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1、三爪异型孔电火花加工工艺实验研究摘要：与传统的切削加工方法不同，电加工是利用工具电极和工件两极之间脉冲放电时产生的电腐蚀现象对工件进行尺寸加工的加工方法。本文在分析线切割、电火花成型加工基本原理和工艺特点的基础上,进行了三爪异型孔电火花加工工艺实验研究。采用慢走丝和螺纹孔连接的方式分别制备和安装电极；经过分析，选择合适的电参数加工出合格的零件。 要进一步说明关键词：电火花；电极；电火花成型加工；线切割The Technology Experimental Study of Three-jaw Profile Hole ElectrosparkingAbstract:It is differen
2、t from tradition cutting process that electromachining is a processing method，which uses the electrocorrosion phenomenon which is produced by pulse discharge between tool electrode and both ends of the workpiece.The article was based on the basic principle and the process characteristics of wire-ele
3、ctrode cutting and Edm molding process.Doing the technology experimental study of three-jaw profile hole electrosparking.The way of slow-feeding EDM and threaded-hole connecting were adopted to fabricate and fix the electrode.By the analyse, suitable electrical parameter was selected to produce the
4、suitable part.Key words: Electrospark; Electrode; EDM; Wire-electrode cutting三爪异型孔电火花加工工艺实验研究前言电火花加工是与机械加工完全不同的一种工艺。随着工业生产的发展和科学技术的进步，具有高熔点、高硬度、高强度、高脆性，高粘性和高纯度等性能的新材料不断出现。具有各种复杂结构与特殊工艺要求的工件越来越多，这就使得传统的机械加工方法不能加工或难于加工。因此，人们除了进一步发展和完善机械加工法之外，还努力寻求新的加工方法。电火花加工法能够适应生产发展的需要，并在应用中显示出很多优异性能，因此，得到了迅速发展和日益广泛
5、的应用。电极的制备过程若使用机械加工，则不是那么容易，除了加工工艺繁琐外，还要设计专用的夹具以及专用的刀具等。另外，电极制备好之后，加工工件的时候，用机械的方式不好加工，很小的圆弧倒角很难用机械的方法加工精确；使用电火花加工方法，有以下好处：1.脉冲放电的能量密度高，便于加工特殊材料和复杂形状的工件。2.脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围小。3.加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极小。工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易。4.可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。本次毕业设计是我对大学所学之后进
6、行一次深入的综合性总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要地位，在本次毕业设计中，经过本人的努力，在指导老师的指导下，共同完成了此项设计。在此期间查阅了大量书籍，并且得到相关老师的指点。本说明书共分为4章，第一章介绍了电火花线切割加工技术；第二章介绍了电火花加工技术；第三章介绍了三爪异型孔加工工艺。其中重点是电极、异型孔的加工方法、参数选择与优化。设计的最终成果是能通过对加工方法和参数的选择以及对图纸的分析，实现三爪异型孔加工工艺试验研究。第四章总结与展望第1章 电火花线切割技术1.1 电火花线切割技术的产生及发展20世纪中期, 前苏联鲍.洛.拉扎林柯夫妇研究
