《特種加工技術》課件-第二章

第二章電火花加工的基本

原理及設備

2.1電火花加工的物理本質及特點2.2電火花加工機床簡介2.3電火花線切割加工機床簡介習題

2.1電火花加工的物理本質及特點

2.1.1電火花加工的物理本質

電火花加工基于電火花腐蝕原理，是在工具電極與工件電極相互靠近時，極間形成脈沖性火花放電，在電火花通道中產(chǎn)生瞬時高溫，使金屬局部熔化，甚至氣化，從而將金屬蝕除下來。那么兩電極表面的金屬材料是如何被蝕除下來的呢？這一過程大致分為以下幾個階段(如圖2-1所示)：圖2-1電火花加工原理

(1)極間介質的電離、擊穿，形成放電通道(如圖2-1(a)所示)。工具電極與工件電極緩緩靠近，極間的電場強度增大，由于兩電極的微觀表面是凹凸不平的，因此在兩極間距離最近的A、B處電場強度最大。

工具電極與工件電極之間充滿著液體介質，液體介質中不可避免地含有雜質及自由電子，它們在強大的電場作用下，形成了帶負電的粒子和帶正電的粒子，電場強度越大，帶電粒子就越多，最終導致液體介質電離、擊穿，形成放電通道。放電通道是由大量高速運動的帶正電和帶負電的粒子以及中性粒子組成的。由于通道截面很小，通道內因高溫熱膨脹形成的壓力高達幾萬帕，高溫高壓的放電通道急速擴展，產(chǎn)生一個強烈的沖擊波向四周傳播。在放電的同時還伴隨著光效應和聲效應，這就形成了肉眼所能看到的電火花。

(2)電極材料的熔化、氣化熱膨脹(如圖2-1(b)、(c)所示)。液體介質被電離、擊穿，形成放電通道后，通道間帶負電的粒子奔向正極，帶正電的粒子奔向負極，粒子間相互撞擊，產(chǎn)生大量的熱能，使通道瞬間達到很高的溫度。通道高溫首先使工作液汽化，進而氣化，然后高溫向四周擴散，使兩電極表面的金屬材料開始熔化直至沸騰氣化。氣化后的工作液和金屬蒸氣瞬間體積猛增，形成了爆炸的特性。所以在觀察電火花加工時，可以看到工件與工具電極間有冒煙現(xiàn)象，并聽到輕微的爆炸聲。

(3)電極材料的拋出(如圖2-1(d)所示)。正負電極間產(chǎn)生的電火花現(xiàn)象，使放電通道產(chǎn)生高溫高壓。通道中心的壓力最高，工作液和金屬氣化后不斷向外膨脹，形成內外瞬間壓力差，高壓力處的熔融金屬液體和蒸氣被排擠，拋出放電通道，大部分被拋入到工作液中。仔細觀察電火花加工，可以看到橘紅色的火花四濺，這就是被拋出的高溫金屬熔滴和

碎屑。

(4)極間介質的消電離(如圖2-1(e)所示)。加工液流入放電間隙，將電蝕產(chǎn)物及殘余的熱量帶走，并恢復絕緣狀態(tài)。若電火花放電過程中產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物來不及排除和擴散，產(chǎn)生的熱量將不能及時傳出，使該處介質局部過熱，局部過熱的工作液高溫分解、積炭，使加工無法繼續(xù)進行，并燒壞電極。因此，為了保證電火花加工過程的正常進行，在兩次放電之間必須有足夠的時間間隔讓電蝕產(chǎn)物充分排出，恢復放電通道的絕緣性，使工作液介質消電離。上述步驟(1)～(4)在一秒內約數(shù)千次甚至數(shù)萬次地往復式進行，即單個脈沖放電結束，經(jīng)過一段時間間隔(即脈沖間隔)使工作液恢復絕緣后，第二個脈沖又作用到工具電極和工件上，又會在當時極間距離相對最近或絕緣強度最弱處擊穿放電，蝕出另一個小凹坑。這樣以相當高的頻率連續(xù)不斷地放電，工件不斷地被蝕除，故工件加工表面將由無數(shù)個相互重疊的小凹坑組成(如圖2-2所示)。所以電火花加工是大量的微小放電痕跡逐漸累積而成的去除金屬的加工方式。圖2-2電火花表面局部放大圖2.1.2電火花加工、電火花線切割加工的特點

