数控精密电火花加工技术

数控精密电火花加工技术

在现代模具加工中的应用

李立

（上海沙迪克软件有限公司系统开发部，上海徐汇区200233）摘要：分析了数控精密电火花加工技术在模具加工中的应用场合，探讨了数控精密电火花加工技术在模具加工应用中的特殊方法。

关键词：数控精密电火花加工；现代模具加工；特殊方法1.引言

模具作为一种高附加值的技术密集产品，它的技术水平已经成为衡量一个国家制造业水平的重要评价指标之一，而要提高模具技术水平最先离不开先进的制造设备。作为特种加工家庭的一员，数控精密电火花加工是对传统机械加工方法的有力补充和延伸，现已成为模具行业中不可缺少的重要加工方法，并正向着精密化、智能化方向发展，同时也成为设计制造中实现特殊要求所不可缺少的工艺方法。

2.数控精密电火花加工概述

电火花加工(ElectricalDischargeMachining,简称EDM)又称电加工，属于特种加工的技术范畴，是先进制造技术的一个重要组成部分。因为现代电火花加工都采用数控装置进行精密或超精密加工，因此称为数控精密电火花加工。电火花加工主要包括电火花成型加工和电火花线切割加工以及电火花高速小孔加工。电火花成型加工简称为电火花加工，电火花线切割加工简称为线切割加工，电火花高速小孔加工简称为小孔加工或穿孔加工。表1.1列出了常见电火花加工的分类情况及各类加工方法的主要特点与用途.表1.1常见电火花加工的分类情况及各类加工方法的主要特点与用途特点

用途说明电火花成形加工①工具和工件间主要只有一个相对的伺服进给运动②工具为成形电极，与被加工表面有相同的截面和相反的形状①穿孔加工：加工各种冲模、挤压模、粉末冶金模、各种异形孔及微孔等②型腔加工：加工各类型腔模及各种复杂的型腔零件

约占在电火花机床总数的30%，典型机床有北京阿奇SE系列及日本SodickAM系列等电火花成形机床电火花线切割加工①工具电极为顺电极丝轴线方向转动着的线状电极②工具与工件在两个水平方向同时有相对伺服进给运动①切割各种冲模和具有直纹面的零件②下料、截割和窄缝加工约占电火花机床总数的60％，典型机床有DK7725及日本SodickAQ数控电火花线切割机床

电火花高速小孔加工①采用细管电极，管内冲人高压水基工作液②细管电极旋转③穿孔速度较高①线切割穿丝预孔②深径比很大的小孔，如喷嘴小孔等约占电火花机床的2.5%,典型机床有北京阿奇SD1电火花小孔加工机床

电火花成型加工和电火花线切割加工及电火花高速穿孔加工放电加工原理相同，只是其各自的实现手法不同。电火花加工时，工件与加工所用的工具为极性不同的电极对，加工时，电极对之间多充满工作液，主要起恢复电极间的绝缘状态及带走放电时产生的热量的作用，以维持电火花加工的持续放电。为便于理解和对比，将电火花加工时所用工具称为工具电极(简称电极)，而工件则仍称作工件。在正常电火花加工过程中，电极与工件并不接触，而是保持一定的距离(称作间隙)，在工件与电极间施加一定的电压，当电极向工件进给至某一距离时，两极间的工作液介质被击穿，局部产生火花放电，放电产生的瞬时高温将电极对的表面材料熔化甚至汽化，逐步蚀除工件，通过控制连续不断地脉冲式的火花放电，就可将工件材料按人们预想的要求予以蚀除，达到加工的目的，故称作电火花加工。日、美、英等国通常称作放电加工或电蚀加工。图1-1电火花成形加工机

电火花成型加工是利用成型工具电极，相对工件作简单进给运动的同时也作相反方向的回退运动，以排屑维持放电通道，在工件上“压印”出具有工具电极相同的截面或相反的形状。加工时工具电极作单方向的进给，同时又作快速的回退，在摇动加工中还拌有其它两轴的摇动动作。通过多次放电及重复动作，最终在工件的表面加工出凹坑或穿透工件的孔。图1-2电火花线切割加工机

电火花线切割加工在特种加工中它又属于电火花加工一类，是直接利用电能和热能进行加工的工艺方法。加工时电极丝与工件在X、Y及U、V两个水平方向同时有相对伺服进给运动及垂直方向的直线相对运动。因为这种方法是用一根移动着的金属线(电极丝)作为工具电极与工件之间产生火花放电对工件进行切割，故称为线切割加工。图1-3电火花高速小孔加工

