电火花加工技术教案.docx

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电火花加工技术教案

天津工程师范学院

精密数控电火花加工技术

机械制造技能实训基地

第一部分基础知识

一、电火花加工：

在加工过程中，使工具和工件之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。

二、电火花加工的原理：

基于工件和工具（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、形状及表面预定的加工要求。

三、加工条件：

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。

2、火花放电必须使瞬时的脉冲性放电，放电延续一段时间后，需停歇一段时间。

3、火花放电必须在一定绝缘性能的液体介质中进行。

四、电火花加工的机理：

1、极间介质的电离、击穿、形成放电通道

2、介质热分解、电极材料熔化、气体热膨胀

3、电极材料的抛出

4、极间介质的消电离

五、电火花加工的一些基本规律：

1、影响材料放电腐蚀的主要因素

2、电火花加工的加工速度和工具的损耗速度

3、影响加工精度的主要因素

4、电火花加工的表面质量：

（1）表面粗糙度

（2）表面变质层（3）表面力学性能

六、基本术语：

1、工具电极2、放电间隙3、脉冲电源4、工作液介质

5、电蚀产物6、电规准7、脉冲宽度8、脉冲间隔

9、放电时间10、峰值电压11、加工点流12、短路电流

13、峰值电流14、短路峰值电流

七、主要用途及使用范围：

采用紫铜、石墨、钢、铜钨合金等电极材料，能对碳素钢、工具钢、淬火钢、硬质合金及其它高硬度金属材料进行放电加工，可加工冲压模（落料模、复合模、级进模等），型腔模（精锻模、压铸模、压延模、注塑模等）以及各种零件的坐标孔及复杂的异形曲面，还可以加工0.1mm以上的小孔和0.2mm以上的窄缝。

广泛应用于电机、仪表、汽车、航天、轻工、军工、模具等行业。

八、机床的组成部分：

由主机、工作油箱、脉冲电源柜等部分组成。

第二部分机床主机的主要结构及各部分作用

机床主机主要由主轴箱、工作台、工作液槽、机床端子箱、床身、立柱等组成，就各部分作用介绍如下：

1、主轴箱：

主轴伺服系统采用交流伺服电机拖动通过圆弧同步齿形带减速及滚珠丝杠副传动，驱动主轴作上下伺服运动。

2、工作台：

工作台和鞍座的导轨均采用高品质直线滚动导轨，工作台的纵、横（X、Y轴）运动采用交流伺服电机通过联轴节直接驱动滚珠丝杠来完成。

工作台上有三条T型槽，用于夹紧副工作台或工件。

3、工作液槽：

工作液槽固定在工作台上，用来存放工作液，下端有回油盘，当打开时油沿着回油盘通过回油管流回油箱。

为了保证加工安全进行，在工作液槽上装有液面高度控制器，放电加工时工作液面必须高出加工面50mm以上，可根据不同高度工件的需要，通过手轮调节液面高度。

连接板上装有浮子开关和温度开关，用来接通和切断电源以实现自动监控、报警、加工开始和停止。

工作液槽上配有冲、抽油转换手柄及压力调定旋钮，可根据加工需要实现冲、抽油及压力调定。

4、机床端子箱：

主机操作的所有信号都汇集在端子箱内，来自脉冲电源的信号通过端子箱控制三轴伺服、油泵等功能部件的动作，机床信号又经过端子箱反馈给电柜做出不同的反应。

5、床身、立柱：

构成机床、支撑其他部件的安装及运动。

第三部分机床脉冲电源柜的使用与操作

一、MD20A脉冲电源柜组成及作用

脉冲电源柜由操作面板和手控盒组成。

1、面板：

1）电源指示、起停操作区

2）屏幕显示区

3）控制键盘操作区

2、手控盒：

主要用于移动机床，共有四档速度，可进行机床X+,X-,Y+,Y-方向移动。

接触感知主要用于找正工件和电极。

当使用手控盒移动机床时，电极和工件相接触后，主画面报警显示“接触感知”现按“确认”键，进行解除，然后用忽略接触感知的方法，即一手按“接触感知”键，一手按住方向键使工件与电极脱开。

