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1、第第5 5章章 模具电加工技术模具电加工技术5.1 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5.2 电火花加工机床简介电火花加工机床简介5.3 电火花加工工艺与实例电火花加工工艺与实例5.4 线切割编程线切割编程5.5 典型模具零件的电加工典型模具零件的电加工电火花加工（Electrical Discharge Machining）是利用电腐蚀原理，对工件进行加工的一种工艺方法。它既可以加工一般材料的工件，也可以加工用传统的切削方法难于加工的各种高熔点、高硬度、高强度、高韧性的金属材料及精度要求高的工件，因此特别适合模具零件的加工。电火花加工形式很多，其中以电火花成形加工（简称电火
2、花加工）和电火花线切割加工（Wire Cut EDM，简称WEDM）应用最为广泛。电火花成形加工主要用于形状复杂的型腔、凸模、凹模的加工，电火花线切割加工主要用于冲模、挤压模的加工。5.1 5.1 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5.1.1 5.1.1 电火花加工的基本原理电火花加工的基本原理 研究结果说明，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。5.1.1 5.1.1 电火花加工的基本原理电火花加工的基本原理如图5-1所示:电压脉冲的持续时间ti称为脉冲宽度（单位为s），在精加工时要选用较小的脉冲宽度，以提高加工精度和外表质量；在粗加工时应选用
3、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10s30s。这样可以使每一个放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外表以外的部位，防止将工件外表烧伤而无法加工。两个电压脉冲之间的间隔时间t0称为脉冲间隙（单位为s），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T称为脉冲周期（单位为s），显然T=ti+t0。图5-1 脉冲电压波形ti-脉冲宽度;t0-脉冲间隔;T-脉冲周期;Ie-脉冲高度2.脉冲放电要有足够的能
4、量，也就是说放电通道要有很大的电流密度（一般为105A/cm2106A/cm2）。这样可以保证在火花放电时产生较高的温度将工件外表的金属融化或气化，以到达加工的目的。3.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外表和工件外表之间的距离，用S表示。放电间隙的大小与加工电压、加工介质等因素有关，一般在几微米到几百微米之间合理选用。间隙过大，会使工作电压不能击穿绝缘介质；而间隙过小，易形成短路，都将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。4.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4点：一是在到达要求的击穿电压之前，应保持电学上的非导电
5、性，即起到绝缘作用；二是在到达击穿电压后，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；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；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。目前大多数电火花机床均采用煤油作为工作液。但是对大型复杂零件的加工时，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是煤油与机油混合物等作为工作液。另外，新开辟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提高，并且降低了因加工功率大而引起着火的隐患。图5-2 电火花加工原理图1-脉冲电源 2-工件 3-自动进给调节装置 4
