《特种加工技术》课件 项目二 电火花加工模具锥孔面

项目二电火花加工模具锥孔面项目二电火花加工模具锥孔面学习任务一工件与电极的准备学习任务二电极的精确定位知识目标1.掌握常用电极材料性能2.掌握电极的结构设计3.掌握电极的制造方法4.掌握常用的ISO代码5.理解影响加工速度的因素6.理解影响表面质量的因素能力目标素质目标1.能熟练装夹和校正电极2.能精确进行电极定位1.培养安全规范生产意识2.形成严谨认真的工作作风3.培养举一反三的学习能力项目二电火花加工模具锥孔面工件是电火花加工的加工对象，电极是电火花加工不可缺少的工具之一。电火花加工通常是整个零件加工中的最后一道工序或者接近最后一道工序，它的加工质量将影响到工件的最终质量，所以在加工前必须做好工件和电极的准备工作。任务导入掌握工件的准备工作掌握常用电极材料性能掌握电极的结构形式掌握电极的制造方法

知识目标1

能力目标2

素质目标3培养严谨认真的工作作风能够设计电极的结构任务目标知识链接一、工件的准备（1）所留余量要均匀、合适，否则会造成电极损耗不均匀，影响表面加工精度和表面粗糙度。（2）对于一些形状复杂的型腔，预加工比较困难，可直接进行电火花加工。（3）在缺少通用夹具的情况下，在预加工中需要将工件多次装夹。（4）预加工后使用的电极上可能有铣削等加工痕迹，如用该电极进行精加工，则可能影响到工件的表面粗糙度。（5）预加工过的工件进行电火花加工时，在起始阶段加工稳定性可能存在问题。1.工件的预加工2.基准面要加工的工件必须有一个相对于其他形状、孔或表面，容易定位的基准面，这个基准面必须精密加工。通常，基准面从水平或垂直的两个面中选取或者从中心孔和一个底面选取。3.热处理工件在预加工后，便可进行淬火、回火等热处理，即热处理工序尽量安排到电火花加工前，因为这样可避免热处理变形对电火花加工尺寸精度、型腔的变形等的影响。热处理安排在电火花加工前也有它的弱点，如：电火花加工将淬火表层加工掉一部分，影响了热处理的质量和效果。所以，有些型腔模安排在热处理前进行电火花加工，这样型腔加工后的钳工抛光容易，并且淬火时的淬透性也较好。由上可知，在生产中应根据实际情况，恰当地安排热处理的工序。4.其他工序在电火花加工前，必须对工件进行除锈去磁，以免加工过程中工件吸附铁屑引起拉弧烧伤，影响成形表面的加工质量。一、工件的准备1.电极材料的选用电极材料电加工性能机加工性能说明稳定性电极损耗紫铜好较大较差磨削困难，难与凸模连接后同时加工黄铜好大尚好电极损耗太大石墨尚好小尚好机械强度较差，易崩角钢较差中等好在选择电规准时注意加工稳定性铸铁一般中等好加工冷冲模时常用的电极材料铜钨合金好小尚好价格贵，在深孔、直壁孔、硬质合金模具加工中使用银钨合金好小尚好价格贵，一般少用目前常用的电极材料为紫铜（纯铜）和石墨。电火花加工常用电极材料的性能2.电极的结构形式一个完整的电极由产品形状部分、火花位、打表分中位、避空直身位（俗称冲水位）、基准角组成。电极结构根据电极结构的合并与否，电极通常又分整体式电极（俗称整公）和分散式电极（俗称散公）固定用螺孔固定板电极整体式电极组合式电极镶拼式电极3.电极的制造（1）切削加工铜电极铣削加工石墨电极铣削加工在用混合法穿孔加工冲模的凹模时，为了缩短电极和凸模的制造周期，保证电极与凸模的轮廓一致，通常采用电极与凸模联合成形磨削的方法。电极与凸模粘结（2）线切割加工机械加工线切割加工（3）电铸加工电铸方法主要用来制作大尺寸电极，特别是在板材冲模领域。使用电铸制作出来的电极的放电性能特别好。任务实施一、工艺分析工序工序名称工序内容工序1工件准备对工件进行预加工，将工件除磁去锈工序2工件装夹将工件装夹到工作台上工序3工件校正对工件进行平行度和垂直度校正工序4电极结构设计对电极进行结构设计工序5电极装夹将电极装夹到机床主轴上工序6电极校正对电极进行平行度和垂直度校正工序7电极与工件定位将电极定位到工件待加工部位上方工序8加工选择合适的加工参数进行加工工序9加工后检验对加工完成部位进行检验二、工件准备1.工件预加工通过分析零件尺寸、形状、位置等要求，可知锥孔面采用电火花加工，其余部分仍然用机械加工的方法，因此对工件进行预加工2.工件的装夹与校正预加工后的工件将工件去除毛刺，除磁去锈，按前述任务的操作方法用永磁吸盘装夹在电火花机床工作台上，使工件的定位基准面分别与机床的工作台面、机床的X轴、机床的Y轴平行。三、电极的准备1.电极的结构设计根据本任务加工要求，电极材料选择紫铜。电极的结构设计要考虑电极的装夹与校正。序号名称作用1产品形状部分直接加工部分，用于成形锥孔面2避空直身位锥孔位置较深，电极需伸入孔中，同时产品形状部分细长，为提高强度，增加该位置直径3打表分中位电极为圆柱，实际加工时难以校正电极垂直度，设打表分中位方便进行电极校正4装夹部分便于电极与机床主轴进行装夹5基准角方便识别电极方向2.电极的装夹与校正

