第4章特种加工技术.ppt

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1、第第4章章 特种加工技术特种加工技术4.1 电火花加工的基本原理与特点电火花加工的基本原理与特点4.2 电火花加工机床简介电火花加工机床简介4.3 电火花加工工艺规律电火花加工工艺规律4.4 电火花加工工艺与实例电火花加工工艺与实例4.5 数控电火花线切割加工数控电火花线切割加工4.6 电火花线切割加工工艺电火花线切割加工工艺4.7 电火花线切割机床编程技术电火花线切割机床编程技术4.1 电火花加工的基本原理与特点电火花加工的基本原理与特点本章要点本章要点 电火花加工的基本原理与特点电火花加工的基本原理与特点;电火花加工机床分类、型号及结构电火花加工机床分类、型号及结构;电火花加工工艺规律电火

2、花加工工艺规律;电火花穿孔加工、电火花成形加工、电火花小孔加工电火花穿孔加工、电火花成形加工、电火花小孔加工;数控电火花线切割加工原理与编程技术数控电火花线切割加工原理与编程技术;数控电火花线切割加工工艺与参数选择。数控电火花线切割加工工艺与参数选择。下一页返回4.1 电火花加工的基本原理与特点电火花加工的基本原理与特点 在一定的绝缘液体介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲放电在一定的绝缘液体介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲放电时的电腐蚀作用，对工件进行的加工，称为电火花加工，又称电蚀加工时的电腐蚀作用，对工件进行的加工，称为电火花加工，又称电蚀加工或放电加工或放电加工(Electri

3、cal Discharge Machining，简称，简称EDM)。4.1.1 电火花加工的基本原理电火花加工的基本原理1.电火花加工的基本原理电火花加工的基本原理 研究结果表明，要想利用火花放电产生的电蚀现象对工件进行加工，研究结果表明，要想利用火花放电产生的电蚀现象对工件进行加工，必须具备以下基本条件。必须具备以下基本条件。使火花放电为瞬时的脉冲性放电，并且脉冲放电的波形基本是单向的，使火花放电为瞬时的脉冲性放电，并且脉冲放电的波形基本是单向的，如如图图4-1所示。所示。下一页返回上一页4.1 电火花加工的基本原理与特点电火花加工的基本原理与特点 电压脉冲的持续时间电压脉冲的持续时间ti称

4、为脉冲宽度称为脉冲宽度(单位为单位为us)，在精加工时要选，在精加工时要选用较小的脉冲宽度，以提高加工精度和表面质量用较小的脉冲宽度，以提高加工精度和表面质量;在粗加工时应选用较大在粗加工时应选用较大的脉冲宽度，以保证加工速度，但是不能过大，一般应小于的脉冲宽度，以保证加工速度，但是不能过大，一般应小于1030s。这样可以使每一个放电点局限在很小的范围内，使放电产生的热量来不这样可以使每一个放电点局限在很小的范围内，使放电产生的热量来不及传导和扩散到加工表面以外的部位，以防止将工件表面烧伤而无法加及传导和扩散到加工表面以外的部位，以防止将工件表面烧伤而无法加工。工。两个电压脉冲之间的间隔时间两

5、个电压脉冲之间的间隔时间t0称为脉冲间隙称为脉冲间隙(单位为单位为us)，脉冲间，脉冲间隙的大小也应合理选用，如果间隔时间过短，会使绝缘介质来不及恢复隙的大小也应合理选用，如果间隔时间过短，会使绝缘介质来不及恢复绝缘状态，容易产生电弧放电，烧伤工件和工具绝缘状态，容易产生电弧放电，烧伤工件和工具;脉冲间隔时间过长，又脉冲间隔时间过长，又会降低加工生产率。一个电压脉冲开始到下一个电压脉冲开始之间的时会降低加工生产率。一个电压脉冲开始到下一个电压脉冲开始之间的时间间T称为脉冲周期称为脉冲周期(单位为单位为us),显然显然T=ti+t0。下一页返回上一页4.1 电火花加工的基本原理与特点电火花加工的

6、基本原理与特点 脉冲放电要有足够的能量，也就是说放电通道要有很大的电流密度脉冲放电要有足够的能量，也就是说放电通道要有很大的电流密度(一般为一般为105106 A/cm2)。这样可以保证在火花放电时产生较高的温。这样可以保证在火花放电时产生较高的温度将工件表面的金属熔化或汽化，以达到加工的目的。度将工件表面的金属熔化或汽化，以达到加工的目的。保证有合理的放电间隙。放电间隙指利用火花放电进行加工时工具表保证有合理的放电间隙。放电间隙指利用火花放电进行加工时工具表面和工件表面之间的距离，用面和工件表面之间的距离，用S表示。放电间隙的大小与加工电压、加表示。放电间隙的大小与加工电压、加工介质等因素有

