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1、电火花加工的基本原理及设备第二章第二章电火花加工的基本原理电火花加工的基本原理及设备及设备1. 电火花加工的基本原理电火花加工的基本原理电火花加工基于电火花腐蚀原理，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相互靠近是在工具电极与工件电极相互靠近时，极间形成脉冲性火花放电，在时，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，从而将金属局部熔化，甚至气化，从而将金属属 蚀除下来。蚀除下来。那么两电极表面的金属材料是那么两电极表面的金属材料是如何被蚀除下来的呢？这一过如何被蚀除下来的呢？这一过程大致分为以下几个阶段程大致分为以
2、下几个阶段: : 。(1)极间介质的电离、击穿及放电通道的极间介质的电离、击穿及放电通道的形成形成.(2)介质热分解、电极材料熔化、汽化热介质热分解、电极材料熔化、汽化热膨胀膨胀.(3)电极材料的抛出电极材料的抛出.(4)极间介质的消电离极间介质的消电离.看图看图看图看图看图看图看图看图单脉冲放电凹坑单脉冲放电凹坑多脉冲放电凹坑多脉冲放电凹坑电火花表面局部放大图电火花表面局部放大图n进行电火花加工应具备如下条件：n (1)(1)工具和工件之间必须保持一定的间隙。工具和工件之间必须保持一定的间隙。n (2)(2)必须采用脉冲电源。必须采用脉冲电源。n (3)(3)在有一定绝缘性能的在有一定绝缘性
3、能的介质中放电介质中放电电火花加工的特点电火花加工的特点特点特点n n优n n点缺点（1）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、硬质合金和超硬材料等）。 （2）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。（3）工件变形小，加工精度高 目前，电火花加工的精度可达0.01
4、0.05mm，在精密光整加工时可小于0.005mm。（4）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控制。目前我国电火花加工机床大多都是数字控制。(1)极间介质的电离、击穿及放电极间介质的电离、击穿及放电通道的形成通道的形成.负极工作液放电通道正极(3)电极材料的抛出电极材料的抛出.翻边突起凝固微粒(2)介质热分解、电极材料熔化、介质热分解、电极材料熔化、汽化热膨胀汽化热膨胀.从正极上熔化并抛出金属的区域从负极上熔化并抛出金属的区域气泡(4)极间介质的消电离极间介质的消电离.放电形成的凹坑（1）只能对导电材料进行加工 通过电火花加工原理的分析，
5、我们可以看出，电火花加工所用的工具和工件必需是导体，所以塑料、陶瓷等绝缘的非导体材料不能用电火花进行加工。（2）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部分，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。3）加工速度慢由于火花放电时产生的热量只局限在电极表面，而且又很快被介质冷却，所以加工速度要比机械加工慢。（4）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、仪器仪表等
6、行业，用来解决难加工材料及复杂形状零件的加工问题。2.2.1 电火花加工机床简介1、国产电火花穿孔、成形加工机床的型号与、国产电火花穿孔、成形加工机床的型号与参数参数我国国标规定， 电火花成形机床均用D71 加上机床工作台面宽度的 110表示。 例如 。其型号表示方法如下：机床工作台宽度机床工作台宽度(320cm)(320cm)电火花成形加工机床电火花成形加工机床电加工机床电加工机床( (如为数控电加工机床，则在如为数控电加工机床，则在D D后加后加K)K)D7132大小D7125以下 小型D7125D7163 中型D7163以上 大型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，
7、以及带工具电极库能按程序自动更换电极的电火花加工中心，我国的大部分电加工机床厂现在也正开始研制生产三坐标数控电火花加工机床。 单单轴轴数数控控电电火火花花成成型型机机床床多多轴轴数数控控电电火火花花成成型型机机床床电电火火花花加加工工中中心心2.2.22.2.2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结构电火花加工机床结构电火花加工机床机床本体机床本体脉冲电源脉冲电源自动进给调节系统自动进给调节系统工作液过滤和循环系统工作液过滤和循环系统数控系统数控系统工作液过滤和工作液过滤和工作液过滤和工作液过滤和循环系统循环系统循环系统循环系统数控系统数控系统数控系统数控系统脉冲电源脉冲电源脉冲