7、开关触点受火花放电腐蚀损坏的有害现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了变有害的电蚀为有用的电火花加工方法, 线切割放电机也于1960年发明于苏联。当时以投影器观看轮廓面，前后左右手动进给工作台面加工，其实加工速度虽慢，却可加工传统机械不易加工的微细形状。代表的实用例子是化织喷嘴的三爪异型孔加工。当时使用的加工液是矿物质性油(灯油)。绝缘性高，极间距离小，加工速度低于现在械械，实用性受限。1969年巴黎工作母机展览会中展出，改进加工速度，确立无人运转状况的安全性。但NC纸带的制成却很费事，若不用大型计算机自动程序设计，对使用者是很大的负担。在廉价
8、的自动程序设计装置(Automatic Programed Tools APT)出现前，普及甚缓。1970年9月30日，国营长风机械总厂研制成功“数字程序自动控制线切割机床”，为该类机床国内首创。快走丝线切割机床是目前我国电加工行业的主导产品之一，是模具加工的重要设备,也是电加工机床出口创汇的主要品种。快走丝线切割机床与慢走丝线切割机床相比由于其在性能价格比上的优势，以及它固有的技术特点，近年来被越来越多的国外用户所接受，并已引起外国制造商的注意。有我国特色的数控高速走丝电火花线切割加工技术自60年代末研制成功以来，经过30年的不断完善和发展，现已成为制造业中不可缺少的加工手段。目前，高速走丝
9、线切割机的切割速度已由过去的2040mm2/min普遍提高到100mm2/min以上，有的可达到260mm2/min，机床的加工精度为0.01mm，工件的表面粗糙度为Ra1.252.5m,因而可满足一般模具加工和其他复杂零件制造的要求。随着科学技术的发展，对各类产品的制造要求越来越高，对线切割加工技术也提出了更高的要求。国外(欧美、日本等)研究发展的数控低速走丝电火花线切割机为适应对制造加工技术的要求，采用闭环数字交(直)流伺服控制系统，确保优良的动态性能和高定位精度，加工精度可控制在若干微米以内。同时机床具有数字自适应控制电源、自动穿丝、自动卸除废料、短路自动回退等自动化技术，此外对电极丝张
10、力和工作液压力也可进行控制。由于使用了新技术并注重计算机软件技术的更新和发展，低速走丝线切割机的工艺指标已达到了相当高的水平。即使对形状复杂零件的加工，最高切割速度也可超过300mm2/min；尺寸精度可达到25m；表面粗糙度可达到Ra0.10.2m(多次切割)。机床的自动化程度高，加工稳定性好，已向无人化加工发展。1.2 电火花线切割的基本原理和特点1.2.1 电火花线切割的基本原理电火花线切割加工的基本原理是利用移动的细金属导线（铜线或钼丝）作电极，利用数控技术对工件进行脉冲火花放电、“以不变应万变”切割成形，可切割成形各种二维、三维多维表面。根据电极丝的运行方向和速度，电火花线切割机床通
11、常分为两大类：一类是往复高速走丝（或称快走丝）电火花线切割机床（WEDMHS），一般走丝速度为8-10m/s，这是我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的电火花线切割加工模式；另一类是单向低速走丝（或称慢走丝）电火花线切割机床（WEDMLS），一般走丝速度低于0.2m/s，这是国外生产和使用的主要机种。图1-1a、b为往复高速走丝电火花线切割工艺及机床的示意图。利用细钼丝4作工具电极进行切割，贮丝筒7使钼丝作正反向交替移动，加工能源由脉冲电源3供给。在电极丝和工件之间浇注工作液介质，工作台在水平面两个坐标方向各自按预定的控制程序，根据火花间隙状态作伺服进给移动，从而合成各种曲线轨迹，把工件切割
12、成形。电火花线切割机床按控制方式过去曾有靠模仿型控制和光电跟踪控制，但现在都采用数字程序控制；按加工尺寸范围可分为大、中、小型，还可分为普通型与专用型等。目前国内外的线切割机床采用不同水平的微机数控系统，从单片机、单板机到微型计算机系统，一般都还具有自动编程功能。 a) b)图1-1 电火花线切割原理1-绝缘底板 2-工件 3-脉冲电源 4-钼丝 5-导向轮 6-支架 7-贮丝筒1.2.2 电火花线切割的特点电火花线切割加工过程的工艺和机理，与电火花穿孔成形加工既有共性，又有特性。1. 电火花线切割加工与电火花成形加工的共性表现1）线切割加工的电压、电流波形与电火花加工的基本相似。单个脉冲也有
