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1、哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术第第4章电火花加工章电火花加工1贾宝贤贾宝贤 (5687026 Electrical Discharge MachiningEDM哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术课程内容大纲课程内容大纲21 1绪论绪论2 2电火花加工电火花加工3 3电火花线切割加工电火花线切割加工4 4电化学加工电化学加工5 5超声波加工超声波加工6 6磨料与水喷射加工磨料与水喷射加工7 7激光加工激光加工8 8快速快速原原型型制造制造9 9电子束、离子束加工电子束、离子束加工1010化学、等离子体、磁性磨料加工化学、等离子体、磁性磨料加工、挤压珩磨、挤压珩磨哈
2、工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术本章内容本章内容31 1放电现象放电现象2 2电火花加工的基本原理和特点电火花加工的基本原理和特点3 3电火花加工的基本规律电火花加工的基本规律4 4电火花加工机床电火花加工机床5 5电火花加工自动进给调节系统电火花加工自动进给调节系统6 6电火花穿孔成型加工电火花穿孔成型加工7 7其他电火花加工其他电火花加工哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术电火花的基本概念电火花的基本概念 (a)电电火火花花为为脉脉冲冲式式的的瞬瞬时时放放电电，如如：雷雷电电放放电电、静静电电放放电电、电电磁磁感感应应放放电电等等等等。电电火火花花一一般般是是尖尖
3、端端放放电电现现象象，持持续续时时间间短短，并并伴随自由电荷的转移，发光发热，不同于一般的燃烧现象。伴随自由电荷的转移，发光发热，不同于一般的燃烧现象。4哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术电火花的基本概念电火花的基本概念(b)电弧为连续放电，并发出强烈的光辉。电弧为连续放电，并发出强烈的光辉。应应用用之之一一：HID（High Intensity Discharge）中中文文翻翻译译：“高高强强度度气气体体放放电电灯灯”，是是依依据据电电弧弧放放电电原原理理，激活灯内的氙气来发光，取代传统的钨丝燃烧发光。激活灯内的氙气来发光，取代传统的钨丝燃烧发光。应用之二：电焊应用之二：电焊应
4、应用用之之三三：电电火火花花加加工工，又又称称为为放放电电加加工工，Electrical Discharge Machining，简称，简称EDM。5哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术放电现象放电现象 当当两两电电极极接接近近时时，也也会会发发生生放放电电，例例如如电电灯灯开开关关在在合合上上和和拉拉开开时时，产产生生局局部部放放电电，可可看看到到电电弧弧光光。使使开开关关的的接接触触部部位位烧烧蚀蚀，这这种种现现象象称称为为电电蚀蚀。这这种种现现象象早早在在18701870年年，就被英国科学家普里斯特利发现了。就被英国科学家普里斯特利发现了。6哈工大哈工大(威海威海)现代加工技
5、术现代加工技术放电现象的利用放电现象的利用 19341934年年，前前苏苏联联科科学学家家拉拉扎扎连连柯柯夫夫妇妇，研研究究开开关关触触点点遭遭受受火火花花放放电电腐腐蚀蚀损损坏坏的的现现象象和和原原因因，发发现现电电火火花花的的瞬瞬时时高高温温可可使使局局部部的的金金属属熔熔化化、气气化化而而被被腐腐蚀蚀掉掉，于于是是，开开创创和和发发明明了了新新的的加加工工方方法法电火花加工电火花加工。该该方方法法就就是是在在加加工工过过程程中中，使使工工具具和和工工件件之之间间不不断断产产生生脉脉冲冲性性的的火火花花放放电电，放放电电时时局局部部瞬瞬时时产产生生的的高高温温把把金金属属蚀蚀除除下下来来。
6、从从而而使使零零件件的的尺尺寸寸、形形状状和和表表面面质质量量达达到到预预定定技技术术要要求求的的一一种种加加工工方方法法。在在特特种种加加工工中中，电电火火花花加加工工的的应应用用最为广泛。最为广泛。7视频：电火花视频：电火花 高清高清6-52.flv6-52.flv哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术4.1 电火花加工的基本原理和特点电火花加工的基本原理和特点一、电火花加工原理一、电火花加工原理8哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术电火花加工机理9视频：电火花加工机理视频：电火花加工机理.wmv.wmv哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术电蚀坑电蚀坑 由
