1、 课题一 电加工实例快速导入 在本课题中将演示线切割加工实例和电火花加工实例，通过观察2个电加工实例，以了解电加工的基本原理、加工方法和电加工机床的工作情况。一、基础知识电加工一般是指直接利用电能（放电）对金属材料进行的加工，主要有电火花线切割、电火花成型加工、电抛光、电解磨削加工等。本书将介绍企业最常用的电火花线切割加工（简称线切割加工）和电火花成型加工（简称电火花加工）的相关知识和技能。线切割加工主要用于冲模、挤压模、小孔、形状复杂的窄缝及各种形状复杂零件的加工，如图1-1所示。电火花加工主要用于形状复杂的型腔、凸模、凹模等的加工，如图1-2所示。 图1-1 线切割加工产品 图1-2 电火
2、花加工产品二、课题实施1线切割加工实例应用线切割机床加工如图1-3所示的凸模。 图1-3 凸模零件图（1）工艺分析。 （2）工艺实施。 在进行线切割加工之前，已经完成了工序17，在线切割机床上进行工序8的过程如下。 分析零件图，了解加工内容及加工要求。 熟悉零件工艺过程，确定切割方案。 启动机床，绘图编程。 装夹工件，找正并用压板夹紧。 根据工件厚度调整Z轴至适当位置并锁紧。 穿丝，并调整好储丝筒行程。 找正钼丝垂直度。 调正钼丝位置，用自动找中心法使钼丝位于穿孔中心。 根据图样要求输入相关补偿参数，后置处理生成加工程序，模拟运行。 检查系统各部分是否正常，如电压、水泵和丝筒等。开启工作液，开
3、启走丝电机，开启高频开关，按下步进电机开关，开始加工工件。观察加工过程。检查测量工件。 2电火花加工实例运用电火花机床加工如图1-4所示型腔。使用DK7125NC电火花机床进行加工，工作过程如下。（1）装夹电极、工件，拉表找正。合上机床电源，按启动开关以后，系统进行自检，指示灯全亮，三轴显示888.888，规准值显示8888。（2）几秒种后，系统结束自检，三轴及规准值显示上次关机时的值，主轴悬停，公/英和反打指示灯指示上次关机时的状态。（3）进行对刀，对刀后，移动主轴电极使其接触加工工件基准位置，如图1-5所示，然后Z轴清零。 图1-4 型腔 图1-5 确定加工位置（4）进行参数设定。 加工参
4、数（亦称加工规准），主要指电流、脉宽、脉冲间隔、抬刀等参数。加工参数主要根据实际情况选择。 调用步序7，设定目标深度=18.000。设定规准值：脉冲宽度取800s，脉冲间隔取100s。步序7为中加工。 调用步序8，设定目标深度=19.000。设定规准值：脉冲宽度取400s，脉冲间隔取150s。步序8为中加工。 调用步序9，设定目标深度=20.000。设定规准值：脉冲宽度取70s，脉冲间隔取200s。步序9为精加工。 检查步序7步序9，无误后调用步序7。（5）按控制面板上“自动”键（指示灯亮），按手控盒上“加工”键，开始加工。 如果加工到某一段的目标深度，自动调用下一段。 当加工到20.000时
5、，系统自动切断加工电压，主轴回退，到位后，转到对刀状态，报警蜂鸣，或关机。（6）对被加工的零件进行精度检验 三、知识与技能拓展 1943年，前苏联科学院的拉扎林柯夫妇，在研究火花放电时，通过观察开关触点受到腐蚀损坏的现象，发现电火花的瞬时高温可使局部的金属熔化，甚至汽化而被蚀除掉，从而开创和发明了电火花加工，并用铜丝在淬火钢上加工出小孔，实现了用软金属工具加工任何硬度的金属材料。电火花加工直接利用电能和热能去除金属，首次摆脱了传统的切削加工方式，取得了“以柔克刚”的效果。1电加工的概念 电加工主要是指利用电的各种效应（如电能、电化学能、电热能、电磁能、电光能等）对金属材料进行加工的一种方式。电
6、加工包括电蚀加工（电火花成型加工和线切割加工）、电子束加工、电化学加工（电抛光等）及电热加工（导电磨削、电热整平）等。从狭义而言，电加工一般是指直接利用电能（放电）对金属材料进行的加工，主要有电火花成型加工、线电极切割、电抛光、电解磨削加工等。2电火花加工的概念 电火花加工（Electrical Discharge Machining，EDM），也称为放电加工、电蚀加工或电脉冲加工，是一种靠工具电极（简称工具或电极）和工件电极（简称工件）之间的脉冲性火花放电来蚀除多余的金属，直接利用电能和热能进行加工的工艺方法。由于加工过程中可看见火花，因此被称为电火花加工。3电火花线切割加工的概念 电火花线
