谷巍 機(jī)電一體化論文

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1、江西科技學(xué)院本科生畢業(yè)論文） 準(zhǔn)考證號(hào)： 本科生畢業(yè)論文 關(guān)于電火花加工的研究與論述 學(xué) 院： 專 業(yè)： 機(jī)電一體化專業(yè) 班 級(jí)： 學(xué)生姓名： 谷巍 指導(dǎo)老師： 完成日期：

2、 2014年3月20日 13 本科論文原創(chuàng)性申明 本人鄭重申明：所呈交的論文（設(shè)計(jì)）是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究，所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計(jì)）不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識(shí)到本申明的法律后果由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名（手寫）： 簽字日期： 年 月 日

3、 本科論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)江西科技學(xué)院可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 學(xué)位論文作者簽名（手寫）： 指導(dǎo)老師簽名（手寫）： 簽字日期： 年 月 日 簽字日期： 年 月 日 摘要 在電火花加工基礎(chǔ)理論

4、研究領(lǐng)域，由于放電過(guò)程本身的復(fù)雜性、隨機(jī)性以及研究手段缺乏創(chuàng)新性，迄今尚未取得突破性進(jìn)展。但在加工工藝和控制理論研究領(lǐng)域，由于研究成果可直接應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，因此已成為目前電火花成形加工技術(shù)研究中較為活躍的領(lǐng)域，其研究熱點(diǎn)主要集中在高效加工技術(shù)、高精密加工技術(shù)(如鏡面加工技術(shù))、低損耗加工技術(shù)、微細(xì)加工技術(shù)、非導(dǎo)電材料加工技術(shù)、電火花表面處理技術(shù)、智能控制技術(shù)(如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模糊控制技術(shù)、專家系統(tǒng)等)以及操作安全、環(huán)境保護(hù)等方面。在工藝設(shè)備開發(fā)方面，目前的新型電火花成形加工機(jī)床在加工功能、加工精度、自動(dòng)化程度、可靠性等方面已全面改善，許多機(jī)床已具備了在線檢測(cè)、智能控制、模塊化等功能，已不再

5、是傳統(tǒng)意義上的特種加工機(jī)床，而更像切削加工中的數(shù)控機(jī)床甚至加工中心。 關(guān)鍵詞：技術(shù)；產(chǎn)業(yè)；發(fā)展；前景；電火花加工 Abstract The electric spark forming processing technology development status of electric spark machining at present, in the field of fundamental research, since the discharge process complexity, randomness and study means lack of innov

6、ation, has so far not been achieved breakthrough progress. But in the process and control theory research area, the research results can be directly applied to production practice, because this has become the current EDM technology research in active field, its research mainly focuses on efficient p

7、rocessing technology, high precision machining technology (such as the mirror surface machining technology), low loss, fine processing technology processing technology of non conductive materials, processing technology, electric spark surface treatment technology, intelligent control technology (suc

8、h as artificial neural network technology, fuzzy control technology, expert systems) and safe operation, environmental protection etc..In the process of equipment development, the current model of EDM machine tool in machining function, precision, automation, reliability and other aspects have been

9、fully improved, many machine has the on-line detection, intelligent control, modular functions, is no longer in the traditional sense of special processing machine, and more like cutting in the NC machine tool and machining center. Key words: technology; industry; development prospect; Electrical D

10、ischarge Machining. 目錄 第一章 前言 1 1.1研究背景 1 1.2研究的目的和意義 2 1.3相關(guān)概念的界定 3 1.3.1電火花 3 1.3.2電火花加工 3 第二章 國(guó)內(nèi)外研究綜述 4 2.1國(guó)外研究綜述 4 2．2國(guó)內(nèi)研究綜述 5 第三章 電火花加工的原理 6 第四章 電火花加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 7 4.1電火花加工精密化 7 4.2電火花加工微細(xì)化 8 4.3 電火花加工的高速高效化 9 4.4開發(fā)新的加工工藝 10 第五章 結(jié)論 10 附錄 12 致謝 13 第一章 前言 1.1研究背景 1943年，蘇聯(lián)