7、由于于通通道道的的截截面面积积很很小小，放放电电时时间间极极短短，致致使使能能量量高高度度集集中中（106107W/mm2)，放放电电区区域域产产生生的的瞬瞬时时高高温温,可可达达10000以以上上，足足以以使使材材料料溶溶化化甚甚至至蒸蒸发发，灼灼热热的的金金属属蒸蒸气气具具有有很很大大的的压压力力,引引起起剧剧烈烈的的暴暴炸炸,而而将将熔熔融融的的金金属属抛抛出出,以以致致形形成成一一个个小小凹凹坑坑。第第一一次次脉脉冲冲放放电电结结束束后后，经经过过很很短短的的时时间间间间隔隔，第第二二个个脉脉冲冲又又在在另另一一极极间间最最近近点点击击穿穿放放电电。如如此此周周而而复复始始高高频频率率
8、地地重重复复地地循循环环下下去去，工工具具电电极极不不断断地地向向工工件件进进给给，它的形状最终就复制在工件上，形成所需要的加工表面。它的形状最终就复制在工件上，形成所需要的加工表面。15哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术二、电火花加工的条件二、电火花加工的条件v1.1.极间保持一定放电间隙极间保持一定放电间隙 自动进给调节系统自动进给调节系统v间隙过大：不能击穿间隙过大：不能击穿v间隙过小：短路接触间隙过小：短路接触v2.2.瞬时的脉冲放电（瞬时的脉冲放电（1010-7-7 10 10-3-3 s s）脉冲电源脉冲电源v连续放电：电弧放电，无法控制尺寸连续放电：电弧放电，无法控
9、制尺寸v3.3.两电极之间必须充入介质两电极之间必须充入介质 工作液循环过滤系统工作液循环过滤系统v工作液：煤油、皂化液、去离子水工作液：煤油、皂化液、去离子水v工作液的作用工作液的作用v有利于火花放电有利于火花放电v排除电蚀产物排除电蚀产物v冷却电极和工件冷却电极和工件16视频：电火花条件视频：电火花条件-成形成形-穿孔穿孔.flv.flv哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术三、电火花加工设备的组成三、电火花加工设备的组成 如如图图所所示示，加加工工时时，脉脉冲冲电电源源的的一一极极接接工工具具电电极极，另另一一极极接接工工件件。两两极极均均浸浸入入具具有有绝绝缘缘性性的的液液体
10、体介介质质中中。工工具具电电极极由由自自动动进进给给调调节节装装置置控控制制，以以保保证证工工具具与与工工件件在在正正常常加加工工时时维维持持一一很很小小的的放放电电间间隙隙（0.01-0.05mm）。）。17哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术四、电火花加工的特点四、电火花加工的特点 (1)(1)可可以以加加工工任任何何高高强强度度、高高硬硬度度、高高韧韧性性、高高脆脆性性以以及及时时高高纯纯度度的的导导电电材材料料。如如不不锈锈钢钢、钛钛合合金金、工工业业纯纯铁铁、淬淬火火钢钢、硬硬质质合合金金、导导电电陶陶瓷瓷、立立方方氮氮化化硼硼和和人人造造聚晶金刚石等；聚晶金刚石等；(2
11、)(2)在在加加工工过过程程中中工工具具与与工工件件不不直直接接接接触触，所所以以工工件件无机械变形，方法可加工细长、薄、脆性零件；无机械变形，方法可加工细长、薄、脆性零件；(3)(3)虽虽然然该该方方法法是是利利用用热热效效应应来来切切除除金金属属，但但大大部部分分材材料不变热；料不变热；18哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术四、电火花加工的特点四、电火花加工的特点(4)(4)可可以以在在硬硬度度高高的的材材料料上上，加加工工出出精精度度高高，表表面面质质量量好好的复杂模具；的复杂模具；(5)(5)用用电电火火花花加加工工的的表表面面，是是由由许许多多小小的的弧弧坑坑组组成成，
12、有有助助于油的保存和较好的润滑；于油的保存和较好的润滑；(6)(6)这种方法易于实现自动化。这种方法易于实现自动化。局限性局限性主要用于加工金属等导电材料主要用于加工金属等导电材料加工速度较慢加工速度较慢存在电极损耗，影响加工精度存在电极损耗，影响加工精度19哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术4.2 4.2 电火花加工的基本规律电火花加工的基本规律一、影响材料电蚀量的主要因素一、影响材料电蚀量的主要因素极性效应极性效应电参数电参数(单个脉冲能量单个脉冲能量WM和脉冲频率和脉冲频率)金属材料热学常数金属材料热学常数工作液工作液其他因素其他因素20哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术
