1、1课 时 授 课 教 案/ 学年第 期课程名称： 数控加工工艺 授课班级： 0811B/C 授课时间： 第 周星期 第 节 课 题： 电火花成形加工原理、特点和影响加工因素 教学目的：掌握电火花成形加工原理和影响加工的因素，了解电火花成形加工机床、特点和应用。重点、难点：火花成形加工原理使用教具： 课件 课后作业： 1 课后记录：年 月 日电火花加工一、概述二、电火花成形加工1.电火花加工机床常见的电火花成形加工机床由机床主体、脉冲电源、伺服系统、工作液循环系统等几个部分组成。（1）机床主体：包括床身、工作台、立柱、主轴头及润滑系统。用于夹持工具电极及支承工件，保证它们的相对位置，并实现电极在
2、加工过程中的稳定进给运动。2（1） 脉冲电源：把工频的交流电流转换成一定频率的单向脉冲电流。（2） 伺服进给系统：使主轴作伺服运动。（3） 工作液循环过滤系统：提供清洁的、有一定压力的工作2电火花成形加工的原理电火花成形加工的基本原理是基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。要达到这一目的，必须创造下列条件：（1）必须使接在不同极性上的工具和工件之间保持一定的距离以形成放电间隙。一般为 0.010.1mm 左右。（2）脉冲波形是单向的，如图所示。（3）放电必须在具有一定绝缘性能的液体介质中进行。（4）有足够的
3、脉冲放电能量，以保证放电部位的金属熔化或气化。如图，自动进给调节装置能使工件和工具电极保持给定的放电间隙。脉冲电源输出的电压加在液体介质中的工件和工具电极(以下简称电极)上。当电压升高到间隙中介质的击穿电压时，会使介质在绝缘强度最低处被击穿，产生火花放电。瞬间高温使工件和电极表面都被蚀除掉一小块材料，形成小的凹坑。一次脉冲放电之后，两极间的电压急剧下降到接近于零，间隙中的电介质立即恢复到绝缘状态。此后，两极间的电压再次升高，又在另一处绝缘强度最小的地方重复上述放电过程。多次脉冲放电的结果，使整个被加工表面由无数小的放电凹坑构成 极性效应（1）什么是极性效应？在脉冲放电过程中，工件和电极都要受到
4、电腐蚀。但正、负两极的蚀除速度不同，这种两极蚀除速度不同的现象称为极性效应。（2）为什么会有极性效应？产生极性效应的基本原因是由于电子的质量小，其惯性也小，在电场力作用下容易在短时间内获得较大的运动速度，即使采用较短的脉冲进行加工也能大量、迅速地到达阳极，轰击阳极表面。而正离子由于质量大，惯性也大，在相同时间内所获得的速度远小于电子。当采用短脉冲进行加工时，大部分正离子尚未到达负极表面，脉冲便已结束，所以负极的蚀除量小于正极。这时工件接正极，称为“正极性加工” 。3当用较长的脉冲加工时，正离子可以有足够的时间加速，获得较大的运动速度，并有足够的时间到达负极表面，加上它的质量大，因而正离子对负极
5、的轰击作用远大于电子对正极的轰击，负极的蚀除量则大于正极。这时工件接负极，称为“负极性加工” 。（3）极性效应在电火花加工过程中的作用在电火花加工过程中，工件加工得快，电极损耗小是最好的，所以极性效应愈显著愈好，3电火花加工的特点及应用1)电火花加工的特点(1）优点 适合于机械加工方法难于加工的材料的加工，如淬火钢、硬质合金、耐热合金可加工特小孔、深孔、窄缝及复杂形状的零件，如各种型孔、立体曲面、复杂形状的工件 ，小孔、深孔、窄缝等 。(2)缺点只能加工导电工件;加工速度慢;由于存在电极损耗，加工精度受限制。2）电火花成形加工的应用电火花成形加工主要用于电火花穿孔（用电火花成形加工方法加工通孔
