特种加工教案

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1、如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!课题：概论 课时：2 授课：尹有根教学目标：特种加工的概念、特点及发展、分类教学重点：1 特种加工的特点及发展 2 特种加工的分类1.1 特种加工的概念一、引入课题:特种加工产生的条件，之所以产生特种加工普通机械加工满足不了加工的要求。一些难加工的材料、一些有特殊要求的零件、加工效率（生产率）、生产成本等等都需要特种加工。比较普通加工与特种加工的区别来引入课题。二、讲课内容1、特种加工的产生及定义随着社会生产的需要和科学技术的进步，20世纪40年代，前苏联科学家拉扎连柯夫妇研究开关触点遭受火花放电腐蚀损坏的现象和原因，发现电火花的瞬时高温可使局部的金属

2、熔化、气化而被腐蚀掉，开创和发明了电火花加工。后来，由于各种先进技术的不断应用，产生了多种有别于传统机械加工的新加工方法。这些新加工方法从广义上定义为特种加工(NTM，Non-Traditional Machining)，也被称为非传统加工技术，其加工原理是将电、热、光、声、化学等能量或其组合施加到工件被加工的部位上，从而实现材料去除。 可播放特种加工的一些视频。 1.2 特种加工的特点及发展 1.3 特种加工的分类一、复习旧课:特种加工产生的原因及定义。1 / 931如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!二、引入新课：特种加工范围广但有一些共性。与机械加工比起来有以下的一些特点。三、讲课

3、内容1、与传统的机械加工相比，特种加工的不同点是： (1) 不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量(如电、化学、光、声、热等)去除金属材料。 (2) 加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力，故加工的难易与工件硬度无关。(3) 各种加工方法可以任意复合、扬长避短，形成新的工艺方法，更突出其优越性，便于扩大应用范围。 正因为特种加工工艺具有上述特点，所以就总体而言，特种加工可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属或非金属材料，且专长于加工复杂、微细表面和低刚度的零件。2、特种加工技术的研究主要表现在以下几个方面：(1) 微细化。(2) 特种加工的应用领域正在拓宽。(3) 广泛采用自动化技术

4、。3、我国特种加工技术的发展情况 我国的特种加工技术起步较早。20世纪50年代中期我国工厂已设计研制出电火花穿孔机床，60年代末上海电表厂张维良工程师在阳极机械切割的基础上发明了我国独创的快走丝线切割机床， 4、特种加工的分类分类没有明确的规定，一般按能量来源和作用形式以及加工原理可分为表1-1所示的形式表1-1 常用特种加工方法的分类2 / 932如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!依据工件材料、尺寸、形状、精度、生产率、经济性等情况作具体分析，区别对待，合理选择特种加工方法。如表1-2所示表1-2 几种常见特种加工方法的综合比较3 / 933如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!

5、四、总结：1、特种加工的特点和发展方向。2、特种加工的分类课题：第二章 电火花加工4 / 934如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载! 2.1电火花加工的基本原理及其分类 2.2 电火花加工的机理课时：2 授课：尹有根教学目标：电火花加工的物理本质及特点教学重点：1电火花加工的基本原理及其分类2电火花加工的机理2.1 电火花加工的物理本质及特点一、复习旧课：与机械加工比较特种加工的特点及它的发展方向和分类。二、引入新课:电火花加工是特种加工的典型代表。我们看见电火花加工中有火花产生材料就被蚀除掉了这是什么原因呢？三、讲课内容：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

6、极与工件电极相互靠近时，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。分为以下几个阶段(如图2-1所示)：图2-1 电火花加工原理5 / 935如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!(1) 极间介质的电离、击穿，形成放电通道(如图2-1(a)所示)。(2) 电极材料的熔化、气化热膨胀(如图2-1(b)、(c)所示)。(3) 电极材料的抛出(如图2-1(d)所示)。(4) 极间介质的消电离(如图2-1(e)所示)。加工液流入放电间隙，将电蚀产物及残余的热量带走，并恢复绝缘状态。 上述步骤(1)(4)在一秒内约数千次甚至数万次地往复式进行，即

7、单个脉冲放电结束，经过一段时间间隔(即脉冲间隔)使工作液恢复绝缘后，第二个脉冲又作用到工具电极和工件上，又会在当时极间距离相对最近或绝缘强度最弱处击穿放电，蚀出另一个小凹坑。(如图2-2所示)。所以电火花加工是大量的微小放电痕迹逐渐累积而成的去除金属的加工方式。图2-2 电火花表面局部放大图2、电火花加工、电火花线切割加工的特点1）共同特点(1) 二者的加工原理相同，都是通过电火花放电产生的热来熔解去除金属的，所以二者加工材料的难易与材料的硬度无关，加工中不存在显著的机械切削力。(2) 二者的加工机理、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

