1、学习目标：学习目标： 通过本章的学习了解电加工、激光加工、电通过本章的学习了解电加工、激光加工、电子束加工、离子束加工、电解磨削、超声波加工子束加工、离子束加工、电解磨削、超声波加工及高速加工的概念、原理、特点及应用。及高速加工的概念、原理、特点及应用。先进加工技术是指区别于传统切削加工方法，先进加工技术是指区别于传统切削加工方法，利用化学、物理（电、光、热、磁）或电化学等方利用化学、物理（电、光、热、磁）或电化学等方法对工件材料进行高速、精密加工的一系列加工方法对工件材料进行高速、精密加工的一系列加工方法的总称。法的总称。第六章第六章 先进加工技术先进加工技术电加工技术的发展背景电加工技术的 2、发展背景 电加工已经经历了半个多世纪的发展，随着电加工技电加工已经经历了半个多世纪的发展，随着电加工技术和机床结构的不断发展，机床的将精度和加工效率也得术和机床结构的不断发展，机床的将精度和加工效率也得到了不断提高。到了不断提高。 近十年来，随着材料科学技术、信息技术等高新技术近十年来，随着材料科学技术、信息技术等高新技术的发展，电加工技术也向着更深层次、更高水平的方向发的发展，电加工技术也向着更深层次、更高水平的方向发展，成为先进制造技术中不可或缺的重要组成部分。展，成为先进制造技术中不可或缺的重要组成部分。 目前，电加工机床在我国各类数控机床中占有相当大目前，电加工机床在我国各类数控机床中 3、占有相当大的比例，今后仍将具有广阔的使用前景。的比例，今后仍将具有广阔的使用前景。第六章第六章 先进加工技术先进加工技术第六章第六章 先进加工技术先进加工技术|一、概念一、概念 电加工是二十世纪四十年代由前苏联科学家拉扎连柯电加工是二十世纪四十年代由前苏联科学家拉扎连柯根据有害的电腐蚀现象发明的。根据有害的电腐蚀现象发明的。用铜丝在淬火钢上加工出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。首小孔，实现了用软金属工具加工任何硬度的金属材料。首次摆脱了传统的切削加工方法，直接利用电能和热能来去次摆脱了传统的切削加工方法，直接利用电能和热能来去除金属，获得了除金属，获得了“ 4、以柔克刚以柔克刚”的效果。的效果。第一节第一节 电加工电加工第六章第六章 先进加工技术先进加工技术1.电加工电加工 电加工主要是指利用电的各种效应（电能、电化学能、电加工主要是指利用电的各种效应（电能、电化学能、电热能、电光能等）对金属材料进行加工的一种方式。电热能、电光能等）对金属材料进行加工的一种方式。电电加工包括加工包括电蚀加工（电火花成形加工和线切割加工）、电电蚀加工（电火花成形加工和线切割加工）、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）等削、电热整平）等。从狭义而言，电加工一般指直接利用。从狭义而言，电加工一 5、般指直接利用电能（放电）对金属材料进行加工的一种方式，主要有电电能（放电）对金属材料进行加工的一种方式，主要有电火花成形加工、线电极切割、电抛光、电解磨削加工。火花成形加工、线电极切割、电抛光、电解磨削加工。第六章第六章 先进加工技术先进加工技术|2.电火花加工电火花加工|电火花加工电火花加工（Electrical Discharge Machining，简称，简称EDM）：在加工的过程中）：在加工的过程中，使工具和工件之间不断产生脉冲，使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，通常也称为来，通常也称 6、为放电加工放电加工或或电蚀加工电蚀加工。|包括使用模具电极的包括使用模具电极的成形加工成形加工和使用电极丝的和使用电极丝的线切割加工线切割加工。 第六章第六章 先进加工技术先进加工技术3.3.电火花线切割加工电火花线切割加工 电火花线切割加工是在电火花加工的基础上发展起电火花线切割加工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）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，电火花线切割机床根据数控编程指令进作为工具电极，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。行切割，加工出满足技术要求的工件。二、电火花加工的类型二 7、、电火花加工的类型 按照工具电极和工件相对运动方式与用途的不同，大致可按照工具电极和工件相对运动方式与用途的不同，大致可分为分为电火花穿孔成形加工、电火花线切割、电火花磨削和镗削、电火花穿孔成形加工、电火花线切割、电火花磨削和镗削、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花同步共轭回转加工、电火花高速小孔加工、电火花表面电火花表面强化与刻字六大类。强化与刻字六大类。 前五类属于电火花成形、尺寸加工，是用于改变零件形状前五类属于电火花成形、尺寸加工，是用于改变零件形状或尺寸的加工方法；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。后者则属表面加工方法，用于改善或改 8、变零件表面性质。 以上以电火花穿孔成形加工和电火花线切割应用最为广泛。以上以电火花穿孔成形加工和电火花线切割应用最为广泛。