7、关，一般在几微米到几百微米之间。间隙过大，会使工工介质等因素有关，一般在几微米到几百微米之间。间隙过大，会使工作电压不能击穿绝缘介质作电压不能击穿绝缘介质;而间隙过小，易形成短路，导致电极间电流为而间隙过小，易形成短路，导致电极间电流为零，不能产生火花放电，从而不能对工件进行加工。零，不能产生火花放电，从而不能对工件进行加工。下一页返回上一页4.1 电火花加工的基本原理与特点电火花加工的基本原理与特点 火花放电必须在具有一定绝缘性能的液体介质中进行。绝缘介质的作火花放电必须在具有一定绝缘性能的液体介质中进行。绝缘介质的作用有四点用有四点:一是在达到要求的击穿电压之前，应保持电学上的非导电性，一

8、是在达到要求的击穿电压之前，应保持电学上的非导电性，即起到绝缘的作用即起到绝缘的作用;二是在达到击穿电压后，绝缘介质要尽可能地压缩放二是在达到击穿电压后，绝缘介质要尽可能地压缩放电通道的横截面积，从而提高单位面积上的电流强度电通道的横截面积，从而提高单位面积上的电流强度;三是在放电完成后，三是在放电完成后，迅速熄灭火花，使火花间隙消除电离从而恢复绝缘迅速熄灭火花，使火花间隙消除电离从而恢复绝缘;四是要求介质具有较四是要求介质具有较好的冷却作用，并将电蚀产物从放电间隙中带走。好的冷却作用，并将电蚀产物从放电间隙中带走。目前大多数电火花机床均采用煤油作为工作液。但是当对大型复杂目前大多数电火花机床

9、均采用煤油作为工作液。但是当对大型复杂零件进行加工时，功率较大，可能引起煤油着火，这时可以采用燃点较零件进行加工时，功率较大，可能引起煤油着火，这时可以采用燃点较高的机油或者煤油与机油的混合物等作为工作液。另外，新开发的水基高的机油或者煤油与机油的混合物等作为工作液。另外，新开发的水基工作液也逐渐应用在电火花加工中，这种工作液可使粗加工效率大幅度工作液也逐渐应用在电火花加工中，这种工作液可使粗加工效率大幅度提高，并且降低了因加工功率大而引起着火的隐患。提高，并且降低了因加工功率大而引起着火的隐患。下一页返回上一页4.1 电火花加工的基本原理与特点电火花加工的基本原理与特点 综合以上基本条件，电

10、火花加工原理如综合以上基本条件，电火花加工原理如图图4-2所示。脉冲电源所示。脉冲电源1的两个的两个输出端分别与工件输出端分别与工件2和工具和工具4连接。自动进给调节装置连接。自动进给调节装置3(此处为液压缸及活此处为液压缸及活塞塞)使工件与工具之间经常保持一很小的放电间隙，当加在两极间的脉冲电使工件与工具之间经常保持一很小的放电间隙，当加在两极间的脉冲电压足够大时，便使两极间隙最小处或绝缘强度最低处的介质被击穿，在该处压足够大时，便使两极间隙最小处或绝缘强度最低处的介质被击穿，在该处形成火花放电，瞬时达到高温使工件和工具表面都蚀除掉一小部分金属，各形成火花放电，瞬时达到高温使工件和工具表面都

11、蚀除掉一小部分金属，各自形成一个小凹坑。自形成一个小凹坑。图图4-3(a)所示为单个脉冲放电后的电极表面。脉冲放所示为单个脉冲放电后的电极表面。脉冲放电结束后，经过一段时间间隔电结束后，经过一段时间间隔(即脉冲间隔即脉冲间隔t0)，工作液恢复了绝缘并清除了，工作液恢复了绝缘并清除了电蚀产物。这时第二个脉冲电压又加到两极上，又会使两极间隙最小处或绝电蚀产物。这时第二个脉冲电压又加到两极上，又会使两极间隙最小处或绝缘强度最低处的介质被击穿，从而又形成小凹坑。缘强度最低处的介质被击穿，从而又形成小凹坑。下一页返回上一页4.1 电火花加工的基本原理与特点电火花加工的基本原理与特点 这样随着连续不断的高

12、频率重复放电，工具电极不断地向工件进给，这样随着连续不断的高频率重复放电，工具电极不断地向工件进给，从而保持一定的放电间隙，就可将工具端面和横截面的形状复制在工件从而保持一定的放电间隙，就可将工具端面和横截面的形状复制在工件上，加工出所需形状的零件，整个加工表面将由无数个小凹坑组成。上，加工出所需形状的零件，整个加工表面将由无数个小凹坑组成。图图4-3(b)所示为多次脉冲放电后的电极表面。所示为多次脉冲放电后的电极表面。2.电火花加工的机理电火花加工的机理 在火花放电的过程中，电极表面是怎样被蚀除的呢在火花放电的过程中，电极表面是怎样被蚀除的呢?这一微观的物理这一微观的物理过程就是电火花加工的

13、机理。了解这一微观过程，有助于掌握电火花加过程就是电火花加工的机理。了解这一微观过程，有助于掌握电火花加工工艺的基本规律，对脉冲电源、进给装置、机床设备等提出合理的要工工艺的基本规律，对脉冲电源、进给装置、机床设备等提出合理的要求。经过大量实验研究表明，一次脉冲放电的过程可以分为极间介质的求。经过大量实验研究表明，一次脉冲放电的过程可以分为极间介质的电离、放电通道的形成、热膨胀、电极材料的抛出和极间介质的消电离电离、放电通道的形成、热膨胀、电极材料的抛出和极间介质的消电离等几个连续阶段。等几个连续阶段。下一页返回上一页4.1 电火花加工的基本原理与特点电火花加工的基本原理与特点 (1)极间介质