8、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。 2）不同特点6 / 936如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!(1) 从加工原理来看，电火花加工是将电极形状复制到工件上的一种工艺方法(如图2-3所示)。而线切割加工是利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方法，如图2-4所示。图2-3 电火花加工图2-4 线切割加工(2) 从产品形状角度看，电火花加工必须先用数控加工等方法加工出与产品形状相似的电极；线切割加工中产品的形状是通过工作台按给定的控制程序移动而合成的，只对工件进行轮廓图形加工，余料仍可

9、利用。8 / 938如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!(3) 从电极角度看，电火花加工必须制作成型用的电极(一般用铜、石墨等材料制作而成)；线切割加工用移动的细金属导线(铜丝或钼丝)做电极。(4) 从电极损耗角度看，电火花加工中电极相对静止，易损耗，故通常采用多个电极加工；而线切割加工中由于电极丝连续移动，使新的电极丝不断地补充和替换在电蚀加工区受到损耗的电极丝，避免了电极损耗对加工精度的影响。 (5) 从应用角度看，电火花加工可以加工通孔、盲孔，特别适宜加工形状复杂的塑料模具等零件的型腔以及刻文字、花纹等(如图2-5(a)所示)；而线切割加工只能加工通孔，能方便地加工出小孔、形状复杂

10、的窄缝及各种形状复杂的零件(如图2-5(b)所示)。 (a) 电火花加工产品 (b) 线切割加工产品 图2-5 加工产品实例四、总结：1、电火花加工的物理本质2、电火花加工、电火花线切割加工的异同点五、作业：8 / 938如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!1、电火花加工的物理本质是什么？2、电火花加工与电火花线切割加工的异同点是什么？课题：第二章 电火花加工 2.3电火花加工的一些基本规律课时：2 授课：尹有根教学目标：电火花加工的一些基本规律教学重点：1电火花加工的一些基本规律一、复习旧课：电火花加工的特点二、引入新课：表面粗糙度、加工精度时电火花加工两个中的指标。三、讲课内容：、影

11、响表面粗糙度的主要因素电火花加工表面粗糙度的形成与切削加工不同，它是由若干电蚀小凹坑组成的，能存润滑油，其耐磨性比同样粗糙度的机加工表面要好。当峰值电流一定时，脉冲宽度越大，单个脉冲的能量就大，放电腐蚀的凹坑也越大、越深，所以表面粗糙度就越差。在脉冲宽度一定的条件下，随着峰值电流的增加，单个脉冲能量也增加，表面粗糙度就变差。在一定的脉冲能量下，不同的工件电极材料表面粗糙度值大小不同，熔点高的材料表面粗糙度值要比熔点低的材料小。工具电极表面的粗糙度值大小也影响工件的加工表面粗糙度值。由于电极的相对运动，工件侧边的表面粗糙度值比端面小。干净的工作液有利于得到理想的表面粗糙度。、影响加工精度的主要因

12、素1）放电间隙间隙大小对形状精度也有影响，间隙越大，则复制精度越差，特别是对复杂形状的加工表面。10 / 9310如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!2）加工斜度进入行腔后二次放电，产生加工斜度。 3）工具电极的损耗工具电极的损耗锥度反映到工件上是加工斜度。、电火花加工表面变化层和机械性能图3-11 电火花加工表面变化层）表面变化层的机械性能显微硬度及耐磨性 工件在加工前由于热处理状态及加工中脉冲参数不同，加工后的表面层显微硬度变化也不同。加工后表面层的显微硬度一般比较高，但由于加工电参数、冷却条件及工件材料热处理状况不同，有时显微硬度会降低。残余应力 电火花表面存在着由于瞬时先热后冷作

13、用而形成的残余应力，而且大部分表现为拉应力。 疲劳性能 电火花加工后，工件表面变化层金相组织的变化，会使耐疲劳性能比机械加工表面低许多倍。、电火花加工的稳定性 1）电规准与加工稳定性一般来说，单个脉冲能量较大的规准，容易达到稳定加工。在微细加工、排屑条件很差、电极与工件材料不太合适时，可增加间隔来改善加工的不稳定性，但这样会引起生产率下降。10 / 9310如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!对每种电极材料对，必须有合适的加工波形和适当的击穿电压，才能实现稳定加工。当平均加工电流超过最大允许加工电流密度时，将出现不稳定现象。2）电极进给速度电极的进给速度与工件的蚀除速度应相适应，这样才能

14、使加工稳定进行。进给速度大于蚀除速度时，加工不易稳定。3）蚀除物的排除情况4）电极材料及工件材料对于钢工件，各种电极材料的加工稳定性好坏次序如下：紫铜(铜钨合金、银钨合金) 铜合金(包括黄铜) 石墨 铸铁 不相同的钢 相同的钢；淬火钢比不淬火钢工件加工时稳定性好；硬质合金、铸铁、铁合金、磁钢等工件的加工稳定性差。5）极性不合适的极性可能导致加工极不稳定6）加工形状、合理选择电火花加工工艺一般来说，主要采用两种方法来处理：第一，先主后次，如在用电火花加工去除断在工件中的钻头、丝锥时，应优先保证速度，因为此时工件的表面粗糙度、电极损耗已经不重要了；第二，采用各种手段，兼顾各方面。其中主要常见的方法