電火花加工、電火花線切割加工都是利用火花放電產(chǎn)生的熱量來去除金屬的，它們加工的工藝和機理有較多的相同點，又有各自獨有的特性。

1．共同特點

(1)二者的加工原理相同，都是通過電火花放電產(chǎn)生的熱來熔解去除金屬的，所以二者加工材料的難易與材料的硬度無關，加工中不存在顯著的機械切削力。

(2)二者的加工機理、生產(chǎn)率、表面粗糙度等工藝規(guī)律基本相似，可以加工硬質合金等一切導電材料。

(3)最小角部半徑有限制。電火花加工中最小角部半徑為加工間隙，線切割加工中最小角部半徑為電極絲的半徑加上加工間隙。

2．不同特點

(1)從加工原理來看，電火花加工是將電極形狀復制到工件上的一種工藝方法(如圖2-3(a)所示)，在實際中可以加工通孔(穿孔加工)和盲孔(成型加工)(如圖2-3(b)、(c)所示)。線切割加工是利用移動的細金屬導線(銅絲或鉬絲)做電極，對工件進行脈沖火花放電、切割成型的一種工藝方法，如圖2-4所示。圖2-4線切割加工

(2)從產(chǎn)品形狀角度看，電火花加工必須先用數(shù)控加工等方法加工出與產(chǎn)品形狀相似的電極；線切割加工中產(chǎn)品的形狀是通過工作臺按給定的控制程序移動而合成的，只對工件進行輪廓圖形加工，余料仍可利用。

(3)從電極角度看，電火花加工必須制作成型用的電極(一般用銅、石墨等材料制作而成)；線切割加工用移動的細金屬導線(銅絲或鉬絲)做電極。

(4)從電極損耗角度看，電火花加工中電極相對靜止，易損耗，故通常采用多個電極加工；線切割加工中由于電極絲連續(xù)移動，使新的電極絲不斷地補充和替換在電蝕加工區(qū)受到損耗的電極絲，避免了電極損耗對加工精度的影響。

(5)從應用角度看，電火花加工可以加工通孔、盲孔，特別適宜加工形狀復雜的塑料模具等零件的型腔以及刻文字、花紋等(如圖2-5(a)所示)；線切割加工只能加工通孔，能方便地加工出小孔、形狀復雜的窄縫及各種形狀復雜的零件(如圖2-5(b)所示)。圖2-5加工產(chǎn)品實例

2.2電火花加工機床簡介

2.2.1機床型號、規(guī)格、分類

在中國大陸外，電火花加工機床的型號沒有采用統(tǒng)一標準，由各個生產(chǎn)企業(yè)自行確定，如日本沙迪克(Sodick)公司生產(chǎn)的A3R、A10R，瑞士夏米爾(Charmilles)技術公司的ROBOFORM20/30/35，臺灣喬懋機電工業(yè)股份有限公司的JM322/430等。電火花加工機床按其大小可分為小型(D7125以下)、中型(D7125～D7163)和大型(D7163以上)；按數(shù)控程度分為非數(shù)控、單軸數(shù)控和三軸數(shù)控。隨著科學技術的進步，國外已經(jīng)大批生產(chǎn)三坐標數(shù)控電火花機床以及帶有工具電極庫、能按程序自動更換電極的電火花加工中心，我國大陸的大部分電加工機床廠現(xiàn)在也正開始研制生產(chǎn)三坐標數(shù)控電火花加工機床。2.2.2電火花加工機床結構

電火花加工機床主要由機床本體、脈沖電源、自動進給調節(jié)系統(tǒng)、工作液過濾和循環(huán)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)等部分組成，如圖2-6所示。圖2-6電火花機床

1.機床本體

機床本體主要由床身、立柱、主軸頭及附件、工作臺等部分組成，是用以實現(xiàn)工件和工具電極的裝夾固定和運動的機械系統(tǒng)。床身、立柱、坐標工作臺是電火花機床的骨架，起著支承、定位和便于操作的作用。因為電火花加工宏觀作用力極小，所以對機械系統(tǒng)的強度無嚴格要求，但為了避免變形和保證精度，要求具有必要的剛度。主軸頭下面裝夾的電極是自動調節(jié)系統(tǒng)的執(zhí)行機構，其質量的好壞將影響到進給系統(tǒng)的靈敏度及加工過程的穩(wěn)定性，進而影響工件的加工精度。電火花加工時粗加工的電火花放電間隙比中加工的放電間隙要大，而中加工的電火花放電間隙比精加工的放電間隙又要大一些。當用一個電極進行粗加工時，將工件的大部分余量蝕除掉后，其底面和側壁四周的表面粗糙度很差，為了將其修光，就得轉換規(guī)準逐擋進行修整。但由于中、精加工規(guī)準的放電間隙比粗加工規(guī)準的放電間隙小，若不采取措施則四周側壁就無法修光了。平動頭就是為解決修光側壁和提高其尺寸精度而設計的。平動頭的動作原理是：利用偏心機構將伺服電機的旋轉運動通過平動軌跡保持機構轉化成電極上每一個質點都能圍繞其原始位置在水平面內作平面小圓周運動，許多小圓的外包絡線面積就形成加工橫截面積，如圖2-7所示，其中每個質點運動軌跡的半徑就稱為平動量，其大小可以由零逐漸調大，以補償粗、中、精加工的電火花放電間隙δ之差，從而達到修光型腔的目的。具體平動頭的結構及原理可以參考其他書籍。圖2-7平動頭擴大間隙原理圖目前，機床上安裝的平動頭有機械式平動頭和數(shù)控平動頭，其外形如圖2-8所示。機械式平動頭由于有平動軌跡半徑的存在，它無法加工有清角要求的型腔；而數(shù)控平動頭可以兩軸聯(lián)動，能加工出清棱、清角的型孔和型腔。圖2-8平動頭外形與一般電火花加工工藝相比較，采用平動頭電火花加工有如下特點：