6、-工具 5-工作液 6-过滤器 7-工作液泵电火花加工原理如图5-2所示。脉冲电源1的两个输出端分别与工件2和工具4连接。自动进给装置3（此处为液压缸及活塞）使工件与工具之间经常保持一个很小的放电间隙，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，在该处形成火花放电，瞬时到达高温使工具和工件外表都蚀掉一小局部金属，各自形成一个小凹坑，如图5-3（a）所示，表示单个脉冲放电后的电极外表。脉冲放电结束后，经过一段时间间隔（即脉冲间隔t0），使工作液恢复绝缘并去除电蚀产物后，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
7、坑。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，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，整个加工外表将由无数个小凹坑所形成。图5-3（b）所示为屡次脉冲放电后的电极外表。图5-3 电火花加工外表局部放大图5.1.2 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，实现了用软质的材料（如石墨、铜等）加工硬质的材料（如淬火钢、硬质
8、合金和超硬材料等）。便于加工细长、薄、脆性零件和形状复杂的零件。由于加工过程中，工具与工件没有直接接触，这样就使工件与工具之间没有机械加工的切削力，机械变形小，因此可以加工复杂形状和进行微细加工。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，而电能、电参数较机械量易于实现自动化操作。目前我国电火花加工机床大多都是数字操作。2.电火花加工的缺乏电火花加工的缺乏只能对导电材料进行加工。通过电火花加工原理的分析，我们可以看出，电火花加工所用的工具和工件必须是导体，所以塑料、陶
9、瓷等绝缘的非导体材料不能用电火花进行加工。加工精度受到电极损耗的限制。由于加工过程中，工具电极同样会受到电、热的作用而被蚀除，特别是在尖角和底面局部，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。加工速度慢。由于火花放电时产生的热量只局限在电极外表，而且又很快被介质冷却，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（特别是模具制造）、航空航天、电子、电器和仪器仪表的行业，用来解决难加工材料及复杂形状零件的加工问题。5.2 电火花加工机床简介
10、电火花加工机床简介电火花加工机床狭义上指能完成穿孔和成型加工的机床，而在广义上讲，电火花加工机床应该包括电火花穿孔机，成型加工机床，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，机床结构和操作方法上存在很大差异。本节主要介绍电火花成型机床，电火花穿孔机。5.2.1 电火花机床名称、型号与分类电火花机床名称、型号与分类 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，被命名
11、为D61系列（如D6125、D6140型等）；另一类是采用长脉冲发电动机电源，主要用于成型加工的电火花成型加工机床，被命名为D55系列（如D5540、D5570等）。从20世纪80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做穿孔加工，也可用做成型加工。因此我国把电火花穿孔，成型加工定名为D71系列，统称为电火花成型加工机床，或简称为电火花加工机床，其型号表示如图5-4所示。图5-4我国电火花成型加工机床的参数标准如表5-1所示。电火花加工机床和其他加工机床一样，有很多分类方法:1.按照机床的数控程度可分为：非数控（手动型）、单轴数控及多轴数控型等。2.按
12、照机床的规格大小可分为：小型（工作台宽度小于25厘米）、中型（工作台宽度为25厘米63厘米）和大型（工作台宽度大于63厘米）。3.按精度等级分为：标准、精密和高精度电火花成型机床。4.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。5.按应用范围分为：通用机床、专用机床（例如：航空叶片零件加工机床、螺纹加工机床和轮胎橡胶模加工机床等）。6.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成型机床，其中立柱式应用最为广泛。图5-5（a）所示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，可在