13、很多形式的放电状态，如开路、正常火花放电、短路等。2）线切割加工的加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律，材料的可加工性等也都与电火花加工的基本相似，可以加工硬质合金等一切导电材料。2.线切割加工相比于电火花加工的不同特点1）由于电极工具是直径较小的细丝，故脉冲宽度、平均电流等不能太大，加工工艺参数的范围较小，属中、精正极性电火花加工，工件常接脉冲电源正极。2）采用水或水基工作液，不会引燃起火，容易实现安全无人运转，但由于工作液的电阻率远比煤油小，因而在开路状态下，仍有明显的电解电流。电解效应稍有益于改善加工表面粗糙度，但对硬质合金等会使钴元素过多蚀除，恶化表面质量。3）一般没有稳定电弧放电状
14、态。因为电极丝与工件始终有相对运动，尤其是高速走丝电火花线切割加工，因此，线切割加工的间隙状态可以认为是由正常火花放电、开路和短路这三种状态组成，但往往在单个脉冲内有多种放电状态，有“微开路”、“微短路”现象。4）电极与工件之间存在着“疏松接触”式放电现象。研究结果表明，当柔性电极丝与工件接近到通常认为的放电间隙（例如8-10um）时，并不发生火花放电，甚至当电极丝已接触到工件，从显微镜中已看不到间隙时，也常常看不到火花，只有当工件将电极丝顶弯，偏移一定距离（几微米到几十微米）时，才发生正常的火花放电。亦即每进给1um，放电间隙并不减小1um，而是钼丝增加一点张力，向工件增加一点侧向压力，只有
15、电极丝和工件之间保持一定的轻微接触压力，才形成火花放电。可以认为，在电极丝和工件之间存在着某种电化学产生的绝缘薄膜介质，当电极丝被顶弯所造成的压力和电极丝相对工件的移动摩擦使这种介质减薄到可被击穿的程度，才发生火花放电。放电发生之后产生的爆炸力可能使电极丝局部振动而脱离接触，但宏观上仍是轻压放电。5）省掉了成形的工具电极，大大降低了成形工具电极的设计和制造费用，用简单的工具电极，靠数控技术实现复杂的切割轨迹，缩短了生产准备时间，加工周期短，这不光对新产品的试制很有意义，对大批生产也增加了快速性和柔性。6）电极丝比较细，可以加工微细异性孔、窄缝和复杂形状的工件。由于切缝很窄，且只对工件材料进行“
16、套料”加工，所以实际金属去除量很少，材料的利用率很高，这对加工、节约贵重金属有重要意义。7）由于采用移动的长电极丝进行加工，使单位长度电极丝的损耗较少，从而对加工精度的影响比较小，特别在低速走丝线切割加工时，电极丝一次性使用，电极丝损耗对加工精度的影响更小。电火花线切割加工有许多突出的长处，因而在国内外发展都较快，已获得了广泛的应用。1.3 电火花线切割技术的应用线切割加工为新产品试制、精密零件加工及模具制造开辟了一条新的工艺途径，主要应用于以下几个方面。（1）加工模具 适用于各种形状的冲模。调整不同的间隙补偿量，只需一次编程就可以切割凸模、凸模固定板、凹模及卸料板等。模具配合间隙、加工精度通
17、常都能达到0.01-0.02mm（双向高速走丝线切割机）和0.002-0.005mm（单向低速走丝线切割机）的要求。此外，还可加工挤压模、粉末冶金模、弯曲模、塑压模等，也可加工带锥度的模具。（2）切割电火花成形加工用的电极 一般穿孔加工用的电极以及带锥度型腔加工用的电极，以及铜钨、银钨合金之类的电极材料，用线切割加工特别经济，同时也适用于加工微细复杂形状的电极。（3）加工零件 在试制新产品时，用线切割在坯料上直接割出零件，例如试制切割特殊微电机硅钢片定转子铁心，由于不需另行制造模具，可大大缩短制造周期、降低成本。另外修改设计、变更加工程序比较方便，加工薄件时还可多片叠在一起加工。在零件制造各方
18、面，可用于加工品种多，数量少的零件，特殊难加工材料的零件，材料试验样件，各种型孔、型面、特殊齿轮、凸轮、样板、成型刀具。有些具有锥度切割的线切割机床，可以加工出“天圆地方”等上下异型面的零件。同时还可进行微细加工，异型槽和标准缺陷的加工等。1.4 电火花线切割加工机床简介1.4.1快走丝线切割机床组成主要由主机、机床电气箱、工作液箱、自适应脉冲电源和数控系统等组成，如图1-2所示。 图1-2 线切割机床外观图1动丝筒； 2线架； 3锥度装置； 4电极丝； 5工作台；6工作液箱； 7床身；8操纵盒； 9控制柜1.4.2 电火花线切割机床的分类(1)根据控制方式的不同，电火花线切割机床分为：电气靠
