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1、数控电火花机床的使用与操作教学设计课程名称数控电火花机床的操作学时安排任务名称数控电火花机床传动原理及有关部件简介,圆形工件的加工任务描述通过学习数控数控电火花机床使用阐明及各部件的构造原理，为巩固线切割的有关知识和技能，结合实际生产,综合练习,提高技能水平。教学目的1. 理解数控数控电火花机床各部分的构造、名称及有关原理;2. 对的掌握数控数控电火花机床各部件的操作措施;3. 独立安全规范操作机床，完毕数控数控电火花机床的加工流程。教学重点1、 电极、工件的安装、调试；2、 对刀、操作界面各参数解决。教学难点1、 加工中有关加工参数的解决教学措施练习、检测教学资源、独立操作机床2、课件、车间
2、机床及配套工量刃具邓伟文 电加工技术三三111421、2、3、41、2、3、4 8电火花设备的概述新课掌握电火花设备的基本构造及操作原理1.电火花加工的物理本质;2. 电火花加工设备简介。 1.电火花加工的物理本质 ; 2.电火花加工设备各部件简介； 3电火花加工设备的操作措施简介；启发式行为引导法2x32752x5x52x2ZN_350系列数控电火花机床使用阐明一、概述 21.1电火花加工的物理本质 电火花加工基于电火花腐蚀原理,是在工具电极与工件电极互相接近时，极间形成脉冲性火花放电,在电火花通道中产生瞬时高温，使金属局部熔化，甚至气化，从而将金属蚀除下来。那么两电极表面的金属材料是如何被
3、蚀除下来的呢?这一过程大体分为如下几种阶段(如图所示):图-1 电火花加工原理 （1) 极间介质的电离、击穿，形成放电通道(如图-(a)所示）。工具电极与工件电极缓缓接近,极间的电场强度增大，由于两电极的微观表面是凹凸不平的,因此在两极间距离近来的A、处电场强度最大。 工具电极与工件电极之间布满着液体介质，液体介质中不可避免地具有杂质及自由电子,它们在强大的电场作用下,形成了带负电的粒子和带正电的粒子，电场强度越大，带电粒子就越多，最后导致液体介质电离、击穿,形成放电通道。放电通道是由大量高速运动的带正电和带负电的粒子以及中性粒子构成的。由于通道截面很小,通道内因高温热膨胀形成的压 力高达几万
4、帕,高温高压的放电通道急速扩展，产生一种强烈的冲击波向四周传播。在放电的同步还随着着光效应和声效应,这就形成了肉眼所能看到的电火花。（2) 电极材料的熔化、气化热膨胀(如图2-1（)、(c)所示）。液体介质被电离、击穿,形成放电通道后，通道间带负电的粒子奔向正极,带正电的粒子奔向负极，粒子间互相撞击，产生大量的热能，使通道瞬间达到很高的温度。通道高温一方面使工作液汽化，进而气化，然后高温向四周扩散，使两电极表面的金属材料开始熔化直至沸腾气化。气化后的工作液和金属蒸气瞬间体积猛增，形成了爆炸的特性。因此在观测电火花加工时，可以看到工件与工具电极间有冒烟现象，并听到轻微的爆炸声。（3) 电极材料的
5、抛出(如图2-(d)所示）。正负电极间产生的电火花现象，使放电通道产生高温高压。通道中心的压力最高，工作液和金属气化后不断向外膨胀,形成内外瞬间压力差,高压力处的熔融金属液体和蒸汽被排挤，抛出放电通道,大部分被抛入到工作液中。仔细观测电火花加工，可以看到桔红色的火花四溅,这就是被抛出的高温金属熔滴和碎屑。 (4) 极间介质的消电离(如图21(e)所示）。加工液流入放电间隙，将电蚀产物及残存的热量带走，并恢复绝缘状态。若电火花放电过程中产生的电蚀产物来不及排除和扩散，产生的热量将不能及时传出，使该处介质局部过热,局部过热的工作液高温分解、积炭，使加工无法继续进行，并烧坏电极。因此,为了保证电火花
6、加工过程的正常进行，在两次放电之间必须有足够的时间间隔让电蚀产物充足排出,恢复放电通道的绝缘性,使工作液介质消电离。图2 电火花表面局部放大图 .1.2 电火花加工、电火花线切割加工的特点 共同特点 (1) 两者的加工原理相似,都是通过电火花放电产生的热来熔解清除金属的,因此两者加工材料的难易与材料的硬度无关,加工中不存在明显的机械切削力。 （） 两者的加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律基本相似,可以加工硬质合金等一切导电材料。 (3） 最小角部半径有限制。电火花加工中最小角部半径为加工间隙,线切割加工中最小角部半径为电极丝的半径加上加工间隙。 不同特点 (1) 从加工原理来看,电火花加工
7、是将电极形状复制到工件上的一种工艺措施(如图2-3(a)所示)。在实际中可以加工通孔(穿孔加工)和盲孔(成型加工)（如图2-3(b)、(c）所示);而线切割加工是运用移动的细金属导线(铜丝或钼丝）做电极,对工件进行脉冲火花放电，切割成型的一种工艺措施,如图2-所示。图2-3 电火花加工 （a) 电火花加工产品 （b) 线切割加工产品图25 电加工产品实例2 电火花加工机床简介 国内国标规定,电火花成型机床均用D71加上机床工作台面宽度的11表达。例如D712中,D表达电加工成型机床(若该机床为数控电加工机床,则在D后加K，即DK）；表达电火花成型机床；32表达机床工作台的宽度为20mm。 2.