(1)可以通過改變軌跡半徑來調整電極的作用尺寸，因此尺寸加工不再受放電間隙的限制。

(2)用同一尺寸的工具電極，通過軌跡半徑的改變，可以實現(xiàn)轉換電規(guī)準的修整，即采用一個電極就能由粗至精直接加工出一副型腔。

(3)在加工過程中，工具電極的軸線與工件的軸線相偏移，除了電極處于放電區(qū)域的部分外，工具電極與工件的間隙都大于放電間隙，實際上減小了同時放電的面積，這有利于電蝕產(chǎn)物的排除，提高加工穩(wěn)定性。

(4)工具電極移動方式的改變，可使加工的表面粗糙度大有改善，特別是底平面處。

2.脈沖電源

在電火花加工過程中，脈沖電源的作用是把工頻正弦交流電流轉變成頻率較高的單向脈沖電流，向工件和工具電極間的加工間隙提供所需要的放電能量，以蝕除金屬。脈沖電

源的性能直接關系到電火花加工的加工速度、表面質量、加工精度、工具電極損耗等工藝指標。

脈沖電源輸入為380V、50Hz的交流電，其輸出應滿足如下要求：

(1)要有一定的脈沖放電能量，否則不能使工件金屬

氣化。

(2)火花放電必須是短時間的脈沖性放電，這樣才能使放電產(chǎn)生的熱量來不及擴散到其他部分，從而有效地蝕除金屬，提高成型性和加工精度。

(3)脈沖波形是單向的，以便充分利用極性效應，提高加工速度和降低工具電極損耗。

(4)脈沖波形的主要參數(shù)(峰值電流、脈沖寬度、脈沖間歇等)有較寬的調節(jié)范圍，以滿足粗、中、精加工的要求。(5)有適當?shù)拿}沖間隔時間，使放電介質有足夠時間消除電離并沖去金屬顆粒，以免引起電弧而燒傷工件。

電源的好壞直接關系到電火花加工機床的性能，所以電源往往是電火花機床制造廠商的核心機密之一。從理論上講，電源一般有如下幾種。

1)弛張式脈沖電源弛張式脈沖電源是最早使用的電源，它是利用電容器充電儲存電能，然后瞬時放出，形成火花放電來蝕除金屬的。因為電容器時而充電，時而放電，一弛一張，故又稱“弛張式”脈沖電源(如圖2-9所示)。由于這種電源是靠電極和工件間隙中的工作液的擊穿作用來恢復絕緣和切斷脈沖電流的，因此間隙大小、電蝕產(chǎn)物的排出情況等都影響脈沖參數(shù)，使脈沖參數(shù)不穩(wěn)定，所以這種電源又稱為非獨立式電源。圖2-9RC線路脈沖電源

2)閘流管脈沖電源

閘流管是一種特殊的電子管，當對其柵極通入一脈沖信號時，便可控制管子的導通或截止，輸出脈沖電流。由于這種電源的電參數(shù)與加工間隙無關，因此又稱為獨立式電源。閘流管脈沖電源的生產(chǎn)率較高，加工穩(wěn)定，但脈沖寬度較窄，電極損耗較大。