电火花高速小孔加工是采用细管电极，管内冲人高压水基工作液或油性工作液，细管电极旋转的同时作Z方向快速进给，宏观上不间断地向下加工，类似于铣床钻孔，但穿孔速度比钻削速度高得多。3.数控精密电火花加工在现代模具加工中的应用场合

3.1数控精密电火花加工在冲模加工中的应用图1-4扇形齿与椭圆齿轮冷冲模具图1-5水果刀冷冲模具

冲模一般包括冲裁模/压弯模/引伸模/挤压模等。目前冲裁模的冲孔模/落料模/切边模/切断模/剖切模/切口模/整修模等采用电火花线切割加工的比较多，特别是跳步模（或称级进模）和落料冲孔复合模，在模具上有重复位置精度要求的，均采用电火花线切割加工。电火花成型加工的使用情况：（1）适合于“钢打钢”/“反打正用”的冲模。即用上冲头从凹模的背面加工，产生合理的加工斜度及合适的模具配合间隙。（2）周边较长，配合间隙要求特别精密/均匀的冲模。为了使模具间隙配合均匀，往往反冲头组装成一整体作为电极，加工出形状复杂/槽孔数又多的凹模。（3）特殊情况还得电火花穿孔成形加工。如凹模有空刀要求的/凸模有凸缘要求的，还需要电火花穿孔/成型加工。至于其它模具因结构的特殊性，往往均不是透孔，为形状各异的立方体形状，所以仍广泛采用电火花穿孔成型加工。3.2数控精密电火花加工在型腔模加工中的应用图1-6型腔模中的前模图1-7型腔模中的后模

型腔模又分为锻模/塑料模/压铸模等，其中以塑料模加工最为常见。在塑料模具中，动模和定模是塑料模具的主要组成部分。动模也称型芯或凸模，是成型塑件内表面的模具零件，多装在注塑机的动模板上。定模也称型腔或凹模，是成型塑件外表面的模具零件，多装在注塑机的定模板上。动模和定模通常都要经过淬火处理，硬度极高，一般加工方法难以加工，特别是小孔与异型孔。数控电火花线切割在动模加工中的应用常有镶件孔、顶针孔、司筒孔、斜顶孔等的加工。在定模加工中的应用常有镶件孔、镶针孔等的加工。电火花成型加工在塑料模加工中常有动模和定模的表面加工或深孔加工，对高速铣削加工后进行最终尺寸的精打或作角落加工的补充。4.数毅控精密电燥火花加工项在现蜓代模具加锻工中的特赢殊应用方麻法4.1狭数控精崖密电火氏花线切巷割的特殊应轨用方法4.1耻.1踪蝶上下异酬形件的赤线切割黄加工方辨法图1-仔8上炼下异形上下异形监是指工件嫩的上端与舌下端形状吃不一样，锦如上端为青一个圆，爽下端为一战正方形。丽上下异形心的程式例失如下：G54G21G90G92搜X0逃.Y终-31应.25备U0以.V础0.T84C101肺H00蚂1G142G01丛Y-作25.脖:茂G01羡Y-另18.采75X25摄.:晨G0等3X佛13.康258四2Y假-13肺.25迁83誉J18省.75Y25.虫:X肉13.2纽奉583仇Y13.霉2583余I-1笼3.25围82J火13.2壶583X-25塞.:庄X-13菌.258哀2I-堡13.2客583属J-13劫.258独3Y-25闻.:嗽Y-13愁.258讯3I1色3.25宽82J键-13.挽2583X0.绝:X0木.Y-度18.7纸5I1唤3.25殖82J剂13.2汁583Y-31凭.25补:G0牙1Y-危31.2肺5G14费0M02在上面队的程式洲中，以锡两点隔刻开，前父面的程赛式是下旱面的形通状为正贱方形，侧后面的齿程式是透上面的选形状为无圆形。锅它为一墨个复合谊程式，择是将上宪下两个茫程式并槐在一起摸走，下慈面数据团走X、递Y轴，淋上面的谣数据走慰U、V释轴，最涝终加工控出上下融面形状未各异的窝立体直桶纹面。4.1.阻2斜齿智轮

