第3章特种加工技术ppt课件.ppt

现代制造技术,2010年9月,电 子 课 件,第三章 特种加工技术,3.1 概述 3.2 电火花加工3.3 电解加工和电解磨削3.4 激光加工技术3.5 其他特种加工技术,3.1 概述,3.1.1 特种加工的产生和发展,1.特种加工技术的产生背景（1）解决各种难切削材料的加工问题；（2）解决各种特殊复杂型面的加工问题；（3）解决各种超精密、光整零件的加工问题；（4）特殊零件的加工问题。,2.特种加工技术的产生 20世纪40年代，前苏联科学家拉扎连柯夫妇发明了电火花加工技术。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方法，从广义上定义为特种加工（Non-Traditional Machining，NTM）。3.特种加工技术的发展 1）微细化 特种微细加工技术成为主流；2）特种加工的应用领域正在拓宽；3）广泛采用自动化技术。,3.1.1 特种加工的产生和发展,3.1.1 特种加工的分类,尽管特种加工优点突出，应用日益广泛，但是各种特种加工的能量来源、作用形式、工艺特点却不尽相同，其加工特点与应用范围自然也不一样，而且各自还都具有一定的局限性。为了更好地应用和发挥各种特种加工的最佳功能及效果，必须依据工件材料、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。表1-2对几种常见的特种加工方法进行了综合比较。,3.1.1 特种加工的分类,表3-2 几种常见特种加工方法的综合比较,3.1.1 特种加工的分类,表3-2 几种常见特种加工方法的综合比较（续）,3.1.1 特种加工的分类,1.特种加工的特点（1）不是主要依靠机械能，而是主要用其他的能量（如电能、热能、光能、声能以及化学能等）去除工件材料。（2）工具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度，有些情况下，例如在激光加工、电子束加工、离子束加工等加工过程中，根本不需要使用任何工具。（3）在加工过程中，工具和工件之间不存在显著的机械切削力作用，工件不承受机械力，特别适合于精密加工低刚度零件。（4）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。如目前的电解电火花加工（ECDM）、电解电弧加工（ECAM）就是两种特种加工复合而形成的新加工方法。,3.1.3 特种加工的工艺特点与应用,2.特种加工的应用 可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属、非金属材料或复合材料，而且特别适合于加工复杂、微细表面和低刚度的零件。同时，有些方法还可以用于进行超精密加工、镜面加工、光整加工以及纳米级（原子级）的加工。特种加工技术的广泛应用，已经引起了机械制造领域的许多变革。例如对材料的可加工性、工艺路线的安排、新产品的试制过程、产品零件结构设计、零件结构工艺性好坏的衡量标准等产生了一系列的影响。这些影响主要表现在以下几个方面。,3.1.3 特种加工的工艺特点与应用,1）改善了材料的可加工性；2）改变了零件的典型工艺路线；3）大大缩短了新产品试制周期；4）对产品零件的结构设计带来了很大影响；5）对传统的结构工艺性好与坏的衡量标准产生重要影响；6）特种加工是微细加工和纳米加工的主要技术手段。,3.1.3 特种加工的工艺特点与应用,3.2 电火花加工,3.2.1 电火花加工的特点及应用,1.电火花加工的基本原理 如图31所示。,图3-1 电火花加工原理,3.2.1 电火花加工的特点及应用,3.2.1 电火花加工的特点及应用,实现电火花加工的条件：（1）电极之间始终保持确定的距离（0.020.1mm）；（2）放电点的局部区域达到足够高的电流密度（一般为105106 A/cm3），以确保被加工材料能在局部熔化、气化；（3）必须是脉冲性的放电（脉宽0.11000s，脉间不小于l0s），以确保放电所产生的热量来不及传导扩散到被加工材料的其他部分而集中在局部，使局部的材料产生熔化、气化而被蚀除；（4）及时排除电极间的电蚀产物，以确保电极间介电性能的稳定。,3.2.1 电火花加工的特点及应用,整个加工表面将由无数个小凹坑组成（图3-2）。,3.2.1 电火花加工的特点及应用,2.