7、切割加工（Wire Cut EDM）是在电火花加工的基础上发展起来的一种新兴加工工艺，采用细金属丝（钼丝或黄铜丝）作为工具电极，使用电火花线切割机床根据数控编程指令进行切割，加工出满足技术要求的工件。 课题二 学习电火花加工基础知识 本课题将学习电火花加工的基础知识，学习目标是：认识数控线切割机床和数控电火花机床的原理、结构与工艺用途，认识电火花加工的工艺规律。一、基础知识1电火花加工的原理 电火花加工是在工件和工具电极之间的极小间隙上施加脉冲电压，使这个区域的介质电离，引发火花放电，从而将该局部区域的金属工件熔融蚀除掉，反复不断地推进这个过程，逐步地按要求去除多余的金属材料而达到加工尺寸的目
8、的，如图1-6所示。 电火花加工的过程大致分为以下几个阶段，如图1-7所示。 图1-6 电火花加工原理示意图 图1-7 电火花加工的过程（1）极间介质的电离、击穿，形成放电通道，如图1-7（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。 工具电极与工件电极之间充满着液体介质，液体介质中不可避免地含有杂质及自由电子，它们在强大的电场作用下，形成了带负电的粒子和带正电的粒子，电场强度越大，带电粒子就越多，最终导致液体介质电离、击穿，形成放电通道。放电通道是由大量高速运动的带正电和带负电的粒子以及中性粒子组成的
9、。由于通道截面很小，通道内因高温热膨胀形成的压力高达几万帕，高温高压的放电通道急速扩展，产生一个强烈的冲击波向四周传播。在放电的同时还伴随着光效应和声效应，这就形成了肉眼所能看到的电火花。（2）电极材料的熔化、汽化热膨胀，如图1-7（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，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汽化。汽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
10、象，并听到轻微的爆炸声。（3）电极材料的抛出，如图1-7（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，工作液和金属汽化后不断向外膨胀，形成内外瞬间压力差，高压力处的熔融金属液体和蒸气被排挤，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，可以看到橘红色的火花四溅，这就是被抛出的高温金属熔滴和碎屑。 （4）极间介质的消电离，如图1-7（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
11、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1s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。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。2电火花加工的优点（1）适合于难切削材料的
12、加工。由于加工中材料的去除是靠放电时的电热作用实现的，材料的可加工性主要取决于材料的导电性及其热学特性，如熔点、沸点（汽化点）、比热容、热导率、电阻率等，而几乎与其力学性能（硬度、强度等）无关，这样可以突破传统切削加工对刀具的限制，可以实现用软的工具加工硬韧的工件，甚至可以加工像聚晶金刚石、立方氮化硼一类的超硬材料。目前电极材料多采用紫铜或石墨，因此工具电极较容易加工。（2）可以加工特殊及复杂形状的零件。由于加工中工具电极和工件不直接接触，没有机械加工的切削力，因此适宜加工低刚度工件及微细加工。由于可以简单地将工具电极的形状复制到工件上，因此特别适用于复杂表面形状工件的加工，如复杂型腔模具加工
13、等，数控技术的采用使得用简单的电极加工复杂形状零件也成为可能。（3）易于实现加工过程自动化。这是由于是直接利用电能加工，而电能、电参数较机械量易于数字控制、适应控制、智能化控制和无人化操作等。（4）可以改进结构设计，改善结构的工艺性。例如可以将拼镶结构的硬质合金冲模改为用电火花加工的整体结构，减少了加工工时和装配工时，延长了使用寿命。又如喷气发动机中的叶轮，采用电火花加工后可以将拼镶、焊接结构改为整体叶轮，既大大提高了工作可靠性，又大大减小了体积和质量。3电火花加工的缺点电火花加工也有其局限性，具体表现在以下几个方面。（1）只能用于加工金属等导电材料，不像切削加工那样可以加工塑料、陶瓷等绝缘的