3)晶體管脈沖電源

晶體管脈沖電源是近年來發(fā)展起來的以晶體元件作為開關元件的用途廣泛的電火花脈沖電源，其輸出功率大，電規(guī)準調節(jié)范圍廣，電極損耗小，故適應于型孔、型腔、磨削等各種不同用途的加工。晶體管脈沖電源已越來越廣泛地應用在電火花加工機床上。目前，普及型(經(jīng)濟型)的電火花加工機床都采用高低壓復合的晶體管脈沖電源，中、高檔電火花加工機床都采用微機數(shù)字化控制的脈沖電源，而且內部存有電火花加工規(guī)準的數(shù)據(jù)庫，可以通過微機設置和調用各擋粗、中、精加工規(guī)準參數(shù)。例如，漢川機床廠、日本沙迪克公司的電火花加工機床，這些加工規(guī)準用C代碼(例如C320)表示和調用，三菱公司則用E代碼表示。

3.自動進給調節(jié)系統(tǒng)

在電火花成型加工設備中，自動進給調節(jié)系統(tǒng)占有很重要的位置，它的性能直接影響加工穩(wěn)定性和加工效果。

電火花成型加工的自動進給調節(jié)系統(tǒng)，主要包含伺服進給系統(tǒng)和參數(shù)控制系統(tǒng)。伺服進給系統(tǒng)主要用于控制放電間隙的大小，而參數(shù)控制系統(tǒng)主要用于控制電火花成型加工中的各種參數(shù)(如放電電流、脈沖寬度、脈沖間隔等)，以便能夠獲得最佳的加工工藝指標等，其具體內容可參考第三章相關內容。

1)伺服進給系統(tǒng)的作用及要求在電火花成型加工中，電極與工件必須保持一定的放電間隙。由于工件不斷被蝕除，電極也不斷地損耗，故放電間隙將不斷擴大。如果電極不及時進給補償，放電過程會因間隙過大而停止。反之，間隙過小又會引起拉弧燒傷或短路，這時電極必須迅速離開工件，待短路消除后再重新調節(jié)到適宜的放電間隙。伺服進給系統(tǒng)一般有如下要求：

(1)有較廣的速度調節(jié)跟蹤范圍。在電火花加工過程中，加工規(guī)準、加工面積等條件的變化都會影響其進給速度變化，伺服進給系統(tǒng)應有較寬的速度調節(jié)范圍，以適應各種加工的需要。

(2)有足夠的靈敏度和快速性。放電加工的頻率很高，放電間隙的狀態(tài)瞬息萬變，要求伺服進給系統(tǒng)根據(jù)間隙狀態(tài)的微弱信號能相應地快速調節(jié)。為此，整個系統(tǒng)的不靈敏區(qū)、可動部分的慣性要小，響應速度要快。

(3)有較高的穩(wěn)定性和抗干擾能力。電蝕速度一般不高，所以伺服進給系統(tǒng)應有很好的低速性能，能均勻、穩(wěn)定地進給，超調量要小，抗干擾能力要強。

2)電液壓式伺服進給系統(tǒng)

在電液自動進給調節(jié)系統(tǒng)中，液壓缸、活塞是執(zhí)行機構。由于傳動鏈短及液體的基本不可壓縮性，因此傳動鏈中無間隙、剛度大、不靈敏區(qū)??；又因為加工時進給速度很低，所以正、反向慣性很小，反應迅速，特別適合于電火花加工的低速進給，故20世紀80年代前得到了廣泛的應用，但它有漏油、油泵噪聲大、占地面積較大等缺點。圖2-10所示為DYT-2型液壓主軸頭的噴嘴—擋板式調節(jié)系統(tǒng)的工作原理圖。電動機4驅動葉片液壓泵3從油箱中壓出壓力油，由溢流閥2保持壓力表P0的值恒定，經(jīng)過濾油器6后分兩路，一路進入下油腔，另一路經(jīng)節(jié)流閥7進入上油腔。進入上油腔的壓力油從噴嘴8與擋板12的間隙中流回油箱，使上油腔的壓力表P1的值隨此間隙的大小而變化。圖2-10噴嘴—擋板式電液壓自動調節(jié)器工作原理電—機械轉換器9主要由動圈(控制線圈)10與靜圈(勵磁線圈)11等組成。動圈處在勵磁線圈的磁路中，與擋板12連成一體。改變輸入動圈的電流，可使擋板隨動圈動作，從而改變擋板與噴嘴間的間隙。當放電間隙短路時，動圈兩端電壓為零，此時動圈不受電磁力的作用，擋板受彈簧力處于最高位置Ⅰ，噴嘴與擋板門開口為最大，使工作液流經(jīng)噴嘴的流量為最大，上油腔的壓力下降到最小值，致使上油腔壓力小于下油腔壓力，故活塞桿帶動工具電極上升。當放電間隙開路時，動圈電壓最大，擋板被磁力吸引下移到最低位置Ⅲ，噴嘴被封閉，上、下油腔壓強相等，但因下油腔工作面積小于上油腔工作面積，活塞上的向下作用力大于向上作用力，活塞桿下降。當放電間隙最佳時，電動力使擋板處于平衡位置Ⅱ，活塞處于靜止狀態(tài)。

