2009-2010 特种加工 第二章第五节

1. 机床本体 床身、支柱、坐标工作台是电火花机床的骨架，起 着支承、定位和便于操作的作用。

因为电火花加工宏观作用力极小，所以对机械系统 的强度无严格要求，但为了避免变形和保证精度，要求 具有必要的刚度。主轴头下面装夹的电极是自动调节系 统的执行机构，其质量的好坏将影响到进给系统的灵敏 度及加工过程的稳定性，进而影响工件的加工精度。 机床主轴头和工作台常有一些附件，如可调节工具 电极角度的夹头、平动头、油杯等。本节主要介绍主轴 头和平动头。
目前，机床上安装的平动头有机械式平动头和数控 平动头。
机械式平动头由于有平动轨迹半径的存在，它无法加工 有清角要求的型腔； 而数控平动头可以两轴联动，能加工出清棱、清角的型 孔和型腔。
(a) 机械式平动头 (b) 数控平动头 图2-8 平动头外形

平动头就是为解决修光侧壁和提高其尺寸精度而设计的。
2. 脉冲电源 •3. 自动进给调节系统


4. 工作液过滤和循环系统
电火花加工中的蚀除产物，一部分以气态形式 抛出，其余大部分是以球状固体微粒分散地悬浮在 工作液中，直径一般为几微米。随着电火花加工的 进行，蚀除产物越来越多，充斥在电极和工件之间， 或粘连在电极和工件的表面上。蚀除产物的聚集， 会与电极或工件形成二次放电。这就破坏了电火花 加工的稳定性，降低了加工速度，影响了加工精度 和表面粗糙度。 为了改善电火花加工的条件，一种办法是使电极振 动，以加强排屑作用；另一种办法是对工作液进行 强迫循环过滤，以改善间隙状态。
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中， 1. 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)； 2. 71表示电火花成型机床； 3. 32表示机床工作台的宽度为320 mm。

间 隙 参考值
电火花加工机床结构

电火花加工时粗加工的电火花放电间隙比中加工的放电间隙 要大，而中加工的电火花放电间隙比精加工的放电间隙又要大一 些。当用一个电极进行粗加工时，将工件的大部分余量蚀除掉后， 其底面和侧壁四周的表面粗糙度很差，为了将其修光，就得转换 规准逐挡进行修整。但由于中、精加工规准的放电间隙比粗加工 规准的放电间隙小，若不采取措施则四周侧壁就无法修光了。

主轴头是电火花成形机床中最关键的部件， 是自动调节系统中的执行机构，对加工工 艺指标的影响极大。 对主轴头的要求是： 结构简单、传动链短、传动间隙小、 热变形小、具有足够的精度和刚度，以适 应自动调节系统的惯性小、灵敏度好、能 承受一定负载的要求。 主轴头常用的有电－液式和电－机械式。

二、自动进给调节系统的基本组成
1、测量环节
是得到放电间隙大小及变化 的信号。
是根据“给定值”来调节进 2、比较环节 给速度 3、放大驱动环节
4、执行环节
是把测量比较输出的信号放 大使之具有足够的驱动功率。 晶体管放大器和电液压放大 器。
根据放大环节输出的控制信号的大小 及时地调整工具电极的进给，以保持 合适的放电间隙，从而保证电火花加 工正常进行。

伺服进给系统一般有如下要求： (1) 有较广的速度调节跟踪范围 (2) 有足够的灵敏度和快速性。 (3) 有较高的稳定性和抗干扰能力。
（4）有足够大的空载进给速度和短路回退速度。
伺服进给系统种类
1）.电液压式伺服进给系统 2）.步进电动机式 3）.宽调速力矩电机式 4）.直流伺服电机式 5) .交流伺服电机式 6）.直线电机式