14、非导电材料。但近年来研究表明，在一定条件下也可加工半导体和聚晶金刚石等非导体超硬材料。（2）加工速度一般较慢，因此通常安排工艺时多采用切削来去除大部分余量，然后再进行电火花加工，以求提高生产率，但最近的研究成果表明，采用特殊水基不燃性工作液进行电火花加工，其粗加工生产率甚至高于切削加工。（3）存在电极损耗。由于电火花加工靠电、热来蚀除金属，电极也会遭受损耗，而且电极损耗多集中在尖角或底面，影响成型精度。但最近的机床产品在粗加工时已能将电极相对损耗比降至0.1%以下，在中、精加工时能将损耗比降至1%，甚至更小。（4）最小角部半径有限制。一般电火花加工能得到的最小角部半径等于加工间隙（通常为0.0
15、20.3mm），若电极有损耗或采用平动头加工，则角部半径还要增大。但近年来的多轴数控电火花加工机床采用X、Y、Z轴数控摇动加工，可以清棱清角地加工出方孔、窄槽的侧壁和底面。4电火花加工的工艺类型和适用范围按工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，大致可分为电火花穿孔成型加工、电火花线切割加工、电火花磨削和镗磨、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花表面强化与刻字六大类。前五类属电火花成型、尺寸加工，是用于改变工件形状或尺寸的加工方法；后者则属表面加工方法，用于改善或改变零件表面性质。以上应用类型以电火花穿孔成型加工和电火花线切割应用最为广泛。表1-2为总的分类情况及各加工方法的主
16、要特点和用途。本书只介绍电火花成型加工和电火花线切割加工。5电火花成型加工和电火花线切割加工的共同点和不同点（1）共同特点。 二者的加工原理相同，都是通过电火花放电产生的热来熔解去除金属的，所以二者加工材料的难易与材料的硬度无关，加工中不存在显著的机械切削力。 二者的加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律基本相似，可以加工硬质合金等一切导电材料。 最小角部半径有限制。电火花加工中最小角部半径为加工间隙，线切割加工中最小角部半径为电极丝的半径加上加工间隙。 （2）不同特点。 从加工原理来看，电火花加工是将电极形状复制到工件上的一种工艺方法，如图1-8（a）所示。在实际中可以加工通孔（穿孔加工）和
17、盲孔（成型加工）（如图1-8（b）、（c）所示；而线切割加工是利用移动的细金属导线（铜丝或钼丝）做电极，对工件进行脉冲火花放电，切割成型的一种工艺方法，如图1-9所示。 图1-8 电火花加工（本图有问题）1工件 2脉冲电源 3自动进给调节系统 4工具 5工作液 6过滤器 7工作液泵 图1-9 线切割加工 1绝缘底板 2工件 3脉冲电源 4滚丝筒 5电极丝 从产品形状角度看，电火花加工必须先用数控加工等方法加工出与产品形状相似的电极；线切割加工中产品的形状是通过工作台按给定的控制程序移动而合成的，只对工件进行轮廓图形加工，余料仍可利用。 从电极角度看，电火花加工必须制作成型用的电极（一般用铜、石
18、墨等材料制作而成）；线切割加工用移动的细金属导线（铜丝或钼丝）做电极。 从电极损耗角度看，电火花加工中电极相对静止，易损耗，故通常采用多个电极加工；而线切割加工中由于电极丝连续移动，使新的电极丝不断地补充和替换在电蚀加工区受到损耗的电极丝，避免了电极损耗对加工精度的影响。 从应用角度看，电火花加工可以加工通孔、盲孔，特别适宜加工形状复杂的塑料模具等零件的型腔以及刻文字、花纹等；而线切割加工只能加工通孔，能方便地加工出小孔、形状复杂的窄缝及各种形状复杂的零件。 课题三 认识电火花线切割加工的工艺规律 本课题将学习电火花线切割加工的工艺规律，学习目标是：认识电火花加工的常用工艺参数、影响材料放电腐
19、蚀的因素和电火花线切割加工的工艺规律。一、基础知识1电火花加工的电参数 电火花加工中，脉冲电源的波形与参数对材料的电腐蚀过程影响极大，它们决定着放电痕（表面粗糙度）、蚀除率、切缝宽度的大小和钼丝的损耗率，进而影响加工的工艺指标。 实践证明，在其他工艺条件大体相同的情况下，脉冲电源的波形及参数对工艺效果影响是相当大的。目前广泛应用的脉冲电源波形是矩形波，矩形波脉冲电源的波形如图1-10所示，它是晶体管脉冲电源中使用最普遍的一种波形，也是电火花加工中行之有效的波形之一。下面将介绍电火花加工的电参数。（1）脉冲宽度ti(s)。 脉冲宽度简称脉宽（也常用ON、TON等符号表示），是加到电极和工件上放电