4.工作液過濾和循環(huán)系統(tǒng)

電火花加工中的蝕除產(chǎn)物，一部分以氣態(tài)形式拋出，其余大部分是以球狀固體微粒分散地懸浮在工作液中，直徑一般為幾微米。隨著電火花加工的進行，蝕除產(chǎn)物越來越多，充斥在電極和工件之間，或粘連在電極和工件的表面上。蝕除產(chǎn)物的聚集，會與電極或工件形成二次放電。這就破壞了電火花加工的穩(wěn)定性，降低了加工速度，影響了加工精度和表面粗糙度。工作液強迫循環(huán)過濾是由工作液循環(huán)過濾器來完成的。電火花加工用的工作液過濾系統(tǒng)包括工作液泵、容器、過濾器及管道等，使工作液強迫循環(huán)。圖2-11所示是工作液循環(huán)系統(tǒng)油路圖，它既能實現(xiàn)沖油，又能實現(xiàn)抽油。其工作過程是：儲油箱的工作液首先經(jīng)過粗過濾器l，經(jīng)單向閥2吸入油泵3，這時高壓油經(jīng)過不同形式的精過濾器7輸向機床工作液槽，溢流安全閥5使控制系統(tǒng)的壓力不超過400kPa，補油閥11為快速進油用。待油注滿油箱時，可及時調節(jié)沖油選擇閥10，由閥8來控制工作液循環(huán)方式及壓力。當閥10在沖油位置時，補油、沖油都不通，這時油杯中油的壓力由閥8控制；當閥10在抽油位置時，補油和抽油兩路都通，這時壓力工作液穿過射流抽吸管9，利用流體速度產(chǎn)生負壓，達到實現(xiàn)抽油的目的。圖2-11工作液循環(huán)系統(tǒng)油路圖

5.數(shù)控系統(tǒng)

1)數(shù)控電火花機床的類型數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定除了直線移動的X、Y、Z三個坐標軸系統(tǒng)外，還有三個轉動的坐標系統(tǒng)，即繞X軸轉動的A軸，繞Y軸轉動的B軸，繞Z軸轉動的C軸。若機床的Z軸可以連續(xù)轉動但不是數(shù)控的，如電火花打孔機，則不能稱為C軸，只能稱為R軸。根據(jù)機床的數(shù)控坐標軸的數(shù)目，目前常見的數(shù)控機床有三軸數(shù)控電火花機床、四軸三聯(lián)動數(shù)控電火花機床、四軸聯(lián)動或五軸聯(lián)動甚至六軸聯(lián)動電火花加工機床。三軸數(shù)控電火花加工機床的主軸Z和工作臺X、Y都是數(shù)控的。從數(shù)控插補功能上講，又將這類機床細分為三軸兩聯(lián)動機床和三軸三聯(lián)動機床。三軸兩聯(lián)動是指X、Y、Z三軸中，只有兩軸(如X、Y軸)能進行插補運算和聯(lián)動，電極只能在平面內走斜線和圓弧軌跡(電極在Z軸方向只能作伺服進給運動，但不是插補運動)。三軸三聯(lián)動系統(tǒng)的電極可在空間作X、Y、Z方向的插補聯(lián)動(例如可以走空間螺旋線)。四軸三聯(lián)動數(shù)控機床增加了C軸，即主軸可以數(shù)控回轉和分度。

2)數(shù)控電火花機床的數(shù)控系統(tǒng)工作原理

目前，絕大部分電火花數(shù)控機床采用國際上通用的ISO代碼進行編程、程序控制、數(shù)控搖動加工等，具體內容如下：

ISO代碼編程ISO代碼是國際標準化機構制定的用于數(shù)控編碼和程序控制的一種標準代碼。代碼主要有G指令(即準備功能指令)和M指令(即輔助功能指令)，具體見表2-1。

G54：

圖2-12工作坐標系切換一般的慢走絲線切割機床和部分快走絲線切割機床都有幾個或幾十個工作坐標系，可以用G54、G55、G56等指令進行切換(如表2-2所示)。在加工或找正過程中定義工作坐標系的主要目的是為了坐標的數(shù)值更簡潔。這些定義工作坐標系指令可以和G92一起使用，G92代碼只能把當前點的坐標系中定義為某一個值，但不能把這點的坐標在所有的坐標系中都定義成該值。如圖2-12所示，可以通過如下指令切換工作坐標系。