将电极装夹在电极夹头上，关掉火花机的接触感知开关，先用目测法大致校正电极，然后将校表表座吸在工作台上，分别调整电极旋转角度、电极左右方向、前后方向，直到完全校正方可。任务拓展电火花成形加工的加工速度，是指在一定电规准下，单位时间内工件被蚀除的体积V或质量m。一般常用体积加工速度（mm3/min）来表示，有时为了测量方便，也用质量加工速度（g/min）表示。电火花成形加工的加工速度分别为：

粗加工（加工表面粗糙度为10～20μm）时可达200～300mm3/min，

半精加工（加工表面粗糙度为2.5～10μm）时降低到20～100mm3/min，

精加工（加工表面粗糙度为0.32～2.5μm）时一般在10mm3/min以下。一、加工速度任务拓展

二、影响加工速度的因素影响加工速度的因素分电参数和非电参数两大类。电参数主要是指电压脉冲宽度ti、电流脉冲宽度te、脉冲间隔t0、脉冲频率f、峰值电流îe、峰值电压ûi和极性等；非电参数包括加工面积、深度、工作液种类、冲油方式、排屑条件及电极的材料、形状等。1.电参数的影响（1）脉冲宽度对加工速度的影响单个脉冲能量的大小是影响加工速度的重要因素。对于矩形波脉冲电源，当峰值电流一定时，脉冲能量与脉冲宽度成正比。脉冲宽度增加，加工速度随之增加，因为随着脉冲宽度的增加，单个脉冲能量增大，使加工速度提高。但若脉冲宽度过大，加工速度反而下降。这是因为单个脉冲能量虽然增大，但转换的热能有较大部分散失在电极与工件之中，不起蚀除作用。同时，在其它加工条件相同时，随着脉冲能量过分增大，蚀除产物增多，排气排屑条件恶化，间隙消电离时间不足导致拉弧，加工稳定性变差等。因此加工速度反而降低。（2）脉冲间隔对加工速度的影响在脉冲宽度一定的条件下，若脉冲间隔减小，则加工速度提高。这是因为脉冲间隔减小导致单位时间内工作脉冲数目增多、加工电流增大，故加工速度提高；但若脉冲间隔过小，会因放电间隙来不及消电离引起加工稳定性变差，导致加工速度降低。1.电参数的影响（3）峰值电流的影响

当脉冲宽度和脉冲间隔一定时，随着峰值电流的增加，加工速度也增加。因为加大峰值电流，等于加大单个脉冲能量，所以加工速度也就提高了。但若峰值电流过大（即单个脉冲放电能量很大），加工速度反而下降。

