特种加工特点、原理、主要分类与应用

二.自动进给调节系统的基本组成部分
调节对象
测量环节
基本组成环节 比较环节
放大驱动器
执行环节
比较环节
设定值
放大驱动
平均间隙电压测量法 峰值电压检测法
执行环节
调节 对象
测量环节
三.电液自动进给调节系统
电液式自动进给调节系统以油缸、活塞为执行机构。分为喷 嘴挡板式和伺服阀式。
液体的不可压缩性,活塞与油缸 间摩擦很小,系统的不灵敏区很小
工件
用。
主要优点：
RLC线路脉冲电源
1.缩短充电、脉冲间歇时间、提高频率 2.电压可充至电源电压，提高单脉冲能量
*RCL线路，当短路后断开，电感产生过电压
*并联数个CL回路，可增大脉宽
四：晶闸管式、晶体管式脉冲电源 1.晶闸管式脉冲电源的原理： 晶闸管（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。 特点：一经触发导通，就不会自行截止，要截止需要外加反
向电压或使其小于维持电流。 为适应加工精度要求，可控硅的脉冲电源还必须具有精加工
高频特性，一般采用高频可控硅通过倍频的办法提高脉冲 频率。
2.晶体管式脉冲电源的原理： 利用大功率晶体管作为开关元件，而获得单向脉冲。
主振级Z为一个不对称多谐振荡器，它发出一定脉冲宽度和 停歇时间矩形脉冲信号，后经F放大，最后推动末级功率 晶体管导通或截止。末级晶体管起着开关的作用。
为保证放电间隙短路时不至于损坏晶体管，每只管子均串联 一个限流电阻，同时起到在各管子之间均流作用。
主振级 （Z）ຫໍສະໝຸດ 放大器 （F）功率级
五：各种派生脉冲电源
１.高低压复合脉冲电源
U
u
①.高压脉冲回路
②.低压脉冲回路 2.多回路脉冲电源
O
o
t
t
多回路电源总的生产率并不与回路数目完全成正比增加
3.等脉冲电源
㈣.工作液对电蚀量的影响 介电性能好、密度、粘度大的工作液有利于压缩 放电通道，提高放电的能量密度，强化电蚀产物 的抛出效果。
㈤.影响电蚀量的一些其它因素
加工过程的稳定性 采用加工的电流过大 电极材料 脉冲波形 碳黑膜的形成 工作液
●电火花加工速度和工具的损耗速度
单位时间内工件的电蚀量称加工速度，也叫生产率。 单位时间内工具的电蚀量称为损耗速度。 ㈠：加工速度 提高途径：⑴.提高脉冲频率 ⑵.提高单个脉冲能量
系统的主要任务：通过改变调节进给速度，使进给速度接近 和等于蚀除速度，以维持一定的放电间隙s，保证电火花 加工正常而稳定的进行。 实际火花加工时，整个系统力图自动趋向处于两条曲线的 交点。
对自动进给调节系统的一般要求： 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.有必要的稳定性 目前电火花加工用的自动进给调节系统的种类很多，按执 行元件大致可分为：①.电液压式（喷嘴—挡板式）②.步 进电机式 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。 虽然这些类型、构造有很大差别，但其基本组成环节是一 致的
4
适用范围：
⑴.某些产品，如：阀门、航空陀螺、光学透镜，其尺寸精度 0.1μm，粗糙度Ra0.01μm。
⑵.某些材料具有高硬度、高强度、高脆性、高韧性、高熔点 ，如：钛合金、高温合金、硬质合金、陶瓷、金刚石和玻 璃等。
⑶.某些结构特殊、形状复杂、尺寸微小的零件加工，如：模 具形腔、发动机叶片、花键喷管等。
主要缺点： ⑴.放电速度快，无法获大脉宽 ⑵.脉冲间歇系数大，生产率低 ⑶.工艺参数不稳定 主要应用于小功率的精微加工或简易电火花加工机床
三.RLC线路脉冲电源
方法：把充电电阻一分为二，其中一部分用于限流电阻，另 一部分用电感代替，组成RLC线路脉冲电源。
L R
C
单纯的电感对直流电阻力很小,对交流 或脉冲电流却具有感抗阻力,起限流作
⑶.提高工艺系数 ㈡：工具电极相对损耗速度和相对损耗比
具体做到：⑴.正确选择极性 ⑵.利用吸附效应 ⑶.利用传热 效应 ⑷.要减少工具电极损耗选用合适材料
电极损耗
影响电火花加工精度的主要因素
放电间隙大小及一致性；工具电极损耗及稳定性。 放电间隙大小实际是变化的，影响着加工精度； 工具电极损耗对尺寸和形状精度都有影响。
特 种 加 工特点、原理、 主要分类和应用
特种加工特点、原理、主 要分类和应用
