特種加工課件：電火花加工 -

電火花加工（ElectricalDischargeMachining，簡稱EDM）

定義：所謂電火花加工（ElectricalDischargeMachine簡稱EDM)是指在介質(zhì)中，利用兩極(工具電極與工件電極)之間脈沖性火花放電時(shí)的電腐蝕現(xiàn)象對材料進(jìn)行加工，使零件的尺寸、形狀和表面質(zhì)量達(dá)到預(yù)定要求的加工方法。

2.1電火花加工的概念及分類

22.1.1電火花加工的概念在火花放電時(shí)，火花通道內(nèi)瞬時(shí)產(chǎn)生的大量熱致使電極表面的金屬產(chǎn)生局部熔化甚至氣化而被蝕除。3電火花加工表面不同于普通金屬切削表面具有規(guī)則的切削痕跡，其表面是由無數(shù)個不規(guī)則的放電凹坑組成。42.1.2電火花加工的特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：（1）適合于加工任何難切削導(dǎo)電材料材料的可加工性主要取決于材料導(dǎo)電性及熱學(xué)特性，與其力學(xué)性能（硬度、強(qiáng)度等）無關(guān)。（2）可以加工特殊及復(fù)雜形狀的表面和零件沒有機(jī)械加工的切削力，適宜加工低剛度工件及進(jìn)行微細(xì)加工。

5（3）易于實(shí)現(xiàn)加工過程自動化直接利用電能加工，而電能、電參數(shù)較機(jī)械量易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制、適應(yīng)控制、智能化控制和無人化操作等；（4）通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，改善結(jié)構(gòu)的工藝性將拼鑲結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金沖模改為用電火花加工的整體結(jié)構(gòu)，減少了加工和裝配工時(shí)，延長了使用壽命。

6

局限性：

（1）一般只能加工金屬等導(dǎo)電材料；

（2）加工速度一般較慢；

（3）存在電極損耗；

（4）最小角部半徑有限制；

（5）加工表面有變質(zhì)層甚至微裂紋。7

實(shí)現(xiàn)電火花加工的必要條件：1)工具電極與工件保持一定的放電間隙；一般是幾個微米至數(shù)百微米。間隙不能過大也不能過小，加工中需采用如圖所示的自動進(jìn)給調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來保證加工間隙隨加工狀態(tài)而變化。

2.1.3電火花加工應(yīng)具備的條件8

2)火花放電必須在有一定絕緣性能的液體介質(zhì)中進(jìn)行，如火花油、水溶性工作液或去離子水等。

3)放電點(diǎn)局部區(qū)域的功率密度足夠高，即放電通道要有很高的電流密度(一般為105～106A/cm2)。4)火花放電是瞬時(shí)的脈沖性放電。放電的持續(xù)時(shí)間一般為10-7～10-3秒。

5)在先后兩次脈沖放電之間，需要有足夠的停歇時(shí)間，排除電蝕產(chǎn)物，使極間介質(zhì)充分消電離。9脈沖電源的放電電壓及電流波形圖10

類型：按工具電極和工件相對運(yùn)動的方式和用途的不同，電火花加工大致可分為:

1)電火花穿孔成形加工2)電火花線切割加工3)電火花內(nèi)孔、外圓和成形磨削4)電火花同步共扼回轉(zhuǎn)加工5)電火花高速小孔加工6)電火花表面強(qiáng)化與刻字

2.1.4電火花加工的類型及適用范圍11適用范圍：1）電火花穿孔成形加工穿孔加工型腔加工2）電火花線切割加工沖模下料、截割和窄縫3）電火花內(nèi)孔、外圓和成形磨削

加工高精度、表面粗糙度值小的小孔

外圓、小模數(shù)滾刀124)電火花同步共扼回轉(zhuǎn)加工各種復(fù)雜型面的零件，如高精度的異形齒輪，精密螺紋環(huán)規(guī)，高精度、高對稱度、表面粗糙度值小的內(nèi)、外回轉(zhuǎn)體表面等5)電火花高速小孔加工線切割預(yù)穿絲孔深徑比很大的小孔6)電火花表面強(qiáng)化與刻字模具刃口，刀、量具刃口表面強(qiáng)化和鍍覆電火花刻字、打印記132.2電火花放電的微觀過程

電場強(qiáng)度畸變最大、介電強(qiáng)度最薄弱處產(chǎn)生雪崩式電離過程，導(dǎo)致介質(zhì)擊穿。放電通道建立，高電流密度、帶電粒子高速運(yùn)動，通道中心產(chǎn)生高溫、高壓。142.2.1極間介質(zhì)的電離、擊穿，形成放電通道極間未施加放電脈沖時(shí)的情況15極間施加放電脈沖形成放電通道的情況16通道內(nèi)形成電子流與離子流，電能→動能→熱能。極間介質(zhì)一旦被電離、擊穿，形成放電通道后，脈沖電源使通道內(nèi)的電子高速奔向正極，正離子奔向負(fù)極，使電能變成動能，動能通過帶電粒子對相應(yīng)電極材料的高速碰撞轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使正?fù)極表面產(chǎn)生高溫，高溫除使工作液氣化、熱分解外，也使金屬材料熔化甚至氣化。

172.2.2介質(zhì)熱分解，電極材料熔化、氣化、熱膨脹

通道內(nèi)的正負(fù)電極表面放電點(diǎn)瞬時(shí)高溫使工作液汽化并使得兩電極對應(yīng)表面金屬材料產(chǎn)生熔化、氣化，形成一個擴(kuò)張的“氣泡”，從而將熔化或氣化的金屬材料推擠、拋出而使其進(jìn)入工作液中，拋出的兩極帶電荷的材料在放電通道內(nèi)匯集后進(jìn)行中和及凝聚，最終形成了細(xì)小的中性圓球顆粒，成為電火花加工的蝕除產(chǎn)物。182.2.3電極材料的拋出

