數(shù)控電火花加工的主要工藝指標(biāo)及其提高途徑和數(shù)控機(jī)床編程及加工

電火花加工的主要工藝指標(biāo)及其提高途徑目標(biāo)一、影響加工速度的主要因素二、影響電極損耗的主要因素三、影響加工精度的主要因素四、加工表面質(zhì)量及其影響因素?一、影響加工速度的主要因素

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加工速度VWA：用以反映加工效率的重要指標(biāo)，通常所說的加工快慢。(mm2/min)

影響加工速度的因素分電參數(shù)和非電參數(shù)兩大類。電參數(shù)主要是脈沖電源輸出波形與參數(shù)；非電參數(shù)包括加工面積、深度、工作液種類、沖油方式、排屑條件及電極的材料、形狀等。?

電規(guī)準(zhǔn)的影響所謂電規(guī)準(zhǔn)，是指電火花加工時(shí)選用的電加工參數(shù)，主要有脈沖寬度ti(μs)、脈沖間隙to(μs)及峰值電流Ip等參數(shù)。?一．脈沖寬度對(duì)加工速度的影響

脈沖寬度增加，加工速度隨之增加，因?yàn)殡S著脈沖寬度的增加，單個(gè)脈沖能量增大，使加工速度提高。但若脈沖寬度過大，加工速度反而下降(如圖1)。這是因?yàn)閱蝹€(gè)脈沖能量雖然增大，但轉(zhuǎn)換的熱能有較大部分散失在電極與工件之中，不起蝕除作用。同時(shí)，在其它加工條件相同時(shí)，隨著脈沖能量過分增大，蝕除產(chǎn)物增多，排氣排屑條件惡化，間隙消電離時(shí)間不足導(dǎo)致拉弧，加工穩(wěn)定性變差等。因此加工速度反而降低。

圖1脈沖寬度與加工速度的關(guān)系曲線?2．脈沖間隔對(duì)加工速度的影響在脈沖寬度一定的條件下，若脈沖間隔減小，則加工速度提高(如圖2)。但若脈沖間隔過小，會(huì)因放電間隙來不及消電離引起加工穩(wěn)定性變差，導(dǎo)致加工速度降低。圖2脈沖間隔與加工速度的關(guān)系曲線?3．峰值電流的影響

當(dāng)脈沖寬度和脈沖間隔一定時(shí)，隨著峰值電流的增加，加工速度也增加(如圖3)。因?yàn)榧哟蠓逯惦娏?，等于加大單個(gè)脈沖能量，所以加工速度也就提高了。但若峰值電流過大(即單個(gè)脈沖放電能量很大)，加工速度反而下降。此外，峰值電流增大將降低工件表面粗糙度和增加電極損耗。在生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)不同的要求，選擇合適的峰值電流。圖3峰值電流與加工速度的關(guān)系曲線

?2非電參數(shù)的影響（1）加工面積的影響從圖4可看出，峰值電流不同，最小臨界加工面積也不同。因此，確定一個(gè)具體加工對(duì)象的電參數(shù)時(shí)，首先必須根據(jù)加工面積確定工作電流，并估算所需的峰值電流。圖4加工面積與加工速度的關(guān)系曲線?（2）排屑條件的影響在電火花加工過程中會(huì)不斷產(chǎn)生氣體、金屬屑末和碳黑等，如不及時(shí)排除，則加工很難穩(wěn)定地進(jìn)行。加工穩(wěn)定性不好，會(huì)使脈沖利用率降低，加工速度降低。為便于排屑，一般都采用沖油(或抽油)和電極抬起的辦法。?圖5沖油壓力和加工速度的關(guān)系曲線