15、有：(1) 粗、中、精逐挡过渡式加工方法。(2) 先用机械加工去除大量的材料，再用电火花加工保证加工精度和加工质量。(3) 采用多电极。在加工中及时更换电极，当电极绝对损耗量达到一定程度时，及时更换，以保证良好的加工质量。四、总结、影响表面粗糙度、加工精度的因素11 / 9311如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!、如何控制电火花加工表面变化层和机械性能、加工的稳定性、如何合理选择电火花加工工艺 电火花加工机床简介一、复习旧课: 电火花加工的物理本质及电火花加工、电火花线切割加工的异同点。二、引入课题:知道了电火花加工的本质，接下来分开来介绍电火花加工和线切割加工。先看看电火花加工。三、

16、讲课内容：1、机床型号、规格、分类 我国国标规定，电火花成型机床均用D71加上机床工作台面宽度的1/10表示。例如D7132中，D表示电加工成型机床(若该机床为数控电加工机床，则在D后加K，即DK)；71表示电火花成型机床；32表示机床工作台的宽度为320 mm。电火花加工机床按其大小可分为小型(D7125以下)、中型(D7125D7163)和大型(D7163以上)；按数控程度分为非数控、单轴数控和三轴数控。2、电火花加工机床结构电火花加工机床主要由机床本体、脉冲电源、自动进给调节系统、工作液过滤和循环系统、数控系统等部分组成，如图2-6所示。12 / 9312如果您需要使用本文档，请点击下载

17、按钮下载!图2-6 电火花机床1）、 机床本体 机床本体主要由床身、立柱、主轴头及附件、工作台等部分组成。机床主轴头和工作台常有一些附件，如可调节工具电极角度的夹头、平动头、油杯等。本节主要介绍平动头。在电火花加工中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光了。平动头就是为解决修光侧壁和提高其尺寸精度而设计的。平动头是一个使装在其上的电极能产生向外机械补偿动作的工艺附件。平动头的动作原理是：利用偏心机构将伺服电机的旋转运动

18、通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2-7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。13 / 9313如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!图2-7 平动头扩大间隙原理图 (a) 机械式平动头 (b) 数控平动头图2-8 平动头外形2）、 脉冲电源在电火花加工过程中，脉冲电源的作用是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。 脉冲电源输

19、入为380 V、50 Hz的交流电，其输出应满足如下要求：(1) 要有一定的脉冲放电能量，否则不能使工件金属气化。(2) 火花放电必须是短时间的脉冲性放电，这样才能使放电产生的热量来不及扩散到其他部分，从而有效地蚀除金属，提高成型性和加工精度。(3) 脉冲波形是单向的，以便充分利用极性效应，提高加工速度和降低工具电极损耗。14 / 9314如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!(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。弛张式脉冲电

20、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，弛张式脉冲电源结构简单，使用维修方便，加工精度较高，粗糙度值较小，但生产率低，电能利用率低，加工稳定性差，故目前这种电源的应用已逐渐减少。如图2-9所示图2-9 RC线路脉冲电源闸流管脉冲电源 闸流管是一种特殊的电子管，当对其栅极通入一脉冲信号时， 便可控制管子的导通或截止，输出脉冲电流。由于这种电源的电参数与加工间隙无关，故又称为独立式电源。闸流管脉冲电源的生产率较高，加工稳定，但脉冲宽度较窄，电极损耗较大。晶体管脉冲电源晶体管脉冲电源其输出功率大，电规准调节范围广，电极损耗小，故适应于型孔、型腔、磨削等各种不同用途的加工。晶体

21、管脉冲电源已越来越广泛地应用在电火花加工机床上。四、总结15 / 9315如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!1、电火花机床型号、规格、分类2、电火花机床的机床本体和脉冲电源的结构和特点课题：第二章 电火花加工 2.4电火花加工的脉冲电源2.5 电火花加工的自动进给调节系统2.6 电火花加工机床课时：2 授课：尹有根教学目标：1.电火花加工的脉冲电源、自动进给调节系统2.电火花加工机床教学重点：1.电火花加工的脉冲电源、自动进给调节系统2.电火花加工机床一、复习旧课：电火花机床型号、规格、分类及电火花机床的机床本体和脉冲电源的结构和特点。二、引入新课：上次课介绍了电火花的平动头和脉冲电源

