精密制造和特種加工技術(shù) 課件 ch03 數(shù)控電火花加工

第三章數(shù)控電火花加工職業(yè)教育機械類專業(yè)精密制造和特種加工技術(shù)01數(shù)控電火花加工概述PARTONE數(shù)控電火花加工的定義數(shù)控電火花加工（以下簡稱“電火花加工”）又稱放電加工，是利用工具和工件之間脈沖放電時局部瞬時產(chǎn)生的高溫腐蝕現(xiàn)象對材料進行尺寸加工或表面強化的一種方法。在進行電火花加工時，工件與加工所用的工具稱為電極，不同的電極或電極對之間多充滿工作液，主要起恢復(fù)電極間的絕緣狀態(tài)及帶走放電時產(chǎn)生的熱量的作用，以維持電火花加工的持續(xù)放電。在一般的電火花加工過程中，工件與工具電極并不接觸，而是保持一定的距離（稱為間隙），在工件與工具電極間施加一定的脈沖電壓，當工具電極向工件進給至某一距離時，兩電極間的工作液介質(zhì)被擊穿，局部產(chǎn)生火花放電，放電產(chǎn)生的瞬時高溫使電極對的材料表面熔化甚至汽化，使材料表面形成電腐蝕的坑穴。如果能適當控制這一過程，就能準確地加工出所需的工件形狀。因為在放電過程中常伴有火花，所以稱為電火花加工。電火花加工的特點適用于難切削材料的加工1可以加工特殊及復(fù)雜形狀的零件2易于實現(xiàn)加工過程自動化3可以改進工件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，改善工件的結(jié)構(gòu)的工藝性４電火花加工的工藝類型及適用范圍隨著電火花加工工藝技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用范圍的擴大，目前電火花加工裝備和電火花加工工藝已逐步形成清晰的分類，以適應(yīng)不同的零件的加工特點。按工具電極和工件相對運動的方式和用途的不同可分為：電火花成型加工、電火花線切割加工、電火花磨削加工、電火花回轉(zhuǎn)加工、電火花高速小孔加工、電火花表面強化、電火花研磨和珩磨等。其中前5類屬電火花成型、尺寸加工，是用于改變工作形狀和尺寸的加工方法；后者則屬表面加工方法，用于改善或改變零件表面性質(zhì)。電火花加工對材料的可加工性和結(jié)構(gòu)工藝性的影響電火花加工工藝的特點及逐漸廣泛的應(yīng)用，引發(fā)了機械制造工藝技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的許多變革。提高了材料的可加工性1改變了零件的典型工藝路線2改變了試制新產(chǎn)品的工序和工藝3對產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來了巨大的影響４改變了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工藝性好與壞的衡量標準５電火花加工的發(fā)展概況和應(yīng)用

20世紀40年代后期，蘇聯(lián)科學(xué)家鮑?拉扎連科針對插頭或電器開關(guān)在閉合與斷開時經(jīng)常發(fā)生電火花燒蝕這一現(xiàn)象，經(jīng)過反復(fù)的試驗研究，終于發(fā)明了電火花加工技術(shù)，把對人類有害的電火花燒蝕轉(zhuǎn)化為對人類有益的一種全新工藝方法。20世紀50年代初，研制出的電火花加工裝置，采用雙繼電器作為控制元件，控制電動機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，以達到調(diào)節(jié)電極與工件間隙的目的，但這臺裝置只能加工出簡單形狀的工件，自動化程度很低。我國是國際上開展電火花加工技術(shù)研究較早的國家之一，由中國科學(xué)院電工研究所牽頭，到20世紀50年代后期先后研制出電火花穿孔機床和電火花線切割機床。一些先進工業(yè)國，如瑞士、日本也加入了電火花加工技術(shù)研究行列，使電火花加工工藝在世界范圍取得了巨大的發(fā)展，應(yīng)用范圍也日益廣泛。電火花加工的應(yīng)用范圍已從單純的穿孔加工冷沖模具、取出折斷的絲錐與鉆頭，逐步擴展到加工汽車與拖拉機零件的鍛模、壓鑄模及注塑模具，近幾年又大規(guī)模應(yīng)用于精密微細加工技術(shù)領(lǐng)域，為航空、航天及電子、交通、無線電通信等行業(yè)解決難切削加工及復(fù)雜形狀的工件的加工問題。02電火花加工的基本原理PARTTWO常用的電火花加工術(shù)語和符號我國參照相關(guān)國際組織的電火花加工術(shù)語、定義和符號，制定了我國電火花加工的術(shù)語、定義和符號。