19、模线切割机床；光电跟踪线切割机床；数字控制线切割机床。 (2)根据电极丝走丝方式的不同，数控线切割机床分为：快走丝线切割机床；慢走丝线切割机床。(3)快走丝线切割机床线电极运行速度较快(300700mmin)。可双向往复运行，即丝电极可重复使用，直到丝电极损耗到一定程度或断丝为止。常用线电极为：钼丝(0.10.2mm)。工作液通常为：乳化液或皂化液。由于电极丝的损耗和电极丝运动过程中换向的影响，其加工精度要比慢走丝差，表面粗糙度要高；尺寸精度：0.0150.02mm；表面粗糙度R：1252.5m。一般尺寸精度最高可达到：001mm，表面粗糙度R为：0.631.25m。(4)慢走丝线切割机床线电
20、极运行速度较低(0.515m/min)。线电极只能单向运动，不能重复使用，这样可避免电极损耗对加工精度的影响。丝电极有：紫铜、黄铜、钨、钼和各种合金，直径一般为0.10.35mm。工作液：去离子水、煤油。尺寸精度：0.001mm。表面粗糙度：Ra：0.3m。第2章 电火花加工技术2.1电火花加工技术的产生及发展传统的机械加工已有很久的历史，它对人类生产和物质文明起到了极大的作用。例如18世纪70年代就发明了蒸汽机，但苦于制造不出有配合要求、高精度的蒸汽机气缸，无法推广应用。直到有人创造出和改进了气缸镗床，解决了蒸汽机主要部件的加工工艺，才使蒸汽机获得广泛应用，引起了世界性的第一次产业革命。这一
21、事实充分说明了加工方法对新产品的研制、推广和社会经济等起着多么重大的作用。随着新材料、新结构的不断出现，情况将更是这样。但是从第一次产业革命以来，一直到第二次世界大战以前，在这段长达150多年都靠机械切削加工（包括磨削加工）的漫长年代里，并没有产生特种加工的迫切要求，也没有发展特种加工的充分条件，人们的思想一直还局限在自古以来传统的用机械能量和切削力来除去多余的金属，以达到加工要求这一框框之内。直到1943年，前苏联拉扎林科夫妇研究开关触点遭受火花放电腐蚀损坏的有害现象和原因，发现电火花的瞬时高温可使局部的金属熔化、气化而被蚀除掉，开创和发明了变有害的电蚀为有用的电火花加工方法，用铜杆在淬火钢
22、上加工出小孔，可用软的工具加工任何硬度的金属材料，首次摆脱了传统的切削加工方法，直接利用电能和热能来去除金属，获得“以柔克刚”的效果。切削加工的本质和特点为：一是靠刀具材料比工件硬；二是靠机械能把工件上多余的材料切除。一般情况下这是行之有效的方法。但是，当工件才来愈来愈硬，加工表面愈来愈复杂时，“物极必反”，原来行之有效的方法转化为限制生产率和影响加工质量的不利因素了。于是人们开始探索用软的工具加工硬的材料。不仅用机械能而且还采用电、化学、光、声等能量来进行加工。到目前为止，已经找到了多种这一类的加工方法。为区别于现有的金属切削加工，这类新加工方法统称为特种加工，国外称作非传统加工（NTM，N
23、on-traditional Machining）或非常规机械加工（NCM，Non-Conventional Machining）。它们与切削加工的不同本质和特点是：1）不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量（如电、化学、光、声、热等）去除金属材料。2）工具硬度可以低于被加工材料的硬度，如激光、电子束等加工时甚至没有成形的工具。3）加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力，如电火花、线切割、电解加工时工具与工件不接触。正因为特种加工工艺具有上述特点，所以就总体而言，特种加工可以加工任何硬度、强度韧性、脆性的金属或非金属材料，且专长于加工复杂、微细表面和低刚度零件。同时，有些方法还可用以进
