特种加工技术第二章电火花加工
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特种加工技术——电火花加工
• 一、上丝操作 • 其操作步骤如下： • ①操作前，按下 急停按钮，防止 图2.17 急停 意外，如图2.17。 • ②将丝盘套在上丝螺杆上，并用螺母锁紧， 如图2.18所示。 • ③用摇把将储丝筒摇向一端至接近极限位 置，如图2.19所示。
图2.18 装上丝盘
图2.19 储丝筒摇向一端
• ④将丝盘上电极丝一端拉出绕过上丝导轮， 并将丝头固定在储丝筒端部紧固螺钉上， 剪掉多余丝头，如图2.20所示。 • ⑤用摇把匀速转动储丝筒,将电极丝整齐地 绕在储丝筒上，直到绕满，取下摇把，如 图2.21所示。
图2.20 上好丝头
图2.21 手动绕丝
图2.22 将丝头固定在储丝筒上
图2.23 上好丝的储丝筒
• ⑥电极丝绕满后，剪断丝盘与储丝筒之间 的电极丝，把丝头固定在储丝筒另一端,如 图2.22所示。 • ⑦粗调储丝筒左右行程挡块，使两个挡块 间距小于储丝筒上的丝距。 • 二、穿丝操作 • 操作步骤如下： • ①用摇把转动储丝筒，使储丝筒上电极丝 的一端与导轮对齐。 • ②取下储丝筒相应端的丝头，进行穿丝。
• (5)分组脉冲电源 • 分组脉冲电源是线切割机床上使用效果比 较好的电源，比较有发展前途。 • 任务二 电火花加工的应用 • 课题一 电火花加工工艺类型 • 电火花加工按工具电极和工件相对运动的 方式和用途不同，大致可分为电火花线切 割加工、电火花穿孔成型加工、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、电火花表面强化和刻 字6大类。
加工实例 常见问题及处理 数控线切割编程 3B格式程序 3B代码程序格式 3B代码编程 3B代码程序示例 ISO G代码程序 ISO程序格式 常用指令
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课题三 任务三 课题一 课题二 课题三 课题四 项目四 任务一 课题一
特种加工技术习题集
特种加工技术习题第一章概述1、特种加工与传统切削加工方法在加工原理上的主要区别有哪些？2、特种加工的本质特点是什么？3、机械常规工艺与特种加工工艺之间有何关系？第二章电火花加工1、电火花加工必须解决的问题有哪些2、什么是电火花加工的机理？电火花放电过程大致可分为哪四个连续的阶段？3、电火花加工的优缺点有哪些？4、简要叙述电火花加工的应用场合。
5、在电火花加工中，工作液的作用有哪些？6、简述电火花加工用的脉冲电源的作用和输出要求。
7、什么是极性效应？在电火花加工中如何充分利用极性效应？8、试比较常用电极和优缺点及使用场合。
9、什么是覆盖效应？请举例说明覆盖效应的用途。
10、在实际加工中如何处理加工速度、电极损耗、表面粗糙度之间的关系？第三章电火花线切割加工1、线切割机床有那些常用的功能和分类？2、简述快走丝线切割机床的工作过程3、电火花加工与电火花线切割加工的异同点是什么？4、试分析影响线切割加工速度的因素。
5、试分析影响线切割加工中工件表面粗糙度和加工精度的因素。
6、按3B格式编出电极丝中心轨迹为如下图形的程序。
第四章电化学加工1、简述电化学反应加工的基本原理。
2、为什么说电化学加工过程中的阳极溶解是氧化过程，而阴极沉积是还原过程？第五章快速成型加工1、简述快速成形技术（RP）的原理。
2、简述快速成形技术的特点。
3、简述立体光造型（SLA）工作原理。
第六章激光加工1、简述激光加工的基本原理。
2、简述激光加工的特点。
第七章超声波加工1、简述超声波加工的原理。
2、简述超声波加工的主要特点。
第八章电子束、离子束加工1、简述电子束加工原理和特点。
2、简述离子束加工原理和特点。
3、电子束和离子束加工为什么必须在真空条件下进行？。
特种加工工艺1
由于以上特性，通过光学系统可以使它聚集成一个极小的光斑，以获 得极高的能量密度和极高的温度。
影响激光加工的主要因素如下：
⑴激光加工的机械系统和光学系统的精度； ⑵激光的输出功率与照射时间的乘积等于激光束的能量； ⑶焦距、发散角和焦点位置对打孔的大小、深度和形状的影响 ⑷照射次数多可使孔深大大增加； ⑸光斑内的能量分布对打孔的形状有直接影响； ⑹工件材料不同，影响加工效率。
①不易达到较高的加工精度和加工稳定性； ②电解加工的附属设备比较多； ③电解产物需要进行妥善处理，否则会污染环境。
1——直流电源化气 3——工具 5——电解液泵
2——进给机构 4——工件
6——电解液
二、电解加工的应用
主要用于切削加工困难的领域，广泛应用于以下几个方面：
⒈叶片加工 ⒉型孔和型腔加工 ⒊深孔扩孔加工 ⒋电解抛光
电火花加工工艺特点主要有：
⑴电火花加工是利用火花放电破坏材料的原理，因此这种方法可以加工任何导电 的材料，而不受材料硬度、韧性和脆性等限制。
⑵加工电极与工件不接触，没有切削力的影响。 ⑶电火花加工不需要复杂的切削运动，可以加工形状复杂的零件表面。 ⑷工具只是一个电极，常采用紫铜、黄铜或石墨等材料制成。
四、电子束加工
在真空条件下，利用电子 枪中产生的电子经加速、聚集， 形成高能量大密度的细电子束， 以轰击工件被加工部位，使该 部件的材料熔化和蒸发，从而 进行加工。
⑴电子束能够极其微细地聚集； ⑵加工速度快； ⑶适用范围广； ⑷可通过磁场或电场进行控制。
