數(shù)控精密電火花加工技術(shù)

數(shù)控精密電火花加工技術(shù)

在現(xiàn)代模具加工中的應(yīng)用

李立

（上海沙迪克軟件有限公司系統(tǒng)開發(fā)部，上海徐匯區(qū)200233）摘要：分析了數(shù)控精密電火花加工技術(shù)在模具加工中的應(yīng)用場合，探討了數(shù)控精密電火花加工技術(shù)在模具加工應(yīng)用中的特殊方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)控精密電火花加工；現(xiàn)代模具加工；特殊方法1.引言

模具作為一種高附加值的技術(shù)密集產(chǎn)品，它的技術(shù)水平已經(jīng)成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要評價指標(biāo)之一，而要提高模具技術(shù)水平最先離不開先進(jìn)的制造設(shè)備。作為特種加工家庭的一員，數(shù)控精密電火花加工是對傳統(tǒng)機(jī)械加工方法的有力補充和延伸，現(xiàn)已成為模具行業(yè)中不可缺少的重要加工方法，并正向著精密化、智能化方向發(fā)展，同時也成為設(shè)計制造中實現(xiàn)特殊要求所不可缺少的工藝方法。

2.數(shù)控精密電火花加工概述

電火花加工(ElectricalDischargeMachining,簡稱EDM)又稱電加工，屬于特種加工的技術(shù)范疇，是先進(jìn)制造技術(shù)的一個重要組成部分。因為現(xiàn)代電火花加工都采用數(shù)控裝置進(jìn)行精密或超精密加工，因此稱為數(shù)控精密電火花加工。電火花加工主要包括電火花成型加工和電火花線切割加工以及電火花高速小孔加工。電火花成型加工簡稱為電火花加工，電火花線切割加工簡稱為線切割加工，電火花高速小孔加工簡稱為小孔加工或穿孔加工。表1.1列出了常見電火花加工的分類情況及各類加工方法的主要特點與用途.表1.1常見電火花加工的分類情況及各類加工方法的主要特點與用途特點

用途說明電火花成形加工①工具和工件間主要只有一個相對的伺服進(jìn)給運動②工具為成形電極，與被加工表面有相同的截面和相反的形狀①穿孔加工：加工各種沖模、擠壓模、粉末冶金模、各種異形孔及微孔等②型腔加工：加工各類型腔模及各種復(fù)雜的型腔零件

約占在電火花機(jī)床總數(shù)的30%，典型機(jī)床有北京阿奇SE系列及日本SodickAM系列等電火花成形機(jī)床電火花線切割加工①工具電極為順電極絲軸線方向轉(zhuǎn)動著的線狀電極②工具與工件在兩個水平方向同時有相對伺服進(jìn)給運動①切割各種沖模和具有直紋面的零件②下料、截割和窄縫加工約占電火花機(jī)床總數(shù)的60％，典型機(jī)床有DK7725及日本SodickAQ數(shù)控電火花線切割機(jī)床

電火花高速小孔加工①采用細(xì)管電極，管內(nèi)沖人高壓水基工作液②細(xì)管電極旋轉(zhuǎn)③穿孔速度較高①線切割穿絲預(yù)孔②深徑比很大的小孔，如噴嘴小孔等約占電火花機(jī)床的2.5%,典型機(jī)床有北京阿奇SD1電火花小孔加工機(jī)床

電火花成型加工和電火花線切割加工及電火花高速穿孔加工放電加工原理相同，只是其各自的實現(xiàn)手法不同。電火花加工時，工件與加工所用的工具為極性不同的電極對，加工時，電極對之間多充滿工作液，主要起恢復(fù)電極間的絕緣狀態(tài)及帶走放電時產(chǎn)生的熱量的作用，以維持電火花加工的持續(xù)放電。為便于理解和對比，將電火花加工時所用工具稱為工具電極(簡稱電極)，而工件則仍稱作工件。在正常電火花加工過程中，電極與工件并不接觸，而是保持一定的距離(稱作間隙)，在工件與電極間施加一定的電壓，當(dāng)電極向工件進(jìn)給至某一距離時，兩極間的工作液介質(zhì)被擊穿，局部產(chǎn)生火花放電，放電產(chǎn)生的瞬時高溫將電極對的表面材料熔化甚至汽化，逐步蝕除工件，通過控制連續(xù)不斷地脈沖式的火花放電，就可將工件材料按人們預(yù)想的要求予以蝕除，達(dá)到加工的目的，故稱作電火花加工。日、美、英等國通常稱作放電加工或電蝕加工。圖1-1電火花成形加工機(jī)

