電火花加工工具機

電火花加工工具機是利用電火花加工原理加工導電材料的特種加工工具機。又稱電蝕加工工具機。電火花加工工具機主要用於加工各種高硬度的材料（如硬質合金和淬火鋼等）和複雜形狀的模具、零件，以及切割、開槽和去除折斷在工件孔內的工具（如鑽頭和絲錐）等。

基本介紹

• 中文名：電火花加工工具機
• 外文名：electric spark machine tool
• 原理：電火花加工原理
• 別稱：電蝕加工工具機
• 用於：加工各種高硬度的材料

產品簡介

電火花加工工具機

電火花加工工具機是一種利用電火花放電，對金屬表面進行電蝕的原理來加工金屬零件的工具機設備。由於電火花加工原理和普通金屬切削原理不同，所以電火花加工工具機就和普通金屬切削工具機在結構上有所不同。首先它有 一個能量很大的脈衝電源裝置，來為產生電火花提供能量，主要作用是在工具電極和工件電極上產生重複的高強度電脈衝，以產生放電電火花; 其次由於在電火花加工時，工具和工件無直接接觸，沒有明顯的切削力，所以電火花加工工具機就沒有裝備強度很高的主傳動系統，但它為了能保證電極間的幾微米到幾百微米的放電間隙，採用了一個靈敏度很高的間隙自動調整裝置，它能隨時自動地對間隙進行測量和調整。

結構組成作用

它的工具機本體包括床身、立柱、軸頭和工作檯，主要是用來實現對工具和工件的裝夾、調整等。工具機本體要求有足夠的剛度，以防在加工過程中，由於工具機本身的變形造成放電間隙的改變，使加工無法進行。在電火花加工過程中，工具電極和工件都是被浸在工作液中的。工作液的主要作用就是在放電時壓縮火花通道，使電流能集中在局部的小部位;；在放電後要能及時消除電離，恢復絕緣狀態，以防產生電弧，工作液還可對工具和工件進行冷卻。為了把電蝕產物及時地從電極間隙間排出去，電火花加工工具機還裝備了工作液循環系統，利用工作液的強制循環，來完成這一工作。

床身和立柱

床身和立柱是一個基礎結構，由它確保電極與工作檯、工件之間的相互位置。它們精度的高低對加工有直接的影響，如果工具機的精度不高，加工精度也難以保證。因此，不但床身和立柱的結構應該合理，有較高的剛度，能承受主軸負重和運動部件突然加速運動的慣性力，還應能減小溫度變化引起的變形，經過時效處理消除內應力，使其日久不會變形。

工作檯

工作檯主要用來支承和裝夾工件。在實際加工中，通過轉動縱橫向絲桿來改變電極與工作的相對位置。工作檯上身還裝有工作液箱，用以容納工作液，使電極和被加工件浸泡在工作液里，起到冷卻、排屑作用。工作檯是操作者在裝夾找正時經常移動的部件，通過兩個手輪來移動上下拖板，改變縱橫向位置，達到電極與被加工件間所要求的相對位置。工作檯的種類可分為：普通工作檯、精密工作檯。

主軸頭

主軸頭是電火花穿孔成形加工工具機的一個關鍵部件，它的結構是由伺服進給機構、導向和防扭機構、輔助機構三部分組成。它控制工件與工具電極之間的放電間隙。主軸頭的好壞直接影響加工的工藝指標，如生產率、幾何精度以及表面粗糙度，因此對主軸頭除結構上不同外，還應具備以下條件：

①有一定的軸向和側向剛度及精度；②有足夠的進給和回升速度；③主軸運動的直線性和防扭轉性能好；④靈敏度要高，無爬行現象；⑤不同的工具機要具備合理的承載電極質量的能力。

類型

電火花加工工具機大致可分為四大類： 第1類為主要用來加工各種模具、型腔、型孔的電火花成型加工工具機，這一類工具機占全部電火花加工工具機的80%左右；第2類為電火花線切割工具機，被用來切割零件和加工沖模；第3類為工具電極相對於工件既有直線進給運動又有旋轉運動的電火花鏜、磨螺紋等加工工具機；第4類為可對工件進行表面處理的電火花加工工具機，如電火花刻字等。

隨著電火花加工工藝的改進，電火花加工工具機也有了很大的發展，如在廣泛地採用矩形波脈衝電源的同時，又發展了各種疊加波形的脈衝電源和各種矩形波派生電源。在間隙自動調節方面，也由只對電極間隙進行測量、控制，向對多參數進行自適應控制的方向發展等。所有這一系列的改進和發展，已使電火花加工進入了一個新階段。

常用術語

工具電極

電火花加工用的工具是電火花放電時的電極之一，故稱為工具電極，有時簡稱電極。由於電極的材料常常是銅，因此又稱為銅公

放電間隙

放電間隙是放電時工具電極和工件間的距離，它的大小一般在0.01～0.5 mm之間，粗加工時間隙較大，精加工時則較小。

脈衝寬度ti(μs)

脈衝寬度簡稱脈寬(也常用ON、TON等符號表示)，是加到電極和工件上放電間隙兩端的電壓脈衝的持續時間。為了防止電弧燒傷，電火花加工只能用斷斷續續的脈衝電壓波。一般來說，粗加工時可用較大的脈寬，精加工時只能用較小的脈寬。