電極表面產(chǎn)生熔化甚至氣化：1920

兩電極被蝕除的材料在放電通道內(nèi)匯集：21極間熔化、氣化產(chǎn)物在放電通道內(nèi)匯集形成蝕除產(chǎn)物：2.2.4極間介質(zhì)的消電離一次脈沖放電結(jié)束，此后還應(yīng)有一段間隔時(shí)間，使間隙介質(zhì)消電離，即放電通道中的帶電粒子復(fù)合為中性粒子，恢復(fù)本次放電通道處間隙介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度，以免總是重復(fù)在同一處發(fā)生放電而導(dǎo)致電弧放電，這樣可以保證按兩極相對最近處或電阻率最小處形成下一擊穿放電通道。22實(shí)際放電加工過程中極間電壓和電流波形：23電火花放電加工中，極間的放電狀態(tài)一般分為五種類型：空載或開路狀態(tài)火花放電短路電弧放電過渡電弧放電24電火花加工中5種典型的加工波形：25隕石撞擊地球示意圖262.3

電火花加工的基本規(guī)律極性：工件或電極接入電源回路的正極或負(fù)極。極性效應(yīng)：單純由于正、負(fù)極性不同而彼此電蝕量不一樣的現(xiàn)象叫做極性效應(yīng)。我國對極性的規(guī)定：以工件所接為準(zhǔn)。272.3.1電火花加工的極性效應(yīng)影響因素：電子流、離子流，長脈寬與短脈寬、工作液和電極對等都影響極性效應(yīng)產(chǎn)生原因：在火花放電過程中，正、負(fù)電極表面分別受到負(fù)電子和正離子的轟擊和瞬時(shí)熱源的作用，在兩極表面所分配到的能量不一樣，因而熔化、氣化拋出的電蝕量也不一樣。28解釋：這是因?yàn)殡娮拥馁|(zhì)量和慣性均小，容易獲得很高的加速度和速度，在擊穿放電的初始階段就有大量的電子奔向正極，把能量傳遞給陽極表面，使電極材料迅速熔化和氣化；而正離子則由于質(zhì)量和慣性較大，起動和加速較慢，在擊穿放電的初始階段，大量的正離子來不及到達(dá)負(fù)極表面，到達(dá)負(fù)極表面并傳遞能量的只有一小部分離子。因此：在用短脈沖加工時(shí)，工件應(yīng)接正極；長脈沖加工時(shí)，工件應(yīng)接負(fù)極。29

當(dāng)采用窄脈沖精加工時(shí)，應(yīng)選用正極性加工；當(dāng)采用長脈沖粗加工時(shí)，應(yīng)采用負(fù)極性加工，以得到較高的蝕除速度和較低的電極損耗。除了充分地利用極性效應(yīng)、正確地選用極性、最大限度地降低工具電極的損耗外，還應(yīng)合理選用工具電極的材料，根據(jù)電極對材料的物理性能和加工要求選用最佳的電參數(shù)，使工件的蝕除速度最大，工具損耗盡可能小。302.3.2影響電火花加工蝕除速度的因素

1．電參數(shù)的影響

在電火花加工過程中，無論正極或負(fù)極，單個脈沖的蝕除量與單個脈沖能量在一定范圍內(nèi)成正比的關(guān)系，而工藝系數(shù)與電極材料、脈沖參數(shù)、工作介質(zhì)等有關(guān)。某一段時(shí)間內(nèi)的總蝕除量約等于這段時(shí)間內(nèi)各單個有效脈沖蝕除量的總和，故正、負(fù)極的蝕除速度與單個脈沖能量、脈沖頻率成正比。

3132放電凹坑與放電脈沖寬度的對應(yīng)關(guān)系：33放電凹坑與放電脈沖峰值電流的對應(yīng)關(guān)系：放電的蝕除量不僅與能量的大小有關(guān)，還與蝕除的形式有關(guān)：34

由上述分析可知，如果要提高蝕除速度，可以采用提高脈沖頻率，增加單個脈沖能量，或者說增加平均放電電流(或峰值電流)和脈沖寬度,減小脈間的方式獲得。此外還可以通過增加脈沖峰值電流，采用小脈寬、高峰值電流的放電方式，以獲得氣化的蝕除方式，從而達(dá)到既提高蝕除速度，同時(shí)又改善表面質(zhì)量及降低變質(zhì)層厚度的目的。352.金屬材料熱學(xué)物理的影響

金屬熱學(xué)物理常數(shù)：是指熔點(diǎn)、沸點(diǎn)(氣化點(diǎn))、熱導(dǎo)率、比熱容、熔化熱、氣化熱等。當(dāng)脈沖放電能量相同時(shí)，金屬的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、比熱容、熔化熱、氣化熱愈高，電蝕量將愈少，愈難加工；另一方面，熱導(dǎo)率愈大，瞬時(shí)產(chǎn)生的熱量容易傳導(dǎo)到材料基體內(nèi)部，也會降低放電點(diǎn)本身的蝕除量。

36常用材料的熱學(xué)物理常數(shù)

37

3．工作介質(zhì)對電蝕量的影響工作介質(zhì)的作用：形成火花擊穿放電通道，并在放電結(jié)束后迅速恢復(fù)極間的絕緣狀態(tài)；對放電通道產(chǎn)生壓縮作用；幫助電蝕產(chǎn)物的拋出和排除；對電極、工件起到冷卻作用；介電性能好、密度和黏粘度大的工作液有利于壓縮放電通道，提高放電的能量密度，強(qiáng)化電蝕產(chǎn)物的拋出效果；但粘度大，不利于電蝕產(chǎn)物的排出，影響正常放電。