11、學(xué)者拉扎連科夫婦研究發(fā)明電火花加工，之后隨著脈沖電源和控制系統(tǒng)的改進(jìn)，而迅速發(fā)展起來(lái)。最初使用的脈沖電源是簡(jiǎn)單的電阻-電容回路。 50年代，改進(jìn)為電阻-電感-電容等回路。同時(shí)，還采用脈沖發(fā)電機(jī)之類的所謂長(zhǎng)脈沖電源，使蝕除效率提高，工具電極相對(duì)損耗降低。隨后又出現(xiàn)了大功率電子管、閘流管等高頻脈沖電源，使在同樣表面粗糙度條件下的生產(chǎn)率得以提高。 60年代，出現(xiàn)了晶體管和可控硅脈沖電源，提高了能源利用效率和降低了工具電極損耗，并擴(kuò)大了粗精加工的可調(diào)范圍。 70年代，出現(xiàn)了高低壓復(fù)合脈沖、多回路脈沖、等幅脈沖和可調(diào)波形脈沖等電源，在加工表面粗糙度、加工精度和降低工具電極損耗等方面又有了新的進(jìn)展。

12、在控制系統(tǒng)方面，從最初簡(jiǎn)單地保持放電間隙，控制工具電極的進(jìn)退，逐步發(fā)展到利用微型計(jì)算機(jī)，對(duì)電參數(shù)和非電參數(shù)等各種因素進(jìn)行適時(shí)控制。 電火花加工技術(shù)作為特種加工領(lǐng)域的重要技術(shù)之一，最早應(yīng)用于二戰(zhàn)時(shí)期折斷絲錐取出時(shí)的加工。隨著人類進(jìn)入信息化時(shí)代，電加工技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，可控性更高，數(shù)字化程度更好。 在中國(guó)電火花加工技術(shù)起步稍晚。根據(jù)中國(guó)的國(guó)情，實(shí)現(xiàn)電火花加工技術(shù)的原始創(chuàng)新是很困難的，只能采取引進(jìn)消化吸收再創(chuàng)新的策略，因?yàn)檫@套系統(tǒng)集成了很多學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)，如計(jì)算機(jī)的軟硬件、微電子、數(shù)控、電力半導(dǎo)體、機(jī)械技術(shù)、電氣技術(shù)等，是多方面、多學(xué)科集成的產(chǎn)品，是比較復(fù)雜的高科技產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)現(xiàn)在顯然還沒

13、有一個(gè)能夠獨(dú)立進(jìn)行原始創(chuàng)新的團(tuán)隊(duì)，因此注定要經(jīng)歷一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間痛苦的積淀過(guò)程，所以我認(rèn)為中國(guó)的電火花技術(shù)創(chuàng)新之路別無(wú)選擇。政府也越來(lái)越認(rèn)識(shí)到高校已經(jīng)不再是創(chuàng)新的主戰(zhàn)場(chǎng)，必須依托企業(yè)才能實(shí)現(xiàn)。? 制造業(yè)是一個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)。一個(gè)國(guó)家的發(fā)展終歸要落腳于制造業(yè)，因此作為基礎(chǔ)工業(yè)，制造業(yè)必定擁有永久的生命力，而電加工行業(yè)也不例外。隨著各項(xiàng)技術(shù)的不斷發(fā)展，電加工技術(shù)也在進(jìn)步，至于一項(xiàng)技術(shù)能夠發(fā)展多久，也要看這個(gè)行業(yè)中的人怎樣去盡心敬業(yè)、鉆研并推進(jìn)它。? 眾所周知，模具也是一個(gè)國(guó)家發(fā)展的基礎(chǔ)行業(yè)，許多批量生產(chǎn)的產(chǎn)品都離不開模具，而電火花加工是制造模具的最主要技術(shù)之一。電火花加工仿形逼真以柔克剛，只要是導(dǎo)電的材料