五、磨料喷射加工
用高速射流来喷射磨粒， 使微小的磨粒在射流的驱动下 达到很高的速度，利用高速磨 粒的功能对工件进行加工。
特种切削就是指的那些不属于传统加工工艺范畴的加工工艺方法。特种加 工不使用刀具、磨具等切除金属，而是采用电、磁、声、光等物理能量及 化学能量或组合施加在被加工的部位上，从而使材料被去除、变形、改变 性质等。
影响激光加工的主要因素如下：
⑴激光加工的机械系统和光学系统的精度； ⑵激光的输出功率与照射时间的乘积等于激光束的能量； ⑶焦距、发散角和焦点位置对打孔的大小、深度和形状的影响 ⑷照射次数多可使孔深大大增加； ⑸光斑内的能量分布对打孔的形状有直接影响； ⑹工件材料不同，影响加工效率。
①不易达到较高的加工精度和加工稳定性； ②电解加工的附属设备比较多； ③电解产物需要进行妥善处理，否则会污染环境。
1——直流电源化气 3——工具 5——电解液泵
2——进给机构 4——工件
6——电解液
二、电解加工的应用
主要用于切削加工困难的领域，广泛应用于以下几个方面：
⒈叶片加工 ⒉型孔和型腔加工 ⒊深孔扩孔加工 ⒋电解抛光
电火花加工工艺特点主要有：
⑴电火花加工是利用火花放电破坏材料的原理，因此这种方法可以加工任何导电 的材料，而不受材料硬度、韧性和脆性等限制。
⑵加工电极与工件不接触，没有切削力的影响。 ⑶电火花加工不需要复杂的切削运动，可以加工形状复杂的零件表面。 ⑷工具只是一个电极，常采用紫铜、黄铜或石墨等材料制成。
四、电子束加工
在真空条件下，利用电子 枪中产生的电子经加速、聚集， 形成高能量大密度的细电子束， 以轰击工件被加工部位，使该 部件的材料熔化和蒸发，从而 进行加工。
⑴电子束能够极其微细地聚集； ⑵加工速度快； ⑶适用范围广； ⑷可通过磁场或电场进行控制。
五、磨料喷射加工
用高速射流来喷射磨粒， 使微小的磨粒在射流的驱动下 达到很高的速度，利用高速磨 粒的功能对工件进行加工。
特种切削就是指的那些不属于传统加工工艺范畴的加工工艺方法。特种加 工不使用刀具、磨具等切除金属，而是采用电、磁、声、光等物理能量及 化学能量或组合施加在被加工的部位上，从而使材料被去除、变形、改变 性质等。
特种加工---电火花加工
火花放电过程中，负电子奔向正极，而正离子则冲 向负极，在电子和离子的轰击下，电极产生高温而熔化、 气化，从而形成所谓的“电蚀现象”。 电子质量轻惯性小启动快，离子质量大惯性大启动 慢，因此当采用短脉冲加工时电子作用大于离子的作用， 亦即正极电蚀速度快过负极电蚀速度，而采用长脉冲加 工时则正好相反。
纯铜电极加工钢：粗加工宜采用负极性长脉冲加工 （ti<10μm),而精加工则宜改用正极性窄脉冲加工
第三节 电火花加工中的一些基本规律
一、影响材料放电腐蚀的主要因素
1 极性效应 单纯由工件接正、负极的不同而引起电蚀量的不一样， 这种现象叫极性效应。 工件接脉冲电源的正极称为“正极性加工” ，此时工 具电极接负极。 工件接脉冲电源的负极称为“负极性加工” ，此时工 具电极接正极。
极性效应的机理：
电参数：电压脉冲宽度ti、电流脉冲宽度te、脉冲间 隔to、脉冲频率f、峰值电流ie、峰值电压u和极性。
加工规准：通常选定的电参数亦叫“加工规准”， 其影响见P.14-15。
3 金属材料热学常数对电蚀量的影响
热学参数：熔点、沸点（气化点）、热导率、比热容、 熔化热、气化热等
4 工作液对电蚀量的影响
除下来。
电火花机床实例
电火花成形加工加工出来的模具
电火花线切割加工出来的工具
电火花线切割加工出来的产品
电火花加工原理示意图1
脉 冲 电 源
工 具 电 极
B
(a
工件电极
(d
电火花加工的条件：
1）工具电极与工件电极之间必须保持一定的放电间隙
放电间隙通常为几微米至几百微米
2）必须采用脉冲电源产生瞬时的脉冲放电，避免形成 持续电弧放电
3）耐疲劳性能
花线切割加工。
纯铜电极加工钢：粗加工宜采用负极性长脉冲加工 （ti<10μm),而精加工则宜改用正极性窄脉冲加工
第三节 电火花加工中的一些基本规律
一、影响材料放电腐蚀的主要因素
1 极性效应 单纯由工件接正、负极的不同而引起电蚀量的不一样， 这种现象叫极性效应。 工件接脉冲电源的正极称为“正极性加工” ，此时工 具电极接负极。 工件接脉冲电源的负极称为“负极性加工” ，此时工 具电极接正极。
极性效应的机理：
电参数：电压脉冲宽度ti、电流脉冲宽度te、脉冲间 隔to、脉冲频率f、峰值电流ie、峰值电压u和极性。
加工规准：通常选定的电参数亦叫“加工规准”， 其影响见P.14-15。
3 金属材料热学常数对电蚀量的影响
热学参数：熔点、沸点（气化点）、热导率、比热容、 熔化热、气化热等
4 工作液对电蚀量的影响
除下来。
电火花机床实例
电火花成形加工加工出来的模具
电火花线切割加工出来的工具
电火花线切割加工出来的产品
电火花加工原理示意图1
脉 冲 电 源
工 具 电 极
B
(a
工件电极
(d
电火花加工的条件：
1）工具电极与工件电极之间必须保持一定的放电间隙
放电间隙通常为几微米至几百微米
2）必须采用脉冲电源产生瞬时的脉冲放电，避免形成 持续电弧放电
3）耐疲劳性能
花线切割加工。
特种加工技术第二章电火花加工
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。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。