电火花加工的特点 1）优点（1）可以加工硬、软、韧、脆、高熔点的导电材料；（2）适于加工特殊及复杂形状的零件；（3）脉冲参数可以在一个较大的范围内调节，可以在同一台机床上连续进行粗、半精及精加工。2）缺点（1）主要用于加工金属等导电材料，加工半导体和非导体材料需要具备一定的条件；（2）一般加工速度较慢。；（3）存在电极损耗；（4）最小角部半径有限制。,3.2.1 电火花加工的特点及应用,3.电火花加工的应用 广泛应用于机械（特别是模具制造）、航天、航空、电子、电机电器、精密机械、仪器仪表、汽车拖拉机、轻工等行业，用以解决难加工材料及复杂形状零件的加工问题。加工范围小至几微米的小轴、孔、缝，大到几米的超大型模具和零件。,3.2.2 电火花加工的常用术语和符号,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，有时简称工具或电极。2.放电间隙 电火花放电时工具电极和工件间的距离，它的大小一般在0.010.5mm之间，粗加工时间隙较大，精加工时则较小。3.脉冲宽度ti（s）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3-3所示）。,3.2.2 电火花加工的常用术语和符号,3.2.2 电火花加工的常用术语和符号,4.脉冲间隔to（s）是两个电压脉冲之间的间隔时间。间隔时间过短，放电间隙来不及消电离和恢复绝缘，容易产生电弧放电；脉间过长，将降低加工生产率。5.放电时间（电流脉宽）te（s）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，它比电压脉宽稍小，二者相差一个击穿延时td。ti和te对电火花加工的生产率、表面粗糙度和电极损耗有很大影响，但实际起作用的是电流脉宽te。6.脉冲周期tp（s）加到电极和工件上放电间隙两端的电压脉冲的持续时间。,3.2.2 电火花加工的常用术语和符号,7.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.8.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。9.有效脉冲频率fe（HZ）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 脉冲利用率是有效脉冲频率fe与脉冲频率fp之比，又称频率比。,3.2.2 电火花加工的常用术语和符号,11.脉宽系数 脉宽系数是脉冲宽度ti与脉冲周期tp之比。12.占空比 是脉冲宽度ti与脉冲间隔to之比，=ti/to。粗加工时占空比一般较大，精加工时占空比应较小，否则放电间隙来不及消电离恢复绝缘，容易引起电弧放电。13.开路电压或峰值电压u（V）是间隙开路和间隙击穿之前td时间内电极间的最高电压。14.火花维持电压 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。,3.2.2 电火花加工的常用术语和符号,15.加工电压或间隙平均电压U（V）指加工时电压表上指示的放电间隙两端的平均电压，它是多个开路电压、火花放电维持电压、短路和脉冲间隔等电压的平均值。正常加工时，在3050V。16.加工电流I（A）加工时电流表上指示的流过放电间隙的平均电流。17.短路电流Is（A）是放电间隙短路时电流表上指示的平均电流。18.峰值电流i（A）间隙火花放电时脉冲电流的最大值（瞬时）。19.短路峰值电流（A）间隙短路时脉冲电流的最大值，它比峰值电流要大20%40%。,3.2.3 电火花加工的类型,3.2.4 电火花加工的基本规律,1.影响材料放电腐蚀的主要因素 1）极性效应 由于正、负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象叫做极性效应。我国通常把工件接脉冲电源的正极（工具电极接负极）时，称“正极性”加工；反之，则称“负极性”加工，又称“反极性”加工。2）电规准电参数 电参数主要是指电压脉冲宽度ti、电流脉冲宽度te、脉冲间隔to、脉冲频率f、峰值电流i、峰值电压u和极性等。3）金属材料的热学常数 金属的熔点、沸点、比热容、熔化热、汽化热越高，电蚀量将越少，越难加工。