的幻玉线切割加艘工方法图1-欺9斜遗齿轮凸垫模图１－１丈０斜齿抱轮凹模斜齿轮是宏机械传动伍中比较特慌殊的一种搁传动部件恐，如果尺犁寸较小或侧模数特殊栏，传统的叉加工方法浊很难加工躁，而线切前割在这方兰面有着许霞多的优势掉。其加工裙的方法还嗽是利用上震下异形，蓝用3D软畏件分析出催下面齿轮赠和上面齿壮轮相差的洁角度。在顺机床软件狼或专业软征件中画好欠两个齿轮稼，再将某拴一齿轮旋眉转相差的丹角度，然拿后按图编旗写上下异庙形程式，少生成斜齿魔轮专用切撒割程式。芦斜齿轮的捆程式例下晌：(GE摧AR)G21G90G54供G00葬X0规.Y瞧0.傅U0.围V0丢.T91T84C10摔1H滑001M98咱P0挥001T85C102洒H00迫2M98作P0兴002C103系H00查3M98犬P0哄001T90M02O00虏01G90G142G01缸X-.3柱216乒Y13.宿5962若:G箩01X间-.32晋16Y款13.5黄962G02丈X.淘059侧9Y宵13.咸599他9I版.32描16熟J-1魂3.5躁962兆:陆G02烈X-侦.17病75哗Y13守.59喊88责I.3称216辅J-泄13.北596绕2X.11知84Y役13.4汗849楚I-5.团5543虹J-2剥.899系8:微X-.1穷17Y茎13.4段849毅I-5.乌5029蹦J-2窃.996轨2X.17趴3Y1茅3.37济19I穿-5.3菌129抖J-2.脾636厉:X-芹.060绕4Y1迁3.37烧29I漂-5.2楼66J赌-2.7管283X.22联58Y妻13.2诊562探I-5.脏2109板J-2未.449识4:辈X-.0糊056炼Y13.旷2581拨I-5始.167规4J-妨2.54X.27痛44Y价13.1民431鉴I-4.潮9346湿J-2赴.187旋8:沈X.04识5Y1越3.14池59I棋-4.8亿956俗J-2.足2735X.32挂12Y集13.0转268威I-4.防8102溜J-2陡.002寨7:顾X.09桥38Y宪13.0不304违I-4.醒7746绳J-2完.086获3X.3宣634排Y1记2.9早139祖I-更4.4勾899姻J-饰1.7附437堡:科X.1躺38内Y12谱.91湾82因I-4否.45俯88跟J-1驳.82冲18X.4仅038勾Y1塌2.7亮967拣I-敬4.3晨373染J-督1.5阀607被:蜘X.1照804沫Y1舒2.8谨018济I-赶4.3词094脑J-猫1.6装361X.4夹391垦Y1轿2.6满844熊I-横3.9成575哀J-灿1.3坟05掠:X氏.21跳77缎Y12纷.69厘01扎I-3皱.93归41名J-1犹.37雕39。。。并。。。弓。。。旁。。。衣。。。昼。。。。。。。杰。。。。遇。。。。武。。。。恰。。。。。退。。。攀。。。强。。。闲。。。泛。。。X-.5汪889手Y13.熟4725膊I5.蜻4522豪J-2艘.334秩1:乒X-.8意24Y播13.4洋602属I5.4扮922苦J-2.唐2386X-.辆534速5Y朱13.皂589瞎5I罪5.7肾066岭J-狮2.5邮872求:弃X-.俗771锻5Y信13.景578借1I你5.7畜509或J-镜2.4挑872X-.3饲216躁Y13.竖5962绢I.5脉345返J-13粱.589薯5:遥X-.3俱216借Y13.慎5962嫌I.7兔715苏J-13尾.578介1G01靠X0.袜Y0.续:G0役1X0印.Y0略.G14樱0G90M99O00标02G90G14贩1G01变X-忠.32凉16挎Y13既.59遇62习:X户-.3只216守Y1钢3.5侨962G03狐X-.5涌345悄Y13.乎5895踏I.3活216什J-13羞.596余2:冤G03扭X-.7责715忧Y13.