第六章第六章 先进加工技术先进加工技术1）原理）原理：利用工件与电极之间脉冲放电时的电腐蚀：利用工件与电极之间脉冲放电时的电腐蚀现象，并有控制地去除工件材料，以达到一定的形现象，并有控制地去除工件材料，以达到一定的形状、尺寸和表面粗糙度要求。状、尺寸和表面粗糙度要求。 与传统的机械切削加工原理不同，在加工过程中，工具电极与与传统的机械切削加工原理不同，在加工过程中，工具电极与工件并不接触。当工具电极工件并不接触。当工具电极2与工件电极与工件电极4在绝缘介质中相互接近，在绝缘 9、介质中相互接近，当达到某一小距离时脉冲电源当达到某一小距离时脉冲电源7上施加的电压把两电极间距离最小上施加的电压把两电极间距离最小处的介质击穿，这样便形成的脉冲放电，产生局部瞬时高温，将电处的介质击穿，这样便形成的脉冲放电，产生局部瞬时高温，将电极对的金属材料蚀除。两电极不断重复接近极对的金属材料蚀除。两电极不断重复接近放电放电蚀除的过蚀除的过程，就可加工出完整的工件。程，就可加工出完整的工件。脉冲电源工具电极工件电极脉冲电源工具电极工件电极 “负极性负极性”接线法 “正极性正极性”接线法图 电火花加工原理示意图电火花加工原理示意图工具负极工具负极工具正极工具正极工件表面由无工件表面由无数小凹 10、坑组成数小凹坑组成第六章第六章 先进加工技术先进加工技术(a) 单脉冲放电凹坑(b) 多脉冲放电凹坑电火花加工表面变化层电火花加工表面变化层基体金属热影响层熔化层电火花加工表面u表面变化层的厚度表面变化层的厚度大约在大约在0.010.5 mm;u熔化层熔化层(0.010.1 mm)和热影响层和热影响层(无金无金相组织变化相组织变化)第六章第六章 先进加工技术先进加工技术 介质的击穿与放电通道的形成介质的击穿与放电通道的形成 能量的转换、分布与传递能量的转换、分布与传递 电极材料的抛出电极材料的抛出 极间介质的消电离极间介质的消电离第六章第六章 先进加工技术先进加工技术极间放电电流密度要足够高（ 11、约极间放电电流密度要足够高（约106 108 A/cm2），能使放电点金），能使放电点金属熔化和汽化。属熔化和汽化。 极间放电是瞬时脉冲性的。极间放电是瞬时脉冲性的。 每一次放电结束后能及时消电离每一次放电结束后能及时消电离恢复其介电性能（极间必须有绝缘恢复其介电性能（极间必须有绝缘强度较高的液体介质）。强度较高的液体介质）。工具电极和工件之间必须保持一定的间隙，可自工具电极和工件之间必须保持一定的间隙，可自动调节，以确保极间电压能击穿极间介质，又不会动调节，以确保极间电压能击穿极间介质，又不会形成短路接触。形成短路接触。第六章第六章 先进加工技术先进加工技术电火花加工需解决的问题电火花加工需 12、解决的问题u电极之间始终电极之间始终保持确定的距离保持确定的距离；u达到达到足够高的电流密度足够高的电流密度；u脉冲性放电脉冲性放电；u及时及时排除电蚀产物排除电蚀产物 电火花加工表面局部放大图电火花加工表面局部放大图(a) 单脉冲放电凹坑(b) 多脉冲放电凹坑 通过通过电力、磁力、热力、流体动力电力、磁力、热力、流体动力等综合作用，等综合作用，分四个阶段完成加工：分四个阶段完成加工：极间介质的极间介质的击穿形成放电击穿形成放电；介；介质的质的热分解热分解、电极材料的、电极材料的融化、气化热膨胀融化、气化热膨胀；蚀除产蚀除产物的抛出物的抛出；间隙；间隙介质消电离介质消电离。n (1) (1) 13、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。工具电极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，因此在微观表面是凹凸不平的，因此在两极间距离最近处电场强度两极间距离最近处电场强度最大最大。n 工具电极与工件电极之间充满着液体介质，工具电极与工件电极之间充满着液体介质，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，下，形成了带负电的粒子和带正电的粒子，电场 14、强度越大，带电粒子就越多，最终导致带电粒子就越多，最终导致液体介质电离、击穿，形成放电液体介质电离、击穿，形成放电通道。通道。2.电火花腐蚀加工的四个阶段电火花腐蚀加工的四个阶段 (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 液体介质被电离、击穿，形成放电通道后，通道间带负电的液体介质被电离、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，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。通道高温首先使先使工作液汽化，进而气化，然后高温向四周扩 15、散，使两电工作液汽化，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和金属蒸气瞬间体积猛增，形成了爆炸的特性。所以在观察，形成了爆炸的特性。所以在观察电火花加工时，可以看到电火花加工时，可以看到工件与工具电极间有冒烟现象，工件与工具电极间有冒烟现象，并并听到听到轻微的爆炸声轻微的爆炸声。n (3)(3)蚀除材料的抛出蚀除材料的抛出 正负电极间产生的电火花现象，使放电通道产正负电极间产生的电火花现象，使放电通道产生高温高生高温高压压。