8、电源脉冲电源自动进给自动进给自动进给自动进给调节系统调节系统调节系统调节系统机床本体机床本体机床本体机床本体床身床身立柱立柱主轴头及附件主轴头及附件工作台工作台机床机床本体本体三部分是电火机床 的骨架，起着支撑 定位和便于操作的作用。立柱立柱主轴头主轴头工作台工作台床身床身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一些。当用一个电极进行粗加工时，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，若不采取措施则四周侧壁就无法修
9、光了平平动动头头就就是是为为解解决决修修光光侧侧壁壁和和提提高高其其尺尺寸寸精精度度而设计的。而设计的。平动头的动作原理平动头的动作原理 利用利用偏心机构偏心机构将伺服电机的旋转运动通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个过平动轨迹保持机构转化成电极上每一个质点都能围绕其原始位置在水平面内作平质点都能围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就形成加工横截面积. .如图如图2-72-7所示，其中每个质点运动轨迹的半所示，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径就称为平动量，其大
10、小可以由零逐渐调大，以补偿粗、中、精加工的电火花放电大，以补偿粗、中、精加工的电火花放电间隙间隙之差，从而达到修光型腔的目的。之差，从而达到修光型腔的目的。图2-7 平动头扩大间隙原理图数数控控平平动动头头平动头电火花加工的特点(1) (1) 可可以以通通过过改改变变轨轨迹迹半半径径来来调调整整电电极极的的作作用用尺尺寸寸，因因此此尺尺寸寸加加工工不不再再受受放放电电间间隙隙的限制。的限制。(2) (2) 用用同同一一尺尺寸寸的的工工具具电电极极，通通过过轨轨迹迹半半径径的的改改变变，可可以以实实现现转转换换电电规规准准的的修修整整，即即采采用用一一个个电电极极就就能能由由粗粗至至精精直直接接
11、加加工工出出一一副副型腔。型腔。(3) (3) 在在加加工工过过程程中中，工工具具电电极极的的轴轴线线与与工工件件的的轴轴线线相相偏偏移移，除除了了电电极极处处于于放放电电区区域域的的部部分分外外，工工具具电电极极与与工工件件的的间间隙隙都都大大于于放放电电间间隙隙，实实际际上上减减小小了了同同时时放放电电的的面面积积，这这有有利利于电蚀产物的排除，提高加工稳定性。于电蚀产物的排除，提高加工稳定性。(4) (4) 工具电极移动方式的改变，可使加工的工具电极移动方式的改变，可使加工的表面粗糙度大有改善，特别是底平面处。表面粗糙度大有改善，特别是底平面处。2.脉冲电源脉冲电源脉冲电源的作用脉冲电源
12、的作用:把工频正弦交流电流转变成频率较高的单向脉冲电流，向工件和工具电极间的加工间隙提供所需要的放电能量以蚀除金属。加工速度加工精度加工精度表面质量工具电极损耗工具电极损耗性能影响性能影响要求要求：(1) (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件金属气化。工件金属气化。(2) (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，从从而而有有效效地地蚀蚀除除金金属属，提提高高成成型型性性和加工精度。和加工精度。(3) (3) 脉脉冲冲波波形形是是单
13、单向向的的，以以便便充充分分利利用用极极性性效应，提高加工速度和降低工具电极损耗效应，提高加工速度和降低工具电极损耗。(4) 脉冲波形的主要参数(峰值电流、脉冲宽度、脉冲间歇等)有较宽的调节范围，以满足粗、中、精加工的要求。(5) 有适当的脉冲间隔时间，使放电介质有足够时间消除电离并冲去金属颗粒，以免引起电弧而烧伤工件。电源的好坏直接关系到电火花加工机床的性能，所以电源往往是电火花机床制造厂商的核心机密之一。从理论上讲，电源一般有如下几种。 （1）张弛式脉冲电源弛张式脉冲电源是最早使用的电源，它是利用电容器充电储存电能，然后瞬时放出，形成 火花放电来蚀除金属。因为电容器时而充电，时而放电，一弛
14、一张，故又称“弛张式”脉冲电源原理图如图4.9 RC线路脉冲电源-VARC工作原理工作原理：首先直流电源E通过电阻R向电容器C充电，使电容器两端的电压不断升高，当电压上升到绝缘介质的击穿电压时，两极间的绝缘介质被击穿，形成放电通道，电容器上储存的能量瞬间释放，产生较大的脉冲电流。当电容C上积蓄的能量释放完时，间隙中的工作液又迅速恢复绝缘状态。此后电容再次充电，又重复上述过程，达到加工的目的。优优点点:结构简单，使用维修方便，加工精度较高。缺缺点点：粗糙度值较小，但生产率低，电能利用率低，加工稳定性差。 （2）闸流管式和电子管式脉冲电源 闸闸流流管管是是一一种种特特殊殊的的电电子子管管，当当对对