G92G54X0Y0；

G00X20.Y30.；

G92G55X0Y0；

這樣通過指令，首先把當前的O點定義為工作坐標系0的零點，然后分別把X、Y軸快速移動20mm、30mm到達點O'，并把該點定義為工作坐標系1的零點。圖2-12工作坐標系切換

G80:

含義：接觸感知。

格式：G80軸＋方向

如：G80X－； /電極將沿X軸的負方向前進，直到接觸到工件，然后停在那里

G82：

含義：移動到原點和當前位置一半處。

格式：G82軸

如：G92X100.; /將當前點的X坐標定義為100.

G82X; /將電極移到當前坐標系X=50.的地方

M05：

含義：忽略接觸感知，只在本段程序起作用。具體用法是：當電極與工件接觸感知并停在此處后，若要移走電極，請用此代碼。

如：G80X－；/X軸負方向接觸感知

G90G92X0Y0；/設置當前點坐標為(0，0)

M05G00X10.；/忽略接觸感知且把電極向X軸正

方向移動10mm

若去掉上面代碼中的M05，則電極往往不動作，G00不執(zhí)行。如圖2-13所示，ABCD為矩形工件，AB、BC邊為設計基準，現(xiàn)欲用電火花加工一圓形圖案，圖案的中心為O點，O到AB邊、BC邊的距離如圖中所標。已知圓形電極的直徑為20mm，請寫出電極定位于O點的具體過程。

圖2-13工件找正圖首先將電極移到工件AB的左邊，Y軸坐標大致與O點相同，然后執(zhí)行如下指令：

G80X+;

G90G92X0;

M05G00X－10.；

G91G00Y－38.；/38.為一估計值，主要目的是保證

電極在BC邊下方

G90G00X50.；

G80Y+；

G92Y0；

M05G00Y－2；/電極與工件分開，2mm表示為一

小段距離

G91G00Z10；/將電極底面移到工件上面

G90G00X50.Y28.；

數(shù)控搖動加工

如前面所述，普通電火花加工機床為了修光側壁和提高其尺寸精度而添加平動頭，使工具電極軌跡向外可以逐步擴張，即可以平動。對數(shù)控電火花機床，由于工作臺是數(shù)控的，可以實現(xiàn)工件加工軌跡逐步向外擴張，即搖動，故數(shù)控電火花機床不需要平動頭。具體來說，搖動加工的作用是：

(1)可以精確控制加工尺寸精度。

(2)可以加工出復雜的形狀，如螺紋。

(3)可以提高工件側面和底面的表面粗糙度。

(4)可以加工出清棱、清角的側壁和底邊。

(5)變全面加工為局部加工，有利于排屑和加工穩(wěn)定。

(6)對電極尺寸精度要求不高。

搖動的軌跡除了可以像平動頭的小圓形軌跡外，還可以有方形、菱形、叉形和十字形，且搖動的半徑可為9.9mm以內任一數(shù)值。

搖動加工的編程代碼各公司均自己規(guī)定。以漢川機床廠和日本沙迪克公司為例，搖動加工的指令代碼如下(參見表2-3)：數(shù)控搖動的伺服方式共有以下三種(如圖2-14所示)：

(1)自由搖動。選定某一軸向(例如Z軸)作為伺服進給軸，其他兩軸進行搖動運動(如圖2-14(a)所示)。例如：

G01LN001STEP30Z-10.

G01表示沿Z軸方向進行伺服進給。LN001中的00表示在X—Y平面內自由搖動，1表示工具電極各點繞各原始點作圓形軌跡搖動，STEP30表示搖動半徑為30μm，Z-10.表示伺服進給至Z軸向下10mm為止。其實際放電點的軌跡見圖2-14(a)，沿各軸方向可能出現(xiàn)不規(guī)則的進進退退。

(2)步進搖動。在某選定的軸向作步進伺服進給，每進一步的步距為2μm，其他兩軸作搖動運動(如圖2-14(b)所示)。

例如：

G01LN101STEP20Z-10.

01表示沿Z軸方向進行伺服進給。LN101中的10表示在X—Y平面內步進搖動，1表示工具電極各點繞各原始點作圓形軌跡搖動，STEP20表示搖動半徑為20μm，Z-10.表示伺服進給至Z軸向下10mm為止。其實際放電點的軌跡見圖2-14(b)。步進搖動限制了主軸的進給動作，使搖動動作的循環(huán)成為優(yōu)先動作。步進搖動用在深孔排屑比較困難的加工中。它較自由搖動的加工速度稍慢，但更穩(wěn)定，沒有頻繁的進給、回退現(xiàn)象。

(3)鎖定搖動。在選定的軸向停止進給運動并鎖定軸向位置，其他兩軸進行搖動運動。在搖動中，搖動半徑幅度逐步擴大，主要用于精密修擴內孔或內腔(如圖2-14(c)所示)。例如：

G01LN202STEP20Z-5.