通道中心的压力最高，工作液和金属气化后不断向通道 16、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，高压力处的外膨胀，形成内外瞬间压力差，高压力处的熔融金属液熔融金属液体和蒸汽被排挤体和蒸汽被排挤，抛出放电通道，大部分被抛入到工作，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，可以看到液中。仔细观察电火花加工，可以看到桔红色的火花四桔红色的火花四溅溅，这就是被抛出的高温金属，这就是被抛出的高温金属熔滴和碎屑熔滴和碎屑。 (4) (4) 极间介质的消电离。极间介质的消电离。加工液体流入放电间隙，将加工液体流入放电间隙，将电蚀电蚀产物及残余的热量带走产物及残余的热量带走，并，并恢复绝缘恢复绝缘状态。状态。若电火花放电 17、过若电火花放电过程中产生的程中产生的电蚀产物来不及排除和扩散，产生的热量将不能电蚀产物来不及排除和扩散，产生的热量将不能及时传出及时传出，使该处介质局部过热，局部过热的工作液高温分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，并烧坏电极解、积炭，使加工无法继续进行，并烧坏电极。因此，。因此，为了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，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。使工作液介质消电离。消除上次放电对下次电蚀 18、影响消除上次放电对下次电蚀影响n 上述步骤上述步骤(1)(1)(4)(4)在一秒内约数千次甚至数万次地往复式进行，在一秒内约数千次甚至数万次地往复式进行，即即单个脉冲放电结束，经过一段时间间隔单个脉冲放电结束，经过一段时间间隔( (即脉冲间隔即脉冲间隔) )使工作液恢复绝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。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，故工件加工表面将当高的频率连续 19、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由无数个相互重叠的小凹坑组成( (如图所示如图所示) )。所以所以电火花加工是大量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。的微小放电痕迹逐渐累积而成的去除金属的加工方式。(a) 单脉冲放电凹坑(b) 多脉冲放电凹坑二二 、电火花加工的特点及分类、电火花加工的特点及分类1 1 电火花加工的特点电火花加工的特点p适用的适用的材料范围广材料范围广；p适于加工适于加工特殊及复杂形状的零件特殊及复杂形状的零件；p可以在同一台机可以在同一台机床连续进行粗、半精及精加工床连续进行粗、半精及精加工；p直接利用电能 20、直接利用电能进行加工，便于实现自动化进行加工，便于实现自动化. .电火花加工的实例电火花加工的实例电火花加工的事例电火花加工的事例电电火火花花加加工工方方法法分分类类电火花加工方法分类电火花加工方法分类成形成形三、电火花加工工艺规律1 1 .影响影响加工速度加工速度的因素的因素1 1 极性效应极性效应( (电极的接法、电极材料电极的接法、电极材料););2 2 电参数的选择（脉冲宽度、脉冲间隙、峰值电流等）电参数的选择（脉冲宽度、脉冲间隙、峰值电流等）; ;3 3 加工件材料热学常数（导热系数、比热、密度等）。加工件材料热学常数（导热系数、比热、密度等）。加工速度加工速度的定义：的定义：单位时 21、间蚀除工件的体积。单位时间蚀除工件的体积。工具电极工具电极损耗速度损耗速度：单位时间电极损耗的体积。单位时间电极损耗的体积。损耗比：损耗比：工具电极损耗速度工具电极损耗速度/加工速度。加工速度。2600k 42%2400k 36%50008000k 21%2. 2. 影响影响加工精度加工精度的因素的因素主要由主要由机身的精度、工件的安装定位精度、加工工艺等机身的精度、工件的安装定位精度、加工工艺等。这。这里主要里主要讲放讲放电间隙电间隙、工具电极的损耗工具电极的损耗、及、及二次放电二次放电对加工精对加工精度的影响。度的影响。如果放电间隙如果放电间隙稳定可靠稳定可靠，则加工精度可用，则加工精度可 22、用修正电极修正电极来补偿。来补偿。否则会影响加工精度，特别是圆角和尖角处。否则会影响加工精度，特别是圆角和尖角处。电火花加工的实质：电火花加工的实质：就是将工具电极的部分或全部形状复制就是将工具电极的部分或全部形状复制到工件上。到工件上。工具电极的损耗工具电极的损耗是要影响形状和几何精度复制。是要影响形状和几何精度复制。一般精度一般精度0.010.05mm二次放电二次放电:是一种异常放电，主要是是一种异常放电，主要是由于蚀除产物由于蚀除产物等作用再次进等作用再次进行的行的非正常放电非正常放电。放电间隙、工具电极的损耗、及二次放电对加工精度的影响放电间隙、工具电极的损耗、及二次放电对加工精度的影 23、响加 工 电 极实 线 为 工 件 电 极 的理 论 形 状 、 尺 寸要 加 工 出 的 工 件 型 腔虚 线 为 工 件 电 极 修 正 后的 理 论 形 状 、 尺 寸3 .3 .影响加工表面质量的因素影响加工表面质量的因素表面光洁度：处理好表面光洁度：处理好加工速度与表面光洁度加工速度与表面光洁度的矛盾。的矛盾。工件材料对加工表面粗糙度也有影响工件材料对加工表面粗糙度也有影响:在相同条件下，比热、在相同条件下，比热、密度、熔点高的材料加工出的光洁度更高密度、熔点高的材料加工出的光洁度更高。