20、间隙两端的电压脉冲的持续时间，如图1-11所示。为了防止电弧烧伤，电火花加工只能用断断续续的脉冲电压波。一般来说，粗加工时可用较大的脉宽，精加工时只能用较小的脉宽。（2）脉冲间隔to(s)。 脉冲间隔简称脉间或间隔（也常用OFF、TOFF表示），它是两个电压脉冲之间的间隔时间（如图1-11所示）。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，烧伤电极和工件；脉间选得过长，将降低加工生产率。加工面积、加工深度较大时，脉间也应稍大。 图1-10 矩形波脉冲 图1-11 电火花加工的电参数（3）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
21、为倒数。（4）脉冲周期tP(s)。一个电压脉冲开始到下一个电压脉冲开始之间的时间称为脉冲周期，显然tP=ti+to（参见图1-11）。（5）开路电压或峰值电压（V）。开路电压是间隙开路和间隙击穿之前td时间内电极间的最高电压（参见图1-11）。一般晶体管方波脉冲电源的峰值电压为6080V，高低压复合脉冲电源的高压峰值电压为175300 V。峰值电压高时，放电间隙大，生产率高，但成型复制精度较差。（6）加工电压或间隙平均电压U（V）。加工电压或间隙平均电压是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。（7）加工电流I（A）。加工
22、电流是加工时电流表上指示的流过放电间隙的平均电流。精加工时小，粗加工时大，间隙偏开路时小，间隙合理或偏短路时则大。（8）短路电流Is（A）。 短路电流是放电间隙短路时电流表上指示的平均电流。它比正常加工时的平均电流要大20%40%。（9）峰值电流（A）。 峰值电流是间隙火花放电时脉冲电流的最大值（瞬时），如图1-11所示。虽然峰值电流不易测量，但它是影响加工速度、表面质量等的重要参数。在设计制造脉冲电源时，每一功率放大管的峰值电流是预先计算好的，选择峰值电流实际是选择几个功率管进行加工。（10）短路峰值电流（A）。 短路峰值电流是间隙短路时脉冲电流的最大值（参见图1-11），它比峰值电流要大2
23、0%40%。（11）放电时间（电流脉宽）te（s）。 放电时间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。（12）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（参见图1-11）。击穿延时td与平均放电间隙的大小有关，工具欠进给时，平均放电间隙变大，平均击穿延时td就大；反之，工具过进给时，放电间隙变小，td也就小。（13）放电间隙。 放电间隙是放电时工具
24、电极和工件间的距离，它的大小一般在0.010.5 mm之间，粗加工时间隙较大，精加工时则较小。2电火花线切割加工的主要工艺指标（1）切割速度vwi。 切割速度是指在保证一定的表面粗糙度的切割过程中，单位时间内电极丝中心线在工件上切过的面积的总和，单位为mm2/min。最高切割速度vwimax是指在不计切割方向和表面粗糙度等条件下，所能达到的最大切割速度。通常快走丝线切割加工的切割速度为4080mm2/min，它与加工电流大小有关，为了在不同脉冲电源、不同加工电流下比较切割效果，将每安培电流的切割速度称为切割效率，一般切割效率为20 mm2/（minA）。 （2）表面粗糙度。 在我国和欧洲表面粗
25、糙度常用轮廓算术平均偏差Ra(m)来表示，高速走丝线切割的表面粗糙度一般为Ra1.25m2.5m，低速走丝线切割的表面粗糙度可达Ra1.25m。 （3）加工精度。 加工精度是指所加工工件的尺寸精度、形状精度（如直线度、平面度、圆度等）和位置精度（如平行度、垂直度、倾斜度等）的总称。高速走丝线切割的可控加工精度为0.010.02mm，低速走丝线切割的可控加工精度为0.0020.005mm。 （4）电极丝损耗量。 对快走丝机床，电极丝损耗量用电极丝在切割10 000 mm2面积后电极丝直径的减少量来表示，一般减小量不应大于0.01 mm。对低速走丝线切割机床，由于电极丝是一次性的，故电极丝损耗量可
