电火花加工的基本原理及设备
电火花加工机床工作原理
电火花加工机床工作原理电火花加工机床是一种特殊的加工设备，运用电火花的原理进行金属加工，常用于制造精密零部件及模具。
本文将从电火花加工原理、机床构造、工作过程以及应用领域等方面进行详细介绍。
一、电火花加工原理电火花加工是利用电火花放电进行金属材料的加工的一种特殊加工方法。
其基本原理为在工件表面放电产生的高热能，通过瞬时高温熔化和蒸发工件表面的局部金属材料，从而实现金属材料的加工去除，完成精密的轮廓加工。
具体过程如下：1. 放电开始：电火花加工机床通过控制电极和工件之间的间隙，利用电脉冲在间隙中产生放电。
当电极接近工件表面时，间隙内的介质被电离，电极与工件之间产生高电场强度，导致电晕放电。
2. 电晕放电：在电极与工件之间的间隙中形成电晕放电等离子体，使得放电间隙内的局部电场强度升高。
3. 表面燃烧：通过电晕放电，工件表面局部金属材料瞬间被加热至高温并发生表面燃烧，造成工件表面微薄金属颗粒的蒸发和去除。
4. 放电跳跃：经过表面燃烧过程，放电间隙会产生气体的放大，导致放电跳跃，即电火花放电。
5. 加工效果：通过放电跳跃，金属材料表面的局部被加热融化后蒸发，达到加工去除金属材料的目的。
二、电火花加工机床构造电火花加工机床主要由机体、工作台、数控系统、电极头、电源系统以及冷却系统等组成。
1. 机体：电火花加工机床的机体通常采用高强度的铸造材料，保证了机床的稳定性和刚性。
2. 工作台：工作台用于固定和夹持工件，具有高精度的移动结构，可根据数控系统的指令精确移动，完成加工过程。
3. 数控系统：数控系统是电火花加工机床的核心控制单元，可实现加工轨迹、加工参数的程序控制，保证加工质量。
4. 电极头：电极头固定在机床上，用于安装切削电极，通过数控系统控制电极头的精确移动。
5. 电源系统：电源系统为电火花加工提供高频高压的电力，保证加工过程中的稳定放电。
6. 冷却系统：电火花加工过程产生大量热量，冷却系统用于对电极头、工件和工作台进行冷却，保证加工精度和长时间稳定运行。
电火花加工的原理
电火花加工的原理电火花加工是一种以电热进行材料加工的先进工艺，在制造业中应用广泛。
它的原理主要涉及电脉冲和放电火花的生成。
电火花加工的基本原理电火花加工的原理是利用电脉冲的高压电场在工件和电极之间产生放电火花，通过火花的冲击和化学反应来实现材料的加工。
电脉冲的产生电火花加工中使用的电脉冲是由脉冲发生器产生的高压、高能量电流。
脉冲发生器包括高压电源、电容器和放电装置等。
当电容器充电至设定的电压后，通过放电装置将电容器的能量释放出来，形成电脉冲。
放电火花的生成电脉冲通过电极输入到工件上，形成高压电场。
当电场达到致放电点的电压时，势阱区（即放电通道）中的空气将被电离形成等离子体，即放电火花。
放电火花在极短的时间内释放大量能量，在其通道周围产生高温和高压力。
放电火花的冲击作用放电火花的突然释放能量产生震荡波，使工件表面发生局部的融化和蒸发，从而实现材料的剥离和加工。
火花的能量可控制，可以通过调整放电参数来进行不同的加工操作。
放电火花的化学反应作用除了冲击作用，放电火花还能引起化学反应。
在放电过程中，放电通道中的气体或液体环境会发生化学变化，例如氧化、氮化等。
这种化学反应可以利用于工件的表面改性，例如增加硬度、改善耐磨性等。
电火花加工的应用领域电火花加工在制造业中有广泛的应用。
它主要用于硬质材料和细密材料的加工，例如钨碳合金、陶瓷、金属模具等。
电火花加工的特点是可以在硬度较高的材料上进行加工，且可以实现复杂形状的加工。
因此，电火花加工在航空航天、汽车制造、模具制造等领域中得到了广泛的应用。
