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。
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。
电火花加工工作原理
电火花加工工作原理
电火花加工是一种利用脉冲电火花在工件与电极之间形成电火花放电击穿间隙，使工件表面产生微细坑槽或凹凸纹理的加工方法。
其工作原理如下：
1. 电极形成间隙：在电火花加工中，通常需要将工件与电极固定在加工设备中，使工件与电极之间形成一个微小的间隙。
该间隙的大小决定了电火花放电的能量和加工 precision。
2. 电力供应：通过电力供应装置提供高压电源。
该电源会在工件与电极之间产生高电压。
3. 电火花放电：当高电压施加在工件与电极之间时，电流会在两者之间产生击穿放电，形成电火花。
电火花产生的瞬间高温和震荡压力会使间隙中的材料融化、汽化和爆炸，从而在工件表面形成微小的坑槽或凹凸纹理。
4. 卸载：放电过程中，电火花会在间隙中不断反复发生，形成了连续的击穿和坑槽。
工件通过电火花的短暂开关和关闭，实现坑槽的连续形成。
5. 冷却与切割液：由于电火花加工会产生大量的热量，需要进行冷却。
同时，切割液的引入可以使电火花加工过程更加稳定和高效。
切割液可以冷却和冲洗坑槽，帮助去除产生的废渣和提供更好的加工效果。
总结：电火花加工利用电火花放电的高温和震荡压力作用，通
过间隙中材料的融化、汽化和爆炸形成微小的坑槽或凹凸纹理。
同时，通过不断重复的放电过程和切割液的引入，实现了连续的加工效果。
电火花线切割加工的原理
电火花线切割加工的原理电火花线切割加工是一种特殊的加工方法，常用于金属材料的切割、模具加工等领域。
其原理是利用电火花放电的高能量，将金属材料上的一小点加热到熔化或汽化的温度，从而实现对材料的切割。
下面将详细介绍电火花线切割加工的原理。
第一，电火花放电原理电火花线切割加工的基础是电火花放电原理。
电火花是在两个电极之间产生高电压放电泄放的现象。
在电火花线切割中，电极是一根线状电极，被称为丝线。
当丝线和工件之间形成一定的电荷差时，电流会通过工件而不是丝线。
这是因为工件是电导体而丝线是绝缘体。
当电流通过工件时，由于局部放电产生的电弧在微观层面掏蚀金属，形成小孔或小坑。
在这个过程中，电弧的温度非常高，可以达到几千摄氏度。
当放电一段时间后，电极的形状将被改变，与工件相隔较近的位置形成突起。
因此，电火花线切割是一种非接触式加工，不会产生切割力或机械剪切。
第二，切割过程在电火花线切割过程中，需要使用一台特殊的设备，称为电火花线切割机。
这台机器包括一个电源、一个丝线电极、一个工作台和一个冷却系统。
首先，需要将待加工的工件固定在工作台上。
然后，在丝线电极上施加高电压的脉冲，使其与工件之间产生电荷差。
当电流通过工件时，局部放电产生的电弧便开始加热工件的表面。
随着放电过程的进行，电弧将形成一个直径很小的孔洞。
此时，需要控制丝线电极和工件之间的间隙，并进行电弧移动。
因为电弧是非接触式的，只需保证电极与工件之间的电荷差，就能在整个切割过程中保持稳定的切割能量。
而电弧的移动路径由机器控制，可以按照预定的路径进行。
为了确保切割过程的良好进行，还需要保持适当的冷却。
电火花线切割机可以通过喷水或其他冷却方式来保持丝线电极和工件的温度在一定范围内。
这是因为电火花放电的高温容易引起电极和工件的烧损，而适当的冷却可以有效降低温度并延长电极使用寿命。
第三，加工特点电火花线切割加工具有以下几个特点：1. 加工速度快：电火花线切割加工不受材料硬度的限制，可以切割硬度很高的金属。
第二章 电火花加工
2.2电火花加工的机理
• 3热膨胀:
–放电通道中电子和离子高速运动时相互碰撞， 动能转化成热能，在两极之间沿通道形成一 个高达1000～1200℃的瞬时高温热源，在热 源作用区的电极和工件表面金属会很快熔化， 甚至气化 –周围的工作液除一部分气化外，另一部分被 高温分解为游离的碳黑和H2、C2H2 、C2H4、 CnH2n等气体（使工作液变黑，在极间冒出小 气泡）
•脉冲电源参数：
–脉冲宽度ti :放电延续时间，ti应小于0.001s，以使放电气化产
生的热量不会传导扩散到其它部位，只是在极小范围内使金属局部 熔化，直至气化
–脉冲间隔t0 :相邻脉冲之间的间隙时间，使放电介质有足够的时
间恢复绝缘状态（称为消电离）
–脉冲周期T=ti+t0； –峰值电压:工件和电极间隙开路时电极间的最高电压ui –峰值电流:工件和电极间隙火花放电时脉冲电流瞬间的最大值i