13、现代加工技术1.1.极性效应对电蚀量的影响极性效应对电蚀量的影响极性效应极性效应l电火花加工过程中，由于正、负极性不同而电蚀量电火花加工过程中，由于正、负极性不同而电蚀量不同的现象。不同的现象。产生极性效应的原因产生极性效应的原因应用应用l正极性加工：正极性加工：工件接在脉冲电源的工件接在脉冲电源的正极正极l负极性加工：负极性加工：工件接在脉冲电源的工件接在脉冲电源的负极负极 电子的质量电子的质量 正离子的质量正离子的质量电子的惯性小电子的惯性小窄脉冲：正极性加工窄脉冲：正极性加工长脉冲：负极性长脉冲：负极性 加工加工 21哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术2.单个脉冲能量单个脉
14、冲能量WM和脉冲频率和脉冲频率 在在连连续续的的电电火火花花加加工工过过程程中中，一一定定范范围围内内，工工件件或或工工具具的的单单个个脉脉冲冲蚀蚀除除量量与与单单个个脉脉冲冲能能量量成成正正比比。正正、负负极极的的蚀蚀除除速速度度与单个脉冲能量、脉冲频率成正比：与单个脉冲能量、脉冲频率成正比：v提高电蚀量和生产率的途径提高电蚀量和生产率的途径w提高脉冲频率提高脉冲频率f fw增加单个脉冲能量增加单个脉冲能量W WM Mw减小脉冲间隙减小脉冲间隙t to ow提高工艺系数提高工艺系数K K22哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术3.3.金属材料热学常数金属材料热学常数v金属材料热学
15、常数对电蚀量的影响金属材料热学常数对电蚀量的影响w脉冲放电能量相同时，熔点、沸点、比热容、熔脉冲放电能量相同时，熔点、沸点、比热容、熔化热、气化热越高，电蚀量越少；化热、气化热越高，电蚀量越少；w热传导率越大，电蚀量越少；热传导率越大，电蚀量越少；w单个脉冲能量一定时，脉冲电流幅值越小，则脉单个脉冲能量一定时，脉冲电流幅值越小，则脉宽越长，散失的热量越多。电蚀量越少；脉冲电宽越长，散失的热量越多。电蚀量越少；脉冲电流幅值过大，则损耗能量使得材料气化，电蚀量流幅值过大，则损耗能量使得材料气化，电蚀量也将减少。也将减少。23哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术4.4.工作液工作液v工作
16、液对电蚀量的影响工作液对电蚀量的影响w粘粘度度大大的的工工作作液液有有利利于于压压缩缩放放电电通通道道，提提高高放放电电能能量量密密度度，强强化化电电蚀蚀产产物物的的抛抛出出效效应应；但但不不利于电蚀产物的利于电蚀产物的排出排出，影响正常放电。，影响正常放电。v工作液的选择工作液的选择w粗加工粗加工机油：粘度大、介电性能好机油：粘度大、介电性能好w精加工精加工煤油：粘度小、流动性好煤油：粘度小、流动性好24哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术其他因素v其他因素对电蚀量的影响其他因素对电蚀量的影响w碳黑膜现象碳黑膜现象 碳碳氢氢化化合合物物类类的的工工作作液液在在放放电电过过程程发发
17、生生热热分分解解，形形成成带带负负电电的的碳碳胶胶粒粒，吸吸附附在在正正极极表表面面，形形成成一一定定强强度度和和厚厚度度的的化化学学吸吸附附层层，称称为为“碳碳黑黑膜膜”，由由于于碳碳的的熔熔点点和和气气化化点点很很高高，从从而而减减小电极蚀除量。小电极蚀除量。加工前的电极加工前的电极加工前的电极加工前的电极 加工后的电极加工后的电极加工后的电极加工后的电极25哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术其他因素v其他因素对电蚀量的影响其他因素对电蚀量的影响w碳黑膜现象碳黑膜现象 碳碳氢氢化化合合物物类类的的工工作作液液在在放放电电过过程程发发生生热热分分解解，形形成成带带负负电电的的碳
18、碳胶胶粒粒，吸吸附附在在正正极极表表面面，形形成成一一定定强强度度和和厚厚度度的的化化学学吸吸附附层层，称称为为“碳碳黑黑膜膜”，由由于于碳碳的的熔熔点点和和气气化化点点很很高高，从从而而减减小电极蚀除量。小电极蚀除量。w加加工工过过程程的的稳稳定定性性（加加工工深深度度、加加工工面面积积的的增增加加，加加工型面复杂程度的增加，电极材料的选择）工型面复杂程度的增加，电极材料的选择）w脉冲脉冲电源波形及前后沿电源波形及前后沿陡度陡度w电蚀电蚀物抛出速度物抛出速度26哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术二、加工速度与工具损耗速度二、加工速度与工具损耗速度1.加工速度加工速度vWw单位时
19、间内工件的电蚀量称为加工速度单位时间内工件的电蚀量称为加工速度w体积加工速度和重量加工速度体积加工速度和重量加工速度提高加工速度的途径提高加工速度的途径w提高脉冲频率提高脉冲频率w增加单个脉冲能量增加单个脉冲能量w提高工艺系数提高工艺系数27哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术2.2.工具相对损耗工具相对损耗v工具损耗速度工具损耗速度vE Ew单位时间内工具的电蚀量单位时间内工具的电蚀量v工具损耗比工具损耗比w工具损耗速度与加工速度的比值，称为损耗比。工具损耗速度与加工速度的比值，称为损耗比。w体积相对损耗体积相对损耗28哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术降低工具损耗