22、是电火花机床厂家的核心机密，今天继续看以下另外的两个部件。三、讲课内容3、自动进给调节系统 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，它的性能直接影响加工稳定性和加工效果。 电火花成型加工的自动进给调节系统，主要包含伺服进给系统和参数控制系统。伺服进给系统主要用于控制放电间隙的大小，而参数控制系统主要用于控制电火花成型加工中的各种参数(如放电电流、脉冲宽度、脉冲间隔等)，以便能够获得最佳的加工工艺指标等。1) 伺服进给系统的作用及要求 在电火花成型加工中，电极与工件必须保持一定的放电间隙。 伺服进给系统一般有如下要求17 / 9317如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!(

23、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。 这里简单介绍电液压式伺服进给系统的原理。2) 电液压式伺服进给系统 图2-10所示为DYT-2型液压主轴头的喷嘴挡板式调节系统的工作原理图。图2-10 喷嘴挡板式电液压自动调节器工作原理当放电间隙短路时，动圈两端电压为零，此时动圈不受电磁力的作用，挡板受弹簧力处于最高位置，喷嘴与挡板门开口为最大，使工作液流经喷嘴的流量为最大，上油腔的压力下降到最小值，致使上油腔压力小于下油腔压力，故活塞杆带动工具电极上升。当放电间隙开路时，动圈电压最大，挡板被磁力吸引下移到最低位置，喷嘴被封闭，上、下油腔压强

24、相等，但因下油腔工作面积小于上油腔工作面积，活塞上的向下作用力大于向上作用力，活塞杆下降。当放电间隙最佳时，电动力使挡板处于平衡位置，活塞处于静止状态。17 / 9317如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载! 4、工作液过滤和循环系统 电火花加工中的蚀除产物，一部分以气态形式抛出，其余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。随着电火花加工的进行，蚀除产物越来越多，充斥在电极和工件之间，或粘连在电极和工件的表面上。蚀除产物的聚集，会与电极或工件形成二次放电。为了改善电火花加工的条件，一种办法是使电极振动，以加强排屑作用；另一种办法是对工作液进行强迫循环过滤，以改善间隙状

25、态。 图2-11 工作液循环系统油路图四、总结：1、自动进给调节系统特点及工作原理 2、工作液过滤和循环系统作用2.2 电火花加工机床简介一、复习旧课: 自动进给调节系统特点及工作原理并工作液过滤和循环系统作用。二、引入新课：现今各种加工机床都以数控化，接下来我们来看一下电火花机床的数控系统功能。三、讲课内容：5、 数控系统 1) 数控电火花机床的类型18 / 9318如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载! 根据机床的数控坐标轴的数目，目前常见的数控机床有三轴数控电火花机床、四轴三联动数控电火花机床、四轴联动或五轴联动甚至六轴联动电火花加工机床。现在部分数控电火花机床还带有工具电极库，在加

26、工中可以根据事先编制好的程序，自动更换电极。 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，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，具体内容如下：( 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)，具体见表2-1。 表2-1 常用的电火花数控指令19 / 9319如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!表2-2 工作坐标系以上代码，绝大部分与数控铣床、车床的代码相同，只

27、有G54、G80、G82、M05等是以前接触较少的指令，其具体用法如下：20 / 9320如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!图2-12 工作坐标系切换一般的慢走丝线切割机床和部分快走丝线切割机床都有几个或几十个工作坐标系，可以用G54、G55、G56等指令进行切换(如表2-2所示)。 如图2-12所示，可以通过如下指令切换工作坐标系。 G92 G54 X0 Y0； G00 X20. Y30.； G92 G55 X0 Y0；这样通过指令，首先把当前的O点定义为工作坐标系0的零点，然后分别把X、Y轴快速移动20 mm、30 mm到达点O，并把该点定义为工作坐标系1的零点。 G80: 含义：

28、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 G82： 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100.21 / 9321如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载! G82 X; /将电极移到当前坐标系X=50.的地方 M05： 含义：忽略接触感知，只在本段程序起作用。 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图2-13 工件找正图以上代码

29、通常用在加工前电极的定位上，具体实例如下： 如图2-13所示，ABCD为矩形工件，AB、BC边为设计基准，现欲用电火花加工一圆形图案，图案的中心为O点，O到AB边、BC边的距离如图中所标。已知圆形电极的直径为20 mm，请写出电极定位于O点的具体过程。首先将电极移到工件AB的左边，Y轴坐标大致与O点相同，然后执行如下指令： G80 X+;G90 G92 X0;M05 G00 X10.；G91 G00 Y38.； G90 G00 X50.；G80 Y+；G92 Y0；M05 G00 Y2.；/电极与工件分开，2 mm表示为一小段距离22 / 9322如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!G9

30、1 G00 Z10.；/将电极底面移到工件上面G90 G00 X50. Y28.；四、总结电火花加工机床的数控系统的功能指令和编程方法课题：第二章 电火花加工 2.7电火花穿孔成形加工课时：2 授课：尹有根教学目标：电火花穿孔成形加工教学重点：电火花穿孔成形加工方法4.1 电火花加工方法1、穿孔加工方法一、复习旧课：影响表面粗糙度、加工精度的因素，如何合理选择电火花加工工艺二、引入新课：电火花加工主要由三部分组成：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