–电极材料不必比工件材料硬，不存在机械加工时由于刀具 硬度而无法加工的问题
• 4）直接利用电能、热能进行加工，便于实现加工过 程自动控制 • 5）只能加工导电材料 • 6）加工速度慢 • 7）电极有损耗
四、电火花加工方法分类
• 表2-1
2.2电火花加工的机理
• 包括：电离、放电、热膨胀、抛出金属和 消电离等几个连续的阶段
–煤油工作液，为避免起火可采用燃点较高的机油或煤油 与机油的混合物 –水基工作液，可大幅度提高粗加工效率
三、电火花成型加工的特点及应用
• 1）可加工用机械加工方法难于或无法加工的材料
–如淬火钢、硬质合金钢、耐热合金钢等
• 2）可加工小孔、深孔、窄缝零件
电火花加工知识讲解
第一节 电火花加工的基本原理及分类
• 2、必须采用自动进给调节装置 • 以保证工具电极与工件电极间微小的放电间隙。间隙过大，极间
第一节 电火花加工的基本原理及分类
➢电火花加工的点及其应用
• 主要优点：
• 1、可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及时高 纯度的导电材料。如不锈钢、钛合金、工业纯铁、淬火钢、硬 质合金、导电陶瓷、立方氮化硼和人造聚晶金刚石等。
• 2、加工时无明显机械力，故适用于低刚度工件和细微结构的 加工。由于可以简单地将工具电极的形状复制在工件上，再加 上数控技术的运用，因此，特别适用于复杂的型孔和型腔加工。 甚至可以使用简单的工具电极加工出复杂形状的零件。
电压难以击穿极间的液体介质，不能产生火花放电；间隙过小， 容易产生短路，也不能产生火花放电。电参数对放电间隙的影响 很 大 ， 精 加 工 时 单 边 间 隙 仅 有 0.01mm, 而 粗 加 工 时 则 可 达 0.5mm，甚至更大。 • 3、火花放电必须在具有一定绝缘强度(103~107Ω·cm)的液体介 质中进行 • 常用的液体介质有煤油、皂化液和去离子水等。液体介质又称工 作液，它除了有利于产生脉冲式火花放电外，而且有利于排除放 电过程中产生的电蚀产物和冷却电极及工件表面。
第一节 电火花加工的基本原理及分类
➢电火花加工原理
电火花加工是在如图1-1所示的加工系统中进行的。加工时， 脉冲电源的一极接工具电源，另一极接工件电极。两极均 浸入具有一定绝缘度的液体介质（常用煤油或矿物油）中。 工具电极由自动进给调节装置控制，以保证工具与工件在 正常加工时维持一很小的放电间隙（0.01-0.05mm）。当 脉冲电压加到两极之间，便将当时条件下极间最近点的液 体介质击穿，形成放电通道。
电火花加工原理
3、火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介 质中进行，绝缘强度为103~107Ω.cm， 例如：煤油、皂化液或去离子水等。 电火花加工必须有循环过滤系统
以上这些问题的综 合解决，是通过电 火花加工系统来实 现的：
二、电火花加工的特点及其应用
1、主要优点： （1）适合任何难切削材料的加工 （2）可以加工特殊及复杂形状的表面和零件 2、电火花加工的局限性： （1）主要用于加工金属等导电材料，但在一 定条件下也可以加工半导体和非导体材料 （2）一般加工速度较慢 （3）存在电极损耗
注意：
1、极性效应越明显越好，在电ห้องสมุดไป่ตู้花加工过程中必须 充分利用，电火花加工一般都采用单向脉冲电源。 2、极性效应是一个较为复杂的问题，影响极性效应 的因素有：脉宽、脉间、脉冲峰值电流、放电电 压、工作液及电极对材料等。为了充分利用极性 效应，应合理选择工具电极的材料，选用最佳的 电参数、正确的选用极性。
应用：（电火花成形加工目前主要采用油类工作液）
粗加工时，使用粘度大、介电性能 好的材料。如：机油（另外，机 油的燃点较高，在大能量加工时 着火燃烧的可能性小） 中、精加工时，一般使用粘度小， 流动性好，渗透性好的煤油作为 工作液。
讨论：
（1）油类工作液的缺点：有味、容易燃 烧，加工时容易产生烟气 （2）奋斗目标：寻找一种无色无味、不 然烧、流动性好、不产生碳黑、价廉 （3）最新研究成果：水基工作液（在水 中加入各种添加剂），在粗加工时的加 工速度可大大高于煤油，甚至高于切削 加工，但在大面积精加工中还不能代替 煤油。
产生极性效应的原因(笼统解释):
在火花放电过程中,正负电极表面分别受到负 电子和正离子的轰击和瞬时热源的作用,在 两极表面所分配到的能量不一样,因而熔化、 气化抛出的电蚀量也不一样。