20、的措施(1)(1)正确选择极性和脉宽正确选择极性和脉宽一般情况下，短脉冲精加工采一般情况下，短脉冲精加工采用正极性加工；长脉冲粗加工用正极性加工；长脉冲粗加工采用负极性加工。采用负极性加工。(2)(2)利用吸附效应利用吸附效应负极性加工时，在一定条件下，负极性加工时，在一定条件下，工具表面可以形成一定强度和工具表面可以形成一定强度和厚度的化学吸附层（碳黑膜），厚度的化学吸附层（碳黑膜），对电极起到保护和补偿作用，对电极起到保护和补偿作用，实现实现“低损耗低损耗”加工。加工。29哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术降低工具损耗的措施降低工具损耗的措施(3)(3)利用传热效应利用传热效
21、应选择导热性能比工件好的工具电极。选择导热性能比工件好的工具电极。(4)(4)选择合适的材料选择合适的材料铜：熔点低，但导热性好，因此损耗小，又能制成各种精密、铜：熔点低，但导热性好，因此损耗小，又能制成各种精密、复杂电极复杂电极石墨：热学性能好，长脉冲粗加工中可以吸附游离的碳来补偿石墨：热学性能好，长脉冲粗加工中可以吸附游离的碳来补偿电极损耗，目前用来制成型腔加工的电极电极损耗，目前用来制成型腔加工的电极钨、钼：熔点和沸点较高，损耗小；机械加工性能差，一般在钨、钼：熔点和沸点较高，损耗小；机械加工性能差，一般在线切割中使用线切割中使用铜碳、铜钨、银钼：熔点高，导热性好；价格昂贵，制造成形铜碳
22、、铜钨、银钼：熔点高，导热性好；价格昂贵，制造成形困难，一般只用在精密电火花加工中。困难，一般只用在精密电火花加工中。30哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术三、影响加工精度的主要因素三、影响加工精度的主要因素v除电火花加工机床结构、机床传动、装夹定除电火花加工机床结构、机床传动、装夹定位误差之外，影响电火花加工精度的因素主位误差之外，影响电火花加工精度的因素主要有以下几个方面：要有以下几个方面：w放电间隙（大小及其一致性）放电间隙（大小及其一致性）w工具电极的损耗工具电极的损耗w尖角与棱边倒角尖角与棱边倒角31哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术放电间隙对加工精度的影
23、响放电间隙对加工精度的影响w一般在一般在0.010.5mm之间，精加工时间隙较小，之间，精加工时间隙较小，粗加工时间隙较大。粗加工时间隙较大。w从减小加工误差的角度考虑，应该采用较小的加从减小加工误差的角度考虑，应该采用较小的加工规准，缩小放电间隙，从而提高仿形精度和工规准，缩小放电间隙，从而提高仿形精度和间隙的一致性。间隙的一致性。w“二次放电二次放电”会造成侧向间隙不均匀，形成斜度，会造成侧向间隙不均匀，形成斜度，影响加工的形状精度。影响加工的形状精度。32哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术工具电极的损耗对加工精度的影响工具电极的损耗对加工精度的影响w电电极极入入口口处处的的
24、放放电电间间隙隙由由于于电电蚀蚀产产物物的的存存在在，“二二次次放放电电”的的几几率率大大而而扩扩大大，因因而而产产生生了了加加工工斜斜度度；工工具具电电极极下下端端加加工工时间长，绝对损耗大。时间长，绝对损耗大。w工具电极的损耗直接影响加工精度，损耗越小，精度越高。工具电极的损耗直接影响加工精度，损耗越小，精度越高。33哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术尖角与棱边倒角对加工精度的影响尖角与棱边倒角对加工精度的影响 工工具具的的尖尖角角或或凹凹角角很很难难精精确确地地复复制制在在工工件件上上，这这是是因因为为当当工工具具为为凹凹角角时时，工工件件上上对对应应的的尖尖角角处处放放电
25、电蚀蚀陈陈的的机机率率大大，容容易易遭遭受腐蚀而成为圆角。受腐蚀而成为圆角。尖角变圆现象尖角变圆现象a)加工外表面加工外表面 b)加工内表面加工内表面1-工件电极工件电极 2-工具电极工具电极34哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术四、电火花加工的表面质量四、电火花加工的表面质量影响表面粗糙度的因素影响表面粗糙度的因素l表表面面粗粗糙糙度度主主要要决决定定于于单单个个脉脉冲冲能能量量，单单个个脉脉冲冲能能量量越大，表面粗糙度越大；越大，表面粗糙度越大；l熔熔点点高高的的材材料料（硬硬质质合合金金）在在相相同同能能量量下下加加工工表表面面粗粗糙度比熔点低（钢）的材料好；糙度比熔点低（