二、使用与操作说明

1、主画面说明：

1）左上区为X、Y、Z、U四轴的当前坐标值显示区，用以显示加工及移动的实时坐标轨迹以及绝对/相对、公制/英制的转换信息和最大加工深度。

2）右上角为汉川机床有限公司徽标及系统的当前时间和加工时间显示。

3）右中部是加工状态设置调整显示区，用于加工过程中加工状态及加工参数的修改调整，其中包括：

系统状态、模糊控制、摇动参数及电源参数等。

通过对各种加工参数进行实时的调整，保证最佳的加工效果。

4）左中部为当前加工程序显示区，用于显示当前正在加工的程序、程序段及程序名。

5）下部为功能操作区，此处的所有功能菜单均与键盘上的功能键一一对应。

这就是系统软件的十二大功能模块。

2、十二大功能模块说明

1）坐标移动：

本功能包括“移动”、“半程移动”、“极限移动”、“坐标设定”四个子功能模块。

移动：

表示按照输入的坐标轴的移动量进行移动。

半程移动：

表示机床移动到当前坐标值的一半处，停止。

极限移动：

选择需要移动的坐标轴及移动的方向，机床移动到极限位置处，并找到机床零点后，停止。

坐标设定：

选择需要设定的坐标轴，并输入相应的坐标值即可，并显示在各自的坐标系上，各坐标轴距机械原点的距离也随之变化。

该功能还可以进行“绝对”、“相对”、“公制”、“英制”的转换，并可进行坐标的清零工作。

在移动过程中，选择“移动”子功能，选择需要移动的坐标轴并输入相应的移动量，并根据需要确定是否选择“接触感知”功能，然后点击“确认”按钮或按下“F1开始”键或“Enter键”，即可将选定轴移动到相应的目标位置处。

点击“退出”按钮或按下“Esc”，即可退出该功能及其对话框（下同）。

选择“接触感知”功能后，“移动”具有接触感知功能，否则将忽略接触感知，因此，在忽略接触感知功能下进行移动操作时，要特别小心，确认在移动行程中，没有阻挡物，以防撞坏电极和工件，造成巨大的经济损失。

2）定位：

本功能包括“端面定位”、“角定位”、“柱中心定位”、“孔中心定位”、“自动三点定位”、“火花找正”，六个功能模块。

端面定位：

首先确定要定位的端面，使用手控盒将机床移动到电极和工件的相应位置处，然后根据定位需要输入相应的“快速接近距离”，并根据工件和电极之间的对应关系在“移动方向”对话框一栏中，选择对应的移动方向。

可根据需要输入感知后反转值、选择绝对或相对坐标和进行坐标清零。

柱中心定位：

定位前用手控盒，将机床移动到电极和工件相应位置处，然后根据定位需要输入以下变量

（1）初始移动量

（2）Z轴下降距离（3）测定次数（4）Z轴感知后反转值（5）XY轴感知后反转值。

定位后，电极停在工件的中心处。

孔中心定位：

定位前用手控盒将机床移动到电极和工件的相应位置，根据定位需要输入以下变量：

（1）X和Y轴的初始移动量

（2）Z轴下降距离（3）测定次数（4）Z轴感知后反转值（5）XY轴感知后反转值，定位完成后电极停在工件的内孔中心处。

自动三点定位：

定位前用手控盒将机床移动到电极和工件的相应位置，然后在对话框中根据定位需要，选择定位类型、定位条件、Z轴下降距离、感知后反转值、测定物直径。

定位后电极停在工件的中心处。

注：

原输入值为位图中的r，对于内径，原输入值应小于内径半径与电极半径的差；对于外径，原输入值应大于圆柱半径与电极半径的和。

角定位：

定位前用手控盒将机床移动到电极和工件的相应位置处，然后根据定位需要选择“定位角号”，并输入以下变量

（1）初始移动量

（2）测定后移动量（3）测定次数（4）感知后反转值，其中“定位角号”的1，2，3，4分别对应第一至第四象限工件的各个角。

“测定后移动位置”的输入值，决定角定位后，电极停在的位置。

如输入零，电极将停在工件角上相邻边的交点处。

火花找正：

是一种带有小电流放电加工的定位方式，需选择要找正的方向中的一个，当电极快要接近工件时，即有小火花放电，此时可根据火花的均匀，来确定电极和工件是否平正，可代替用表找正。

在进行电极和工件调平时，首先应确定电极卡头是否绝缘，并且不能同时触摸电极和工件，以防触电。

另外可选择IP参数值来控制火花的大小，但火花不能太大。

3）加工：

包括手动加工和程序加工，手动加工需要输入伺服加工轴的目标坐标值，并根据需要选择加工坐标“绝对”或“相对”方式，同时还可以选择加工结束后是否回加工起始点，决定加工轴的停止位置。