15、其其栅栅极极通通入入一一脉脉冲冲信信号号时时， 便便可可控控制制管管子子的的导导通通或或截截止止，输输出出脉脉冲冲电电流流。由由于于这这种种电电源源的的电电参参数数与与加加工工间间隙隙无无关关，故故又又称称为为独独立立式式电电源源。闸闸流流管管脉脉冲冲电电源源的的生生产产率率较较高高，加加工工稳稳定，但脉冲宽度较窄，电极损耗较大。定，但脉冲宽度较窄，电极损耗较大。（3）晶闸管式、晶体管式脉冲电源晶晶体体管管脉脉冲冲电电源源是是近近年年来来发发展展起起来来的的以以晶晶体体元元件件作作为为开开关关元元件件的的用用途途广广泛泛的的电电火火花花脉脉冲冲电电源源，其其输输出出功功率率大大，电电规规准准调
16、调节节范范围围广广，电电极极损损耗耗小小，故故适适应应于于型型孔孔、型型腔腔、磨磨削削等等各各种种不不同同用用途途的的加加工工。晶晶体体管管脉脉冲冲电电源源已已越越来来越越广广泛泛地地应应用用在在电电火火花花加加工工机机床上。床上。3.自动进给调节系统自动进给调节系统 在电火花成型加工设备中，自动进在电火花成型加工设备中，自动进给调节系统占有很重要的位置，它的给调节系统占有很重要的位置，它的性能直接影响加工稳性能直接影响加工稳 定性和加工效果。定性和加工效果。自动进给调节系统伺服进给系统参数控制系统用于控制放电间隙的大小用于控制放电间隙的大小 用于控制电火花成型加用于控制电火花成型加工中的各种
17、参数，以便能够工中的各种参数，以便能够获得最佳的加工工艺指标等获得最佳的加工工艺指标等应用应用应用应用1) 伺服进给系统的作用及要求定义定义：以机床移动部件的位置和速度作为控制以机床移动部件的位置和速度作为控制量的自动控制系统，又称拖动系统或位置随动量的自动控制系统，又称拖动系统或位置随动系统。系统。作用作用：及时调整放电间隙及时调整放电间隙。要求要求：(1) 有较广的速度调节跟踪范围。 (2) 有足够的灵敏度和快速性。 (3) 有较高的稳定性和抗干扰能力。2)电液压式伺服进给系统电液压式伺服进给系统在在电电液液自自动动进进给给调调节节系系统统中中，液液压压缸缸、活活塞塞是是执执行行机机构构。
18、由由于于传传动动链链短短及及液液体体的的基基本本不不可可压压缩缩性性，因因此此传传动动链链中中无无间间隙隙、刚刚度度大大、不不灵灵敏敏区区小小；又又因因为为加加工工时时进进给给速速度度很很低低，所所以以正正、反反向向惯惯性性很很小小，反反应应迅迅速速，特特别别适适合合于于电电火火花花加加工工的的低低速速进进给给，故故2020世世纪纪8080年年代代前前得得到到了了广广泛泛的的应应用用，但但它它有有漏漏油油、油油泵泵噪噪声声大大、占占地地面面积积较较大大等等缺点。缺点。图图2-10喷嘴喷嘴挡板式电液压自动调节器工作原理挡板式电液压自动调节器工作原理4.工作液过滤和循环系统工作液过滤和循环系统蚀除
19、产物一部分以气一部分以气态形式抛出态形式抛出大部分是以球状固体微粒分散地悬浮在工作液中，直径一般为几微米。动态：动态： 1)充斥在电极和工件之间 2)粘连在电极和工件的表面上。后果后果： 蚀除产物的聚集，会与电极或工件形成二次放电。这就破坏了电火花加工的稳定性，降低了加工速度，影响了加工精度和表面粗糙度。怎么办？怎么办？方法一方法一： 使电极振动，以加强排屑作用；方法二方法二： 对工作液进行强迫循环过滤，以改善间隙状态。 工作液强迫循环过滤是由工作液循环过滤器来完成的。电火花加工用的工作液过滤系统包括工作液泵、容器、过滤器及管道等，使工作液强迫循环。图2-11 工作液循环系统油路图5.5.5.
20、5.数控系统数控系统数控系统数控系统 1) 1) 数控电火花机床的类型数控电火花机床的类型数控坐标数控坐标轴的数目轴的数目三轴数控电火花机床三轴数控电火花机床四轴联动电火花加工机床四轴联动电火花加工机床四轴三联动数控电火花机床四轴三联动数控电火花机床五轴联动电火花加工机床五轴联动电火花加工机床六轴联动电火花加工机床六轴联动电火花加工机床数控系统规定除了直线移动的X、Y、Z三个坐标轴系统外，还有三个转动的坐标系统，即绕X轴转动的A轴，绕Y轴转动的B轴，绕Z轴转动的C轴。2) 数控电火花机床的数控系统工作原理数控电火花机床能实现工具电极和工件之间的多种相对运动，可以用来加工多种较复杂的型腔。目前，