14、的电离极间介质的电离 当两极间的电压足够大时，由于工件和电极表面存在着微观的凸凹当两极间的电压足够大时，由于工件和电极表面存在着微观的凸凹不平，因此在两极相距最近的点上电场强度最大，会使附近的液体介质不平，因此在两极相距最近的点上电场强度最大，会使附近的液体介质首先被电离为带负电的电子和带正电的正离子。首先被电离为带负电的电子和带正电的正离子。(2)放电通道的形成放电通道的形成 在电场力的作用下，电子高速向阳极运动，正离子向阴极运动，从在电场力的作用下，电子高速向阳极运动，正离子向阴极运动，从而产生火花放电，形成了放电通道。但由于放电通道受到放电时磁场力而产生火花放电，形成了放电通道。但由于放

15、电通道受到放电时磁场力和周围液体介质的压缩，放电通道的横截面积极小，又由于两极间液体和周围液体介质的压缩，放电通道的横截面积极小，又由于两极间液体介质在被击穿的瞬间电阻从绝缘状态的几兆欧姆骤降到几分之一欧姆，介质在被击穿的瞬间电阻从绝缘状态的几兆欧姆骤降到几分之一欧姆，因此最终造成单位面积上的电流强度极大因此最终造成单位面积上的电流强度极大(放电过程状态微观图如放电过程状态微观图如图图4-4所示所示)。下一页返回上一页4.1 电火花加工的基本原理与特点电火花加工的基本原理与特点 (3)热膨胀热膨胀 脉冲电源使通道间的电子高速靠近向阳极，正离子靠近阴极，将电脉冲电源使通道间的电子高速靠近向阳极，

16、正离子靠近阴极，将电能变成动能能变成动能;又由于放电通道中的电子和离子高速运动时相互碰撞，以及又由于放电通道中的电子和离子高速运动时相互碰撞，以及高速电子和离子流撞击阳极和阴极表面，从而将动能转化为热能。这就高速电子和离子流撞击阳极和阴极表面，从而将动能转化为热能。这就使两极之间沿放电通道在瞬间形成了一个温度高达使两极之间沿放电通道在瞬间形成了一个温度高达10 00012 000的高温热源。热源将周围的液体介质一部分高温分解为游离的炭黑和的高温热源。热源将周围的液体介质一部分高温分解为游离的炭黑和C2H2,C2H4等气体，另一部分直接汽化，将热源作用区的工具和工件表等气体，另一部分直接汽化，将

17、热源作用区的工具和工件表面层很快熔化，甚至汽化。上述过程是在极短的时间内完成的，即在极面层很快熔化，甚至汽化。上述过程是在极短的时间内完成的，即在极短的时间产生大量的气体，这样就具有爆炸的特性。由此就很容易理解，短的时间产生大量的气体，这样就具有爆炸的特性。由此就很容易理解，为什么在观察电火花加工过程时，可以看到放电间隙间冒出气泡、工作为什么在观察电火花加工过程时，可以看到放电间隙间冒出气泡、工作液变黑和听到轻微而清脆的爆炸声等现象了。液变黑和听到轻微而清脆的爆炸声等现象了。下一页返回上一页4.1 电火花加工的基本原理与特点电火花加工的基本原理与特点 (4)电蚀产物的抛出电蚀产物的抛出 由于在

18、上述的热膨胀过程中产生很高的瞬时压力，通道中心的压力由于在上述的热膨胀过程中产生很高的瞬时压力，通道中心的压力最高，使汽化了的气体不断向外膨胀，压力高处的熔融金属液体和蒸气最高，使汽化了的气体不断向外膨胀，压力高处的熔融金属液体和蒸气就被排挤、抛出而进入工作液中。由于表面张力和内聚力的作用，使抛就被排挤、抛出而进入工作液中。由于表面张力和内聚力的作用，使抛出的材料具有最小的表面积，冷凝时凝聚成细小的圆球颗粒，其直径视出的材料具有最小的表面积，冷凝时凝聚成细小的圆球颗粒，其直径视脉冲能量而异脉冲能量而异(一般为一般为0.1500 um)，如，如图图4-5所示。电极材料的一部所示。电极材料的一部分

19、分(汽化区和熔化区汽化区和熔化区)被抛到液体介质中，而另一部分被抛到液体介质中，而另一部分(凝固区凝固区)又重新冷又重新冷却凝固在电极表面，并且在四周形成稍凸起的翻边。处于热影响区的电却凝固在电极表面，并且在四周形成稍凸起的翻边。处于热影响区的电极材料，虽然受到的热量不足以使其熔化，但经历了温度升高又被冷却极材料，虽然受到的热量不足以使其熔化，但经历了温度升高又被冷却的过程，这样就会使分子的组织结构发生变化，类似于热处理过程。的过程，这样就会使分子的组织结构发生变化，类似于热处理过程。下一页返回上一页4.1 电火花加工的基本原理与特点电火花加工的基本原理与特点 (5)极间介质的消电离极间介质的