结论电火花加工通过电脉冲和放电火花的生成实现了材料的高精度加工。
其原理是利用电脉冲产生的高压电场在工件和电极之间产生放电火花，通过火花的冲击和化学反应来剥离和改变材料。
电火花加工的应用非常广泛，为制造业的发展提供了重要的技术支持。
电火花加工原理简述
电火花加工原理简述电火花加工是一种常用的金属加工方法，通过电脉冲放电在金属工件上产生火花，在火花冲击和高温作用下使金属发生融化、氧化和蒸发等化学反应，从而实现对工件进行加工的目的。
本文将简述电火花加工的原理，包括其基本概念、工作过程和应用实例。
一、基本概念电火花加工，又称为电火花放电加工、电火花蚀刻加工，是一种以电脉冲放电作为能量源来加工金属工件的方法。
通过高频脉冲电流的通断控制，使电极与工件之间产生间断放电，形成火花放电区，通过火花的能量来蚀刻掉金属工件上的无规则形状或曲线形状的凹槽或者孔洞。
二、工作过程1. 基本装置电火花加工的基本装置由电源系统、工艺系统和控制系统组成。
其中，电源系统提供脉冲电流，工艺系统包括电极、冲击液和工件夹持设备，控制系统用于调节和控制电极与工件之间的间隙和放电参数。
2. 放电区形成在电火花加工中，电极和工件之间生成细小间隙。
当通入高频脉冲电流时，由于放电区间隙较小，电极与工件之间的电压梯度非常大，随着电压上升到一定值，间隙内空气被电离形成放电通道，从而使间隙电压骤降。
3. 火花放电当间隙电压骤降时，电极和工件之间产生放电，形成火花放电区域。
火花放电区域的高温和高压使空气在瞬间膨胀，形成冲击波和等离子区。
冲击波和等离子体对工件表面产生腐蚀和剥蚀作用，从而加工出所需形状的凹槽或孔洞。
4. 脉冲控制脉冲电流的控制是电火花加工中至关重要的一步。
通过调节脉冲电流的幅值、宽度和频率等参数，可以控制火花放电能量的大小和放电的稳定性，从而实现对工件加工精度的控制。
三、应用实例电火花加工是一种在模具制造、航空航天、汽车制造和微细加工等领域广泛应用的加工方法。
它被用于加工各种形状复杂、硬度高的金属材料，如工模、模具、钨钢、硬质合金等。
以模具制造为例，电火花加工在制造模具的过程中，能够加工出精细的孔洞和复杂的曲线形状。
相比传统机械加工，电火花加工可以避免工具磨损、提高加工精度和表面质量。
第二章 电火花加工
二、电火花加工的特点 1、非接触加工，无宏观切削力 2、适合于难切削导电材料的加工 3、有电极损耗 4、加工速度较慢 5、可加工特殊及复杂形状的表面
三、电火花加工的适用范围 1、加工任何难加工的金属材料和导电材料 2、加工材料复杂的表面 3、加工薄壁、异形小孔、深小孔等有特殊 要求的零件。
第三节 电火花加工设备和工作液
一、电火花加工机床 1、机床总体部分（电火花穿孔成形机床）——主 轴头、床身、立柱、工作台及工作液槽 2、主轴头要求（精度和刚度） 1）结构简单 2）传动链短 3）传动间隙小 4）热变形小 5）具有足够的精度和刚度
3）工具电极夹具（十字铰链式和球面铰链 式）——调节工具电极和工作台的垂直度、 工具电极在水平面内微量的扭转角。
1）工件接脉冲电源的正极——正极性加工 2）工件接脉冲电源的负极——负极性加工 思考：短脉冲与长脉冲适合哪种极性加工， 那一种适合精加工？
短脉冲——正极性——精加工 长脉冲——负极性——粗加工
3）正极吸附效应 ——黑膜只能在正极表面生成，所以只 能使用负极性加工 影响吸附效应的因素： 峰值电流、脉冲间隔一定时，碳黑膜厚度随着脉冲 宽度的增加而增加。 脉冲宽度、峰值电流一定时，碳黑膜厚度随着脉冲 间隔增大而减薄。 冲抽油压力也会对吸附效应有影响，过大的油压会 冲走带电碳粒子，减少吸附效应。