(5) 有适当的脉冲间隔时间，使放电介质有足够时间消 除电离并冲去金属颗粒，以免引起电弧而烧伤工件。
第二章 电火花加工的基本原理及设备 二、RC线路脉冲电源
这种电源是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的。因为电容器时而充电，时而放 电，一弛一张，故又称“弛张式”脉冲电源(如图2-11所示)。 由于这种电源是靠电极和工件间隙中的工作液的击穿作用来 恢复绝缘和切断脉冲电流的，因此间隙大小、电蚀产物的排 出情况等都影响脉冲参数，使脉冲参数不稳定，所以这种电 源又称为非独立式电源。
1.加工速度 体积加工速度υw（mm3/min） 即υw=V/t 质量加工速度υm（g/min）
第二章 电火花加工的基本原理及设备
提高加工速度的途径： 提高脉冲频率f； 增加单个脉冲能量WM ； 设法提高工艺系数K；
电火花加工速度： 粗 加 工 （ 表 面 粗 糙 度 Ra10-20μm ） 时 可 达 200-1000 mm3/min； 半精加工（Ra2.5-10μm）时可达20-100 mm3/min； 精加工（Ra0.32-2.5μm）时一般在10 mm3/min以下；
第二章 电火花加工的基本原理及设备
(5) 有适当的脉冲间隔时间，使放电介质有足够时间消 除电离并冲去金属颗粒，以免引起电弧而烧伤工件。
第二章 电火花加工的基本原理及设备 二、RC线路脉冲电源
这种电源是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的。因为电容器时而充电，时而放 电，一弛一张，故又称“弛张式”脉冲电源(如图2-11所示)。 由于这种电源是靠电极和工件间隙中的工作液的击穿作用来 恢复绝缘和切断脉冲电流的，因此间隙大小、电蚀产物的排 出情况等都影响脉冲参数，使脉冲参数不稳定，所以这种电 源又称为非独立式电源。
1.加工速度 体积加工速度υw（mm3/min） 即υw=V/t 质量加工速度υm（g/min）
第二章 电火花加工的基本原理及设备
提高加工速度的途径： 提高脉冲频率f； 增加单个脉冲能量WM ； 设法提高工艺系数K；
电火花加工速度： 粗 加 工 （ 表 面 粗 糙 度 Ra10-20μm ） 时 可 达 200-1000 mm3/min； 半精加工（Ra2.5-10μm）时可达20-100 mm3/min； 精加工（Ra0.32-2.5μm）时一般在10 mm3/min以下；
第二章 电火花加工的基本原理及设备
特种加工第2章电火花
20
极性效应
极性效应是火花放电过程中一种重要现象，产 生这一现象的原因很复杂，通常对这一问题的解 释是：在火花放电过程中，正、负电极表面分别 受到负电子和正离子的轰击和瞬时热源的作用， 在两极表面所分配到的能量不一样，因而熔化、 气化抛出的电蚀量也不一样。
21
这是因为电子的质量和惯性均小，容易获得很高的加速 度和速度，在击穿放电的初始阶段就有大量的电子奔向正 极，把能量传递给阳极表面，使电极材料迅速熔化和气化； 而正离子则由于质量和惯性较大，起动和加速较慢，在击 穿放电的初始阶段，大量的正离子来不及到达负极表面， 到达负极表面并传递能量的只有一小部分离子。
2）可以加工特殊及复杂形状的表面和零件 没有机械加工的切削力，适宜加工低刚度工件及进行微细 加工。
3）易于实现加工过程自动化 直接利用电能加工，而电能、电参数较机械量易于实现数
字控制、适应控制、智能化控制和无人化操作等； 4）通过改进结构设计，改善零件结构的加工工艺性
8
2．局限性： 1）一般只能加工金属等导电材料； 2）加工速度一般较慢； 3）存在电极损耗； 4）最小角部半径有限制； 5）加工表面有变质层甚至微裂纹。
LOGO
第2章 电 火 花 加 工
（Electrical Discharge Machining简称EDM）
南华大学机电学院
1
2.1 电火花加工的概念及分类
2.1.1 电火花加工的基本原理 所谓电火花加工（Electrical Discharge Machine简称EDM)是指在介质中，利用两极(工 具电极与工件电极)之间脉冲性火花放电时的电腐 蚀现象对材料进行加工，使零件的尺寸、形状和 表面质量达到预定要求的加工方法。
22
❖ 在用短脉冲加工时，电子的轰击作用大于离子的轰击作用。 正极的蚀除速度大于负极的蚀除速度，这时工件应接正极。
极性效应
极性效应是火花放电过程中一种重要现象，产 生这一现象的原因很复杂，通常对这一问题的解 释是：在火花放电过程中，正、负电极表面分别 受到负电子和正离子的轰击和瞬时热源的作用， 在两极表面所分配到的能量不一样，因而熔化、 气化抛出的电蚀量也不一样。
21
这是因为电子的质量和惯性均小，容易获得很高的加速 度和速度，在击穿放电的初始阶段就有大量的电子奔向正 极，把能量传递给阳极表面，使电极材料迅速熔化和气化； 而正离子则由于质量和惯性较大，起动和加速较慢，在击 穿放电的初始阶段，大量的正离子来不及到达负极表面， 到达负极表面并传递能量的只有一小部分离子。
2）可以加工特殊及复杂形状的表面和零件 没有机械加工的切削力，适宜加工低刚度工件及进行微细 加工。
3）易于实现加工过程自动化 直接利用电能加工，而电能、电参数较机械量易于实现数
字控制、适应控制、智能化控制和无人化操作等； 4）通过改进结构设计，改善零件结构的加工工艺性