１．工具電極２．放電間隙３．脈沖電源４．伺服進給系統(tǒng)５．工作液介質(zhì)６．電蝕產(chǎn)物７．電規(guī)準８．脈沖寬度ti（μs）９．脈沖間隔to（μs）10．放電時間te（μs）11．擊穿延時td（μs）12．脈沖周期tp（μs）13．開路電壓（空載電壓）或峰值電壓?i（V）14．加工電流I（A）15．峰值電流?e（A）16．正極性、負極性加工17．放電狀態(tài)實現(xiàn)電火花加工的條件電火花加工是基于工具電極和工件之間的脈沖性火花放電時的電腐蝕現(xiàn)象來蝕除多余金屬的，以達到對零件的尺寸、形狀及表面質(zhì)量的預(yù)定加工要求。電腐蝕現(xiàn)象的主要原因是：在電火花放電時，火花通道中瞬時產(chǎn)生大量的熱，達到很高的溫度，足以使任何金屬材料局部熔化或汽化而被蝕除掉，形成放電凹坑。相對于傳統(tǒng)加工方式，電火花加工具有其特殊性。電火花加工系統(tǒng)電火花加工系統(tǒng)示意圖。浸在工作液介質(zhì)中的工具電極和工件分別與脈沖電源的兩輸出端連接；自動進給調(diào)節(jié)裝置（此處為電動機及絲桿螺母機構(gòu)）使工具電極和工件間常保持一個很小的放電間隙，當脈沖電壓加到兩電極之間時，便在當時的條件下相對某一間隙最小處或絕緣強度最低處擊穿介質(zhì)，在該局部產(chǎn)生火花放電，瞬時高溫使工具電極和工件表面都蝕除一小部分金屬，各自形成一個小凹坑；當脈沖放電結(jié)束后，經(jīng)過一段間隔時間，使工作液恢復(fù)絕緣，之后第二個脈沖電壓又加到兩電極上，又會在當時兩電極間距離相對最近或絕緣強度最弱處擊穿放電，同樣電蝕出一個小凹坑。就這樣以相當高的頻率連續(xù)不斷地重復(fù)放電，工具電極不斷地向工件進給，就可將工具的形狀復(fù)制到工件上，加工出需要的零件。整個工件的金屬表面將由無數(shù)個小凹坑組成。電火花加工機理電火花加工機理是在火花放電時，電極表面的材料被蝕除的物理過程。了解這一微觀過程，有助于掌握電火花加工的基本規(guī)律，這樣才能對脈沖電源、進給裝置、機床設(shè)備等提出合理的要求。電極間介質(zhì)被電離、擊穿，形成放電通道1電極材料的熔化、汽化熱膨脹2電極材料的拋出3兩電極間介質(zhì)的消電離４03電火花加工的基本規(guī)律PARTTHREE電火花加工的工藝指標電火花加工的工藝性能是通過電火花加工的工藝指標來表現(xiàn)和衡量的。電火花加工的工藝指標包括加工速度、工具電極損耗、表面粗糙度、加工精度和表層狀態(tài)等。加工速度1工具電極損耗2表面粗糙度3加工精度４表層狀態(tài)５影響材料放電腐蝕的主要因素電火花加工的整個過程，實質(zhì)上就是不斷重復(fù)的單個脈沖能量作用的積累。因此，電火花加工的一般工藝規(guī)律與單個脈沖的作用密切相關(guān)。在研究電火花加工的一般工藝規(guī)律前，有必要了解在單個脈沖的作用下，材料被放電腐蝕的一些基本現(xiàn)象。極性效應(yīng)1覆蓋效應(yīng)2電火花加工的電參數(shù)3傳熱效應(yīng)４材料的熱學(xué)物理常數(shù)５電火花加工的工藝規(guī)律１．影響加工速度的主要因素２．影響電極損耗的主要因素電參數(shù)對加工速度的影響非電參數(shù)對加工速度的影響電參數(shù)對電極損耗的影響非電參數(shù)對電極損耗的影響電火花加工的工藝規(guī)律３．影響表面粗糙度的主要因素4．影響電火花成型加工精度的因素電火花加工表面粗糙度與切削加工表面粗糙度不同，它是由若干電蝕小凹坑組成的，能存潤滑油，其耐磨性比同樣表面粗糙度的切削加工表面要好。在相同表面粗糙度的情況下，電火花加工表面比切削加工表面亮度低。由于電火花加工表面粗糙度直接影響工件的使用性能和使用壽命，因此掌握電火花加工表面粗糙度的變化規(guī)律就顯得非常重要。電火花成型加工精度包括尺寸精度和仿形精度兩項工藝指標。在進行電火花成型加工時，既要求規(guī)則的幾何形狀部位尺寸精確、滿足設(shè)計要求，又對異形沖壓模、異形型腔模等不規(guī)則的幾何形狀及尖角、尖棱、窄筋、窄槽、圖案等保證較高的仿形精度。因此，要完成合格的加工，必須對影響加工精度的各因素有較全面的理解。５．合理選擇電火花加工工藝前面我們詳細闡述了電火花加工的工藝規(guī)律，不難看到，加工速度、電極損耗、表面粗糙度、加工精度往往相互矛盾。