此外，峰值电流增大将降低工件表面粗糙度和增加电极损耗。在生产中，应根据不同的要求，选择合适的峰值电流。1.电参数的影响2.非电参数的影响（1）加工面积的影响加工面积较大时，它对加工速度没有多大影响。但若加工面积小到某一临界面积时，加工速度会显著降低，这种现象叫做“面积效应”。因为加工面积小，在单位面积上脉冲放电过分集中，致使放电间隙的电蚀产物排除不畅，同时会产生气体排除液体的现象，造成放电加工在气体介质中进行，因而大大降低加工速度。（2）排屑条件的影响①冲（抽）油的影响图（a）、（b）为冲油式，较易实现，排屑冲刷能力强，一般常采用，但电蚀产物仍通过已加工区，稍影响加工精度；图（c）、（d）为抽油式，在加工过程中，分解出来的气体易积聚在抽油回路的死角处，遇电火花引燃会爆炸“放炮”，因此，一般用得较少，但在要求小间隙、精加工时也有使用的。2.非电参数的影响

在加工中对于工件型腔较浅或易于排屑的型腔，可以不采取任何辅助排屑措施。但对于较难排屑的加工，不冲（抽）油或冲（抽）油压力过小，则因排屑不良产生的二次放电的机会明显增多，从而导致加工速度下降；但若冲油压力过大，加工速度同样会降低。这是因为冲油压力过大，产生干扰，使加工稳定性变差，故加工速度反而会降低。②“抬刀”对加工速度的影响同样加工深度时，采用自适应“抬刀”比定时“抬刀”需要的加工的时间短，即加工速度高。同时，采用自适应“抬刀”，加工工件质量好，不易出现拉弧烧伤。2.非电参数的影响（3）电极材料和加工极性的影响在电参数选定的条件下，采用不同的电极材料与加工极性，加工速度也大不相同。由图可知，采用石墨电极，在同样加工电流时，正极性比负极性加工速度高。在加工中选择极性，不能只考虑加工速度，还必须考虑电极损耗。如用石墨做电极时，正极性加工比负极性加工速度高，但在粗加工中，电极损耗会很大。故在不计电极损耗的通孔加工、取折断工具等情况，用正极性加工；而在用石墨电极加工型腔的过程中，常采用负极性加工。从图中还可看出，在同样加工条件和加工极性情况下，采用不同的电极材料，加工速度也不相同。例如，中等脉冲宽度、负极件加工时，石墨电极的加工速度高于铜电极的加工速度。在脉冲宽度较窄或很宽时，铜电极加工速度高于石墨电极。此外，采用石墨电极加工的最大加工速度，比用铜电极加工的最大加工速度的脉冲宽度要窄。2.非电参数的影响（4）工件材料的影响

在同样加工条件下，选用不同工件材料，加工速度也不同。这主要取决于工件材料的物理性能（熔点、沸点、比热、导热系数、熔化热和汽化热等）。

一般说来，工件材料的熔点、沸点越高，比热、熔化潜热和气化潜热越大，加工速度越低，即越难加工。如加工硬质合金钢比加工碳素钢的速度要低40~60％。对于导热系数很高的工件，虽然熔点、沸点、熔化热和气化热不高，但因热传导性好，热量散失快，加工速度也会降低。2.非电参数的影响（5）工作液的影响

在电火花加工中，工作液的种类、粘度、清洁度对加工速度有影响。

目前电火花成形加工主要采用油类作为工作液，粗加工时采用的脉冲能量大、加工间隙也较大、爆炸排屑抛出能力强，往往选用介电性能、粘度较大的机油，且机油的燃点较高，大能量加工时着火燃烧的可能性小；而在中、精加工时放电间隙比较小，排屑比较困难，故一般选用粘度小、流动性好、渗透性好的煤油作为工作液，但考虑到实际加工的方便性，一般均采用火花油或煤油做为工作介质。

水的绝缘性能和粘度较低，在同样加工条件下，和煤油相比，水的放电间隙较大，对通道的压缩作用差，蚀除量较少，且易锈蚀机床，但经过采用各种添加剂，可以改善其性能。研究成果表明，水基工作液在粗加工时的加工速度可大大高于煤油，但在大面积精加工中取代煤油还有一段距离。对于电火花线切割而言，低速单向走丝选用去离子水作为工作介质，而高速往复走丝则采用乳化液、水基工作液或复合工作液等水溶性工作介质。