8
2．局限性： 1）一般只能加工金属等导电材料； 2）加工速度一般较慢； 3）存在电极损耗； 4）最小角部半径有限制； 5）加工表面有变质层甚至微裂纹。
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第2章 电 火 花 加 工
（Electrical Discharge Machining简称EDM）
南华大学机电学院
1
2.1 电火花加工的概念及分类
2.1.1 电火花加工的基本原理 所谓电火花加工（Electrical Discharge Machine简称EDM)是指在介质中，利用两极(工 具电极与工件电极)之间脉冲性火花放电时的电腐 蚀现象对材料进行加工，使零件的尺寸、形状和 表面质量达到预定要求的加工方法。
22
❖ 在用短脉冲加工时，电子的轰击作用大于离子的轰击作用。 正极的蚀除速度大于负极的蚀除速度，这时工件应接正极。
特种加工技术电火花加工技术
那么，两电极表面的金属材料 是如何被蚀除下来的呢？
电火花加工设备
电火花加工的原理 图2.3 电火花加工原理示意图 -1
3
2
4
5
6 1-工件
2-脉冲电源
7 3-自动进給调节装置
4-工具
1
5-工作液
6—过滤器
7—工作液泵
图2.4 电火花加工原理示意图-2
电火花加工是一个非常复杂的过程，其微观过程 是热力学、流体力学、电场力学、磁力学、电化学等 综合作用的结果。这一过程可分为以下四个阶段，见 图2.5 ：
冲 上是被抛出的高温金属的熔滴和碎屑。 (a)
电
源
工件电极
(d)
(4) 极间介质的消电离
及残如余图的A(热e)量所带示走，，加并工迅液速流恢入复放到电绝间缘隙状，态将。电若蚀加产工物 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，使该处的介质局部过热。 B 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。因此，为了保证加工过程的 正常进行，在两次放电之间必须有足够的时间间隔让
有杂质及自由电子，它们在强大的电场作用 下，形成了带电粒子，电场强度越大，带电 粒子越多，最终导致液体介质电离、击穿， 形成放电通道。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，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，这就形成了我 们看到的电火花。
(2) 电极材料的熔化、气化热膨胀 如图 (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，粒子间的相互撞击，产生 大量的热能，使通道瞬间达到很高的温度。通道高 温首先使工作液液化，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。
特种加工-第二讲 电火花加工的基本原理及设备(1)
生
。高温高压
每一次火花放电，就会在工件表面蚀出一个带凸边的
。凹
坑
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
以
固体微粒分散悬浮在工作液中。球状
电火花加工和电火花线切割加工的原理是
。相同的
电火花加工 在一定的介质中，通过工具电极和工件电极之间的 脉冲放电的电蚀作用，对工件进行加工的方法。
降低温度；
一次火花放电过程大致分为以下几个阶段： 消除带电离子；
排出电蚀产物；
(4)极间介质的消电离(如图2.2(e)所示)。
防止碳搭桥；
图2.2 电火花一次放电过程
二、电火花（穿孔成形）加工、电火花线切割加工的特点 共同特点
(1)二者的加工原理相同，都是通过电火花放电产生的 热来熔化去除金属的，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。
电极相互靠近时，极间形成脉冲性火花放电，在。
放电间隙0.01-0.1mm； 脉冲性放电；
图2.1 电火花加工原理
有绝缘介质；
加工过程 一次火花放电过程大致分为以下几个阶段：
(1)极间介质的电离、击穿，形成放电通道(如图2.2(a) 所示)。
第二讲 电火花加工的基本原理及设备（1）
一、电火花加工的物理本质 二、电火花加工、电火花线切割加工的特点 三、电火花机床型号与分类 四、电火花加工机床结构
N2+2O2===2NO2 化学反应条件：高温、高压
放 电 产 生：高温、高压
一、电火花加工的物理本质
物理本质 电火花加工基于电火花腐蚀原理，是在工具电极与工件
A、32mm
B、320mm
C、3200mm D、32000 mm
特种加工(章 (2)
第2章 电火花加工
图2－1 电火花加工原理示意图
第2章 电火花加工
图2－2 放电间隙状况示意图 (a)放电间隙状况；(b)放电后的表面
第2章 电火花加工
2.2.2 电火花加工的形成条件 利用电火花加工方法对材料进行加工应具备以下条件： （1）作为工具和工件的两极之间要有一定的距离（通常
为数微米到数百微米），并且在加工过程中能维持这一距离。 （2）两极之间应充入介质。对导电材料进行尺寸加工时，
第2章 电火花加工
2.1.2 （1)适合于任何难切削导电材料的加工。由于加工中材料