14、均可加工，而不受硬度、脆性、粘性等材料特性的限制，這是其他加工方法無(wú)法比擬的。電火花加工的另一個(gè)特點(diǎn)是可進(jìn)行精密微細(xì)加工，微小孔、異型腔等的微細(xì)加工是其他設(shè)備無(wú)法替代的。 從技術(shù)發(fā)展過(guò)程來(lái)看，電火花加工技術(shù)經(jīng)歷了手動(dòng)電火花加工、液壓伺服、直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī)等一系列過(guò)程。控制系統(tǒng)也越來(lái)越復(fù)雜，從單軸數(shù)控到3軸數(shù)控、再到多軸聯(lián)動(dòng)。20世紀(jì)90年代初期，3軸電火花機(jī)在國(guó)內(nèi)還是空白，主要是從日本和瑞士引進(jìn)。后來(lái)國(guó)內(nèi)發(fā)展大概經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：首先制造主機(jī)，也就是機(jī)械部分，相對(duì)較為簡(jiǎn)單；此后是數(shù)控系統(tǒng)部分，可以理解為引進(jìn)；之后是整個(gè)電源，是消化階段。經(jīng)歷這三個(gè)階段之后是吸收，最后是再創(chuàng)新

15、。對(duì)電火花加工而言，最核心的部分就是數(shù)控系統(tǒng)部分，當(dāng)然花費(fèi)的精力也最多。? 我認(rèn)為電火花成形機(jī)下一步的發(fā)展空間在精密微細(xì)和特殊材料兩個(gè)方面。特殊材料（如航空航天領(lǐng)域用的材料）專機(jī)，窄槽窄縫、異型腔的加工，精密模具等領(lǐng)域都是發(fā)展重點(diǎn)。在精加工方面，曾經(jīng)有過(guò)高速銑要代替電火花的傳言，現(xiàn)在證明這是不現(xiàn)實(shí)的?，F(xiàn)在粗加工、大電流的火花機(jī)又有回頭的趨勢(shì)，在家電、汽車很多行業(yè)中應(yīng)用。人類新開發(fā)出來(lái)的導(dǎo)電的特殊材料都可進(jìn)行放電加工，而高速銑通常很難實(shí)現(xiàn)。精密微細(xì)加工比如噴絲板等微小型零件都離不開電火花加工；航空航天領(lǐng)域中很多零部件需要多軸聯(lián)動(dòng)電火花加工。我們國(guó)家在專用機(jī)型上有創(chuàng)新的能力，有很大的空間。 1

16、.2研究的目的和意義 傳統(tǒng)的機(jī)械加工已有很久的歷史，它對(duì)人類的生產(chǎn)和物質(zhì)文明起了極大的作用,但是隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)發(fā)展的需要，很多工業(yè)部門，尤其是國(guó)防工業(yè)部門要求尖端科學(xué)技術(shù)產(chǎn)品向高精度、高強(qiáng)度、高速度、高溫、高壓、大功率和小型化等方向發(fā)展,它們要求機(jī)械制造部門解決各種難加工材料（如硬質(zhì)合金、高強(qiáng)度合金、耐熱鋼、硬韌表面涂層、陶瓷及金剛石等）的加工；解決各種特殊復(fù)雜表面（如渦輪機(jī)葉片、模具型腔、噴絲頭的小孔窄縫等）的加工；解決各種具有特殊要求的零件（如高精度的薄壁零件、彈性元件等）的加工等一系列問(wèn)題。這些問(wèn)題僅靠傳統(tǒng)加工方法是很難解決的,有些甚至是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。因而產(chǎn)生了電火花加工,它具有切削

17、加工不具有的特點(diǎn)：1)不是主要依靠機(jī)械能,而是主要用其他能量(如電化學(xué)、光、聲、熱等)去除金屬材料；2)工具硬度可以低于被加工材料的硬度；3)加工過(guò)程中工具和工件之間不存在顯著的機(jī)械切削力，正因?yàn)殡娀鸹庸ぞ哂械倪@種特點(diǎn)，所以電火花加工得到了廣泛的應(yīng)用。 電火花加工主要用于模具生產(chǎn)中的型孔、型腔加工，已成為模具制造業(yè)的主導(dǎo)加工方法，推動(dòng)了模具行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。電火花加工零件的數(shù)量在3000件以下時(shí)，比模具沖壓零件在經(jīng)濟(jì)上更加合理。按工藝過(guò)程中工具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和用途不同，電火花加工可大體分為：電火花成形加工、電火花線切割加工、電火花磨削加工、電火花展成加工、非金屬電火花加工和電火花表面強(qiáng)