24、行超精加工、镜面光整加工和纳米级（原子级）加工。2.2电火花加工的基本原理和特点2.2.1电火花加工的基本原理电火花加工（Electrospark Machining）在日本和欧美又称放电加工（Electrical Discharge Machining，简称EDM），在20世纪40年代开始研究并逐步应用于生产。它是在加工过程中，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、瞬时产生的高温把金属蚀除下来。因放电过程中可见到火花，故在前苏联和我国称之为电火花加工，现俄罗斯也称电蚀加工（Electroerosion Machining）。电火花加工的原理是基于工具和工件（正、负电极）之间
25、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。电腐蚀现象早在19世纪初就被人们发现了，例如在插头或电器开关触点开、闭时，往往产生火花而把接触表面烧毛、腐蚀成粗糙不平的凹坑而逐渐损坏。长期以来电腐蚀一直被认为是一种有害的现象，人们不断地研究电腐蚀的原因并设法减轻和避免它。但事物都是一分为二的，有害和有利，缺点和优点是可以互相转化的。只要掌握规律，在一定条件下可以把坏事转化为好事，把有害变为有用。研究结果表明，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。这
26、样，人们在研究防止电火花腐蚀办法的同时，开始研究利用电腐蚀现象对金属材料进行尺寸加工。要达到这一目的，必须创造以下条件，解决下列问题：1）必须使工具电极和工件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0.02-0.1mm。如果间隙过大，极间电压不能击穿极间工作液介质，因而不会产生火花放电；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，使其和工件的加工表面保持某一放电间隙。2）火花放电必须是瞬时的脉冲性放电（图2-1）。放电间隙加上电压后，延续一段时间，需停歇一段时间，延续时间一般为1-1000
27、us，停歇时间一般需20-100us，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，把每一次的放电蚀除点分别局限在很小的范围内，否则，像持续电弧放电那样，会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上部为脉冲电源的空载、火花放电、短路电压波形，其下对应地为空载电流、火花放电流和短路电流。图中为脉冲宽度；为脉冲间隔；为击穿延时；为放电时间；为脉冲周期；为脉冲峰值电压或空载电压，一般约80-100V；为脉冲峰值电流；为短路峰值电流。图2-1 晶体管脉冲电源电压、电流波形3）火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，例如煤油、皂化液或去离子水等。液体介质又称工
28、作液，它们必须具有较高的绝缘强度（电阻率为-cm），以有利于产生脉冲性的火花放电。同时，液体介质还能把电火花加工过程中产生的金属小屑、炭黑、小气泡等电蚀产物从放电间隙中悬浮排除出去，并且对电极和工件表面有较好的冷却作用。以上这些问题的综合解决，是通过图2-2所示的电火花加工系统来实现的。工件1与工具4分别与脉冲电源2的两输出端相连接。自动进给调节装置3（此处为电动机及丝杆螺母机构）使工具和工件间经常保持一很小的放电间隙，当脉冲电压加到两极之间时，便在当时条件下工具端面和工件加工表面间某一相对间隙最小处或绝缘强度最低处击穿介质，在该局部产生火花放电，瞬时高温使工具和工件表面都蚀除掉一小部分金属，
29、各自形成一个小凹坑。图2-3a表示单个脉冲放电后的电蚀坑。脉冲放电结束后，经过一段间隔时间（即脉冲间隔），使工作液恢复绝缘后，第二个脉冲电压又加到两极上，又会在当时极间距离相对最近或绝缘强度最弱处击穿放电，又电蚀出一个小凹坑。图2-3b表示多次脉冲放电后的电极表面。这样，随着相当高的频率，连续不断地重复放电，工具电极不断地向工件进给，放电点不断“转移”，就可将工具的形状复制在工件上，加工出所需要的零件，整个加工表面将由无数个小凹坑所组成。图2-2 电火花加工原理示意图1-工件 2-脉冲电源 3-自动进给调节装置4-工具 5-工作液 6-过滤器 7-工作液泵 a) b)图2-3 电火花加工表面局