的去除是靠放电时的电热作用实现的，因此材料的可加工性主 要取决于材料的导电性及其热学特性，如熔点、沸点、比热容、 导热系数、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。
（5）脉冲放电需要不断地多次进行，并且每次脉冲放电 在时间上和空间上是分散的、不重复的。即每次脉冲放电一般 不在同一点进行，避免发生局部烧伤。
（6）脉冲放电后的电蚀产物能及时排运至放电间隙之外， 使重复性脉冲放电顺利进行。
第2章 电火花加工
2.2.3 电火花加工的机理 火花放电时，电极表面的金属材料究竟是怎样被蚀除下来
第2章 电火花加工
电火花加工在各行业的应用主要表现在： （1）可直接加工各种金属及其合金材料、特殊的热敏感 材料、半导体和非导体材料。 （2）可加工各种形状复杂的型孔和型腔工件，包括圆孔、 方孔、多边形孔、异形孔、曲线孔、螺纹孔、微孔等。 （3）可加工深孔等型孔工件及各种型面的型腔工件。 （4）可进行各种工件与材料的切割，包括材料的切断， 特殊结构工件的切断，切割微细窄缝及微细窄缝组成的工件， 如金属栅网、异型孔喷丝板、激光器件等。
特种加工技术 课件2
作业
1.电火花加工中的极性效应是什么？加工中 如何利用极性效应来提高加工效率降低工 具损耗？ 2.电火花正常系统中为什么必须有自动进给 调节系统？
1.电火花加工过程中，无论是正极还是负极， 都会受到不同程度的电蚀，即使是相同的材 料，两极的电蚀量也不相同。这种单纯由于 正负极性不同而彼此电蚀量不一样的现象叫 极性效应。 一般在短脉冲精加工时采用正极性加工， 而在长脉冲粗加工时采用负极性加工。
2. 加工系统中的自动进给调节系统的作用 是维持一定的“平均”放电间隙，保证电 火花加工正常而稳定的进行，以获得好的 加工效果。
一、电火花加工的原理和设备组成 二、电火花加工的特点及其应用 三、电火花加工工艺方法分类
一、电火花加工的原理和设备组成
电火花加工的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、形状及表面质量预定的加工要求。 电火花腐蚀的主要原因是：电火花放电时 火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高 的温度，足以使任何金属材料局部熔化、 气化而被蚀除掉，形成放电凹坑。
二、自动进给调节系统的基本组成部分
1.测量环节
2.比较环节 比较环节用以根据进给量或间隙平均电 压的“设定值”（称作伺服参考电压）来 调节进给速度，以适应粗、中、精不同的 加工规准。它实质上是把从测量环节得来 的信号和“给定值”的信号进行比较，再 按此差值来控制加工过程。
3.放大驱动器 为了获得足够的驱动功率，放大器要有一 定的放大倍数。然而，放大倍数过高也不好， 它将会使系统产生过大的超调，即出现自激现 象，使工具电极进进退退，调节不稳定。 常用的放大器主要是各类晶体管放大器。
1.机床总体部分 主机主要包括：主轴头、床身、 立柱、工作台及工作液槽几部分。
《特种加工技术》 习题答案
《特种加工技术》2017版习题参考答案【说明】：每章的第一大题是简答题，其答案基本在书中有描述，此处不再给出；部分章节的拓展题主要目的是启迪、开拓思路或展开应用，故没有统一或固定的答案。
第1章电火花成形加工（EDM SINKING）二、选择题1.电火花深小孔加工应当选择以下 C 作为工作液；A.自来水；B.煤油；C.去离子水(工业纯水) ；D.乳化液2.电火花共轭回转加工的最早发明人是：AA.中国人；B.美国人C.俄国人D.德国人3. 欲将小型交叉孔口毛刺去除彻底干净，最好采用D加工方法来完成。
A.锉刀；B.砂带磨削C.砂轮磨削D.电火花工艺4.欲保证最高的加工精度，电火花加工中工作液供给方式最好采用C。
A.静态淹没工件；B.侧面冲液C.工具电极内部抽吸D.工具电极内部射出5.对于象筛网零件有成千上万个小孔需要加工，为保证生产率，电火花加工宜采用以下D工具电极.A.单个实心电极逐个加工；B.单个空心电极逐个加工C. 实心群电极D.空心管群电极三、判断题1.电火花加工中的吸附效应都发生在正极上。
（F ）2.电火花成型加工时，电极在长度方向上损耗后无法得到补偿，需要更换电极。
（T ）3.电火花成型加工中的自动进给调节系统应保证工具电极的进给速度等于工件的蚀除速度；（T）4.电火花成型加工和穿孔加工相比，前者要求电规准的调节范围相对较小。
（F ）5.电火花成型加工电极损耗较难进行补偿。
（T ）6.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。
（T）7.弛张式脉冲电源电能利用率相当高，所以在电火花加工中应用较多。
（F）8.电火花成型加工属于盲孔加工，工作液循环困难，电蚀产物排除条件差。
（T）9.电火花加工的粗规准一般选取的是窄脉冲、高峰值电流。
（F）10.电火花加工的粗规准一般选取的是宽脉冲、高峰值电流。
（T）11.电火花加工的效率较低。
（T）12.煤油作为电火花液，冷却效果最好（F）13.紫铜又叫纯铜；（T）14.电火花机床没有主运动，只有进给运动。
特种加工第二章电火花加工电火花加工的自动进给调节系统讲义资料
• 4、电规准选择及转换：
• 冲模加工中，常选用粗、中、精三种规 准，每种规准有可分几档。（详细介绍）
改变输入动圈 中的电流，可 使挡板随着运 动
电机械 转换器
节流孔
溢
流 阀
主轴的移动是由电机械 转换器中控制线圈电流 大小来实现的