13、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，可以做成大、中型电火花加工机床。图5-5（b）所示为滑枕式结构电火花加工机床。它的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两个滑枕上运动，这样可以防止重大的工件和油槽中煤油工作液在x、y方向快速运动时产生很大的惯性力。其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。随着机床工业的开展，模具行业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开展。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。图5-5 典型电火花机床结构示意图
14、5.2.2 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工作液净化及循环系统几局部组成。随着时代的进步，电加工事业的开展，尤其数控技术在电火花成型加工机床上的广泛使用，更显示出电火花加工在模具制造中的重要性。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操作的电火花成型加工机床，以及带工具电极库能按程序自动更换的电火花加工中心。图5-6（a）所示为立柱式电火花加工机床结构图，图5-6(b)所示为其外观图。1机床主体机床主体局部主要包括主轴头、床身、立柱、工作台及工作液槽几局部。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
15、电极相对于工件的进给运动。图5-6 立柱式电火花加工机床1-床身 2-液压油箱 3-工作液槽 4-主轴头 5-工作液箱 6-电源箱 7-操作柜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源，以提供能量来蚀除金属。脉冲电源的输出分别接电极和制件，在加工过程中向间隙不断输出脉冲电源。当电极与制件之间的间隙到达一定值时，工作液被击穿而形成脉冲火花放电，同时使制件材料被气化而蚀除。电极向制件的不断进给，使制件被加工成所需形状。脉冲电源对电火花加工的生产率，工件的外表质量、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。常用的有张弛式、闸流管式、电子管式、可控硅式和
16、晶体管式脉冲电源，目前以晶体管式脉冲电源使用最广。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操作装置组成。其主要作用是在电火花加工过程中维持一定的火花放电间隙，保证加工过程正常、稳定地进行，主要表达在两个方面，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；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。图5-7所示为步进电动机自动调节系统原理框图。其工作原理是：检测环节
17、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。变频电路则将该信号加以放大，并转换成不同频率的脉冲，为环行分配器提供进给触发脉冲。同时，多谐震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环行分配器，决定进给或是回退。当极间放电状态正常时，判别电路通过单稳电路翻开进给与门1；当极间放电状态异常（短路或形成有害的电弧）时，则判别电路通过单稳电路翻开回退与门2，分别驱动相对应的环形分配器的相序，使步进电极正向或反向转动，使主轴进给或退回。图5-7 步进电动机自动调节系统原理图4.4.工作液净化及循环系统工作液净化及循环系统 电火花加工用的工作液净化及
18、循环过滤系统由储液箱、过滤器和泵和操作阀等部件组成。工作液循环的方式很多，主要有以下几种。非强迫循环 工作液仅做简单循环，用清洁的工作液换脏的工作液。电蚀产物不能被强迫排除，仅可应用在粗、中电标准时。强迫冲油 将清洁的工作液强迫冲入放电间隙，工作液连同电蚀产物一起从电极侧面间隙中被排出，称为强迫冲油。这种方法排屑力强，但电蚀产物通过已加工区，排出时形成二次放电，容易形成大的间隙和斜度。此外，强力冲油对主轴头的自动调节系统会产生干扰，过强的冲油会造成加工不稳定。如果工作液中带有气泡，进入加工区域将会发生爆裂而引起“放炮”现象，并伴随有强烈振动，严峻影响加工质量。强迫抽油 将工作液连同电蚀产物经过