26、钢）的材料好；l精精加加工工时时，工工具具电电极极的的表表面面粗粗糙糙度度也也将将影影响响加加工工表表面面的粗糙度；的粗糙度；l电极面积电极面积也对表面粗糙度有影响；也对表面粗糙度有影响；l表面粗糙度和表面粗糙度和加工速度加工速度存在很大的矛盾。存在很大的矛盾。35哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术表面变质层表面变质层l在火花放电的瞬时高温和工作液的快速冷却作用在火花放电的瞬时高温和工作液的快速冷却作用下，材料的表层发生了很大变化，粗略的分为下，材料的表层发生了很大变化，粗略的分为熔熔化凝固层化凝固层和和热影响层热影响层。l熔化层容易出现熔化层容易出现显微裂纹显微裂纹，脉冲能量越
27、大，显微，脉冲能量越大，显微裂纹越宽越深，过大的脉冲能量将会使裂纹扩展裂纹越宽越深，过大的脉冲能量将会使裂纹扩展到热影响层。到热影响层。放电痕剖面显示的表面变质层36哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术表面力学性能表面力学性能l电火花加工表面最外层的电火花加工表面最外层的硬度硬度较高，较高，耐磨性耐磨性好。好。l电火花加工表面存在电火花加工表面存在残余应力残余应力，较大的加工规准，较大的加工规准引起的残余应力越大。引起的残余应力越大。l较大的残余拉应力和显微裂纹的存在使电火花加较大的残余拉应力和显微裂纹的存在使电火花加工表面比机械加工表面的工表面比机械加工表面的耐疲劳性耐疲劳性低许
28、多倍。低许多倍。37哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术电火花加工电火花加工分类分类38哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术4.3 4.3 电火花加工机床电火花加工机床39电火花成型加工机床电火花成型加工机床 电火花小孔加工机床电火花小孔加工机床电火花成形加工机床的组成电火花成形加工机床的组成uu床身和立柱床身和立柱床身和立柱床身和立柱uu工作台工作台工作台工作台uu主轴头主轴头主轴头主轴头 uu附件附件附件附件uu电火花加工机床的工作液和循环过滤系统电火花加工机床的工作液和循环过滤系统电火花加工机床的工作液和循环过滤系统电火花加工机床的工作液和循环过滤系统uu电火花成
29、型机床的脉冲电源电火花成型机床的脉冲电源电火花成型机床的脉冲电源电火花成型机床的脉冲电源 uu电火花加工机床的伺服进给电火花加工机床的伺服进给电火花加工机床的伺服进给电火花加工机床的伺服进给 哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术一、电火花成型加工机床一、电火花成型加工机床40哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术电火花加工机床电火花加工机床41哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术电火花机床结构图电火花机床结构图42哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术1.1.机床本体机床本体 机机床床本本体体主主要要由由床床身身、立立柱柱、主主轴轴头头及及附附件件、
30、工工作作台台等等部部分分组组成成，是是用用以以实实现现工工件件和和工工具具电电极极的的装装夹夹固固定定和和运运动动的的机机械械系系统统。床床身身、支支柱柱、坐坐标标工工作作台台是是电电火火花花机机床床的的骨骨架架，起起着着支支承承、定定位位和便于操作的作用。和便于操作的作用。43哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术2.2.主轴头主轴头 主主轴轴头头是是电电火火花花成成型型机机床床中中最最关关键键的的部部件件，是是自自动动调节系统中的执行机构，对加工工艺指标的影响极大。调节系统中的执行机构，对加工工艺指标的影响极大。对对主主轴轴头头的的要要求求是是：结结构构简简单单、传传动动链链短短
31、、传传动动间间隙隙小小、热热变变形形小小、具具有有足足够够的的精精度度和和刚刚度度，以以适适应应自自动动调节系统的惯性小、灵敏度好、能承受一定负载。调节系统的惯性小、灵敏度好、能承受一定负载。主主轴轴头头主主要要由由进进给给系系统统、上上下下移移动动导导向向和和水水平平面面内内防防扭扭机机构构、电电极极装装夹夹及及其其调调节节环环节节组组成成。我我国国早早在在20世世纪纪6070年年代代曾曾广广泛泛采采用用液液压压伺伺服服进进给给的的主主轴轴头头，随随着着步步进进电电动动机机、力力矩矩电电动动机机和和数数控控直直流流、交交流流伺伺服服电电动动机机的的出出现现和和技技术术进进步步，电电火火花花机
