电火花加工及其脉冲功率电源的研究
电火花加工又称放电加工( electrical discharge machining, 简称ED)由于其能进
行难切削材料和复杂形状零件的加工，而得到广泛的应用。其中最主要的部分是脉冲电源，脉冲电源的技术性能好坏直接影响电火花成形加工的各项工艺指标，如加工质量精度、加工
速度、电极损耗等。本文将对电火花加工的原理及其脉冲电源进行简要介绍和研究。
一、电火花加工的工作原理
进行电火花加工时，工具电极和工件分别接脉冲电源的两极，并浸入工作液中，或将工
作液充入放电间隙。通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给，当两电极间的间隙达
到一定距离时，两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿，产生火花放电。在放电的微细通道
中瞬时集中大量的热能，温度可高达一万摄氏度以上，压力也有急剧变化，从而使这一点工
作表面局部微量的金属材料立刻熔化、气化，并爆炸式地飞溅到工作液中，迅速冷凝，形成
固体的金属微粒，被工作液带走。这时在工件表面上便留下一个微小的凹坑痕迹，放电短暂停歇，两电极间工作液恢复绝缘状态。
紧接着，下一个脉冲电压又在两电极相对接近的另一点处击穿，产生火花放电，重复上
述过程。这样，虽然每个脉冲放电蚀除的金属量极少，但因每秒有成千上万次脉冲放电作用，
就能蚀除较多的金属，具有一定的生产率。在保持工具电极与工件之间恒定放电间隙的条件下，一边蚀除工件金属，一边使工具电极不断地向工件进给，最后便加工出与工具电极形状
相对应的形状来。因此，只要改变工具电极的形状和工具电极与工件之间的相对运动方式，就能加工出各种复杂的型面。
工具电极常用导电性良好、熔点较高、易加工的耐电蚀材料，如铜、石墨、铜钨合金和钼等。在加工过程中，工具电极也有损耗，但小于工件金属的蚀除量，甚至接近于无损耗。
工作液作为放电介质，在加工过程中还起着冷却、排屑等作用。常用的工作液是粘度较
1-工件；2-脉冲电源；3-自动进给调节装置；4-工具；5-工作液；6-过滤器；7-工作液泵
低、哥、性能稳定的介质，如煤油、去离子水和乳化液等。
图1电火花加工基本原理
图2数控电火花成型加工机床基本组成
、电火花加工的特点和应用 ⑴电火花加工的优点
① 适合于难切削材料的加工。 电火花加工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、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，因此电火花加工突破了传统切削工具的限制，实 现了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。
② 可以加工特殊及复杂形状的零件。
电火花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细微加工。 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等。
③ 易于实现加工过程自动化。 电火花加工直接利用电能加工，
而电能、电参数易于数字
控制，因此电火花加工适应智能化控制和无人化操作等。
改善其结构的工艺性。例如采用电火花加工可以将拼 从而减少了模具加工工时和装配工时， 延长了模具
不能用来加工塑料、 陶瓷等绝缘的非导电材料， 在一 定条件下可以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，以提高生产率，如果采用特殊水基不燃性工作液进行电火花加工， 其粗加工生
产率可以高于切削加工。
③ 存在电极损耗。因此电火花加工靠电、
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，影响成形精度。现在，粗加工时电极相对损耗比可以将至 0.1%
以下，在中、精加工时能将损耗比将至
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工作间隙
（通常为
0.02~0.03mm ），若电极有损耗或采用平动头加工，
则角部半径还要增大。现在，多轴数控电 火花加工
④可以改进加工零件的结构设计， 镶结构的硬质合金冲模改为整体式结构, 的使用寿命。
⑵电火花加工的局限性
①只能用于加工金属等导电材料，
主铀头
手动童
脈冲电原
工作液
操作面板
「工作台渥
工作浚箱
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。
⑶电火花加工的主要应用
①加工各种金属及其合金材料，导电超硬材料（如聚晶金刚石、立方氮化硼、金属陶瓷
等），特殊的热敏材料，半导体和非导体材料。
②加工各种复杂形状难加工的型孔和型腔工件，包括加工圆孔、方孔、异形孔、微孔、深孔等型孔工件，特别适宜于加工弱刚度、薄壁工件的复杂外形，及各种型面的型腔工件，弯曲孔等。
③各种工件与材料的切割，包括材料的切断、特殊结构零件的切断、切割微细窄缝及细
微窄缝组成的零件（如金属栅网、慢波结构、异形孔喷丝板、激光器件等）。
④结构各种成形刀、样板、工具、量具、螺纹等成形器件。
⑤工件的磨削，包括小孔、深孔、内圆、外圆平面等磨削和成形磨削。
⑥刻写、打印名牌和标记。
⑦表面强化和改性，如金属表面高速淬火、渗氮、渗碳、涂敷特殊材料及合金化等。
⑧辅助用途，如去除折断在零件中的丝锥、钻头，修复磨损件，跑合齿轮啮合件等。
由于电火花加工具有许多传统切削加工所无法比拟的优点，因此其应用领域日益扩大，电火花加工技术已广泛用于机械（特别是模具制造）、航天、航空、电子、原子能、计算机
技术、仪器仪表、电机电器、精密机械、汽车拖拉机、轻工等行业、以解决难加工材料及复杂形状零件的加工问题，加工范围从微小的轴、孔、缝、到超大型模具和零件。为各种新型材料的发展和应用开辟了广阔的途径，为各种工业产品的设计改进与制造提供了新的加工技
术，为现代科学技术的发展和试验设计水平的提高提供了有效的手段。
三、电火花加工脉冲功率电源
电火花成形加工机床的脉冲电源的作用是把普通220V或380V、50Hz交流电转换成在一
定频率范围，具有一定输出功率的单向脉冲电，提供电火花成形加工所需要的放电能量来蚀
除金属，满足工件加工要求的设备装置。
⑴电火花加工脉冲电源的分类
电火花加工脉冲电源按其作用原理和所用的主要元件、脉冲波形等可分为多种类型，按脉冲产生形式分为两大类，即非独立式脉冲电源和独立式脉冲电源；按功能可分为等电压脉
宽（等频率）、等电流脉宽脉冲电源；模拟量、数字量、微机控制、智能化等脉冲电源。
国外在40-50年代、我国在50-60年代初，都曾在电火花加工中广泛地使用弛张式脉冲电源。这种电源的基本电路是RC型和RLC型等电路。工作原理是利用电容器存储电能，而
后瞬时放电，成为脉冲电流，达到蚀除金属的目的。因为电容器时而放电，时而充电，一张一弛，故称为弛张式电源。因为这种线路的脉冲参数（放电波形、脉冲延时、放电频率及放电能量等）直接受加工过程中的电极间隙物理状态的影响（加工间隙的大小及介质的污染程
度等），所以称为非独立式脉冲电源。
①RC型脉冲电源
RC线路是弛张式脉冲电源中最简单、最基本的一种，原理电路如图3。
图3 RC型弛张式脉冲电源电路
1-工具电极2-工件
当直流电源接通后，电流经限流电阻R向电容C充电，电容C两端的电压按指数曲线逐步上升，因为电容两端电压就是工具电极和工件间隙两端的电压，因此当电容C两端电压上