21、绝大部分电火花数控机床采用国际上通用的ISO代码进行编程、程序控制、数控摇动加工等。ISO代码编程ISO代码是国际标准化机构制定的用于数控编码和程序控制的一种标准代码。代码主要有G指令(即准备功能指令)和M指令(即辅助功能指令)以以上上代代码码，绝绝大大部部分分与与数数控控铣铣床床、车车床床的的代代码码相相同同，只只有有G54G54、G80G80、G82G82、M05M05等等是是以前接触较少的指令，其具体用法如下：以前接触较少的指令，其具体用法如下：表2-2 工作坐标系G54G54：工作坐标系工作坐标系目的：在加工或找正过程中定义工作目的：在加工或找正过程中定义工作坐标系的主要目的是为了坐标
22、的数值坐标系的主要目的是为了坐标的数值更简洁。更简洁。这些定义工作坐标系指令可以和G92一起使用，G92代码只能把当前点的坐标系中定义为某一个值，但不能把这点的坐标在所有的坐标系中都定义成该值。图2-12 工作坐标系切换o oX XY YXXYY20203030 o oG92G54X0Y0G92G54X0Y0G92G55X0Y0G80:含义：接触感知。格式：G80 轴方向如：G80 X；/电极将沿X轴的负方向前进，直到接触到工件，然后停在那里-X-X-X-XG82：含义：移动到原点和当前位置一半处。格式：G82轴如：G92 X100.; /将当前点的X坐标定义为100.G82 X; /将电极移
23、到当前坐标系X=50.的地方X10050M05：含义：忽略接触感知，只在本段程序起作用。具体用法是：当电极与工件接触感知并停在此处后，若要移走电极，请用此代码。如：G80 X； /X轴负方向接触感知G90 G92 X0 Y0； /设置当前点坐标为(0，0)M05 G00 X10.； /忽略接触感知且把电极向X轴正方向移动10 mm+X+XG90G92X0Y0G90G92X0Y0M05G00X10M05G00X10若去掉上面代码中的M05，则电极往往不动作，G00不执行。+X+XG90G92X0Y0G90G92X0Y0G00X10G00X10缺少缺少G05G05无无法运动法运动 图2-13 工件
24、找正图G80X+G80X+G90G92X0G90G92X0M05G00X-10M05G00X-10G91G00Y-38G91G00Y-38G90G00X50G90G00X50G80Y+G80Y+M05G00Y-2M05G00Y-2G90G00X50Y28G90G00X50Y28G91G00Z10G91G00Z10G92Y0G92Y0数控摇动加工数控摇动加工普通电火花加工机床为了修光侧壁和提高普通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，使工具电极轨其尺寸精度而添加平动头，使工具电极轨迹向外可以逐步扩张，即可以平动。迹向外可以逐步扩张，即可以平动。对数控电火花机床，由于工作台是数控
25、的，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步向外扩张，即可以实现工件加工轨迹逐步向外扩张，即摇动，摇动，摇动加工的作用摇动加工的作用：(1) (1) 可以精确控制加工尺寸精度。可以精确控制加工尺寸精度。(2) (2) 可以加工出复杂的形状，如螺纹。可以加工出复杂的形状，如螺纹。(3) (3) 可可以以提提高高工工件件侧侧面面和和底底面面的的表表面面粗粗糙度。糙度。( (4) 4) 可可以以加加工工出出清清棱棱、清清角角的的侧侧壁壁和和底边。底边。(5) (5) 变变全全面面加加工工为为局局部部加加工工，有有利利于于排屑和加工稳定。排屑和加工稳定。(6) (6) 对电极尺寸
26、精度要求不高。对电极尺寸精度要求不高。LN X X X STEP XXXX摇动幅度的大小，四位数，摇动幅度的大小，四位数，摇动幅度的大小，四位数，摇动幅度的大小，四位数，摇动幅度，其后为四位数摇动幅度，其后为四位数摇动幅度，其后为四位数摇动幅度，其后为四位数0 05 5：摇动轨迹形式：摇动轨迹形式：摇动轨迹形式：摇动轨迹形式0 0 0 02 2 2 2：摇动运动的所在平面：摇动运动的所在平面：摇动运动的所在平面：摇动运动的所在平面02：摇动加工的伺服方式：摇动加工的伺服方式摇动加工摇动加工表2-3 电火花数控摇动类型一览表自由摇动：自由摇动： 选选定定某某一一轴轴向向( (例例如如Z Z轴轴)
27、 )作作为为伺伺服服进进给给轴轴，其他两轴进行摇动运动其他两轴进行摇动运动( (如图如图2-14(a)2-14(a)所示所示) )。G01 LN001 STEP30 Z-10.G01 LN001 STEP30 Z-10.G01G01表表示示沿沿Z Z轴轴方方向向进进行行伺伺服服进进给给。LN001LN001中中的的0000表表示示在在X XY Y平平面面内内自自由由摇摇动动，1 1表表示示工工具具电电极极各各点点绕绕各各原原始始点点作作圆圆形形轨轨迹迹摇摇动动，STEP30STEP30表表示示摇摇动动半半径径为为30 30 mm，Z-Z-10.10.表表示示伺伺服服进进给给至至Z Z轴轴向向下