电参数电参数脉冲宽度、脉冲间隙、脉冲能量和电极间的间隙脉冲宽度、脉冲间隙、脉冲能量和电极间的间隙对 24、对加工表面加工表面质量有较大影响。质量有较大影响。加工材料的物理性能加工材料的物理性能（熔点密度）（熔点密度）表面质量表面质量: :表面光洁度和表面力学性能表面光洁度和表面力学性能表面力学性能的影响：工件表面的组织和表面的残余应力等表面力学性能的影响：工件表面的组织和表面的残余应力等. . 电火花加工的特点：电火花加工的特点： 1）以柔克刚）以柔克刚 2）非接触加工）非接触加工，不存在宏观，不存在宏观“切切削力削力” 3）电脉冲参数可以任意调节）电脉冲参数可以任意调节 4）易于实现自动控制及自动化）易于实现自动控制及自动化电火花加工的应用范围：电火花加工的应用范围： 1）穿孔加工（异形孔及微孔 25、）穿孔加工（异形孔及微孔） 2）型腔加工）型腔加工 3）强化金属表面（凸凹模刃口）强化金属表面（凸凹模刃口） 4）磨削平面及圆柱面）磨削平面及圆柱面第六章第六章 先进加工技术先进加工技术名称：普通电火花名称：普通电火花 成型机床成型机床 型号：D7132N、40N、 50N、60N 名称：机电一体电火名称：机电一体电火 花成型机床花成型机床 型号：型号：D7125ND、32ND 名称：电火花高速穿孔机名称：电火花高速穿孔机| 组成：组成： 主轴头（最关键部件）主轴头（最关键部件） 床身床身 立柱立柱 工作台工作台 工作液槽等工作液槽等第六章第六章 先进加工技术先进加工技术| 也称为电脉冲发生器 26、也称为电脉冲发生器| 作用：输出具有足够能作用：输出具有足够能量的单向脉冲电流量的单向脉冲电流，即产，即产生电火花蚀除金属。生电火花蚀除金属。| 脉冲电源参数可调（粗、脉冲电源参数可调（粗、中、精、精微）中、精、精微）| 稳定性好稳定性好第六章第六章 先进加工技术先进加工技术|作用：确保工件与电极作用：确保工件与电极之间在加工过程中始终保之间在加工过程中始终保持一定的放电间隙，能自持一定的放电间隙，能自动补偿放电蚀除金属后间动补偿放电蚀除金属后间隙增大的部分。隙增大的部分。| 稳定性、灵敏度、快速稳定性、灵敏度、快速反应能力反应能力第六章第六章 先进加工技术先进加工技术喷嘴挡板式电液压自动调节 27、器工作原理10111298713Pt14151617123456P01液压箱；2溢流阀；3叶片液压泵；4电动机；5压力表；6滤油器；7节流阀；8喷嘴；9电机械转换器；10动圈；11静圈；12挡板；13压力14液压缸；15活塞；16工具电极；17工件A2A1第六章第六章 先进加工技术先进加工技术| 组成：贮油箱、电动机、泵、过滤器、工作液槽、组成：贮油箱、电动机、泵、过滤器、工作液槽、油杯、管道、阀门、压力表等。油杯、管道、阀门、压力表等。| 作用：排除电火花加工过程中不断产生的电蚀产作用：排除电火花加工过程中不断产生的电蚀产物物，提高电蚀过程的稳定性和加工速度，减小电极，提高电蚀过程的稳定性和 28、加工速度，减小电极损耗，确保加工精度和表面质量。损耗，确保加工精度和表面质量。工作液循环系统油路图124356712811补油抽油139101粗过滤器；2单向阀；3油泵；4电极；5安全阀；6压力表；7精过滤器；8压力调节阀；9射流抽吸管；10冲油选择阀；11快速进油控制阀；12冲油压力表；13抽油压力表冲油（1）平动头：常用附件）平动头：常用附件| 应用范围：主要应用于型腔模半精加工应用范围：主要应用于型腔模半精加工和精加工时精修侧面和精加工时精修侧面| 作用：提高仿形精度作用：提高仿形精度，保证加工稳定性，保证加工稳定性，有利于极间排屑，防止短路和烧弧等。有利于极间排屑，防止短路和烧弧等。第 29、六章第六章 先进加工技术先进加工技术(a) 机械式平动头机械式平动头 (b) 数控平动头数控平动头平动头调整间隙原理图平动头调整间隙原理图 (a) 电极在最左(b) 电极在最上(c) 电极在最右(e) 电极平动后的轨迹(d) 电极在最下电极（2）电极夹具：）电极夹具： 十字铰链式电极夹具调节装置十字铰链式电极夹具调节装置 球面（钢球）铰链式电极夹具调节装置球面（钢球）铰链式电极夹具调节装置 标准钻孔夹头标准钻孔夹头 标准螺纹夹头标准螺纹夹头| 作用：把工具电极装夹固定在主轴上作用：把工具电极装夹固定在主轴上，调节电极的轴线与主轴轴线重合或平行。调节电极的轴线与主轴轴线重合或平行。第六章第六章 30、先进加工技术先进加工技术第六章第六章 先进加工技术先进加工技术电火花机床常见功能电火花机床常见功能 加工视频加工视频Center searching(Inside)Center searching(Outside)Z-axis machining(Z-) Z-axis machining(Z+)Repeat machiningCorner machining角落加工重复加工Z轴垂直加工(Z+)Z轴垂直加工(Z-)寻找中心(外部)寻找中心(内部)旋转加工旋转加工旋转加工旋转加工旋转加工旋转加工Rotation machiningRotation machiningRotation machini 31、ngRotation machiningRotation machiningRotation machining旋转加工Rotation machiningSide machiningFan shap machiningStep machiningC-axis positioningmachining(optional)C-axis helical gearmachining(optional)侧面加工扇形加工等级化加工 C轴标示加工(特殊)C轴螺旋齿轮加工(特殊)1）极性效应：在电火花加工过程中）极性效应：在电火花加工过程中，由于，由于正、负极性不同而导致材料蚀除量不同的现正、负极性不同而导 32、致材料蚀除量不同的现象叫做象叫做。 