電火花成型加工是利用成型工具電極，相對工件作簡單進(jìn)給運動的同時也作相反方向的回退運動，以排屑維持放電通道，在工件上“壓印”出具有工具電極相同的截面或相反的形狀。加工時工具電極作單方向的進(jìn)給，同時又作快速的回退，在搖動加工中還拌有其它兩軸的搖動動作。通過多次放電及重復(fù)動作，最終在工件的表面加工出凹坑或穿透工件的孔。圖1-2電火花線切割加工機(jī)

電火火花花線線切切割割加加工工在在特特種種加加工工中中它它又又屬屬于于電電火火花花加加工工一一類類，，是是直直接接利利用用電電能能和和熱熱能能進(jìn)進(jìn)行行加加工工的的工工藝藝方方法法。。加加工工時時電電極極絲絲與與工工件件在在X、、Y及及U、、V兩兩個個水水平平方方向向同同時時有有相相對對伺伺服服進(jìn)進(jìn)給給運運動動及及垂垂直直方方向向的的直直線線相相對對運運動動。。因因為為這這種種方方法法是是用用一一根根移移動動著著的的金金屬屬線線(電電極極絲絲)作作為為工工具具電電極極與與工工件件之之間間產(chǎn)產(chǎn)生生火火花花放放電電對對工工件件進(jìn)進(jìn)行行切切割割，，故故稱稱為為線線切切割割加加工工。。圖1-3電電火火花花高高速速小小孔孔加加工工電火火花花高高速速小小孔孔加加工工是是采采用用細(xì)細(xì)管管電電極極，，管管內(nèi)內(nèi)沖沖人人高高壓壓水水基基工工作作液液或或油油性性工工作作液液，，細(xì)細(xì)管管電電極極旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的的同同時時作作Z方方向向快快速速進(jìn)進(jìn)給給，，宏宏觀觀上上不不間間斷斷地地向向下下加加工工，，類類似似于于銑銑床床鉆鉆孔孔，，但但穿穿孔孔速速度度比比鉆鉆削削速速度度高高得得多多。。3.數(shù)數(shù)控控精精密密電電火火花花加加工工在在現(xiàn)現(xiàn)代代模模具具加加工工中中的的應(yīng)應(yīng)用用場場合合3.1數(shù)數(shù)控控精精密密電電火火花花加加工工在在沖沖模模加加工工中中的的應(yīng)應(yīng)用用圖1-4扇扇形形齒齒與與橢橢圓圓齒齒輪輪冷冷沖沖模模具具圖1-5水水果果刀刀冷冷沖沖模模具具沖模模一一般般包包括括沖沖裁裁模模/壓壓彎彎模模/引引伸伸模模/擠擠壓壓模模等等。。目目前前沖沖裁裁模模的的沖沖孔孔模模/落落料料模模/切切邊邊模模/切切斷斷模模/剖剖切切模模/切切口口模模/整整修修模模等等采采用用電電火火花花線線切切割割加加工工的的比比較較多多，，特特別別是是跳跳步步模模（（或或稱稱級級進(jìn)進(jìn)模模））和和落落料料沖沖孔孔復(fù)復(fù)合合模模，，在在模模具具上上有有重重復(fù)復(fù)位位置置精精度度要要求求的的，，均均采采用用電電火火花花線線切切割割加加工工。。電電火火花花成成型型加加工工的的使使用用情情況況：：（（1））適適合合于于““鋼鋼打打鋼鋼””/““反反打打正正用用””的的沖沖模模。。即即用用上上沖沖頭頭從從凹凹模模的的背背面面加加工工，，產(chǎn)產(chǎn)生生合合理理的的加加工工斜斜度度及及合合適適的的模模具具配配合合間間隙隙。。（（2））周周邊邊較較長長，，配配合合間間隙隙要要求求特特別別精精密密/均均勻勻的的沖沖模模。。為為了了使使模模具具間間隙隙配配合合均均勻勻，，往往往往反反沖沖頭頭組組裝裝成成一一整整體體作作為為電電極極，，加加工工出出形形狀狀復(fù)復(fù)雜雜/槽槽孔孔數(shù)數(shù)又又多多的的凹凹模模。。（（3））特特殊殊情情況況還還得得電電火火花花穿穿孔孔成成形形加加工工。。如如凹凹模模有有空空刀刀要要求求的的/凸凸模模有有凸凸緣緣要要求求的的，，還還需需要要電電火火花花穿穿孔孔/成成型型加加工工。。至至于于其其它它模模具具因因結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的特特殊殊性性，，往往往往均均不不是是透透孔孔，，為為形形狀狀各各異異的的立立方方體體形形狀狀，，所所以以仍仍廣廣泛泛采采用用電電火火花花穿穿孔孔成成型型加加工工。。3.2數(shù)數(shù)控控精精密密電電火火花花加加工工在在型型腔腔模模加加工工中中的的應(yīng)應(yīng)用用圖1-6型型腔腔模模中中的的前前模模圖1-7型型腔腔模模中中的的后后模模型腔腔模模又又分分為為鍛鍛模模/塑塑料料模模/壓壓鑄鑄模模等等，，其其中中以以塑塑料料模模加加工工最最為為常常見見。。在在塑塑料料模模具具中中，，動動模模和和定定模模是是塑塑料料模模具具的的主主要要組組成成部部分分。。動動模模也也稱稱型型芯芯或或凸凸模模，，是是成成型型塑塑件件內(nèi)內(nèi)表表面面的的模模具具零零件件，，多多裝裝在在注注塑塑機(jī)機(jī)的的動動模模板板上上。。定定模模也也稱稱型型腔腔或或凹凹模模，，是是成成型型塑塑件件外外表表面面的的模模具具零零件件，，多多裝裝在在注注塑塑機(jī)機(jī)的的定定模模板板上上。。