程序加工可选择已编好的程序，确认所选程序正确无误，即可按照程序指令进行加工。

4）加工条件：

加工参数：

序号

参数

功能

范围

序号

参数

功能

范围

脉冲宽度

1-2047

放电时间

0-9

OFF

脉冲间隙

6-2047

POL

放电极性

+，-

峰值电流

0-99

伺服速度

0-9

高压控制

0-7

低压电压

0-1

间隙电压

20-200

电容

0-15

上升距离

0-9

C代码

0-999

参数简介及选择：

ON是放电时间，OFF是放电休止时间，单位微秒，窄脉冲由于放电时间极短，能量较小，多用于精加工。

通常采用宽脉冲进行粗加工，窄脉冲进行精加工。

IP是峰值电流的投入选择，峰值电流IP与ON时间组合起来构成脉冲能量，ip取决于IP和VL的组合,ON、IP、VL用来决定单个脉冲能量，左右光洁度，电极损耗等加工结果的最重要的参数，放电能量于IP、VL成正比例。

放电能量越大，加工效率越高，ON时间越长，放电作用的时间越长，融化的面积越大。

H为高压辅助回路，它是在低压控制回路的基础上，用高压辅助回路，形成先导击穿，有利于加工稳定。

它设定高压辅助回路的峰值电流，H每增加1，峰值电流越增加0.2A，最高H＝7，越增至1.2A。

SV为基准电压是加工电极与工件间隙电压基准值的设定。

设定了基准电压，当极间平均电压高于基准电压，电极就前进，低于基准电压电极就后退。

SV用于调整极间电压，始终保持间隙基本恒定。

SV越小极间距离也就越小，放电越快，SV越大，极间距离扩大，放电频率变低。

当加工出现不稳定或拉弧时，增大SV将得以改善。

SV是关系放电持续稳定的重要调整因素。

UP\DN为定时抬刀，UP表示抬刀上升距离；DN表示放电时间，数值越大放电加工时间越长。

使用抬刀有利于加工废屑的排除，保持稳定的加工状态。

一般在粗加工时采用UP:

DN＝2：

5，精加工时选用UP：

DN＝2：

4或3：

4。

POL表示放电的极性选择：

（在生产中常把工件接脉冲电源的正极时，称“正极性”加工，反之工件接脉冲电源的负极时，称“负极性”加工。

）在C代码条件中，各种材质组合的极性都有设定。

一般超精加工，最后一组加工参数采用正极性，以获得较高的光洁度。

VL低压电压：

VL分别选择0、1时，对应空载电压依次为90V，120V。

在Cu-St的加工中，一般VL=90V。

C-电容并在极间的加工电容，一般C1－C6用于小孔窄槽等的精加工。

对于超硬质合金加工，铜钨合金或石墨打钢的有消耗加工，粗加工时用C7-C9,精加工时用C3-C6，可增加脉冲的冲击力，以获得稳定的加工效果。

应该特别注意的是：

对于小于1％电极损耗的钢件的无损耗加工，此时必须设定C＝0。

C代码是经验加工条件的存储区，加工时可视加工需要进行调用。

分“用户参数”和“系统参数”，用户参数可以对选定的加工参数进行修改、删除、保存等操作；系统参数不能进行修改。

5）辅助功能：

该部分包括程序编辑器、当前程序编辑器、计算器、和断点加工。

程序编辑器用于用户对所需程序的编辑和修改；当前程序编辑器用于用户对当前调用的程序进行修改和编辑，并可编译和检查程序的错误。

断点加工是用来保护加工过程中因出现意外情况，而造成的机床加工中系统意外断电、加工停止等，在这种情况下，用户可使用“断点加工”功能来继续进行原来的模具加工。

6）开始、暂停、停止

7）帮助、调试、系统退出、机床参数

第四部分编程

一、编程步骤：

1、分析零件图纸2、工艺处理3、数学处理4、编写程序清单

5、制作控制程序6、数控机床

二、单位说明

1、在进行移动、加工等操作时，对话框中的默认单位是：

微米

2、在平动加工中，选择平动半径时的默认单位是：

微米

3、在程序编辑中，输入的坐标数值的默认单位是微米，当加小数点表示单位是：

毫米。

4、使用G04延时指令时，默认单位是：

毫秒。

当加小数点表示单位是秒。

5、在英制加工中，默认单位是：

英时。

但在平动加工中，选择平动半径时的默认单位仍是：

毫米。

三、编程代码及指令格式

代码

功能

指令格式

G00

快速定位

G00X（）Y（）Z（）

G01

直线插补

G01X（）Y（）Z（）

G02圆弧插补（顺圆）

G17G02X（）Y（）I（）J（）

G18G02X（）Y（）I（）K（）

G19G02X（）Y（）J（）K（）

G03

圆弧插补（逆圆）

G17G03X（）Y（）I（）J（）

G04

延时

G04D（）

G11

跳读ON

G12

跳读OFF

G17

X-Y平面选择

G18

X-Z平面选择

G19

Y-Z平面选择

G20

英制

G21

公制

G40

取消补偿

G41

带补偿左偏

G41D1000

G42

带补偿右偏

G42D1000

G54

工作坐标系1

G55

工作坐标系2

G56

工作坐标系3

G57

工作坐标系4

G58

工作坐标系5

G59

工作坐标系6

G80

接触感知

G80Z-

G81

回机床“零”