20、消电离 使放电区的带电粒子重新结合成为中性粒子的过程，称为消电离。使放电区的带电粒子重新结合成为中性粒子的过程，称为消电离。在一次脉冲放电结束后应有一段时间间隔，使间隙介质消电离，从而恢在一次脉冲放电结束后应有一段时间间隔，使间隙介质消电离，从而恢复介质的绝缘状态。在加工过程中产生的电蚀产物复介质的绝缘状态。在加工过程中产生的电蚀产物(如金属微粒、碳粒子、如金属微粒、碳粒子、气泡等气泡等)如果没有被及时排除、扩散，就会改变两极间介质的成分，并降如果没有被及时排除、扩散，就会改变两极间介质的成分，并降低绝缘强度。脉冲火花放电时产生的热量不及时传出，也会使消电离过低绝缘强度。脉冲火花放电时产生的热

21、量不及时传出，也会使消电离过程不充分，这样就会使脉冲火花放电变为有害的电弧放电，从而烧伤工程不充分，这样就会使脉冲火花放电变为有害的电弧放电，从而烧伤工件。脉冲间隔时间件。脉冲间隔时间t0的大小取决于脉冲能量、脉冲爆炸力、放电间隙和的大小取决于脉冲能量、脉冲爆炸力、放电间隙和加工面积。加工面积。下一页返回上一页4.1 电火花加工的基本原理与特点电火花加工的基本原理与特点 4.1.2 电火花加工的特点电火花加工的特点1.电火花加工的优点电火花加工的优点 能加工用切削的方法难于加工或无法加工的高硬度导电材料。在电火能加工用切削的方法难于加工或无法加工的高硬度导电材料。在电火花加工过程中，主要是靠电

22、、热能进行加工，几乎与力学性能花加工过程中，主要是靠电、热能进行加工，几乎与力学性能(硬度、强硬度、强度等度等)无关。从而使工件的加工不受工具硬度、强度的限制，实现了用软无关。从而使工件的加工不受工具硬度、强度的限制，实现了用软质的材料质的材料(如石墨、铜等如石墨、铜等)加工硬质的材料加工硬质的材料(如淬火钢、硬质合金和超硬材如淬火钢、硬质合金和超硬材料等料等)。便于加工细长、薄、脆性零件和形状复杂的零件。由于在加工过程中，便于加工细长、薄、脆性零件和形状复杂的零件。由于在加工过程中，工件与工具没有直接接触，这样就使工件与工具之间没有机械加工的切工件与工具没有直接接触，这样就使工件与工具之间没

23、有机械加工的切削力，机械变形小，因此可以加工复杂形状和进行微细加工。削力，机械变形小，因此可以加工复杂形状和进行微细加工。下一页返回上一页4.1 电火花加工的基本原理与特点电火花加工的基本原理与特点 工件变形小，加工精度高。目前，电火花加工的精度可达工件变形小，加工精度高。目前，电火花加工的精度可达0.010.05 mm，在精密光整加工时可小于，在精密光整加工时可小于0.005 mm。易于实现加工过程的自动化。电火花加工主要利用电能进行加工，而易于实现加工过程的自动化。电火花加工主要利用电能进行加工，而电能、电参数较机械量易于实现自动化控制。目前我国电火花加工机床电能、电参数较机械量易于实现自

24、动化控制。目前我国电火花加工机床大多都是数字控制。大多都是数字控制。2.电火花加工的不足电火花加工的不足 只能对导电材料进行加工。通过对电火花加工原理的分析，可以看出，只能对导电材料进行加工。通过对电火花加工原理的分析，可以看出，电火花加工所用的工件和工具必须是导体，所以塑料、陶瓷等绝缘的非电火花加工所用的工件和工具必须是导体，所以塑料、陶瓷等绝缘的非导体材料不能用电火花进行加工。导体材料不能用电火花进行加工。下一页返回上一页4.1 电火花加工的基本原理与特点电火花加工的基本原理与特点 加工精度受到电极损耗的限制。由于在加工过程中，工具电极同样会加工精度受到电极损耗的限制。由于在加工过程中，工

25、具电极同样会受到电、热作用而被蚀除，特别是在尖角和底面部分，蚀除量较大，又受到电、热作用而被蚀除，特别是在尖角和底面部分，蚀除量较大，又造成了电极损耗不均匀的现象，所以电火花加工的精度受到限制。造成了电极损耗不均匀的现象，所以电火花加工的精度受到限制。加工速度慢。由于火花放电时产生的热量只局限在电极表面，而且又加工速度慢。由于火花放电时产生的热量只局限在电极表面，而且又很快被介质冷却，所以加工速度要比机械加工慢。很快被介质冷却，所以加工速度要比机械加工慢。最小圆角半径受到放电间隙的限制。虽然电火花加工具有一定的局限最小圆角半径受到放电间隙的限制。虽然电火花加工具有一定的局限性，但与传统的切削加