三、小孔电火花加工 工艺 1、适于Ф 0.3～ Ф 3mm，深径比可超 200以上。为了改善 排屑条件，采用电磁 振动头或超声波振动 头。可采用空心管电 极中部冲油。
四、异形小孔的电火花加工——主要是异 形电极的制造及装夹。 1、冷拔——采用电火花线切割加工并配合 钳工修磨制成异形电极的拉丝模。 2、电火花线切割加工整体电极 3、电火花反拷加工整体电极（见图4-31）
电火花加工基础知识
电火花加工基础知识电火花加工是直接利用电能对零件进行加工的一种方法。
加工原理：当工具电极与工件电极在绝缘体中靠近达到一定距离时，形成脉冲放电，在放电通道中瞬时产生大量热能，使工件局部金属熔化甚至气化，并在放电爆炸力的作用下，把熔化的金属抛出，达到蚀除金属的目的。
电火花加工设备应由以下部分组成：1.脉冲电源。
脉冲电源是放电蚀除的供能装置，它产生具有足够大能量密度的电脉冲，加在工件与工具电极上，产生脉冲放电。
2.间隙自动调节器。
为使工件与工具电极间的脉冲放电正常进行，就必须使其保持一定间隙。
间隙过大，工作电压击不穿液体介质；间隙过小，则形成短路，也无法放电。
因此，必须用间隙自动调节器，自动调节极间距离，使工具电极的进给速度与电蚀速度相适应。
3.机床本体。
用来实现工件和工具电极的装夹、固定及调整其相对位置精度等的机械系统。
4.工作液及其循环过滤系统。
火花放电必须在绝缘液体介质中进行，否则，不能击穿液体介质，形成放电通道，也不能排除悬浮的金属微粒和冷却表面。
电火花加工方式很多，常见的有成型加工、穿孔加工、电火花切割加工、电火花磨削以及电火花雕刻花纹等。
（一）电火花成型加工机床主要由脉冲电源箱、工作液箱和机床本体组成。
机床本体由主轴头、工作台、床身和立柱组成。
其中，主轴头是电火花成型加工机床的关键部件，它和间隙自动调节装置组成一体。
主轴头的性能直接影响电火花成形加工的加工精度和表面质量。
工作台的作用是支承和装夹工件。
（二）电火花切割加工机床电火花切割加工机床是利用一根运动着的金属丝（钼丝或硬性黄铜丝），作为工具电极，在工具电极和工件电极之间通以脉冲电流，使之产生电腐蚀，工件被切割成所需要的形状。
数控电火花切割机床由机床本体、数控装置、脉冲电源和工作液循环系统四大部分组成。
其中，坐标工作台由上、下两层拖板构成，两层拖板的长丝杠分别由两个步进电动机驱动，工作台上装有工件安放架。
（三）电火花加工特点1.加工硬、脆、软、韧、高熔点、高纯度的导电材料；2.无切削力，可以加工薄壁零件；3.加工中不受热的影响，提高加工质量；4.参数可调节，可以进行不同的加工；5.直接使用电能加工，便于实现自动化。
电火花的加工方法
电火花的加工方法电火花加工是一种常见的金属加工技术，它通过放电产生的高温和高能量来去除材料表面的金属层，从而形成所需的结构和形状。
电火花加工主要适用于硬度高、脆性大且难以加工的材料，比如硬质合金、陶瓷、高速钢等。
下面将详细介绍电火花加工的原理和操作方法。
一、电火花加工的原理电火花加工的原理是利用脉冲电流在工作液和工作电极间产生的电火花，通过放电的高温瞬间熔化金属，并通过工作液中的冷却和冲击作用将熔化金属排除，实现材料的加工。
电火花加工的主要过程包括穿孔、切割和磨削三个过程：1. 穿孔过程：在工作电极和工作液之间应用电压，形成电火花，使材料表面发生高温和高压的电脉冲，从而产生孔洞。
2. 切割过程：通过控制电脉冲的频率和工作台的移动速度，使电火花在材料表面连续发生，从而将材料切割成所需的形状。
3. 磨削过程：利用电火花的高温和高能量，使加工表面发生融化、氧化和脱层等现象，从而实现磨削效果。
二、电火花加工的操作方法电火花加工的操作方法主要包括设备准备、参数设置、加工操作等步骤：1. 设备准备：首先需要准备好电火花加工机床和相关的工作液。