31、有着较大的区别，本章将分别加以介绍。三、讲课内容：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。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4-1为间接法加工凹模的过程。23 / 9323如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!间接法的优点是：图4-1 间接法(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

32、难以保证均匀。2）直接法 直接法适合于加工冲模，是指将凸模长度适当增加，先作为电极加工凹模，然后将端部损耗的部分去除直接成为凸模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。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24 / 93

33、24如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载! 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。 (如图4-2所示)。图4-2 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

34、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。(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25 / 9325如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!图4-3 用阶梯工具电极加工冲模四、总结：电火花穿孔加工的方法一、复习旧课：电火花加工机床的数控系统的功能指令和编程方法二、引入新课：如前面所述，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，使工具电极轨迹向

35、外可以逐步扩张，即可以平动。对数控电火花机床，由于工作台是数控的，可以实现工件加工轨迹逐步向外扩张，即摇动，故数控电火花机床不需要平动头。三、讲课内容：3）数控电火花加工中摇动加工的作用是：(1) 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，有利于排屑和加工稳定。(6) 对电极尺寸精度要求不高。摇动的轨迹除了可以像平动头的小圆形轨迹外，数控摇动的轨迹还有方形、菱形、叉形和十字形，且摇动的半径可为9.9 mm以内任一数值。4） 摇动加工的编程代码各公司均自己规

36、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(参见书表2-3)： 26 / 9326如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!5）数控摇动的伺服方式共有以下三种(如图2-14所示)：(1) 自由摇动。选定某一轴向(例如Z轴)作为伺服进给轴，其他两轴进行摇动运动(如图2-14(a)所示),沿各轴方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：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，

37、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：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。27 / 9327如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!图2-14 数控摇动的伺服方式6. 电火花机床常见功能 电火花机床的常见功能如下： (1) 回原点操作功能。 (2) 置零功能。将当前点的坐标设置为零。 (3) 接触感知

38、功能。让电极与工件接触，以便定位。 (4) 其他常见功能四、总结1、电火花加工机床的数控系统的摇动功能2、电火花机床常见功能课题：第三章 电火花线切割加工 3.1电火花线切割加工原理、特点及应用范围3.2电火花线切割加工设备课时：2 授课：尹有根教学目标：1电火花线切割加工原理、特点及应用范围2电火花线切割加工设备教学重点：1. 电火花线切割加工原理、特点及应用范围28 / 9328如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!一、复习旧课：电火花加工机床的数控系统的摇动功能和电火花机床常见功能二、引入新课：电火花的另一类加工就是线切割加工，利用电火花放电能腐蚀原理，工具电极是电极丝，用数控系统控

39、制运动方向和位置来实现加工，接着我们来看它。三、讲课内容：1、机床分类、型号 分类 线切割加工机床可按多种方法进行分类，通常按电极丝的走丝速度分成快速走丝线切割机床(WEDM-HS)与慢速走丝线切割机床(WEDM-LS)。 1) 快速走丝线切割机床 快速走丝线切割机床的电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为810 m/s，是我国独创的电火花线切割加工模式。快速走丝线切割机床上运动的电极丝能够双向往返运行，重复使用，直至断丝为止。线电极材料常用直径为0.100.30 mm的钼丝(有时也用钨丝或钨钼丝)。对小圆角或窄缝切割，也可采用直径为0.6 mm的钼丝。 工作液通常采用乳化液。快速走丝线切割机床

40、结构简单、价格便宜、生产率高，但由于运行速度快，工作时机床震动较大。钼丝和导轮的损耗快，加工精度和表面粗糙度就不如慢速走丝线切割机床，其加工精度一般为0.010.02 mm，表面粗糙度Ra为1.252.5 m。 2) 慢速走丝线切割机床 慢速走丝线切割机床走丝速度低于0.2 m/s。常用黄铜丝(有时也采用紫铜、钨、钼和各种合金的涂覆线)作为电极丝，铜丝直径通常为0.100.35 mm。电极丝仅从一个单方向通过加工间隙，不重复使用，避免了因电极丝的损耗而降低加工精度。同时由于走丝速度慢，机床及电极丝的震动小，因此加工过程平稳，加工精度高，可达0.005 mm，表面粗糙度Ra0.32 m。29 /

41、 9329如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载! 慢速走丝线切割机床的工作液一般采用去离子水、煤油等，生产率较高。 慢走丝机床主要由日本、瑞士等国生产，目前国内有少数企业引进国外先进技术与外企合作生产慢走丝机床。 型号 国标规定的数控电火花线切割机床的型号，如DK7725的基本含义为：D为机床的类别代号，表示是电加工机床；K为机床的特性代号，表示是数控机床；第一个7为组代号，表示是电火花加工机床，第二个7为系代号(快走丝线切割机床为7，慢走丝线切割机床为6，电火花成型机床为1)；25为基本参数代号，表示工作台横向行程为250 mm。2、快走丝线切割机床简介 主要由机床本体、脉冲电源、数控系