動動模模和和定定模模通通常常都都要要經(jīng)經(jīng)過過淬淬火火處處理理，，硬硬度度極極高高，，一一般般加加工工方方法法難難以以加加工工，，特特別別是是小小孔孔與與異異型型孔孔。。數(shù)數(shù)控控電電火火花花線線切切割割在在動動模模加加工工中中的的應(yīng)應(yīng)用用常常有有鑲鑲件件孔孔、、頂頂針針孔孔、、司司筒筒孔孔、、斜斜頂頂孔孔等等的的加加工工。。在在定定模模加加工工中中的的應(yīng)應(yīng)用用常常有有鑲鑲件件孔孔、、鑲鑲針針孔孔等等的的加加工工。。電電火火花花成成型型加加工工在在塑塑料料模模加加工工中中常常有有動動模模和和定定模模的的表表面面加加工工或或深深孔孔加加工工，，對對高高速速銑銑削削加加工工后后進(jìn)進(jìn)行行最最終終尺尺寸寸的的精精打打或或作作角角落落加加工工的的補補充充。。4.數(shù)數(shù)控控精精密密電電火火花花加加工工在在現(xiàn)現(xiàn)代代模模具具加加工工中中的的特特殊殊應(yīng)應(yīng)用用方方法法4.1數(shù)數(shù)控控精精密密電電火火花花線線切切割割的的特殊殊應(yīng)應(yīng)用用方方法法4.1.1上上下下異異形形件件的的線線切切割割加加工工方方法法圖1-8上上下下異異形形上下下異異形形是是指指工工件件的的上上端端與與下下端端形形狀狀不不一一樣樣，，如如上上端端為為一一個個圓圓，，下下端端為為一一正正方方形形。。上上下下異異形形的的程程式式例例如如下下：：G54G21G90G92X0.Y-31.25U0.V0.T84C101H001G142G01Y-25.:G01Y-18.75X25.:G03X13.2582Y-13.2583J18.75Y25.:X13.2583Y13.2583I-13.2582J13.2583X-25.:X-13.2582I-13.2583J-13.2583Y-25.:Y-13.2583I13.2582J-13.2583X0.:X0.Y-18.75I13.2582J13.2583Y-31.25:G01Y-31.25G140M02在上面的程式式中，以兩點點隔開，前面面的程式是下下面的形狀為為正方形，后后面的程式是是上面的形狀狀為圓形。它它為一個復(fù)合合程式，是將將上下兩個程程式并在一起起走，下面數(shù)數(shù)據(jù)走X、Y軸，上面的的數(shù)據(jù)走U、、V軸，最終終加工出上下下面形狀各異異的立體直紋紋面。4.1.2斜斜齒輪的的線切割加加工方法圖1-9斜斜齒輪凸模圖１－１０斜斜齒輪凹模模斜齒輪是機(jī)械械傳動中比較較特殊的一種種傳動部件，，如果尺寸較較小或模數(shù)特特殊，傳統(tǒng)的的加工方法很很難加工，而而線切割在這這方面有著許許多的優(yōu)勢。。其加工的方方法還是利用用上下異形，，用3D軟件件分析出下面面齒輪和上面面齒輪相差的的角度。在機(jī)機(jī)床軟件或?qū)I(yè)軟件中畫畫好兩個齒輪輪，再將某一一齒輪旋轉(zhuǎn)相相差的角度，，然后按圖編編寫上下異形形程式，生成成斜齒輪專用用切割程式。。斜齒輪的程程式例下：(GEAR)G21G90G54G00X0.Y0.U0.V0.T91T84C101H001M98P0001T85C102H002M98P0002C103H003M98P0001T90M02O0001G90G142G01X-.3216Y13.5962:G01X-.3216Y13.5962G02X.0599Y13.5999I.3216J-13.5962:G02X-.1775Y13.5988I.3216J-13.5962X.1184Y13.4849I-5.5543J-2.8998:X-.117Y13.4849I-5.5029J-2.9962X.173Y13.3719I-5.3129J-2.636:X-.0604Y13.3729I-5.266J-2.7283X.2258Y13.2562I-5.2109J-2.4494:X-.0056Y13.2581I-5.1674J-2.54X.2744Y13.1431I-4.9346J-2.1878:X.045Y13.1459I-4.8956J-2.2735X.3212Y13.0268I-4.8102J-2.0027:X.0938Y13.0304I-4.7746J-2.0863X.3634Y12.9139I-4.4899J-1.7437:X.138Y12.9182I-4.4588J-1.8218X.4038Y12.7967I-4.3373J-1.5607:X.1804Y12.8018I-4.3094J-1.6361X.4391Y12.6844I-3.9575J-1.305:X.2177Y12.6901I-3.9341J-1.3739。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。