18、化等。 1.3相關(guān)概念的界定 1.3.1電火花 利用火花放電時(shí)產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象對(duì)材料進(jìn)行尺寸加工的方法，叫電火花加工。 電火花加工是在較低的電壓范圍內(nèi)，在液體介質(zhì)中的火花放電。電火花是一種自激放電，其特點(diǎn)如下： 火花放電的兩個(gè)電極間在放電前具較高的電壓，當(dāng)兩電極接近時(shí)，其間介質(zhì)被擊穿后，隨即發(fā)生火花放電。伴隨擊穿過(guò)程，兩電極間的電阻急劇變小，兩極之間的電壓也隨之急劇變低。火花通道必須在維持暫短的時(shí)間（通常為10-7-10-3s）后及時(shí)熄滅，才可保持火花放電的“冷極”特性（即通道能量轉(zhuǎn)換的熱能來(lái)不及傳至電極縱深），使通道能量作用于極小范圍。通道能量的作用，可使電極局部被腐蝕。 利用火花放電時(shí)

19、產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象對(duì)材料進(jìn)行尺寸加工的方法，叫電火花加工。 電火花加工是在較低的電壓范圍內(nèi)，在液體介質(zhì)中的火花放電。 電火花可以作用在很多物體上,比如:電火花加工,電火花線切割機(jī),電火花機(jī)床,電火花成型機(jī),電火花線切割機(jī),電火花檢測(cè)儀,電火花穿孔機(jī)等等。 1.3.2電火花加工 電火花加工（Electrical Discharge Machining，簡(jiǎn)稱EDM），也稱放電加工，主要由機(jī)械廠完成。是特種加工技術(shù)的一種，廣泛應(yīng)用在模具制造、機(jī)械加工行業(yè)。放電加工可以用來(lái)加工傳統(tǒng)切削方法難以加工的超硬材料和復(fù)雜形狀的工件，通常用于加工導(dǎo)電的材料，可以在諸如鈦合金、工具鋼、碳鋼和硬質(zhì)合金等難加工材料上

20、加工復(fù)雜的型腔或者輪廓。放電加工原理是在導(dǎo)電的工具電極和工件之間施加上周期性快速變化的電壓脈沖，通過(guò)浸沒在絕緣介質(zhì)中的工具電極與工件之間的脈沖性放電所產(chǎn)生的局部高溫使工件表面金屬熔化、氣化，從而蝕除金屬。因此在加工過(guò)程中幾乎不存在切削力。 第二章 國(guó)內(nèi)外研究綜述 2.1國(guó)外研究綜述 目前，國(guó)外的電火花加工新技術(shù)主要有線電極電火花磨削精微、微細(xì)電火花加工，混粉鏡面電火花加工，液中放電表面改性處理，單次放電微細(xì)軸電機(jī)和探針電火花加工，放電堆積成型加工，絕緣陶瓷電火花加工，氣體中放電電火花加工，氣體中放電線切割加工，雙電極電火花加工，電火花放電點(diǎn)位置的檢測(cè)與控制，線切割放電點(diǎn)位置的檢測(cè)與控制，

21、掃描創(chuàng)成電火花加工，鈦合金電火花線切割表面著色，反復(fù)反銬精微，微細(xì)電火花加工，彎曲孔電火花加工，電火花直線電機(jī)伺服控制，新的搖動(dòng)控制技術(shù)等。 六十年代開始,“生產(chǎn)工程學(xué)研究的國(guó)際研究所”為“電加工座談會(huì)”（ISEM）的國(guó)際代表團(tuán)，即世界主要的電火花生產(chǎn)商和研究員進(jìn)行了調(diào)整。生產(chǎn)工程學(xué)研究的國(guó)際研究所如CIRP一樣正式地被大家接受,這代表了“國(guó)際學(xué)院培養(yǎng)的IEtude 科技生產(chǎn)機(jī)械學(xué)”。ISEM 已經(jīng)是一個(gè)電火花、激光、ECM和其它高科技加工技術(shù)信息的交換論壇。ISEMXI將會(huì)在瑞士舉行，它的主題范圍包括電火花處理過(guò)程和物理學(xué)、電火花機(jī)械學(xué)、電火花科技、電火花控制和電火花應(yīng)用。 雖然電火花只