42、统和工作液循环系统组成1）机床本体 机床本体主要由床身、工作台、运丝机构和丝架等组成，具体介绍如下： （1） 床身 床身是支承和固定工作台、运丝机构等的基体。因此，要求床身应有一定的刚度和强度，一般采用箱体式结构。床身里面安装有机床电气系统、脉冲电源、工作液循环系统等元器件。 （2）工作台 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。 （3） 运丝机构 在快走丝线切割加工时，电极丝需要不断地往复运动，这个运动是由运丝机构来完成的。最常见的运丝机构是单滚筒式，电极丝绕在储丝筒上，并由丝筒作周期性的正反旋转使电极丝高速往返运动。储丝筒轴向往复运动的换向及行程长短由无触点接近

43、开关及其撞杆控制(如图2-15中的5、4)，调整撞杆的位置即可调节行程的长短。30 / 9330如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!这种形式的运丝机构的优点是结构简单、维护方便，因而应用广泛。其缺点是绕丝长度小，电动机正反转动频繁，电极丝张力不可调。图2-15 快走丝线切割机床结构图（4）丝架 运丝机构除上面所叙述的内容外，还包括丝架。丝架的主要作用是在电极丝快速移动时，对电极丝起支撑作用，并使电极丝工作部分与工作台平面保持垂直，有些机床可实现锥度加工。 2）脉冲电源 电火花线切割加工的脉冲电源与电火花成型加工作用的脉冲电源在原理上相同，不过受加工表面粗糙度和电极丝允许承载电流的限制，线

44、切割加工脉冲电源的脉宽较窄(260 s)，单个脉冲能量、平均电流(15 A)一般较小，所以线切割总是采用正极性加工。3）数控系统 数控系统在电火花线切割加工中起着重要作用，具体体现在两方面： (1) 轨迹控制作用。(2) 加工控制。 目前绝大部分机床采用数字程序控制，并且普遍采用绘图式编程技术，操作者首先在计算机屏幕上画出要加工的零件图形，线切割专用软件。4） 工作液循环系统主要包括工作液箱、工作液泵、流量控制阀、进液管、回液管和过滤网罩等。32 / 9332如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!四、总结1、电火花线切割机床分类、型号2、快走丝线切割机床2.3 电火花线切割加工机床简介之2

45、.3.3 慢走丝线切割机床2.3.4 线切割机床常见的功能一、复习旧课：电火花线切割机床分类、型号和快走丝线切割机床二、引入新课：讲完快走丝线切割机床我们来看看高精度的高成本慢走丝线切割机床及线切割机床常见的功能。三、讲课内容：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，其结构具有以下特点： 1）主体结构 （1） 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 精密陶瓷材料大量用于工作臂、工作台固定板、

46、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。32 / 9332如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!（3） 工作液循环系统 慢走丝线切割机床大多数采用去离子水作为工作液，在较精密加工时，慢走丝线切割机床采用绝缘性能较好的煤油作为工作液。2）走丝系统 慢走丝线切割机床的电极丝在加工中是单方向运动。在走丝过程中，电极丝由储丝筒出丝，由电极丝输送轮收丝。慢走丝系统一般由以下几部分组成：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。4、 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。(1) 模拟加工功能。模拟

47、显示加工时电极丝的运动轨迹及其坐标。(2) 短路回退功能。加工过程中若进给速度太快而电腐蚀速度慢，在加工时出现短路现象，控制器会改变加工条件并沿原来的轨迹快速后退，消除短路，防止断丝。(3) 回原点功能。遇到断丝或其他一些情况，需要回到起割点，可用此操作。(4) 单段加工功能。加工完当前段程序后自动暂停，并有相关提示信息，如：单段停止!按OFF键停止加工，按RST键继续加工。此功能主要用于检查程序每一段的执行情况。(5) 暂停功能。暂时中止当前的功能。(6) MDI功能。手动数据输入方式输入程序功能。(7) 进给控制功能。能根据加工间隙的平均电压或放电状态的变化，通过取样、变频电路，不断定期地

48、向计算机发出中断申请，自动调整伺服进给速度，保持平均放电间隙，使加工稳定，提高切割速度和加工精度。(8) 间隙补偿功能。线切割加工数控系统所控制的是电极丝中心移动的轨迹。因此，加工零件时有补偿量，其大小为单边放电间隙与电极丝半径之和。(9) 自动找中心功能。电极丝能够自动找正后停在孔中心处。33 / 9333如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!(10) 信息显示功能。可动态显示程序号、计数长度、电规准参数、切割轨迹图形等参数。 (11) 断丝保护功能。在断丝时，控制机器停在断丝坐标位置上，等待处理，同时高频停止输出脉冲，丝筒停止运转。(12) 停电记忆功能。可保存全部内存加工程序，当前没