26、工相比仍有巨大的优势，因此其应用领域日益扩性，但与传统的切削加工相比仍有巨大的优势，因此其应用领域日益扩大，目前已广泛应用于机械大，目前已广泛应用于机械(特别是模具制造特别是模具制造)、航空航天、电子、电器、航空航天、电子、电器、仪器仪表等行业，用来解决难加工材料及复杂形状零件的加工问题。仪器仪表等行业，用来解决难加工材料及复杂形状零件的加工问题。返回上一页4.2 电火花加工机床简介电火花加工机床简介 电火花加工机床狭义上是指能完成穿孔和成形加工的机床，而在广电火花加工机床狭义上是指能完成穿孔和成形加工的机床，而在广义上讲，电火花加工机床应该包括电火花穿孔机、成形加工机床、电火义上讲，电火花加

27、工机床应该包括电火花穿孔机、成形加工机床、电火花线切割加工机床和电火花磨削机床，以及各种专门用途的电火花加工花线切割加工机床和电火花磨削机床，以及各种专门用途的电火花加工机床，如加工小孔、螺纹环规和异形孔纺丝板等的电火花加工机床。这机床，如加工小孔、螺纹环规和异形孔纺丝板等的电火花加工机床。这几种机床的工作原理都是用电火花放电加工来蚀除金属，但在工艺形式、几种机床的工作原理都是用电火花放电加工来蚀除金属，但在工艺形式、机床结构和操作方法上存在着很大差别。电火花线切割加工机床将在机床结构和操作方法上存在着很大差别。电火花线切割加工机床将在4.3节介绍。本节主要介绍电火花成形机床、电火花穿孔机。节

28、介绍。本节主要介绍电火花成形机床、电火花穿孔机。下一页返回4.2 电火花加工机床简介电火花加工机床简介 4.2.1 机床名称、型号与分类机床名称、型号与分类1.机床的名称和型号机床的名称和型号 我国早期生产的电火花机床按其用途分为两类，一类是采用我国早期生产的电火花机床按其用途分为两类，一类是采用RC,RLC和电子管、闸流管脉冲电源，主要用于穿孔加工的电火花穿孔加工机床，和电子管、闸流管脉冲电源，主要用于穿孔加工的电火花穿孔加工机床，被命名为被命名为D61系列系列(如如D6125,D6140型等型等);另一类是采用长脉冲发电另一类是采用长脉冲发电机电源，主要用于成形加工的电火花成形加工机床，被

29、命名为机电源，主要用于成形加工的电火花成形加工机床，被命名为D55系列系列(如如D5540,D5570等等)。20世纪世纪80年代开始电火花加工机床大多采用年代开始电火花加工机床大多采用晶体管脉冲电源，这样就使同一台电火花加工机床既能用作穿孔加工，晶体管脉冲电源，这样就使同一台电火花加工机床既能用作穿孔加工，也可用做成形加工。因此我国把电火花穿孔、成形加工机床定名为也可用做成形加工。因此我国把电火花穿孔、成形加工机床定名为D71系列，统称为电火花成形加工机床，或简称电火花加工机床，其型号表系列，统称为电火花成形加工机床，或简称电火花加工机床，其型号表示如示如图图4-6所示。我国电火花成形加工机

30、床的参数标准见所示。我国电火花成形加工机床的参数标准见表表4-1。下一页返回上一页4.2 电火花加工机床简介电火花加工机床简介2.电火花加工机床的分类电火花加工机床的分类 电火花加工机床像其他加工机床一样，有很多分类方法，具体介绍如下电火花加工机床像其他加工机床一样，有很多分类方法，具体介绍如下:按照机床的数控程度可为非数控型按照机床的数控程度可为非数控型(手动型手动型)、单轴数控型及多轴数控型等。、单轴数控型及多轴数控型等。按照机床的规格大小可分为小型按照机床的规格大小可分为小型(工作台宽度小于工作台宽度小于25 cm)、中型、中型(工作台工作台宽度在宽度在2563 cm之间之间)和大型和大

31、型(工作台宽度在工作台宽度在63 cm以上以上)。按精度等级分为标准、精密和高精度电火花成形机床。按精度等级分为标准、精密和高精度电火花成形机床。按工具电极的伺服进给系统的类型分为液压进给、步进电动机进给、直流按工具电极的伺服进给系统的类型分为液压进给、步进电动机进给、直流或交流伺服电动机进给驱动等类型。或交流伺服电动机进给驱动等类型。按应用范围可以分为通用机床、专用机床按应用范围可以分为通用机床、专用机床(如航空叶片零件加工机床、螺如航空叶片零件加工机床、螺纹加工机床、轮胎橡胶模加工机床等纹加工机床、轮胎橡胶模加工机床等)。根据机床结构分为龙门式、滑枕式、悬臂式、框形立柱式和台式电火花根据机