第六章第六章 先进加工技术先进加工技术|正极性加工（精）：短脉冲正极性加工（精）：短脉冲加工，正极蚀除量较大，工件加工，正极蚀除量较大，工件接正极接正极| 负极性加工（粗、中精度）：负极性加工（粗、中精度）：较宽脉冲加工较宽脉冲加工，负极蚀除量较，负极蚀除量较大，工件接负极大，工件接负极第六章第六章 先进加工技术先进加工技术 电火花线切割加工（电火花线切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，简称，简称WEDM），有时又称线切割。其基本工），有时又称线切割。其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作 33、电极，作原理是利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。 在线切割中在线切割中，电极丝与高频脉冲电源的负极相接，工，电极丝与高频脉冲电源的负极相接，工件则与正极相接，利用线电极与工件之间产生的火花放电件则与正极相接，利用线电极与工件之间产生的火花放电而腐蚀工件。同时，按所需的形状移动，将一定形状的工而腐蚀工件。同时，按所需的形状移动，将一定形状的工件切割下来。件切割下来。 被切割的工件作为工件电极，钼丝作为工具电极，被切割的工件作为工件电极，钼丝作为工具电极，脉冲电源发出一连串的脉冲电压，加到工件电极和工脉冲 34、电源发出一连串的脉冲电压，加到工件电极和工具电极上。具电极上。 钼丝与工件之间施加足够的具有一定绝缘性能的钼丝与工件之间施加足够的具有一定绝缘性能的工作液。工作液。第六章第六章 先进加工技术先进加工技术 当钼丝与工件的距离小到一定程度时当钼丝与工件的距离小到一定程度时，在脉冲电压的作，在脉冲电压的作用下，工作液被击穿，在钼丝与工件之间形成瞬间放电通道，用下，工作液被击穿，在钼丝与工件之间形成瞬间放电通道，产生瞬时高温，使金属局部熔化甚至汽化而被蚀除下来。产生瞬时高温，使金属局部熔化甚至汽化而被蚀除下来。 若工作台带动工件不断进给，就能切割出所需要的形状。若工作台带动工件不断进给，就能切割出所需 35、要的形状。由于贮丝筒带动钼丝交替作正、反向的高速移动，所以钼丝由于贮丝筒带动钼丝交替作正、反向的高速移动，所以钼丝基本上不被蚀除，可使用较长的时间。基本上不被蚀除，可使用较长的时间。第六章第六章 先进加工技术先进加工技术 主要主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件用于加工各种形状复杂和精密细小的工件，例如，例如冲裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成形冲裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、样板、电火花成型加工用的金属电极，各种微细孔刀具、样板、电火花成型加工用的金属电极，各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等，具有加工余量小、加工精度高、槽、窄缝、任意曲线等，具有加工余量小 36、、加工精度高、生产周期短、制造成本低等突出优点，已在生产中获得广生产周期短、制造成本低等突出优点，已在生产中获得广泛的应用，目前国内外的电火花线切割机床已占电加工机泛的应用，目前国内外的电火花线切割机床已占电加工机床总数的床总数的60以上。以上。第六章第六章 先进加工技术先进加工技术2.电火花线切割加工电火花线切割加工 - 简史简史 1960年，苏联首先研制出靠模线切割机床。年，苏联首先研制出靠模线切割机床。 中国于中国于1961年也研制出类似的机床。年也研制出类似的机床。 早期的线切割机床采用电气靠模控制切割轨迹。早期的线切割机床采用电气靠模控制切割轨迹。 当时由于切割速度低，制造靠模比较困
37、难，仅用于在当时由于切割速度低，制造靠模比较困难，仅用于在电子工业中加工其他加工方法难以解决的窄缝等。电子工业中加工其他加工方法难以解决的窄缝等。 第六章第六章 先进加工技术先进加工技术 1966年，中国研制成功采用乳化液和快速走丝机年，中国研制成功采用乳化液和快速走丝机构的高速走丝线切割机床，并相继采用了数字控制和构的高速走丝线切割机床，并相继采用了数字控制和光电跟踪控制技术。光电跟踪控制技术。 此后，随着脉冲电源和数字控制技术的不断发展此后，随着脉冲电源和数字控制技术的不断发展以及多次切割工艺的应用，大大提高了切割速度和加以及多次切割工艺的应用，大大提高了切割速度和加工精度。工精度。 第六 38、章第六章 先进加工技术先进加工技术第六章第六章 先进加工技术先进加工技术3.