26、忽略不计。3电参数对电火花线切割加工工艺指标的影响（1）脉冲宽度对工艺指标的影响。 图1-12所示是在一定工艺条件下，脉冲宽度ti对切割速度vwi和表面粗糙度Ra影响的曲线。由图可知，增加脉冲宽度，使切割速度提高，但表面粗糙度变差。这是因为脉冲宽度增加，使单个脉冲放电能量增大，则放电痕也大。同时，随着脉冲宽度的增加，电极丝损耗变大。 通常，电火花线切割加工用于精加工和中加工时，单个脉冲放电能量应限制在一定范围内。当短路峰值电流选定后，脉冲宽度要根据具体的加工要求来选定，精加工时，脉冲宽度可在20s内选择，中加工时，可在2060s内选择。（2）脉冲间隔对工艺指标的影响。 图1-13所示是在一定的
27、工艺条件下，脉冲间隔to对切割速度vwi和表面粗糙度Ra的影响曲线。 图1-12 ti对vwi和Ra的影响曲线 图1-13 to对vwi和Ra的影响曲线 由图可知，减小脉冲间隔，切割速度提高，表面粗糙度Ra稍有增大，这表明脉冲间隔对切割速度影响较大，对表面粗糙度影响较小。因为在单个脉冲放电能量确定的情况下，脉冲间隔较小，致使脉冲频率提高，即单位时间内放电加工的次数增多，平均加工电流增大，故切割速度提高。实际上，脉冲间隔不能太小，它受间隙绝缘状态恢复速度限制。如果脉冲间隔太小，放电产物来不及排除，放电间隙来不及充分消电离，这将使加工变得不稳定，易造成烧伤工件或断丝。但是脉冲间隔也不能太大，因为这
28、会使切割速度明显降低，严重时不能连续进给，使加工变得不够稳定。一般脉冲间隔在10250s范围内，基本上能适应各种加工条件，可进行稳定加工。 选择脉冲间隔和脉冲宽度与工件厚度有很大关系。一般来说工件厚，脉冲间隔也要大，以保持加工的稳定性。（3）短路峰值电流对工艺指标的影响 图1-14所示是在一定的工艺条件下，短路峰值电流对切割速度vwi和表面粗糙度Ra影响的曲线。由图可知，当其他工艺条件不变时，增加短路峰值电流，切割速度提高，表面粗糙度变差。这是因为短路峰值电流大，表明相应的加工电流峰值就大，单个脉冲能量亦大，所以放电痕大，故切割速度高，表面粗糙度差。增大短路峰值电流，不但使工件放电痕变大，而且
29、使电极丝损耗变大，这两者均使加工精度稍有降低。（4）开路电压对工艺指标的影响。 图1-15所示是在一定的工艺条件下，开路电压ui对加工速度vwi和表面粗糙度Ra影响的曲线。 图1-14 对vwi和Ra的影响曲线 图1-15 ui对vwi和Ra影响的曲线 由图1-15可知，随着开路电压峰值提高，加工电流增大，切割速度提高，表面变粗糙。因电压高使加工间隙变大，所以加工精度略有降低。但间隙大，有利于放电产物的排除和消电离，则提高了加工稳定性和脉冲利用率。采用乳化液介质和高速走丝方式，开路电压峰值一般都在60150V的范围内，个别的用到300V左右。 综上所述，在工艺条件大体相同的情况下，利用矩形波脉
30、冲电源进行加工时，电参数对工艺指标的影响下有如下规律。 切割速度随着加工电流峰值、脉冲宽度、脉冲频率和开路电压的增大而提高，即切割速度随着加工平均电流的增加而提高。 加工表面粗糙度Ra值随着加工电流峰值、脉冲宽度及开路电压的减小而减小。 加工间隙随着开路电压的提高而增大。 在电流峰值一定的情况下，开路电压的增大，有利于提高加工稳定性和脉冲利用率。 表面粗糙度的改善，有利于提高加工精度。 实践表明，改变矩形波脉冲电源的一项或几项电参数，对工艺指标的影响很大，须根据具体的加工对象和要求，全面考虑诸因素及其相互影响关系。选取合适的电参数，既要满足主要加工要求，又要注意提高各项加工指标。例如，加工精小
31、模具或零件时，选择电参数要满足尺寸精度高、表面粗糙度好的要求，选取较小的加工电流的峰值和较窄的脉冲宽度，这必然带来加工速度的降低。又如，加工中、大型模具和零件时，对尺寸精度和表面粗糙度要求低一些，故可选用加工电流峰值大、脉冲宽度宽些的电参数值，尽量获得较高的切割速度。此外，不管加工对象和要求如何，还须选择适当的脉冲间隔，以保证加工稳定进行，提高脉冲利用率。因此选择电参数值相当重要，只要能客观地运用它们的最佳组合，就一定能够获得良好的加工效果。4根据加工对象合理选择加工参数（1）合理选择电参数。 要求切割速度高时。当脉冲电源的空载电压高、短路电流大、脉冲宽度大时，则切割速度高。但是切割速度和表面