升到工具电极和工件间隙的击穿电压U d时，间隙就被击穿，电容器上存储的能量瞬时放出，
形成较大的脉冲电流i e。电容上的能量释放后，电压瞬时下降到接近于零，间隙中的工作液
偶遇迅速恢复绝缘状态。此后电容器再次充电，又恢复前述过程。如果间隙过大，则电容器
上的电压u c按指数上升到直流电源电压E。
RC线路脉冲电源的最大优点是结构简单，工作可靠，成本低；在小功率时可以获得很窄的脉宽（小于0.1卩s）和很小的单个脉冲能量，可用做光整结构和精微加工；电容器瞬时放电可达很大的峰值电流，能量密度很高，放电爆炸、抛出能力强，金属在汽化状态下被
蚀除的百分比大，不易产生表面裂纹，加工稳定。
但这种脉冲电源存在着以下缺点：
I、脉冲参数不稳定，其放电熄灭电压、单个脉冲能量及电容器输出功率都是随机变化的，与单个脉冲能量稳定的脉冲电源相比，在相同的加工粗糙度下，其加工速度则较低。
II、波形不好，影响加工速度。RC型电路的充电电压波形以指数曲线上升，对放电间
隙的消电离过程不利，迫使加工用的脉冲频率降低。通常是借增大限流电阻R值来降低加工
频率的。但随着电阻的增大，输出功率便减小，因此RC型弛张式脉冲电源不适用于大功率
的电火花加工。
III、电能利用率较低。这种脉冲电源的电能利用率一般为25~35%它不仅多消耗了电能，而且增大了电源箱的发热量。
IV、工具电极的损耗大。电容器直接向间隙快速放电，而电流幅值又较大，因此增大了
工具电极的损耗。此外，电容器在放电回路的分布电感影响下常形成振荡式的放电过程，出
现负波放电，进一步增大了工具电极的损耗。
②RLC型脉冲电源
基于RC型脉冲电源的上述缺点，在其充电回路中加入了一个电感L,组成工作性能较
好的RLC型弛张式脉冲电源，其原理电路如图4。
图4 RLC型弛张式脉冲电源的电路
RLC型脉冲电源与RC型相比具有以下两个优点:
I、充电电压的波形较好
RLC型弛张式脉冲电源的充电电压不是按指数曲线上升，而是接近正弦曲线上升，这种曲线对放电间隙的消电离较为有利。因此，它比RC型脉冲电源的实用频率可提高一倍以上，
在加工精度相同时其加工速度亦可提高一倍以上。
II、电能利用率较高
在此电源电路中，由于电容器的充电电压可以超过直流电源电压，所以放电效率大为提
高，实用中的充电效率可达60鳩上。
但是，RLC型弛张式脉冲电源也是非独立式的，即脉冲频率、单个脉冲能量和输出功率等电参数仍取决于放电间隙的物理状态，因此，它与RC型脉冲电源类似，也会对加工的工
艺指标产生不利的影响；又因放电回路与RC型脉冲电源相似，工具电极的损耗也较大。
此外，由于充电回路中电感L的作用，在电火花加工过程中经常会在电容器两端出现过电压，因此须对贮能电容器提出耐压较高的要求，通常应为直流电源电压值的4—5倍。
③RLCL及RCF型脉冲电源
为了进一步改善弛张式脉冲电源的某些性能，可在放电回路中附加一个电感L2或电阻
F2,如图5。
图5 RLCL及RCR型弛张式脉冲电源的电路
a)RLCL型b)RCF型
RLCL型脉冲电源在放电回路中空芯电感L2的作用是延长脉冲放电的时间。虽然电感L2
会使放电的电流幅值有所降低，但由于放电脉冲宽度加大，弓I
起电感L i中的磁场能量的加
大而得到了一定的补偿，结果脉冲电流的幅值可保持大致相同，而脉冲宽度却加大了。所以，RLCL型脉冲电源的加工速度比RLC型脉冲电源提高10~15%,而工具电极的损耗则可减少
10~15%
RCR型脉冲电源中电阻R a的作用是使贮能电容器C产生非周期性的单向放电，从而降低了放电的电流幅值，又加大放电脉冲的宽度。这种脉冲电源的特点是能显著降低工具电极的
损耗，但使输出功率受到很大限制，降低了加工速度。主要用于对加工速度要求低、而希望
工具电极损耗较小的小型轮廓加工。
④T r-RC型脉冲电源
如图6所示的T r-RC型脉冲电源电路，其中T r是晶体管，R是限流电阻，C是贮能电容
工作时，脉冲控制电路PG输出一系列的控制脉冲。当它使晶体管T r导通时，情况就如
图8双闸流管独立式脉冲电源的工作原理
它与单闸流管独立式脉冲电源的主要区别在于：为了避免双闸流管 G 和G 工作时相互 影响，采用扼流电感 L 与贮能电容器 C 的并联回路，并使引燃电路 IG 的脉冲信号对双闸流 管轮流引燃。以闸流管 G 的引燃过程为例说明如下。当高压直流电源
E 经过G 管和脉冲变
压器B M 的初级绕组对电容器 C 充电时，电能即通过脉冲变压器输向放电间隙，完成一次脉
RC 弛张式脉冲电源一样，小容量电容器
C （数十至数千pF ）可输出一群很窄的脉冲进行电 火花加工。当脉冲处于停歇期使晶体管
Tr 截止时，电容器 C 停止充放电过程，让放电间隙
进行消电离，这样就可弥补弛张式脉冲电源充电时间必须较长的缺陷， 使加工的效率显著提
高。
⑶闸流管脉冲电源
闸流管脉冲电源采用闸流管作为控制脉冲电路充放电过程的开关元件。它的主要电参 数，如脉冲频率、单个脉冲能量和脉冲宽度等，基本上不受放电间隙物理状态的影响，
属于
独立式的脉冲电源。 它与弛张式脉冲电源相比， 具有工艺指标稳定、 加工速度快和加工精度 高等优点。
闸流管独立式脉冲电源的工作原理如图
7。
图7闸流管独立式脉冲电源的工作原理
E 是高压直流电源，当贮能电容器 C 经限流阻抗Z 由E 充电到放电电压时，引燃电路的 脉冲信号定期
地加到脉冲闸流管 G 的控制栅极上使之引燃，于是电容器的能量通过脉冲变压 器B M 输向放电间隙g ，禾U 用脉冲放电的热电过程来蚀除金属，以达到加工目的。
在一定的单个脉冲能量下，
提高脉冲频率的障碍是放电间隙绝缘强度的恢复过程。
由于
一般弛张式脉冲电源在放电结束后放电间隙仍直接处于电源的作用下， 因此脉冲之间的停歇
时间很短，当频率升高到一定程度时，放电将持续地进行，破坏了加工过程的稳定性， 并损 伤电极。独立式脉冲电源的停歇时间可以较长，
这就有利于电极间绝缘强度的恢复，
可以提
高加工的脉冲频率。因此，在保证一定的表面粗糙度情况下能大幅度提高电火花加工速度。
为了进一步提高脉冲电源的脉冲频率和加大输出功率， 以增进加工速度，乃研制了双闸
流管脉冲电源。工作原理如图
&
冲放电。在这一过程中，电容器 C 上的电压是按U ab 的方向增加的，直到脉冲闸流管 G 熄灭
的瞬时为止。以后，便开始电容器 C 对扼流电感L 1的放电过程，直到下一次重复充电开始
的瞬时为止。
⑷晶闸管式脉冲电源
晶闸管（又称可控硅）式脉冲电源是利用晶闸管作为开关元件而获得单向脉冲的。 由于
晶闸管的功率较大，脉冲电源所采用的功率管数目可大大减少，因此， 100~200A 以上的大
功率粗加工脉冲电源一般采用晶闸管。
晶闸管的控制特性和闸流管相似，
晶闸管一经触发导通，它也不会自行截止，要截止它,
常需由外加电路使晶闸管的电压反向或使小于维持电流。 其脉冲宽度和停歇时间的调整要受
到外加电路的影响，故只能在频率较低的一定范围内进行调整。 通常作
为低频粗加工电压。它包括直流电源
E 、限流电阻R 、 隙电阻甩、放电间隙等组成的晶闸管主回路及由晶闸管
VS T -E 构成回路，将电压加在两极之间；另一方面由电源
+E 通过R T VS T C T VS T L 2
T -E 对电容C 充电，构成LC 振荡式充电回路。LC 振荡式充电回路的充电电流是按正弦形式
变化的，当充电电流从正半周转入负半周时，电流就反向，从而使
VS 自行关断，此时电容
C 已被充满，极性为上正下负。
当晶闸管VS 2被触发导通时，电容 C 向VS 放电，由于VS 受到反向电流，所以 VS 被迅 速关断，这时电容C 储存的电荷只消耗了很小的一部分， 仍然保持原来的极性。 这时在放电