38目前電火花成形加工主要采用油類作為工作介質(zhì)，粗加工時(shí)采用的脈沖能量大、加工間隙也較大、爆炸排屑拋出能力強(qiáng)，往往選用介電性能、粘度較大的機(jī)油，且機(jī)油的燃點(diǎn)較高，大能量加工時(shí)著火燃燒的可能性??；而在中、精加工時(shí)放電間隙比較小，排屑比較困難，故一般均選用粘度小、流動性好、滲透性好的煤油作為工作液，但考慮到實(shí)際加工的方便性，一般整個加工均采用火花油或煤油作為工作介質(zhì)。394．影響電蝕量的一些其他因素首先是加工過程的穩(wěn)定性；加工過程不穩(wěn)定將干擾以致破壞正常的火花放電，使有效脈沖利用率降低，降低加工速度，嚴(yán)重時(shí)將產(chǎn)生積碳拉弧，使加工難以進(jìn)行；其次如果加工面積較小，而采用的加工電流較大，也會使局部電蝕產(chǎn)物濃度過高，放電點(diǎn)不易分散轉(zhuǎn)移，放電后的余熱來不及擴(kuò)散而積累，造成過熱，形成電弧，破壞加工的穩(wěn)定性。402.3.3蝕除(加工)速度和電極損耗的關(guān)系

1．加工速度體積加工速度mm3/min；質(zhì)量加工速度g/min。2．工具電極相對損耗速度和相對損耗比電極相對損耗:衡量工具電極是否耐損耗，不能只看工具損耗速度Ve，還要看同時(shí)能達(dá)到的加工速度Vw，即以相對損耗或損耗比作為衡量工具電極耐損耗的指標(biāo)。即41為了降低工具電極的相對損耗，必須充分利用好電火花加工過程中的各種效應(yīng)。這些效應(yīng)主要包括：（1）正確選擇極性（2）利用吸附效應(yīng)（3）利用傳熱效應(yīng)

（4）選用合適的電極材料

422.3.4影響電火花加工精度的主要因素

1.放電間隙的大小及一致性；

2.工具電極的損耗及穩(wěn)定程度；

3.二次放電；4.邊角損耗。43

電火花加工時(shí)，如果加工過程中放電間隙能保持不變，則可以通過修正工具電極的尺寸對放電間隙進(jìn)行補(bǔ)償，以獲得較高的加工精度。然而，放電間隙的大小實(shí)際上是變化的，影響著加工精度。除了間隙能否保持一致性外，間隙大小對加工精度也有影響，尤其是對復(fù)雜形狀的加工表面，棱角部位電場強(qiáng)度分布不均，間隙越大，影響越嚴(yán)重。另外，還必須盡可能使加工過程穩(wěn)定。1.放電間隙的大小及其一致性：44

電火花穿孔加工時(shí)，電極可以貫穿型孔而補(bǔ)償電極的損耗，型腔加工時(shí)則無法采用這一方法，精密型腔加工時(shí)一般可采用更換電極的方法保障加工精度。

452.工具電極的損耗及其穩(wěn)定性：二次放電是指在已加工表面上由于有電蝕產(chǎn)物等的介入而再次進(jìn)行的非正常放電，集中反映在加工深度方向產(chǎn)生斜度和加工棱角棱邊變鈍等方面。

加工過程中，由于工具電極下端部加工時(shí)間長，絕對損耗大，而電極入口處的放電間隙則由于電蝕產(chǎn)物的存在，“二次放電”的機(jī)率大而擴(kuò)大，因而產(chǎn)生了加工斜度。463.二次放電：電火花加工時(shí)的加工斜度

474.邊角損耗：電火花加工時(shí)，工具的尖角或凹角很難精確地復(fù)制在工件上，這是因?yàn)楫?dāng)工具為凹角時(shí)，工件上對應(yīng)的尖角處放電蝕除的機(jī)率大，容易遭受電蝕而成為圓角。當(dāng)工具為尖角時(shí)，一是由于放電間隙的等距性，工件上只能加工出以尖角頂點(diǎn)為圓心、放電間隙為半徑的圓?。欢枪ぞ呱系募饨潜旧硪蚣舛朔烹娢g除的機(jī)率大而損耗成圓角。48電火花加工時(shí)尖角變圓49電火花加工的表面質(zhì)量主要包括：表面粗糙度、表面變質(zhì)層和表面機(jī)械性能三部分。1.表面粗糙度

影響表面粗糙度的因素：單個脈沖能量；工件材料。2.3.5電火花加工的表面質(zhì)量502.表面變質(zhì)層

熔化層；熱影響層；基體金屬;表面層的顯微裂紋。513．表面機(jī)械性能顯微硬度及耐磨性;殘余應(yīng)力；抗耐疲勞性能。常用的后置處理手段:手工拋磨；電拋磨；超聲拋光；磨料噴射加工；磨料流動加工；化學(xué)拋光。52顯微裂紋（硅表面切割）532.4電火花成形加工機(jī)床

電火花成形加工設(shè)備組成部分：機(jī)床本體、脈沖電源、自動控制系統(tǒng)。

542.4.1電火花成形加工機(jī)床的結(jié)構(gòu)及組成2.4.2機(jī)床主機(jī)各部分的結(jié)構(gòu)及其作用

電火花成形機(jī)床主機(jī)是由床身、立柱、主軸頭、工作臺、工作液槽等組成。C型三軸數(shù)控電火花成形加工機(jī)床主機(jī)551．床身、立柱及數(shù)控軸床身、立柱是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件，其作用是保證電極與工作臺、工件之間的相互位置，立柱上承載的橫向（X）、縱向（Y)及垂直方向（Z）軸的運(yùn)動對加工精度起到至關(guān)重要的作用。這種C型結(jié)構(gòu)使得機(jī)床的穩(wěn)定性、精度保持性、剛性及承載能力較高。2．工作臺固定工作臺結(jié)構(gòu)使工件及工作液的重量對加工過程沒有影響，加工更加穩(wěn)定，同時(shí)方便大型工件的安裝固定及操作者的觀察。