6、）和电火花型腔加工。电火花穿孔加工主要用于加工冲模和异形孔，电火花型腔加工主要用于加工各类型腔模和各类复杂的型腔零件。型腔加工属于盲孔加工，金属蚀除量大，工作液循环困难，电蚀产物排除条件差，电极损耗不能用增加电极长度和进给来补偿；加工面积大，加工过程中要求电规准的调节范围也较大；型腔复杂，电极损耗不均匀，影响加工精度。4影响电火花成形加工因素1）影响加工速度的因素（1）加工速度以 mm3 /min 表示。（2）增加矩形脉冲的峰值电流和脉冲宽度；减小脉间；合理选择工件材料、工作4液，改善工作液循环等能提高加工速度。2）影响加工精度的因素 工件的加工精度除受机床精度、工件的装夹精度、电极制造及装夹
7、精度影响之外，主要受放电间隙和电极损耗的影响。(1)电极损耗对加工精度的影响 在电火花加工过程中，电极会受到电腐蚀而损耗，电极的不同部位，其损耗不同。（2）放电间隙对加工精度的影响 由于放电间隙的存在，使加工出的工件型孔(或型腔)尺寸和电极尺寸相比，沿加工轮廓要相差一个放电间隙(单边间隙)；实际加工过程中放电间隙是变化的，加工精度因此受到一定程度的影响。3）影响表面质量的因素 脉冲宽度、峰值电流大，表面粗糙度值大。重 庆 机 电 职 业 技 术 学 院 课 时 授 课 教 案/ 学年第 期课程名称： 数控加工工艺 授课班级： 0811B/C 授课时间： 第 周星期 第 节 课 题： 电火花成形
8、加工工艺 教学目的：掌握电火花穿孔和电火花型腔加工的工艺方法、了解电极材料的选用，电规准、电极的装夹和校正。重点、难点：火花成形加工原理使用教具： 课件 5课后作业： 1 课后记录： 年 月 日5.电火花成形加工工艺1）电火花冷冲模穿孔加工工艺方法(1）直接法 直接法是用加长的钢凸模作电极加工凹模的型孔，加工后将凸模上的损耗部分去除。凸、凹模的配合间隙靠控制脉冲放电间隙来保证。(2）混合法 凸模的加长部分选用与凸模不同的材料，如铸铁、铜等粘接或钎焊在凸模上，与凸模一起加工，以粘接或钎焊部分作穿孔电极的工作部分。当凸、凹模配合间隙很小不好直接保证放电间隙时时，可将电极的工作部分用化学浸蚀法蚀除一
9、层金属，反之，可以用电镀法将电极工作部位的断面尺寸均匀扩大以满足加工时的间隙要求。 2）电火花型腔加工工艺方法(1）单电极加工方法 单电极加工法是指用一个电极加工出所需型腔。用于下列几种情况： 用于加工形状简单、精度要求不高的型腔，加工经过预加工的型腔。用机床摇动加工型腔。首先采用低损耗、高生产率的粗规准进行加工，然后利用摇动按照粗、中、精的顺序逐级改变电规准、加大电极的平动量，以补偿前后两个加工规准之间型腔侧面放电间隙差和表面微观不平度差，实现型腔侧面仿型修光，完成整个型腔模的加工。(2）多电极加工法 多电极加工法是用多个电极，依次更换加工同一个型腔。每个电极都要对型腔的整个被加工表面进行加
10、工。用多电极加工法加工的型腔精度高，尤其适用于加工尖角、窄缝多的型腔。(3）分解电极法 分解电极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。3）电极材料 (1)常用电极材料的种类和性能见表。(2）电极材料的选用电火花穿孔：紫铜、铸铁、钢等。6型腔加工常用电极材料主要是石墨和紫铜。紫铜组织致密，适用于形状复杂轮廓清晰、精度要求较高模具。石墨电极容易成形，密度小，宜作大、中型电极。4）电规准的选择与转换 (1)什么是电规准？电火花加工中所选用的一组电脉冲参数称为电规准。(2)电规准的选择在生产中主要通过工艺试验确定电规准。通常要用几个规准才能完成凹模型孔加工的全过程。电规准