G01表示沿Z軸方向進行伺服進給。LN202中的20表示在X—Y平面內鎖定搖動，2表示工具電極各點繞各原始點

作方形軌跡搖動，Z-5.表示Z軸加工至-5mm處停止進給并

鎖定，X、Y軸進行搖動運動。其實際放電點的軌跡見圖

2-14(c)。圖2-14數(shù)控搖動的伺服方式

6.電火花機床常見功能

(1)回原點操作功能。數(shù)控電火花在加工前首先要回到機械坐標的零點，即X、Y、Z軸回到其軸的正極限處。這樣，機床的控制系統(tǒng)才能復位，后續(xù)操作機床運動不會出現(xiàn)

紊亂。

(2)置零功能。將當前點的坐標設置為零。

(3)接觸感知功能。讓電極與工件接觸，以便定位。

(4)其他常見功能(如圖2-15所示)。圖2-15電火花機床常見功能

2.3電火花線切割加工機床簡介

2.3.1機床分類、型號

1．分類

1)快速走絲線切割機床快速走絲線切割機床的電極絲作高速往復運動，一般走絲速度為8～10m/s，是我國獨創(chuàng)的電火花線切割加工模式。快速走絲線切割機床上運動的電極絲能夠雙向往返運行，重復使用，直至斷絲為止。線電極材料常用直徑為f0.10～f0.30mm的鉬絲。對小圓角或窄縫切割，也可采用直徑為f0.6mm的鉬絲。

工作液通常采用乳化液?？焖僮呓z線切割機床結構簡單、價格便宜、生產(chǎn)率高，但由于運行速度快，工作時機床震動較大。鉬絲和導輪的損耗快，加工精度和表面粗糙度就不如慢速走絲線切割機床，其加工精度一般為0.01～0.02mm，表面粗糙度Ra為1.25～2.5μm。

2)慢速走絲線切割機床慢速走絲線切割機床走絲速度低于0.2m/s。常用黃銅絲(有時也采用紫銅、鎢、鉬和各種合金的涂覆線)作為電極絲，銅絲直徑通常為f0.10～f0.35mm。電極絲僅從一個單方向通過加工間隙，不重復使用，避免了因電極絲的損耗而降低加工精度。同時由于走絲速度慢，機床及電極絲的震動小，因此加工過程平穩(wěn)，加工精度高，可達0.005mm，表面粗糙度Ra≤0.32μm。

2．型號

國標規(guī)定的數(shù)控電火花線切割機床的型號，如DK7725的基本含義為：D為機床的類別代號，表示是電加工機床；K為機床的特性代號，表示是數(shù)控機床；第一個7為組代號，表示是電火花加工機床，第二個7為系代號(快走絲線切割機床為7，慢走絲線切割機床為6，電火花成型機床為1)；25為基本參數(shù)代號，表示工作臺橫向行程為250mm。2.3.2快走絲線切割機床簡介

1．機床本體

機床本體主要由床身、工作臺、運絲機構和絲架等組成，具體介紹如下：

1)床身

床身是支承和固定工作臺、運絲機構等的基體。因此，要求床身應有一定的剛度和強度，一般采用箱體式結構。床身里面安裝有機床電氣系統(tǒng)、脈沖電源、工作液循環(huán)系統(tǒng)等元器件。

2)工作臺

目前在電火花線切割機床上采用的坐標工作臺，大多為X、Y方向線性運動。不論是哪種控制方式，電火花線切割機床最終都是通過坐標工作臺與絲架的相對運動來完成零件加工的，坐標工作臺應具有很高的坐標精度和運動精度，而且要求運動靈敏、輕巧，一般都采用“十”字滑板、滾珠導軌，傳動絲杠和螺母之間必須消除間隙，以保證滑板的運動精度和靈敏度。

3)運絲機構

在快走絲線切割加工時，電極絲需要不斷地往復運動，這個運動是由運絲機構來完成的。最常見的運絲機構是單滾筒式，電極絲繞在儲絲筒上，并由絲筒作周期性的正反旋轉使電極絲高速往返運動。儲絲筒軸向往復運動的換向及行程長短由無觸點接近開關及其撞桿控制(如圖2-16中的5、4)，調整撞桿的位置即可調節(jié)行程的長短。這種形式的運絲機構的優(yōu)點是結構簡單、維護方便，因而應用廣泛。其缺點是繞絲長度小，電動機正反轉動頻繁，電極絲張力不可調。圖2-16快走絲線切割機床結構圖