32、机床床中中已已越越来来越越多多地地采采用用电电机械式主轴头机械式主轴头。44哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术2.2.主轴头主轴头 主轴头主轴头45哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术3.3.脉冲电源脉冲电源 在在电电火火花花加加工工过过程程中中，脉脉冲冲电电源源的的作作用用是是把把工工频频正正弦弦交交流流电电流流转转变变成成频频率率较较高高的的单单向向脉脉冲冲电电流流，向向工工件件和和工工具具电电极极间间的的加加工工间间隙隙提提供供所所需需要要的的放放电电能能量量以以蚀蚀除除金金属属。脉脉冲冲电电源源的的性性能能直直接接关关系系到到电电火火花花加加工工的的加加工工速
33、速度度、表表面面质质量量、加加工工精精度度、工工具具电电极极损损耗耗等等工工艺艺指标。指标。脉脉冲冲电电源源输输入入为为380 V、50 Hz的的交交流流电电，其其输输出出应应满足如下要求：满足如下要求：(1)要要有有一一定定的的脉脉冲冲放放电电能能量量，否否则则不不能能使使工工件件金金属气化。属气化。46哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术47哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术3.3.脉冲电源脉冲电源(2)火火花花放放电电必必须须是是短短时时间间的的脉脉冲冲性性放放电电，这这样样才才能能使使放放电电产产生生的的热热量量来来不不及及扩扩散散到到其其他他部部分分，从从而
34、而有有效效地地蚀除金属蚀除金属，提高成型性和加工精度提高成型性和加工精度。(3)脉脉冲冲波波形形是是单单向向的的，以以便便充充分分利利用用极极性性效效应应，提提高高加工速度和加工速度和降低工具电极损耗降低工具电极损耗。(4)脉脉冲冲波波形形的的主主要要参参数数(峰峰值值电电流流、脉脉冲冲宽宽度度、脉脉冲冲间间歇歇等等)有有较较宽宽的的调调节节范范围围，以以满满足足粗粗、中中、精精加加工工的的要要求。求。(5)有有适适当当的的脉脉冲冲间间隔隔时时间间，使使放放电电介介质质有有足足够够时时间间消消除电离并冲去金属颗粒，除电离并冲去金属颗粒，以免引起电弧而烧伤工件。以免引起电弧而烧伤工件。48哈工大
35、哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术电电路路简简单单、可可靠靠、成成本本低低、单单脉脉冲冲功功率率小小、适适应应于于精精密加工。效率低。密加工。效率低。将电阻阻抗值一分为二将电阻阻抗值一分为二491.RC和和 RLC电源电源哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术闸流管式和电子管式电源闸流管式和电子管式电源晶闸管式、晶体管式和晶闸管式、晶体管式和MOS管式电管式电源源4 各种派生电源：如等脉冲电源、自适应控制电源等各种派生电源：如等脉冲电源、自适应控制电源等50其他电源其他电源哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术4.4 4.4 电火花加工自动进给调节系统电火花加工自动
36、进给调节系统在在放放电电过过程程中中，电电极极工工具具工工件件不不断断被被蚀蚀除除间间隙隙逐逐渐渐增增大大，必必须须使使工工具具补补偿偿进进给给，以以维维持持所所需需的的放放电电间间隙隙；当当工工具具工工件件间间短短路路时时，必必须须使使工工具具反反向向离离开开，随随即即再再重重新新进进给给调调节节到到所所需需的的放放电电间间隙隙，这这是是正正常常加加工工所所必必需需解解决决的的问问题题。由由于于电电火火花花加加工工放放电电间间隙隙很很小小(0.01一一0.2mm)，而而且且电电蚀蚀量量、放放电电间间隙隙在在瞬瞬时时都都不不是是常常值值而而在在一一定定范范围围内内动动荡荡，因因此此人人工工进进
37、给给或或恒恒速速的的“机机动动”进进给给很很难难满满足足要要求求，必必须须采采用用自自动动进进给给和和调调节节装置。装置。自自动动进进给给调调节节系系统统的的任任务务在在于于维维持持一一定定的的放放电电间间隙隙，保保证证电电火花加工正常而稳定地进行，以获得较好的加工效果。火花加工正常而稳定地进行，以获得较好的加工效果。51哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术一、自动进给调节系统的作用、技术要求和分类一、自动进给调节系统的作用、技术要求和分类早期采用早期采用液压伺服进给液压伺服进给；后来采用后来采用步进电机步进电机；目前普遍采用目前普遍采用交、直流伺服电机交、直流伺服电机;先进的采用
