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1、第四章第四章 电火花加工工艺及实例电火花加工工艺及实例4.1 电火花加工方法电火花加工方法4.2 电火花加工准备工作电火花加工准备工作4.3 加工规准转换及加工实例加工规准转换及加工实例4.4 电火花加工中应注意的一些问题电火花加工中应注意的一些问题4.1 电火花加工方法电火花加工方法电火花加工一般按图4-1所示步骤进行。由图4-1可以看出，电火花加工主要由三局部组成：电火花加工的准备工作、电火花加工、电火花加工检验工作。其中电火花加工可以加工通孔和盲孔，前者习惯称为电火花穿孔加工，后者习惯上称为电火花成型加工。它们不仅是名称不同，而且加工工艺方法有着较大的区别，本章将分别加以介绍。电火花加工
2、的准备工作有电极准备、电极装夹、工件准备、工件装夹、电极工件的校正定位等。图4-1电火花加工的步骤4.1.1电火花穿孔加工方法电火花穿孔加工一般应用于冲裁模具加工、粉末冶金模具加工、拉丝模具加工、螺纹加工等。本节以加工冲裁模具的凹模为例说明电火花穿孔加工的方法。凹模的尺寸精度主要靠工具电极来保证，因此，对工具电极的精度和外表粗糙度都应有一定的要求。如凹模的尺寸为L2，工具电极相应的尺寸为L1如图4-2所示，单边火花间隙值为SL，则L2=L1+2SL图4-2凹模的电火花加工其中，火花间隙值SL主要取决于脉冲参数与机床的精度。只要加工规准选择恰当，加工稳定，火花间隙值SL的波动范围会很小。因此，只
3、要工具电极的尺寸精确，用它加工出的凹模的尺寸也是比较精确的。用电火花穿孔加工凹模有较多的工艺方法，在实际中应根据加工对象、技术要求等因素灵活地选择。穿孔加工的具体方法简介如下。1间接法间接法是指在模具电火花加工中，凸模与加工凹模用的电极分开制造，首先根据凹模尺寸设计电极，然后制造电极，进行凹模加工，再根据间隙要求来配制凸模。图4-3为间接法加工凹模的过程。图4-3间接法间接法的优点是：1可以自由选择电极材料，电加工性能好。2因为凸模是根据凹模另外进行配制，所以凸模和凹模的配合间隙与放电间隙无关。间接法的缺点是：电极与凸模分开制造，配合间隙难以保证均匀。2直接法直接法适合于加工冲模，是指将凸模长
4、度适当增加，先作为电极加工凹模，然后将端部损耗的局部去除直接成为凸模具体过程如图4-4所示。直接法加工的凹模与凸模的配合间隙靠调节脉冲参数、控制火花放电间隙来保证。直接法的优点是：1可以获得均匀的配合间隙、模具质量高。2无须另外制作电极。3无须修配工作，生产率较高。图4-4直接法直接法的缺点是：1电极材料不能自由选择，工具电极和工件都是磁性材料，易产生磁性，电蚀下来的金属屑可能被吸附在电极放电间隙的磁场中而形成不稳定的二次放电，使加工过程很不稳定，故电火花加工性能较差。2电极和冲头连在一起，尺寸较长，磨削时较困难。3.混合法混合法也适用于加工冲模，是指将电火花加工性能良好的电极材料与冲头材料粘
5、结在一起，共同用线切割或磨削成型，然后用电火花性能好的一端作为加工端，将工件反置固定，用“反打正用的方法实行加工。这种方法不仅可以充分发挥加工端材料好的电火花加工工艺性能，还可以到达与直接法相同的加工效果如图4-5所示。图4-5混合法混合法的特点是：1可以自由选择电极材料，电加工性能好。2无须另外制作电极。3无须修配工作，生产率较高。4电极一定要粘结在冲头的非刃口端见图4-5。4.阶梯工具电极加工法阶梯工具电极加工法在冷冲模具电火花成型加工中极为普遍，其应用方面有两种：1无预孔或加工余量较大时，可以将工具电极制作为阶梯状，将工具电极分为两段，即缩小了尺寸的粗加工段和保持凸模尺寸的精加工段。粗加
6、工时，采用工具电极相对损耗小、加工速度高的电规准加工，粗加工段加工完成后只剩下较小的加工余量如图4-6a所示。精加工段即凸模段，可采用类似于直接法的方法进行加工，以到达凸凹模配合的技术要求如图4-6b所示。2在加工小间隙、无间隙的冷冲模具时，配合间隙小于最小的电火花加工放电间隙，用凸模作为精加工段是不能实现加工的，则可将凸模加长后，再加工或腐蚀成阶梯状，使阶梯的精加工段与凸模有均匀的尺寸差，通过加工规准对放电间隙尺寸的控制，使加工后符合凸凹模配合的技术要求如图4-6c所示。图4-6用阶梯工具电极加工冲模除此以外，可根据模具或工件不同的尺寸特点和尺寸，要求采用双阶梯或多阶梯工具电极。阶梯形的工具