电火花线切割加工电火花线切割加工 - 分类分类 （1）根据电极丝的运行速度不同，电火花线切割机床）根据电极丝的运行速度不同，电火花线切割机床通常分为两类：通常分为两类： 一类是高速走丝电火花线切割机床（一类是高速走丝电火花线切割机床（WEDM-HS），），其电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为其电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为810m/s，电，电极丝可重复使用，加工速度较高，但快速走丝容易造成电极极丝可重复使用，加工速度较高，但快速走丝容易造成电极丝抖动和反向时停顿，使加工质量下降，是我国生产和使用丝抖动和反向时停 39、顿，使加工质量下降，是我国生产和使用的主要机种，也是我国独创的电火花线切割加工模式；的主要机种，也是我国独创的电火花线切割加工模式； 第六章第六章 先进加工技术先进加工技术 另一类是低速走丝电火花线切割机床（另一类是低速走丝电火花线切割机床（WEDM-LS），），其电极丝作低速单向运动，一般走丝速度低于其电极丝作低速单向运动，一般走丝速度低于0.2m/s，电，电极丝放电后不再使用，工作平稳、均匀、抖动小、加工质量极丝放电后不再使用，工作平稳、均匀、抖动小、加工质量较好，但加工速度较低，是国外生产和使用的主要机种。较好，但加工速度较低，是国外生产和使用的主要机种。 第六章第六章 先进加工技术先进 xingkong星空体育 40、加工技术 （2）根据对电极丝运动轨迹的控制形式不同，电火）根据对电极丝运动轨迹的控制形式不同，电火花线切割机床又可分为三种：花线切割机床又可分为三种： 第一种是第一种是*模仿形控制，其在进行线切割加工前，预模仿形控制，其在进行线切割加工前，预先制造出与工件形状相同的先制造出与工件形状相同的*模，加工时把工件毛坯和模，加工时把工件毛坯和*模模同时装夹在机床工作台上，在切割过程中电极丝紧紧地贴同时装夹在机床工作台上，在切割过程中电极丝紧紧地贴着着*模边缘作轨迹移动，从而切割出与模边缘作轨迹移动，从而切割出与*模形状和精度相同模形状和精度相同的工件来；的工件来； 第六章第六章 先进加工技术先进加工技 41、术 第二种是光电跟踪控制，其在进行线切割加工前，先第二种是光电跟踪控制，其在进行线切割加工前，先根据零件图样按一定放大比例描绘出一张光电跟踪图，加工根据零件图样按一定放大比例描绘出一张光电跟踪图，加工时将图样置于机床的光电跟踪台上，跟踪台上的光电头始终时将图样置于机床的光电跟踪台上，跟踪台上的光电头始终追随墨线图形的轨迹运动，再借助于电气、追随墨线图形的轨迹运动，再借助于电气、机械机械的联动，控的联动，控制机床工作台连同工件相对电极丝做相似形的运动，从而切制机床工作台连同工件相对电极丝做相似形的运动，从而切割出与图样形状相同的工件来；割出与图样形状相同的工件来； 第六章第六章 先进加工技术先进 42、加工技术 第三种是数字程序控制，采用先进的数字化第三种是数字程序控制，采用先进的数字化自动自动控制控制技术，驱动机床按照加工前根据工件几何形状参数技术，驱动机床按照加工前根据工件几何形状参数预先编制好的数控加工程序自动完成加工，不需要制作预先编制好的数控加工程序自动完成加工，不需要制作*模样板也无需绘制放大图，比前面两种控制形式具有模样板也无需绘制放大图，比前面两种控制形式具有更高的加工精度和广阔的应用范围，目前国内外更高的加工精度和广阔的应用范围，目前国内外 95以上的电火花线切割机床都已采用数控化。以上的电火花线切割机床都已采用数控化。第六章第六章 先进加工技术先进加工技术（1）特点）特点 43、 电火花线切割加工除具有电火花加电火花线切割加工除具有电火花加工的基本特点外，还有一些其他特点：工的基本特点外，还有一些其他特点：1 1）脉冲放电加工，无宏观切削力；）脉冲放电加工，无宏观切削力；2 2）电极丝沿轴向运动，并相对工件作进）电极丝沿轴向运动，并相对工件作进给运动，反复使用，节约成本；给运动，反复使用，节约成本；3 3）多用于加工零件上的直壁表面；）多用于加工零件上的直壁表面；4 4）切缝可窄达仅）切缝可窄达仅0.005mm0.005mm，材料利用率高；，材料利用率高；3.电火花线切割加工电火花线切割加工 - 特点和应用特点和应用5 5）可加工高硬度材料）可加工高硬度材料6 6）一 44、般采用水基（乳化液或去离子水）工作液）一般采用水基（乳化液或去离子水）工作液，安全可靠，安全可靠 7 7）加工精度高）加工精度高，生产效率高；，生产效率高；8）不需要制造形状复杂的工具电极，就能加工出以直线）不需要制造形状复杂的工具电极，就能加工出以直线为母线的任何二维曲面；为母线的任何二维曲面；9）加工中并不把全部多余材料加工成为废屑，提高了）加工中并不把全部多余材料加工成为废屑，提高了能量和材料的利用率；能量和材料的利用率； 10）在电极丝不循环使用的低速走丝电火花线切割加工）在电极丝不循环使用的低速走丝电火花线切割加工中，由于电极丝不断更新，有利于提高加工精度和减少中，由于电极丝不断更新 45、，有利于提高加工精度和减少表面粗糙度；表面粗糙度；11）电火花线切割能达到的切割效率一般为）电火花线切割能达到的切割效率一般为2060毫米毫米2分，最高可达分，最高可达300毫米毫米2分；加工精度一般为分；加工精度一般为0.010.02毫米，最高可达毫米，最高可达0.004毫米；表面粗糙毫米；表面粗糙度一般为度一般为R2.51.25微米，最高可达微米，最高可达R0.63微米；切微米；切割厚度一般为割厚度一般为4060毫米，最厚可达毫米，最厚可达600毫米。毫米。第六章第六章 先进加工技术先进加工技术12）不能加工盲孔和阶梯类成型表面）不能加工盲孔和阶梯类成型表面整体式电极整体式电极 （2）应用 46、）应用 电火花线切割加工主要用于模具制造，在样板、凸轮、电火花线切割加工主要用于模具制造，在样板、凸轮、成形刀具、精密细小零件和特殊材料的加工中也得到日益成形刀具、精密细小零件和特殊材料的加工中也得到日益广泛的应用。