49、有加工完的程序可保持24小时以内，随时可停机。(13) 断电保护功能。在加工时如果突然发生断电，系统会自动将当时的加工状态记下来。(14) 分时控制功能。可以一边进行切割加工，一边编写另外的程序。 (15)倒切加工功能(16) 平移功能。主要用在切割完当前图形后，在另一个位置加工同样图形等场合。这种功能可以省掉重新画图的时间。(17) 跳步功能。可以简化加工的操作过程。图中，实线为零件形状，虚线为电极丝路径。(18) 任意角度旋转功能。可以大大简化某些轴对称零件的程编工艺，如齿轮只需先画一个齿形，然后让它旋转几次，就可圆满完成。 (19) 代码转换功能。能将ISO代码转换为3B代码等。(20)

50、 上下异性功能。可加工出上下表面形状不一致的零件，如上面为圆形，下面为方形等。四、总结1、慢走丝线切割机床 2、线切割机床常见的功能五、作业4、线切割机床有哪些常用的功能？34 / 9334如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!3.1 电火花加工的常用术语一、复习旧课:电火花线切割机床的简介二、引入新课:要很好的掌握电火花加工，先要知道电火花加工有哪些常用术语。接下来就来看电火花加工的常用术语。三、讲课内容1、工具电极电火花加工用的工具是电火花放电时的电极之一，故称为工具电极，有时简称电极。由于电极的材料常常是铜，因此又称为铜公(如图3-1所示)。 图3-1 电火花加工示意图2、放电间隙

51、放电间隙是放电时工具电极和工件间的距离，它的大小一般在0.010.5 mm之间，粗加工时间隙较大，精加工时则较小。3、脉冲宽度ti(s) 脉冲宽度简称脉宽(也常用ON、TON等符号表示)，是加到电极和工件上放电间隙两端的电压脉冲的持续时间(如图3-2所示)。 35 / 9335如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!图3-2 脉冲参数与脉冲电压、电流波形4、脉冲间隔to(s) 脉冲间隔简称脉间或间隔(也常用OFF、TOFF表示)，它是两个电压脉冲之间的间隔时间(如图3-2所示)。5、放电时间(电流脉宽)te(s) 放电时间是工作液介质击穿后放电间隙中流过放电电流的时间，即电流脉宽，它比电压脉

52、宽稍小，二者相差一个击穿延时td。6、击穿延时td(s)从间隙两端加上脉冲电压后，一般均要经过一小段延续时间td，工作液介质才能被击穿放电，这一小段时间td称为击穿延时(见图3-2)。7、脉冲周期tP(s)一个电压脉冲开始到下一个电压脉冲开始之间的时间称为脉冲周期，显然tP=ti+to(见图3-2)。 8、脉冲频率fP(Hz)脉冲频率是指单位时间内电源发出的脉冲个数。显然，它与脉冲周期tP互为倒数，即9、有效脉冲频率fe(HZ)36 / 9336如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载! 有效脉冲频率是单位时间内在放电间隙上发生有效放电的次数，又称工作脉冲频率。10、脉冲利用率 脉冲利用率是有

53、效脉冲频率fe与脉冲频率fp之比，又称频率比，即11、脉宽系数 脉宽系数是脉冲宽度ti与脉冲周期tp之比，其计算公式为12、占空比 占空比是脉冲宽度ti与脉冲间隔to之比，=ti/to。13、开路电压或峰值电压(V) 开路电压是间隙开路和间隙击穿之前td时间内电极间的最高电压(见图3-2)。14、火花维持电压 火花维持电压是每次火花击穿后，在放电间隙上火花放电时的维持电压，一般在25 V左右，但它实际是一个高频振荡的电压(见图3-2)。15、加工电压或间隙平均电压U(V) 加工电压或间隙平均电压是指加工时电压表上指示的放电间隙两端的平均电压。16、加工电流I(A) 加工电流是加工时电流表上指示

54、的流过放电间隙的平均电流。17、短路电流Is(A) 短路电流是放电间隙短路时电流表上指示的平均电流。18、峰值电流(A) 峰值电流是间隙火花放电时脉冲电流的最大值(瞬时)，在日本、英国、美国常用Ip表示(见图3-2)。19、短路峰值电流(A)37 / 9337如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载! 短路峰值电流是间隙短路时脉冲电流的最大值，它比峰值电流要大2040，与短路电流Is相差一个脉宽系数的倍数。四、总结特别是脉宽、脉间、峰值电压、电流等。3.2 影响材料放电腐蚀的因素一、复习旧课：电火花加工的常用术语有哪些、各自的定义二、引入新课：讲完专业的术语对电火花的加工有所了解，接着便深入一