32、床结构分为龙门式、滑枕式、悬臂式、框形立柱式和台式电火花下一页返回上一页4.2 电火花加工机床简介电火花加工机床简介 成形机床，其中立柱式应用最为广泛。如成形机床，其中立柱式应用最为广泛。如图图4-7(a)为龙门式大型电火花加工为龙门式大型电火花加工机床，工作台固定在床身上，主轴头可做横向坐标移动，根据加工的需要，机床，工作台固定在床身上，主轴头可做横向坐标移动，根据加工的需要，可在机床的横梁上装设几个主轴头，以满足同时加工出几个型孔的需要。这可在机床的横梁上装设几个主轴头，以满足同时加工出几个型孔的需要。这种机床刚性好，可做成大、中型电火花加工机床。种机床刚性好，可做成大、中型电火花加工机床

33、。图图4-7(b)为滑枕式电火为滑枕式电火花加工机床，其主要特点是工件安装在床身工作台上不动，两主轴头安装在花加工机床，其主要特点是工件安装在床身工作台上不动，两主轴头安装在X,Y两个方向上滑枕运动，这样可以避免重大的工件和油槽中的工作液在两个方向上滑枕运动，这样可以避免重大的工件和油槽中的工作液在X,Y方向快速运动时产生很大的惯性力。它的缺点是行程大时机床刚度变差，方向快速运动时产生很大的惯性力。它的缺点是行程大时机床刚度变差，电极装夹找正也因油箱体积大而不太方便。随着机床工业的发展，模具行业电极装夹找正也因油箱体积大而不太方便。随着机床工业的发展，模具行业对电火花加工机床的需求不断增加，电

34、火花加工机床将朝着高精度、高稳定对电火花加工机床的需求不断增加，电火花加工机床将朝着高精度、高稳定性和高自动化程度等方向发展。国外已经研制出带工具电极库，能按程序自性和高自动化程度等方向发展。国外已经研制出带工具电极库，能按程序自动更换电极的电火花加工中心。动更换电极的电火花加工中心。下一页返回上一页4.2 电火花加工机床简介电火花加工机床简介 4.2.2 电火花加工机床结构电火花加工机床结构 电火花加工机床主要由机床主体、脉冲电源、自动进给调节系统和电火花加工机床主要由机床主体、脉冲电源、自动进给调节系统和工作液净化及循环系统几部分组成。工作液净化及循环系统几部分组成。随着时代的进步、电加工

35、事业的发展，尤其是数控技术在电火花成随着时代的进步、电加工事业的发展，尤其是数控技术在电火花成形加工机床上的广泛使用，电火花加工在模具制造业中起着越来越重要形加工机床上的广泛使用，电火花加工在模具制造业中起着越来越重要的作用。为了适应模具工业的需要，已经批量生产计算机三坐标数字控的作用。为了适应模具工业的需要，已经批量生产计算机三坐标数字控制的电火花成形加工机床，以及带工具电极库，能按程序自动更换的电制的电火花成形加工机床，以及带工具电极库，能按程序自动更换的电火花加工中心。火花加工中心。图图4-8(a)所示为立柱式电火花加工机床的结构图，所示为立柱式电火花加工机床的结构图，图图4-8(b)所

36、示为其外观图。所示为其外观图。1.机床主体。机床主体。机床主体主要包括主轴头、床身、立柱、工作台及工作液槽几部分，机床主体主要包括主轴头、床身、立柱、工作台及工作液槽几部分，下一页返回上一页4.2 电火花加工机床简介电火花加工机床简介 其作用主要是支承、固定工件和工具电极，并通过传动机构实现工具电其作用主要是支承、固定工件和工具电极，并通过传动机构实现工具电极相对于工件的进给运动。极相对于工件的进给运动。主轴头是电火花加工机床中最关键的部件，是自动调节系统中的执主轴头是电火花加工机床中最关键的部件，是自动调节系统中的执行机构，对加工工艺指标的影响极大。一般对主轴头的要求是行机构，对加工工艺指标

37、的影响极大。一般对主轴头的要求是:结构简单，结构简单，传动链短，传动间隙小，热变形小，具有足够的精度和刚度，以适应自传动链短，传动间隙小，热变形小，具有足够的精度和刚度，以适应自动调节系统惯性小、灵敏度好、能承受一定负载的要求主轴头主要由进动调节系统惯性小、灵敏度好、能承受一定负载的要求主轴头主要由进给系统、导向防扭机构、电极装夹及其调节环节组成。我国目前生产的给系统、导向防扭机构、电极装夹及其调节环节组成。我国目前生产的电火花加工机床大多采用液压主轴头。液压主轴头的结构有两种电火花加工机床大多采用液压主轴头。液压主轴头的结构有两种:一种是一种是液压缸固定，活塞连同主轴上下移动液压缸固定，活塞

38、连同主轴上下移动;另一种是活塞固定，液压缸体连同另一种是活塞固定，液压缸体连同主轴上下移动。前者结构简单，但刚性差，主轴导向部分为滑动摩擦，主轴上下移动。前者结构简单，但刚性差，主轴导向部分为滑动摩擦，灵敏度低。后者结构复杂，刚性好，灵敏度高。灵敏度低。后者结构复杂，刚性好，灵敏度高。下一页返回上一页4.2 电火花加工机床简介电火花加工机床简介2.脉冲电源脉冲电源 脉冲电源的作用是把交流电转换成单向脉冲电流，以提供能量来蚀脉冲电源的作用是把交流电转换成单向脉冲电流，以提供能量来蚀除金属。脉冲电源的输出端分别接电极和工件，在加工过程中向间隙不除金属。脉冲电源的输出端分别接电极和工件，在加工过程中

