↑、vWi

↑，但to太小易发生电弧、断丝。一般to

=（4～8）ti

。在刚切入或大厚度加工时to取大值。第105页/共277页3.开路电压uiui

↑则加工间隙↑，排屑易，vWi

↑,加工稳定，但易造成电极丝振动，丝损增加。4.放电峰值电流ieie

↑则vWi

↑,Ra变差，丝损增加甚至断丝。一般取ie

﹤40A，平均电流﹤5A。低速走丝时因为ti小，电极丝径又粗，故ie有时﹥50A。5.放电波形在相同的工艺条件下，高频分组脉冲常常能获得较好的加工效果。电流波形的前沿上升比较缓慢时，电极丝损耗较少。不过当脉宽很窄时，必须要有陡的前沿才能进行有效的加工。第106页/共277页三、非电参数的影响1.电极丝及其丝速对工艺指标的影响对于高速走丝常采用：①材料φ0.08～φ0.2㎜钼丝耐损耗、抗拉强度高、丝质好、不易断丝。②张力减轻丝振，使加工精度↑，vWi

↑③丝速丝速↑，则vWi

↑，有利于电蚀产物排出，加工稳定。过高时，丝振大，精度↓，vWi

↓，Ra变差，断丝。高生产率时，可用φ0.3㎜镀锌黄铜丝，允许有较大的峰值电流和气化爆炸力。精微加工用φ0.03㎜以下的钼丝。由于电极丝张力均匀，振动小，所以加工稳定性、表面粗糙度、精度指标等均较好。第107页/共277页（我国制造的线切割机床多数为10m／s左右，主要意图是：有利于脉冲结束后放电通道的消电离；高速运动的电极丝，把工作液带入厚度较大的工件放电间隙中，有利于电蚀物的排出，防止无规则的二次放电，提高加工稳定性。但走丝快易振动、易断丝。）第108页/共277页2.工件厚度及材料对工艺指标的影响①厚度：薄—工作液易进入并充满放电间隙，有利于排屑及消电离，加工稳定，但易振丝，对精度和Ra不利。厚—正好相反，但不能超过一定厚度。②工件材料不一样，因其熔点、气化点、导热系数等都不同，所以加工效果也不一样。

A、铜、铝、淬火钢，加工稳定，切割速度可高

B、不锈钢、磁钢、未淬火高碳钢，稳定性差，切割速度低，加工质量差

C、硬质合金，加工比较稳定，切割速度较低，加工质量好第109页/共277页3.预置进给速度对工艺指标的影响

预置进给速度与蚀除速度的比较：快—频繁短路vWi↓，Ra变差、断丝；慢—偏于开路或时开时短。此外，机械部分精度(例如导轨、轴承、导轮等磨损、传动误差)和工作液(种类、浓度及其脏污程度)都会对加工效果产生相当的影响。当导轮、轴承偏摆，工作液上下冲水不均匀，会使加工表面产生上下凹凸相间的条纹，恶化工艺指标。第110页/共277页

上次课重点内容1、线切割基本原理—利用移动的细金属导线（φ0.08～φ0.2mm钼丝或铜丝φ0.12～0.3mm）作电极对工件进行脉冲火花放电，切割成型。正极性加工：钼丝（或铜丝）作工具阴极，工件为阳极。2、线切割机床分类：高速走丝线切割机床：8～10m／s（快走丝）低速走丝线切割机床：﹤0.2m／s（慢走丝）3、与电火花的区别：省掉了成型的工具电极机床功率低，加工机理更复杂。4、设备组成：机床本体、脉冲电源、控制系统、工作液循环系统、机床附件。5、切割速度：单位时间内电极丝中心线在工件上切过的面积总和mm2/min第111页/共277页§3-5线切割加工工艺及应用线切割加工用于加工各种难加工材料、复杂表面和有特殊要求的零件、刀具、模具（电火花成型电极、样板、卡尺、板凸轮）。线切割加工的几个工艺问题：1.工件材料内部残余应力对加工的影响对热处理后的坯件进行电火花线切割加工时，由于大面积去除金属和切断加工，会使材料内部残余应力的相对平衡状态受到破坏从而产生很大的变形，破坏了零件的加工精度，甚至在切割过程中，材料会突然开裂。为了减少这些情况，应

A、选择锻造性能好、淬透性好、热处理变形小的材料。

B、正确选择热加工方法和严格执行热处理规范。另一方面，在电火花线切割加工工艺上也要作合理安排。

C、选择合理的切割路线。尽量避免切断加工。

D、孔类零件为了减小变形，采用二次切割法。第112页/共277页2.电极丝初始位置的确定在线切割加工中，需要确定电极丝相对工件的基准面、基准线或基准孔的坐标位置。对加工要求较低的工件，可直接目测来确定电极丝和工件的相互位置，也可借助于2～8倍的放大镜进行观测。也可采用火花法，即利用电极丝与工件在一定间隙下发生放电的火花，来确定电极丝的坐标位置。对加工要求较高的零件，可采用电阻法，利用电极丝与工件基面由绝缘到短路接触的瞬间，两者间电阻突变的特点来确定电极丝相对工件基准的坐标位置。微处理机控制的数控电火花线切割机床，一般具有电极丝自动找中心坐标位置的功能。第113页/共277页3.电规准的选择☺

由于线切割加工一般用晶体管高频电源，用单脉冲能量小、脉宽窄、频率高的电参数进行正极性加工。要求获得较好的表面粗糙度时，则用电规准小；若要获得较高的切割速度，脉冲参数要大些，但加工电流增加受到电极丝截面积的限制。过大的电流会引起断丝。材料较厚时，为了改善排屑条件，则用较高的脉冲电压，较大的脉宽和峰值电流，以增大放电间隙。在易断丝的场合（切割初期加工面积小、工作液中电蚀产物浓度过高，或是调换新钼丝时），则to↑，ie↓，否则将会导致电极丝的烧断。第114页/共277页4.直纹面线切割加工

电火花线切割加工一般只用于切割二维曲面，即用于切割型孔，不能加工立体曲面(即三维曲面)。然而一些由直线组成的直纹面，如回转端面曲线型面、螺纹面、双曲面等，电火花线切割加工是可以实现的，但需增加一些附具，工件装在用步进电机驱动的回转工作台上，采用极坐标方式编程，即可完成这一加工工艺。P74图3-20、3-21所