脈衝間隔to(μs)

脈衝間隔簡稱脈間或間隔(也常用OFF、TOFF表示)，它是兩個電壓脈衝之間的間隔時間。間隔時間過短，放電間隙來不及消電離和恢復絕緣，容易產生電弧放電，燒傷電極和工件；脈間選得過長，將降低加工生產率。加工面積、加工深度較大時，脈間也應稍大。

放電時間(電流脈寬)te(μs)

放電時間是工作液介質擊穿後放電間隙中流過放電電流的時間，即電流脈寬，它比電壓脈寬稍小，二者相差一個擊穿延時td。ti和te對電火花加工的生產率、表面粗糙度和電極損耗有很大影響，但實際起作用的是電流脈寬te。

擊穿延時td(μs)

從間隙兩端加上脈衝電壓後，一般均要經過一小段延續時間td，工作液介質才能被擊穿放電，這一小段時間td稱為擊穿延時。擊穿延時td與平均放電間隙的大小有關，工具欠進給時，平均放電間隙變大，平均擊穿延時td就大；反之，工具過進給時，放電間隙變小，td也就小。

脈衝周期tP(μs)

一個電壓脈衝開始到下一個電壓脈衝開始之間的時間稱為脈衝周期，顯然tP=ti+to

脈衝頻率fP(Hz)

脈衝頻率是指單位時間內電源發出的脈衝個數。顯然，它與脈衝周期tP互為倒數。

有效脈衝頻率fe(HZ)

有效脈衝頻率是單位時間內在放電間隙上發生有效放電的次數，又稱工作脈衝頻率。

脈衝利用率λ

脈衝利用率λ是有效脈衝頻率fe與脈衝頻率fp之比，又稱頻率比，

亦即單位時間內有效火花脈衝個數與該單位時間內的總脈衝個數之比。

脈寬係數τ

脈寬係數是脈衝寬度ti與脈衝周期tp之比。

占空比ψ

占空比是脈衝寬度ti與脈衝間隔to之比，ψ=ti/to。粗加工時占空比一般較大，精加工時占空比應較小， 否則放電間隙來不及消電離恢復絕緣，容易引起電弧放電。

開路電壓或峰值電壓(V)

開路電壓是間隙開路和間隙擊穿之前td時間內電極間的最高電壓。一般電晶體方波脈衝電源的峰值電壓=60～80 V，高低壓複合脈衝電源的高壓峰值電壓為175～300 V。峰值電壓高時，放電間隙大，生產率高，但成形複製精度較差。

火花維持電壓

火花維持電壓是每次火花擊穿後，在放電間隙上火花放電時的維持電壓，一般在25 V左右，但它實際是一個高頻振盪的電壓。

加工電壓或間隙平均電壓U(V)

加工電壓或間隙平均電壓是指加工時電壓表上指示的放電間隙兩端的平均電壓，它是多個開路電壓、火花放電維持電壓、短路和脈衝間隔等電壓的平均值。

加工電流I(A)

加工電流是加工時電流表上指示的流過放電間隙的平均電流。精加工時小，粗加工時大，間隙偏開路時小，間隙合理或偏短路時則大。

短路電流Is(A)

短路電流是放電間隙短路時電流表上指示的平均電流。它比正常加工時的平均電流要大20%～40%。

峰值電流(A)

峰值電流是間隙火花放電時脈衝電流的最大值(瞬時)，在日本、英國、美國常用Ip表示。雖然峰值電流不易測量，但它是影響加工速度、表面質量等的重要參數。在設計製造脈衝電源時，每一功率放大管的峰值電流時預先計算好的，選擇峰值電流實際是選擇幾個功率管進行加工。

短路峰值電流(A)

短路峰值電流是間隙短路時脈衝電流的最大值，它比峰值電流要大20%～40%，與短路電流相差一個脈寬係數的倍數。

隨著數字控制技術的發展 ，電火花加工工具機已數控化，並採用微型電子計算機進行控制。工具機功能更加完善，自動化程度大為提高，實現了電極和工件的自動定位、加工條件的自動轉換、電極的自動交換、工作檯的自動進給、平動頭的多方向伺服控制等。低損耗電源、微精加工電源、適應控制技術和完善的夾具系統的採用，顯著提高了加工速度、加工精度和加工穩定性，擴大了套用範圍。電火花加工工具機不僅向小型 、精密和專用方向發展 ，而且向能加工汽車車身、大型衝壓模的超大型方向發展。

工具機加工工藝

（1）電火花加工工具機加工工藝單電極法用單個電極加工工件，一般用於形狀簡單、精度要求不高的工件。單電極加工也可用平動頭搖動實現工件的粗、中、精加工。

（2）電火花加工工具機加工工藝多電極法

同一個工件加工用多個電極，一般分為粗、中、細三次依次進行加工，用於精密型加工。

（3）電火花加工工具機加工工藝分解電極法

根據工件的幾何形狀，把電極分解成若干個，用主型腔電極加工型腔主要部分，再用副型腔電極加工出尖角、窄縫型腔等部位。

（4）電火花加工工具機加工規準

粗加工，一般採用較大的電流，較大的on time。

中加工，一般採用中等的電流，中等on time。

精加工，一般採用較小的電流，高頻及較小的on time。