4)絲架

運絲機構除上面所敘述的內容外，還包括絲架。絲架的主要作用是在電極絲快速移動時，對電極絲起支撐作用，并使電極絲工作部分與工作臺平面保持垂直。為獲得良好的工藝效果，上、下絲架之間的距離宜盡可能小。

為了實現(xiàn)錐度加工，最常見的方法是在上絲架的上導輪上加兩個小步進電動機，使上絲架上的導輪作微量坐標移動(又稱U、V軸移動)，其運動軌跡由計算機控制。

2．脈沖電源

電火花線切割加工的脈沖電源與電火花成型加工作用的脈沖電源在原理上相同，不過受加工表面粗糙度和電極絲允許承載電流的限制，線切割加工脈沖電源的脈寬較窄

(2～60μs)，單個脈沖能量、平均電流(1～5A)一般較小，所以線切割總是采用正極性加工。

3．數(shù)控系統(tǒng)

數(shù)控系統(tǒng)在電火花線切割加工中起著重要作用，具體體現(xiàn)在兩方面：

(1)軌跡控制作用。它精確地控制電極絲相對于工件的運動軌跡，使零件獲得所需的形狀和尺寸。

(2)加工控制。它能根據(jù)放電間隙大小與放電狀態(tài)控制進給速度，使之與工件材料的蝕除速度相平衡，保持正常的穩(wěn)定切割加工。

4.工作液循環(huán)系統(tǒng)

工作液循環(huán)與過濾裝置是電火花線切割機床不可缺少的一部分，其主要包括工作液箱、工作液泵、流量控制閥、進液管、回液管和過濾網(wǎng)罩等。工作液的作用是及時地從加工區(qū)域中排除電蝕產(chǎn)物，并連續(xù)充分供給清潔的工作液，以保證脈沖放電過程穩(wěn)定而順利地進行。目前絕大部分快走絲機床的工作液是專用乳化液。乳化液種類繁多，大家可根據(jù)相關資料來正確選用。2.3.3慢走絲線切割機床簡介

1．主體結構

1)機頭結構

機床和錐度切割裝置(U，V軸部分)實現(xiàn)了一體化，并采用了桁架鑄造結構，從而大幅度地強化了剛度。

2)主要部件

精密陶瓷材料大量用于工作臂、工作臺固定板、工件固定架、導絲裝置等主要部件，實現(xiàn)了高剛度和不易變形結構。

3)工作液循環(huán)系統(tǒng)

慢走絲線切割機床大多數(shù)采用去離子水作為工作液，所以有的機床(如北京阿奇)帶有去離子系統(tǒng)(如圖2-17所示)。在較精密加工時，慢走絲線切割機床采用絕緣性能較好的煤油作為工作液。圖2-17去離子系統(tǒng)

2．走絲系統(tǒng)

慢走絲線切割機床的電極絲在加工中是單方向運動(即電極絲是一次性使用)的。在走絲過程中，電極絲由儲絲筒出絲，由電極絲輸送輪收絲。慢走絲系統(tǒng)一般由以下幾部分組成：儲絲筒、導絲機構、導向器、張緊輪、壓緊輪、圓柱滾輪、斷絲檢測器、電極絲輸送輪、其他輔助件(如毛氈、毛刷)等。圖2-18為日本沙迪克公司某型號線切割機床的電極絲的送出部分結構圖，其中某些部件的作用如下：

2—圓柱滾輪

可使線電極從線軸平行地輸出，且使張力維持穩(wěn)定

3—導向孔模塊

可使電極絲在張緊輪上正確地進行導向

5—張緊輪

在電極絲上施加必要的張力

6—壓緊輪 防止電極絲張力變動的輔助輪

7—毛氈 去除附著在電極絲上的渣滓

8—斷絲檢測器

檢查電極絲送進是否正常，若不正常送進，則發(fā)出報警信號，提醒發(fā)生電極絲斷絲等故障

9—毛刷 防止電極絲斷絲時從輪子上脫出圖2-18電極絲送絲裝置圖2-19為北京阿奇工業(yè)電子有限公司某型號慢走絲線切割機床的送絲圖。圖2-19電極絲送絲圖2.3.4線切割機床常見的功能

下面簡單介紹線切割機床較常見的功能。

(1)模擬加工功能。模擬顯示加工時電極