563．主軸頭主軸頭是電火花成形加工機(jī)床的一個最為關(guān)鍵的部件，可實(shí)現(xiàn)上、下方向的Z軸運(yùn)動。它的結(jié)構(gòu)是由伺服進(jìn)給機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向和防扭機(jī)構(gòu)、輔助機(jī)構(gòu)三部分組成。它控制工件與工具電極之間的放電間隙。主軸頭的好壞直接影響加工的工藝指標(biāo)，如加工效率、幾何精度以及表面粗糙度。4．工作液循環(huán)及過濾系統(tǒng)工作液循環(huán)系統(tǒng)一般包括工作液箱、電動機(jī)、泵、過濾器、管道、閥、儀表等。工作液箱可以放入機(jī)床內(nèi)部成為一體,也可以與機(jī)床分開,單獨(dú)放置。對工作液進(jìn)行強(qiáng)迫循環(huán)，是加速電蝕產(chǎn)物的排除、改善極間加工狀態(tài)的有效手段。57工作液循環(huán)系統(tǒng)原理圖585．直線電機(jī)結(jié)構(gòu)直線電機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)，首先是避免了把旋轉(zhuǎn)變換成直線進(jìn)給的滾珠絲桿所引起的諸多問題(如間隙等)；其次就是傳遞效率較高，在電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中驅(qū)動滾珠絲杠與電機(jī)本身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動中，因有摩擦阻力而使能量損失，而直線電機(jī)加速所需要的電能，能全部被轉(zhuǎn)換成動能。59直線滾動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)602.4.3脈沖電源

電火花加工脈沖電源的作用是在電火花加工過程中提供能量。它的功能是把工頻正弦交流電轉(zhuǎn)變?yōu)檫m應(yīng)電火花加工需要的脈沖電源。脈沖電源輸出的各種電參數(shù)對電火花加工的加工速度、表面粗糙度、工具電極損耗以及加工精度等各項(xiàng)工藝指標(biāo)都具有重要的影響。61為在電火花加工中做到高效低耗、穩(wěn)定可靠和兼作粗精加工之用，一般對脈沖電源有以下要求：（1）脈沖電壓波形的前后沿應(yīng)該很陡；（2）脈沖是單向的；（3）脈沖電流的主要參數(shù)如峰值電流、脈沖寬度、脈沖間隔等應(yīng)能在很寬的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)；（4）工作穩(wěn)定可靠，操作維修方便，成本低，壽命長，體積小。

62脈沖電源的分類：按主要元件分類包括：弛張式脈沖電源、電子管式脈沖電源、閘流管式脈沖電源、脈沖發(fā)電機(jī)式脈沖電源、可控硅式脈沖電源和晶體管式脈沖電源。按輸出波形分類包括：矩形波脈沖電源、矩形波派生脈沖電源和非矩形波脈沖電源（例如正弦波、三角波等）。按受間隙狀態(tài)影響分類包括：非獨(dú)立式脈沖電源、獨(dú)立式脈沖電源和半獨(dú)立式脈沖電源。按工作回路數(shù)目分類包括：單回路脈沖電源和多回路脈沖電源。63弛張式脈沖電源：這類脈沖電源的工作原理是利用電容器充電儲存電能，而后瞬時(shí)放出，形成火花放電來蝕除金屬。因?yàn)殡娙萜鲿r(shí)而充電，時(shí)而放電，一弛一張，故稱“弛張式”脈沖電源。RC線路是弛張式脈沖電源中最簡單最基本的一種，它由兩個回路組成：一個是充電回路；另一個回路是放電回路。64RC脈沖電源65RC脈沖電源電壓電流波形66可控硅脈沖電源：優(yōu)點(diǎn)：功率大、效率高、有較好的頻率特性、承受電壓和電流沖擊的性能強(qiáng)等缺點(diǎn)：高頻性能仍不如晶體管脈沖電源，在直流逆變式的可控硅脈沖電路中，可控硅元件的關(guān)斷及關(guān)斷的可靠性是制作和使用時(shí)較為復(fù)雜和困難的問題。67晶體管脈沖電源

特點(diǎn)：脈沖頻率高、脈沖參數(shù)可調(diào)范圍廣、脈沖波形也易于調(diào)整、并易于實(shí)現(xiàn)多回路加工和自適應(yīng)控制，所以應(yīng)用范圍非常廣泛，尤其在中小型脈沖電源中應(yīng)用較多。晶體管式脈沖電源68高低壓復(fù)合脈沖電源：

放電間隙并聯(lián)兩個供電回路：一個為高壓脈沖回路，主要起擊穿間隙的作用；另一個低壓脈沖回路，起著蝕除金屬的作用，所以稱之為加工回路。二極管用以阻止高壓脈沖進(jìn)入低壓回路。高低壓復(fù)合脈沖電源69多回路脈沖電源：在加工電源的功率級并聯(lián)分割出相互隔離絕緣的多個輸出端，可以同時(shí)供給多個回路進(jìn)行放電加工。這樣不依靠增大單個脈沖放電能量，即不使表面粗糙度值變大而可以提高生產(chǎn)率，適用于大面積、多工具和多孔加工。

多回路脈沖電源70等能脈沖電源：等脈沖電源是指每個脈沖在介質(zhì)擊穿后所釋放的單個脈沖能量相等，能自動保持脈沖電流寬度相等，用相同的脈沖能量進(jìn)行加工，從而可以在保證一定表面粗糙度情況下，進(jìn)一步提高加工速度。等能量脈沖電源電壓和電流波形712.4.4自動進(jìn)給機(jī)構(gòu)

為保持恒定的間隙，電極的進(jìn)給速度應(yīng)與該方向上材料的蝕除速度相等。由于材料的去除速度常受加工面積、排屑、排氣條件等的影響而不可能為定值，因此采用恒速進(jìn)給系統(tǒng)是不合適的，必須通過自動進(jìn)給調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來控制電極的進(jìn)給。自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)在于維持一定的“平均”放電間隙S，保證電火花加工正常而穩(wěn)定地進(jìn)行，以獲得較好的加工效果。72自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖

放電加工用的自動調(diào)節(jié)進(jìn)給裝置是由測量環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、信號放大環(huán)節(jié)和執(zhí)行環(huán)節(jié)組成的。自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)方框圖731.測量環(huán)節(jié)