X-.5889Y13.4725I5.4522J-2.3341:X-.824Y13.4602I5.4922J-2.2386X-.5345Y13.5895I5.7066J-2.5872:X-.7715Y13.5781I5.7509J-2.4872X-.3216Y13.5962I.5345J-13.5895:X-.3216Y13.5962I.7715J-13.5781G01X0.Y0.:G01X0.Y0.G140G90M99O0002G90G141G01X-.3216Y13.5962:X-.3216Y13.5962G03X-.5345Y13.5895I.3216J-13.5962:G03X-.7715Y13.5781I.3216J-13.5962X-.5889Y13.4725I5.6521J-2.7042:X-.824Y13.4602I5.6984J-2.6051X-.6395Y13.3577I5.4016J-2.4489:X-.8726Y13.3445I5.4436J-2.3543X-.6883Y13.2403I5.2932J-2.266:X-.9193Y13.2262I5.332J-2.1733X-.7329Y13.1255I5.0079J-2.0142:X-.9619Y13.1107I5.0423J-1.9265X-.7756Y13.0076I4.8772J-1.8336:X-1.0025Y12.9921I4.9085J-1.7481X-.8139Y12.8933I4.548J-1.586:X-1.0388Y12.8771I4.575J-1.5064。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。X.3634Y12.9139I-4.3777J-1.4436:X.138Y12.9182I-4.3518J-1.5197X.3212Y13.0268I-4.5321J-1.6308:X.0938Y13.0304I-4.503J-1.7096X.2744Y13.1431I-4.857J-1.8863:X.045Y13.1459I-4.8234J-1.9708X.2258Y13.2562I-4.9832J-2.0747:X-.0056Y13.2581I-4.9462J-2.1613X.173Y13.3719I-5.2637J-2.3337:X-.0604Y13.3729I-5.2222J-2.4252X.1184Y13.4849I-5.3675J-2.5229:X-.117Y13.4849I-5.3226J-2.6163X.0599Y13.5999I-5.6129J-2.7848:X-.1775Y13.5988I-5.5634J-2.8823X-.3216Y13.5962I-.0599J-13.5999:X-.3216Y13.5962I.1775J-13.5988G01X0.Y0.:G01X0.Y0.G140G90M994.1.3空空間曲面零零件的線線切割加工工方法圖１－１１線線切割加工工空間曲面體體零件在線切割機(jī)床床上X/Y和和U/V四軸軸聯(lián)運能切割割上下異形面面，但仍然無無法加工出螺螺旋表面/雙雙曲線表面和和正弦曲面等等復(fù)雜空間曲曲面。但只要要增加一個數(shù)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作作臺附件，將將工件裝在采采用步進(jìn)電機(jī)機(jī)驅(qū)動的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)工作臺上，，采取數(shù)控移移動和數(shù)控轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動相結(jié)合的的方式編程，，用工作臺的的單步轉(zhuǎn)動來來代替軸向的的單步移動，，即可完成上上述這些復(fù)雜雜空間曲面的的加工方法。。4.2數(shù)控精精密電火花成成型的特特殊應(yīng)應(yīng)用方法4.2.1數(shù)數(shù)控精密電電火花成型的的鏡面電火花加加工方法圖混粉電火火花鏡面加工工的大平面及及三維曲面鏡面電火花加加工技術(shù)的研研究起步于20世紀(jì)80年代。所謂謂鏡面電火花花加工一般是是指加工表面面粗糙度值在在Ra0.2μm以下的電火花花加工，此時時的加工表面面具有鏡面反反光效果。研研究表明，具具有鏡面加工工效果的電火火花加工表面面，其表面變變質(zhì)層厚度均均勻/極少有有微裂紋，并并且有較高的的耐磨性和耐耐腐蝕性，無無需拋光即可可用作零件的的最終表面。。如瑞士CHARMILLES公司司開發(fā)出納秒秒級脈沖電源源SPS，最最佳加工表面面粗糙度可達(dá)達(dá)Ra0.05μm。但這時的的鏡面加工僅僅限于小面積積加工，對于于面積較大的的加工達(dá)不到到鏡面加工效效果。直到日日本學(xué)者在研研究中發(fā)現(xiàn)：：在工作液中中添加一定數(shù)數(shù)量的硅/鋁鋁等微細(xì)粉末末，會顯著地地改善電火花花加工后的表表面粗糙度，，達(dá)到類似鏡鏡面的效果。。這就是我們們通常所說的的混粉電火花花鏡面加工技技術(shù)。該方法法只需改進(jìn)加加工工作液，，對機(jī)床/電電極等并無特特殊要求，因因此混粉電火火花鏡面加工工技術(shù)具有良良好的實用性性。4.2.2數(shù)數(shù)控精密電電火花成型的的銑削加工方法法圖１－１２電電火花銑削加加工的幾種形形式