间隙上就出现了一个幅值为
U C +E 的后尖顶脉冲。然后电容 C 通过间隙电阻F 2放电，同时电
源+E 通过F T L I T VS T C T R T -E 对电容C 反向充电，直至充满，这时极性下正上负， 使VS 带上正电压；同时通过VS 的电流小于维持电流，VS 自动关断，而完成一个脉冲放电全过程。 使用时为了消除由于后尖顶脉冲所产生的不良影响，可通过在主功率晶闸管 VS 上并联一个
反接二极管，将带后尖顶波改为方波。
这种低频可控硅脉冲回路的脉冲频率一般为
400~2000Hz,脉宽1500~300卩s 。
为了适应精加工的要求，晶闸管脉冲电源还必须具有精加工高频（
10kHz 以上）性能，
图9为电容关断式的线路图。
晶闸管主功率管
VS ,电感器L i 、
VS 、放电间 L 2,电容C 组
VS 2方面由电源
一、填空题 1、特种加工主要采用机械能以外的其他能量去除工件上多余的材料，以达到 图样上全部技术要求。 2、电火花加工原理是基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时 的电腐蚀现象，来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状和表面质量等预定的加工要求。 3、电火花加工系统主要由工件和工具、脉冲电源、自动进给和调节装置 几部分组成。 4、在电火花加工中，提高电蚀量和加工效率的电参数途径有：提高脉冲频率、 增加单个脉冲能量、减少脉冲间隔。 5、电火花加工的表面质量主要是指被加工零件的表面粗糙度、表面变质层、 表面力学性能。 6、电火花加工的自动进给调节系统主要由以下几部分组成：测量环节、比较 环节、放大驱动环节、执行环节、调节对象。 7、电火花成型加工的自动进给调节系统，主要包含伺服进给控制系统和参 数控制系统。 8、电火花加工是利用电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，其应用范围分为两大类：穿孔加工、型腔加工。 9、线切割加工是利用移动的、作为负极的、线状电极丝和工件之间的脉冲放 电所产生的电腐蚀作用，对工件加工的一种工艺方法。 10、快走丝线切割机床的工作液广泛采用的是乳化液，其注入方式为喷入式。 11、线切割机床走丝机构的作用：是使电极丝以一定的速度运动，并保持一定 的张力。 12、线切割控制系统作用主要是：1）自动控制电极丝相对于工件的运动轨迹； 2）自动控制伺服的进给速度。 13、快速成形技术（RP）最早产生于二十世纪70年代末到80年代初，目前RP 技术的主流是： SLA立体光造型、LOM薄材叠层制造、SLS激光烧结、FDM 熔融成型四种技术。 14、快速成型的数据接口主要有：快速成型技术标准数据格式即STL格式和快 速成型设备的通用数据接口即CLI 格式。 二、判断题 1、目前线切割加工时应用较普遍的工作液是煤油。（错） 2、在型号为DK7740的数控电火花线切割机床中，D表示电加工机床。（对） 3、线切割机床通常分为两大类，一类是快走丝，另一类是慢走丝。（对） 4、3B代码编程法是最先进的电火花线切割编程方法。（错） 5、离子束加工必须在真空条件下进行。（对） 6、电火花加工中的吸附效应都发生在阴极上。（错） 7、线切割加工一般采用负极性加工。（错）
电火花加工 一、加工费用：电火花加工的费用计算方法与其它机加工方法是相似的，一般是按小时来计算加工费的。时间可以按从调平工件开始到完成加工为止来计算，也可以按自动加工的时间累加时间来计算。每小时的加工费用，可以按照[（电极设计费+电极加工费+机器折旧费+人工费+电费+期望的利润值）*（1+税率）]来计算。当然，加工后工件的表面粗糙度和精度是每小时加工费用的重要参考指标，工件在加工后表面粗糙度越小、精度越高，则每小时加工费越高。 电火花加工需要丰富的经验，用合适的加工方式、到位的粗加工和半精加工、以及用高效的精加工条件一次性地完成图纸的要求，是获取低成本电火花加工的决定因素。 机床的精度、电极的精度以及电极的损耗程度是电火花加工精度的决定因素。
二、电火花加工 目录 发明与发展 工作原理 分类 使用说明 电火花加工特点 电火花加工的特点如下： 简介 发明与发展 工作原理 分类 使用说明 电火花加工特点 电火花加工的特点如下： 简介 电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工，英文简称EDM。 发明与发展 由苏联学者发明 1943年，苏联学者拉扎连科夫妇研究发明电火花加工，之后随着脉冲电源和控制系统的改进，而迅速发展起来。最初使用的脉冲电源是简单的电阻-电容回路。
50年代初 改进为电阻-电感-电容等回路。同时，还采用脉冲发电机之类的所谓长脉冲电源，使蚀除效率提高，工具电极相对损耗降低。 随后又出现了大功率电子管、闸流管等高频脉冲电源，使在同样表面粗糙度条件下的生产率得以提高。 60年代中期 出现了晶体管和可控硅脉冲电源，提高了能源利用效率和降低了工具电极损耗，并扩大了粗精加工的可调范围。 70年代 出现了高低压复合脉冲、多回路脉冲、等幅脉冲和可调波形脉冲等电源，在加工表面粗糙度、加工精度和降低工具电极损耗等方面又有了新的进展。在控制系统方面，从最初简单地保持放电间隙，控制工具电极的进退，逐步发展到利用微型计算机，对电参数和非电参数等各种因素进行适时控制。 电火花加工 工作原理 进行电火花加工时，工具电极和工件分别接脉冲电源的两极，并浸入工作液中，或将工作液充入放电间隙。通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给，当两电极间的间隙达到一定距离时，两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿，产生火花放电。 电火花加工 在放电的微细通道中瞬时集中大量的热能，温度可高达一万摄氏度以上，压力也有急剧变化，从而使这一点工作表面局部微量的金属材料立刻熔化、
项目一 1．判断题 （√）1）电火花加工中若能合理利用覆盖效应则有助于降低电极的损耗。 （√）2）电加工加工中，电极接负极的叫正极性加工。 （√）3）电火花加工中，应尽量利用极性效应减少电极的损耗。 （×）4）电火花成形机床不能加工硬质合金等极硬的材料。 （×）5）电火花成形机床可以加工各种塑料零件。 （×）6）因局部温度很高，电火花加工不但可以加工可导电的材料，也可以加工不导电的材料。（×）7）电火花加工中，工具和工件之间存在显著的机械切削力。 2．单项选择题 1）下列加工方法中产生的力最小的是（D ）。 A．铣削B．磨削C．车削D．电火花 2）下列叙述正确的是（A ）。 A．电火花加工中，工件接脉冲电源正极的加工叫正极性加工。 B．电火花加工中，电极、工件的材料通常都一样。 C．短脉冲加工中，工件往往接负极。 D．电火花加工中，可以不采用脉冲电源。 ３）电火花成形机床加工时，为安全起见工作液面要高于工件，一般为（C ）。 A.0～5mm B.5～10mm C.30～50mm D.150～200mm ４）某国产机床型号为DM7120，其中D表示（ B ）。 A.线切割机床 B.电加工机床 C.电火花加工机床 D.数控加工机床 ５）电火花成形机床主要加工对象为（ C ）。 A.木材 B.塑料 C.金属等导电材料 D.陶瓷 ６）下列液体中，最适宜作为电火花成形机床工作液的是( C )。 A.汽油 B.矿泉水 C.煤油 D.自来水 ３．问答题 1）电火花加工后工件表面是否有许多微小的凹坑？结合电火花加工原理解释原因。 是，电火花加工原理 2）电火花加工后电极的表面是否还是电极材料的原有颜色？如果不是，请解释原因。 不是，覆盖效应 3）根据加工前后测量的电极长度，查看电极尺寸是否缩短？如果电极尺寸缩短，比较一下电极缩短量与加工出的深度值是否相等？如果不等，请解释原因。 缩短，极性效应 项目二 1．判断题 （√）1）脉冲间隔的主要作用之一是使工作液体恢复结缘。 （√）2）在电火花加工中峰值电流越大则加工速度越快。 （√）3）石墨适宜于作粗加工电极。 （√）4）紫铜适宜于作精加工电极。 （√）5）加工面积小或窄的槽时，不宜选择过大的峰值电流，否则电极间隙内电蚀产物过浓造成放电集中，容易造成拉弧。