19、放电间隙和工件待加工面强迫吸出，称为强迫抽油。这种排屑方式可以防止电蚀产物的二次放电，故加工精度高，但排屑力较小，不能用于粗规准加工。其工作液循环过滤系统如图5-8所示,工作过程主要为：冲油、抽油和放油3个过程。图5-8 工作液循环过滤系统1粗过滤器;2单向阀;3电动机;4涡旋泵;5、8、13压力表;6平安阀;7精过滤器;9冲油选择阀;10射流抽吸管;11快速进油操作阀（补油）;12压力调节器 当前我国常用的电火花加工的工作液是煤油，它的作用是在电火花加工之前保证工具与工件之间的间隙绝缘；在加工过程中，形成火花放电通道，并在放电结束后迅速恢复间隙的绝缘状态；对放电通道产生压缩作用；帮助电蚀产物
20、的抛出和排除；冷却工具和工件等。在大功率工作条件下，为了防止煤油着火，可以采用燃点较高的机油或煤油与机油的混合物等作为工作液。近年来，新开辟的水基工作液可使粗加工成效率大幅度提高。随着数字操作技术的开展，电火花加工机床已数控化，并采用微机进行操作。机床功能更加完善，自动化程度大为提高，实现了电极和工件的自动定位、加工条件的自动转换、电极的自动交换、工作台的自动进给，以及平动头的多方向伺服操作等。低损耗电源、微精加工电源、适应操作技术和完善的夹具系统的采用，显著提高了加工速度、加工精度和加工稳定性，扩大了应用范围。电火花加工机床不仅向小型、精密和专用方向开展，而且向能加工汽车车身、大型冲压模的超
21、大型方向开展。5.3 电火花加工工艺与实例电火花加工工艺与实例随着电火花加工工艺和机床的开展,电火花成型穿孔加工应用也日趋广泛，主要应用于冲压模具零件（包括凸凹模、卸料板和固定板等）、粉末冶金模具零件、挤压模具零件和各种型腔模具（包括锻模、压铸模和塑料模等）零件的制造上。电火花穿孔加工中的小孔加工，由于孔径小，所以采用的加工工艺与其他穿孔加工有很多不同之处，一般单列出来。5.3.1 电火花穿孔加工 用电火花方法加工通孔称为电火花穿孔加工,主要应用与加工那些用机械方法难以加工或无法加工的零件,例如硬质合金、淬火钢等硬度较大的金属材料和具有复杂形状的零件的通孔加工等。冲裁模具在生产中应用较为广泛，
22、但是由于冲裁模具具有形状复杂、硬度高和尺寸精度要求高等特点，所以用一般的机械加工方法加工是非常困难的，有时甚至无法用通用机床进行加工，而只能靠钳工进行加工，这样将增大劳动量，加工精度难以保证。采用电火花加工就能很好地解决上述困难。所以本书就以加工冲裁模具为例进行讲解。5.3.1 电火花穿孔加工电火花穿孔加工1.电火花加工工艺方法电火花加工工艺方法 对于冲裁模具来说,冲裁凸模与凹模配合间隙的大小和均匀性,直接影响到冲裁产品的质量和模具的寿命。在电火花加工过程中，为了满足这一要求，常用的加工工艺方法有：直接电极法、混合电极法、修配凸模法和二次电极法。由于电火花线切割加工技术的开展，冲模加工已主要采
23、用线切割加工，但电火花穿孔加工冲模可以到达比电火花线切割更好的配合间隙、外表粗糙度和刃口斜度，因此，一些要求较高的冲模仍采用电火花穿孔加工工艺。2电极设计电极的精度直接影响到电火花穿孔加工的精度，所以合理选择电极材料和确定电极尺寸就显示得尤为重要了。电极材料的选择电极材料必须具有导电性能好、损耗小、造型容易、加工过程稳定、生产效率高、来源丰富和价格低廉等特点。生产中常用的电极材料的石墨、黄铜、紫铜、铸铁、钢和铜钨合金等，这几种材料的性能如表5-2所示。选择时应根据加工对象、工艺方法和脉冲电源的类型等因素综合考虑。电极结构电火花加工用的工具电极一般可以分为整体式电极、镶拼式电极和组合式电极3种类
24、型。电极尺寸电极的尺寸包括电极横截面尺寸和电极长度尺寸。电极横截面尺寸的计算在加工凹模型孔时，电极横截面的轮廓一般应比型孔均匀地缩小一个放电间隙值，如图5-9所示。由图可知，存在如下3类尺寸。尺寸增大的有：R1=r+2、B=r+2。尺寸减小的有：R2=r-2、A=r-2。尺寸不变的有：C=c。图5-9 电极横截面尺寸的计算A、B、C、R1、R2电极横截面基本尺寸a、b、c、r1、r2型孔基本尺寸 单边放电间隙电极长度尺寸的计算工具电极的长度L一般与加工深度、电极材料、加工方式和型孔复杂程度等因素有关，一般可以用下面的公式进行估算：L=KH+H1+H2+(0.4 0.8)(n-1)KH式中 H电
25、火花加工深度，单位为mm。H1当凹模下部挖空时，电极需要加长的长度，单位为 mm。H2电极夹持局部长度，单位为mm。n电极的使用次数。K与电极材料、加工方式和型孔复杂程度等因素有关的系数。对于不同材料K值的经验数据为：紫铜(22.5)、黄铜(33.5)、石墨(1.72)、铸铁(2.53)、钢(33.5)。电极材料损耗小，型孔简单，电极轮廓无尖角时，K取小值；反之取大值。当电极损耗较大是时，如加工硬质合金时，电极长度可以适当加长。电极的制造电火花穿孔加工用电极的长度尺寸一般无严格要求，而横截面尺寸要求较高。对这类电极，一般先经过一般机械加工，然后成型进行成型磨削。不易用磨削加工的材料，可在机械加