由于放電加工過程的放電間隙很小，并且在不斷地變化，所以直接測量間隙值是很困難的，一般采用間隙間接測量方法：①平均間隙電壓測量法：平均間隙電壓檢測電路74②利用穩(wěn)壓管來測量脈沖電壓的峰值信號：

峰值電壓檢測電路752.比較環(huán)節(jié)

比較環(huán)節(jié)用于根據(jù)“設(shè)定值”來調(diào)節(jié)進(jìn)給速度，以適應(yīng)粗、中、精不同的加工規(guī)準(zhǔn)。實(shí)質(zhì)上是把從測量環(huán)節(jié)得來的信號和“設(shè)定值”的信號進(jìn)行比較，再按此差值來控制加工過程。大多數(shù)比較環(huán)節(jié)包含或合并在測量環(huán)節(jié)之中。763.放大驅(qū)動器

由測量環(huán)節(jié)獲得的信號，一般都很小，難于驅(qū)動執(zhí)行元件，必須要有一個放大環(huán)節(jié)，通常稱它為放大器。為了獲得足夠的驅(qū)動功率，放大器要有一定的放大倍數(shù)，然而，放大倍數(shù)過高也不好，它將會使系統(tǒng)產(chǎn)生過大的超調(diào)，即出現(xiàn)自激現(xiàn)象，使工具電極時(shí)進(jìn)時(shí)退，調(diào)節(jié)不穩(wěn)定。77

4.執(zhí)行環(huán)節(jié)

根據(jù)控制信號的大小及時(shí)地調(diào)節(jié)工具電極的進(jìn)給量，以保持合適的放電間隙，從而保證電火花加工正常進(jìn)行。目前電火花加工自動進(jìn)給調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的種類很多，大致可分為：

1)電液壓式(噴嘴—擋板式);

2)步進(jìn)電動機(jī);

3)寬調(diào)速力矩電動機(jī)；4)直流伺服電動機(jī);

5)交流伺服電動機(jī)。78

5.調(diào)節(jié)對象

調(diào)節(jié)對象是指工具電極與工件間的放電間隙，應(yīng)控制在0.1~0.01mm之間。792.4.5伺服控制系統(tǒng)的類型

1．直流、交流伺服電機(jī)伺服控制系統(tǒng)（1）半閉環(huán)直流、交流伺服電機(jī)位置伺服系統(tǒng)

半閉環(huán)位置伺服系統(tǒng)

80（2）全閉環(huán)位置伺服系統(tǒng)全閉環(huán)位置伺服系統(tǒng)典型構(gòu)成示意

81（3）直線電機(jī)伺服控制系統(tǒng)

在直線電機(jī)方式下，把電機(jī)直接安裝在工作臺上作為一個整體，直接做直線運(yùn)動，光柵尺安裝在電機(jī)上，即直接安裝在工作臺上；同樣主軸頭上的電極也直接安裝在電機(jī)上，可以實(shí)現(xiàn)和電機(jī)一同動作。從而使伺服系統(tǒng)的跟蹤性能得到提高，能實(shí)現(xiàn)高速度、快響應(yīng)。822.雙向伺服控制系統(tǒng)加工對開模時(shí)，需要工具電極既能向下又能作向上的伺服進(jìn)給功能。有時(shí)還需要在型腔模的兩個側(cè)壁上加工出花紋或文字商標(biāo)，這樣又需要橫向(左右或前后)伺服進(jìn)給功能。

雙向伺服進(jìn)給和橫向伺服進(jìn)給833.旋轉(zhuǎn)軸伺服控制系統(tǒng)

旋轉(zhuǎn)軸伺服控制是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的正反向伺服進(jìn)給，即旋轉(zhuǎn)進(jìn)給和旋轉(zhuǎn)回退，也即C軸分度加工、利用A軸（輔助軸）的零件加工、C軸和Z軸聯(lián)動的螺旋齒輪加工等。

利用C軸的分度加工利用A軸(輔助軸)的零件加工利用C軸+Z軸的螺旋加工842.4.6電火花成形加工控制系統(tǒng)

電火花成形加工控制系統(tǒng)除了三個直線移動的X、Y、Z坐標(biāo)軸系統(tǒng)外，還有三個轉(zhuǎn)動的坐標(biāo)軸系統(tǒng)，其中繞X軸轉(zhuǎn)動的稱A軸、繞Y軸轉(zhuǎn)動的稱B軸、繞Z軸轉(zhuǎn)動的稱C軸。1．平動頭一般型腔加工

工作原理是：利用偏心機(jī)構(gòu)將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過平動軌跡保持機(jī)構(gòu)，使電極上每一個質(zhì)點(diǎn)都能圍繞其原始位置在水平面內(nèi)做平面小圓周運(yùn)動，許多小圓的外包絡(luò)線形成加工表面。

85

平動加工原理圖電極平動加工過程862．?dāng)?shù)控?fù)u動加工平動頭使工具電極向外逐步擴(kuò)張運(yùn)動叫平動，工作臺和工件向外逐步擴(kuò)張運(yùn)動叫搖動。搖動加工的作用：（1）可以逐步修光側(cè)面和底面的表面；（2）可以精確控制加工尺寸精度；（3）可以加工出清棱、清角的側(cè)壁和底邊；（4）變?nèi)婕庸榫植棵娣e加工，有利于排屑和穩(wěn)定加工。87數(shù)控?fù)u動加工功能示意圖883．復(fù)雜型腔數(shù)控聯(lián)動加工

復(fù)雜的型腔模，需采用X、Y、Z三軸數(shù)控聯(lián)動加工。聯(lián)動插補(bǔ)功能示意圖892.4.7電火花加工過程中的參數(shù)控制

電火花加工中經(jīng)常有各種各樣的干擾，有短路、拉弧和空載等，這類干擾經(jīng)常會大大加劇電極損耗或使加工速度降到零，而且常常會燒傷工件和電極。單靠伺服進(jìn)給系統(tǒng)常常不能避免這類情況的出現(xiàn)，因此需要對加工過程不斷地檢測和在干擾嚴(yán)重時(shí)作出極快速的響應(yīng)。不安全的加工情況主要表現(xiàn)為拉弧和短路兩種方式。90拉弧