综上所述，工作液对加工速度的影响，就工作液的种类来说，其对应的加工速度大致顺序是：

高压水>（煤油＋机油）>煤油>酒精水溶液。在电火花成形加工中，应用最多的工作液是煤油。2.非电参数的影响在电火花加工中，电极与加工工件之间相对定位的准确程度直接决定加工的精度。目前生产的大多数电火花机床都有接触感知功能，通过接触感知功能可精确地实现电极相对工件的定位。任务导入1.掌握常用的ISO代码2.掌握电极精确定位的方法

知识目标1

能力目标2

素质目标3培养安全规范的生产意识能够对电极进行精确定位任务目标数控电火花加工编程有自动编程和手工编程两种方法。（1）自动编程数控电火花自动编程是通过数控电火花加工机床系统的智能编程软件，以人机对话方式确定加工对象和加工条件，自动进行运算并生成程序指令的过程，自动编程是只要输入如加工开始位置、加工方向、加工深度、电极缩放量、表面粗糙度要求、平动方式、平动量等条件，系统即可自动生成数控程序。（2）手工编程手工编程是指由人工完成数控编程中各个阶段工作的过程。编程时加工的轨迹、加工的参数均由人为指定来完成。知识链接一、数控电火花加工编程的方法二、数控电火花编程常识1.机床坐标轴（1）面对工作台左右方向为X轴，右边为X轴的正向，左边为X轴的负向。（2）面对工作台前后方向为Y轴，前面为Y轴的正向，后面为Y轴的负向。（3）主轴头运行的上下方向为Z轴，向上为Z轴的正向，向下为Z轴的负向。（4）围绕X轴旋转的圆周进给坐标轴为A轴，逆时针为正向，顺时针为负向。（5）围绕Y轴旋转的圆周进给坐标轴为B轴，逆时针为正向，顺时针为负向。（6）围绕Z轴旋转的圆周进给坐标轴为C轴，逆时针为正向，顺时针为负向。若机床的Z轴可以连续转动但不是数控的，如电火花打孔机，则不能称为C轴、只能称为R轴。2.坐标系坐标系分为机械坐标系与工件坐标系。（1）机械坐标系机械坐标系是用来确定工件坐标系的基本坐标系，机械坐标系的零点称为机械原点。机械原点的位置一般由机床参数设定，一经设定这个零点便被确定下来维持不变，不会因断电或改变工件坐标值等原因而改变。（2）工件坐标系工件坐标系是在机床己经建立了机械坐标系的基础上，根据编程需要在工件或其他地方选定某一己知点设定零点建立的坐标系。工件坐标系的零点称为工件零点。3.数控电火花程序的构成一般来说，数控电火花加工程序是由遵循一定结构、句法和格式规则的多个程序段组成的，每个程序段又是由若干个代码字组成的。每个代码字则由一个地址（用字母表示）和一组数字组成，有些数字还带有符号。（1）程序名程序名就是程序的文件名，每一个程序都应有一个独立的文件名，程序号的地址为英文字母（通常为O、P、%等），紧接着为4位数字，可编的范围为0001～9999，如O0018。（2）主程序和子程序数控电火花加工程序的主体分为主程序和子程序。数控系统执行程序时，按主程序指令运行，在主程序中遇到调用子程序的情形时，数控系统转入子程序按其指令运行，当子程序调用结束后，便重新返回继续执行主程序。主程序由程序起始部分、调用子程序部分、结束部分三部分构成.在加工中往往会有相同的工作步骤，将这些相同的步骤编写固定的程序，即为子程序，在需要的地方调用，那么整个程序将会得到简化和缩短。3.数控电火花程序的构成（3）顺序号和程序段顺序号亦称程序段号、程序段序号，是指加在每个程序段前的编号，顺序号用英文字符N开头，后接4位十进制数，程序段号可编的范围为0001～9999。程序段号通常以每次递增1以上的方式编号，如N0010，N0020，N0030，……每次递增10，其目的是留有插入新程序的余地。一个完整的零件加工程序由多个程序段组成。