主要解决三个问题 1、特种加工是怎样产生的,究竟“特”在哪？主要特点
。 2、理解一般特种加工原理、主要分类和应用范围。 3、特种加工的应用，对现代机械制造技术带来的影
响和变化。
2
第一章: 绪 论 1-1:特种加工的产生及发展
2-3.电火花加工中的一些基本规律
●影响材料放电腐蚀量的主要因素 ㈠.极性效应的影响，由于正负极不同而彼此电蚀量不一样 的现象，称极性效应。 ㈡.电参数对电蚀量的影响
qa kawm ft qc kcwm ft
va
qa t
k a wm f
vc
qc t
k c wm f
单个脉冲所释放的能量,取决于极间放电电压、放 电电流和放电持续时间，因此单个脉冲放电能量为 ：
⑷.细长轴和薄壁工件。 上述四种情况的加工，通常采用特种加工方法
特种加工分类
按用途分：尺寸加工、表面加工 *每类又可按照能量形式和工作原理分为多种不同的工艺方
法。
新的特种加工方法：
①.复合特种加工：超声电火花、电解磨削 ②.改变工件表面粗糙度或表面性能的加工：离子束抛光、电
子束表面强化 ③.微纳米加工：分子、原子单位的加工 ④.不属于尺寸加工的成形加工方式：电磁成形、放电烧结
特种加工技术是直接利用电能、光能、声能、光能、化 学能、电化学能以及特殊机械能等多种能量或其复合应 用以实现材料切除的加工方法。可以加工高强度、高硬 度、高韧性、高脆性、耐高温等材料。
解决难加工材料加工问题；各种复杂表面的加工问题； 各种超精、光整及特殊要求的零件的加工问题。
应用：电火花成型加工、线切割加工、电解加工、超声 加工、电铸加工和化学加工等。
1-3.特种加工待解决的主要问题
特种加工技术是一个国家制造业水平发展的重要 标志，但也存在有待解决的一些问题。 1. 加工机理、参数选择和加工稳定性。 2. 加工产生的废液、废气的无害化处理。 3. 加工精度及生产率（快速成形、等离子弧加工 等）有待提高。 4. 经济性
第二章：电火花加工 2-1.电火花加工原理和设备
脉冲电源的作用：将工频交流电流转换一定频率的单向脉冲电流，以 供火花放电间隙所需要的能量来蚀除金属。
脉冲电源对电火花加工的生产率、表面质量、加工速度、加工过程稳 定性、工具电极损耗有很大影响。
一.电火花加工脉冲电源分类
二.RC线路脉冲电源 主要工作原理：利用电容器充电储存电能，然后瞬时放出形
成火花放电来蚀除金属。 它有二个回路，◆.充电回路：E→R→C组成
是指每个脉冲在介质击穿后所释放的单个脉冲能量相等。
每次的脉冲电流宽度都相等，但电压宽度则不一定相等。
4.高频分组和梳形波脉冲电源
5.自选加工规准电源和智能化、自适应控制电源
2-5.电火花加工自动进给调节系统
一.自动进给调节系统的作用、技术要求和分类 由于火花放电间隙s很小，而且与加工规准、加工面积、 工件蚀除速度等有关，因此很难靠人工进给，必须采用自 动进给调节系统。
电火花加工
普通电火花加工
电电
火火
花 穿
花
孔成
形
电火花磨削 线电极电火花加工 电火花展成加工
电 电电
火 花
火
花电 内火
火 花
平 外花 成
面 圆形
磨 磨磨
电 电电
火 火极
花
花
电
小火
线
孔
花
切 加加
割 工工
电电 其
火火 他
花花 展
共表 成
扼面 加
展强 工
成化
2-2.电火花加工的机理
加工过程
1）电离:电场强度大,液体介质—电子、离子 2）放电： 电子——阴离子—— 阳介质绝缘形成电通道 3）热膨胀：电子、离子碰撞， 阴、阳极碰撞10000~12000 工件表面熔
化、汽化介质汽化、分离碳黑 4）抛处金属：爆炸力使工件表面抛出金属，形成凹坑。 5）消电离： 带电粒子转变成中性粒子，介质恢复成绝缘状态，为下一
次准备。
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火花放电产生高温的特性： ①.局部：结果使金属材料局部熔化、汽化。 ②.瞬时：热量集中，来不及扩散，能量密度大， 最后蚀除掉金属形成放电坑。 虽然在正负电极之间加上电源可以实现火花放电 这一物理现象进行实际加工，还要满足一定的条 件才行。
3
特种加工的主要特点
特种加工的独特之处： • 非机械接触加工，作用时间短，热影响小，工件不易变形 • 加工的刀具硬度可以低于被加工材料的硬度 • 加工质量易控制、可进行细小精密零件加工； • 无切屑或者粉末状切屑、易于自动化处理； • 加工过程易于实现自动化。 • 能量密度高，能加工常规切削方法难以加工的材料； • 简单进给运动,可以加工复杂型面
