机械 电火花加工机床-精讲

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1、典型机械（电）产品构造第四章 电火花加工机床特种加工定义：特种加工定义：特种加工是当传统特种加工是当传统切削加工方法切削加工方法车、铣、钻、镗、车、铣、钻、镗、刨、磨、拉、齿形加工刨、磨、拉、齿形加工对产品对产品（或材料）无法实施或保证不了（或材料）无法实施或保证不了规定的精度要求时，而应用物理规定的精度要求时，而应用物理的的电、化学、光、声、热等电、化学、光、声、热等方法方法进行加工的手段。进行加工的手段。特种加工与传统加工方法的比较：特种加工与传统加工方法的比较： 传统加工方法传统加工方法依靠机械能、切削（磨依靠机械能、切削（磨削）力去除工件上多余的材料（接触式削）力去除工件上多余的材料（

2、接触式的、工具硬度高于被加工材料的硬度）。的、工具硬度高于被加工材料的硬度）。 特种加工特种加工用其他能量去除金属材料用其他能量去除金属材料（工具硬度可以低于被加工材料的硬度、（工具硬度可以低于被加工材料的硬度、非接触式的、工具和工件之间不存在切非接触式的、工具和工件之间不存在切削力）。削力）。表 常用特种加工方法的分类加 工 方 法 主要能量形式 作用形式 符号 电火花成型加工 电能、热能 熔化、气化 EDM 电火花加工 电火花线切割加工 电能、热能 熔化、气化 WEDM 电解加工 电化学能 金属离子阳极溶解 ECM(ELM) 电解磨削 电化学能、机械能 阳极溶解、磨削 EGM(ECG) 电

3、解研磨 电化学能、机械能 阳极溶解、研磨 ECH 电铸 电化学能 金属离子阴极沉积 EFM 电化学加工 涂镀 电化学能 金属离子阴极沉积 EPM 激光束加工 光能、热能 熔化、气化 LBM 电子束加工 光能、热能 熔化、气化 EBM 离子束加工 电能、机械能 切蚀 IBM 高能束加工 等离子弧加工 电能、热能 熔化、气化 PAM 超声加工 声能、机械能 切蚀 USM 磨料流加工 机械能 切蚀 AFM 物料切蚀 加工 液体喷射加工 机械能 切蚀 HDM 化学铣削 化学能 腐蚀 CHM 化学抛光 化学能 腐蚀 CHP 化学加工 光刻 光能、化学能 光化学腐蚀 PCM 电化学电弧加工 电化学能 熔化

4、、气化腐蚀 ECAM 复合加工 电解电化学机械磨削 电能、热能 离子溶解、熔化、切割 MEEC 电火花加工的起源：电火花加工的起源： 电火花加工中的电蚀现象早在20世纪初就被人们发现，如插头、开关的启闭所产生的电火花对接触表面的损害。但真正将电蚀现象运用到实际生产加工中的是：20世纪中期前苏联的拉扎林科夫妇俩在研究开关触点遭受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温使局部金属熔化、气化而被蚀除掉，从而开创和发明了电火花加工方法，并于1943年利用电蚀原理研制出世界上第一台实用化的电火花加工装置。我国在20世纪50年代初期开始研究电火花设备，并于60年代初研制出第一台靠模仿形电火花线

5、切割机床，随后研制出具有我国特色的高速走丝线切割机床。电火花加工又称放电加工电火花加工又称放电加工(Electrical (Electrical Discharge MachiningDischarge Machining，简称，简称EDM)EDM)：是一种利用电、热能量进行加工的方法。加工过程中，工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电。靠放电时局部、瞬时产生的高温把金属蚀除下来。因放电过程可见到火花，故称之为电火花加工。日、英、美称之为放电加工，苏联称电蚀加工。 在绝缘工作液中工具和工件（正、负电极）之间脉冲式火化放电局部、瞬时产生高温，使工件表面的金属熔化、气化、抛离工件表面。 利用这一电

6、腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。一、电火花加工的原理和机理一、电火花加工的原理和机理电火花用于尺寸加工的条件电火花用于尺寸加工的条件a.工具和工件之间保持适当的距离。b. 电火花放电瞬时的脉冲性放电。c.加工必须在介质中进行。a. 脉冲电源b. 间隙自动调节器c. 机床本体d. 工作液及其循环过滤装置o.设备组成设备组成图4-2 电火花表面局部放大图(a) 单脉冲放电凹坑(b) 多脉冲放电凹坑 电火花加工基于电火花腐蚀原理，是在工具电极与工件电极相互靠近时，极间形成脉冲性火花放电，在电火花通道中产生瞬时高温，使金属局部熔化，甚至气化，从而将金属蚀除下