工作液强迫循环过滤是由工作液循环过滤器来完成 的。电火花加工用的工作液过滤系统包括工作液泵、容 器、过滤器及管道等，使工作液强迫循环。
图2-11 工作液循环系统油路图
它既能实现冲油，又能实现抽油。
其工作过程是：
储油箱的工作液首先经过粗过滤器l，经单向阀2 吸入油泵3，这时高压油经过不同形式的精过滤器7输向 机床工作液槽，溢流安全阀5使控制系统的压力不超过 400 kPa，补油阀 11为快速进油用。待油注满油箱时， 可及时调节冲油选择阀10，由阀8来控制工作液循环方 式及压力。当阀10在冲油位置时，补油冲油都不通，这 时油杯中油的压力由阀8控制；当阀10在抽油位置时， 补油和抽油两路都通，这时压力工作液穿过射流抽吸管 9，利用流体速度产生负压，达到实现抽油的目的。
电极
(a) 电极在最左
(b) 电极在最上
(c) 电极在最右
(d) 电极在最下
(e) 电极平动后的轨迹
图2-7 平动头扩大间隙原理图
与一般电火花加工工艺相比较，采用平动头电火花加工有如 下特点： (1) 可以通过改变轨迹半径来调整电极的作用尺寸，因此尺 寸加工不再受放电间隙的限制。 (2) 用同一尺寸的工具电极，通过轨迹半径的改变，可以实 现转换电规准的修整，即采用一个电极就能由粗至精直接加 工出一副型腔。 (3) 在加工过程中，工具电极的轴线与工件的轴线相偏移， 除了电极处于放电区域的部分外，工具电极与工件的间隙都 大于放电间隙，实际上减小了同时放电的面积，这有利于电 蚀产物的排除，提高加工稳定性。 (4) 工具电极移动方式的改变，可使加工的表面粗糙度大有 改善，特别是底平面处。
特种加工
集美大学机械工程学院 弓清忠
2010年2月
复习回顾
第四节 电火花加工用的电源
一、对脉冲电源的要求及其分类 二、RC线路脉冲电源 三、晶体管式脉冲电源 四、各种派生脉冲电源
第五节
电火花加工的自动进给调节系统
一、自动进给调节系统的作用、技术要求和分类
二、自动进给调节系统的基本组成 三、电-液式自动进给调节系统
四、电-机械式自动进给调节系统
一、自动进给调节系统的作用、技术要求和分类 1、作用：在电火花成型加工设备中，自动 进给调节系统占有很重要的位置，它的性能 直接影响加工稳定性和加工效果。 2、组成：主要包含伺服进给系统和参数控制系 统。
伺服进给系统主要用于控制放电间隙的大小； 参数控制系统主要用于控制电火花成型加工中的 各种参数(如放电电流、脉冲宽度、脉冲间隔等)， 以便能够获得最佳的加工工艺指标等。
自动进给调节系统 控制装置 增益 设定 进给系统
比较器
放大器
间 隙
传感器
脉冲电源 床 身
工作液循环
过滤系统
(a) 原理图
(b) 实物

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。


1. 机床本体 机床本体主要由床身、立柱、主轴头及附件、工作 台等部分组成，是用以实现工件和工具电极的装夹固定 和运动的

作用： 是维持某一稳定的放电间隙S，保证电
火花加工正常而稳定地进行，获得较好的加工效 果。
在实际生产中，放电间隙变化范围很小，且与加工 规准、加工面积、工件蚀除速度等因素有关，因此很难 靠人工进给，也不能像钻削那样采用“机动”、等速进 给，而必须采用伺服进给系统。这种不等速的伺服进给 系统也称为自动进给调节系统。
喷嘴—挡板式电液压自动调节器工作原理
三、电-液式自动进给调节系统 1)执行机构:液压缸、活塞。
2)优点:
a、传动链中无间隙、刚度大、不灵敏区 小（传动链短及液体的基本不可压缩性）； b、正、反向惯性很小，反应迅速，特别适合 于电火花加工的低速进给，故20世纪80年代 前得到了广泛的应用。 3）缺点： 有漏油、油泵噪声大、占地面积较大等
第六节
电火花加工机床
厂家： 日本沙迪克(Sodick)公司生产的A3R、A10R， 瑞 士 夏 米 尔 (Charmilles) 技 术 公 司 的 ROBOFORM20/30/35， 台湾乔懋机电工业股份有限公司的JM322/430， 北京阿奇工业电子有限公司的SF100等。
第六节

电火花加工机床
三、电-液自动进给调节系统
9
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
10 11 12
5 4 3 2 P0
6
7 8
Pt
13 14 15
A2 A1
1
16 17
1—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
工作原理：
电动机4驱动叶片液压泵3从油箱中压出压 力油，由溢流阀2保持恒定压力P0，经过滤油 器6后分两路，一路进入下油腔，另一路经节 流阀7进入上油腔。进入上油腔的压力油从喷 嘴8与挡板12的间隙中流回油箱，使上油腔的 压力P1随此间隙的大小而变化。
四、电-机械式自动进给调节系统
1、普通直流伺服电动机 2、电液自动调节系统 3、步进电动机和力矩电动机式
图7－5冲、抽油方式 (a)下冲油式;(b)上冲油式;(c)下抽油式;(d)上抽油式
图(a)、图(b)为冲油式，
图(c)、图(d)为抽油式。
冲油是把经过过滤的清洁工作液经油泵加压，强迫冲 入电极与工件之间的放电间隙里，并将放电蚀除的电蚀残 物随同工作液一起从放电间隙中排除，以达到稳定加工的 目的。 在加工时，冲油的压力可根据不同工件和几何形状及 加工的深度随时改变，一般选在0～200kPa之间。
对盲孔加工采用如图7－5(b)和图7－5(d)所示的方式。 从图7－5中可看出，采用冲油方式的循环效果比抽油式的 更好，特别是在型腔加工中，采用这种方式可以改善加工
平动头是一个使装在其上的电极能产生向外机械补偿动作的 工艺附件。当用单电极加工型腔时，使用平动头可以补偿上一个 加工规准和下一个加工规准之间的放电间隙差。


平动头的动作原理是：
利用偏心机构将伺服电机的旋转运动通过平动轨迹 保持机构转化成电极上每一个质点都能围绕其原始位置 在水平面内作平面小圆周运动，许多小圆的外包络线面 积就形成加工横截面积，如图2-7所示，其中每个质点运 动轨迹的半径就称为平动量，其大小可以由零逐渐调大， 以补偿粗、中、精加工的电火花放电间隙δ之差，从而 达到修光型腔的目的。具体平动头的结构及原理可以参 考其他书籍。