G81Y-

G82

半程移动

G90

绝对坐标系

G91

增量坐标系

G92

赋坐标值

M00

程序暂停

M02

程序结束

M05

忽略接触感知

M08

旋转头开

M09

旋转头关

M98

子程序调用

M99

子程序调用结束

四、摇动加工：

（平动加工）指在单轴加工时，其他两轴进行特定轨迹合成动作的加工方式。

1、作用：

（1）对电极与精加工的偏差进行补偿，控制加工尺寸精度。

（2）利于排屑，便于稳定加工。

（3）修光工件的表面，提高其粗超度指标。

2、指令：

LN伺服方式摇动平面摇动轨迹STEP摇动幅度（半径）

3、摇动类型及在加工中的应用:

类型：

轨迹

类型平面

OFF

圆形

方形

菱形

菱十字

正十字

自由

平动

XY平面

000

001

002

003

004

005

YZ平面

030

031

032

033

034

035

ZX平面

060

061

062

063

064

065

步进

平动

XY平面

100

101

102

103

104

105

YZ平面

130

131

132

133

134

135

ZX平面

160

161

162

163

164

165

锁定

平动

XY平面

200

201

202

203

204

205

YZ平面

230

231

232

233

234

235

ZX平面

260

261

262

263

264

265

（1）自由摇动：

X、Y、Z轴中选定某一轴为加工轴，作伺服加工，其它两轴进行摇动运动。

例如：

G01LN001STEP30Z-10

适用于液处理不均、排屑不畅的复杂形状及盲孔的加工。

（2）步进摇动：

加工轴作步进伺服加工，其它两轴进行摇动运动。

例如：

G01LN101STEP20Z-10

适用于深孔排屑比较难的加工中，此摇动加工速度较慢。

（3）锁定摇动：

在单轴加工中，主轴的轴向运动停止并锁定，其它轴进行摇动运动，是摇动半径幅度逐步扩大的一种镗加工方式。

G01LN201STEP20Z-5

锁定摇动加工能迅速出去粗加工的波纹，是达到尺寸精度的最快加工手段，锁定摇动主要用于通孔或有底型腔模加工中，并且还能在孔内滚花、加工螺纹。

五、编程格式及实例

1、G54G902、G54G90

G80Z-G80Z-

G92X0Y0Z0G92X0Y0Z0

G00M05Z10.0G00M05Z2.0

G00X10.Y20.C170G01Z-10.

C130G01Z-5.G00M05Z2.0

G02X50.Y60.I40.C160G01LN001STEP500Z-10.

G03X80.Y30.I30.G00M05Z2.0

G00Z10.C320G01LN001STEP200Z-10.

M02G00M05Z10.0

M02

第五部分工件加工

一、电极和工件的找正

1、机床附件夹具的安装：

根据加工工件对象的不同，选择适合装夹电极的夹具附件，将电极连接板清洗干净后，将电极夹具装入连接板内，并用侧面锁紧螺钉锁紧。

2、电极找正：

使用普通夹具时，用直角尺和百分表找正电极与工作台垂直

3、工件的装夹：

有定位要求的工件，一定要做出一对直角基准面，在工件固定以前应分别用百分表找正两基准面与工作台纵、横坐标移动方向平行，根据工件精度要求，一般在0.005～0.01毫米以内。

二、定位

根据图纸要求，选择适当的定位方式，找出工件加工的起始坐标。

三、编程并选择合理的加工参数

根据加工图纸及要求编辑程序并选择合理的加工参数。

例如：

G54G90

G80Z-

G92X0Y0Z0

G00M05Z2.0

C160G01Z-5.

G00M05Z2.0

C160G01LN001STEP500Z-5.

G00Z10.0

M02

四、工作液面的调整

为了加工安全，工作液必须高出工件加工面一定高度，通过液面高度调整手轮，一般情况下液面至少高出加工面50毫米左右。

五、试运行及开始加工（需关闭机床门）

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