7、来。那么两电极表面的金属材料是如何那么两电极表面的金属材料是如何被蚀除下来的呢？被蚀除下来的呢？这一过程大致分为以下几个阶段(如图所示)：脉冲电源工具电极工件电极(a)(b)(c)(d)(e)BA(1) 极间介质的电离、击穿，形成放电通道极间介质的电离、击穿，形成放电通道(如图 (a)所示)。工具电极与工件电极缓缓靠近，极间的电场强度增大，由于两电极的微观表面是凹凸不平的，因此在两极间距离最近的A、B处电场强度最大。(2) 电极材料的熔化、气化热膨胀电极材料的熔化、气化热膨胀(如图 (b)、(c)所示)。液体介质被电离、击穿，形成放电通道后，通道间带负电的粒子奔向正极，带正电的粒子奔向负极，粒

8、子间相互撞击，产生大量的热能，使通道瞬间达到很高的温度。通道高温首先使工作液汽化，进而气化，然后高温向四周扩散，使两电极表面的金属材料开始熔化直至沸腾气化。气化后的工作液和金属蒸气瞬间体积猛增，形成了爆炸的特性。所以在观察电火花加工时，可以看到工件与工具电极间有冒烟现象，并听到轻微的爆炸声。(3) 电极材料的抛出电极材料的抛出(d)所示。 正负电极间产生的电火花现象，使放电通道产生高温高压。通道中心的压力最高，工作液和金属气化后不断向外膨胀，形成内外瞬间压力差，高压力处的熔融金属液体和蒸汽被排挤，抛出放电通道，大部分被抛入到工作液中。仔细观察电火花加工，可以看到桔红色的火花四溅，这就是被抛出的

9、高温金属熔滴和碎屑。 (4) 极间介质的消电离极间介质的消电离(如图 (e)所示)。加工液流入放电间隙，将电蚀产物及残余的热量带走，并恢复绝缘状态。若电火花放电过程中产生的电蚀产物来不及排除和扩散，产生的热量将不能及时传出，使该处介质局部过热，局部过热的工作液高温分解、积炭，使加工无法继续进行，并烧坏电极。因此，为了保证电火花加工过程的正常进行，在两次放电之间必须有足够的时间间隔让电蚀产物充分排出，恢复放电通道的绝缘性，使工作液介质消电离。上述步骤(1)(4)在一秒内约数千次甚至数万次地往复式进行，即单个脉冲放电结束，经过一段时间间隔(即脉冲间隔)使工作液恢复绝缘后，第二个脉冲又作用到工具电极

10、和工件上，又会在当时极间距离相对最近或绝缘强度最弱处击穿放电，蚀出另一个小凹坑。这样以相当高的频率连续不断地放电，工件不断地被蚀除，故工件加工表面将由无数个相互重叠的小凹坑组成(如图1-2所示)。所以电火花加工是大量的微小放电痕迹逐渐累积而成的去除金属的加工方式。二、电火花加工的特点及其应用二、电火花加工的特点及其应用优点：1. 非接触加工；2. 可以以柔克刚，实现难加工材料加工；3. 可以加工特殊及复杂形状零件；4. 脉冲参数可在较大范围内调节，同一台机床完成粗、精加工；5. 直接利用电能，便于实现自动化。缺点：1. 主要加工金属导电材料；2. 加工速度慢；3. 存在电极损耗；4. 有最小圆

11、角限制。三、电火花加工机床的分类 1. 电火花穿孔成型加工 2. 电火花线切割 3. 电火花成型磨削 4. 电火花高速小孔加工 5.电火花同步共轭回转加工 6. 电火花表面强化、刻字 分类依据：根据工件和工具的相对运动方式和用途类 别工艺方法特点用途备注1电火花穿孔成形加工1.工具和工件件主要有一个相对的伺服进给运动2.工具为成形电极，与被加工表面有相同的截面或形状1.型腔加工：加工各类型腔模及各种复杂的型腔零件2.穿孔加工：加工各种冲模、挤压模、粉末冶金模、各种异形孔及微孔等约占电火花机床总数的30%，典型机床有D7125、D7140等电火花穿孔成形机床2电火花线切割加工1.工具电极为沿着其