32、粗糙度的要求是互相矛盾的两个工艺指标，所以，必须在满足表面粗糙度的前提下再追求高的切割速度。而且切割速度还受到间隙消电离的限制，也就是说，脉冲间隔也要适宜。 要求表面粗糙度好时。若切割的工件厚度在80mm以内，则选用分组波的脉冲电源为好，它与同样能量的矩形波脉冲电源相比，在相同的切割速度条件下，可以获得较好的表面粗糙度。无论是矩形波还是分组波，其单个脉冲能量小，则Ra值小。也就是说，脉冲宽度小、脉冲间隔适当、峰值电压低、峰值电流小时，表面粗糙度较好。 要求电极丝损耗小时。多选用前阶梯脉冲波形或脉冲前沿上升缓慢的波形，由于这种波形电流的上升率低（即di/dt小），故可以减小丝损。 要求切割厚工件
33、时。选用矩形波、高电压、大电流、大脉冲宽度和大的脉冲间隔可充分消电离，从而保证加工的稳定性。 若加工模具厚度为2060mm，表面粗糙度Ra值为1.63.2m，脉冲电源的电参数可在如下范围内选取：脉冲宽度 420s脉冲幅值 6080V功率管数 36个加工电流 0.82A切割速度 1540mm2/min 选择上述的下限参数，表面粗糙度为Ra1.6m，随着参数的增大，表面粗糙度值增至Ra3.2m。 加工薄工件和试切样板时，电参数应取小些，否则会使放电间隙增大。 加工厚工件（如凸模）时，电参数应适当取大些，否则会使加工不稳定，模具质量下降。（2）合理调整变频进给的方法。 整个变频进给控制电路有多个调整
34、环节，其中大都安装在机床控制柜内部，出厂时已调整好 ，一般不应再变动；另有一个调节旋钮安装在控制台操作面板上，操作工人可以根据工件材料、厚度及加工要求等来调节此旋钮，以改变进给速度。不要以为变频进给的电路能自动跟踪工件的蚀除速度并始终维持某一放电间隙（即不会开路不走或短路闷死），便错误地认为加工时可不必或可随便调节变频进给量。实际上某一具体加工条件下只存在一个相应的最佳进给量，此时钼丝的进给速度恰好等于工件实际可能的最大蚀除速度。如果人们设置的进给速度小于工件实际可能的蚀除速度（称欠跟踪或欠进给），则加工状态偏开路，无形中降低了生产率；如果设置好的进给速度大于工件实际可能的蚀除速度（过跟踪或过
35、进给），则加工状态偏短路，实际进给和切割速度反而下降，而且增加了断丝和“短路闷死”的危险。 实际上，由于进给系统中步进电动机、传动部件等有机械惯性及滞后现象，不论是欠进给或过进给，自动调节系统都将使进给速度忽快忽慢，加工过程变得不稳定。因此，合理调节变频进给，使其达到较好的加工状态是很重要的，主要有以下两种方法。 用示波器观察和分析加工状态的方法。如果条件允许，最好用示波器来观察加工状态，它不仅直观，而且还可以测量脉冲电源的各种参数。图1-16所示为加工时可能出现的几种典型波形。 将示波器输入线的正极接工件，负极接电极丝，调整好示波器，则观察到的较好波形应如图1-17所示。若变频进给调整得合适
36、，则加工波最浓，空载波和短路波很淡，此时为最佳加工状态。 图1-16 加工时的几种典型波形 图1-17 最佳加工波形 1空载波 2加工波 3短路波 数控线切割机床加工效果的好坏，在很大程度上还取决于操作者调整进给速度是否适宜，为此可将示波器接到放电间隙，根据加工波形来直观地判断与调整（见图1-16）。a进给速度过高（过跟踪），见图1-16（a）。此时间隙中空载电压波形消失，加工电压波形变弱，短路电压波形较浓。这时工件蚀除的线速度低于进给速度，间隙接近于短路，加工表面发焦呈褐色，工件的上下端面均有过烧现象。b进给速度过低（欠跟踪），见图1-16（b）。此时间隙中空载电压波形较浓，时而出现加工波形
37、，短路波形出现较少。这时工件蚀除的线速度大于进给速度，间隙近于开路，加工表面亦发焦呈淡褐色，工件的上下端面也有过烧现象。c进给速度稍低（欠佳跟踪）。此时间隙中空载、加工、短路三种波形均较明显，波形比较稳定。这时工件蚀除的线速度略高于进给速度，加工表面较粗、较白，两端面有黑白交错相间的条纹。d进给速度适宜（最佳跟踪），图1-16（c）。此时间隙中空载及短路波形弱，加工波形浓而稳定。这时工件蚀除的速度与进给速度相当，加工表面细而亮，丝纹均匀。因此在这种情况下，能得到表面粗糙度好、精度高的加工效果。 用电流表观察分析加工状态的方法。利用电压表和电流表以及示波器等来观察加工状态，使之处于较好的加工状态
38、，实质上也是一种调节合理的变频进给速度的方法。现在介绍一种用电流表根据工作电流和短路电流的比值来更快速、有效地调节最佳变频进给速度的方法。 根据工人长期操作实践，并经理论推导证明，用矩形波脉冲电源进行线切割加工时，无论工件材料、厚度、规准大小，只要调节变频进给旋钮，把加工电流（即电流表上指示出的平均电流）调节到大小等于短路电流（即脉冲电源短路时表上指示的电流）的70%80%，就可保证为最佳工作状态，即此时变频进给速度合理、加工最稳定、切割速度最高。更严格、准确地说，加工电流与短路电流的最佳比值与脉冲电源的空载电压（峰值电压i）和火花放电的维持电压ue的关系为ei1uu 短路电流的获取，可以用计