7、电极可以由直柄形的工具电极用“王水酸洗、腐蚀而成。机床操作人员应根据模具工件的技术要求和电火花加工的工艺常识，灵活运用阶梯工具电极的技术，充分发挥穿孔电火花加工工艺的潜力，完善其工艺技术。4.1.2电火花成型加工方法电火花成型加工和穿孔加工相比有以下特点：1电火花成型加工为盲孔加工，工作液循环困难，电蚀产物排除条件差。2型腔多由球面、锥面、曲面组成，且在一个型腔内常有各种圆角、凸台或凹槽，有深有浅，还有各种形状的曲面相接，轮廓形状不同，结构复杂。这就使得加工中电极的长度和型面损耗不一，故损耗规律复杂，且电极的损耗不可能由进给实现补偿，因此型腔加工的电极损耗较难进行补偿。3材料去除量大，外表粗糙
8、度要求严格。4加工面积变化大，要求电规准的调节范围相应也大。根据电火花成型加工的特点，在实际中通常采用如下方法：1.单工具电极直接成型法如图4-7所示单工具电极直接成型法是指采用同一个工具电极完成模具型腔的粗、中及精加工。对普通的电火花机床，在加工过程中先用无损耗或低损耗电规准进行粗加工，然后采用平动头使工具电极做圆周平移运动，按照粗、中、精的顺序逐级改变电规准，进行侧面平动修整加工。在加工过程中，借助平动头逐渐加大工具电极的偏心量，可以补偿前后两个加工电规准之间放电间隙的差值，这样就可完成整个型腔的加工。图4-7单工具电极直接成型法单电极平动法加工时，工具电极只需一次装夹定位，防止了因反复装
9、夹带来的定位误差。但对于棱角要求高的型腔，加工精度就难以保证。如果加工中使用的是数控电火花机床，则不需要平动头，可利用工作台按照一定轨迹做微量移动来修光侧面。2.多电极更换法如图4-8所示对早期的非数控电火花机床，为了加工出高质量的工件，多采用多电极更换法。多电极更换法是指根据一个型腔在粗、中、精加工中放电间隙各不相同的特点，采用几个不同尺寸的工具电极完成一个型腔的粗、中、精加工。在加工时首先用粗加工电极蚀除大量金属，然后更换电极进行中、精加工；对于加工精度高的型腔，往往需要较多的电极来精修型腔。图4-8多电极更换法多电极更换加工法的优点是仿型精度高，尤其适用于尖角、窄缝多的型腔模加工。它的缺
10、点是需要制造多个电极，并且对电极的重复制造精度要求很高。另外，在加工过程中，电极的依次更换需要有一定的重复定位精度。3分解电极加工法如图4-9所示分解电极加工法是根据型腔的几何形状，把电极分解成主型腔电极和副型腔电极，分别制造。先用主型腔电极加工出主型腔，后用副型腔电极加工尖角、窄缝等部位的副型腔。此方法的优点是能根据主、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外表质量，同时还可简化电极制造，便于电极修整。缺点是主型腔和副型腔间的精确定位较难解决。近年来，国内外广泛应用具有电极库的数控电火花机床，事先将复杂型腔面分解为假设干个简单型腔和相应的电极，编制好程序，在加
11、工过程中自动更换电极和加工规准，实现复杂型腔的加工。图4-9分解电极加工法4手动侧壁修光法这种方法主要应用于没有平动头的非数控电火花加工机床。具体方法是利用移开工作台的X和Y坐标，配合转换加工规准，轮流修光各方向的侧壁。如图4-10所示，在某型腔粗加工完毕后，采用中加工规准先将底面修出；然后将工作台沿X坐标方向右移一个尺寸d，修光型腔左侧壁如图4-10a所示；然后将电极上移，修光型腔后壁如图4-10b所示；再将电极右移，修光型腔右壁如图4-10c所示；然后将电极下移，修光型腔前壁如图4-10d所示；最后将电极左移，修去缺角如图4-10e所示。完成这样一个周期后，型腔的面积扩大。假设尺寸达不到规
12、定的要求，则如上所述再进行一个周期。这样，经过多个周期，型腔可完全修光。图4-10侧壁轮流修光法示意图在使用手动侧壁修光法时必须注意：1各方向侧壁的修整必须同时依次进行，不可先将一个侧壁完全修光后，再修光另一个侧壁，防止二次放电将已修好的侧壁损伤。2在修光一个周期后，应仔细测量型腔尺寸，观察型腔外表粗糙度，然后决定是否更换电加工规准，进行下一周期的修光。这种加工方法的优点是可以采用单电极完成一个型腔的全部加工过程；缺点是操作烦琐，尤其在单面修光侧壁时，加工很难稳定，不易采取冲油措施，延长了中、精加工的周期，而且无法修整圆形轮廓的型腔。4.2 电火花加工准备工作电火花加工准备工作4.2.1电极准