就是放電連續(xù)地發(fā)生在電極表面的同一位置上，形成穩(wěn)定電弧放電，其脈沖電壓波形的特征通常是沒有擊穿延時(shí)或放電維持電壓稍低且高頻分量少。拉弧在最初幾秒鐘就表現(xiàn)出很大的危害性，電極和工件上會燒蝕出一個深坑，產(chǎn)生嚴(yán)重的熱影響區(qū)，可深達(dá)幾毫米，并可能以1mm/min以上的速度增長，使工件和工具電極報(bào)廢；短路

雖然本身既不產(chǎn)生材料蝕除，也不損傷電極，但在短路處會造成一個熱點(diǎn),而在短路多次后，自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)使工具電極回退消除短路時(shí)，易引發(fā)拉弧。912.5電火花成形加工工藝電火花成形加工的基本工藝包括：電極的制作、工件準(zhǔn)備及裝夾定位、沖抽油方式的選擇、加工規(guī)準(zhǔn)的選擇、電極縮放量的確定及平動（搖動）量的分配等。922.5.1電極的制作

1．電極材料的選擇基本要求

高熔點(diǎn)、低熱脹系數(shù)、良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能和力學(xué)性能等。目前在研究和生產(chǎn)中已經(jīng)使用的工具電極材料主要有紫銅、銅鎢合金、銀鎢合金以及石墨電極等。由于銅鎢合金和銀鎢合金的價(jià)格高,機(jī)械加工比較困難，故選用的較少，常用的為紫銅和石墨，這兩種材料的共同特點(diǎn)是在寬脈沖粗加工時(shí)都能實(shí)現(xiàn)低損耗。932.電極的設(shè)計(jì)

（1）穿孔加工穿孔加工時(shí)，由于凹模的精度主要決定于工具電極的精度，因而對它有較為嚴(yán)格的要求。工具電極應(yīng)有足夠的長度，要考慮端部損耗后仍有足夠的修光長度。若加工硬質(zhì)合金時(shí)，由于電極損耗較大，電極還應(yīng)適當(dāng)加長。工具電極的截面輪廓尺寸除考慮配合間隙外，還要考慮比預(yù)定加工的型孔尺寸均勻地縮小一個加工的火花放電間隙。94（2）型腔模電極設(shè)計(jì)

加工型腔模時(shí)的工具電極尺寸，一方面與模具的大小、形狀、復(fù)雜程度有關(guān)，而且與電極材料，加工電流、深度、余量及間隙等因素有關(guān)。當(dāng)采用平動法加工時(shí)，還應(yīng)考慮所選用的平動量。95（3）電極縮放量的選取

電極縮放量的選取要考慮多方面的因素。電火花加工有平動加工和不平動加工兩種方式，數(shù)控電火花機(jī)床一般都可采用平動加工，而傳統(tǒng)電火花機(jī)床如果沒有安裝平動頭就不能進(jìn)行平動加工。這兩種加工方式電極縮放量的選取是有區(qū)別的。96在不采用平動加工時(shí)，如果所產(chǎn)生的火花間隙小于電極縮放量，加工出來的尺寸將小于標(biāo)準(zhǔn)值；相反，電極縮放量比實(shí)際火花間隙小時(shí)會使加工后的尺寸大于標(biāo)準(zhǔn)值。因此正確確定電極縮放量的大小是保證加工尺寸合格的前提。確定電極縮放量大小，要視加工部位的不同而合理選用。在采用電極平動加工時(shí)，加工的尺寸精度決定于對放電間隙、電極縮放量和平動量的控制。由于平動量的大小是可控的，所以可以根據(jù)放電間隙的大小調(diào)節(jié)平動量，能夠較容易地控制加工的尺寸，電極縮放量的大小也就可以相對大一些，尤其是對精加工來說，并且可以根據(jù)一些具體情況來靈活選取。97確定電極縮放量的大小時(shí)還應(yīng)詳細(xì)考慮加工部位的加工性能。對于薄、尖形狀的電極，縮放量要選小些，因?yàn)檫@類加工不能選擇大的加工條件，否則會使電極在加工中發(fā)生變形，另外較大的電極縮放量也降低了電極的強(qiáng)度。983.電極制造

紫銅電極可采用電火花線切割、電火花磨削、一般機(jī)械加工、數(shù)控銑、電鑄等方式來制造。石墨電極應(yīng)采用質(zhì)細(xì)、致密、顆粒均勻、氣孔率小、灰粉少、強(qiáng)度高的高純石墨制造。994.電極的裝夾與校正電極裝夾與校正的目的是使電極正確、牢固地裝夾在機(jī)床主軸的電極夾具上，使電極軸線和機(jī)床主軸軸線一致，保持電極與工件的垂直和相對位置。電極的裝夾主要由電極夾頭來完成。

電極裝夾后，應(yīng)進(jìn)行校正，主要檢查電極的垂直度，使其軸線或輪廓線垂直于機(jī)床工作臺面。

1002.5.2工件的準(zhǔn)備及裝夾定位

電火花加工前，工件型腔部分要進(jìn)行預(yù)加工，并留適當(dāng)?shù)碾娀鸹庸び嗔俊ｋ娀鸹庸r(shí)將工件安裝于工作臺，并要對工件進(jìn)行校正，以保證工件的坐標(biāo)系方向與機(jī)床的坐標(biāo)系方向一致。當(dāng)工件和電極裝夾、校正完成后，就需要將電極對準(zhǔn)工件的加工位置，才能在工件上加工出準(zhǔn)確的型腔。

1012.5.3沖抽油方式的選擇工作液強(qiáng)迫循環(huán)可分為沖油式和抽油式兩種型式：

沖油式抽油式1022.5.4加工規(guī)準(zhǔn)的選擇

電規(guī)準(zhǔn)