30、部放大图2.2.2 电火花加工的特点1. 主要优点（1）适合于任何难切削导电材料的加工 由于加工中材料的去除是靠放电时的电热作用实现的，材料的可加工性主要取决于材料的导电性及其热学特性，如熔点、沸点、比热容、热导率、电阻率等，而几乎与其力学性能（硬度、强度等）无关。这样可以突破传统切削加工对刀具的限制，实现用软的工具加工硬韧的工件，甚至可以加工像聚晶金刚石、立方氮化硼一类的超硬材料。目前电极材料多采用纯铜（俗称紫铜）、黄铜或石墨，因此工具电极较容易加工。（2）可以加工特殊及复杂形状的表面和零件 由于加工中工具电极和工件不直接接触，没有机械加工宏观的切削力，因此适宜加工低刚度工件及作微细加工。由
31、于可以简单地将工具电极的形状复制到工件上，因此特别适用于复杂表面形状工件的加工，如复杂型腔模具加工等。数控技术的采用使得用简单的电极加工复杂形状零件也成为可能。2. 电火花加工的局限性1）主要用于加工金属等导电材料，但在一定条件下也可以加工半导体和非半导体材料。2）一般加工速度较慢。通常安排工艺时多采用切削加工来去除大部分余量，然后再进行电火花加工以求提高生产效率。但已有研究成果表明，采用特殊水基不燃性工作液进行电火花加工，其生产率甚至可不亚于切削加工。3）存在电极损耗。由于电极损耗多集中在尖角或底面，影响成形精度。但近年来粗加工时已能将电极相对损耗比降至0.1%以下，甚至更小。2.3 电火花
32、加工技术的应用由于电火花加工具有许多传统切削加工所无法比拟的优点，因此其应用领域日益扩大，目前已广泛用于机械（特别是模具制造）、宇航、航空、电子、电机电器、精密机械、仪器仪表、汽车、拖拉机、轻工等行业，以解决难加工导电材料及复杂形状零件的加工问题。加工范围已达到小至几微米的小轴、孔、缝，大到几米的超大型模具和零件。2.4 电火花加工机床简介2.4.1 电火花加工机床的分类电火花加工在特种加工中是比较成熟的工艺，在民用、国防生产部门和科学研究中已经获得广泛应用，它相应的机床设备比较定型，并有好些专业工厂从事生产制造。电火花加工工艺及机床设备的类型较多，但按工艺过程中工具与工件相对运动的特点和用途
33、等来分，大致可以分为六大类，其中应用应用最广、数量较多的是电火花穿孔成形加工机床和电火花线切割机床，本节主要介绍电火花穿孔成形加工机床。2.4.2电火花加工机床组成电火花穿孔成形加工机床主要由主机（包括自动调节系统的执行机构）、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。1.机床总体部分主机主要包括：主轴头、床身、立柱、工作台及工作液槽几部分，机床的整体布局，按机床型号的大小，可采用如图2-4所示结构，图2-4a为其组成部分，图2-4b为其外形。床身和立柱是机床的主要结构件，要有足够的刚度。床身工作台面与立柱导轨面间应有一定的垂直度要求，还应有较好的精度保持性，这就要求导轨具有
34、良好的耐磨性和充分消除材料内应力等。作纵横向移动的工作台一般都带有坐标装置。常用的是靠刻度手轮来调整位置。随着要求加工精度的提高，可采用光学坐标读数装置、磁尺数显等装置。近年来，由于工艺水平的提高及微机、数控技术的发展，国外广泛生产有两坐标、三坐标数控伺服控制的，以及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，有的机床还带有工具电极库，可以自动更换工具电极，成为电火花加工中心。数控电火花机床的坐标位移脉冲当量为1um。 a)组成部分 b)外形 图2-4 电火花穿孔成形加工机床 1-床身 2-工作液槽 3-主轴头 4-立柱 5-工作液箱 6-电源箱2. 主轴头主轴头是电火花成型机
35、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。对主轴的要求是：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，以适应自动调节系统的惯性小、灵敏度好、能承受一定负载的要求。主轴头主要由进给系统、上下移动导向和水平面内防扭机构、电极装夹及其调节环节组成。图2-5 喷嘴-挡板式电液压自动调节器工作原理1-油箱 2-溢流阀 3-叶片液压泵 4-电动机5、13-压力表 6-过滤器 7-节流孔 8-喷嘴 9-电-机械转换器10-动圈 11-静圈 12-挡板 14-液压缸 15-活塞 16-工具电极 17-工件电-液压式主轴头的结构是：液压缸固定、活塞连同主轴上下移