39、向间隙不断输出脉冲电流。当电极与工件之间间隙达到一定值时，工作液被击穿断输出脉冲电流。当电极与工件之间间隙达到一定值时，工作液被击穿而形成脉冲火花放电，同时使工件材料被汽化而蚀除。电极向工件的不而形成脉冲火花放电，同时使工件材料被汽化而蚀除。电极向工件的不断进给，使工件被加工成所需形状。断进给，使工件被加工成所需形状。脉冲电源对电火花加工的生产率，工件的表面质量、加工精度，加脉冲电源对电火花加工的生产率，工件的表面质量、加工精度，加工过程中的稳定性和工具电极损耗等技术经济指标有很大的影响。常用工过程中的稳定性和工具电极损耗等技术经济指标有很大的影响。常用的有张弛式、闸流管式、电子管式、晶闸管式

40、和晶体管式脉冲电源，目的有张弛式、闸流管式、电子管式、晶闸管式和晶体管式脉冲电源，目前以晶体管式脉冲电源使用最广。前以晶体管式脉冲电源使用最广。下一页返回上一页4.2 电火花加工机床简介电火花加工机床简介 (1)张弛式脉冲电源张弛式脉冲电源 这种电源最早在电火花穿孔加工机床中应用，是采用张弛式或这种电源最早在电火花穿孔加工机床中应用，是采用张弛式或RC电电路，后又逐步改进为路，后又逐步改进为RLC、RLCL、RLC-LC电路。如电路。如图图4-9所示为所示为RC线线路脉冲电源，其工作原理是路脉冲电源，其工作原理是:首先直流电源首先直流电源E通过电阻通过电阻R向电容向电容C充电，使充电，使电容两

41、端的电压不断升高，当电压上升到绝缘介质的击穿电压时，两极电容两端的电压不断升高，当电压上升到绝缘介质的击穿电压时，两极间的绝缘介质被击穿，形成放电通道，电容上储存的能量瞬间释放，产间的绝缘介质被击穿，形成放电通道，电容上储存的能量瞬间释放，产生较大的脉冲电流当电容生较大的脉冲电流当电容C上积蓄的能量释放完时，间隙中的工作液又上积蓄的能量释放完时，间隙中的工作液又迅速恢复绝缘状态。此后电容再次允电，又重复上述过程，达到加工的迅速恢复绝缘状态。此后电容再次允电，又重复上述过程，达到加工的目的。目的。下一页返回上一页4.2 电火花加工机床简介电火花加工机床简介 这种脉冲电源的优点是这种脉冲电源的优点

42、是:结构简单，工作可靠，成本低，操作和维护结构简单，工作可靠，成本低，操作和维护方便，在小功率时可以获得很窄的脉冲宽度和很小的单个脉冲能量，加方便，在小功率时可以获得很窄的脉冲宽度和很小的单个脉冲能量，加工精度高，可用作光整加工和微细加工。缺点是工精度高，可用作光整加工和微细加工。缺点是:生产效率和电源利用效生产效率和电源利用效率低，工艺参数不稳定和工具损耗大等。因此，随着晶闸管、晶体管脉率低，工艺参数不稳定和工具损耗大等。因此，随着晶闸管、晶体管脉冲电源的出现，这种电源的应用逐渐减少，目前多用于特殊材料加工和冲电源的出现，这种电源的应用逐渐减少，目前多用于特殊材料加工和精密微细加工。精密微细

43、加工。(2)闸流管式和电子管式脉冲电源闸流管式和电子管式脉冲电源 闸流管式和电子管式脉冲电源属于独立式脉冲电源，它们以末级功闸流管式和电子管式脉冲电源属于独立式脉冲电源，它们以末级功率级起开关作用的电子元件命名。闸流管和电子管均为高阻抗开关元件，率级起开关作用的电子元件命名。闸流管和电子管均为高阻抗开关元件，因此主回路中常为高压小电流，必须采用脉冲变压器变换为大电流的低因此主回路中常为高压小电流，必须采用脉冲变压器变换为大电流的低压脉冲，才能用于电火花加工。压脉冲，才能用于电火花加工。下一页返回上一页4.2 电火花加工机床简介电火花加工机床简介 闸流管式和电子管式脉冲电源由于受到末级功率管以及

44、脉冲变压器的限闸流管式和电子管式脉冲电源由于受到末级功率管以及脉冲变压器的限制，脉冲宽度比较窄，脉冲电流也不大，且能耗大，故主要用于冲模类穿孔制，脉冲宽度比较窄，脉冲电流也不大，且能耗大，故主要用于冲模类穿孔加工等精加工场合，不适于型腔加工，因此已为晶闸管式、晶体管式脉冲电加工等精加工场合，不适于型腔加工，因此已为晶闸管式、晶体管式脉冲电源所替代。源所替代。(3)晶闸管式、晶体管式脉冲电源晶闸管式、晶体管式脉冲电源 晶闸管式脉冲电源是利用晶闸管作为开关元件而获得单向脉冲的。由于晶闸晶闸管式脉冲电源是利用晶闸管作为开关元件而获得单向脉冲的。由于晶闸管的功率较大，脉冲电源所采用的功率管数目可大大减