13、备1.电极材料选择从理论上讲，任何导电材料都可以做电极。但由第三章所述，不同的材料做电极对于电火花加工速度、加工质量、电极损耗、加工稳定性有重要的影响。因此，在实际加工中，应综合考虑各个方面的因素，选择最适宜的材料做电极。目前常用的电极材料有紫铜纯铜、黄铜、钢、石墨、铸铁、银钨合金、铜钨合金等。这些材料的性能如表4-1所示。表4-1电火花加工常用电极材料的性能1铸铁电极的特点1来源充足，价格低廉，机械加工性能好，便于采用成型磨削，因此电极的尺寸精度、几何形状精度及外表粗糙度等都容易保证。2电极损耗和加工稳定性均较一般，容易起弧，生产率也不及铜电极。3是一种较常用的电极材料，多用于穿孔加工。2钢
14、电极的特点1来源丰富，价格廉价，具有良好的机械加工性能。2加工稳定性较差，电极损耗较大，生产率也较低。3多用于一般的穿孔加工。3紫铜纯铜电极的特点1加工过程中稳定性好，生产率高。2精加工时比石墨电极损耗小。3易于加工成精密、微细的花纹，采用精密加工时能到达优于1.25m的外表粗糙度。4因其韧性大，故机械加工性能差，磨削加工困难。5适宜于做电火花成型加工的精加工电极材料。4黄铜电极的特点1在加工过程中稳定性好，生产率高。2机械加工性能尚好，它可用仿形刨加工，也可用成型磨削加工，但其磨削性能不如钢和铸铁。3电极损耗最大。5石墨电极的特点1机加工成型容易，容易修正。2加工稳定性能较好，生产率高，在长
15、脉宽、大电流加工时电极损耗小。3机械强度差，尖角处易崩裂。4适用于做电火花成型加工的粗加工电极材料。因为石墨的热胀系数小，也可作为穿孔加工的大电极材料。2.电极设计电极设计是电火花加工中的关键点之一。在设计中，首先是详细分析产品图纸，确定电火花加工位置；第二是根据现有设备、材料、拟采用的加工工艺等具体情况确定电极的结构形式；第三是根据不同的电极损耗、放电间隙等工艺要求对照型腔尺寸进行缩放，同时要考虑工具电极各部位投入放电加工的先后顺序不同，工具电极上各点的总加工时间和损耗不同，同一电极上端角、边和面上的损耗值不同等因素来适当补偿电极。例如，图4-11是经过损耗预测后对电极尺寸和形状进行补偿修正
16、的示意图。图4-11电极补偿图1电极的结构形式电极的结构形式可根据型孔或型腔的尺寸大小、复杂程度及电极的加工工艺性等来确定。常用的电极结构形式如下：1整体电极。整体式电极由一整块材料制成如图4-12a所示。假设电极尺寸较大，则在内部设置减轻孔及多个冲油孔如图4-12b所示。图4-12整体电极对于穿孔加工，有时为了提高生产率和加工精度及降低外表粗糙度，常采用阶梯式整体电极，即在原有的电极上适当增长，而增长局部的截面尺寸均匀减小，呈阶梯形。如图4-13所示，L1为原有电极的长度，L2为增长局部的长度。阶梯电极在电火花加工中的加工原理是先用电极增长局部L2进行粗加工，来蚀除掉大局部金属，只留下很少余
17、量，然后再用原有的电极进行精加工。阶梯电极的优点是：粗加工快速蚀除金属，将精加工的加工余量降低到最小值，提高了生产效率；可减少电极更换的次数，以简化操作。图4-13阶梯电极2组合电极。组合电极是将假设干个小电极组装在电极固定板上，可一次性同时完成多个成型外表电火花加工的电极。图4-14所示的加工叶轮的工具电极是由多个小电极组装而构成的。采用组合电极加工时，生产率高，各型孔之间的位置精度也较准确。但是对组合电极来说，一定要保证各电极间的定位精度，并且每个电极的轴线要垂直于安装外表。图4-14组合电极3镶拼式电极。镶拼式电极是将形状复杂而制造困难的电极分成几块来加工，然后再镶拼成整体的电极。如图4
18、-15所示，将E字形硅钢片冲模所用的电极分成三块，加工完毕后再镶拼成整体。这样即可保证电极的制造精度，得到锋利的凹角，而且简化了电极的加工，节约了材料，降低了制造成本。但在制造中应保证各电极分块之间的位置准确，配合要紧密牢固。图4-15镶拼式电极2电极的尺寸电极的尺寸包括垂直尺寸和水平尺寸，它们的公差是型腔相应局部公差的1/22/3。1垂直尺寸。电极平行于机床主轴线方向上的尺寸称为电极的垂直尺寸。电极的垂直尺寸取决于采用的加工方法、加工工件的结构形式、加工深度、电极材料、型孔的复杂程度、装夹形式、使用次数、电极定位校直、电极制造工艺等一系列因素。在设计中，综合考虑上述各种因素后很容易确定电极的
19、垂直尺寸，下面简单举例说明。如图4-16a所示的凹模穿孔加工电极，L1为凹模板挖孔局部长度尺寸，在实际加工中L1局部虽然不需电火花加工，但在设计电极时必须考虑该局部长度；L3为电极加工中端面损耗局部，在设计中也要考虑。如图4-16b所示的电极用来清角，即去除某型腔的角部圆角。加工局部电极较细，受力易变形，由于电极定位、校正的需要，在实际中应适当增加长度L1的局部。如图4-16c所示的电火花成型加工电极，电极尺寸包括加工一个型腔的有效高度L、加工一个型腔位于另一个型腔中需增加的高度L1、加工结束时电极夹具和夹具或压板不发生碰撞而应增加的高度L2等。图4-16电极垂直尺寸图2水平尺寸。电极的水平尺