（ａ））外輪廓加工工（ｂ）型腔腔加工（ｃ））溝槽加工（（ｄ）曲面加加工（ｅ）線線框電極加工工（ｆ）板狀狀電極加工電火花銑削加加工是20世世紀(jì)90年代代發(fā)展起來的的電火花成形形加工技術(shù)。。它利用簡單單電極在數(shù)控控系統(tǒng)控制下下，按照一定定軌跡作成形形運動，借鑒鑒數(shù)控銑削加加工方式，通通過簡單電極極與工件之間間在不同相對對位置的放電電加工出所需需工件形狀。。電火花銑削削加工技術(shù)已已經(jīng)成為三維維型腔電火花花加工的有力力手段之一。。同時，電火火花銑削的出出現(xiàn)給傳統(tǒng)電電火花成型加加工帶來了巨巨大的影響，，改變了電火火花加工工藝藝的流程。電電火花銑削在在加工過程中中電極自身不不停地進(jìn)行旋旋轉(zhuǎn)，同時其其它三軸作單單一或連動可可加工出較為為復(fù)雜的任一一形狀。4.2.3數(shù)數(shù)控精密電電火花成型的的

螺紋加加工方法圖１－１３電電火花加工工內(nèi)螺紋的示示意圖數(shù)控精密電火火花成型加工工螺紋的方法法有兩種。一一種是利用鎖鎖定搖動功能能進(jìn)行螺紋加加工，一種是是利用電極與與工件作同向向同步旋轉(zhuǎn)，，工件作徑向向進(jìn)給來實現(xiàn)現(xiàn)螺紋加工的的。前者的加加工方法較為為簡單，在工工件上加工出出預(yù)孔，做一一支小于預(yù)孔孔的螺紋電極極，作鎖定搖搖動。即徑向向深度保持不不變，電極自自身作圓周或或方形等運動動。在預(yù)孔內(nèi)內(nèi)壁上加工出出等螺距的內(nèi)內(nèi)螺紋。該方方法加工的內(nèi)內(nèi)螺紋不是非非常完整，但但經(jīng)實際驗證證，可以擰入入，擰緊，只只是承受力不不能太大。第第二種方法完完全是等同于于攻牙的過程程，其加工出出的螺紋完全全正確，符合合正常螺紋標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。其困難難是要有同心心夾具，在電電極旋轉(zhuǎn)的過過程中始終保保持軸向一條條線。具該加加工方法時間間過長。對機(jī)機(jī)床