04電火花加工設(shè)備PARTFOUR電火花成型加工機床概述電火花成型加工機床的分類1電火花成型加工機床的結(jié)構(gòu)形式2國產(chǎn)電火花成型加工機床的型號規(guī)格3電火花成型加工機床各主要部件名稱的定義4電火花成型加工機床各傳動軸名稱與方向定義5電火花成型加工機床的組成及其部分功能電火花加工系統(tǒng)一般由電火花成型加工機床主體、工作液過濾和循環(huán)系統(tǒng)、伺服進給系統(tǒng)、脈沖電源等組成。電火花成型加工機床主體1工作液過濾和循環(huán)系統(tǒng)2伺服進給系統(tǒng)3脈沖電源４電火花成型加工機床專用附件５電火花成型加工機床隨機附件605電火花成型加工的工藝流程PARTFIVE工具電極的設(shè)計制造工具電極設(shè)計制造的技術(shù)要求01工具電極材料的選擇02工具電極的結(jié)構(gòu)形式03工具電極的尺寸設(shè)計04電極制造方法05電極縮放量的選取06電極的裝夾與校正07加工規(guī)準的選擇加工規(guī)準的選擇依據(jù)與順序01加工規(guī)準選擇的基本規(guī)則02在采用電火花加工零件時，先在分析工件的特點和技術(shù)要求（如表面粗糙度、尺寸、形位精度）等工藝技術(shù)指標的基礎(chǔ)上，根據(jù)工件材料選擇工具電極的材料。然后選擇工藝參數(shù)規(guī)準（如電壓、電流、脈寬、脈間等）。一般大部分工件要分成粗、中、精幾種規(guī)準依次轉(zhuǎn)換，既保證工件的技術(shù)要求，又保證盡可能高的總的生產(chǎn)效率。平動量的分配平動量的分配是單電極平動加工法的一個關(guān)鍵問題。粗加工時，電極不平動；使用中間各檔加工時，平動量的分配主要取決于加工表面由粗變細的修光量。此外，平動量的分配還和電極損耗、平動頭原始偏心量、主軸進給運動的精度等有關(guān)。工作液的選擇１．液體介質(zhì)的作用液體介質(zhì)可壓縮放電通道，使放電能量高度集中在極小的區(qū)域內(nèi)，加強蝕除效果，提高放電仿形的精確度。液體介質(zhì)可加速電極間隙的冷卻，有助于防止金屬表面局部熱量積累，防止燒傷和電弧放電的產(chǎn)生。液體介質(zhì)可加速放電的流體動力過程，加速蝕除產(chǎn)物的排出。液體介質(zhì)有助于加強電極表面的覆蓋效應(yīng)和改變工件表層的物理化學(xué)性能。工作液的選擇２．對液體介質(zhì)的要求具有一定的絕緣強度能夠較快地恢復(fù)絕緣強度，有較好的流動性。燃點、閃點要高，不會爆炸，不容易燃燒。無毒、無刺激性，放電時的分解物對加工妨礙小，對人體無害。加工穩(wěn)定性要好，工藝指標要高。價格便宜，容易獲得。工作液的選擇３．常用液體介質(zhì)的種類及應(yīng)用電火花成型加工工作液有油基、水基及專用工作液等。其中煤油由于黏度低，排屑方便，擊穿間隙小，對提高電火花加工精度有利，廣泛應(yīng)用于電火花穿孔、成型，以及電火花磨削。06電火花成型加工的工藝方法及實例PARTSIX型腔的加工方法型腔的加工比較困難，由于均是盲孔加工，因此工作液循環(huán)和蝕除產(chǎn)物排出條件差，工具電極損耗后無法靠主軸進給補償精度，金屬蝕除量大。其次是加工面積變化大，在加工過程中，電規(guī)準的變化范圍也較大，因為型腔形狀復(fù)雜，電極損耗不均勻，所以對加工精度影響也很大。因此，對型腔的電火花加工，既要求蝕除量大，加工速度高，又要求電極損耗低，并保證加工精度和表面粗糙度。型腔的電火花加工主要有單電極平動加工法"多電極更換加工法、分解電極加工法和集束電極加工法等。單電極平動加工法01多電極更換加工法02分解電極加工法03集束電極加工法0407電火花穿孔加工的工藝方法及實例PARTSEVEN電火花穿孔加工的應(yīng)用范圍１．電火花穿孔加工的應(yīng)用模具加工：粉末冶金模的直壁深型孔加工；擠壓模、拉絲模的型孔加工；沖裁模的凹凸模、卸料板及固定板的加工。小孔及異形孔加工：直徑較小的圓孔或異形小孔加工，如噴絲頭、異形噴絲板等。螺紋加工：淬硬材料的螺孔加工。特殊零件加工：高硬度、高韌性、易變形、易破碎的零件、耐熱合金及特殊形狀的型孔加工。電火花穿孔加工的應(yīng)用范圍２．電火花穿孔加工的特點電火花穿孔加工能完成一般機械加工難以完成的復(fù)雜型孔加工，且型孔形狀越復(fù)雜，越能顯示出電火花穿孔加工的優(yōu)越性。當電火花穿孔加工用于沖模加工時，間隙均勻，刃口平直，提高了模具的質(zhì)量。由于電火花穿孔加工將產(chǎn)生一定厚度的變質(zhì)層，而有些模具不允許變質(zhì)層存在，所以必