动圈 静圈 挡板
控制线 圈电流 大小由 加工间 隙电信 号控制
四、电—机械式自动进给调节系统 （示例）
将电压信号放大并转变为0~1000HZ不同频率的脉冲串
发出恒频率的回退触发脉冲
同类型的伺服电动机，它能根据控制信
号的大小及时地调节工具电极的进给速
度，以保持合适的放电间隙。
• 要求执行环节能快速反映间隙状态 变化；机械传动间隙和摩擦力应当尽量 小，以减少系统的不灵敏区；具有较宽 的调速范围。
三、电液自动进给调节系统（示例）
这种系统在20世纪80年代应用很广泛,但 目前已逐渐被电—机械式的各种交直流伺服电 极所替代，但分析了解其调节过程，仍具有典 型的理论意义。
4、放大驱动器:
• 由测量环节获得的信号，一般都很
小，难于驱动执行元件，必须要有一个 放大环节，通常称它为放大器。
•
为了获得足够的驱动功率，放大器
要有一定的放大倍数，但放大倍数也不
能过高，过高会使工具电极时进时退，
调节不稳定。
• 常用的放大器主要是各类晶体管放大器
5、执行环节:
•
执行环节也称执行机构，常采用不
• 工具电极的尺寸精度和表面粗糙度比凹模高 一级，一般精度不低于IT7，表面粗糙度小于 Ra1.25，且直线度、平面度和平行度在 100mm的长度上不大于0.01mm。
• 工具电极应有足够的长度。
• （3）电极的制造：线切割的方法
• 冲模加工中，常选用粗、中、精三种规 准，每种规准有可分几档。（详细介绍）
改变输入动圈 中的电流，可 使挡板随着运 动
电机械 转换器
节流孔
溢
流 阀
主轴的移动是由电机械 转换器中控制线圈电流 大小来实现的
动圈 静圈 挡板
控制线 圈电流 大小由 加工间 隙电信 号控制
四、电—机械式自动进给调节系统 （示例）
将电压信号放大并转变为0~1000HZ不同频率的脉冲串
发出恒频率的回退触发脉冲
同类型的伺服电动机，它能根据控制信
号的大小及时地调节工具电极的进给速
度，以保持合适的放电间隙。
• 要求执行环节能快速反映间隙状态 变化；机械传动间隙和摩擦力应当尽量 小，以减少系统的不灵敏区；具有较宽 的调速范围。
三、电液自动进给调节系统（示例）
这种系统在20世纪80年代应用很广泛,但 目前已逐渐被电—机械式的各种交直流伺服电 极所替代，但分析了解其调节过程，仍具有典 型的理论意义。
4、放大驱动器:
• 由测量环节获得的信号，一般都很
小，难于驱动执行元件，必须要有一个 放大环节，通常称它为放大器。
•
为了获得足够的驱动功率，放大器
要有一定的放大倍数，但放大倍数也不
能过高，过高会使工具电极时进时退，
调节不稳定。
• 常用的放大器主要是各类晶体管放大器
5、执行环节:
•
执行环节也称执行机构，常采用不
• 工具电极的尺寸精度和表面粗糙度比凹模高 一级，一般精度不低于IT7，表面粗糙度小于 Ra1.25，且直线度、平面度和平行度在 100mm的长度上不大于0.01mm。
• 工具电极应有足够的长度。
• （3）电极的制造：线切割的方法
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第二章 电火花加工的基本原理及设备
第二章 电火花加工
定义： 在加工过程中，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 温把金属蚀除下来。这种加工方法就叫电火花加 工。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
第一节 电火花加工的基本原理及其分类
一、电火花加工的原理和设备组成 原理：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、形状及表面质量预定的加工要求。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
三、电火花加工的工艺方法分类
按照工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，大 致分为六大类：
电火花穿孔成形加工
电火花线切割
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
前五种属于电火花成形、尺寸加工，改变零件形状或尺 寸；后一种属于表面加工，改善或改变零件表面性质。
电火花腐蚀的主要原因： 电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高
的温度，足以使任何金属材料局部融化、气化而被蚀除 掉，形成放电凹坑。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
要达到利用电腐蚀现象对金属材料进行尺寸加工的目的， 必须解决三个问题： 1）必须使工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定 的放电间隙，通常为几微米至几百微米。 如果间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，因而不会 产生火花放电；如果间隙过小，很容易形成短路接触， 同样不能产生火花放电。 在电火花加工过程中必须具有工具电极的自动进给和调 节装置，使和工件保持某一放电间隙。