此外，在试制电机、电器等产品时，可直接广泛的应用。此外，在试制电机、电器等产品时，可直接用线切割加工某些零件，省去制造冲压模具的时间，缩短用线切割加工某些零件，省去制造冲压模具的时间，缩短试制周期。试制周期。第六章第六章 先进加工技术先进加工技术线切割制品线切割制品第六章第六章 先进加工技术先进加工技术4.电火花线切割加工机床组成结构电火花线切割加工机床组成结构 数控线切割机床的组 47、成包括机床主机、脉冲电源和数控线切割机床的组成包括机床主机、脉冲电源和数控装置三大部分。数控装置三大部分。 （1）机床主机部分）机床主机部分 机床主机部分由运丝机构、工作台、床身、工作液机床主机部分由运丝机构、工作台、床身、工作液系统等组成。系统等组成。 运丝机构运丝机构:电动机通过联轴节带动贮丝筒交替作正、电动机通过联轴节带动贮丝筒交替作正、反向转动，钼丝整齐地排列在贮丝筒上，并经过丝架作反向转动，钼丝整齐地排列在贮丝筒上，并经过丝架作往复高速移动（线速度为往复高速移动（线速度为9m/s左右）。左右）。第六章第六章 先进加工技术先进加工技术 工作台工作台:用于安装并带动工件在工作台平面内作用 48、于安装并带动工件在工作台平面内作X、Y两个方向的移动。工作台分上下两层，分别与两个方向的移动。工作台分上下两层，分别与X、Y向向丝杠相连，由两个步进电机分别驱动。丝杠相连，由两个步进电机分别驱动。 步进电机每接收到计算机发出的一个脉冲信号，其步进电机每接收到计算机发出的一个脉冲信号，其输出轴就旋转一个步距角，通过一对齿轮变速带动丝杠输出轴就旋转一个步距角，通过一对齿轮变速带动丝杠转动，从而使工作台在相应的方向上移动转动，从而使工作台在相应的方向上移动0.01mm。工。工作台的有效行程为作台的有效行程为250320mm。 第六章第六章 先进加工技术先进加工技术 床身用于支承和连接工作台、运丝机构 49、、机床电器、床身用于支承和连接工作台、运丝机构、机床电器、及存放工作液系统。及存放工作液系统。 工作液系统工作液系统 由工作液、工作液箱、工作液泵和循环导由工作液、工作液箱、工作液泵和循环导管组成。管组成。 工作液起绝缘、排屑、冷却的作用。每次脉冲放电后，工作液起绝缘、排屑、冷却的作用。每次脉冲放电后，工件与钼丝之间必须迅速恢复绝缘状态，否则脉冲放电就会工件与钼丝之间必须迅速恢复绝缘状态，否则脉冲放电就会转变为稳定持续的电弧放电，影响加工质量。转变为稳定持续的电弧放电，影响加工质量。 在加工过程中，工作液可把加工过程中产生的金属颗在加工过程中，工作液可把加工过程中产生的金属颗粒迅速从电极之间冲 50、走，使加工顺利进行。粒迅速从电极之间冲走，使加工顺利进行。 工作液还可冷却受热的电极和工件，防止工件变形。工作液还可冷却受热的电极和工件，防止工件变形。 第六章第六章 先进加工技术先进加工技术（2）脉冲电源）脉冲电源 脉冲电源又称高频电源，其作用是把普通的脉冲电源又称高频电源，其作用是把普通的50Hz交流交流电转换成高频率的单向脉冲电压。加工时，钼丝接脉冲电电转换成高频率的单向脉冲电压。加工时，钼丝接脉冲电源负极，工件接正极。源负极，工件接正极。 （3）数控装置）数控装置 数控装置以数控装置以PC机为核心，配备有其他一些硬件及控制机为核心，配备有其他一些硬件及控制软件。加工程序可用键盘输入或磁 51、盘输入。通过它可实现软件。加工程序可用键盘输入或磁盘输入。通过它可实现放大、缩小等多种功能的加工，其控制精度为放大、缩小等多种功能的加工，其控制精度为0.001mm，加工精度为加工精度为0.001mm。分析图纸电极丝准备上 丝垂 直 度 校 核工件准备打 穿 丝 孔工 件 装 夹编 程 工艺分析 选 择 工 艺 基 准 确 定 切 割 路 线 编 写 加 工 程 序电极丝定位加 工检 验加 工 时 间加 工 精 度表 面 粗 糙 度准 备 工 作 环 节5.电火花线切割编程电火花线切割编程线切割加工的步骤线切割加工的步骤 目前生产的线切割加工机床都有计算机自动编程功能，即目前生产的线切割加工机 52、床都有计算机自动编程功能，即可以将线切割加工的轨迹图形自动生成机床能够识别的程序。可以将线切割加工的轨迹图形自动生成机床能够识别的程序。 线切割程序与其它数控机床的程序相比，有如下特点：线切割程序与其它数控机床的程序相比，有如下特点： (1) 线切割程序普遍较短，很容易读懂。线切割程序普遍较短，很容易读懂。 (2) 国内线切割程序常用格式有国内线切割程序常用格式有3B(个别扩充为个别扩充为4B或或5B)格式和格式和ISO格式。其中慢走丝机床普遍采用格式。其中慢走丝机床普遍采用ISO格式。格式。 第六章第六章 先进加工技术先进加工技术第六章第六章 先进加工技术先进加工技术一、概述一、概述1.激光 53、激光 某些具有亚稳态能级的物质，在外来光子的激发下会某些具有亚稳态能级的物质，在外来光子的激发下会吸收光能，使处于高能级原子的数目大于低能级原子的数吸收光能，使处于高能级原子的数目大于低能级原子的数目目粒子数反转，若有一束光照射，光子的能量等于这粒子数反转，若有一束光照射，光子的能量等于这两个能量相对应的差，即使高能级上的原子数多于低能级两个能量相对应的差，即使高能级上的原子数多于低能级上的原子数，这时就会产生受激辐射，输出大量的光能，上的原子数，这时就会产生受激辐射，输出大量的光能，这个过程称为激励。