电火花加工工艺 1. 常用工件金属材料 1.1 钢的名称、牌号及用途 普通碳素结构钢：用于一般机器零件，常用的牌号有 A1～A7，代号 A 后的数字愈大，钢的抗拉强度愈高而塑性愈低。 优质碳素结构钢：用于较高要求的机械零件。常用牌号有钢 10～钢 70。钢 15（15 号钢）的平均含碳量为 0.15%，钢 40 为 0.40%，含碳量愈高，强度、硬度也愈高，但愈脆。 合金结构钢：广泛用于各种重要机械的重要零件。常用的有 20Cr、40Cr（作齿轮、轴、杆）、18CrMnTi、38CrMoAlA（重要齿轮、渗氮零件）及 65Mn（弹簧钢）。前边的数字 20 表示平均含碳量为 0.20%，38 表示 0.38%。末尾的 A 表示高级优质钢。中间的合金元素化学符号含义为：Mn 锰、Si硅、Cr 铬、W 钨、Mo 钼、Ti 钛、AL 铝、Co 钴、Ni 镍、Nb 铌、B 硼、V 钒。 碳素工具钢：因含碳量高，硬而耐磨，常用作工具、模具等。碳素工具钢牌号前加 T 字，以此和结构钢有所区别。牌号后的 A 表示高级优质钢。常用的有 T7、T7A、T8、T8A (13) T13A等。 合金工具钢：牌号意义与合金结构钢相同，只是前面含碳量的数字是以 0.10%为单位（含碳量较高）。例如 9CrSi 中平均含碳量为 0.90%。常用作模具的有 CrWMn、Cr12MoV（作冷冲模用）、5CrMnMo（作热压模用）。 1.2 铸铁的名称、牌号及用途 灰口铸铁：牌号中以灰、铁二字的汉语拼音第一字母为首，后面第一组数字为最低抗拉强度，第二组数字为最低抗弯强度。常用的有 HT10-26，HT15-33，HT20-40，HT30-54，HT40-68 等，用以铸造盖、轮、架、箱体等。 球墨铸铁：比灰口铸铁强度高而脆性小，常用的牌号有 QT45-0，QT50-1.5，QT60-2 等。第一组数字为最低抗拉强度，最后的数字为最低延伸率%。 可锻铸铁：强度和韧性更高，有 KT30-6，KT35-10 等，牌号意义同上。 1.3 有色金属及其合金 铜及铜合金：纯铜又称紫铜，有良好的导电性和导热性、耐腐蚀性和塑性。电火花加工中广泛作为电极材料，加工稳定而电极损耗小。牌号有 T1～T4（数字愈小愈纯）。铜合金主要有黄铜（含锌），常用牌号有 H59、H62、H80 等。黄铜电极加工时特别稳定，但电极损耗很大。 铝及铝合金：纯铝的牌号有 L1～L6（数字愈小愈纯）。铝合金主要为硬铝，牌号有 LY11～LY13，用作板材、型材、线材等。 1.4 粉末冶金材料 最常用的是硬质合金，具有极高的硬度和耐磨性，广泛用作工具及模具。由于其成分不同而分为钨钴类和钨钛类两大类硬质合金。
电火花加工及其脉冲功率电源的研究 电火花加工又称放电加工( electrical discharge machining, 简称ED)由于其能进 行难切削材料和复杂形状零件的加工，而得到广泛的应用。其中最主要的部分是脉冲电源，脉冲电源的技术性能好坏直接影响电火花成形加工的各项工艺指标，如加工质量精度、加工 速度、电极损耗等。本文将对电火花加工的原理及其脉冲电源进行简要介绍和研究。 一、电火花加工的工作原理 进行电火花加工时，工具电极和工件分别接脉冲电源的两极，并浸入工作液中，或将工 作液充入放电间隙。通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给，当两电极间的间隙达 到一定距离时，两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿，产生火花放电。在放电的微细通道 中瞬时集中大量的热能，温度可高达一万摄氏度以上，压力也有急剧变化，从而使这一点工 作表面局部微量的金属材料立刻熔化、气化，并爆炸式地飞溅到工作液中，迅速冷凝，形成 固体的金属微粒，被工作液带走。这时在工件表面上便留下一个微小的凹坑痕迹，放电短暂停歇，两电极间工作液恢复绝缘状态。 紧接着，下一个脉冲电压又在两电极相对接近的另一点处击穿，产生火花放电，重复上 述过程。这样，虽然每个脉冲放电蚀除的金属量极少，但因每秒有成千上万次脉冲放电作用， 就能蚀除较多的金属，具有一定的生产率。在保持工具电极与工件之间恒定放电间隙的条件下，一边蚀除工件金属，一边使工具电极不断地向工件进给，最后便加工出与工具电极形状 相对应的形状来。因此，只要改变工具电极的形状和工具电极与工件之间的相对运动方式，就能加工出各种复杂的型面。 工具电极常用导电性良好、熔点较高、易加工的耐电蚀材料，如铜、石墨、铜钨合金和钼等。在加工过程中，工具电极也有损耗，但小于工件金属的蚀除量，甚至接近于无损耗。 工作液作为放电介质，在加工过程中还起着冷却、排屑等作用。常用的工作液是粘度较 1-工件；2-脉冲电源；3-自动进给调节装置；4-工具；5-工作液；6-过滤器；7-工作液泵 低、哥、性能稳定的介质，如煤油、去离子水和乳化液等。 图1电火花加工基本原理
江苏塞维斯数控设备有限公司 销售：江苏省苏州市平江区万达广场A座2604 电话：+86-512-67315567 生产：江苏省苏州市阳澄湖工业园凤阳路传真：+86-512-67316567 火花机加工常见问题 火花机加工常见问题 1、电极的损耗对加工精度的影响 在电火花机加工的过程中，电极会因为脉冲放电而受电腐蚀发生损耗，这样就可以了解和掌握电极的损耗规律，应当尽量采取多种方法以减少电极的损耗，以保证模具的加工精度会更高。电火花加工时，电极的不同部位其损耗情况也是不同的，通常在尖角、棱边等凸起部位的电场强度较高，容易形成尖端放电的现象，所以其损耗也要比平坦部位要快，损耗的不均匀必然会导致加工精度的下降。 同时电极的损耗还受到电极材料的热学物理常数影响。电极材料的熔点、沸点、比热容、熔化与气化潜热越高，导热系数越大，其耐腐蚀性越好，传热能力越强，这样就可以降低电极的损耗。 2、放电间隙对加工精度的影响 电火花机在加工时，电极和工件之间发生脉冲放电需要保持一定的放电间隙，沿加工轮廓上要相差一个放电间隙。放电间隙主要控制加工的稳定性，一般增大脉冲放电间隙的时间可以提高加工的稳定性。而提高峰值电流可以使生产率提高，但电极损耗将会加大。 表面变质层的加深，粗糙度也会变大。要使放电间隙保持稳定，必需使脉冲电源的电参数保持稳定，除此之外还应当使机床精度和刚度也要保持稳定，同时要特别注意电蚀产物引起的二次放电对放电间隙的影响。 3、对加工表面粗糙度的影响 电蚀表面的粗糙度的评定参数Ra是随着脉冲宽度和电流峰值的增大而增大。在一定的加工条件时，脉冲宽度和电流峰值的增大会使单个脉冲的能量增大，从而使得电蚀凹坑的断面尺寸增大，因此表面粗糙度主要取决于单个脉冲能量的大小。要减少表面粗糙度Ra的值，就必须减少单个脉冲的能量。 4、表面变化层对模具表面质量的影响 模具在经过电火花加工之后的表面将会产生表面变化层。凝固层是工件的表层材料在脉冲放电的瞬时高温作用下发生熔化而没有被抛出，在脉冲