是指電火花加工過程中一組電參數(shù)，如電壓、電流、脈寬、脈間等。電規(guī)準(zhǔn)選擇正確與否，將直接影響著型腔加工工藝指標(biāo)。應(yīng)根據(jù)工件的要求、電極和工件的材料、加工工藝指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效果等因素來確定電規(guī)準(zhǔn)，并在加工過程中及時(shí)地轉(zhuǎn)換。103粗加工時(shí)，要求較高的加工速度和低電極損耗，可選用寬脈沖、高峰值電流的粗規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行加工，電流要根據(jù)工件而定。剛開始加工時(shí)，接觸面積小，電流不宜過大，隨著加工面積的增大，可逐步加大電流。當(dāng)粗加工進(jìn)行到接近的尺寸時(shí)，應(yīng)逐步減小電流，改善表面質(zhì)量，以盡量減少中加工的修整量。精加工時(shí)，采用窄脈寬、小電流的精規(guī)準(zhǔn)，將表面粗糙度改善到優(yōu)于Ra2.5μm的范圍。這種規(guī)準(zhǔn)下的電極相對損耗相當(dāng)大，可達(dá)10～25％，但因加工量很少，所以絕對損耗并不大。104加工規(guī)準(zhǔn)與工藝指標(biāo)的關(guān)系：①加工速度

影響加工速度的關(guān)鍵參數(shù)是電流密度、脈沖寬度、間隙電

壓。銅打鋼加工速度與脈沖寬度和脈沖峰值電流的關(guān)系曲線105②電極損耗加大脈沖寬度會減小電極損耗；電流密度過高會加大電極損耗。銅打鋼時(shí)電極損耗率與脈沖寬度和脈沖峰值電流的關(guān)系曲線106③表面粗糙度表面粗糙度是指加工表面上的微觀幾何形狀誤差。它由無方向性的無數(shù)小坑和硬凸所組成。工件的電火花加工表面粗糙度直接影響其使用性能，如耐磨性，接觸剛度、疲勞強(qiáng)度等。銅打鋼表面粗糙度與脈沖寬度和脈沖峰值電流的關(guān)系曲線107④加工精度

電火花加工精度主要包括尺寸精度和形狀精度。尺寸精度

尺寸精度又包括形狀尺寸精度和位置尺寸精度。形狀尺寸精度是指電火花加工完成后各個部位尺寸值的準(zhǔn)確度；位置尺寸精度是指電火花加工的形狀相對工件上某幾何參照系的尺寸準(zhǔn)確度。形狀精度

形狀精度是指電火花加工完成部位的形狀與加工要求形狀的符合情況。1082.5.5平動量的分配

平動量的分配是單電極平動加工法的一個關(guān)鍵問題。粗加工時(shí)，電極不平動。中間各檔加工時(shí)平動量的分配，主要取決于被加工表面由粗變細(xì)的修光量，此外還和電極損耗、平動頭原始偏心量、主軸進(jìn)給運(yùn)動的精度等有關(guān)。1092.6電火花加工方法電火花成形加工是利用火花放電蝕除金屬的原理，用工具電極對工件進(jìn)行復(fù)制的工藝方法。成形加工實(shí)際上是穿孔和成形加工兩大類的統(tǒng)稱。1102.6.1電火花穿孔加工方法

1.直接加工法

這種方法是將凸模直接作為電極加工凹模形孔的工藝方法。適用：形狀復(fù)雜，凸、凹模配合間隙在0.03-0.08mm的多形孔凹模加工。特點(diǎn)：工藝簡單，加工后的凸、凹模配合間隙均勻，在加工時(shí)，不需要做電極，但放電加工性能較差。111

2.間接加工法這種方法是將凸模與加工凹模的電極分開制造；即根據(jù)凹模尺寸設(shè)計(jì)電極，并加工制造電極，然后對凹模進(jìn)行放電加工，再按沖裁間隙配制凸模。適用：凸、凹模配合間隙大于0.12mm或小于0.02mm(雙面)的凹模加工。特點(diǎn)：電極材料可以自由選擇，不受凸模的限制，但凸、凹模間隙會受到放電間隙的限制，又由于凸模單獨(dú)制造，故間隙不易保證均勻。

1123.混合加工法

這種方法是電極與凸模選用的材料不同，通過焊錫或其他粘合劑，將電極與凸模粘接在一起加工成形，然后對凹模進(jìn)行加工，加工后，將電極與凸模分開。

1132.6.2電火花型腔加工方法電火花型腔加工工藝方法較多，主要有單電極平動法、多電極更換法、分解電極加工法等，選擇時(shí)要根據(jù)工件成形的技術(shù)要求、復(fù)雜程度、工藝特點(diǎn)、機(jī)床類型及脈沖電源的技術(shù)規(guī)格、性能特點(diǎn)而定。114

1.單電極平動加工法它是用一個電極按照粗、中、精的順序逐級改變電規(guī)準(zhǔn),與此同時(shí)，依次加大電極的平動量，以補(bǔ)償前后兩個加工規(guī)準(zhǔn)之間型腔側(cè)面放電間隙差和表面微觀不平度差，實(shí)現(xiàn)型腔側(cè)面仿型修光。優(yōu)點(diǎn)只需一個電極，一次裝夾定位，便可達(dá)到較好的加工精度。另外平動加工可使電極損耗均勻、改善排屑條件，加工容易穩(wěn)定。115

2.多電極更換加工法多電極更換成形加工是采用分別制造的粗、中、精加工用電極依次更換來加工同一個型腔。優(yōu)點(diǎn)是仿形精度高，尤其適用于尖角、窄縫多的型腔加工。其缺點(diǎn)是需要用精密機(jī)床制造多個電極，另外電極更換時(shí)要有高的重復(fù)定位精度，需要附件和夾具來配合，因此一般只用于精密型腔加工。116