20、寸是指与机床主轴轴线相垂直的横截面尺寸如图4-17所示。图4-17电极水平截面尺寸缩放示意图电极的水平尺寸可用下式确定：a=AKb式中：a电极水平方向的尺寸；A型腔的水平方向的尺寸；K与型腔尺寸标注法有关的系数；b电极单边缩放量，粗加工时，b=1+2+0注：1、2、0的意义参见图4-18。图4-18电极单边缩放量原理图a=AKb中的号和K值的具体含义如下：1凡图样上型腔凸出局部，其相对应的电极凹入局部的尺寸应放大，即用“+号；反之，凡图样上型腔凹入局部，其相对应的电极凸出局部的尺寸应缩小，即用“-号。图4-19电极型腔水平尺寸比照图2K值的选择原则：当图中型腔尺寸完全标注在边界上即相当于直径方
21、向尺寸或两边界都为定形边界时，K取2；一端以中心线或非边界线为基准即相当于半径方向尺寸或一端边界定形另一端边界定位时，K取1；对于图中型腔中心线之间的位置尺寸即两边界为定位尺寸以及角度值和某些特殊尺寸如图4-19中的a1，电极上相对应的尺寸不增不减，K取0。对于圆弧半径，亦按上述原则确定。根据以上表达，在图4-19中，电极尺寸a与型腔尺寸A有如下关系：a1=A1，a2=A2-2b，a3=A3-b，a4=A4，a5=A5-b，a6=A6+b当精加工且精加工的平动量为c时，b=0+c3电极的排气孔和冲油孔电火花成型加工时，型腔一般均为盲孔，排气、排屑条件较为困难，这直接影响加工效率与稳定性，精加工
22、时还会影响加工外表粗糙度。为改善排气、排屑条件，大、中型腔加工电极都设计有排气、冲油孔。一般情况下，开孔的位置应尽量保证冲液均匀和气体易于排出。电极开孔示意图如图4-20所示。图4-20电极开孔示意图在实际设计中要注意以下几点：1为便于排气，经常将冲油孔或排气孔上端直径加大如图4-20a所示。2气孔尽量开在蚀除面积较大以及电极端部凹入的位置如图4-20b所示。3冲油孔要尽量开在不易排屑的拐角、窄缝处如图4-20c不好，图4-20d好。4排气孔和冲油孔的直径约为平动量的12倍，一般取11.5mm；为便于排气排屑，常把排气孔、冲油孔的上端孔径加大到58mm；孔距在2040mm左右，位置相对错开，以
23、防止加工外表出现“波纹。5尽可能防止冲液孔在加工后留下的柱芯如图4-20f、g、h较好，图4-20e不好。6冲油孔的布置需注意冲油要流畅，不可出现无工作液流经的“死区。例4.1某零件如图4-21a所示，现有其毛坯如图4-21b所示，请设计加工该零件的精加工电极。(d)电极立体图0.050100.05010(a)零件图02.010眪苶02.020眪苶45(b)毛坯图02.010眪苶500.050(c)电极图9054530苶24苶3540155520132700.050500.050700.05002.030眪苶02.040眪苶02.030眪苶02.040眪苶图4-21电极的设计解1结构设计：该电
24、极共分四个局部如图4-21d所示，各个局部的作用如下：1该局部为直接加工局部。2电极细长，为了提高强度，适当增加电极的直径。3因为电极为细长的圆柱，在实际加工中很难校正电极的垂直度，故增加3局部，其目的是方便电极的校正。另外，由于该电极形状对称，为了方便识别方向，特意在本电极的3局部设计了5mm的倒角。4电极与机床主轴的装夹局部。该局部的结构形式应根据电极装夹的夹具形式确定。2尺寸分析：长度方向尺寸分析：该电极实际加工长度只有5mm，但由于加工局部的位置在型腔的底部，故增加了尺寸如图4-21c所示。横截面尺寸分析：该电极加工局部是一锥面，故对电极的横截面尺寸要求不高；为了保证电极在放电过程中排
25、屑较好，电极的2局部直径不能太大。3材料选择：由于加工余量少，采用紫铜做电极。3.电极的制造在进行电极制造时，尽可能将要加工的电极坯料装夹在即将进行电火花加工的装夹系统上，防止因装卸而产生定位误差。常用的电极制造方法有：1切削加工过去常见的切削加工有铣、车、平面和圆柱磨削等方法。随着数控技术的开展，目前经常采用数控铣床加工中心制造电极。数控铣削加工电极不仅能加工精度高、形状复杂的电极，而且速度快。石墨材料加工时容易碎裂、粉末飞扬，所以在加工前需将石墨放在工作液中浸泡23天，这样可以有效减少崩角及粉末飞扬。紫铜材料切削较困难，为了到达较好的外表粗糙度，经常在切削加工后进行研磨抛光加工。在用混合法