沖(抽)油壓力的影響度的關(guān)系曲線在加工中對(duì)于工件型腔較淺或易于排屑的型腔，可以不采取任何輔助排屑措施。但對(duì)于較難排屑的加工，不沖(抽)油或沖(抽)油壓力過小，則因排屑不良產(chǎn)生的二次放電的機(jī)會(huì)明顯增多，從而導(dǎo)致加工速度下降；但若沖油壓力過大，加工速度同樣會(huì)降低。 這是因?yàn)闆_油壓力過大，產(chǎn)生干擾，使加工穩(wěn)定性變差，故加工速度反而會(huì)降低。圖5是沖油壓力和加工速度關(guān)系曲線。?圖6電極材料和加工極性對(duì)加工速度的影響（3）電極材料的影響?在加工中選擇極性，不能只考慮加工速度，還必須考慮電極損耗。如用石墨做電極時(shí)，正極性加工比負(fù)極性加工速度高，但在粗加工中，電極損耗會(huì)很大。故在不計(jì)電極損耗的通孔加工、取折斷工具等情況，用正極性加工；而在用石墨電極加工型腔的過程中，常采用負(fù)極性加工。從圖6還可看出，在同樣加工條件和加工極性情況下，采用不同的電極材料，加工速度也不相同。例如，中等脈沖寬度、負(fù)極件加工時(shí)，石墨電極的加工速度高于銅電極的加工速度。在脈沖寬度較窄或很寬時(shí)，銅電極加工速度高于石墨電極。此外，采用石墨電極加工的最大加工速度，比用銅電極加工的最大加工速度的脈沖寬度要窄。由上所述，電極材料對(duì)電火花加工非常重要，正確選擇電極材料是電火花加工首要考慮的問題。?4)工件材料的影響在同樣加工條件下，選用不同工件材料，加工速度也不同。這主要取決于工件材料的物理性能(熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、熔化熱和汽化熱等)。一般說來，工件材料的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)越高，比熱、熔化潛熱和氣化潛熱越大，加工速度越低，即越難加工。如加工硬質(zhì)合金鋼比加工碳素鋼的速度要低40～60％。對(duì)于導(dǎo)熱系數(shù)很高的工件，雖然熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、熔化熱和氣化熱不高，但因熱傳導(dǎo)性好，熱量散失快，加工速度也會(huì)降低。?5)．工作液的影響在電火花加工中，工作液的種類、粘度、清潔度對(duì)加工速度有影響。就工作液的種類來說，大致順序是：高壓水>(煤油＋機(jī)油)>煤油>酒精水溶液。在電火花成形加工中，應(yīng)用最多的工作液是煤油。?電極損耗是電火花成型加工中的重要工藝指標(biāo)。在生產(chǎn)中，衡量某種工具電極是否耐損耗，不只是看工具電極損耗速度VE的絕對(duì)值大小，還要看同時(shí)達(dá)到的加工速度VW，即每蝕除單位重量金屬工件時(shí)，工具相對(duì)損耗多少。因此，常用相對(duì)損耗或損耗比作為衡量工具電極耐損耗的指標(biāo)，即VW/VE

電火花加工中，電極的相對(duì)損耗小于1%，稱為低損耗電火花加工。二、影響電極損耗的主要因素

?圖7電極損耗長(zhǎng)度說明圖在加工中，同一電極的長(zhǎng)度相對(duì)損耗大小順序?yàn)椋航菗p耗>邊損耗>端面損耗。

?圖7脈沖寬度與電極相對(duì)損耗的關(guān)系2.電參數(shù)對(duì)電極損耗的影響脈沖寬度的影響

在峰值電流一定的情況下，隨著脈沖寬度的減小，電極損耗增大。脈沖寬度越窄，電極損耗θ上升的趨勢(shì)越明顯(如圖7所示)。所以精加工時(shí)的電極損耗比粗加工時(shí)的電極損耗大。?脈沖寬度增大，電極相對(duì)損耗降低的原因總結(jié)如下：(1)脈沖寬度增大，極性效應(yīng)比較明顯。(2)脈沖寬度增大，電極“覆蓋效應(yīng)”增加，也減少了電極損耗。?2)峰值電流的影響