电火花加工技术 一：电火花技术概述 电火花加工是利用两极见脉冲放电时产生的电腐蚀现象，放电时局部瞬时产生的高温把金属蚀除下来。 早在十九世纪，人们就发现了电器开光的触点开闭时，以为放电，使接触部位烧蚀，造成接触面的损坏。这种放电引起的电极烧蚀现象叫做电腐蚀。起初，电腐蚀被认为是有害的，为减少和避免这种有害的电腐蚀，人们一直在研究电副食产生的原因和防止的办法。当人们掌握了它的规律之后，便创造条件，转害为益，把电腐蚀用于生产中。1870年，英国科学家普利斯特里最早发现电火花对金属的腐蚀作用。当两极产生放电的过程中，放电通道瞬时产生大量的热，足以使电极材料表面局部熔化或汽化，并在一定条件下，熔化或汽化的部分能抛离电极表面，形成放电腐蚀的坑穴。直到1934年，前苏联科学家拉扎连柯等把电火花对金属的腐蚀作用利用起来。 后来，人们进一步认识到，在液体介质中进行重复性脉冲放电时，能够对导电材料进行尺寸加工，因此，创立了“电火花加工法”。电火花加工技术作为特种加工领域的重要技术之一，最早应用于二战时期折断丝锥取出时的加工。随着人类进入信息化时代，电加工技术取得了突飞猛进的发展，可控性更高，数字化程度更好。 在中国电火花加工技术起步稍晚。根据中国的国情，实现电火花加工技术的原始创新是很困难的，只能采取引进消化吸收再创新的策
略，因为这套系统集成了很多学科领域的知识，如计算机的软硬件、微电子、数控、电力半导体、机械技术、电气技术等，是多方面、多学科集成的产品，是比较复杂的高科技产品。国内现在显然还没有一个能够独立进行原始创新的团队，因此注定要经历一个长时间痛苦的积淀过程，所以我认为中国的电火花技术创新之路别无选择。政府也越来越认识到高校已经不再是创新的主战场，必须依托企业才能实现。 制造业是一个传统行业。一个国家的发展终归要落脚于制造业，因此作为基础工业，制造业必定拥有永久的生命力，而电加工行业也不例外。随着各项技术的不断发展，电加工技术也在进步，至于一项技术能够发展多久，也要看这个行业中的人怎样去尽心敬业、钻研并推进它。 二: 加工原理及原理图 电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电 蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工，英文简称EDM。 电火花加工时，脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极，两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质（常用煤油或矿物油或去离子水）中。工具电极由自动进给调节装置控制，以保证工具与工件在正常加工时维持一很小的放电间隙（0.01～ 0.05mm）。当脉冲电压加到两极之间，便将当时条件下极间最近
第三章 电火花加工工艺规律 3.1 电火花加工的常用术语 电火花加工中常用的主要名词术语和符号如下： 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，有时简称电极。由于电极的材料常常是铜，因此又称为铜公(如图3-1所示)。 图3-1 电火花加工示意图2．放电间隙 放电间隙是放电时工具电极和工件间的距离，它的大小一般在0.01～0.5 mm 之间，粗加工时间隙较大，精加工时则较小。 3．脉冲宽度ti(μs) 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间隙两端的电压脉冲的持续时间(如图3-2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。 图3-2 脉 冲参数与脉冲电压、电流波形4．脉冲间隔to(μs)) 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3-2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。 5．放电时间(电流脉宽)te(μ s) 21—工具电极；2—工件； 3—脉冲电源；4—伺服进给系统
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 。 6．击穿延时t d (μs) 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t d ，工作液介质才能被击穿放电，这一小段时间t d 称为击穿延时(见图3-2)。击穿延时t d 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t d 就大；反之，工具过进给时，放电间隙变小，t d 也就小。 7．脉冲周期t P (μs) 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t P =t i +t o (见图3-2)。 8．脉冲频率f P (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t P 互为倒数，即 9．有效脉冲频率f e (HZ) 有效脉冲频率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λ 脉冲利用率λ是有效脉冲频率f e 与脉冲频率f p 之比，又称频率比，即亦即单位时间内 有效火花脉冲个数与该单位时间内的总脉冲个数之比。 11．脉宽系数τ 脉宽系数是脉冲宽度t i 与脉冲周期t p 之比，其计算公式为 12．占空比ψ 占空比是脉冲宽度t i 与脉冲间隔t o 之比，ψ=t i /t o 。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(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(见图3-2)。一般晶体管方波脉冲电源的峰值电压=60～80 V ，高低压复合脉冲电源的高压峰值电压为175～300 V 。峰值电压高时，放电间隙大，生产率高，但成形复制精度较差。 14．火花维持电压 火花维持电压是每次火花击穿后，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(见图3-2)。 15．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。 16．加工电流I(A) 加工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。 17．短路电流Is(A) p p 1t f = p e f f =λo i i p i t t t t t +==τ