机床主要包括电源、工作台、工作电极等组成部分，而工作液则是用于冷却和冲击切割区域的介质，例如蜡、油等。
同时，还需要根据加工材料的性质选择适当的工作电极和工作液。
2. 参数设置：根据材料的性质和加工要求，设置适当的加工参数，包括脉宽、频率、电压、放电电流、冲击时间等。
这些参数的选择直接影响到加工效果和质量，需要根据实际情况进行调试和优化。
3. 加工操作：首先将需要加工的材料固定在工作台上，调整工作电极和工作台的相对位置，使电火花能够正常放电。
然后根据设定的参数进行加工操作，控制放电时间和放电能量，使电火花在材料表面均匀地进行放电和冲击。
同时，需要及时调整工作液的温度和流量，以保证加工过程中的冷却和冲击效果。
4. 检查和清洁：加工完成后，需要对加工件进行检查和清洁。
检查加工质量是否符合要求，是否有瑕疵和缺陷等。
电火花加工的基本原理基本特点和用途
电火花加工的基本原理、基本特点和用途1. 简介电火花加工是一种利用脉冲电流在工件表面产生电火花放电，通过放电产生的高温和高压力，将工件上的材料剥离或融化的先进加工技术。
2. 基本原理电火花加工的基本原理是利用电火花放电形成的高温、高速电浆等物理效应，在工件表面加工上形成微小的卸载和击打，从而使表面材料脱落或产生微小的坑洞等效果。
其原理可以概括为以下几个步骤：•通过电极间的电解质液形成电晕放电。
•电火花发生时，加工电极上的放电区内产生极高温度和压力。
•高温和高压力使材料表面受到局部熔融、汽化和剥落等作用。
•下一个脉冲的放电击打在已剥落的材料表面，进一步清除表面氧化物。
3. 基本特点电火花加工具有以下基本特点：3.1 非接触加工电火花加工是一种非物理接触的加工方式，电极不直接接触工件表面，避免了因接触而带来的磨损、变形等问题。
因此，适用于对硬度较高的材料进行加工，如淬火钢、硬质合金等。
3.2 微细加工能力电火花加工可以在微小的加工区域内进行精密加工，最小加工尺寸可以达到几个微米甚至更小。
这使得电火花加工在制造微型零部件、精密模具等领域有广泛的应用。
3.3 高表面质量由于电火花加工不涉及机械接触，因此能够在工件表面获得较高的加工质量。
通常情况下，电火花加工的表面粗糙度可以控制在Ra 0.2微米左右。
3.4 加工硬材料能力电火花加工不受工件材料硬度的限制，可以加工各种硬度的金属和非金属材料，包括硬质合金、不锈钢、陶瓷等。
4. 应用领域电火花加工在现代制造领域有广泛的应用，主要包括以下几个方面：4.1 模具制造电火花加工在模具制造中被广泛应用。
模具是制造业中不可或缺的工具，而电火花加工可以在制造过程中加工出高精度、高质量的模具零件，满足各种复杂形状的需求。
4.2 零部件制造电火花加工可以用于制造各种微型零部件，例如发动机喷油嘴、微机械零件等。
其微细加工能力和高表面质量使其成为制造微型零部件的理想选择。
4.3 表面处理电火花加工可以用于对金属表面进行清洁、修复和改性处理。
简述电火花加工的原理
简述电火花加工的原理电火花加工是一种利用电火花放电的加工方法，它通过在工件和电极之间形成放电通道，利用电火花高温高压的特性，使工件表面产生瞬间高温熔化和蒸发，从而实现对工件进行切割、打孔、雕刻等加工操作。
下面将详细介绍电火花加工的原理。
电火花加工主要由电源、工作台、电极、工作液和控制系统组成。
其中，电源提供电能，工作台用于固定工件，电极作为切割、雕刻等操作的工具，工作液用于冷却和冲洗加工区域，控制系统用于控制加工过程。
电火花加工的原理可以分为四个步骤：放电开始、放电传导、放电扩散和放电结束。
首先是放电开始阶段。
当电源加电后，电极和工件之间的间隙开始形成气体离子化的放电通道。