28、下10 10 mmmm为为止止。其其实实际际放放电电点点的的轨轨迹迹见见图图2-14(a)2-14(a)，沿沿各各轴轴方方向可能出现不规则的进进退退向可能出现不规则的进进退退(2) 步进摇动。在某选定的轴向作步进伺服进给，每进一步的步距为2 m，其他两轴作摇动运动(如图2-14(b)所示)。例如：G01 LN101 STEP20 Z-10.G01 LN101 STEP20 Z-10.G01表示沿Z轴方向进行伺服进给。LN101中的10表示在XY平面内步进摇动，1表示工具电极各点绕各原始点作圆形轨迹摇动，STEP20表示摇动半径为20 m，Z-10.表示伺服进给至Z轴向下10 mm为止。其实际放
29、电点的轨迹见图2-14(b)。步进摇动限制了主轴的进给动作，使摇动动作的循环成为优先动作。步进摇动用在深孔排屑比较困难的加工中。它较自由摇动的加工速度稍慢，但更稳定，没有频繁的进给、回退现象。(3) 锁定摇动。在选定的轴向停止进给运动并锁定轴向位置，其他两轴进行摇动运动。在摇动中，摇动半径幅度逐步扩大，主要用于精密修扩内孔或内腔(如图2-14(c)所示)。例如：G01 LN202 STEP20 Z-5.G01 LN202 STEP20 Z-5.G01表示沿Z轴方向进行伺服进给。LN202中的20表示在XY平面内锁定摇动，2表示工具电极各点绕各原始点作方形轨迹摇动，Z-5.表示Z轴加工至-5 m
30、m处停止进给并锁定，X、Y轴进行摇动运动。其实际放电点的轨迹见图2-14(c)。锁定摇动能迅速除去粗加工留下的侧面波纹，是达到尺寸精度最快的加工方法。它主要用于通孔、盲孔或有底面的型腔模加工中。如果锁定后作圆轨迹摇动，则还能在孔内滚花、加工出内花纹等。6. 6. 电火花机床常见功能电火花机床常见功能 电火花机床的常见功能如下：电火花机床的常见功能如下：(1) (1) 回回原原点点操操作作功功能能。数数控控电电火火花花在在加加工工前前首首先先要要回回到到机机械械坐坐标标的的零零点点，即即X X、Y Y、Z Z轴轴回回到到其其轴轴的的正正极极限限处处。这这样样，机机床床的的控控制制系系统统才才能能
31、复复位，后续操作机床运动不会出现紊乱。位，后续操作机床运动不会出现紊乱。(2) (2) 置零功能置零功能。将当前点的坐标设置为零。将当前点的坐标设置为零。(3) (3) 接接触触感感知知功功能能。让让电电极极与与工工件件接接触触，以以便便定位。定位。( (4) 4) 其他常见功能其他常见功能( (如图如图2-152-15所示所示) )。图2-15 电火花机床常见功能线切割加工原理及特点线切割加工原理线切割加工原理：电火花线切割加工是用连续移动的电极丝作为工具电极与工件之间产生火花放电腐蚀工件，进行切割加工。 线切割加工原理图线切割加工原理图(1)(1)极间介质的电离、击穿及放电通道的形极间介质
32、的电离、击穿及放电通道的形成成. .(2)(2)介质热分解、电极材料熔化、汽化热膨介质热分解、电极材料熔化、汽化热膨胀胀. .(3)(3)电极材料的抛出电极材料的抛出. .(4)(4)极间介质的消电离极间介质的消电离. .过程：过程：(1) (1) 加加工工材材料料的的难难易易与与材材料料的的硬硬度度无无关关，加加工中不存在显著的机械切削力。工中不存在显著的机械切削力。(2) (2) 可以加工硬质合金等一切导电材料。可以加工硬质合金等一切导电材料。(3) (3) 最最小小角角部部半半径径有有限限制制。线线切切割割加加工工中中最最小角部半径为电极丝的半径加上加工间隙。小角部半径为电极丝的半径加上
33、加工间隙。（4)4)线线切切割割加加工工是是利利用用移移动动的的细细金金属属导导线线( (铜铜丝或钼丝丝或钼丝) )做电极，对工件进行脉做电极，对工件进行脉特点：特点：2.1 2.1 电火花线切割加工的特点电火花线切割加工的特点1 1）电火花线切割能切割加工传统方法难于加工）电火花线切割能切割加工传统方法难于加工或无法加工的高硬度、高强度、高脆性、高忍性或无法加工的高硬度、高强度、高脆性、高忍性等等导电材料及半导体材料导电材料及半导体材料。 2 2）由于电极丝极细，可以加工）由于电极丝极细，可以加工细微异形孔细微异形孔、窄窄缝缝和和复杂形状复杂形状零件。零件。 3 3）工件被加工表面受热影响小
34、，适合于加工热）工件被加工表面受热影响小，适合于加工热敏感性材料。同时，由于脉冲能量集中在很小的敏感性材料。同时，由于脉冲能量集中在很小的范围内，加工精度较高，线切割加工精度可达范围内，加工精度较高，线切割加工精度可达0.020.01mm,0.020.01mm,表面粗糙度可达表面粗糙度可达Ra1.6mRa1.6m。 必须具备下列条件必须具备下列条件: :1.1.电极丝与工件的被加工表面之间必须保持电极丝与工件的被加工表面之间必须保持一定间隙，间隙的宽度由工作电压一定间隙，间隙的宽度由工作电压、加工量等、加工量等加工条件而定。加工条件而定。 2.2.必须采用脉冲电源，即火花放电必须是脉冲性、必须