,3.2.4 电火花加工的基本规律,4）工作液 其作用主要是：（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）通过工作液的流动，加速了蚀除金属的排出，以保持放电工作稳定。（4）加剧放电的流体动力过程，有助于金属的抛出。（5）减少工具电极损耗，加强电极覆盖效应。,3.2.4 电火花加工的基本规律,5）其他因素 主要是加工过程的稳定性。这些不稳定因素包括加工深度、加工面积，加工型面复杂程度等。2.加工速度和工具损耗速度 1）加工速度 一般采用体积加工速度vW（mm3/min）来表示。粗加工（加工表面粗糙度Ra为1020m）时可达2001000 mm3/min，半精加工（Ra为2.510m）时降低到20100 mm3/min，精加工（Ra为0.322.5m）时一般都在l0 mm3/min以下。,3.2.4 电火花加工的基本规律,2）工具相对损耗 相对损耗或称损耗比：,降低工具相对损耗的方式：（1）利用极性效应正确选择极性和脉宽；（2）利用吸附效应；（3）利用传热效应；（4）工具电极材料合理选择。3）影响加工精度的主要因素 放电间隙的大小及其一致性和工具电极的损耗及其稳定性。,3.2.4 电火花加工的基本规律,4）电火花加工的表面质量 包括以下三部分内容：（1）表面粗糙度；（2）表面变质层：熔化凝固层；热影响层；显微裂纹。3）表面力学性能。包括三个方面：显微硬度及耐磨性；残余应力；耐疲劳性能。,3.2.5 电火花加工机床,1.电火花穿孔成型机床 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。其中，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。在中国大陆以外，电火花加工机床的型号没有采用统一标准，由各个生产企业自行确定。,3.2.5 电火花加工机床,8轴数控叶片小孔高速电火花加工专用设备外形,3.2.5 电火花加工机床,2）电火花加工机床结构 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3-4所示。,3.2.5 电火花加工机床,（1）机床本体 由床身、立柱、主轴头及附件、工作台等部分组成，是用来实现工件与工具电极的装夹固定和相对运动的机械系统。通用机床的结构形式有如下几种：立柱式、龙门式、滑枕式、悬臂式、台式、便携式等，如图3-5所示。,3.2.5 电火花加工机床,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。,机械式平动头(b)数控平动头 平动头照片,3.2.5 电火花加工机床,2）脉冲电源 脉冲电源输入为380V、50Hz的交流电，其输出应满足以下要求：要有一定的脉冲放电能量，否则不能使工件金属气化。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。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。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。有适当的脉冲间隔时间，使放电介质有足够时间消电离并冲去金属颗粒，以免引起电弧而烧伤工件。,3.2.5 电火花加工机床,电源一般有如下几种：弛张式脉冲电源：常用的有RC电路脉冲电源（图3-6）。,3.2.5 电火花加工机床,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。,3.2.5 电火花加工机床,晶体管脉冲电源：图3-7所示为自振式晶体管脉冲电源原理图。,3.2.5 电火花加工机床,（3）自动进给调节系统图,3.2.5 电火花加工机床,（4）工作液循环和过滤系统 图3-9所示为工作液强迫循环的两种方式。,3.2.5 电火花加工机床,工作液强迫循环过滤是由工作液循环过滤器来完成的。图3-10是常用的工作液循环过滤系统的一种。,3.2.5 电火花加工机床,5）数控系统（1）数控电火花机床的类型 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。（2)数控电火花机床的数控系统工作原理（3）数控电火花机床常见功能 回原点操作功能。