11、分为粗、中、精三种。从个规准调整到另一个规准称为电规准的转换。粗规准 主要用于粗加工。对它的要求是生产率高，工具电极损耗小。被加工表面的粗糙度 Ra125m。采用较大的电流峰值，较长的脉冲宽度(t i2060s)。中规准 是粗、精加工间过度性加工所采用的电规准， 精规准 用来进行精加工，要求在保证冲模各项技术要求（如配合间隙、表面粗糙度和刃口斜度）的前提下尽可能提高生产率。小的电流峰值、高频率和短的脉冲宽度(t i26s)。被加工表面粗糙度可达 Ra =1.60.8m。5）电极的装夹与校正在电火花加工中，机床主轴进给方向都应该垂直于工作台。因此工具电极的工艺基准必须平行于机床主轴头的垂直坐标。
12、即工具电极的装夹与校正必须保证工具电极进给加工方向垂直于工作台平面。(1)工具电极的装夹由于在实际加工中碰到的电极形状各不相同，加工要求也不一样。常用的电极夹具有如图几种。(2)工具电极的校正工具电极的校正方式有自然校正和人工校正两种:自然校正就是利用电极在电极柄和机床主轴上的正确定位来保证电极与机床的正确关系；人工校正一般以工作台面 x、y 水平方向为基准，用百分表、千分表、块规或角尺在电极横、纵(即 x、y 方向)两个方向作垂直校正和水平校正，保证电极轴线与主轴进给轴线一致，保证电极工艺基准与工作台面 x、y 基准平行。6）课堂讨论已知零件是电机风叶塑料模，电火花加工如图电机风叶塑料模型腔
13、，已知材料为 45 号钢，型腔表面粗糙度 Ra2.5m，讨论以下问题：7 分析零件图； 选择电极的材料； 选择加工方式； 加工中应注意的其它问题。重 庆 机 电 职 业 技 术 学 院 课 时 授 课 教 案/ 学年第 期课程名称： 数控加工工艺 授课班级： 0811B/C 授课时间： 第 周星期 第 节 课 题： 电火花线切割加工 教学目的：掌握电火花线切割加工工艺制定的方法，了解电极材料的选用，电规准及工件的装夹重点、难点：电火花线切割加工工艺制定的方法使用教具： 课件 课后作业： 1 课后记录：年 月 日三、电火花线切割加工1电火花线切割加工机床电火花线切割加工是在电火花成形加工基础上发
14、展起来的，它是用线状电极（钼丝或铜丝）通过火花放电对工件进行切割8电火花线切割加工机床根据电极。丝运行速度不同分为快走丝和慢走丝两种机床，其组成主要包括：1）主机：包括床身、坐标工作台、走丝机构等；2）脉冲电源：把交流电流转换成一定频率的单向脉冲电流；3）控制系统控制机床运动；4）工作液循环系统：提供清洁的、有一定压力的工作液。2、电火花线切割的原理数控线切割加工的基本原理与电火花成形加工相同，但加工方式不同，它是用细金属丝作电极。线切割加工时，线电极一方面相对工件不断地往上(下)移动(慢速走丝是单向移动，快速走丝是往返移动)，另一方面，装夹工件的十字工作台，由数控伺服电动机驱动，在 x、y
15、轴方向实现切割进给，使线电极沿加工图形的轨迹，对工件进行切割加工。3电火花线切割加工特点和应用 1）电火花线切割加工的特点适合于机械加工方法难于加工的材料的加工，如淬火钢、硬质合金、耐热合金等；线为工具电极，节约了电极设计和制造费用和时间，能方便地加工形状复杂的外形和通孔，能进行套料加工。冲模加工的凸凹模间隙可以任意调节。2）缺点被加工材料必须导电；不能加工盲孔。2）电火花线切割加工的应用线切割广泛用于加工硬质合金、淬火钢模具零件、样板、各种形状复杂的细小零件、窄缝等。如形状复杂、带有尖角窄缝的小型凹模的型孔可采用整体结构在淬火后加工，既能保证模具精度，也可简化模具设计和制造。此外，电火花线切