35、采用脉冲电源，即火花放电必须是脉冲性、间歇性。间歇性。3.3.电火花线切割机床加工时，必须在有一定绝缘电火花线切割机床加工时，必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行性能的液体介质中进行. .1.1 电火花线切割加工机床简介1.1 1.1 机床分类、型号机床分类、型号 按电极丝的走丝速度快速走丝线切割机床快速走丝线切割机床慢速走丝线切割机床慢速走丝线切割机床1) 1) 快速走丝线切割机床快速走丝线切割机床快快速速走走丝丝线线切切割割机机床床的的电电极极丝丝作作高高速速往往复复运运动动，一一般般走走丝丝速速度度为为8 810 10 m/sm/s，是是我我国国独独创创的的电电火火花花线线切切割割加加工
36、工模模式式。快快速速走走丝丝线线切切割割机机床床上上运运动动的的电电极极丝丝能能够够双双向向往往返返运运行行，重重复复使使用用，直直至至断断丝丝为为止止。线线电电极极材材料料常常用用直直径径为为0.100.100.30 0.30 mmmm的的钼钼丝丝( (有有时时也也用用钨钨丝丝或或钨钨钼钼丝丝) )。对对小小圆圆角角或或窄窄缝切割，也可采用直径为缝切割，也可采用直径为0.6 mm0.6 mm的钼丝的钼丝。 工工作作液液通通常常采采用用乳乳化化液液。快快速速走走丝丝线线切切割割机机床床结结构构简简单单、价价格格便便宜宜、生生产产率率高高，但但由由于于运运行行速速度度快快，工工作作时时机机床床震
37、震动动较较大大。钼钼丝丝和和导导轮轮的的损损耗耗快快，加加工工精精度度和和表表面面粗粗糙糙度度就就不不如如慢慢速速走走丝丝线线切切割割机机床床，其其加加工工精精度度一一般般为为0.010.010.02 0.02 mmmm，表表面面粗粗糙糙度度RaRa为为1.251.252.5 m2.5 m。 2) 2) 慢速走丝线切割机床慢速走丝线切割机床 慢慢速速走走丝丝线线切切割割机机床床走走丝丝速速度度低低于于0.2 0.2 m/sm/s。常常用用黄黄铜铜丝丝( (有有时时也也采采用用紫紫铜铜、钨钨、钼钼和和各各种种合合金金的的涂涂覆覆线线) )作作为为电电极极丝丝，铜铜丝丝直直径径通通常常为为0.10
38、0.100.35 0.35 mmmm。电电极极丝丝仅仅从从一一个个单单方方向向通通过过加加工工间间隙隙，不不重重复复使使用用，避避免免了了因因电电极极丝丝的的损损耗耗而而降降低低加加工工精精度度。同同时时由由于于走走丝丝速速度度慢慢，机机床床及及电电极极丝丝的的震震动动小小，因因此此加加工工过过程程平平稳稳，加加工工精精度度高高，可可达达0.005 mm0.005 mm，表面粗糙度，表面粗糙度Ra0.32 mRa0.32 m。慢慢速速走走丝丝线线切切割割机机床床的的工工作作液液一一般般采采用用去去离子水、煤油等，生产率较高。离子水、煤油等，生产率较高。慢慢走走丝丝机机床床主主要要由由日日本本、
39、瑞瑞士士等等国国生生产产，目目前前国国内内有有少少数数企企业业引引进进国国外外先先进进技技术术与与外外企合作生产慢走丝机床。企合作生产慢走丝机床。2型号型号国国标标规规定定的的数数控控电电火火花花线线切切割割机机床床的的型型号，如的基本含义为：号，如的基本含义为：D K X X X 类别代号:表示是电加工机床特性代号特性代号:表示是数控机床表示是数控机床组代号组代号:表示是电火花加工机床表示是电火花加工机床系代号:快走（慢走）丝线切割机床参数代号:表示工作台横向行程DK7725基本含义为基本含义为：D D为机床的类别代号，表示是电加工机床；为机床的类别代号，表示是电加工机床；K K为机床的特性
40、代号，表示是数控机床；为机床的特性代号，表示是数控机床；第一个第一个7 7为组代号，表示是电火花加工机床；为组代号，表示是电火花加工机床；第第二二个个7 7为为系系代代号号( (快快走走丝丝线线切切割割机机床床为为7 7，慢慢走丝线切割机床为走丝线切割机床为6 6，电火花成型机床为，电火花成型机床为1 1) ) ；2525为为基基本本参参数数代代号号，表表示示工工作作台台横横向向行行程程为为250 mm250 mm。 2.2 快走丝线切割机床简介线线切切割割机机床床机床本体机床本体脉冲电源脉冲电源数控系统数控系统工作液循工作液循环系统环系统1机床本体机床本体机床本体机床本体床床身身丝丝架架运丝
41、机构运丝机构工作台工作台运丝机运丝机构构丝架丝架工作台工作台床身床身1)床身床身床床身身是是支支承承和和固固定定工工作作台台、运运丝丝机机构构等等的的基基体体。因因此此，要要求求床床身身应应有有一一定定的的刚刚度度和和强强度度，一一般般采采用用箱箱体体式式结结构构。床床身身里里面面安安装装有有机机床床电电气气系系统统、脉脉冲冲电电源源、工工作作液液循环系统等元器件。循环系统等元器件。目前在电火花线切割机床上采用的坐标工作台，大多为X、Y方向线性运动。不论是哪种控制方式，电火花线切割机床最终都是通过坐标工作台与丝架的相对运动来完成零件加工的，坐标工作台应具有很高的坐标精度和运动精度，而且要求运动