数控电火花在加工前首先要回到机械坐标的零点，即X、Y、Z轴回到轴的正极限处。这样，机床的控制系统才能复位，后续机床运动不会出现紊乱。置零功能。将当前点的坐标设置为零。接触感知功能。让电极与工件接触，以便定位。其他常见功能。,3.2.5 电火花加工机床,2.电火花线切割机床简介 1）机床分类、型号（1）分类 快速走丝线切割机床和慢速走丝线切割机床两种。快速走丝线切割机床的走丝速度为810m/s；线电极材料常用直径为0.100.30mm的钼丝。慢速走丝线切割机床走丝速度低于0.2m/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0.100.35mm。（2）型号 如DK7725：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250mm。,3.2.5 电火花加工机床,3.2.5 电火花加工机床,2）快走丝线切割机床简介 由机床本体、脉冲电源、数控系统和工作液循环系统组成（图3-11）。,3.2.5 电火花加工机床,（1）机床本体 机床本体主要由床身、坐标工作台、走丝机构和丝架、工作液箱、附件和夹具等几部分组成。,3.2.5 电火花加工机床,（2）脉冲电源 线切割加工脉冲电源的脉宽较窄（260s），单个脉冲能量、平均电流（15A）一般较小，所以线切割总是采用正极性加工。脉冲电源的形式和品种很多，主要有晶体矩形波脉冲电源、高频分组脉冲电源、阶梯波脉冲电源和并联电容型脉冲电源等。（3）数控系统 数控系统的主要作用包括：轨迹控制作用；加工控制。（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；其作用是及时地从加工区域中排除电蚀产物，并连续充分供给清洁的工作液，以保证脉冲放电过程稳定而顺利地进行。,3.2.5 电火花加工机床,3）慢走丝线切割机床简介 由机床本体、脉冲电源、数控系统和工作液循环系统组成（图3-13）。,3.2.5 电火花加工机床,（1）主体结构 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。主要部件 精密陶瓷材料大量用于工作臂、工作台固定板、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。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，所以有的机床（如北京阿奇）带有去离子水系统。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 如图3-14所示.,3.2.5 电火花加工机床,3.2.6 电火花成形加工,电火花穿孔成形加工是利用火花放电腐蚀金属的原理，用工具电极对工件进行复制加工的工艺方法，其应用范围可归纳为：,1.电火花型腔加工 国内常采用的三种工艺方法是：单电极平动加工、单电极加工电极修正平动加工和多电极加工（同尺寸多电极与不同尺寸多电极）。三种工艺方法的比较见表3-4。,3.2.6 电火花成形加工,3.2.6 电火花成形加工,1）单电极平动加工法（如图3-15所示）。,3.2.6 电火花成形加工,2）多电极更换法（如图3-16所示）。,3.2.6 电火花成形加工,3）分解电极加工法(如图3-17所示)。,3.2.6 电火花成形加工,4）手动侧壁修光法，如图3-18所示。,3.2.6 电火花成形加工,2.型腔加工用电极 1）电极材料的选择 常用的有铜钨合金、银钨合金、纯铜以及石墨等。较为广泛使用的是纯铜和石墨。（1）纯铜有如下特点：稳定性好，生产率高。精加工比石墨电极损耗小。采用精密加工时能达到优于1.25m的表面粗糙度。因其韧性大，故机械加工性能差，磨削加工困难。适宜于做电火花成型加工的精加工电极材料。（2）石墨电极的特点：机加工成型容易，容易修正。加工稳定性能较好，生产率高，在长脉宽、大电流加工时电极损耗小。机械强度差，尖角处易崩裂。适用于做电火花成型加工的粗加工电极材料。,3.2.6 电火花成形加工,2）电极设计（1）电极的尺寸：包括垂直尺寸和水平尺寸。它们的公差是型腔相应部分公差的1/22/3。垂直尺寸。电极平行于机床主轴线方向上的尺寸称为电极的垂直尺寸。