其中电火花穿孔成型加工和电火花线切割应用最广泛。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
第二节 电火花加工的机理
电火花加工基于电火花腐蚀原理，是在工具电极与 工件电极相互靠近时，极间形成脉冲性火花放电，在电 火花通道中产生瞬时高温，使金属局部熔化，甚至气化， 从而将金属蚀除下来。那么两电极表面的金属材料是如 何被蚀除下来的呢？这一过程大致分为以下几个阶段 (如图2-1所示)：
第二章 电火花加工的基本原理及设备
(3) 电极材料的抛出(如图2-1(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，工作液和金属气化后不断向外膨胀，形成 内外瞬间压力差，高压力处的熔融金属液体和蒸汽被排 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，可以看到桔红色的火花四溅，这就是被 抛出的高温金属熔滴和碎屑。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
第二章 电火花加工的基本原理及设备
第二章 电火花加工的基本原理及设备 二、电火花加工的特点及其应用 1.主要优点： ⑴适合于任何难切削材料的加工
加工中材料的去除是靠放电时的电热作用实现的可以用 软的工具加工硬工件，电极材料多采用纯铜或石墨。 ⑵可以加工特殊及复杂形状的表面和零件 例如：复杂型腔模具加工 2.缺点 ⑴主要加工金属等导电材料，在一定条件下也可加工半导 体和非导电材料。 ⑵加工速度较慢 ⑶存在电极损耗
第二章 电火花加工的基本原理及设备
(2) 电极材料的熔化、气化热膨胀(如图2-1(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，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 极间有冒烟现象，并听到轻微的爆炸声。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
2）火花放电必须是瞬时的脉冲性放电，放电延续一段时 间后，需停歇一段时间，放电延续时间一般为1-1000μs。 电火花加工必须采用脉冲电源。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
3）火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行， 例如煤油、皂化液或去离子水等。 液体介质又称为工作液，作用有三个： 第一，必须具有较高的绝缘强度，以有利于产生脉冲性 的火花放电； 第二，能把电火花加工过程中产生的金属小屑、炭黑等电 蚀产物从放电间隙中悬浮排除出去； 第三，对电极和工件表面有较好的冷却作用；
第二章 电火花加工的基本原理及设备
A 工
具
电
Байду номын сангаас
B
极 脉
冲
(a)
(b)
(c)
电
源
工件电极
(d)
(e)
图2-1 电火花加工原理
第二章 电火花加工的基本原理及设备
第二章 电火花加工的基本原理及设备 (1) 极间介质的电离、击穿，形成放电通道(如图2-1(a)所示)。
第二章 电火花加工的基本原理及设备 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。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
(4) 极间介质的消电离(如图2-1(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。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
上述步骤(1)～(4)在一秒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(如图2-2所 示)。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。
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。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。
第二章 电火花加工
定义： 在加工过程中，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 温把金属蚀除下来。这种加工方法就叫电火花加 工。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
第一节 电火花加工的基本原理及其分类
一、电火花加工的原理和设备组成 原理：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、形状及表面质量预定的加工要求。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
三、电火花加工的工艺方法分类
按照工具电极和工件相对运动的方式和用途的不同，大 致分为六大类：
电火花穿孔成形加工
电火花线切割
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