42、灵敏、轻巧，一般都采用“十”字滑板、滚珠导轨，传动丝杠和螺母之间必须消除间隙，以保证滑板的运动精度和灵敏度。2) 2) 工作台工作台3) 3) 运丝机构运丝机构在在快快走走丝丝线线切切割割加加工工时时，电电极极丝丝需需要要不不断断地地往往复复运运动动，这这个个运运动动是是由由运运丝丝机机构构来来完完成成的的。最最常常见见的的运运丝丝机机构构是是单单滚滚筒筒式式，电电极极丝丝绕绕在在储储丝丝筒筒上上，并并由由丝丝筒筒作作周周期期性性的的正正反反旋旋转转使使电电极极丝丝高高速速往往返返运运动动。储储丝丝筒筒轴轴向向往往复复运运动动的的换换向向及及行行程程长长短短由由无无触触点点接接近近开开关关及及
43、其其撞撞杆杆控控制制( (如如图图2-162-16中中的的5 5、4)4)，调整撞杆的位置即可调节行程的长短。，调整撞杆的位置即可调节行程的长短。4) 4) 丝架丝架作作用用：是是在在电电极极丝丝快快速速移移动动时时，对对电电极极丝丝起起支支撑撑作作用用，并并使使电电极极丝丝工工作作部部分分与与工工作作台台平平面面保保持持垂直。垂直。注注意意：为为获获得得良良好好的的工工艺艺效效果果，上上、下下丝丝架架之之间的距离宜尽可能小。间的距离宜尽可能小。锥锥度度加加工工：最最常常见见的的方方法法是是在在上上丝丝架架的的上上导导轮轮上上加加两两个个小小步步进进电电动动机机，使使上上丝丝架架上上的的导导轮
44、轮作作微微量量坐坐标标移移动动( (又又称称U U、V V轴轴移移动动) )，其其运运动动轨轨迹迹由由计算机控制。计算机控制。2 2脉冲电源脉冲电源电电火火花花线线切切割割加加工工的的脉脉冲冲电电源源与与电电火火花花成成型型加加工工作作用用的的脉脉冲冲电电源源在在原原理理上上相相同同，不不过过受受加加工工表表面面粗粗糙糙度度和和电电极极丝丝允允许许承承载载电电流流的的限限制制，线线切切割割加加工工脉脉冲冲电电源源的的脉脉宽宽较较窄窄(2(260 60 s)s)，单单个个脉脉冲冲能能量量、平平均均电电流流(1(15 5 A)A)一一般般较小，所以线切割总是采用较小，所以线切割总是采用正极性加工正
45、极性加工。2 2脉冲电源脉冲电源作用作用: : 把把工工频频交交流流电电流流转转换换成成一一定定频频率率的的单单向向脉脉冲冲电电流流，以以供供给给火火花花放放电电间间隙隙所所需需要要的的能能量量来来蚀蚀除除金金属属。脉脉冲冲电电源源对对线线切切割割加加工工的的生生产产率率、表表面面质质量量、加加工工速速度度、加加工工过过程程的的稳稳定定性性和和电电极极丝丝损损耗耗等等技技术术经经济济指指标标有有很很大大的的影影响响，应应给给予予足足够够的的重重视。视。3 3数控系统数控系统数数控控系系统统在在电电火火花花线线切切割割加加工工中中起起着着重重要作用，具体体现在两方面：要作用，具体体现在两方面：
46、(1) (1) 轨轨迹迹控控制制作作用用。它它精精确确地地控控制制电电极极丝丝相相对对于于工工件件的的运运动动轨轨迹迹，使使零零件件获获得得所所需需的的形形状状和尺寸。和尺寸。 (2) (2) 加工控制加工控制。它能根据放电间隙大小与。它能根据放电间隙大小与放电状态控制进给速度，使之与工件材料的蚀放电状态控制进给速度，使之与工件材料的蚀除速度相平衡，保持正常的稳定切割加工。除速度相平衡，保持正常的稳定切割加工。 4. 4. 工作液循环系统工作液循环系统工工作作液液循循环环与与过过滤滤装装置置是是电电火火花花线线切切割割机机床床不不可可缺缺少少的的一一部部分分，其其主主要要包包括括工工作作液液箱
47、箱、工工作作液液泵泵、流流量量控控制制阀阀、进进液液管管、回液管回液管和和过滤网罩过滤网罩等。等。工工作作液液的的作作用用：是是及及时时地地从从加加工工区区域域中中排排除除电电蚀蚀产产物物，并并连连续续充充分分供供给给清清洁洁的的工工作作液液，以以保保证证脉脉冲冲放放电电过过程程稳稳定定而而顺顺利利地地进进行行。目目前前绝绝大大部部分分快快走走丝丝机机床床的的工工作作液液是是专专用用乳乳化化液液。乳乳化化液液种种类类繁繁多多，大大家家可可根根据相关资料来正确选用据相关资料来正确选用。2.3.3 慢走丝线切割机床简介同快走丝线切割机床一样，慢走丝线切割机床也是由机床本体、脉冲电源、数控系统等部分