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电火花加工 1.概述 电火花加工是一种自激放电，故又称放电加工（EDM）,于20世纪40年代开始研究并逐步应用于生产，是目前机械制造业中应用最广泛的特种加工方法之一，在难切削材料、复杂型面零件等的加工中得到了广泛应用。 2.原理 火花放电的两个电极间在放电前具较高的电压，当两电极接近时，其间介质被击穿后，随即发生火花放电。伴随击穿过程，两电极间的电阻急剧变小，两极之间的电压也随之急剧变低。火花通道必须在维持暂短的时间(通常为后及时熄灭，才可保持火花放电的“冷极”特性(即通道能量转换的热能来不及传至电极纵深)，使通道能量作用于极小范围。通道能量的作用，可使电极局部被腐蚀。利用火花放电时产生的腐蚀现象对材料进行尺寸加工的方法，叫电火花加工。电火花加工是在较低的电压范围内，在液体介质中的火花放电。 3.特点 1.脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。不受材料硬度影响，不受热处理状况影响。 2.脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围小。 3.加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极小。工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易。 4.可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。基于.上述特点，电火花加工的主要用途有以下几项: 1)制造冲模、塑料模、锻模和压铸模。 2)加工小孔、畸形孔以及在硬质合金上加工螺纹螺孔。 3)在金属板材上切割出零件。4)加工窄缝。 5)磨削平面和圆面。
太全了！慢走丝线切割加工中常见问题及解决方法 一、断丝 1.放电状态不佳——降低 P 值，如果 P 值降低幅度较大仍断丝，可考虑降低 I 值，直至不断丝。此操作会降低加工效率，如果频繁断丝，请参考以下内容，找出导致断丝的根本原因。 2.冲液状态不好，如上下喷嘴不能贴面加工，或者开放式加工时，通常断丝位置在加工区域。——降低 P 值，并检查上下喷水嘴是否损坏,如损坏请及时更换。 3.导电块磨损严重或太脏，通常断丝位置在导电块附近。——旋转或更换导电块，并进行清洗。 4.导丝部太脏，造成刮丝，通常断丝位置在导丝部附近。——清洗导丝部件。 5.张力太大——调低参数中的丝张力FW，尤其是锥度切割时。 6.电极丝、工件材料质量有问题。——更换电极丝、降低P和I 值，直至不断丝。 7.废丝桶中的废丝溢出，和机床或者底面接触，造成短路，通常刚刚启动加工就会断丝。——将溢出的废丝放回废丝桶，并及时清理废丝桶。 8.收丝轮处断丝——检查收丝轮的压丝比，标准值为1：1.5～1.6 。 9.导电块冷却水不充分，通常断丝位置在导电块附近——检查冷却水回路。 10.去离子水导电率过高，通常断丝位置在加工区域——检查水的导电率，如超差，应及时更换树脂。11.去离子水水质差，通常断丝位置在加工区域。——水箱中水出现浑浊或异味，或者加入机床的纯净水有问题，应及时清理水箱，更
换过滤纸芯。12.丝被拉断，下机头陶瓷导轮处有废丝嵌入或导轮轴承运转不灵活。——清理并重新调整安装陶瓷导轮，必要时更换导轮轴承。13.平衡轮抖动过大，运丝不平稳。——校正丝速，用张力计校正丝张力。 二、加工速度低 1.未按标准工艺加工，上下喷嘴距离工件高于0.1mm——尽可能贴面加工。 2.创建的工艺文件不正确。——正确输入相关的加工要求，生成合理的工艺文件。 3.修改了加工参数，尤其是降低了 P、I 值过多会导致加工速度大幅降低。——需合理修改放电工艺参数。 4.冲液状态不好，达不到标准冲液压力。——如确实不能贴面加工，需正确认识加工速度。 5.工件变形导致加工时放电状态不稳定，尤其是修切。——合理安排工艺，控制材料变形。 6.如果参数里选择了ACO（自动过程优化），在加工不稳定的情况下会降低加工效率。——在切割稳定的情况下，可取消 ACO 功能。 7.对于拐角较多的工件，使用高精度参数可获得较高的精度，但会降低效率。——适当降低拐角策略 STR 值，可提高加工速度。 8.模式30 加工，放电稳定性不好，速度慢-----修改参数 UHP，可提高2个值。 9.修切速度慢。——可将每刀的相对加工量改小一点，如要提高修切一的速度，可将主切的偏移量改小0.005mm～0.01mm。10.主切切割效率较之前下降。——及时对机床进行维护保养。
电火花成形型腔加工工艺规程 一般模具的完整加工工艺内容包括切削加工、热处理、电加工、线切割、冷挤、钳制、钳装、校模等。 而需要电火花加工的型腔类模具（如注塑模、锻压模等），其工艺规程可以归纳如表5-10所示。 表5-10 电火花成形型腔加工工艺规程 序 号 工序内容说明 1 工艺分析对零件图进行分析，了解零件的结构特征、几何形 状、材材质特点和加工精度 2 选择加工 方法根据加工对象的形状、尺寸、精度及表面粗糙度等要求选择加工方法，如单电极平动法、多电极更换法、分解电极法等 3 选择加工 设备根据加工对象和加工方法选择加工设备，如设备的大小、、定位、精度、自动化程度、电源形式和功率，是否配有平动头或侧向加工装置等 4 选择电极 材料根据加工对象选择电极材料。加工精度要求不高，大、中型多采用石墨材料电极，中、小型腔窄槽、花纹及图案等多采用紫铜1采用电极微信公众号：hcsteel 5 设计电极按图样要求，并根据型腔的形状、选择的加工方法、
选择的电规准等，设计电极横截面和纵截面尺寸及公差 6 电极加工 制根据电极的材料、电极的制作精度、尺寸大小、加工批量、生产周期等选择电极制造方法，如机械切削加工、压力振动加工、电铸加工、液压成形等 7 工件准备对工件进行电火花加工前的金属切削加工、钻孔、 攻螺纹、磨平面、退磁、去锈等 8 工件热处 理对需要淬火处理的型腔，根据精度要求安排热处理工序。如型腔精度要求不高，或淬火变形影响较小，可将热处理安排在电火花加工之后进行 9 装夹与定 位根据工件的尺寸和外形，选择或制造工件的定位基准，准备电极装夹夹具，对电极进行装夹，校正调整电极的角度和轴心线。然后，对工件进行定位和夹紧 10 1选用电 规准依据加工零件的尺寸精度、形位精度及表面粗糙度要求，选用合理的电加工参数 11 开机加工选择加工极性，调整机床，保持适当的液面高度， 调节电规准，保持适当的电流，调节进给速度、充 油压力等。随时检查工作稳定情况，正确操作 12 加工结束进行清理并检查零件是否符合加工要求
电火花加工及其脉冲功率电源得研究 电火花加工又称放电加工（electrical discharge machining,简称EDM），由于其能进行难切削材料与复杂形状零件得加工，而得到广泛得应用。其中最主要得部分就是脉冲电源，脉冲电源得技术性能好坏直接影响电火花成形加工得各项工艺指标，如加工质量精度、加工速度、电极损耗等。本文将对电火花加工得原理及其脉冲电源进行简要介绍与研究。 一、电火花加工得工作原理 进行电火花加工时，工具电极与工件分别接脉冲电源得两极，并浸入工作液中，或将工作液充入放电间隙。通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给，当两电极间得间隙达到一定距离时，两电极上施加得脉冲电压将工作液击穿，产生火花放电。在放电得微细通道中瞬时集中大量得热能，温度可高达一万摄氏度以上，压力也有急剧变化，从而使这一点工作表面局部微量得金属材料立刻熔化、气化，并爆炸式地飞溅到工作液中，迅速冷凝，形成固体得金属微粒，被工作液带走。这时在工件表面上便留下一个微小得凹坑痕迹，放电短暂停歇，两电极间工作液恢复绝缘状态。 紧接着，下一个脉冲电压又在两电极相对接近得另一点处击穿，产生火花放电，重复上述过程。这样，虽然每个脉冲放电蚀除得金属量极少，但因每秒有成千上万次脉冲放电作用，就能蚀除较多得金属，具有一定得生产率。在保持工具电极与工件之间恒定放电间隙得条件下，一边蚀除工件金属，一边使工具电极不断地向工件进给，最后便加工出与工具电极形状相对应得形状来。因此，只要改变工具电极得形状与工具电极与工件之间得相对运动方式，就能加工出各种复杂得型面。 工具电极常用导电性良好、熔点较高、易加工得耐电蚀材料，如铜、石墨、铜钨合金与钼等。在加工过程中，工具电极也有损耗，但小于工件金属得蚀除量，甚至接近于无损耗。 工作液作为放电介质，在加工过程中还起着冷却、排屑等作用。常用得工作液就是粘度较低、闪点较高、性能稳定得介质，如煤油、去离子水与乳化液等。 图1电火花加工基本原理 1-工件；2-脉冲电源；3-自动进给调节装置；4-工具；5-工作液；6-过滤器；7-工作液泵