26、工后，采用钳工精修的方法到达要求。对于整体式电极（一般采用钢作为电极），如果模具的配合间隙较小，可用化学溶液浸蚀作为电极的局部，使电极局部的端面轮廓均匀的缩小，在加工时就可以选用较大的放电间隙了；如果模具的配合间隙较大，可用镀铜或镀锌的方法，均匀地增大作为电极局部的尺寸。对于镶拼式电极一般采用环氧树脂或聚乙烯醇缩醛胶粘接，当粘合面积小不易粘牢时，可采用钎焊的方法进行固定。随着电火花线切割技术的开展，目前，电火花加工用的电极一般都采用电火花线切割的方法制造。3.电参数的选择电参数的选择电火花加工中的电参数主要包括电流峰值、脉冲宽度和脉冲间隔等，这些参数大小选择的好坏，不仅影响电火花加工精度，还直
27、接影响加工的生产率和经济性。电参数确实定，主要取决于工件的加工精度要求、加工外表要求、工件和工具电极材料以及生产率等因数。由于影响电参数的因素较多，实际判断困难，所以在生产中主要是通过工艺实验的方法来确定。通过以前的学习我们知道，加工速度与加工精度和外表质量是相互制约的，即提高加工速度的同时，必然降低加工精度和外表质量。为了解决这一矛盾，电火花加工过程一般分为粗加工、半精加工和精加工3个阶段，每一个阶段电参数选择的原则都不同。3个阶段的加工电参数如表5-3所示。表5-3 加工电参数由表5-3可知，我们可以在粗加工时在留有一定加工余量的前提下，尽量加大单个脉冲能量，来提高生产率；在半精加工和精加
28、工时，以保证精度和外表质量为目的，采用小的电流峰值、高频率和短的脉冲宽度。这样既加快了加工速度，提高了生产率，又能获得较好的精度。值得注意的是，在整个加工过程中，工具电极损耗对加工精度的影响。特别是粗加工时，脉冲能量大，工具电极损耗同样也会较大。这时就应该在加工之前很好地利用极性效应，或者在精加工时更换工具电极来提高加工精度。5.3.2 电火花穿孔加工应用电火花穿孔加工应用例:电火花穿孔加工实例。图5-10所示为中夹板落料凹模，工件材料为Cr12钢，配合间隙为0.08mm0.10mm，热处理淬火硬度为62HRC64HRC。1.案例分析电加工前的工艺路线在电火花加工前，应利用铣床、磨床等机械加工
29、机床先把除凹模型孔以外的尺寸加工出来，并应用铣床对凹模型孔进行预加工，单面留电加工余量0.3mm0.5mm。然后进行热处理淬火，使硬度到达62HRC64HRC。最后平磨上、下两平面。图5-10 中夹板落料凹模工具电极准备针对此模具特点，可以利用凸模作为工具电极，采用“钢打钢”的方法进行加工。所以在进行电火花加工前，应先利用机械加工方法或电火花线切割加工出凸模。电火花加工工艺方法利用凸模加工凹模时，要将凹模底面朝上进行加工，这样可以利用“二次放电”产生的加工斜度，作为凹模的漏料口，既通常所说的“反打正用”。工件的装夹、校正及安装固定首先将工具电极（即凸模）用电极夹柄紧固，校正后予以固定在主轴头上
30、；然后将工件（凹模）放置在电火花加工机床的工作台上，调整工具电极与工件的位置，使两电极中心重合，保证加工孔口的位置精度，最后用压板将工件凹模压紧固定。加工工艺参数采用低压脉宽2s，间隔20s；低压80V，加工电流3.5A；高压脉宽5s，高压173V，加工电流0.6A；加工极性为负；下冲油方式；加工深度30mm。加工效果加工时间约10小时；加工斜度为0.03mm（双边）；凹凸模配合间隙0.08mm（双边）；外表粗糙度Ra2.25m。2.电火花成型加工电火花成型加工用电火花加工方法加工型腔与用机械加工法加工相比，具有加工质量好、粗糙度小、操作简单、劳动强度低、生产周期短，适合各种硬质材料和复杂形状
31、型腔的加工的优点。随着电火花加工机床和工艺的日趋完善，电火花加工已经成为型腔加工的主要方法之一。3.电火花型腔加工的工艺方法电火花型腔加工的工艺方法电火花型腔加工要比型孔加工困难得多，主要表现在：型腔加工属于盲孔加工，金属蚀除量大，工作液循环困难，生成的电蚀产物不易排除，较易产生二次放电；电极损耗不能像型孔加工一样，用增加电极长度和进给来补偿；加工面积大，加工过程中要求电参数的调节范围大：型腔形状复杂，电极损耗不均匀等。因此，在实际生产中，我们要保证加工外表质量的前提下，提高工件电极的蚀除量，从而提高生产率；降低工件电极的损耗和改善工作液循环条件来提高加工精度。通常采用以下几种方法。单电极加工