在这个过程中，电极和工件之间的间隙电阻逐渐减小，电场强度逐渐增大，直到达到放电启动电压。
此时，放电通道中的气体开始发生电离，产生离子等离子体，形成放电通道。
接下来是放电传导阶段。
在放电通道形成后，电流开始流过电极和工件之间的间隙，形成离子等离子体的电流通道。
在这个过程中，电流会加热放电通道，使其温度升高，形成高温等离子体。
这时，高温等离子体会将周围的金属材料加热至熔化点，并产生蒸汽和气体。
然后是放电扩散阶段。
在高温等离子体的作用下，工件表面的金属材料开始瞬间熔化和蒸发，形成微小的颗粒和气体。
这些颗粒和气体被冷却液冲洗走，同时放电通道也会不断扩散，使加工孔径逐渐增大。
最后是放电结束阶段。
在放电过程中，电极和工件之间的间隙会不断增加，电阻也会增大。
当电流无法维持放电通道时，放电就会结束。
此时，加工区域会有一定的凹坑和残留物，需要进行后续的处理。
总结起来，电火花加工利用放电通道的高温高压特性，通过瞬间熔化和蒸发工件表面的金属材料，实现对工件的切割、打孔、雕刻等加工操作。
其原理是通过电源提供电能，形成放电通道，使工件表面产生高温等离子体，从而实现加工目的。
电火花加工具有加工精度高、加工效率高、适用于各种材料等优点，广泛应用于模具制造、航空航天、汽车制造等领域。
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2.2.1 电火花加工机床简介
▪ 1、国产电火花穿孔、成形加工机床的型号与 参数
▪平动头就是为解决修光 侧壁和提高其尺寸精度 而设计的。
平动头的动作原理
▪ 利用偏心机构将伺服电机的旋转运动通 过平动轨迹保持机构转化成电极上每一个 质点都能围绕其原始位置在水平面内作平 面小圆周运动，许多小圆的外包络线面积 就形成加工横截面积.
▪ 如图2-7所示，其中每个质点运动轨迹的半 径就称为平动量，其大小可以由零逐渐调 大，以补偿粗、中、精加工的电火花放电 间隙δ之差，从而达到修光型腔的目的。
大型
▪ 随着科学技术的进步，国外已经大批生产 三坐标数控电火花机床，以及带工具电极 库能按程序自动更换电极的电火花加工中 心，我国的大部分电加工机床厂现在也正 开始研制生产三坐标数控电火花加工机床。
单 轴 数 控 电 火 花 成 型 机 床
床多 轴 数 控 电 火 花 成 型 机
电 火 花 加 工 中 心
▪ (4) 工具电极移动方式的改变，可使加工的 表面粗糙度大有改善，特别是底平面处。
▪ (1)极间介质的电离、击穿及放电通道的 形成. 看图
▪ (2)介质热分解、电极材料熔化、汽化热 膨胀. 看图
▪ (3)电极材料的抛出. 看图
▪ (4)极间介质的消电离. 看图
单脉冲放电凹坑
多脉冲放电凹坑
电火花表面局部放大图
进行电火花加工应具备如下条件：
(1)工具和工件之间必须保持一定的间隙。 (2)必须采用脉冲电源。
(3)在有一定绝缘性能的介质中放电
电火花加工的特点
特点
优
缺
点
点
（1）能加工用切削的方法难于加工 或无法加工的高硬度导电材料
▪ 在电火花加工过程中，主要是靠电、热能 进行加工，几乎与力学性能（硬度、强度 等）无关。从而使工件的加工不受工具硬 度、强度的限制，实现了用软质的材料 （如：石墨、铜等）加工硬质的材料（如： 淬火钢、硬质合金和超硬材料等）。
第二章 电火花加工的基本原理 及设备
▪ 1. 电火花加工的基本原理
▪ 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: 。
从负极上熔化并 抛出金属的区域
气泡
从正极上熔化并 抛出金属的区域
(4)极间介质的消电离.