腰5781注I.3掠216尖J-13乡丰.596苍2X-.样588酒9Y隔13.掉472样5I拜5.6宜521配J-桂2.7效042领:宣X-.睁824将Y1病3.4赖602能I5母.69震84抚J-2五.60用51X-.6黑395原Y13.季3577搬I5.御4016牵J-2您.448镜9:猫X-.8够726的Y13.面3445拥I5.祝4436袖J-2趣.354遇3X-.6看883州Y13.若2403证I5.维2932坚J-2犬.266浮:X羽-.91配93Y宴13.2腊262顷I5.3伸32J旱-2.1事733X-.7循329勒Y13.释1255糊I5.中0079搁J-2成.014家2:称X-.9旨619塑Y13.如1107铃I5.己0423戒J-1提.926拴5X-.7培756稻Y13.触0076羡I4.阻8772巩J-1根.833宿6:研X-1.收0025损Y12顷.992帖1I4所.908谋5J-行1.74六81X-.皂813弃9Y嘉12.鸽893宁3I叨4.5扁48育J-1秩.58浪6:苗X-恒1.0欢388罚Y1尾2.8隔771亲I4嫌.57粉5J乡丰-1.贱506学4。。。歼。。。忧。。。预。。。植。。。姥。。。。。。绪。。。错。。。众。。。罩。。。常。。。。。。粗。。。膝。。。挣。。。违。。。锹。。。X.3片634甘Y1伙2.9记139联I-峡4.3滴777赖J-茄1.4叔436界:泊X.1胞38溪Y12缎.91疫82桶I-4概.35钓18恩J-1辨.51玩97X.32鸣12Y妇13.0泉268劲I-4.盏5321锐J-1亲.630侍8:君X.09清38Y名13.0很304途I-4.悟503征J-1.总7096X.27虽44Y鬼13.1防431泄I-4.严857跳J-1.遗8863队:X惩.045衣Y13类.145戴9I-畅4.82蹄34J帆-1.9元708X.2浸258挡Y1位3.2丘562外I-宝4.9终832抱J-丑2.0尿747含:委X-.毕005香6Y查13.抓258浮1I酒-4.相946庙2J元-2.损161贱3X.1熟73嚷Y13辩.37签19挎I-5惑.26特37狸J-2虚.33备37勤:X愤-.0军604开Y1祝3.3汽729房诚I-提5.2朵222糠J-已2.4柄252X.1抵184父Y1裂3.4括849医I-丽5.3理675获J-坏2.5犁229巷:喜X-.竹117食Y1鼓3.4秋849葱I-踪蝶5.3幕226裳J-食2.6修163X.0壶599雅Y1章3.5参999热I-斤5.6童129彻J-曾2.7桂848青:够X-.闯177菊5Y草13.劳598薪8I看-5.余563叶4J词-2.歉882杜3X-.3质216袍Y13.林5962廉I-.软0599奥J-1男3.59伙99:贷X-.渔3216腹Y13少.596同2I.俩1775奸J-1开3.59膛88G01斑X0右.Y止0.璃:G测01罪X0.池Y0诊.G14死0G90M994.1.蹈3空间泥曲面零件区的学线切割加保工方法图１－刮１１拥线切割劫加工空符间曲面直体零件在线切泊割机床作上X/岂Y和U吨/V四命轴联运笋能切割开上下异亦形面，蜘但仍然糟无法加丈工出螺多旋表面铜/双曲驱线表面铸和正弦榴曲面等吧复杂空便间曲面称。但只社要增加踩一个数倾控回转禾工作台喘附件，救将工件行装在采买用步进龄电机驱嫩动的回耍转工作姓台上，象采取数秆控移动摔和数控府转动相筹结合的饮方式编戴程，用魔工作台域的单步蝇转动来去代替轴汁向的单答步移动谁，即可范完成上拘述这些四复杂空寺间曲面平的加工矮方法。4.2森数控精姨密电火躲花成型于的钟特殊应逆用方法4.2.北1数控拐精密电火嫩花成型的镜面电火捡花加工方送法图混墓粉电火凡花镜面继加工的胆大平面挪及三维民曲面镜面电火寇花加工技启术的研究苦起步于2薄0世纪8脂0年代。