32、法单电极加工法所谓单电极加工法就是指在电火花加工过程中，不更换电极，用一个电极完成整个型腔加工的一种工艺方法。单电极加工法只需制造一个电极，进行一次装夹定位，适用于加工形状简单、精度要求不高的型腔；对于加工量较大的型腔模具，可以先用其他加工方法（例如机械加工方法）去除大量的加工余量，再用电火花的加工方法加工到精度要求，这样可以大大提高加工效率。为了解决工具电极损耗对加工精度的影响以及提高加工效率，在生产中通常采用下面的方法。单电极平动法在带有平动头的电火花机床上，我们可以通过工具电极做平面圆周运动来完成型腔的粗、中、精加工。在加工过程中，先采用低损耗、高生产率的电参数对型腔进行粗加工，然后利用
33、平动头做平面圆周运动，按照粗、中、精的顺序逐级改变电参数。同时依次加工电极的平动量，以补偿前后两个加工标准之间型腔侧面放电间隙差和外表微观不平度差，实现型腔侧面仿形修光，完成整个型腔模的加工，其原理如图5-11所示。采用平动法加工可以很好的改善排屑条件，方便电蚀产物的排除，减小二次放电产生的可能性；但是由于平动时，使电极上的每一个点都按平动头的偏心半径做圆周运动，清角半径由偏心半径决定，这就使平动法难以加工出清角、清棱的型腔模。此外电极在粗加工中容易引起不平的外表龟裂状的积碳层，影响型腔外表粗糙度。这时可以采用精度较高的重复定位夹具，将粗加工后的电极取下，经均匀修光后，再重复定位装夹，用平动头
34、完成型腔的终加工，可消除上述缺陷。图5-11 平动头加工原理图 1-工具电极;2-工件电极单电极加工法单电极加工法单电极摇动法采用三轴联动的数控电火花加工机床时，可以利用工作台按一定轨迹做微量移动来修光侧面，这种方法被称为单电极摇动法。由于摇动是靠数控操作器产生的，所以具有更灵活多样的模式，除了可以做圆形平动外，还可以做方形平动、十字形平动等，图5-12所示为方形平动加工原理图。这样就更能适应复杂形状的侧面修光的需要，也可以利用加工尖角。这是一般平动头所无法做到的。图5-12 方形平动加工原理图多电极加工法多电极加工法就是指在整个电火花加工过程中，采用多个形状相同、尺寸不同的电极依次更换加工同
35、一个型腔，通过调节不同的电参数来实现型腔的粗、中、精加工的一种加工方法。每一个电极都要对型腔的整个被加工外表进行加工，这样就可以上一个电极的放电痕迹去掉。电极的多少主要取决于加工精度和外表质量要求，如采用粗、半精、精加工工序，就可以选用3个电极进行加工。多电极加工原理如图5-13所示，为3个电极分别负责工件的粗、半精、精加工，其使用的电参数不同，放电间隙也不同，故电极的尺寸亦不同。图5-13多电极加工原理多电极加工法的优点是仿形精度高，特别适合带有尖角、窄缝多的型腔模具的加工；缺点是需要制造多个电极，并且对各个电极的一致性和制造精度要求都很高；另外，因为需要更换电极，所以必须确保更换工具电极时
36、的重复定位精度，对机床和操作人员装夹、定位精度要求较高。因此主要适合于没有平动和摇动加工条件时，或多型腔模具和相同零件的加工场合。一般用两个电极进行粗、精加工就可满足要求；而当型腔模的精度和外表质量要求很高时，采用3个或更多个工具电极进行加工。分解电极法分解电极法上根据型腔的几何形状，把工具电极分解为主型腔电极和副型腔电极，主、副电极分别制造和使用，是单电极平动法和多电极加工法的综合应用。图5-14所示为分解电极法加工示意图。这种方法的优点是可以根据主、副型腔的不同加工要求，选择不同的电参数，有利于提高加工速度和加工质量，从而便于工具电极的制造和修整；缺点是同多电极加工法一样，需要制造多个电极
37、，并且对电极的制造和定位精度要求很高。此法主要适用与尖角、窄缝、沉孔和深槽多的复杂型腔模具的加工。图5-14 分解电极法加工示意图4.电极设计电极设计 电极材料的选择 用于型腔加工的电极材料有紫铜、石墨、铜钨合金和银钨合金。其性能和应用如表7-2所示。由于铜钨合金和银钨合金价格昂贵，所以只用在精密模具的制造上。生产中广泛应用的是紫铜和石墨电极。电极结构 电火花型腔加工的电极与穿孔加工一样，也分为整体式、镶拼式和组合式3中类型。其中整体式适用与尺寸不大和复杂程度一般的型腔模加工；镶拼式适用与型腔尺寸较大、单块电极坯料尺寸不够，或型腔形状复杂、电极易分块制作的条件；组合式电极适用于一模多腔的条件，