38、先进的采用直线电机进给直线电机进给。52哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术二、自动进给调节系统的基本组成部分二、自动进给调节系统的基本组成部分1 1）调节对象：极间放电间隙）调节对象：极间放电间隙2 2）测量环节：测量脉冲电压的信号）测量环节：测量脉冲电压的信号3 3）比较环节：比较电压差）比较环节：比较电压差4 4）放大驱动器：一般采用晶体管放大）放大驱动器：一般采用晶体管放大5 5）执行环节：伺服进给机构）执行环节：伺服进给机构53哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术4.5 4.5 电火花穿孔成型加工电火花穿孔成型加工电电火火花花成成形形穿穿孔孔加加工工是是用用工
39、工具具电电极极对对工工件件进进行行复复制制加加工工的的工工艺方法，可归纳为艺方法，可归纳为54视频：电火花成形加工视频：电火花成形加工.flv.flv哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术一、冲模的电火花加工一、冲模的电火花加工利用电火花加工的优点利用电火花加工的优点便于加工硬脆的冲模便于加工硬脆的冲模可在淬火后加工可在淬火后加工可可采采用用整整体体式式硬硬质质合合金金冲冲模模，不用镶嵌结构不用镶嵌结构 配合间隙均匀、刃口耐磨配合间隙均匀、刃口耐磨55哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术电火花穿孔加工的工艺方法电火花穿孔加工的工艺方法1.1.直接配合法直接配合法直直接接配
40、配合合法法是是用用加加长长的的钢钢凸凸模模作作电电极极加加工工凹凹模模的的型型孔孔，加加工工后后将将凸凸模模上上损损耗耗的的部部分分去去除除。凸凸、凹凹模模的的冲冲裁裁间间隙隙靠靠控控制脉冲放电间隙来保证。制脉冲放电间隙来保证。2.2.修配凸模法修配凸模法凸凸模模和和工工具具电电极极分分别别制制造造，在在凸凸模模上上留留有有一一定定的的修修配配余余量量，钳钳工工按按电电火火花花加加工工好好的的凹凹模模型型孔孔修修配配凸凸模模，达达到到所所要要求求的的凸、凸、凹模冲裁间隙。凹模冲裁间隙。3.3.配作电极法配作电极法工工具具电电极极和和凸凸模模分分别别制制造造，但但电电极极的的断断面面尺尺寸寸根根
41、据据凸凸、凹凹模模冲冲裁裁间间隙隙的的要要求求，以以及及所所选选电电规规准准的的放放电电间间隙隙进进行行配配作作，使使电电火火花花加加工工后后的的凹凹模模与与凸凸模模配配合合后后能能获获得得所所要要求求的的冲冲裁裁间隙。间隙。这种加工方法的缺点与修配凸模法类似。这种加工方法的缺点与修配凸模法类似。56哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术二、型腔模的电火花加工二、型腔模的电火花加工57哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术热流道模具热嘴孔锥面的电火花加工58哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术手机模具型腔的电火花59哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技
42、术模具型腔的电火花模具型腔的电火花60哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术61哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术62哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术三、小孔电火花加工三、小孔电火花加工63小孔加工特点：小孔加工特点：1）加加工工面面积积小小，深深度度大大，直直径径一一般般 0.052mm，深深径径比达比达20以上；以上；2）小小孔孔加加工工均均为为盲盲孔孔加加工工，排屑困难。排屑困难。常常规规机机加加工工最最新新小小孔孔钻钻进进展展（日日 本本）：1mm钻钻 深深 达达150mm；12mm钻钻 深深 可可 达达2500mm以上。以上。视频：电火花高速小
43、孔机视频：电火花高速小孔机 高清高清.flv.flv哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术采采用用特特制制冷冷拔拔双双孔孔管管状状电电极极，转转动动加加工工消消除除毛毛刺刺芯芯，管管孔孔通通15MPa高高压压工工作作液液。适适合合加加工工直直径径0.3 3mm深深300mm。范范 例例1mm深深 1000mm。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术65喷丝板哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术四、异形小孔的电火花加工四、异形小孔的电火花加工66哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术反拷加工反拷加工67哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术4.