第1期(总第152期) 2009年2月机械工程与自动化 M ECHA N ICAL EN GI NEER IN G & AU T O M A T IO N N o.1F eb. 文章编号:1672-6413(2009)01-0148-03 单脉冲电火花加工电源的设计 叶明国,杨胜强,曹明让,王燕青,马丽华 (太原理工大学,山西 太原 030024) 摘要:单脉冲放电对电火花放电加工机理的研究具有重要的意义,通过对单脉冲放电凹坑的研究可以定性或是定量地分析蚀除率、表面粗糙度与电参数的关系。适合于课题研究目的的单脉冲放电电源是对单脉冲电火花加工机理深入分析的关键,详细地介绍了一种实验室单脉冲电源的制作方法。关键词:电火花加工;单脉冲电源;单片机中图分类号:T G66 文献标识码:B 收稿日期:2008-06-05;修回日期:2008-09-27 作者简介:叶明国(1979-),男,山东烟台人,在读硕士研究生,研究方向:表面光整加工技术。 0 引言 电火花放电时,电极表面的材料究竟是怎样被蚀除下来的,这一微观过程的物理本质即是所谓电火花加工的机理。在实际加工过程中,电火花小孔加工是在连续脉冲放电条件下进行的。连续脉冲放电加工是一个非常复杂的物理过程,很难确定各个因素对放电的具体影响,而单脉冲放电可以很好地用来分析各个参数对放电过程的影响。 研究单脉冲放电加工是研究电火花放电加工机理的基础,通过对单脉冲放电凹坑的微观因素的研究,我们可以更好地认识在连续脉冲下电火花的加工机理[1] 。但是进行单脉冲放电的研究必须要有满足实验目的的单脉冲放电电源。此文将详细介绍一种用于放电加工机理研究的单脉冲电源制作方法。1 单脉冲电火花加工电源的电路设计1.1 单脉冲电火花加工电源的设计方案 晶体管脉冲电源自发明以来,因电极损耗低、生产率高、工作稳定性好和加工质量高等优点而一直被广泛应用。它是利用功率晶体管作为开关元件而获得的单向脉冲,并且具有脉冲频率高、脉冲参数容易调节、脉冲波形好以及自适应控制等优点[2]。在脉冲波形上人们也相继应用了矩形波、阶梯波、三角波以及梯形波等,各种波型虽然各有优点,但矩形波脉冲电源因其波形稳定、易控、易实现且生产率较高而被广泛采用。 在电火花加工中,脉冲参数与单脉冲放电能量有密切的关系。单个脉冲的能量若达到10-6J 就可加工出直径 0.001mm 的超微孔。脉冲参数的精确控制和脉冲放电能量的利用效率对单脉冲放电实验的工艺指标有直接的影响。所以单脉冲电源设计需要满足以下 要求: 脉冲电压的上升沿和下降沿波形要陡; 脉冲的主要参数在很大范围内可调且控制精度高; 脉冲电源要工作稳定可靠,元器件性价比要高,制作简单,体积要小。基于上述原因确定的单脉冲电源的设计方案见图1。 图1 单脉冲电源的设计方案 1.2 控制脉冲信号电路及抗干扰设计 采用以PIC16F877单片机为核心的电路来产生脉冲信号。PIC16F877内采用了哈佛总线结构,即在芯片内部将数据总线和指令总线分离,能使脉冲参数在很大的 s 范围内变化。它的指令具有单字节、单周期的特点,有利于提高CPU 执行指令的速度,且内置高速振荡电路,使得晶振最高可达20MHz ,是典型的供实验使用的芯片。 PIC16F877及光耦电路见图2。其工作原理如下:在各个电子元件处于正常工作状态且外接火花放电电压时,若PIC 处于复位状态,按一下SW1开关,单脉冲电源就会输出一个放电脉冲。若要输出下一个,则需按SW 1使PIC 复位后,再按SW1即可。本设计可以产生多种不同的脉宽,它是通过拨码开关来选择的,最多可达32种。
火花机常见故除方法障原因及排 1、可正常开机操作但萤幕无画面显示 萤幕信号线或电源线接触不良或脱落，面板萤幕电源开关故障，萤幕故障 重接信号线或电源线，更换电源开关，更换萤幕 2、火花机放电退刀 正负切换继电器动作不确实或灰尘沾染，EPG01信号板故障，晶体板信号线接触不良或脱落，电极夹头绝缘片破裂或脏污 更换或清洁继电器，更换EPG01信号板，重接信号线，更换绝缘片或清洁夹头 3、火花机无法开机机台无法动作 总电源无输入，电源插头没插，好无熔丝开关跳脱 系统程式故障，输入当地三相电源，将电源插头插妥，将无熔丝开关板回ON位置，重新安装系统程式 4、火花机放电电流不正确 晶体板上继电器故障，EIB逻辑板故障 更换继电器，更换EIB逻辑板 5、电火花机键盘无法操作 键盘线接触不良或脱落，键盘电路板EKB01故障，电脑程式不完整 重新插好键盘线，更换键盘EKB01电路板，重新复制系统程式 6、电火花机可以开机，键盘可操作但三轴无法移动 紧急开关故障，紧急信号无法解除，压到第二道极限保护开关，DC 24V 3A保护开关跳脱 更换紧急开关，关闭电源，用手将轴转离第二道极限保护开关，压回3A保护开关
7、火花机三轴移位至各轴极限时会经常碰到第二道极限开关使三轴无法动作 二道极限开关相隔距离太近，将第一道极限开关与第二道极限开关距离拉开 8、门板缝漏油太多 海绵条安装不良或老化，重新安装海绵条或更换 9、火花机三轴移动时有急冲现象 伺服板ESV01故障，伺服马达之信号回授线接触不良或脱落，伺服马达故障，解码板故障更换ESV01伺服板，重接信号回授线，更换伺服马达，更换解码板(EXE01) 10、火花机加工资料无法存取 磁碟机或磁碟片故障，程式储存过多，更换磁碟机或磁碟片，删除过多之程式 11、开机后防火警报一直响无论是否在侦测状态下 灭火器下方黑盒子内的开关接点开路，红外线侦测器故障，外在环境光线反射 调整黑盒子的角度使开关接点短路，更换红外线侦测器，避开反射光线 12、火花机进油时电磁开关有杂音 电磁开关内部沾染铁屑或故障 拆开电磁开关，清除内部铁屑或换新 13、开机后碰边警报一直响电极与工件并无接触 电极夹头绝缘片破裂或脏污，正负切换继电器动作不确实或灰尘沾染，保护开关跳脱 更换绝缘片或清洁夹头，更换或清洁继电器，押回保护开关 14、火花机寻边或寻中心动作中断，出现伺服停止讯息 电极或工件表面不干净，清洁电极或工作表面