48、组成的。但慢走丝线切割机床的性能大大优于快走丝线切割机床。慢走丝线切割的原理图主主体体结结构构机头结构机头结构主要部件主要部件工作液循环系统工作液循环系统机头结构机头结构主要部件主要部件1) 1) 机头结构机头结构机床和锥度切割装置(U，V轴部分)实现了一体化，并采用了桁架铸造结构，从而大幅度地强化了刚度。2)主要部件主要部件精密陶瓷材料大量用于工作臂、工作台固定板、工件固定架、导丝装置等主要部件，实现了高刚度和不易变形的结构。3) 3) 工作液循环系统工作液循环系统慢慢走走丝丝线线切切割割机机床床大大多多数数采采用用去去离离子子水水作作为为工工作作液液，所所以以有有的的机机床床( (如如北北
49、京京阿阿奇奇) )带带有有去去离离子子系系统统( (如如图图2-172-17所所示示) )。在在较较精精密密加加工工时时，慢慢走走丝丝线线切切割割机机床床采采用用绝绝缘缘性能较好的煤油作为工作液。性能较好的煤油作为工作液。图2-17 去离子系统 滤芯滤芯 过滤筒过滤筒 洁水箱洁水箱污水箱污水箱慢走丝线切割机床的电极丝在加工中是单方向运动(即电极丝是一次性使用)的。走丝过程走丝过程：电极丝由储丝筒出丝，由电极丝输送轮收丝。组组成成：储丝筒、导丝机构、导向器、张紧轮、压紧轮、圆柱滚轮、断丝检测器、电极丝输送轮、其他辅助件(如毛毡、毛刷)等。图2-18 电极丝送丝装置23 35 56 67 78 8
50、9 92.3.4 2.3.4 线切割机床常见的功能线切割机床常见的功能下面简单介绍线切割机床较常见的功能。下面简单介绍线切割机床较常见的功能。下面简单介绍线切割机床较常见的功能。下面简单介绍线切割机床较常见的功能。(1)模模拟拟加加工工功功能能。模模拟拟显显示示加加工工时时电电极极丝丝的的运动轨迹及其坐标。运动轨迹及其坐标。(2)短短路路回回退退功功能能。加加工工过过程程中中若若进进给给速速度度太太快快而而电电腐腐蚀蚀速速度度慢慢，在在加加工工时时出出现现短短路路现现象象，控控制制器器会会改改变变加加工工条条件件并并沿沿原原来来的的轨轨迹迹快快速速后后退，消除短路，防止断丝。退，消除短路，防止
51、断丝。(3)回回原原点点功功能能。遇遇到到断断丝丝或或其其他他一一些些情情况况，需要回到起割点，可用此操作。需要回到起割点，可用此操作。(4) (4) 单单段段加加工工功功能能。加加工工完完当当前前段段程程序序后后自自动动暂暂停停，并并有有相相关关提提示示信信息息，如如：单单段段停停止止! !按按OFFOFF键停止加工，按键停止加工，按RSTRST键继续加工。键继续加工。此此功功能能主主要要用用于于检检查查程程序序每每一一段段的的执执行行情情况。况。(5) (5) 暂暂停停功功能能。暂暂时时中中止止当当前前的的功功能能( (如如加加工工、单段加工、模拟、回退等单段加工、模拟、回退等) )。(6
52、) (6) MDIMDI功功能能。手手动动数数据据输输入入方方式式输输入入程程序序功功能能，即即可可通通过过操操作作面面板板上上的的键键盘盘，把把数数控控指指令令逐条输入存储器中。逐条输入存储器中。(7) (7) 进进给给控控制制功功能能。能能根根据据加加工工间间隙隙的的平平均均电电压压或或放放电电状状态态的的变变化化，通通过过取取样样、变变频频电电路路，不不断断定定期期地地向向计计算算机机发发出出中中断断申申请请，自自动动调调整整伺伺服服进进给给速速度度，保保持持平平均均放放电电间间隙隙，使使加加工工稳稳定，提高切割速度和加工精度。定，提高切割速度和加工精度。(8) (8) 间间隙隙补补偿偿
53、功功能能。线线切切割割加加工工数数控控系系统统所所控控制制的的是是电电极极丝丝中中心心移移动动的的轨轨迹迹。因因此此，加加工工零零件件时时有有补补偿偿量量，其其大大小小为为单单边边放放电电间间隙隙与与电电极极丝半径之和。丝半径之和。(9) (9) 自动找中心功能。自动找中心功能。电极丝能够自动找正后电极丝能够自动找正后停在孔中心处。停在孔中心处。(10) (10) 信信息息显显示示功功能能。可可动动态态显显示示程程序序号号、计计数数长度、电规准参数、切割轨迹图形等参数。长度、电规准参数、切割轨迹图形等参数。 (11) (11) 断断丝丝保保护护功功能能。在在断断丝丝时时，控控制制机机器器停停在
54、在断断丝丝坐坐标标位位置置上上，等等待待处处理理，同同时时高高频停止输出脉冲，丝筒停止运转。频停止输出脉冲，丝筒停止运转。(12) (12) 停停电电记记忆忆功功能能。可可保保存存全全部部内内存存加加工工程程序序，当当前前没没有有加加工工完完的的程程序序可可保保持持2424小小时以内，随时可停机。时以内，随时可停机。9 9毛毛刷刷 防防止止电电极极丝丝断断丝丝时时从轮子上脱出从轮子上脱出2 2圆柱滚轮圆柱滚轮 可可使使线线电电极极从从线线轴轴平平行行地地输输出出，且且使使张张力维持稳定力维持稳定3导向孔模块导向孔模块可使电极丝在张紧轮上可使电极丝在张紧轮上正确地进行导向正确地进行导向5 5张紧轮张紧轮 在在电电极极丝丝上上施施加必要的张力加必要的张力6 6压紧轮压紧轮 防防止止电电极极丝丝张张力变动的辅助轮力变动的辅助轮7 7毛毡毛毡 去去除除附附着在电极丝上的渣滓着在电极丝上的渣滓