55、些讲重点。极性效应和覆盖效应，电加工过程中两极间的腐蚀量是不同的。这跟电极采用不同的接法、放电间隙、脉宽、电流都有关。覆盖效应是在电极间形成碳素层覆盖可以保护电极的腐蚀。1、极性效应对电蚀量的影响 在生产中，将工件接脉冲电源正极(工具电极接脉冲电源负极)的加工称为正极性加工(如图3-3所示)，反之称为负极性加工(如图3-4所示)。 图3-3 “正极性”接线法图 图3-4 “负极性”接线法图 在实际加工中，极性效应受到电极及电极材料、加工介质、电源种类、单个脉冲能量等多种因素的影响，其中主要原因是脉冲宽度。 在电场的作用下，放电通道中的电子奔向正极，正离子奔向负极。在窄脉宽度加工时，由于电子惯性

56、小，运动灵活，大量的电子奔向正极，并轰击正极表面，使正极表面迅速熔化和气化；而正离子惯性大，运动缓慢，只有一小部分能够到达负极表面，而大量的正离子不能到达，因此电子的轰击作用大于正离子的轰击作用，正极的电蚀量大于负极的电蚀量，这时应采用正极性加工。39 / 9339如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载! 在宽脉冲宽度加工时，因为质量和惯性都大的正离子将有足够的时间到达负极表面，由于正离子的质量大，它对负极表面的轰击破坏作用要比电子强，同时到达负极的正离子又会牵制电子的运动，故负极的电蚀量将大于正极，这时应采用负极性加工。 在实际加工中，要充分利用极性效应，正确选择极性，最大限度地提高工件的

57、蚀除量，降低工具电极的损耗。2、覆盖效应对电蚀量的影响 在材料放电腐蚀过程中，一个电极的电蚀产物转移到另一个电极表面上，形成一定厚度的覆盖层，这种现象叫做覆盖效应。合理利用覆盖效应，有利于降低电极损耗。 在油类介质中加工时，覆盖层主要是石墨化的碳素层，其次是粘附在电极表面的金属微粒粘结层。碳素层的生成条件主要有以下几点：(1) 要有足够高的温度。(2) 要有足够多的电蚀产物，尤其是介质的热解产物碳粒子。(3) 要有足够的时间，以便在这一表面上形成一定厚度的碳素层。(4) 一般采用负极性加工，因为碳素层易在阳极表面生成。(5) 必须在油类介质中加工。影响覆盖效应的主要因素有如下：(1) 脉冲参数

58、与波形的影响。(2) 电极对材料的影响。(3) 工作液的影响。(4) 工艺条件的影响。覆盖层的形成还与间隙状态有关。在电火花加工中，覆盖层不断形成，又不断被破坏。为了实现电极低损耗，达到提高加工精度的目的，最好使覆盖层形成与破坏的程度达到动态平衡。39 / 9339如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!3、电参数对电蚀量的影响 单个脉冲能量与平均放电电压、平均放电电流和脉冲宽度成正比。由上可见，要提高电蚀量，应增加平均放电电流、脉冲宽度及提高脉冲频率。但在实际生产中，这些因素往往是相互制约的。4、金属材料对电蚀量的影响 当脉冲放电能量相同时，金属工件的熔点、沸点、比热容、熔化热、气化热等愈

59、高，电蚀量将愈少，愈难加工。 5、工作液对电蚀量的影响 电火花加工一般在液体介质中进行。液体介质通常叫做工作液，工作液作用主要是：(1) 压缩放电通道，并限制其扩展，使放电能量高度集中在极小的区域内，既加强了蚀除的效果，又提高了放电仿型的精确性。(2) 加速电极间隙的冷却和消电离过程，有助于防止出现破坏性电弧放电。(3) 加速电蚀产物的排除。(4) 加剧放电的流体动力过程，有助于金属的抛出。四、总结1、极性效应2、覆盖效应3、其他因素的影响五、作业1什么是极性效应？在电火花加工中如何充分利用极性效应？2什么是覆盖效应？40 / 9340如果您需要使用本文档，请点击下载按钮下载!3.3 电火花加

60、工工艺规律3.3.1 影响加工速度的主要因素一、复习旧课：极性效应、覆盖效应、其他因素对电火花腐蚀的影响二、引入新课：讲述加工工艺规律的重要性，加工速度、加工精度、表面粗糙度之间的矛盾。三、讲课内容：、加工速度定义：电火花成形加工的加工速度，是指在一定电规准下，单位时间内工件被蚀除的体积V或质量m。一般常用体积加工速度Vw=V/T(单位为mm3/min)来表示，有时为了测量方便，也用质量加工速度Vm=m/t(单位为g/min)表示。、电规准的影响 1) 脉冲宽度对加工速度的影响单个脉冲能量的大小是影响加工速度的重要因素。对于矩形波脉冲电源，当峰值电流一定时，脉冲能量与脉冲宽度成正比。图3-5 脉冲宽度与加工速度的关系曲线2）脉冲间隔对加工速度的影响在脉冲宽度一定的条件下，若脉冲间隔减小，则加工速度提高(如图3-6)。若脉冲间隔过小，会因放电间隙来不及