多電極成形加工工藝示意圖1173.分解電極加工法分解電極加工法是單電極平動加工法和多電極更換加工法的綜合應(yīng)用。它工藝靈活性強(qiáng)，仿形精度高，適用于尖角窄縫、沉孔、深槽多的復(fù)雜型腔模具加工。優(yōu)點(diǎn)是可根據(jù)主、副型腔不同的加工條件，選擇不同的電極材料和加工規(guī)準(zhǔn)，有利于提高加工速度和改善表面質(zhì)量，同時(shí)還可簡化電極制造、便于電極修整。缺點(diǎn)是主型腔和副型腔間的定位精度要求高，當(dāng)采用高精度的數(shù)控機(jī)床和完善的電極裝夾附件時(shí)，這一缺點(diǎn)是不難克服的。118分解電極更換成形工藝示意圖復(fù)雜型腔分解電極加工實(shí)例1194.集束電極加工法該方法把三維復(fù)雜電極型面離散化成由大量微小截面單元組成的近似曲面，每一個截面單元對應(yīng)一個長度不等的空心管狀電極單元，這些電極單元組合后即形成端面與原曲面形狀近似的集束電極。這樣就把一個復(fù)雜三維成型電極型面的加工問題轉(zhuǎn)化為單個微小截面棒狀電極的長度截取和排列問題，大大降低了電極的加工難度和制造成本。優(yōu)點(diǎn)

不僅能顯著降低電極制造成本和制備時(shí)間，還可進(jìn)行具有充分、均勻沖液效果的多孔內(nèi)沖液，從而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)實(shí)體成形電極所無法達(dá)到的大峰值電流高效加工效果，總加工工時(shí)大幅度縮短，電極成本也大幅下降。120成形與集束電極轉(zhuǎn)化原理圖1212.6.3電火花銑削加工

電火花銑削加工示意圖122傳統(tǒng)的電火花成形加工缺點(diǎn)：需要依照加工工件形狀制造復(fù)雜的工具電極電火花銑削加工：利用簡單電極也稱為標(biāo)準(zhǔn)電極，如棒狀電極在多軸聯(lián)動電火花數(shù)控機(jī)床上對三維型腔或型面進(jìn)行展成加工，通過簡單電極與工件之間在不同相對位置的放電，加工出所需要工件形狀，能夠進(jìn)行孔、平面、斜面、溝槽、曲面、螺紋等典型零件的加工。123電火花銑削加工示意圖124電火花銑削的加工實(shí)物1252.7電火花加工安全防護(hù)2.7.1電氣安全2.7.2火災(zāi)的防止2.7.3有害氣體的防護(hù)1262.8其它電火花加工及復(fù)合加工方法電火花高速小孔加工是三十年來新發(fā)展起來的電火花加工技術(shù)。優(yōu)點(diǎn)：加工過程易于控制；加工過程中沒有常規(guī)加工中的切削力；可以加工任何硬度的金屬材料、導(dǎo)電材料，包括硬質(zhì)合金和導(dǎo)電陶瓷、導(dǎo)電聚晶金剛石等。因此可以利用電火花加工方法解決微孔加工、群孔加工、深小孔加工、異形小孔加工、特殊超硬材料的小孔加工等難題。

1272.8.1電火花高速小孔加工電火花高速小孔加工機(jī)床128電火花高速小孔加工機(jī)床，由六部分組成：電氣柜、坐標(biāo)工作臺、主軸頭、旋轉(zhuǎn)頭、高壓工作液系統(tǒng)、光柵數(shù)顯裝置。電火花高速小孔加工機(jī)床129電火花高速小孔加工除了要遵循電火花加工的基本機(jī)理外，還有別于一般電火花加工方法，其主要的特點(diǎn)有：采用中空的管狀電極；管狀電極中通有高壓工作液，以強(qiáng)制沖走加工蝕除產(chǎn)物；加工過程中電極要作回轉(zhuǎn)運(yùn)動，可以使管狀電極的端面損耗均勻，不致受到電火花的反作用力而產(chǎn)生振動傾斜，而且，高壓高速流動的工作液在小孔壁按著螺旋線的軌跡排出小孔外，不易產(chǎn)生短路故障，可以加工出直線度和圓柱度很好的小深孔。130電火花高速小孔加工的典型應(yīng)用

電火花高速小孔加工用電極及典型應(yīng)用1312.8.2電火花小孔及深孔磨削電火花小孔磨削時(shí)工件和工具電極（電極絲）組成的電極對有三種運(yùn)動：工件自身的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動、工件或工具電極的軸向往復(fù)運(yùn)動及工件或工具電極的徑向進(jìn)給運(yùn)動。

電極對運(yùn)動示意圖1322.8.3電火花共軛回轉(zhuǎn)加工與跑合加工1．火花共軛回轉(zhuǎn)加工電火花共軛回轉(zhuǎn)加工的主要特點(diǎn)是在加工過程中，電極與工件具有特殊的相對運(yùn)動形式。電火花共軛回轉(zhuǎn)加工精密內(nèi)齒輪和變模數(shù)非標(biāo)齒輪1332．電火花跑合加工

工作原理：在相互絕緣的工件與工具電極（或工件與工件）之間，加上交變的脈沖電壓和電流，使其對磨跑合放電加工。

適用：加工壓輥、軋輥、高速齒輪、重載齒輪包括直齒輪、錐齒輪以及圓弧錐齒輪等工件。1342.8.4金屬電火花表面強(qiáng)化和刻字1．電火花表面強(qiáng)化工藝定義：是利用工具電極與工件表面之間在氣體中放電，使金屬表面產(chǎn)生物理化學(xué)變化，借以提高工件表面硬度、強(qiáng)度、耐磨性等性能的金屬表面處理方法。

電火花表面強(qiáng)化過程原理圖135電火花強(qiáng)化工藝方法簡單、經(jīng)濟(jì)、效果好，因此廣泛應(yīng)用于模具、刃具、量具、凸輪、導(dǎo)軌、水輪機(jī)和渦輪機(jī)葉片的表面強(qiáng)化。1362.電火花刻字工藝及裝置雖然目前在產(chǎn)品上刻字或打標(biāo)普遍采用激光的方法，但對于小批量的量具、刃具上刻字和打印記，采用電火花刻字打印的方法，由于