對(duì)于一定的脈沖寬度，加工時(shí)的峰值電流不同，電極損耗也不同。由上可見，脈沖寬度和峰值電流對(duì)電極損耗的影響效果是綜合性的。只有脈沖寬度和峰值電流保持一定關(guān)系，才能實(shí)現(xiàn)低損耗加工。峰值電流與電極相對(duì)損耗的關(guān)系?脈沖間隔對(duì)電極相對(duì)損耗的影響3)脈沖間隔的影響在脈沖寬度不變時(shí)，隨著脈沖間隔的增加，電極損耗增大(如右圖所示)。因?yàn)槊}沖間隔加大，引起放電間隙中介質(zhì)消電離狀態(tài)的變化，使電極上的“覆蓋效應(yīng)”減少。?加工極性對(duì)電極相對(duì)損耗的影響4)加工極性的影響一般情況下，采用石墨電極和銅電極加工鋼時(shí)，粗加工用負(fù)極性，精加工用正極性。但在鋼電極加工鋼時(shí)，無論粗加工或精加工都要用負(fù)極性，否則電極損耗將大大增加。

?2.非電參數(shù)對(duì)電極損耗的影響1)加工面積的影響在脈沖寬度和峰值電流一定的條件下，加工面積對(duì)電極損耗影響不大，是非線性的加工面積對(duì)電極相對(duì)損耗的影響?2)沖油或抽油的影響(如圖所示)沖油或抽油壓力過大反而會(huì)加大電極的損耗。因?yàn)閺?qiáng)迫沖油或抽油會(huì)使減弱了電極上的“覆蓋效應(yīng)”。 沖油壓力對(duì)電極相對(duì)損耗的影響?4)工具電極材料的影響工具電極損耗與其材料有關(guān)，損耗的大致順序如下：銀鎢合金<銅鎢合金<石墨(粗規(guī)準(zhǔn))<紫銅<鋼<鑄鐵<黃銅<鋁。

表3-1影響電極損耗的因素?表3-1影響電極損耗的因素?電加工精度包括尺寸精度和仿型精度(或形狀精度)。影響精度的因素很多，這里重點(diǎn)探討與電火花加工工藝有關(guān)的因素。1．放電間隙電火花加工中，工具電極與工件間存在著放電間隙，因此工件的尺寸、形狀與工具并不一致。間隙大小對(duì)形狀精度也有影響，間隙越大，則復(fù)制精度越差，特別是對(duì)復(fù)雜形狀的加工表面。如電極為尖角時(shí)，而由于放電間隙的等距離，工件則為圓角三、影響加工精度的主要因素?

因此，為了減少加工尺寸誤差，應(yīng)該采用較弱小的加工規(guī)準(zhǔn)，縮小放電間隙，另外還必須盡可能使加工過程穩(wěn)定。放電間隙在精加工時(shí)一般為0.0l～0.1mm，粗加工時(shí)可達(dá)0.5mm以上(單邊)。2．二次放電