39、算法，也可用实测法。例如，某种电源的空载电压为100V，共用6个功放管，每管的限流电阻为25，则每管导通时的最大电流10025=4A，6个功放管全用时，导通时的短路峰值电流为64=24A。设选用的脉冲宽度和脉冲间隔的比值为1 5，则短路时的短路电流（平均值）为 12445 1 由此，在切割加工中，调节到加工电流= 40.8=3.2A时，进给速度和切割速度可认为达到最佳。 实测短路电流的方法为用一根较粗的导线或螺丝刀，人为地将脉冲电源输出端搭接短路，此时由电表上读得的数值即为短路电流值。按此法可对上述电源将不同电压、不同脉宽间隔比时的短路电流列成一表，以备随时查用。 本方法可使操作人员在调节和寻
40、找最佳变频进给速度时有一个明确的目标值，可很快地调节到较好的进给和加工状态的大致范围，必要时再根据前述电压表和电流表指针的摆动方向，补偿调节到表针稳定不动的状态。必须指出，所有上述调节方法，都必须在工作液供给充足、导轮精度良好、钼丝松紧合适等正常切割条件下才能取得较好的效果。（3）进给速度对切割速度和表面质量的影响 进给速度调得过快，超过工件的蚀除速度，会频繁地出现短路，造成加工不稳定，反而使实际切割速度降低，加工表面发焦呈褐色，工件上下端面处有过烧现象。 进给速度调得太慢，大大落后于可能的蚀除速度，极间将偏开路，使脉冲利用率过低，切割速度大大降低，加工表面发焦呈淡褐色，工件上下端面处有过烧现
41、象。 上述两种情况，都可能引起进给速度忽快忽慢，加工不稳定，且易断丝。加工表面出现不稳定条纹，或出现烧蚀现象。 进给速度调得稍慢，加工表面较粗、较白，两端有黑白交错的条纹。 进给速度调得适宜，加工稳定，切割速度高，加工表面细而亮，丝纹均匀，可获得较好的表面粗糙度和较高的精度。5改善线切割加工表面粗糙度的措施表面粗糙度是模具精度的一个主要方面。数控线切割加工表面粗糙度超值的主要原因是加工过程不稳定及工作液不干净，现提出以下改善措施，供在实践中参考。（1）保证储丝筒和导轮的制造和安装精度，控制储丝筒和导轮的轴向及径向跳动，导轮转动要灵活，防止导轮跳动和摆动，有利于减少钼丝的震动，保证加工过程的稳定
42、。（2）必要时可适当降低钼丝的走丝速度，增加钼丝正反换向及走丝时的平稳性。（3）根据线切割工作的特点，钼丝的高速运动需要频繁地换向来进行加工，钼丝在换向的瞬间会造成其松紧不一，钼丝张力不均匀，从而引起钼丝震动直接影响加工表面粗糙度，所以应尽量减少钼丝运动的换向次数。试验证明，在加工条件不变的情况下，加大钼丝的有效工作长度，可减少钼丝换向次数及钼丝抖动，促进加工过程的稳定，提高加工表面质量。（4）采用专用机构张紧的方式将钼丝缠绕在储丝筒上，可确保钼丝排列松紧均匀。尽量不采用手工张紧方式缠绕，因为手工缠绕很难保证钼丝在储丝筒上排列均匀及松紧一致。松紧不均匀会造成钼丝各处张力不一样，就会引起钼丝在工
43、作中抖动，从而增大加工表面粗糙度。（5）X向、Y向工作台运动的平稳性和进给均匀性也会影响到加工表面粗糙度。保证X向、Y向工作台运动平稳的方法为先试切，在钼丝换向及走丝过程中变频均匀，且单独走X向、Y向直线，步进电动机在钼丝正反向所走的步数应大致相等，说明变频调整合适，钼丝松紧程度一致，可确保工作台运动的平稳。（6）对于有可调线架的机床，应把线架跨距尽可能调小。跨距过大，钼丝会震动，跨距过小，不利于冷却液进入加工区。如切割40mm的工件，线架跨距在5060mm之间，上下线架的冷却液喷嘴离工件表面610mm，这样可提高钼丝在加工区的刚性，避免钼丝震动，有利于加工稳定。（7）工件的进给速度要适当。因
44、为在线切割过程中，如工件的进给速度过大，则被腐蚀的金属微粒不易全部排出，易引起钼丝短路，加剧加工过程的不稳定。如工件的进给速度过小，则生产效率低。（8）脉冲电源同样是影响加工表面粗糙度的重要因素。脉冲电源采用矩形波脉冲，因为它的脉冲宽度和脉冲间隔均连续可调，不易受各种因素干扰。减少单个脉冲能量，可改善表面粗糙度。影响单个脉冲能量的因素有脉冲宽度、功放管个数、功放管峰值电流，所以减小脉冲宽度和峰值电流，可改善加工表面粗糙度。 然而，减小脉冲宽度，生产效率将大幅度下降，不可用；减小功放管峰值电流，生产效率也会下降，但影响程度比减小脉冲宽度小。因此，减小功放管峰值电流，适当增大脉冲宽度，调节合适的脉