36、动（见前图2-5）。由于液压系统易漏油污染，液压泵有噪声，油箱占地面积大，液压进给难以数字化控制，因此随着步进电动机、力矩电动机和数控直流、交流伺服电动机的出现和技术进步，电火花机床中已越来越多地采用电-机械式主轴头。进给丝杠常由电动机直接带动，方形主轴头的导轨可采用矩形滚柱或滚针导轨。现在大部分电火花机床的主轴进给已实现了数控、数显。3. 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。4. 工作液循环、过滤系统工作液循环过滤系统包括工作液（煤油）箱、电动机、泵、过滤装置、工作液槽、
37、油杯、管道、阀门以及测量仪表等。放电间隙中的电蚀产物常采用强迫循环的办法加以排除，以免间隙中电蚀产物过多，引起已加工过的侧表面间“二次放电”。图2-6为工作液强迫循环的两种方式。图a、b为冲油式，较易实现，排屑冲刷能力强；图c、d为抽油式，在加工过程中，分解出来的气体易积聚在抽油回路的死角处，遇电火花易燃会爆炸“放炮”，因此，一般用得较少，但在要求小间隙、精加工时也有使用的。 a) c) b) d)图2-6 工作液强迫循环方式a)、b)冲油式 c)、d)抽油式为了不使工作液越用越脏，影响加工性能，必须加以净化、过滤。其具体方法有：(1)自然沉淀法 这种方法速度太慢，周期太长，只用于单件小用量或
38、精微加工。(2)介质过滤法 此法常用黄沙砂、木屑、棉纱头、过滤纸、硅藻土、活性炭等为过滤介质。这些介质各有优缺点，但对中小型工件、加工用量不大时，一般都能满足过滤要求，可就地取材，因地制宜。其中以过滤纸效率较高，性能较好，已有专用过滤装置生产供应。目前生产上应用的循环系统形式很多，常用的工作液循环过滤系统应可以冲油，也可以抽油，目前国内已有多家专业工厂生产工作液过滤循环装置。第3章 三爪异型孔电火花加工工艺3.1 电极的制备三爪异型孔设计与制备要求如下图3-1：图3-1 三爪异型孔3.1.1 电极材料的选择在电火花加工过程中，电极用来传输电火花成型加工，蚀除工件材料；电极材料必须具有导电性能良
39、好、损耗小、加工成形容易、加工稳定、效率高、材料来源丰富、价格便宜等特点；电极的放电速度、加工精度以及表面粗糙度，取决于电极材料的选择。1 电极材料的加工性能及特点电火花加工型腔常用的电极材料主要有紫铜、石墨，特殊情况下也可采用铜钨合金与银钨合金材料。下文重点对紫铜的加工性能及特点作介绍。紫铜是目前在电加工领域应用很多的电极材料。紫铜材料塑性好，可机械加工成形，锻造成形、电铸成形及电火花线切割成形等，能制成各种复杂的电极形状，但难于磨削加工。用于电火花加工的紫铜必须是无杂质的电解铜，最好经过锻打。紫铜加工稳定性好，在电火花加工过程中，物理性能稳定，能比较容易获得稳定的加工状态，不容易产生电弧等
40、不良现象，在较困难的条件下也能稳定加工。精加工中采用低损规准可获得轮廓清晰的型腔，因组织结构致密，加工表面光洁度高，配合一定的工艺手段和电源后，表面加工粗糙度可达Ra0.025um的镜面超光加工。但因本身材料熔点低（1083），不宜承受较大的电流密度，一般不能超过30A电流的加工，否则会使电极表面严重受损、龟裂，影响加工效果。紫铜热膨胀系数较大，在加工深窄筋位部分，较大电流下产生的局部高温很容易使电极发生变形。紫铜电极通常采用低损耗的加工条件，由于低损耗加工的平均电流较小，其生产率不高，故常对工件进行预加工。见过火烙铁的人就会知道其就是紫铜材料做的，它熔点高，比热容也高，用它做电极是为了防止电
41、极触点烧熔。紫铜（纯铜）电极：高纯度，组织细密，含氧量极低，导电性能佳，电蚀出的模具表面光洁度高，经热处理工艺，电极无方向性。2. 电极材料选择的综合考虑如何能够应用有限的资源提高产值？如何在同等情况下节省时间、费用与能源？选择电极材料时，应综合考虑各方面的因素，对各种电极材料作出对比，合理选择电极材料。（1）电极材料必须具备的特点。在电火花加工过程中，电极用来传输电火花成型加工，蚀除工件材料。电极材料必须具有导电性能良好、损耗小、加工成形容易、加工稳定、效率高、材料来源丰富、价格便宜等特点。（2）电极材料的选择原则。合理选择电极材料，可以从下列方面进行考虑：电极是否容易加工成形；电极的放电加