电火花加工工艺 模具制造行业中,电火花加工是一种很很普通和极重要的加工方法之一:其加工原理是电极(阳极)进入钢件(阴极)成型的一个过程.为了提高具制作效率和加工质量,火花加工工艺越需要规范化,合理化. 一.放电加工的工艺流程. 1).仔细审图,确定加工方向,加工尺寸. 2).去除工件,铜公毛刺,清洁磁台,以便找数的准确性,确保加工出来之产品误差减小到最小.. 3).装夹并校正工件,铜公,并找出加工坐标. 4).根据加工工位的实际情况,合理地选用各参数,以便达到最好的加工效果和最快的加工效率.[下载自管理资源吧] 5)根据加工工位的排渣的难易度选择冲油方,式切忌过猛和逆向冲油,否则会导致积碳的产生而损坏工件和过猛冲油引起放电不均而使工件深度不一. 6).放前可模拟试放一次,可确认现加工中的坐标是否与图纸要求的数据相符,尽早地发现由于错误加工带来不必要的损失.当确定准确无误,方可开始放电加工. 7).开始放电之后,还应检查各参数设定是否合理,可根据加工情况修改不合理之参数,以达到最好的加工效果. 8).开始放电之后,要保证勤巡加工,确保加工中出现的不良状况能得到实时解决. 9).当工件加工完之后,仔细检查加工形状,加工尺寸是否与要求相符,确保加工出来之工件质量无误. 二.放电参数的主要攻能及它的设定选择: 1).电流:(又叫低压电流)它主要决定加工速度和表面精细度,设定值愈大,加工速度愈快,表面粗细度就愈精;反之,则速度慢,表面精细度愈细.当加工时,可根据放电的余量和铜公的数量(一般可粗,中,精三种,特殊则只为一个粗或一个精公),以及加工的实际情况来设定所需之电流.在允许范围内,书量用到偏大范围,这样可保证加工效率. 2).放电幅:由于机床的不同,它分为分段式和直接输入式两种.总之,它所表示的设定值愈小,表示放电频率高,加工物表面精细度愈细,电极消耗愈大;反之放电频率低,加工物表面粗细度愈粗,电极消耗愈小.可根据实际情况配合电流的大小使用,设定电幅时,选择放电时间长短,与电流配合可决定工件表面粗细度.电极消耗,加工速度,在同一电流放电时,放电时间愈短,表面精度愈佳.但电极消耗较大,放电时间长,表面精度愈粗.但电极消耗较大,低消耗加工时,放电时间
电火花加工基础知识 电火花加工是直接利用电能对零件进行加工的一种方法。 加工原理：当工具电极与工件电极在绝缘体中靠近达到一定距离时，形成脉冲放电，在放电通道中瞬时产生大量热能，使工件局部金属熔化甚至气化，并在放电爆炸力的作用下，把熔化的金属抛出，达到蚀除金属的目的。 电火花加工设备应由以下部分组成： 1.脉冲电源。脉冲电源是放电蚀除的供能装置，它产生具有足够大能量密度的电脉冲，加在工件与工具电极上，产生脉冲放电。 2.间隙自动调节器。为使工件与工具电极间的脉冲放电正常进行，就必须使其保持一定间隙。间隙过大，工作电压击不穿液体介质；间隙过小，则形成短路，也无法放电。因此，必须用间隙自动调节器，自动调节极间距离，使工具电极的进给速度与电蚀速度相适应。 3.机床本体。用来实现工件和工具电极的装夹、固定及调整其相对位置精度等的机械系统。 4.工作液及其循环过滤系统。火花放电必须在绝缘液体介质中进行，否则，不能击穿液体介质，形成放电通道，也不能排除悬浮的金属微粒和冷却表面。 电火花加工方式很多，常见的有成型加工、穿孔加工、电火花切割加工、电火花磨削以及电火花雕刻花纹等。 （一）电火花成型加工机床 主要由脉冲电源箱、工作液箱和机床本体组成。 机床本体由主轴头、工作台、床身和立柱组成。其中，主轴头是电火花成型加工机床的关键部件，它和间隙自动调节装置组成一体。主轴头的性能直接影响电火花成形加工的加工精度和表面质量。 工作台的作用是支承和装夹工件。 （二）电火花切割加工机床 电火花切割加工机床是利用一根运动着的金属丝（钼丝或硬性黄铜丝），作为工具电极，在工具电极和工件电极之间通以脉冲电流，使之产生电腐蚀，工件被切割成所需要的形状。 数控电火花切割机床由机床本体、数控装置、脉冲电源和工作液循环系统四大部分组成。其中，坐标工作台由上、下两层拖板构成，两层拖板的长丝杠分别由两个步进电动机驱动，工作台上装有工件安放架。
一、填空题（15分，每空1分） 1、特种加工主要采用机械能以外的其他能量去除工件上多余的材料，以达到 图样上全部技术要求。（1分） 2、电火花加工原理是基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时 的电腐蚀现象，来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状和表面质量等预定的加工要求。（2分） 3、电火花加工系统主要由工件和工具、脉冲电源、自动进给和调节装置 几部分组成。（3分） 4、在电火花加工中，提高电蚀量和加工效率的电参数途径有：提高脉冲频率、 增加单个脉冲能量、减少脉冲间隔。（3分） 5、电火花加工的表面质量主要是指被加工零件的表面粗糙度、表面变质层、 表面力学性能。（3分） 6、电火花加工的自动进给调节系统主要由以下几部分组成：测量环节、比较 环节、放大驱动环节、执行环节、调节对象。（3分） 7、电火花成型加工的自动进给调节系统，主要包含伺服进给控制系统和参 数控制系统。（2分） 8、电火花加工是利用电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，其应用范围分为两大类：穿孔加工、型腔加工。（2分）9、线切割加工是利用移动的、作为负极的、线状电极丝和工件之间的脉冲放 电所产生的电腐蚀作用，对工件加工的一种工艺方法。（2分） 10、快走丝线切割机床的工作液广泛采用的是乳化液，其注入方式为喷入式。（2分） 11、线切割机床走丝机构的作用：是使电极丝以一定的速度运动，并保持一定 的张力。（2分） 12、线切割控制系统作用主要是：1）自动控制电极丝相对于工件的运动轨迹； 2）自动控制伺服的进给速度。（2分） 13、快速成形技术（RP）最早产生于二十世纪70年代末到80年代初，目前RP 技术的主流是： SLA立体光造型、LOM薄材叠层制造、SLS激光烧结、FDM 熔融成型四种技术。（4分） 14、快速成型的数据接口主要有：快速成型技术标准数据格式即STL格式和快 速成型设备的通用数据接口即CLI 格式。（2分） 二、判断题（15分，每题1分） 1、目前线切割加工时应用较普遍的工作液是煤油。（错） 2、在型号为DK7740的数控电火花线切割机床中，D表示电加工机床。（对） 3、线切割机床通常分为两大类，一类是快走丝，另一类是慢走丝。（对） 4、3B代码编程法是最先进的电火花线切割编程方法。（错） 5、离子束加工必须在真空条件下进行。（对） 6、电火花加工中的吸附效应都发生在阴极上。（错） 7、线切割加工一般采用负极性加工。（错）
电火花线切割机常见故障诊断及排除方法 .CHINA-NTM.技术交流2008年3月11日 作者：淑惠，黄东强 燕大汽车附件厂 1 电火花线切割机故障诊断原则 1.1 先外部后部 随着电火花加工机床控制系统的不断改进，控制部分出现故障的几率越来越小，而绝大部分故障的发生都不是单板机或其他核心部分控制与触发电路造成的，而是由于外部电路或器件损坏而引起的。因此，维修人员应先从外部着手逐步向进行排查。不要随意地拆卸触发电路板、更改系统参数设置、任意调整运行模式等，这可能会导致新的故障产生。 1.2 先机械后电气 电火花加工机床最容易出现机械方面的故障，而这些故障往往也不容易被发现，易损件造成的故障就是一个典型例子。因此，维修人员要针对发生故障的局部围，首先从机械部分入手，仔细观察，认真排查故障，如是否有裂纹、松动、断裂、割裂等。而不是立即检查电路是否断路、短路，元器件是否损坏等电气故障。
1.3 先理论后实践 电火花加工机床的控制电路相对来说并不太复杂，这使得有些维修人员不看厂家提供的原理图、不分析故障产生的根本原因，盲目地进行带电维修操作，这会导致故障进一步的扩大。维修人员应在了解故障情况的基础上，认真分析故障产生的原因，从理论上弄清解决该故障的方法，然后才能付诸实践。 1.4 先简单后复杂 有些故障的产生是多种因素造成的。此时，应遵从先简单后复杂的程序，先解决难度小的故障，妥善处理好这些隐患后，再解决难度大的故障。在解决难度大的故障时，也应将其化整为零，先解决其简单部分，再处理复杂的部分。往往简单的问题解决后，难度大的问题也可能随之解决了。 2 电火花线切割机故障排除方法 2.1 例行检查法 例行检测法是指维修人员对设备启动前所进行的例行检查。具体包括以下几个方面： （1）电源 查看电火花线切割机的进线电源，其电压波动是否在±10%围、高次谐波是否严重、功率因素的大小、是否需安装稳压电源等。 （2）线切割加工液