放电形成的凹坑
（1）只能对导电材料进行加工
▪
通过电火花加工原理的分析，我们可
以看出，电火花加工所用的工具和工件必
需是导体，所以塑料、陶瓷等绝缘的非导
体材料不能用电火花进行加工。
（2）加工精度受到电极损耗的限制
2.2.2 电火花加工机床结构
电火 花加 工机 床
机床本体 脉冲电源 自动进给调节系统 工作液过滤和循环系统 数控系统
自动进给 调节系统
数控系统
工作液过滤和 循环系统
机床本体
脉冲电源
机床 本体
床身 立柱 工作台
三部分是电火机床 的骨架，起着支撑 定位和便于操作的
作用。
主轴头及附件
立柱 主轴头 工作台
电极
(a) 电 极 在 最 左
(b) 电 极 在 最 上
(c) 电 极 在 最 右
(d) 电 极 在 最 下
(e) 电 极 平 动 后 的 轨 迹
图2-7 平动头扩大间隙原理图
数 控 平 动 头
平动头电火花加工的特点
▪
(1) 可以通过改变轨迹半径来调整电
极的作用尺寸，因此尺寸加工不再受放电间隙
床身
▪ 电火花加工时粗加工的电火花放电间隙比 中加工的放电间隙要大，而中加工的电火 花放电间隙比精加工的放电间隙又要大一 些。当用一个电极进行粗加工时，将工件 的大部分余量蚀除掉后，其底面和侧壁四 周的表面粗糙度很差，为了将其修光，就 得转换规准逐挡进行修整。但由于中、精 加工规准的放电间隙比粗加工规准的放电 间隙小，若不采取措施则四周侧壁就无法 修光了
的限制。
▪
(2) 用同一尺寸的工具电极，通过轨
迹半径的改变，可以实现转换电规准的修整，
即采用一个电极就能由粗至精直接加工出一副
型腔。
▪ (3) 在加工过程中，工具电极的轴线与工件 的轴线相偏移，除了电极处于放电区域的部 分外，工具电极与工件的间隙都大于放电间 隙，实际上减小了同时放电的面积，这有利 于电蚀产物的排除，提高加工稳定性。
▪ 我国国标规定， 电火花成形机床均用D71 加上机床 工作台面宽度的 1／10表示。 例如 。其型号表示方 法如下：
D 71 32
机床工作台宽度(320cm) 电火花成形加工机床 电加工机床(如为数控电加工机床，则在D后加K)
大小
▪ D7125以下
小型
▪ D7125～D7163
中型
▪ D7163以上
（2）便于加工细长、薄、脆性零件 和形状复杂的零件
▪ 由于加工过程中，工具与工件没有直接接 触，这样就使工件与工具之间没有机械加 工的切削力，机械变形小，因此可以加工 复杂形状和进行微细加工。
（3）工件变形小，加工精度高
▪ 目前，电火花加工的精度可达0.01～ 0.05mm，在精密光整加工时可小于 0.005mm。
▪ 由于加工过程中，工具电极同样会受
到电、热的作用而被蚀除，特别是在尖角 和底面部分，蚀除量较大，又造成了电极 损耗不均匀的现象，所以电火花加工的精 度受到限制。
3）加工速度慢
▪ 由于火花放电时产生的热量只局限在电极 表面，而且又很快被介质冷却，所以加工 速度要比机械加工慢。
（4）最小圆角半径受到放电间隙的 限制
（4）易于实现加工过程的自动化
▪ 电火花加工主要利用电能进行加工，而电 能、电参数较机械Байду номын сангаас易于实现自动化控制。 目前我国电火花加工机床大多都是数字控 制。
(1)极间介质的电离、击穿及放电 通道的形成.
负极 工作液
放电通道
正极
(3)电极材料的抛出.
凝固微粒 翻边突起
(2)介质热分解、电极材料熔化、 汽化热膨胀.