激励之后的高能级原子跃迁到低能级这个过程称为激励。激励之后的高能级原子跃迁到低能级而发射光子 54、即产生激光。而发射光子即产生激光。第二节第二节 激光加工激光加工第六章第六章 先进加工技术先进加工技术2.激光加工概念激光加工概念 激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应来加工的。到很高的能量密度，靠光热效应来加工的。 激光加工不需激光加工不需要工具、加工速度快、表面变形小，可加工各种材料。用要工具、加工速度快、表面变形小，可加工各种材料。用激光束对材料进行各种加工，如打孔、切割、划片、焊接、激光束对材料进行各种加工，如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。热处理等。第六章第六章 先进加工技术先进加工技术 利用能量密 55、度极高的激光束照射工件的被加工部位，利用能量密度极高的激光束照射工件的被加工部位，使其材料瞬间熔化或蒸发，并在冲击波作用下，将熔融物使其材料瞬间熔化或蒸发，并在冲击波作用下，将熔融物质喷射出去，从而对工件进行穿孔、蚀刻、切割，或采用质喷射出去，从而对工件进行穿孔、蚀刻、切割，或采用较小能量密度，使加工区域材料熔融黏合或改性，对工件较小能量密度，使加工区域材料熔融黏合或改性，对工件进行焊接或热处理。进行焊接或热处理。第二节第二节 激光加工激光加工3.激光加工分类激光加工分类 激光加工是激光系统最常用的应用。根据激光束与材料相激光加工是激光系统最常用的应用。根据激光束与材料相互作用的机理，大体可将 56、激光加工分为互作用的机理，大体可将激光加工分为激光热加工和光化学反激光热加工和光化学反应加工应加工两类。两类。 激光热加工激光热加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光来完成加工过程，包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等；打标、激光钻孔和微加工等； 光化学反应加工光化学反应加工是指激光束照射到物体，借助高密度高能是指激光束照射到物体，借助高密度高能光子引发或控制光化学反应的加工过程。包括光化学沉积、立光子引发或控制光化学反应的加工过程。包括光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等 57、。体光刻、激光刻蚀等。第六章第六章 先进加工技术先进加工技术第六章第六章 先进加工技术先进加工技术二、激光加工二、激光加工1.原理原理 从激光器输出的高强度激光经过透镜聚焦到工件上，从激光器输出的高强度激光经过透镜聚焦到工件上，其焦点处的功率密度高达其焦点处的功率密度高达1071011瓦厘米瓦厘米2，温度高达，温度高达1万万摄氏度以上，任何材料都会瞬时熔化、气化，并且爆炸性摄氏度以上，任何材料都会瞬时熔化、气化，并且爆炸性的高速喷射出来，同时产生方向性很强的冲击。因此，激的高速喷射出来，同时产生方向性很强的冲击。因此，激光加工是工件在光热效应下产生高温熔融和受冲击波抛出光加工是工件在光热效应下 58、产生高温熔融和受冲击波抛出的综合过程。激光加工就是利用这种光能的热效应对材料的综合过程。激光加工就是利用这种光能的热效应对材料进行焊接、打孔和切割等加工的。进行焊接、打孔和切割等加工的。第六章第六章 先进加工技术先进加工技术2.激光加工设备激光加工设备 激光加工设备由激光器、导光聚焦系统和加工机（激激光加工设备由激光器、导光聚焦系统和加工机（激光加工系统）三部分组成。光加工系统）三部分组成。 1）激光器）激光器 是激光加工的重要设备，它的任务就是是激光加工的重要设备，它的任务就是把电能转变成光能，产生所需要的激光束。按工作物质的把电能转变成光能，产生所需要的激光束。按工作物质的种类可分为种类可 59、分为固体激光器（图固体激光器（图1）和气体激光器（图）和气体激光器（图2）、液）、液体激光器、半导体激光器四大类体激光器、半导体激光器四大类。第六章第六章 先进加工技术先进加工技术第六章第六章 先进加工技术先进加工技术 常用的气体激光器有氦常用的气体激光器有氦-氖气体激光器和二氧化碳氖气体激光器和二氧化碳气体激光器。氦气体激光器。氦-氖气体激光器所产生的激光容易控制，氖气体激光器所产生的激光容易控制，而且方向性，单色性及相干性都比较好，因而在机械制而且方向性，单色性及相干性都比较好，因而在机械制造的精密测量中被广泛采用。而加工中则要求输出功率造的精密测量中被广泛采用xingkong星空体育。而加工中则要求输出功率与能 60、量大，此时多采用二氧化碳激光器。与能量大，此时多采用二氧化碳激光器。第六章第六章 先进加工技术先进加工技术第六章第六章 先进加工技术先进加工技术 使用二氧化碳气体激光器切割时，一般在光束出口处使用二氧化碳气体激光器切割时，一般在光束出口处装有喷嘴，用于喷吹氧、氮等辅助气体，以提高切割速度装有喷嘴，用于喷吹氧、氮等辅助气体，以提高切割速度和切口质量。和切口质量。 由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表由于激光加工是无接触式加工，工具不会与工件的表面直接磨察产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对面直接磨察产生阻力，所以激光加工的速度极快、加工对象受热影响的范围较小而且不会产生噪音。象受热