38、可简化个型腔见的定位工序、提高定位精度。电极尺寸确实定电火花型腔加工的电极尺寸包括水平尺寸、垂直方向尺寸和电极总高度尺寸。水平尺寸的计算水平尺寸的计算与主轴头进给方向垂直的电极尺寸称为水平尺寸，可用下式确定：=AK 式中 电极水平方向的尺寸，单位为mm。A型腔图纸的名义尺寸，单位为mm。电极的单面缩放量，单位为mm。K与型腔尺寸注法有关的系数。在公式中，型腔凸出局部，较相对应的电极凹入局部的尺寸应放大，如图7-15中的r1，1计算时应取“+”号；反之型腔凹入局部较电极凸出局部的尺寸应缩小，如图7-15中的r2，2计算时应取“-”号。水平尺寸的计算K值的选取原则是：当型腔尺寸以两加工外表为尺寸界
39、限标注时，假设蚀除方向相反，取K=2（如图5-.15中的A2）；假设蚀除方向相同，取K=0（如图7-15中的C）。当型腔尺寸以中心或非加工面为基准标注时，取K=1（如图5-15中的A1）；凡与型腔中心线之间的位置尺寸及角度尺寸相对应的电极尺寸不缩不放，取K=0。图5-15 电极水平尺寸缩放示意图电极的单面缩放量与电极的平动量、精加工最后一挡的单边放电间隙和精加工时电极侧面损耗有关，一般取0.70.9 mm。也可用下式估算：=e+d-S式中 e工具电极平动量，一般取0.50.6 mm。d精加工最后一挡的单边放电间隙。一般取0.020.03 mm。s精加工（平动）时电极侧面损耗（单边），一般不超
40、过0.1 mm，通常忽略不计。垂直尺寸的计算与主轴头进给方向平行的电极尺寸称为垂直尺寸。一般情况下，型腔底部的抛光量很小，所以在计算垂直尺寸时，可以忽略不计。电极的垂直尺寸可用下式确定：b=BKS式中 b电极垂直方向的有效加工尺寸，单位为mm。B为型腔深度方向的尺寸，单位为mm。KS放电间隙与电极损耗要求电极端面的修正量之和，单 位为mm。电极总高度确实定在确定电极在垂直方向总高度H时，要考虑电火花加工工艺需要、同一电极使用的次数和装夹要求等因素。图5-16所示为电极总高度确定示意图。一般用下式确定：H=b+L式中 H电极在垂直方向的总高度，单位为mm。b电极垂直方向的有效加工尺寸，单位为mm
41、。L考虑加工结束时，为防止电极固定板和工件电极3相碰，同一电极能屡次使用等因素而增加的高度，一般取520 mm。图5-16 电极总高度确定示意图1-夹具;2-工具电极;3-工件电极(4)冲油孔和排气孔由于电火花型腔加工属于盲孔加工，不易排气、排屑，将直接影响加工速度、加工稳定性和加工质量，所以在一般情况下，要在不易排气、排屑的拐角、窄缝处开冲油孔。在蚀除面积较大和电极端部有凹入的位置设置排气孔。冲油孔和排气孔的直径，应不大于缩放量的两倍，一般设计为1mm2mm。孔径不宜过大，太大则加工后残留的凸起太大，不易去除。孔的数量一般以蚀除产物不产生堆积为宜。各孔间距离一般取20mm40mm左右。孔的位
42、置尽量错开，这样可以减少“波纹”的形成。常用形式如图5-17所示的冲油孔的电极和如图5-18所示的排气孔的电极。图5-17冲油孔的电极 图5-18所示的排气孔的电极。5.3.3 电火花小孔加工电火花小孔加工电火花小孔加工与型腔加工相比，工具电极的截面积小，容易变形；不易排屑和散热，电极损耗大。为了解决上述问题，小孔加工应选用刚性好、不易变形、加工稳定性好和损耗小的材料做电极，如钨丝、钼丝、黄铜丝和铜钨合金等。加工时还可以设置导向装置来防止工具电极弯曲变形。生产中常用的电火花小孔加工主要是高速电火花小孔加工和电火花小孔磨削。1.高速电火花小孔加工高速电火花小孔加工的电极一般采用铜管，铜管旋转或不
43、旋转，管内通入高压水，铜管与工件之间放电，高压水起到介质、冷却及快速将电蚀物排除的作用。由于在高压水的作用下能够快速将蚀除物从深小孔中排出，所以放电状态良好，加工效率高。加工孔径为 0.3mm3mm，最大深径比可达2001。这类机床主要用于加工淬火钢、不锈钢、硬质合金、铜和铝等各种导电材料上加工深小孔，如数控电火花线切割工件的穿丝孔、筛板上的群孔和飞机发动机叶片的散热孔，并能在工件的斜面、曲面上直接加工。2.电火花小孔磨削电火花小孔磨削电火花磨削加工可在穿孔、成型机床上附加一套磨头来实现，使工具电极做旋转运动，如工件也附加一旋转运动，则磨得的孔可更圆。也有设计成专用电火花磨床或电火花坐标磨孔机
44、床的，也可用磨床、铣床和钻床改装，工具电极做往复运动，同时还自转。小孔磨削时电极的运动形式一般有3种：工件自身的旋转运动、工件或工具电极的轴向往复运动及工件或工具电极的径向进给运动。在小孔磨削时，工具电极与工件不直接接触，不存在机械力，不会产生因切削力引起的变形。而在机械磨削中，因加工的孔小，所使用的磨削砂轮小，且砂轮轴细，在机械切削力作用下，极易产生变形、振动，故难于保证工件的加工精度和外表粗糙度。常用电火花小孔加工机床外观如图7-19所示。5.4 线切割编程线切割编程 线切割的基本工作原理是利用连续移动的细金属丝（称为线切割的电极丝，常用钼丝）作为电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属，由计