26、穿孔加工冲模的凹模时，为了缩短电极和凸模的制造周期，保证电极与凸模的轮廓一致，通常采用电极与凸模联合成型磨削的方法。这种方法的电极材料大多数选用铸铁和钢。当电极材料为铸铁时，电极与凸模常用环氧树脂等材料胶合在一起，如图4-22所示。对于截面积较小的工件，由于不易粘牢，为了防止在磨削过程中发生电极或凸模脱落，可采用锡焊或机械方法使电极与凸模连接在一起。当电极材料为钢时，可把凸模加长些，将其做电极，即把电极和凸模做成一个整体。图4-22电极与凸模粘结电极与凸模联合成型磨削，其共同截面的公称尺寸应直接按凸模的公称尺寸进行磨削，公差取凸模公差的1/22/3。当凸、凹模的配合间隙等于放电间隙时，磨削后电
27、极的轮廓尺寸与凸模完全相同；当凸、凹模的配合间隙小于放电间隙时，电极的轮廓尺寸应小于凸模的轮廓尺寸，在生产中可用化学腐蚀法将电极尺寸缩小至设计尺寸；当凸、凹模的配合间隙大于放电间隙时，电极的轮廓尺寸应大于凸模的轮廓尺寸，在生产中可用电镀法将电极扩大到设计尺寸。具体的化学腐蚀或电镀法可参考有关资料。2线切割加工除用机械方法制造电极以外，在比较特殊需要的场合下也可用线切割加工电极，即适用于形状特别复杂，用机械加工方法无法胜任或很难保证精度的情况。图4-23所示的电极，在用机械加工方法制造时，通常是把电极分成四局部来加工，然后再镶拼成一个整体，如图4-23a所示。由于分块加工中产生的误差及拼合时的接
28、缝间隙和位置精度的影响，使电极产生一定的形状误差。如果使用线切割加工机床对电极进行加工，则很容易地制作出来，并能很好地保证其精度，如图4-23b所示。图4-23机械加工与线切割加工3电铸加工电铸方法主要用来制作大尺寸电极，特别是在板材冲模领域。使用电铸制作出来的电极的放电性能特别好。用电铸法制造电极，复制精度高，可制作出用机械加工方法难以完成的细微形状的电极。它特别适合于有复杂形状和图案的浅型腔的电火花加工。电铸法制造电极的缺点是加工周期长，成本较高，电极质地比较疏松，使电加工时的电极损耗较大。4.2.2电极装夹与校正电极装夹的目的是将电极安装在机床的主轴头上，电极校正的目的是使电极的轴线平行
29、于主轴头的轴线，即保证电极与工作台台面垂直，必要时还应保证电极的横截面基准与机床的X、Y轴平行。1电极的装夹电极在安装时，一般使用通用夹具或专用夹具直接将电极装夹在机床主轴的下端。常用装夹方法有下面几种：小型的整体式电极多数采用通用夹具直接装夹在机床主轴下端，采用标准套筒、钻夹头装夹如图4-24、图4-25所示；对于尺寸较大的电极，常将电极通过螺纹连接直接装夹在夹具上如图4-26所示。图4-24标准套筒形夹具图4-25钻夹头夹具图4-26螺纹夹头夹具镶拼式电极的装夹比较复杂，一般先用连接板将几块电极拼接成所需的整体，然后再用机械方法固定如图4-27a所示；也可用聚氯乙烯醋酸溶液或环氧树脂粘合如
30、图4-27b所示。在拼接时各结合面需平整密合，然后再将连接板连同电极一起装夹在电极柄上。当电极采用石墨材料时，应注意以下几点：1由于石墨较脆，故不宜攻螺孔，因此可用螺栓或压板将电极固定于连接板上。石墨电极的装夹如图4-28所示。2不管是整体的或拼合的电极，都应使石墨压制时的施压方向与电火花加工时的进给方向垂直。如图4-29所示，图a箭头所示为石墨压制时的施压方向，图b为不合理的拼合，图c为合理的拼合。图4-27连接板式夹具图4-28石墨电极的装夹图4-29石墨电极的方向性与拼合法2电极的校正电极装夹好后，必须进行校正才能加工，即不仅要调节电极与工件基准面垂直，而且需在水平面内调节、转动一个角度
31、，使工具电极的截面形状与将要加工的工件型孔或型腔定位的位置一致。电极与工件基准面垂直常用球面铰链来实现，工具电极的截面形状与型孔或型腔的定位靠主轴与工具电极安装面相对转动机构来调节，垂直度与水平转角调节正确后，都应用螺钉夹紧，如图4-30所示。图4-30垂直和水平转角调节装置的夹头8796AB-B45231110BA-AB11调节螺钉；2摆动法兰盘；3球面螺钉；4调角校正架；5调整垫；6上压板；7销钉；8锥柄座；9滚珠；10电源线；11垂直度调节螺钉(a)结构图 b实物电极装夹到主轴上后，必须进行校正，一般的校正方法有：1根据电极的侧基准面，采用千分表找正电极的垂直度，如图4-31所示。2电极