如图3-19所示的电火花成型加工电极，电极垂直尺寸包括加工一个型腔的有效高度L、加工一个型腔位于另一个型腔中需增加的高度L1、加工结束时电极夹具和夹具或压板不发生碰撞而应增加的高度L2等。,3.2.6 电火花成形加工,3.2.6 电火花成形加工,水平尺寸。电极的水平尺寸是指与机床主轴轴线相垂直的横截面尺寸（如图3-20所示）。外部为工件，内部为工具电极。,3.2.6 电火花成形加工,电极的水平尺寸可用下式确定：a=AKb 式中：a电极水平方向的尺寸；A型腔的水平方向的尺寸；K与型腔尺寸标注法有关的系数；b电极单边缩放量，粗加工时，b=1+2+0。（注：1、2、0的意义参见图3-21)。,3.2.6 电火花成形加工,3.2.6 电火花成形加工,a=AKb中的号和K值的具体含义如下：(1)凡图样上型腔凸出部分，其相对应的电极凹入部分的尺寸应放大，即用“+”号；反之，凡图样上型腔凹入部分，其相对应的电极凸出部分的尺寸应缩小，即用“-”号。,3.2.6 电火花成形加工,K值的选择原则：当图中型腔尺寸完全标注在边界上(即相当于直径方向尺寸或两边界都为定形边界)时，K取2；一端以中心线或非边界线为基准(即相当于半径方向尺寸或一端边界定形另一端边界定位)时，K取1；对于图中型腔中心线之间的位置尺寸(即两边界为定位尺寸)以及角度值和某些特殊尺寸，电极上相对应的尺寸不增不减，K取0。对于圆弧半径，亦按上述原则确定。根据以上叙述，在图4-19中，电极尺寸a与型腔尺寸A有如下关系：a1=A1，a2=A2-2b，a3=A3-b，a4=A4，a5=A5-b，a6=A6+b 当精加工且精加工的平动量为c时，b=0+c,3.2.6 电火花成形加工,（3)电极的排气孔和冲油孔 电火花成型加工时，型腔一般均为盲孔，排气、排屑条件较为困难，这直接影响加工效率与稳定性，精加工时还会影响加工表面粗糙度。为改善排气、排屑条件，大、中型腔加工电极都设计有排气、冲油孔。一般情况下，开孔的位置应尽量保证冲液均匀和气体易于排出。电极开孔示意图如下图所示。,3.2.6 电火花成形加工,3.2.6 电火花成形加工,3)电极的制造 常用的电极制造方法有：（1）切削加工；（2）线切割加工；（3）电铸加工；4）电极装夹与校正 电极装夹的目的是将电极安装在机床的主轴头上，电极校正的目的是使电极的轴线平行于主轴头的轴线，即保证电极与工作台台面垂直，必要时还应保证电极的横截面基准与机床的X、Y轴平行。,3.2.6 电火花成形加工,3.工作液强迫循环的应用 型腔加工往往需要采用强迫冲油，冲油压力一般为20kPa 左右，可随深度的增加而有所增加。冲油对电极损耗有影响，随着冲油压力的增加，电极损耗也增加。这是因为冲油压力增加后，对电极表面的冲刷力也增加，因而使电蚀产物不易反粘到电极表面以补偿其损耗。同时由于游离碳浓度随冲油而降低，因而影响了碳黑膜的生成，且流场不均，电极局部冲刷和反粘及碳黑膜厚度不均匀，严重影响了加工精度。,3.2.6 电火花成形加工,4.电规准的选择、转换 粗加工要求高生产率和低电极损耗，优先考虑采用较宽的脉冲宽度，然后选择合适的脉冲峰值电流，注意加工面积和加工电流的配合。石墨电极加工钢时，平均电流密度为35A/cm2时，纯铜电极加工钢时，平均电流密度大约10A/cm2。中规准与粗规准没有明显界限，按具体加工对象划分。一般选用脉冲宽度ti为20400s、峰值电流为1025A进行中加工。,3.2.6 电火花成形加工,精加工时，电极损耗率较大，一般为10%20%，单边加工余量不超过0.10.2mm，表面粗糙度应优于Ra2.5m，一般都选用窄脉宽（ti为220s）、小峰值电流（10A）进行加工。加工规准转换的档数，应根据加工型腔精度、形状复杂程度和尺寸大小等具体条件确定。当加工表面刚好达到本档规准对应的表面粗糙度时，就应及时转换规准，这样既达到修光的目的，又可使各档的金属蚀除量最少，得到尽可能高的加工速度和低电极损耗。,3.2.6 电火花成形加工,5.电火花穿孔加工 1）冲模凹模穿孔加工,3.2.6 电火花成形加工,2）电火花穿孔加工工艺方法 凹模电火花穿孔方法有：直接法、间接法、混合法、二次电极法。,3.2.6 电火花成形加工,（2）直接法。将凸模长度适当增加，作为电极加工凹模后，割去电极加工端后成为凸模。,3.2.6 电火花成形加工,（3）混合法（图3-25）。将电极与凸模连接在以一起加工，然后从凸模上取下电极进行凹模电火花加工；与直接法不同的是，电极可选用其他材料，仍保证电极与凸模的尺寸相等。