電火花加工時(shí)，產(chǎn)生斜度的情況如下圖所示。由于工具電極下面部分加工時(shí)間長(zhǎng)，損耗大，因此電極變小，而入口處由于電蝕產(chǎn)物的存在，易發(fā)生因電蝕產(chǎn)物的介入而再次進(jìn)行的非正常放電(即“二次放電”)，因而產(chǎn)生加工斜度。?沖油方式對(duì)電極端部損耗的影響?3．工具電極的損耗在電火花加工中，隨著加工深度的不斷增加，工具電極進(jìn)入放電區(qū)域的時(shí)間是從端部向上逐漸減少的。實(shí)際上，工件側(cè)壁主要是靠工具電極底部端面的周邊加工出來的。因此，電極的損耗也必然從端面底部向上逐漸減少，從而形成了損耗錐度(如圖所示)，工具電極的損耗錐度反映到工件上是加工斜度。工具斜度圖形?四、加工表面質(zhì)量及其影響因素1、表面粗糙度是指加工表面上的微觀幾何形狀誤差。電火花加工表面粗糙度的形成與切削加工不同，它是由若干電蝕小凹坑組成的，能存潤(rùn)滑油，其耐磨性比同樣粗糙度的機(jī)加工表面要好。在相同表面粗糙度的情況下，電加工表面比機(jī)加工表面亮度低。 Rmax=KRteie?2、表面變化層在電火花加工過程中，工件在放電瞬時(shí)的高溫和工作液迅速冷卻的作用下，表面層發(fā)生了很大變化。這種表面變化層的厚度大約在0.01～0.5mm之間，一般將其分為熔化層和熱影響層，如圖所示。電火花加工表面變化層?習(xí)題 1．什么是極性效應(yīng)？在電火花加工中如何充分利用極性效應(yīng)？ 2．什么是覆蓋效應(yīng)？請(qǐng)舉例說明覆蓋效應(yīng)的用途。 3．在實(shí)際加工中如何處理加工速度、電極損耗、表面粗糙度之間的矛盾關(guān)系？?數(shù)控機(jī)床編程及加工機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^數(shù)控機(jī)床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計(jì)算機(jī)上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗(yàn)程序，然后在數(shù)控機(jī)床上對(duì)工件進(jìn)行加工；結(jié)合機(jī)械加工工藝，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的目的；數(shù)控編程的內(nèi)容；編程步驟。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數(shù)、機(jī)床的運(yùn)動(dòng)以及刀具位移等內(nèi)容，按照數(shù)控機(jī)床的編程格式和能識(shí)別的語言記錄在程序單上的全過程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質(zhì)如程序紙帶、磁帶等，變成數(shù)控系統(tǒng)能讀懂的信息，再送入數(shù)控機(jī)床，數(shù)控機(jī)床的CNC裝置對(duì)程序經(jīng)過處理之后，向機(jī)床各坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅(qū)動(dòng)機(jī)床完成相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的目的數(shù)控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過程；②計(jì)算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù)；③編寫零件加工程序；④制作控制介質(zhì)；⑤校對(duì)程序及首件試加工。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的內(nèi)容數(shù)控編程的基本原理機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心數(shù)控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規(guī)程數(shù)學(xué)處理編寫程序文件制作控制介質(zhì)程序校驗(yàn)及試切數(shù)控機(jī)床OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數(shù)控車床模擬仿真和數(shù)控銑床模擬仿真系統(tǒng)，由軟件+標(biāo)準(zhǔn)硬件系統(tǒng)構(gòu)成，不要求專用硬件或運(yùn)動(dòng)控制卡，所有數(shù)控功能和邏輯控制功能均由軟件完成，操作界面由系統(tǒng)操作和機(jī)床控制兩大部分組成。機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心為例，軟件提供下列指令：以數(shù)控車床模擬仿真系統(tǒng)（OpenSoftCNC01T）組別指令功能編程格式模態(tài)

1G00快速線性移動(dòng)G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補(bǔ)G01X(U)_Z(W)_√G02順時(shí)針圓弧插補(bǔ)G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補(bǔ)G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺紋插補(bǔ)G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X軸返回程序零點(diǎn)G27

G28Z軸返回程序零點(diǎn)G28

G92定義絕對(duì)坐標(biāo)系G92X_Z_√2G04延時(shí)G04E_

3M00暫停M00

M02程序結(jié)束M02

4M03主軸正轉(zhuǎn)M03√M04主軸反轉(zhuǎn)M04√M05主軸停M05√5M08開冷卻液M08√M09關(guān)冷卻液M09√

6M97程序跳轉(zhuǎn)M97P_

M98子程序調(diào)用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定義開關(guān)1有效M20√M21自定義開關(guān)1無效M21√8M22自定義開關(guān)2有效M22√M23自定義開關(guān)2無效M23√9S主軸轉(zhuǎn)速控制S00～S07；S0000～S9999√10T指定刀具T00～T05√11F指定速度F12～F4000√OpenSoftCNC軟件介紹在程序管理界面下，可進(jìn)行有關(guān)數(shù)控加工程序文件的各種操作，如讀入程序、編輯修改及查錯(cuò)編譯等。每一個(gè)工件程序由若干個(gè)程序段組成；每一個(gè)程序段完成一個(gè)加工步驟；每一個(gè)程序指令有程序段號(hào)和若干個(gè)指令代碼組成，指令代碼在程序段中的位置可以是任意的，同組指令在同一程