32、上无侧面基准时，将电极上端面作辅助基准找正电极的垂直度，如图4-32所示。图4-31用千分表校正电极垂直度图图4-32型腔加工用电极校正目前瑞士EROWA公司生产出一种高精度电极夹具，可以有效地实现电极快速装夹与校正。这种高精度电极夹具不仅在电火花加工机床上使用，还可以在车床、铣床、磨床、线切割等机床上使用，因而可以实现电极制造和电极使用的一体化，使电极在不同机床之间转换时不必再费时去找正。1高精度电极装夹系统简介图4-33是EROWA公司的工具电极精密快速装夹、更换系统。该系统装夹固定在电火花机床主轴端面上。电极装夹系统的卡盘通过夹紧插销与定位板连接，在卡盘外部有两种相互垂直的基准面，当卡盘
33、装夹在机床主轴头上时，该基准面分别与机床的X、Y轴平行。在基准面下面又有四个分别与基准面垂直的定心菱形体。电极可以直接装在定位板上如图4-34所示，多用于大电极装夹，也可以通过另外的电极夹头装夹在定位板上如图4-35所示，多用于中小电极装夹。当电极及定位板与卡盘连接时，四个定心棱形体插入定心板上相应的四个定心槽中进行定位，并由夹紧插销进行夹紧，定位板上的四个支承脚起限位作用。图4-33电极装夹系统图4-34定位板直接与电极连接图4-35定位板与电极夹相连2电极夹前面讲过电极夹装在电极装夹系统的定位板上，电极又装在电极夹上。电极夹有多种形式，有兴趣的读者不妨参考EROWA公司的相关资料。1方形电
34、极夹。方形电极夹如图4-36所示，有不同的规格。插在电极夹方孔中的电极柄是经过专门精密加工制作而成的。它可以直接作为制造电极的坯料如图4-37a所示，也可以只作为专门的电极柄。专门的电极柄与电极可以用焊接或粘结的方法固定如图4-37b所示，也可以用螺钉进行机械固定如图4-37c所示。图4-36方形电极夹图4-37方形电极柄2圆形电极夹。圆形电极夹的结构如图4-38a所示，电极夹安装在定位板上。在圆形电极夹的内孔中装入像大多数数控铣床一样的弹簧套筒夹头如图4-38b所示，可用来装夹圆形电极。图4-38c所示为精密钻夹头，可装入圆形电极夹的内孔中，钻夹头可以夹持的范围为0.23.1mm，一般用来装
35、夹直径很小的电极。图4-38圆形电极夹结构3标准电极夹。标准电极夹如图4-39所示。标准电极夹通用性更强，适合夹持各种形状的电极。图4-39a所示为小型万用块电极夹。它具有51mm51mm的基面，在底部有相距40mm的两个M6螺钉，用来将电极坯料固定在万用块电极夹的基面上。图4-39b所示为方形块电极夹。它具有边长26.5mm的内正方，侧面带有两个固紧螺钉，适合装夹电极柄直径或方径最大为25mm的电极坯料。电极柄插入内正方后，用固紧螺钉锁紧，如果电极中心需要与电极夹中心重合时，可在内正方的固定基准两边内插入垫片以调整中心。图4-39c所示为U形块电极夹。它具有20mm的内槽和两个固紧螺钉，适合
36、装夹最大柄宽为20mm的电极，插入电极后，用固紧螺钉锁紧，如电极柄较薄需要调整中心时，可在内槽的固定基准一侧插入垫片以调整电极中心。图4-39d所示为坯料电极夹。这是一个未做加工的电极夹，可根据电极的形状、尺寸和装夹方式随意制造。图4-39e所示为V型块电极夹。它具有两个相互垂直的基准面，夹紧螺钉设置在外侧的对角线处，适合装夹圆形、方形、菱形体的小型电极，电极中心到基准面的距离最大为10mm，如需要调整电极中心，可在基准面处插入垫片。图4-39标准电极夹4.2.3电极的定位在电火花加工中，电极与加工工件之间相对定位的准确程度直接决定加工的精度。做好电极的精确定位主要有三方面内容：电极的装夹与校
37、正、工件的装夹与校正、电极相对于工件定位。电极的装夹与校正前面已详细讨论过，这里不再表达。电火花加工工件的装夹与机械切削机床相似，但由于电火花加工中的作用力很小，因此工件更容易装夹。在实际生产中，工件常用压板、磁性吸盘吸盘中的内六角孔中插入扳手可以调节磁力的有无，如图4-40所示、虎钳等来固定在机床工作台上，多数用百分表来校正如图4-41所示，使工件的基准面分别与机床的X、Y轴平行。图4-40工件的固定图4-41工件的校正电极相对于工件定位是指将已安装校正好的电极对准工件上的加工位置，以保证加工的孔或型腔在凹模上的位置精度。习惯上将电极相对于工件的定位过程称为找正。电极找正与其他数控机床的定位