前五种属于电火花成形、尺寸加工，改变零件形状或尺 寸；后一种属于表面加工，改善或改变零件表面性质。
电火花腐蚀的主要原因： 电火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热，达到很高
的温度，足以使任何金属材料局部融化、气化而被蚀除 掉，形成放电凹坑。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
要达到利用电腐蚀现象对金属材料进行尺寸加工的目的， 必须解决三个问题： 1）必须使工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定 的放电间隙，通常为几微米至几百微米。 如果间隙过大，极间电压不能击穿极间介质，因而不会 产生火花放电；如果间隙过小，很容易形成短路接触， 同样不能产生火花放电。 在电火花加工过程中必须具有工具电极的自动进给和调 节装置，使和工件保持某一放电间隙。
其中电火花穿孔成型加工和电火花线切割应用最广泛。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
第二节 电火花加工的机理
电火花加工基于电火花腐蚀原理，是在工具电极与 工件电极相互靠近时，极间形成脉冲性火花放电，在电 火花通道中产生瞬时高温，使金属局部熔化，甚至气化， 从而将金属蚀除下来。那么两电极表面的金属材料是如 何被蚀除下来的呢？这一过程大致分为以下几个阶段 (如图2-1所示)：
第二章 电火花加工的基本原理及设备
(3) 电极材料的抛出(如图2-1(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，工作液和金属气化后不断向外膨胀，形成 内外瞬间压力差，高压力处的熔融金属液体和蒸汽被排 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，可以看到桔红色的火花四溅，这就是被 抛出的高温金属熔滴和碎屑。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
第二章 电火花加工的基本原理及设备
第二章 电火花加工的基本原理及设备 二、电火花加工的特点及其应用 1.主要优点： ⑴适合于任何难切削材料的加工
加工中材料的去除是靠放电时的电热作用实现的可以用 软的工具加工硬工件，电极材料多采用纯铜或石墨。 ⑵可以加工特殊及复杂形状的表面和零件 例如：复杂型腔模具加工 2.缺点 ⑴主要加工金属等导电材料，在一定条件下也可加工半导 体和非导电材料。 ⑵加工速度较慢 ⑶存在电极损耗
第二章 电火花加工的基本原理及设备
(2) 电极材料的熔化、气化热膨胀(如图2-1(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，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 极间有冒烟现象，并听到轻微的爆炸声。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
2）火花放电必须是瞬时的脉冲性放电，放电延续一段时 间后，需停歇一段时间，放电延续时间一般为1-1000μs。 电火花加工必须采用脉冲电源。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
3）火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行， 例如煤油、皂化液或去离子水等。 液体介质又称为工作液，作用有三个： 第一，必须具有较高的绝缘强度，以有利于产生脉冲性 的火花放电； 第二，能把电火花加工过程中产生的金属小屑、炭黑等电 蚀产物从放电间隙中悬浮排除出去； 第三，对电极和工件表面有较好的冷却作用；
第二章 电火花加工的基本原理及设备
A 工
具
电
Байду номын сангаас
B
极 脉
冲
(a)
(b)
(c)
电
源
工件电极
(d)
(e)
图2-1 电火花加工原理
第二章 电火花加工的基本原理及设备
第二章 电火花加工的基本原理及设备 (1) 极间介质的电离、击穿，形成放电通道(如图2-1(a)所示)。
第二章 电火花加工的基本原理及设备 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。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
(4) 极间介质的消电离(如图2-1(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。
第二章 电火花加工的基本原理及设备
上述步骤(1)～(4)在一秒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(如图2-2所 示)。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。
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。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。