45、少，故管的功率较大，脉冲电源所采用的功率管数目可大大减少，故200A以上的以上的大功率粗加工脉冲电源一般采用晶闸管。晶体管式脉冲电源的输出功率及其大功率粗加工脉冲电源一般采用晶闸管。晶体管式脉冲电源的输出功率及其最高生产率不易做到晶闸管式脉冲电源那样大，但具有脉冲频率高、脉冲参最高生产率不易做到晶闸管式脉冲电源那样大，但具有脉冲频率高、脉冲参数容易调节、脉冲波形较好、易于实现多回路加工和自适应控制等自动化要数容易调节、脉冲波形较好、易于实现多回路加工和自适应控制等自动化要求的优点，故应用广泛，特别是在中小型脉冲电源中，都采用晶体管式电源。求的优点，故应用广泛，特别是在中小型脉冲电源中，都采用晶

46、体管式电源。下一页返回上一页4.2 电火花加工机床简介电火花加工机床简介 近年来随着电火花加工技术的发展，为进一步提高有效脉冲利用率，近年来随着电火花加工技术的发展，为进一步提高有效脉冲利用率，达到高速、低耗、稳定加工以及一些特殊需要，在晶闸管式或晶体管式达到高速、低耗、稳定加工以及一些特殊需要，在晶闸管式或晶体管式脉冲电源的基础上，派生出不少新型电源和线路，如高、低压复合脉冲脉冲电源的基础上，派生出不少新型电源和线路，如高、低压复合脉冲电源，多回路脉冲电源以及多功能电源等。电源，多回路脉冲电源以及多功能电源等。3.自动进给调节系统自动进给调节系统 自动进给调节系统由自动调节器和自适应控制装置

47、组成。主要的作自动进给调节系统由自动调节器和自适应控制装置组成。主要的作用是在电火花加工过程中维持一定的火花放电间隙，保证加工正常、稳用是在电火花加工过程中维持一定的火花放电间隙，保证加工正常、稳定地进行。主要体现在两个方面，一是在放电过程中，工具电极和工件定地进行。主要体现在两个方面，一是在放电过程中，工具电极和工件电极不断被蚀除，造成两极间的间隙不断增大，当间隙过大时，则不会电极不断被蚀除，造成两极间的间隙不断增大，当间隙过大时，则不会产生放电，此时自动进给调节装置将自动调节工具进行补偿进给，以维产生放电，此时自动进给调节装置将自动调节工具进行补偿进给，以维持所需的放电间隙持所需的放电间隙

48、;下一页返回上一页4.2 电火花加工机床简介电火花加工机床简介 另一方面是当工具电极和工件电极距离太近或发生短路时，自动进另一方面是当工具电极和工件电极距离太近或发生短路时，自动进给调节装置自动调节工具反向离开工件，再重新进给调节放电间隙。给调节装置自动调节工具反向离开工件，再重新进给调节放电间隙。对自动进给调节装置的要求是对自动进给调节装置的要求是:有较广的速度调节跟踪范围、足够的有较广的速度调节跟踪范围、足够的灵敏度和快速性，必要的稳定性等。目前电火花加工常用的自动进给调灵敏度和快速性，必要的稳定性等。目前电火花加工常用的自动进给调节系统是电液自动进给调节系统和电节系统是电液自动进给调节系

49、统和电-机械式自动调节系统。其中采用步机械式自动调节系统。其中采用步进电动机和力矩电动机的电进电动机和力矩电动机的电-机械式自动调节系统，由于低速性能好，可机械式自动调节系统，由于低速性能好，可直接带动丝杠进退，因而传动链短、灵敏度高、体积小、结构简单，而直接带动丝杠进退，因而传动链短、灵敏度高、体积小、结构简单，而且惯性小，有利于实现加工过程的自动控制和数字程序控制，因而在中且惯性小，有利于实现加工过程的自动控制和数字程序控制，因而在中小型电火花机床中得到越来越广泛的应用。小型电火花机床中得到越来越广泛的应用。如如图图4-10为步进电动机自动调节系统原理框图。其工作原理是为步进电动机自动调节

50、系统原理框图。其工作原理是:测测量环节对放电间隙进行检测后，输出一个反映间隙状态的电压信号。量环节对放电间隙进行检测后，输出一个反映间隙状态的电压信号。下一页返回上一页4.2 电火花加工机床简介电火花加工机床简介 变频电路则将该信号加以放大，并转换成不同频率的脉冲，为环形变频电路则将该信号加以放大，并转换成不同频率的脉冲，为环形分配器提供进给触发脉冲。同时，多谐振荡器发出恒频率的回退触发脉分配器提供进给触发脉冲。同时，多谐振荡器发出恒频率的回退触发脉冲。根据放电间隙的物理状态，两种触发脉冲由判别电路选其一种送至冲。根据放电间隙的物理状态，两种触发脉冲由判别电路选其一种送至环形分配器，决定进给或