22、是全世界工業(yè)總的加工工具的一小部分，但全世界范圍內(nèi)的關(guān)于電火花研究和發(fā)展的實(shí)驗(yàn)室在近幾年內(nèi)飛速增長(zhǎng)。很多技術(shù)中心在主要的電火花建設(shè)者的集資下或通過(guò)政府研究部門的集資，越來(lái)越多的電火花研究項(xiàng)目得到更深入和更好的組織。一些電火花制造商為資金有限的大學(xué)捐贈(zèng)了機(jī)器，這為將來(lái)的工程師獲得親自參與、理解電火花過(guò)程的能力提供了幫助。 下列機(jī)構(gòu)已經(jīng)建立了電火花研究和發(fā)展項(xiàng)目。他們只代表了全世界致力于電火花科學(xué)技術(shù)先進(jìn)性的實(shí)驗(yàn)室的和研究工程的一部分。除了為主要的電火花制造商設(shè)立的先進(jìn)研究實(shí)驗(yàn)事工作之外，也為那些對(duì)電火花工業(yè)的將來(lái)發(fā)展有直接作用的研究所工作。 2．2國(guó)內(nèi)研究綜述 進(jìn)入21世紀(jì)，電火花成形加工

23、技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，突破了許多傳統(tǒng)觀念和概念的束縛，產(chǎn)生了一些新的技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域，成為現(xiàn)代制造技術(shù)的重要組成部分。電火花成形加工的數(shù)控系統(tǒng)采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、混沌理論、仿真技術(shù)，以進(jìn)一步提高加工的各項(xiàng)工藝指標(biāo)、可靠性和自動(dòng)化程度；脈沖電源則在保證電火花加工工藝指標(biāo)的前提下，向穩(wěn)定、可靠、環(huán)保、綠色、節(jié)能方向發(fā)展。目前，在電火花加工基礎(chǔ)理論研究領(lǐng)域，由于放電過(guò)程本身的復(fù)雜性、隨機(jī)性以及研究手段缺乏創(chuàng)新性，迄今尚未取得突破性進(jìn)展。但在加工工藝和控制理論研究領(lǐng)域，由于研究成果可直接應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，因此已成為目前電火花成形加工技術(shù)研究中較為活躍的領(lǐng)域，其研究熱點(diǎn)主要集中在高效加工技術(shù)、高精密加工技術(shù)

24、(如鏡面加工技術(shù))、低損耗加工技術(shù)、微細(xì)加工技術(shù)、非導(dǎo)電材料加工技術(shù)、電火花表面處理技術(shù)、智能控制技術(shù)(如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模糊控制技術(shù)、專家系統(tǒng)等)以及操作安全、環(huán)境保護(hù)等方面。在工藝設(shè)備開發(fā)方面，目前的新型電火花成形加工機(jī)床在加工功能、加工精度、自動(dòng)化程度、可靠性等方面已全面改善，許多機(jī)床已具備了在線檢測(cè)、智能控制、模塊化等功能，已不再是傳統(tǒng)意義上的特種加工機(jī)床，而更像切削加工中的數(shù)控機(jī)床甚至加工中心。 電火花加工的精密核心主要體現(xiàn)在對(duì)尺寸精度、仿形精度、表面質(zhì)量的要求。時(shí)下數(shù)控電火花機(jī)床加工的精度已有全面提高，尺寸加工要求可達(dá)±2-3μm、底面拐角R值可小于0.03mm，最佳加工表面粗

25、糙度可低于Ra0.3μm。通過(guò)采用一系列先進(jìn)加工技術(shù)和工藝方法，可達(dá)到鏡面加工效果且能夠成功地完成微型接插件、IC塑封、手機(jī)、D盒等高精密模具部位的電火花加工。從總體來(lái)看，現(xiàn)代模具企業(yè)在先進(jìn)數(shù)控電火花機(jī)床的應(yīng)用上，還沒能很好地挖掘出機(jī)床的精密加工性能。因此有必要全面推動(dòng)已有數(shù)控加工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，不斷提高模具加工精度。 智能控制技術(shù)的出現(xiàn)把數(shù)控電火花加工推向了新的發(fā)展高度。新型數(shù)控電火花機(jī)床采用了智能控制技術(shù)。專家系統(tǒng)是數(shù)控電火花機(jī)床智能化的重要體現(xiàn)，它的智能性體現(xiàn)在精確的檢測(cè)技術(shù)和模糊控制技術(shù)兩方面。專家系統(tǒng)采用人機(jī)對(duì)話方式，根據(jù)加工的條件、要求，合理輸入設(shè)定值后便能自動(dòng)創(chuàng)建加工程序，選