45、算机操作，配合一定的水基乳化液进行 冷却排屑，将工件切割加工成型。线切割主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件，例 如线切割可以加工冲裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成型刀具、样板，线切割 还可以加工各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等。线切割有许多无可比较的优点，比方，线切割 具有加工余量小、加工精度高、生产周期短、制造本钱低等突出优点，线切割已在生产中获得 广泛的应用。线切割由坐标工作台(X、Y)、运丝机构、丝架和床身四局部组成。X、Y坐标工作台用 来装夹被加工的工件，操作台给X轴和Y轴执行机构发出进给信号，分别操作两个步进电 动机，进行预定图形的加工。坐标工作台主要由拖板、导轨、
46、丝杠运动副、齿轮传动机构四部 分组成。运丝机构主要用来带动电极丝按一定的线速度移动，并将电极整齐地绕在丝筒上。丝 架的主要功用是电极丝在按给定线速度运动时，对电极丝起支撑作用，并使电极丝的工作部 分与工作台平面保持一定的几何角度。数控线切割编程与数控车床、铣床、加工中心的编程过程一样，也是按要加工的工件编 制出操作系统能接受的指令。5.4.1 线切割基本编程方法线切割基本编程方法 目前，我国数控线切割机床常用的程序格式符合国际标准的ISO格式（G代码）和我国 自己开辟的3B、4B格式。下面将重点介绍ISO格式（G代码）编程，同时对3B、4B格式编程 也作简单的介绍。1.ISO代码及其程序编制代
47、码及其程序编制 目前，我国的数控线切割系统使用的指令代码与ISO基本一致。表5-4为数控线切割 机床常用的指令代码。表5-4 数控线切割机床常用的指令代码 代码 功 能 代码 功 能 G00 快速点定位 G10 Y轴镜像，X、Y轴变换 G01 直线插补 G11 Y轴镜像，X轴镜像，X、Y轴G02 顺时针方向圆弧插补 G12 消除镜像 G03 逆时针方向圆弧插补 G40 取消间隙补偿 G05 X轴镜像 G41 左偏间隙补偿，D偏移量 G06 Y轴镜像 G42 右偏间隙补偿，D偏移量 G07 X、Y轴交换 G50 消除锥度 G08 X轴镜像，Y轴镜像 G51 锥度左偏 A角度值 G09 X轴镜像，
48、X、Y轴交换 G52 锥度右偏 A角度值 G54 加工坐标系1 G91 相对坐标 G55 加工坐标系2 G92 定起点 G56 加工坐标系3 M00 程序暂停 G57 加工坐标系4 M02 程序结束 G58 加工坐标系5 M05 接触感知解除 G59 加工坐标系6 M96 主程序调用文件程序 G80 接触感知 M97 主程序调用文件结束 G82 半程移动 W 下导轮中心到工作台面高度 G84 微弱放电找正 H 工件厚度 G90 绝对坐标 S 工作台面到上导轮中心高度(1)G00快速点定位指令 线切割机床在没有脉冲放电的情况下，以点定位操作方式快速移动到指定位置。它只是确定点的位置，而无运动轨迹
49、要求且不能加工工件。指令格式:G00 X Y ;如图5-19所示。从起点 A快速移动到指定点 B，其程序为G00 X45000 Y75000。图5-19 快速定位(2)G01直线插补指令 直线插补指令是直线运动指令，是最基本的一种插补指令，可使机床加工任意斜率的直 线轮廓或用直线逼近的曲线轮廓。线切割机床一般有 X、Y、U、V四轴联动功能，即四坐标。指令格式:G01 X Y U V ;如图5-20所示，从起点 A直线插补移动到指定点 B，其程序为G01 X16000 Y20000;。U、V坐标轴在加工锥度时使用。注意比较G00和G01的区别。图5-20 直线插补（3）G02、G03圆弧插补指令
50、 G02为顺时针方向圆弧插补加工指令;G03为逆时针方向圆弧插补加工指令。指令格式:G02 X Y I J;G03 X Y I J;式中，X、Y为圆弧终点坐标;I、J为圆心坐标和圆心相对圆弧起点的增量值，I是X方向坐 标值，J是Y方向坐标值，其值不得省略。与正方向相同，取正值;反之取负值。如图5-21所示，从起点A加工到指定点B，再从点B加工到指定点C，其程序为 N0110 G02 X15 Y10 I5 J0;N0120 G03 X20 Y5 I5 J0;图5-21 圆弧插补（4）G92定起点指令 指定电极丝当前位置在编程坐标系中的坐标值，一般情况将此坐标作为加工程序的起点。指令格式:G92