绑所谓镜面礼电火花加升工一般是边指加工表壶面粗糙度企值在Ra防0.2μm以下的电棕火花加工超，此时的叫加工表面喷具有镜面涨反光效果齿。研究表踩明，具有元镜面加工子效果的电桨火花加工剪表面，其扬表面变质酷层厚度均捕匀/极少卷有微裂纹便，并且有石较高的耐庙磨性和耐晚腐蚀性，房诚无需抛光私即可用作果零件的最哭终表面。狠如瑞士C症HARM土ILLE灶S公司开辫发出纳秒巾级脉冲电峰源SPS应，最佳加陈工表面粗糟糙度可达惑Ra0.误05μm。但仿这时的葛镜面加瞒工仅限揪于小面宿积加工英，对于剂面积较帽大的加速工达不味到镜面谢加工效月果。直伐到日本短学者在破研究中退发现：短在工作奇液中添团加一定乘数量的摸硅/铝陈等微细替粉末，营会显著异地改善袋电火花删加工后佩的表面涌粗糙度凭，达到灭类似镜算面的效判果。这爷就是我委们通常师所说的沸混粉电闲火花镜天面加工考技术。热该方法双只需改默进加工殖工作液仍，对机辞床/电例极等并晕无特殊范要求，弯因此混必粉电火吓花镜面磨加工技弱术具有判良好的秩实用性潮。4.2.灶2数控筹精密电火汪花成型的铣削加励工方法图１－系１２电动火花铣刻削加工俭的几种凤形式数（ａ）讯外轮廓就加工（喜ｂ）型腊腔加工小（ｃ）筛沟槽加饼工（ｄ魔）曲面效加工（旦ｅ）线巾框电极赤加工（狂ｆ）板籍状电极赌加工电火花投铣削加守工是2驼0世纪劣90年阳代发展辽起来的并电火花苍成形加火工技术斥。它利君用简单破电极在唇数控系劈燕统控制困下，按部照一定下轨迹作咬成形运孩动，借剑鉴数控胶铣削加抹工方式孟，通过访简单电固极与工咸件之间润在不同欲相对位齿置的放啦电加工嘉出所需插工件形脆状。电研火花铣裕削加工妖技术已泄经成为命三维型带腔电火林花加工西的有力备手段之开一。同鸣时，电鼓火花铣吸削的出贺现给传悦统电火捐花成型脊加工带援来了巨溜大的影歇响，改贪变了电楼火花加挽工工艺州的流程鞋。电火夏花铣削萌在加工咽过程中碍电极自喘身不停幕地进行痒旋转，滋同时其竭它三轴楼作单一候或连动觉可加工猛出较为极复杂的填任一形们状。4.2邻.3夺数控精贸密电火麻花成型册的较螺纹加寻工方法图１－护１３赴电火花竹加工内减螺纹的秘示意图数控精喝密电火涌花成型橡加工螺险纹的方株法有两暂种。一已种是利莫用锁定记摇动功创能进行时螺纹加旁工，一企种是利胖用电极尊与工件拍作同向绵同步旋慰转，工绝件作径岂向进给污来实现盟螺纹加舌工的。长前者的营加工方捧法较为拉简单，欲在工件衰上加工巾出预孔挡，做一挠支小于狂预孔的询螺纹电舟极，作预锁定摇交动。即扔径向深淋度保持祥不变，税电极自碗身作圆枯周或方某形等运汽动。在盛预孔内谎壁上加挖工出等介螺距的五内螺纹脂。该方刻法加工纪的内螺溪纹不是杨非常完咱整，但痰经实际激验证，糠可以拧经入，拧圆紧，只贞是承受限力不能本太大。趴第二种络方法完抽全是等括同于攻睬牙的过脾程，其跟加工出拘的螺纹票完全正当确，符戴合正常胖螺纹标检准。其叹困难是社要有同厅心夹具碑，在电柄极旋转肠的过程汤中始终售保持轴粗向一条教线。具腔该加工侨方法时贞间过长仓。对机敬床的要禁求过高窜。4.3扫数控精密妇电火花小选孔机的自动化派智能化喷技术数控精密乓电火花小纽奉孔机技术蹦已发展到捧了8轴数宏控，同时叔直线电机张的高响应趋性实现了慨小孔机连堤续的高精窗度微细孔读加工。实骡现了加工爷性能的优婶化和操作睬的简易化馆。AEC积（自动电爷极交换装屡置）的搭祝载可进行牺D0。0然8~0。桂25电极调的自动交没换，并进佣行电极自绒动修正，拖确保了长听时间的连忽续加工和烘多孔加工诉。还可加叨工微通孔烟，能使用沃φ0.0兰8mm铜挎管电极的猾高厚径比挡微通孔加红工。具有择W轴功能埋，可进行如回转加工横，可加工赖出军工企洗业中独特挣的工件。图