（4）二次电极法。利用电极（一次电极）制造电极（二次电极），并加工出凸模及凹模的工艺方法称为二次电极法。此方法适用于如下两种情况：当一次电极为凹形，用于凸模制造有困难时。当一次电极为凸形，用于凹模制造有困难时。3）各种加工方法的选用 见表36,3.2.6 电火花成形加工,3）工具电极（1）电极材料的选用按表37,3.2.6 电火花成形加工,3.2.6 电火花成形加工,（2）电极设计。工具电极的尺寸精度比凹模高一级，一般精度不低于IT7；表面粗糙度比凹模低一级，通常要小于Ra1.25m，且直线度、平面度和平行度在100mm长度上不大于0.0lmm。（3）电极制造。冲模电极的制造，一般先经普通机械加工，然后成形磨削。对那些不宜磨削加工的材料，可在机械加工后，由钳工精修。现在，还广泛应用电火花线切割方法加工冲模电极。4）工件准备 进行电火花加工前，凹模型孔部位要加工预孔，并留适当的电火花加工余量。余量大小至少应能补偿电火花加工的定位、找正误差及机械加工误差。一般情况下，单边余量为0.31.5mm为宜，并力求均匀。对形状复杂的型孔，余量要适当加大。,3.2.6 电火花成形加工,5）电规准的选择与更换 冲模加工中，常选择粗、中、精三种规准。每一种又可分几档。对粗规准的要求是：生产率高（不低于50mm3/min），工具电极的损耗小。转换中规准之前的表面粗糙度应小于Ra10m，否则将增加中、精加工的加工余量与加工时间。加工过程要稳定，粗规准主要采用较大的电流，较长的脉冲宽度，采用铜电极时电极相对损耗应低于1%。中规准用于过渡性加工，以减少精加工时的加工余量，提高加工速度。精规准用来最终保证模具所要求的配合间隙、表面粗糙度、刃口斜度等质量指标，并在此前提下尽可能地提高其生产率。故应采用小的电流，高的频率、窄的脉冲宽度。,3.2.7 电火花线切割加工,目前线切割机床的加工功能及加工工艺指标均比以前有大幅度的扩展与提高。主要表现在以下几个方面。（1）加工对象。除普通金属、高硬度合金材料外，也适用于人造金刚石、半导体材料、导电陶瓷、铁氧体材料等。（2）加工范围。除一般精密加工外，已能加工大尺寸和大厚度工件（例如汽车零件的加工），并且开始涉及精密微细加工领域。（3）加工形状。线切割加工不仅适用于二维轮廓的加工，而且能加工各种锥度、变锥度以及上、下面形状不同的三维直纹曲面。（4）自动化。自适应控制、自动穿丝、自动换丝的研究与进展，已经使长时间的无人操作成为可能。功能较强的自动编程系统大大提高了编程效率，并能完成各种复杂形状工件的加工。,3.2.7 电火花线切割加工,1.基本原理 电火花线切割加工与电火花成形加工的基本原理一样，都是利用电极间脉冲放电时的电火花腐蚀原理，实现零部件的加工。图3-26 所示为电火花线切割加工示意图。,3.2.7 电火花线切割加工,2.电火花线切割加工的特点（1）不需要制造复杂的成形电极。（2）能方便、快捷地加工薄壁、窄槽、异形孔等零件。（3）一般采用精规准一次加工成形，在加工过程中大都不需要转换加工规准。（4）采用移动的长电极丝进行加工，单位长度电极丝的损耗较少，对加工精度的影响比较小。低速走丝线切割加工时，电极丝一次性使用，其损耗对加工精度的影响更小。（5）工作液多采用水基乳化液，很少使用煤油；不易引燃起火，容易实现无人操作运行。（6）没有稳定的拉弧放电状态。（7）脉冲电源的加工电流较小，脉冲宽度较窄，属于中、精加工范畴，采用正极性加工方式。,3.2.7 电火花线切割加工,3.电火花线切割加工的应用（1）适用于各种形式的冲裁模及挤压模、粉末冶金模、塑压模等通常带锥度的模具加工。（2）高硬度材料零件的加工。（3）特殊形状零件的加工。（4）加工电火花成形加工用的铜、铜钨、银钨合金等材料电极。4.电火花线切割控制系统及其编程要点 1）电火花线切割控制系统（1）控制系统的主要作用。按加工要求自动控制电极丝相对工件的运动轨迹；自动控制伺服进给速度，保持恒定的放电间隙，防止开路和短路，实现对工件形状和尺寸的加工。,3.2.7 电火花线切割加工,（2）控制系统的主要功能：轨迹控制。精确控制电极丝相对于工件的运动轨迹，以获得所需的形状和尺寸。加工控制。主要包括对伺服进给速度、电源装置、走丝机构、工作液系统以及其他相关操作控制。此外，断电记忆、故障报警、安全控制及自诊断功能也是一个重要的方面。