16、割还可加工除盲孔以外的其它难加工的金属零件。线切割广泛用于加工硬质合金、淬火钢模具零件、样板、各种形状复杂的细小零件、4电火花线切割加工工艺1）电火花线切割加工工艺指标9（1）切割速度即单位时间内电极丝中心线在工件上切过的面积总和，快走丝线为4080mm2min，慢走丝可达 350mm2min。 （2）切割精度 快走丝线切割精度可达 0.0lmm，一般为0.0150.02mm；慢走丝线切割精度可达0.001mm 左右。（3）表面粗糙度 快走丝 Ra值一般为 1.252.5m，最低可 0.631.25m；慢走丝线切割的 Ra值可达 0.3m。2）影响工艺指标的主要因素（1）脉主要参数的影响峰值电
17、流 I e增大，加工速度提高，但表面粗糙度变差。电极丝损耗比加大甚至断丝。脉冲宽度 ti 加大 ti可提高加工速度但表面粗糙度变差。脉冲间隔 t0 t 0减小时平均电流增大，切割速度加快，但 t0过小，会引起电弧和断丝。（2）电极及其走丝速度的影响电极丝直径的影响 电极直径，一般为 0.030.35mm，电极丝直径越粗，切割速度越快，而且还有利于厚工件的加工。电极丝走丝速度的影响 在一定范围内，随着走丝速度的提高，线切割速度也可以提高。但过高，将使电极丝的振动加大、降低精度、切割速度并使表面粗糙度变差，且易造成断丝，一般高速走丝以小于 l0ms 为宜。工件厚度及材料的影响工件材料薄，工作液容易
18、进入并充满放电间隙，对排屑和消电离有利，加工稳定性好。但工件太薄，金属丝易产生抖动，对加工精度和表面粗糙度不利。工件厚，工作液难于进入和充满放电间隙，加工稳定性差，但电极丝不易抖动，因此精度和表面粗糙度较好。3）线切割加工工艺过程线切割加工工艺制定的内容主要有以下几个方面：零件图的工艺分析、工艺准备、加工参数的选择。（1）零件图的工艺分析 主要分析零件的凹角和尖角是否符合线切割加工的工艺条件零件的加工精度、表面10粗糙度是否在线切割加工所能达到的经济精度范围内。尖角和凹角尺寸分析：线电极轨迹与加工面距离 l=d2+ 线电极轨迹：零件凹角半径：R 1l=d2+,零件尖角半径：R 2= R1Z/2
19、 精度和表面粗糙度的分析：加工精度和表面粗糙度应符合要求。（2）线电极的选择一般情况下，快速走丝机床常用钼丝作线电极，钨丝或其它昂贵金属丝因成本高而很少用，其它线材因抗拉强度低，在快速走丝机床上不能使用。慢速走丝机床上则可用各种铜丝、铁丝，专用合金丝以及镀层(如镀锌等)的电极丝。（3）穿丝孔的确定穿丝孔的尺寸 直径一般310mm穿丝孔的位置a.凹模、孔类零件 为使切割轨迹短和更于编程，穿丝孔应设在边角处 、在已知坐标尺寸的交点处或型孔中心。 凸模类零件 为避免将坯件外形切断引起变形，应按图 c 在坯料内打穿丝孔4)工件校正和装夹（1）工件校正；（2）工件装夹方式。5)线电极位置的校正（1）目视法 直接利用目视或借助于放大镜来确定线电极的坐标位置；（2）火花法 利用线电极与工件在一定间隙时发生火花放电来确定线电极的坐标位置；（3）自动法 利用机床自动找正功能找孔中心。 6) 课堂讨论线切割加工如图凹模刃口尺寸，已知材料为 Cr12，已知凸凹模双面间隙为0.010.02 mm。讨论以下问题： （1）分析零件图；（2）选择线电极的材料和尺寸；（3）确定穿丝孔的位置；（4）加工过程中应注意的问题。