42、工性能如何；加工精度、表面质量如何；电极材料的成本是否合理；电极的重量如何。在很多情况下，选择不同的电极材料各有其优劣之处，这就要求抓住加工的关键要素。如果进行高精度加工，那就要抛弃电极材料成本的考虑，如果要求进行高速加工，那就要将加工精度要求放低。很多企业在选择电极材料上，根本就不作考虑，大小电极一律习惯选用紫铜，这种做法在通常加工中就明显存在问题，影响加工效果，在精细加工中往往会埋怨机床损耗太大，需要采用很多个电极进行加工，大型电极也选用紫铜，致使加工所耗时间太多。（3）电极材料选择的优化方案。即使是同一工件的加工，不同加工部位的精度要求都是不一样的。选择电极材料在保证加工精度的前提下，应
43、以大幅提高加工效率为目的。高精度部位的加工可选用铜作为粗加工电极材料，选用铜钨合金作为精加工材料；较高精度部位的加工粗精加工均可选用铜材料；一般加工可用石墨作为粗加工材料，精加工选用铜材料或者石墨也可以；精度要求不高的情况下，粗精加工均选用石墨。这里的优化方案还是强调、充分利用石墨电极加工速度快的特点。综合以上因素考虑，所以我选择运用紫铜作为本次试验所用的电极材料。3.1.2 加工工艺参数的选择1线切割加工的主要工艺指标1）切割速度保持一顶多编码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出的面积总和称为切割速度，单位为mm /min。最高切割速度是指在不计切割方向和表面粗糙度等条件下
44、，所能达到的切割速度。通常高速走丝线切割速度为80-180mm/min，它与加工电流大小有关。为了比较不同输出电流脉冲电源的切割效果，将每安培的切割速度称为切割效率，一般切割效率为20mm/（minA）。2）表面粗糙度和电火花加工表面粗糙度一样，我国和欧洲常用轮廓算术平均偏差Ra(m)来表示，而日本常用Rmax（m）来表示。高速走丝线切割一般的表面粗糙度为Ra5-2.5m，最佳也可达Ra0.04m。3）电极丝损耗量对高速走丝机床，用电极丝在切割10000mm面积后电极丝直径的减少来表示。一般每切割10000m后，钼丝直径减少不应大于0.01mm。4）加工精度加工精度是指加工工件的尺寸精度、形状
45、精度（如直线度、平面度、圆度等）和位置精度（如平行度、垂直度、倾斜度等）的总称。快速走丝线切割的可控加工精度在0.01-0.02mm左右，低速走丝线切割可达0.002-0.005m左右。2. 电参数选择及对线切割加工的主要工艺指标的影响在线切割加工过程中，从上述的微观物理过程来看，电参数对加工质量的影响是相当大的。电参数主要指开路电压、峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔等。线切割加工的主要工艺指标指切割速度、表面粗糙度、电极丝损耗量、加工精度。(1)开路电压ui开路电压u，是指间隙开路或间隙击穿之前的极间峰值电压，等于电源的直流电压，会引起放电峰值电流和放电间隙的改变。u，提高，加工电流和加工间隙增
46、大，切割速度提高，也有利于放电产物的排除和消电离，提高了加工稳定性，但易造成电极丝振动，通常还会使丝损加大，甚至断丝，进而影响加工精度。在采用乳化液介质和快走丝的方式下，一般ui=60V一150V。(2)峰值电流ie峰值电流ie是指放电电流的最大值，它是决定单个脉冲能量的主要因素之一。ie增大时，切割速度提高，表面粗糙度变差，电极丝损耗比加大甚至断丝。一般ie主要根据表面粗糙度和电极丝直径来选择。要求Ra 小于1.25m时，取ie 4.SA；要求Ra在125 m一2.5 m之间时，取ie= 6A一12A。电极丝直径越粗，ie可取越大。(铂丝直径0.06 mm，ie= 15A；钥丝直径0.08
47、mm，ie=20A；钥丝直径0. lmm，ie=25A；铂丝直径0.12mm，ie=30A；铂丝直径0. 15mm，ie= 37A；铂丝直径0.18mm，ie=45A)。(3)脉冲宽度ti脉冲宽度t，是指脉冲电流的持续时间，简称脉宽。在其他加工条件相同时，随着脉宽增加，单个脉冲能量增大，放电腐蚀的小坑大而深，切割速度随之加快，而加工精度和表面粗糙度变差。试验证明，改变脉宽不如改变峰值电流对切割速度的影响来得显著，但是脉宽的增大可明显减少电极丝损耗。脉宽和峰值电流对电极丝损耗的影响效果是综合性的，生产中不能单纯追求切割速度或电极丝损耗中的某一项指标，应使脉宽和峰值电流保持一定关系，兼顾两项指标。切割速度提高不多，且电极丝损耗增大。在分组脉冲及光整加工时，ti可小至0.5，能改善表面粗糙度至Ra小于1.25m。(4)脉冲间隔t0脉冲间隔t0