26、用最佳加工條件組合來(lái)進(jìn)行加工。在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)、調(diào)整加工過(guò)程，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的最優(yōu)化控制。專家系統(tǒng)智能技術(shù)的應(yīng)用使機(jī)床操作更容易，對(duì)操作人員的技術(shù)水平要求更低。目前智能化技術(shù)不斷地升級(jí)，使得智能控制技術(shù)的應(yīng)用范圍更加的廣泛。隨著市場(chǎng)對(duì)電加工要求的提升，智能化技術(shù)將獲得更為廣闊的發(fā)展空間。 目前最先進(jìn)的數(shù)控電火花機(jī)床在配有電極庫(kù)和標(biāo)準(zhǔn)電極夾具的情況下，只要在加工前將電極裝入刀庫(kù)，編制好加工程序，整個(gè)電火花加工過(guò)程便能日以赴繼地自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，幾乎無(wú)需人工操作。機(jī)床的自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率。但自動(dòng)裝置配件的價(jià)格比較昂貴，大多模具企業(yè)的數(shù)控電火花機(jī)床的配置并不齊全。普及機(jī)床的自動(dòng)化程

27、度是當(dāng)前數(shù)控電火花機(jī)床行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)之一。 現(xiàn)代加工的要求為數(shù)控電火花加工技術(shù)提供了最佳的加工模式，即要求在保證加工精度的前提下大幅提高粗、精加工效率。其它數(shù)控電火花加工技術(shù)在微細(xì)化、安全化、環(huán)保化等方面也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。數(shù)控電火花加工技術(shù)日新月異的發(fā)展，至使機(jī)床生產(chǎn)廠家紛紛對(duì)生產(chǎn)技術(shù)予以了改進(jìn)。目前數(shù)控電火花機(jī)床在伺服系統(tǒng)和脈沖電源的改進(jìn)上取得了重大成果，大大的提高了數(shù)控電火花加工的質(zhì)量、加工效率。 第三章 電火花加工的原理 進(jìn)行電火花加工時(shí)，工具電極和工件分別接脈沖電源的兩極，并浸入工作液中，或?qū)⒐ぷ饕撼淙敕烹婇g隙。通過(guò)間隙自動(dòng)控制系統(tǒng)控制工具電極向工件進(jìn)給，當(dāng)兩電極間的間隙達(dá)到一

28、定距離時(shí)，兩電極上施加的脈沖電壓將工作液擊穿，產(chǎn)生火花放電。???在放電的微細(xì)通道中瞬時(shí)集中大量的熱能，溫度可高達(dá)一萬(wàn)攝氏度以上，壓力也有急劇變化，從而使這一點(diǎn)工作表面局部微量的金屬材料立刻熔化、氣化，并爆炸式地飛濺到工作液中，迅速冷凝，形成固體的金屬微粒，被工作液帶走。這時(shí)在工件表面上便留下一個(gè)微小的凹坑痕跡，放電短暫停歇，兩電極間工作液恢復(fù)絕緣狀態(tài)。?緊接著，下一個(gè)脈沖電壓又在兩電極相對(duì)接近的另一點(diǎn)處擊穿，產(chǎn)生火花放電，重復(fù)上述過(guò)程。這樣，雖然每個(gè)脈沖放電蝕除的金屬量極少，但因每秒有成千上萬(wàn)次脈沖放電作用，就能蝕除較多的金屬，具有一定的生產(chǎn)率。在保持工具電極與工件之間恒定放電間隙的條件下，