38、方法大致形似，读者可以借鉴参考。目前生产的大多数电火花机床都有接触感知功能，通过接触感知功能能较精确地实现电极相对工件的定位。在第二章介绍ISO代码的时候曾经举例说明电极如何定位于工件上一特定点，在这里仍然以工件的分中方法为例说明接触感知功能找正的具体方法。利用数控电火花成型机床的MDI功能手动操作实现电极定位于型腔的中心，具体方法如下如图4-42所示：图4-42找工件中心1将工件型腔、电极外表的毛刺去除干净，手动移动电极到型腔的中间，执行如下指令：G80X；G92G54X0；/一般机床将G54工作坐标系作为默认工作坐标系，故G54可省略M05G80X；M05G82X；/移到X方向的中心G92
39、X0；G80Y；G92Y0；M05G80Y；M05G82Y；/移到Y方向的中心G92Y0；2通过上述操作，电极找到了型腔的中心。但考虑到实际操作中由于型腔、电极有毛刺等意外因素的影响，应确认找正是否可靠。方法为：在找到型腔中心后，执行如下指令：G92G55X0Y0；/将目前找到的中心在G55坐标系内的坐标值也设定为X0Y0然后再重新执行前面的找正指令，找到中心后，观察G55坐标系内的坐标值。如果与刚刚设定的零点相差不多，则认为找正成功；假设相差过大，则说明找正有问题，必须接着进行上述步骤，至少保证最后两次找正位置基本重合。目前生产的局部电火花成型机床有找中心按钮，这样可以防止手动输入过多的指令
40、，但同样要屡次找正，至少保证最后两次找正位置基本重合。4.2.4工件的准备电火花加工在整个零件的加工中属于最后一道工序或接近最后一道工序，所以在加工前宜认真准备工件，具体内容如下：1工件的预加工一般来说，机械切削的效率比电火花加工的效率高。所以电火花加工前，尽可能用机械加工的方法去除大局部加工余料，即预加工如图4-43所示。预加工可以节省电火花粗加工时间，提高总的生产效率，但预加工时要注意：图4-43预加工示意图1所留余量要适宜，尽量做到余量均匀，否则会影响型腔外表粗糙度和电极不均匀的损耗，破坏型腔的仿型精度。2对一些形状复杂的型腔，顶加工比较困难，可直接进行电火花加工。3在缺少通用夹具的情况
41、下，用常规夹具在预加工中需要将工件屡次装夹。4预加工后使用的电极上可能有铣削等机加工痕迹如图4-44所示，如用这种电极精加工则可能影响到工件的外表粗糙度。5预加工过的工件进行电火花加工时，在起始阶段加工稳定性可能存在问题。图4-44预加工后工件外表2热处理工件在预加工后，便可以进行淬火、回火等热处理，即热处理工序尽量安排在电火花加工前面，因为这样可防止热处理变形对电火花加工尺寸精度、型腔形状等的影响。处理安排在电火花加工前也有其缺点，如电火花加工将淬火表层加工掉一局部，影响了热处理的质量和效果。所以有些型腔模安排在热处理前进行电火花加工，这样型腔加工后钳工抛光容易，并且淬火时的淬透性也较好。3
42、其他工序工件在电火花加工前还必须除锈去磁，否则在加工中工件吸附铁屑，很容易引起拉弧烧伤。4.2.5电蚀产物的排除经过前面的学习，大家知道如果电火花加工中电蚀产物不能及时排除，则会对加工产生巨大的影响。电蚀产物的排除虽然是加工中出现的问题，但为了较好地排除电蚀产物，其准备工作必须在加工前做好。通常采用的方法如下：1电极冲油如图4-45所示电极上开小孔，并强迫冲油是型腔电加工最常用的方法之一。冲油小孔直径一般为0.52mm左右，可以根据需要开一个或几个小孔。图4-45电极冲油2工件冲油如图4-46所示工件冲油是穿孔电加工最常用的方法之一。由于穿孔加工大多在工件上开有预孔，因而具有冲油的条件。型腔加
43、工时如果允许工件加工部位开孔，则也可采用此法。图4-46工件冲油3工件抽油如图4-47所示工件抽油常用于穿孔加工。由于加工的蚀除物不经过加工区，因而加工斜度很小。抽油时要使放电时产生的气体大多是易燃气体及时排放，不能积聚在加工区，否则会引起“放炮。“放炮是严重的事故，轻则工件移位，重则工件炸裂，主轴头受到严重损伤。通常在安放工件的油杯上采取措施，将抽油的部位尽量接近加工位置，将产生的气体及时抽走。抽油的排屑效果不如冲油好。图4-47工件抽油冲油和抽油对电极损耗有影响如图4-48所示，尤其是对排屑条件比较敏感的紫铜电极的损耗影响更明显，所以排屑较好时则不用冲、抽油。图4-48电极冲、抽油对电极损
44、耗的影响4开排气孔大型型腔加工时经常在电极上开排气孔。该方法工艺简单，虽然排屑效果不如冲油，但对电极损耗影响较小。开排气孔在粗加工时比较有效，精加工时需采用其他排屑方法。5抬刀工具电极在加工中边加工边抬刀是最常用的排屑方法之一。通过抬刀，电极与工件间的间隙加大，液体流动加快，有助于电蚀产物的快速排除。抬刀有两种情况：一种是定时的周期抬刀，目前绝大局部电火花机床具备此功能。另一种是自适应抬刀，可以根据加工的状态自动调节进给的时间和抬起的时间即抬起高度，使加工正好一直处于正常状态。自适应抬刀与自适应冲油一样，在加工出现不正常时才抬刀，正常加工时则不抬刀。显然，自适应抬刀对提高加工效率有益，减少了不