数字程序控制过程框图如图3-27所示。,3.2.7 电火花线切割加工,（3）轨迹控制原理。常见的工程图形都可分解为直线和圆弧或其组合。用数字控制技术来控制直线和圆弧轨迹的方法，有逐点比较法、数字积分法、矢量判别法和最小偏差法等等。高速走丝数控线切割大多采用简单、易行的逐点比较法。此法的线切割数控系统，在X、Y两个方向不能同时进给，只能按直线的斜率或圆弧的曲率来交替地一步一个微米地分步“插补”进给。采用逐点比较法时，X或Y方向每进给一步，插补过程都要进行偏差判别、进给、偏差计算、终点判断四个节拍。不断地重复上述循环过程，就能加工出所要求的轨迹和轮廓形状。,3.2.7 电火花线切割加工,（4）加工控制功能。加工控制功能主要有以下几种：进给速度控制；短路回退；间隙补偿；图形的缩放、旋转和平移；适应控制；自动找中心；信息显示。此外，线切割加工控制系统还具有故障安全（断电记忆等）和自诊断等功能。,3.2.7 电火花线切割加工,2）线切割编程要点（1）3B程序指令格式 我国高速走丝线切割机床采用统一的五指令3B程序指令格式见表3-8。,表中各符号的意义分别是：B为分隔符号，它在程序单上起着把X、Y和J数值分隔开的作用。X、Y为直线的终点对其起点的坐标值或圆弧起点对其圆心的坐标值，编程时均取绝对值，以m为单位，最多为6位数。,3.2.7 电火花线切割加工,J为计数长度，以m为单位，最多为6位数；G为计数方向，分GX或GY，即可按X方向或Y方向计数，工作台在该方向每走l m，即计数累减1，当累减到计数长度J=0时，这段程序即加工完毕。Z为加工指令，分为直线L与圆弧R两大类。直线又按走向和终点所在象限而分为L1、L2、L3、L4四种；圆弧又按第一步进入的象限及走向的顺圆、逆圆而分为顺圆SR1、SR2、SR3、SR4及逆圆NR1、NR2、NR3、NR4共八种，如图3-28所示。,3.2.7 电火花线切割加工,（2）直线的编程方法。需要注意以下几点：以直线的起点为原点，建立正常的直角坐标系，x、y表示直线终点的坐标绝对值，单位为m。最多为6位。在直线3B代码中，x、y值主要是确定该直线的斜率，所以可以将直线终点坐标的绝对值除以它们的最大公约数作为x、y的值，以简化数值。,3.2.7 电火花线切割加工,若直线与X或Y轴重合，为区别一般直线，x、y均可写作0，也可以不写。计数方向G的选取原则，应取此程序最后一步的轴向为计数方向。不能预知时，一般选取与终点处的走向较平行的轴向作为计数方向，这样可减小编程误差与加工误差。对直线而言，取X、Y中较大的绝对值和轴向作为计数长度J和计数方向G。J的取值方法为：由计数方向G确定投影方向，若G=Gx，则将直线向X轴投影得到长度的绝对值即为J的值；若G=Gy，则将直线向Y轴投影得到长度的绝对值即为J的值。以m为单位，最多为6位数。决定计数长度时，要和选计数方向一并考虑。,3.2.7 电火花线切割加工,加工指令Z：按照直线走向和终点所在的坐标象限不同可分为L1、L2、L3、L4，其中与X轴重合的直线算作L1，与X轴重合的直线算作L3，与Y轴重合的直线算作L2，与Y轴重合的直线算作L4。（3）圆弧的编程方法。需要注意以下几点：以圆弧的圆心为坐标原点，建立正常的直角坐标系。x、y值的确定：用x，y表示圆弧起点坐标的绝对值，单位为m，最多为6位。G的确定：计数方向（分Gx和Gy）同样也取与该圆弧终点时走向较平行的轴向作为计数方向，以减少编程和加工误差，即取终点坐标绝对值小的轴向为计数方向（与直线编程相反）。,3.2.7 电火花线切割加工,J的确定：按计数方向G（Gx或Gy）取圆弧在X轴或Y轴上的投影值作为计数长度，单位为m，最多为6位。如果圆弧较长，跨越两个以上象限，则分别取计数方向对由X轴（或Y轴）上各个象限投影值的绝对值相累加，作为该方向总的计数长度。加工指令Z：按照第一步进入的象限可分为R1、R2、R3、R4；按切割的走向可分为顺圆S和逆圆N，于是共有8种指令：SR1，SR2，SR 3，SR4，NR1，NR2，NR3，NR4。,3.2.7 电火花线切割加工,5.我国电火花线切割的应用现状及发展（1）稳步发展高速走丝线切割机床的同时，重视低速走丝电火花线切割机床的开发和发展。（2）进一步完善机床结构设计，并改进走丝机构。（3）积极推广多次切割工艺，提高综合工艺水平。（4）发展PC控制系统，扩充线切割机床的控制功能。,