29、一邊蝕除工件金屬，一邊使工具電極不斷地向工件進(jìn)給，最后便加工出與工具電極形狀相對(duì)應(yīng)的形狀來(lái)。因此只要改變工具電極的形狀和工具電極與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式，就能加工出各種復(fù)雜的型面。?工具電極常用導(dǎo)電性良好、熔點(diǎn)較高、易加工的耐電蝕材料，如銅、石墨、銅鎢合金和鉬等。在加工過(guò)程中，工具電極也有損耗，但小于工件金屬的蝕除量，甚至接近于無(wú)損耗。工作液作為放電介質(zhì)，在加工過(guò)程中還起著冷卻、排屑等作用。常用的工作液是粘度較低、閃點(diǎn)較高、性能穩(wěn)定的介質(zhì)，如煤油、去離子水和乳化液等。?按照工具電極的形式及其與工件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的特征，可將電火花加工方式分為五類：利用成型工具電極，相對(duì)工件作簡(jiǎn)單進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的電火花成

30、形加工；利用軸向移動(dòng)的金屬絲作工具電極，工件按所需形狀和尺寸作軌跡運(yùn)動(dòng)，以切割導(dǎo)電材料的電火花線切割加工；利用金屬絲或成形導(dǎo)電磨輪作工具電極，進(jìn)行小孔磨削或成形磨削的電火花磨削；用于加工螺紋環(huán)規(guī)、螺紋塞規(guī)、齒輪等的電火花共軛回轉(zhuǎn)加工；小孔加工、刻印、表面合金化、表面強(qiáng)化等其他種類的加工。?電火花加工能加工普通切削加工方法難以切削的材料和復(fù)雜形狀工件；加工時(shí)無(wú)切削力；不產(chǎn)生毛刺和刀痕溝紋等缺陷；工具電極材料無(wú)須比工件材料硬；直接使用電能加工，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；加工后表面產(chǎn)生變質(zhì)層，在某些應(yīng)用中須進(jìn)一步去除；工作液的凈化和加工中產(chǎn)生的煙霧污染處理比較麻煩。???電火花加工的主要用于加工具有復(fù)雜形狀的

31、型孔和型腔的模具和零件；加工各種硬、脆材料，如硬質(zhì)合金和淬火鋼等；加工深細(xì)孔、異形孔、深槽、窄縫和切割薄片等；加工各種成形刀具、樣板和螺紋環(huán)規(guī)等工具和量具。 第四章 電火花加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 先進(jìn)制造技術(shù)的快速發(fā)展和制造業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇對(duì)電火花成形加工技術(shù)提出了更高要求，同時(shí)也為電火花成形加工技術(shù)加工理論的研究和工藝開發(fā)、設(shè)備更新提供了新的動(dòng)力。今后電火花成形加工的加工對(duì)象應(yīng)主要面向傳統(tǒng)切削加工不易實(shí)現(xiàn)的難加工材料、復(fù)雜型面等加工，其中精細(xì)加工、精密加工、窄槽加工、深腔加工等將成為發(fā)展重點(diǎn)。同時(shí)，還應(yīng)注意與其它特種加工技術(shù)或傳統(tǒng)切削加工技術(shù)的復(fù)合應(yīng)用，充分發(fā)揮各種加工方法在難加工材料加工中

32、的優(yōu)勢(shì)，取得聯(lián)合增值效應(yīng)。相對(duì)于切削加工技術(shù)而言，電火花成形加工技術(shù)仍是一門較年輕的技術(shù)，因此在今后的發(fā)展中，應(yīng)借鑒切削加工技術(shù)發(fā)展過(guò)程中取得的經(jīng)驗(yàn)與成果，根據(jù)電火花成形加工自身的技術(shù)特點(diǎn)，選用適當(dāng)?shù)募庸だ碚?、控制原理和工藝方法，并在己有成果的基礎(chǔ)上不斷完善、創(chuàng)新。電火花成形加工機(jī)床向數(shù)控化方向發(fā)展的趨勢(shì)已不可逆轉(zhuǎn)，但應(yīng)注意不可盲目追求“大而全”，應(yīng)以市場(chǎng)為導(dǎo)向，建立具有開放性的數(shù)控體系?？傮w而言，電火花成形加工技術(shù)今后的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)是高效率、高精度、低損耗、微細(xì)化、自動(dòng)化、安全、環(huán)保等。 4.1電火花加工精密化 電火花加工的精密化可以理解為兩方面的內(nèi)容：一是加工尺寸上的精密性，二是加工表面