一个程序段可以有多个代码字，也可以只有一个代码字。如M05G00Z10，程序段中包含了三个代码字，又如G54，程序段中只有一个代码字。电火花ISO代码程序中常用的代码和数据的输入形式如下：G_：准备功能，可指令插补、平面、坐标系等，如G00，G17。X_，Y_，Z_，U_，V_，W_：坐标值代码，指定坐标移动值。I_，J_，K_：表示圆弧中心坐标，如I5。A_：指定加工锥度。M_：辅助功能指令，其后续数控一般为2位数（00～99），如M02。D_，H_：用于指定补偿量，如D0001或者H0001表示取1号补偿值。L_：用于指定子程序的循环执行次数，如L3表示循环3次。3.数控电火花程序的构成（3）顺序号和程序段4.G功能指令（准备功能指令）G功能指令通常分为模态与非模态。功能指令功能功能指令功能G00电极以预先设定的快速移动速度，从当前位置快速移动到程序段指定的目标点G21指定程序中尺寸值的单位为公制G01电极从当前点进行直线插补到达指定的目标点上G30指定加工中电极的抬刀方式为按照指定方向进行G02电极在指定平面内进行顺时针方向圆弧插补加工G31指定加工中电极的抬刀方式为技照加工路径反方向抬刀G03电极在指定平面内进行逆时针方向圆弧插补加工G32指定加工中电极的抬刀方式为伺服轴回平动中心点后抬刀G04执行完该指令的上一段程序之后，暂停一指定的时间，再执行下一个程序段G40取消电极补偿模式G05X轴镜像，按指令方向的相反方向运动指定的距离G41电极中心轨迹在编程轨迹上向左进行一个偏移G06Y轴镜像，按指令方向的相反方向运动指定的距离G42电极中心轨迹在编程轨迹上向右进行一个偏移G07Z轴镜像，按指令方向的相反方向运动指定的距离G53在固化的子程序中，进入子程序坐标系G08指定其指令后的X轴指令值与Y轴指令值交换G54机床提供的工作坐标系1G09取消程序指定的镜像、交换模态G55机床提供的工作坐标系2G11跳过段首有“/”的程序段，不去执行该段程序G80接触感知，使指定轴沿指定方向前进，直到电极与工件接触为止G12忽略段首有“/”的符号，照常执行程序段G81使机床指定轴回到极限位置G15使C轴返回机械零点，对G54-G59坐标中的U值置零G82使电极移动到指定轴当前坐标的1/2处G17指定OXY平面G83把指定轴的当前坐标值读到指定的H寄存器中G18指定OXZ平面G90绝对坐标，所有点的坐标值均以坐标系的零点为参考点G19指定OYZ平面G91增量坐标，当前点的坐标值是以上一点为参考点得出的G20指定程序中尺寸值的单位为英制G92把当前点的坐标值设置成所需要的值5.M功能指令（辅助功能指令）功能指令功能M00暂停程序的运行M02结束整个程序的运行M05忽略接触感知M98调用子程序M99子程序结束6.T功能指令功能指令功能功能指令功能T82加工介质排液T86加工介质喷淋T83保持加工介质T87加工介质停止喷淋T84液压泵打开T96向加工槽送液T85液压泵关闭T97停止向加工槽送液7.C功能指令C功能指令是用来在程序中选择加工条件代码的指令。在程序中，C功能指令用于选择加工条件，格式为C***。C和数字间不能有别的字符，数字也不能省略，不够3位要补“0”，如C005。三、常用程序任务实施一、电极定位本任务要求电极进行精确定位，电火花加工定位过程如图所示。将电极移到工件左侧，Y轴坐标大致与中心线相同，具体程序为：G80X+；G90G92X0；M05G00X-10.；G91G00Y-95；G90G00X212.5.；G80Y+；G92Y0；M05G00Y-2.；G91G00Z10.；G90G00X212.5Y92.5；二、机床操作加工完成工件装夹与校正、电极装夹与