45、必要的抬刀。6电极的摇动或平动电火花加工中电极的平动或摇动加工从客观上改善了排屑条件。排屑的效果与电极平动或摇动的速度有关。在采用上述方法实现工作液冲油或抽油强迫循环中，往往需要在工作台上装上油杯如图4-49所示，油杯的侧壁和底边上开有冲油和抽油孔。电火花加工时，工作液会分解产生气体主要是氢气。这种气体如不及时排出，就会存积在油杯里，假设被电火花放电引燃时，将产生放炮现象，造成电极与工件位移，给加工带来很大麻烦，影响被加工工件的尺寸精度，所以对油杯的应用要注意以下几点：1油杯要有适宜的高度，能满足加工较厚工件的电极伸出长度，在结构上应满足加工型孔的形状和尺寸要求。油杯的形状一般有圆形和长方形两
46、种，都应具备冲、抽油的条件。为防止在油杯顶部积聚气泡，抽油的抽气管应紧挨在工件底面。2油杯的刚度和精度要好。根据加工的实际需要，油杯的两端面不平度不能超过0.01mm，同时密封性要好，防止有漏油现象。3油杯底部的抽油孔，如底部安装不方便，可安置在靠底部侧面，也可省去抽油抽气管4和底板5，而直接安置在油杯侧面的最上部。图4-49油杯结构图4.3 加工规准转换及加工实例加工规准转换及加工实例4.3.1加工规准转换电火花加工中，在粗加工完成后，再使用其他规准加工，使工件粗糙度逐步降低，逐步到达加工尺寸。在加工中，规准的转换还需要考虑其他因素，如加工中的最大加工电流要根据不同时期的实际加工面积确定并进
47、行调节，但总体上讲有一些共同点。1掌握加工余量这是提高加工质量和缩短加工时间的最重要环节。一般来说，分配加工余量要做到事先心中有数，在加工过程中只进行微小的调整。加工余量的控制，主要从粗糙度和电极损耗两方面来考虑。在一般型腔低损耗1%加工中能到达的各种外表粗糙度与最小加工余量有一定的规律如表4-2所示。在加工中必须使加工余量不小于最小加工余量。假设加工余量太小，则最后粗糙度加工不出或者工件达不到规定的尺寸。表4-2外表粗糙度与最小加工余量的关系2粗糙度逐级逼近电规准转换的另一个要点是使粗糙度逐级逼近，非常忌讳粗糙度转换过大，尤其是要防止在损耗明显增大的情况下又使粗糙度差异很大。这样电极损耗的痕
48、迹会直接反映在电极外表上，使最后加工粗糙度变差。粗糙度逐级逼近是降低粗糙度的一种经济有效的方法，否则将使加工质量变差，效率变低。低损耗加工时粗糙度转换可以大一些。转换规准的时机是必须把前一电规准的粗糙外表全部均匀修光并到达一定尺寸后才进行下一电规准的加工。3尺寸控制加工尺寸控制也是规准转换时应予充分注意的问题之一。一般来说，X、Y平面尺寸的控制比较直观，并可以在加工过程中随时进行测量；加工深度的控制比较困难，一般机床只能指示主轴进给的位置，至于实际加工深度还要考虑电极损耗和电火花间隙。因此在一般情况下深度方向都加工至稍微超过规定尺寸，然后在加工完之后，再将上平面磨去一局部。近年来新开展研制的数
49、控机床，有的具有加工深度的显示，比较高级的机床其显示的深度还自动地扣除了放电间隙和电极损耗量。4损耗控制在理想的情况下，当然最好是在任何粗糙度时都用低损耗规准加工，这样加工质量比较容易控制，但这并不是在所有情况下都能够办到的。同时由于低损耗加工的效率比有损耗加工要低，故对于某些要求并不太高而加工余量又很大的工件，其电极损耗的工艺要求可以低一些。有的加工，由于工艺条件或者其他因素，其电极损耗很难控制，因此要采取相应的措施才能完成一定要求的放电加工。在加工中，为了有目的地控制电极损耗，应先了解如下内容：1如果用石墨电极作粗加工时，电极损耗一般可以到达1%以下。2用石墨电极采用粗、中加工规准加工得到
50、的零件的最小粗糙度Ra能到达3.2m，但通常只能在6.3m左右。3假设用石墨作电极且加工零件的外表粗糙度Ra3.2m，则电极损耗约在15%50%之间。4不管是粗加工还是精加工，电极角部损耗比上述还要大。粗加工时，电极外表会产生缺陷。5紫铜电极粗加工的电极损耗量也可以低于1%，但加工电流超过30A后，电极外表会产生起皱和开裂现象。6在一般情况下用紫铜作电极采用低损耗加工规准进行加工，零件的外表粗糙度Ra可以到达3.2m左右。7紫铜电极的角损耗比石墨电极更大。了解上述情况后，在规准转换时控制损耗就比较有把握了。电规准转换时对电极损耗的控制最主要的是要掌握低损耗加工转向有损耗加工的时机，也就是用低损