放电间隙 加工斜度
二次放电：已加工表面上，由于电蚀产物等的 介入，而再次进行的不必要的放电，使得加工 深度方向产生斜度和加工棱角，棱边变钝。
电火花加工时的加工斜度 1—电极无损耗时工具轮廓线 2—电极有损耗时而不考虑二次放电时 工件轮廓线
22
工具
工件
工件
工具
图2-10
电火花加工时尖角变圆
二次放电 加工斜度
te
wm u(t)i(t)dt
0
由于火花放电间隙电阻的非线性特性，击穿后间 隙的火花维持电压是一个与电极对材料及工作液种类有 关的数值。
正、负极的电蚀量正比于平均放电电流的大小和电 流脉宽。
提高电蚀量和生产率的主要途径在于：
提高脉冲频率f； 提高单个脉冲能量Wm； 增加脉冲电流的幅值ie； 减少脉冲间隔t0； 设法提高系数Ka、Kc等。
原理：在一定的介质中，利用两个电极之间产生火花放电 时的电蚀效应来蚀除部分金属材料的加工方法。电火花加 工的基本原理如图：
1) 电极：铜 、钢、石墨 2) 加工介质：煤油、煤油和
机油、水基工作液 3) 脉冲电源
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电火花加工应具备的条件
加工条件： 1）必须使接在不同极性上的工具和工件之间保持一定的距 离以形成放电间隙； 2）脉冲波形基本是单向的；具有合适的脉间和脉宽； 3）放电必须在具有一定绝缘性的液体介质中进行； 4）有足够的脉冲放电能量，以保证放电部位的金属溶化或 气化 。
四.电—机械式自动调节系统
电—机械式自动进给调节系统经常采用的形式是步进电机和 力矩式电机
检测电路
放
电
间
隙
判别电路
进给与门
变频电路
环
功
形
率
分
放
单稳电路
配
大
多谐振荡器
◆.放电回路：C→工具电极→放电间隙→工件组成。
电源接通，电容二端电压按指数 曲线逐步上升，Vc=Vg.继续上升 ，间隙被击穿，电阻变的很小，C 上储存能量瞬间放出，形成较大的 脉冲电流Ie。
当电容的能量释放后,电压瞬时下降到接近零,间隙中 的工作液又迅速恢复绝缘状态,电流也为零。
RC线路脉冲电源的最大优点： ⑴.结构简单、成本低、可靠 ⑵.可获窄脉冲、小脉冲能量 ⑶.瞬时放电有很大峰值电流
u
ui
t
o ti
to
tp
图中
图2-1 脉冲电源空载电压波形
ti为脉冲宽度， to为脉冲间隔， tp为脉冲周期， ui为脉冲峰值电压或空载电压
㈢.金属材料热学物理常数对电蚀量的影响 热学物理常数：熔点、沸点、热导率、比热容、熔
化热、汽化热等。
当脉冲放电电能量相同时，金属的熔点、沸点、 比热容、熔化热、汽化热越高，则电蚀量越小， 其加工的难度越大。
smax
工具
smin
电极损耗 棱角变钝
图2-9 电火花加工时的加工斜度
●电火花加工的表面质量
电火花加工表面质量 表面粗糙度、表面变质层、表面机械性能
单个脉冲能量
表面粗糙度
加工速度
影响表面质量主要因素
熔化凝固层
热影响表层面变化层
显微裂纹
显微硬度及耐磨性
残余应表力面机械性能
耐疲劳性能
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2-4.电火花加工用脉冲电源
1-2.特种加工对机械制造业的影响
特种加工的广泛应用，引起机械制造领域的许多变革。 1.材料的可加工性 工件材料的可加工性不在与其硬度、强度韧性、脆性等直
接有关。 2.改变零件加工的典型工艺路线 为免除加工后在淬火引起的变形，通常先淬火、后加工。 3.缩短新产品试制周期。 4.对零件的结构设计产生影响。 5.对传统的结构工艺性好与坏的衡量标准产生影响。
脉冲电流波形
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电火花加工
电火花加工的特点 1）便于加工用机械加工难以加工或无法加工的材料； 2）电极和工件在加工过程中不接触，便于加工小孔、深孔、
窄缝零件； 3）电极材料不必比工件材料硬； 4）直接利用电能、热能进行加工，便于实现加工过程的自动
控制； 5) 广泛应用于凹模型孔、型腔加工。
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●电火花加工方法的分类