44、6 4.6 其他电火花加工其他电火花加工表表4-168哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术4.6 4.6 其他电火花加工（续）其他电火花加工（续）69哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术一、电火花小孔磨削一、电火花小孔磨削70哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术二、电火花铲磨硬质合金小模数齿轮滚刀二、电火花铲磨硬质合金小模数齿轮滚刀 采用电火花铲磨硬质合金小模数齿轮滚刀的齿形，已开始采用电火花铲磨硬质合金小模数齿轮滚刀的齿形，已开始用于齿形的粗加工和半精用于齿形的粗加工和半精 加工，提高生产率加工，提高生产率35倍，成本降倍，成本降低低80左右。左右。电火花
45、铲磨时，工作液是浇注到加工间隙中去的，所以要电火花铲磨时，工作液是浇注到加工间隙中去的，所以要考虑油雾所引起的燃烧问题，因此一般采用粘度较大，燃点较考虑油雾所引起的燃烧问题，因此一般采用粘度较大，燃点较高的油。单纯的煤抽由于燃点低，容易燃烧，不能采用。高的油。单纯的煤抽由于燃点低，容易燃烧，不能采用。5号号锭子油的电火花磨削性能与煤油相近，加工表面粗糙度略好而锭子油的电火花磨削性能与煤油相近，加工表面粗糙度略好而生产率稍低，但能避免油雾所引起的燃烧问题，所以比较安生产率稍低，但能避免油雾所引起的燃烧问题，所以比较安全。全。工具电极采用纯铜磨轮时，具有磨削性能好、损耗较小、工具电极采用纯铜磨轮时
46、，具有磨削性能好、损耗较小、生产率、表面粗糙度也较好等优点。但纯铜磨轮用梳刀修正时生产率、表面粗糙度也较好等优点。但纯铜磨轮用梳刀修正时很困难，故也有一定局限性。从电火花磨削性能来看，采用石很困难，故也有一定局限性。从电火花磨削性能来看，采用石墨磨轮比较合理。用梳刀修正石墨磨轮时，梳刀磨损较小，进墨磨轮比较合理。用梳刀修正石墨磨轮时，梳刀磨损较小，进行电火花磨削，时损耗小，生产率较高，但表面粗糙度稍差些。行电火花磨削，时损耗小，生产率较高，但表面粗糙度稍差些。71哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术三、电火花共轭同步回转加工螺纹三、电火花共轭同步回转加工螺纹72哈工大哈工大(威海威
47、海)现代加工技术现代加工技术四、聚晶金刚石等高阻抗材料电火花加工四、聚晶金刚石等高阻抗材料电火花加工73v聚晶金刚石被广泛用作拉丝模、刀具、磨轮等材料，聚晶金刚石被广泛用作拉丝模、刀具、磨轮等材料，它的硬度仅稍次于天然金刚石。金刚石虽是碳的同素它的硬度仅稍次于天然金刚石。金刚石虽是碳的同素异构体，但天然金刚石几乎不导电，聚晶金刚石是将异构体，但天然金刚石几乎不导电，聚晶金刚石是将人造金刚石微粉用铜、铁粉等导电材料作为粘结剂，人造金刚石微粉用铜、铁粉等导电材料作为粘结剂，搅拌、混合后加压烧结而成。因此整体仍有一定的导搅拌、混合后加压烧结而成。因此整体仍有一定的导电性能，可以用电火花加工。电性能，
48、可以用电火花加工。v电火花加工聚晶金刚石的原理电火花加工聚晶金刚石的原理是靠火花放电时的高温是靠火花放电时的高温将导电的粘结剂熔化、气化蚀除掉，同时电火花高温将导电的粘结剂熔化、气化蚀除掉，同时电火花高温使金刚石微粉使金刚石微粉“碳化碳化”为可加工的石墨，也可能因粘为可加工的石墨，也可能因粘结剂被蚀除掉后而整个金刚石微粒自行脱落下来。有结剂被蚀除掉后而整个金刚石微粒自行脱落下来。有些导电的工程陶瓷及立方氮化硼材料也可用类似的原些导电的工程陶瓷及立方氮化硼材料也可用类似的原理进行电火花加工。理进行电火花加工。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术五、金属电火花表面强化和刻字五、金属电火
49、花表面强化和刻字74哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术五、金属电火花表面强化和刻字五、金属电火花表面强化和刻字75哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术五、金属电火花表面强化和刻字五、金属电火花表面强化和刻字76哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术六、电熔爆加工六、电熔爆加工77 电电熔熔爆爆是是一一种种对对难难加加工工材材料料进进行行高高效效加加工工的的电电加加工工技技术术。它它采采用用低低电电压压大大电电流流分分别别作作用用于于工工具具电电极极和和被被加加工工件件表表面面，使使被被加加工工面面在在高高密密度度电电子子流流的的轰轰击击下下瞬瞬间间产产生生高
50、高温温而而熔熔化化，在在工工作作液液的的作作用用下下，熔熔化化的的金金属属与与基基体体爆爆离离，从从而而被被去去除除。这这一一技技术术可可广广泛泛应应用用于于各各种种高高硬硬、超超黏黏、特特脆脆、热热敏敏感感、表表面面高高低低不不平等难加工金属材料的加工，加工效率可达平等难加工金属材料的加工，加工效率可达l kg/min。哈工大哈工大(威海威海)现代加工技术现代加工技术(2)(2)电熔爆的加工特点电熔爆的加工特点电熔爆加工技术是一种新型的金属加工方法。其电熔爆加工技术是一种新型的金属加工方法。其 加工特点加工特点主要表现为如下几点。主要表现为如下几点。1)适用于导电材料的高效率粗加工。每小时熔