45、冲间隔，这样既可提高生产效率，又可获得较好的加工表面粗糙度。 （9）保持稳定的电源电压。因为电源电压不稳定，会造成钼丝与工件两端的电压不稳定，从而引起击穿放电过程不稳定，使表面粗糙度增大。（10）线切割工作液要保持清洁。工作液使用时间过长，会使其中的金属微粒逐渐变大，使工作液的性质发生变化，降低工作液的作用，还会堵塞冷却系统，所以必须对工作液进行过滤，使用时间长，要更换工作液。最简单的过滤方法是，在冷却泵抽水孔处放一块海绵。工作液最好是按螺旋状形式包裹住钼丝，以提高工作液对钼丝震动的吸收作用，减少钼丝的震动，减小表面粗糙度。总之，只要消除了加工过程中的不稳定性及保持工作液清洁，就能在较高生产效
46、率下，获得较好的加工表面粗糙度。二、知识与技能拓展：线切割加工中预防工件报废或质量差的方法1操作人员必须具备一定技术素质 正确地理解图样的各项技术要求，编程和穿纸带要正确。工作液要及时更换，保持一定清洁度，保证上、下喷嘴不阻塞，流量合适。电极丝校准垂直，工件装夹正确。合理选用脉冲电源参数，加工不稳定时及时调整变频进给速度。加工时每个工件都要记录起割坐标。2机床、控制器、脉冲电源工作要稳定（1）保证导丝机构必要的精度，经常检查导丝轮、导电块、导丝块。导丝轮的底径应小于电极丝半径，支撑导丝轮的轴承间隙要严格控制，以免电极丝运转时破坏稳定的直线度，使工件精度下降，放电间隙变大，导致加工不稳定。导电块
47、应保持接触良好，磨损后要及时调整，不允许在钼丝和导电块间出现火花放电。应使脉冲能量全部送往工件与电极丝之间。导丝块的位置应调整合适，保证电极丝在丝筒上排列整齐，否则会出现叠丝或夹丝现象。（2）控制器必须有较强的抗干扰能力。变频进给系统要有调整环节。步进电动机进给要平稳、不失步。（3）脉冲电源的脉冲间隔、功率管个数及电压幅值要能调节。3工件材料选择要正确（1）工件材料（如凸凹模）要尽量使用热处理淬透性好、变形小的合金钢，如Cr12及Cr12MoV等。（2）毛坯需要锻造。热处理要严格按工艺要求进行，最好进行两次回火。回火后的硬度在5860HRC为宜。（3）在线切割加工前，必须将工件被加工区热处理后
48、的残物和氧化物清理干净。因为这些残存氧化物不导电，会导致断丝、烧丝或使工件表面出现深痕，严重时会使电极丝离开加工轨迹，造成工件报废。 课题四 认识电火花成型加工的工艺规律 本课题将学习电火花成型加工的工艺规律，学习目标是：认识电火花成型加工的工艺指标、影响材料放电腐蚀的因素和电火花成型加工的工艺规律。说明：在生产实践中，一般将“电火花成型加工”简称为“电火花加工”，本书以下也将把“电火花成型加工”简称为“电火花加工”。一、电火花加工的工艺指标 电火花加工的工艺指标主要有加工精度、表面粗糙度、加工速度、电极损耗等。1加工精度电加工精度包括尺寸精度和仿型精度（或形状精度）。2表面粗糙度 表面粗糙度
49、是指加工表面上的微观几何形状误差。电火花加工表面粗糙度的形成与切削加工不同，它是由若干电蚀小凹坑组成的，能存润滑油，其耐磨性比同样粗糙度的机加工表面要好。在相同表面粗糙度的情况下，电加工表面比机加工表面亮度低。 3加工速度 电火花成型加工的加工速度，是指在一定电规准下，单位时间内工件被蚀除的体积V或质量m。一般常用体积加工速度vw=V/t（单位为mm3/min）来表示，有时为了测量方便，也用质量加工速度vm=m/t（单位为g/min）表示。在规定的表面粗糙度和规定的相对电极损耗下的最大加工速度是电火花机床的重要工艺性能指标。一般电火花机床说明书上所指的最高加工速度是该机床在最佳状态下所达到的，
50、在实际生产中的正常加工速度大大低于机床的最大加工速度。4电极损耗 电极损耗是电火花成型加工中的重要工艺指标。在生产中，衡量某种工具电极是否耐损耗，不只是看工具电极损耗速度vE的绝对值大小，还要看同时达到的加工速度vw，即每蚀除单位重量金属工件时，工具相对损耗多少。因此，常用相对损耗或损耗比作为衡量工具电极耐损耗的指标。电火花加工中，电极的相对损耗小于1%，称为低损耗电火花加工。低损耗电火花加工能最大限度地保持加工精度，所需电极的数目也可减至最小，因而简化了电极的制造，加工工件的表面粗糙度Ra可达3.2m以下。除了充分利用电火花加工的极性效应、覆盖效应及选择合适的工具电极材料外，还可从改善工作液