8、2.1 机床型号、规格、分类 在中国大陆外，电火花加工机床的型号没有采用统一原则,由各个生产公司自行拟定，如日本沙迪克(Sdick）公司生产的3、A10R，瑞士夏米尔（Charmls）技术公司的ROBOFOM/30/3,台湾乔懋机电工业股份有限公司的22/40，北京阿奇工业电子有限公司的F10等。 电火花加工机床按其大小可分为小型(D75如下)、中型（D72563)和大型(3以上)；按数控限度分为非数控、单轴数控和三轴数控。随着科学技术的进步,国外已经大批生产三坐标数控电火花机床，以及带有工具电极库、能按程序自动更换电极的电火花加工中心，国内的大部分电加工机床厂目前也正开始研制生产三坐标数控电
9、火花加工机床。 .2 电火花加工机床构造 电火花加工机床重要由机床本体、脉冲电源、自动进给调节系统、工作液过滤和循环系统、数控系统等部分构成,如图2-所示。间 隙参照值增益设定控制装置进给系统自动进给调节系统比较器放大器间 隙传感器脉冲电源床 身工作液循环过 滤 系 统(a) 原理图(b) 实物图2-6 电火花机床二、 机床本体 机床本体重要由床身、立柱、主轴头及附件、工作台等部分构成,是用以实现工件和工具电极的装夹固定和运动的机械系统。床身、支柱、坐标工作台是电火花机床的骨架，起着支承、定位和便于操作的作用。由于电火花加工宏观作用力极小，因此对机械系统的强度无严格规定,但为了避免变形和保证精
10、度，规定具有必要的刚度。主轴头下面装夹的电极是自动调节系统的执行机构,其质量的好坏将影响到进给系统的敏捷度及加工过程的稳定性，进而影响工件的加工精度。 机床主轴头和工作台常有某些附件,如可调节工具电极角度的夹头、平动头、油杯等。本节重要简介平动头。 电火花加工时粗加工的电火花放电间隙比中加工的放电间隙要大,而中加工的电火花放电间隙比精加工的放电间隙又要大某些。当用一种电极进行粗加工时,将工件的大部分余量蚀除掉后,其底面和侧壁四周的表面粗糙度很差，为了将其修光，就得转换规准逐挡进行修整。但由于中、精加工规准的放电间隙比粗加工规准的放电间隙小，若不采用措施则四周侧壁就无法修光了。平动头就是为解决修
11、光侧壁和提高其尺寸精度而设计的。 平动头是一种使装在其上的电极能产生向外机械补偿动作的工艺附件。当用单电极加工型腔时，使用平动头可以补偿上一种加工规准和下一种加工规准之间的放电间隙差。 平动头的动作原理是：运用偏心机构将伺服电机的旋转运动通过平动轨迹保持机构转化成电极上每一种质点都能环绕其原始位置在水平面内作平面小圆周运动,许多小圆的外包络线面积就形成加工横截面积,如图-所示，其中每个质点运动轨迹的半径就称为平动量，其大小可以由零逐渐调大，以补偿粗、中、精加工的电火花放电间隙之差，从而达到修光型腔的目的。具体平动头的构造及原理可以参照其她书籍。 目前,机床上安装的平动头有机械式平动头和数控平动
12、头,其外形如图2-8所示。机械式平动头由于有平动轨迹半径的存在，它无法加工有清角规定的型腔；而数控平动头可以两轴联动，能加工出清棱、清角的型孔和型腔。 图2- 平动头扩大间隙原理图（) 机械式平动头 (b)数控平动头图2-8 平动头外形 与一般电火花加工工艺相比较,采用平动头电火花加工有如下特点: （1)可以通过变化轨迹半径来调节电极的作用尺寸,因此尺寸加工不再受放电间隙的限制。 () 用同一尺寸的工具电极,通过轨迹半径的变化，可以实现转换电规准的修整,即采用一种电极就能由粗至精直接加工出一副型腔。 (3） 在加工过程中,工具电极的轴线与工件的轴线相偏移，除了电极处在放电区域的部分外,工具电极
13、与工件的间隙都不小于放电间隙，事实上减小了同步放电的面积，这有助于电蚀产物的排除，提高加工稳定性。 （4） 工具电极移动方式的变化,可使加工的表面粗糙度大有改善，特别是底平面处。 一般电火花加工机床为了修光侧壁和提高其尺寸精度而添加平动头，使工具电极轨迹向外可以逐渐扩张,即可以平动。对数控电火花机床，由于工作台是数控的,可以实现工件加工轨迹逐渐向外扩张，即摇动,故数控电火花机床不需要平动头。具体来说，摇动加工的作用是: () 可以精确控制加工尺寸精度。 (2) 可以加工出复杂的形状，如螺纹。 (3) 可以提高工件侧面和底面的表面粗糙度。 （4) 可以加工出清棱、清角的侧壁和底边。(5) 变全面加工为局部加工,有助于排屑和加工稳定。 (6) 对电极尺寸精度规定不高。 摇动的轨迹除了可以像平动头的小圆形轨迹外，数控摇动的轨迹尚有方形、菱形、叉形和十字形,且摇动的半径可为9.9m以内任一数值。 摇动加工的编程代码各公司均自己规定。以汉川机床厂和日本沙迪克公司为例,摇动加工的指令代码如下(参见表2-3)： 一、 加工图样技术规定:1、 零件加工表面上，不应有划痕、擦伤等损伤零件表面的缺陷。2、 未注线性尺寸公差应符合GB/T804的规定。日