33、質(zhì)量的精密性。在電火花加工過(guò)程中，與尺寸精度有直接關(guān)系的因素是放電間隙和電極損耗。加工間隙的一致性、穩(wěn)定性以及電極損耗的大小直接影響電火花加工的精度。精密的電火花加工，加工過(guò)程中應(yīng)保持較小的放電間隙，并使放電間隙穩(wěn)定在一個(gè)較小范圍內(nèi)。而放電間隙的調(diào)整與極間狀態(tài)密切相關(guān)，實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地檢測(cè)出兩極間的放電狀態(tài)，則為調(diào)整兩極間合適的放電間隙提供了必要的條件，加工間隙的準(zhǔn)確調(diào)整還有賴于合理的伺服控制策略等。由于電火花加工狀態(tài)復(fù)雜多變，為加工狀態(tài)的檢測(cè)和放電間隙的控制增加了難度。因此，需加強(qiáng)電火花加工狀態(tài)的檢測(cè)、加工間隙的控制以及電源的穩(wěn)定性等方面的研究。 實(shí)現(xiàn)電火花精密加工時(shí)，要采用精加工規(guī)準(zhǔn)來(lái)完成工

34、件的尺寸精度和表面精度。然而，電火花加工過(guò)程中，均不同程度存在工具電極損耗。雖然人們從工作液的種類、電源、控制、工作介質(zhì)、電極材料等多方面對(duì)電極損耗進(jìn)行了廣泛的研究，在減少電極損耗方面取得了一定的研究效果。但是到目前為止，在精加工和微細(xì)加工中，電極損耗現(xiàn)象還是比較嚴(yán)重。電極損耗的存在必然對(duì)電火花加工的尺寸精度產(chǎn)生影響，需要對(duì)工件進(jìn)行多次加工以補(bǔ)償由于電極損耗而造成的尺寸偏差，這樣增加了加工時(shí)間和加工成本。因此，如何降低工具電極的損耗，從而實(shí)現(xiàn)高速、低損耗的精密加工是電火花加工不斷追求的目標(biāo) 4.2電火花加工微細(xì)化 生產(chǎn)實(shí)際的需要使得微機(jī)電系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，微細(xì)化發(fā)展成為機(jī)械制造業(yè)的重要

35、發(fā)展方向，其中微細(xì)電火花加工技術(shù)是實(shí)現(xiàn)微細(xì)加工的重要加工方法之一¨引。這是由電火花加工的特點(diǎn)所決定的，即工具與工件之間幾乎沒有宏觀的作用力，且不受工件硬度的制約，有利于實(shí)現(xiàn)加工尺寸的微細(xì)化。電火花線磨削技術(shù)WEDG(Wire Electric Discharge Grinding)的出現(xiàn)，使微細(xì)電火花加工進(jìn)入了實(shí)用化階段，因此微細(xì)電火花加工技術(shù)是今后一個(gè)重要的發(fā)展方向。微進(jìn)給裝置是實(shí)現(xiàn)微細(xì)電火花加工的前提和保證，因此微細(xì)進(jìn)給裝置和高精度的回轉(zhuǎn)主軸的設(shè)計(jì)及控制是研究重點(diǎn)；同時(shí)，能夠提供極間極少能量的微能量電源的研究也是今后發(fā)展的重點(diǎn)。由于微細(xì)電火花加工對(duì)工件和電極等特殊要求，對(duì)加工過(guò)程的檢測(cè)和控

36、制以及電極損耗等問(wèn)題的解決也是微細(xì)電火花加工的關(guān)鍵技術(shù)。微細(xì)電火花加工所需能量微小，工具電極的尺度微小，加工速度較慢，因此需要不斷完善能夠?qū)崿F(xiàn)較大加工速度的技術(shù)手段，例如微細(xì)多孔加工。目前，微細(xì)多孔電火花加工技術(shù)有：用微細(xì)陣列電極加工陣列孔，另一種是由增澤隆久等人提出的方法，即微細(xì)電火花加工該裝置有兩套線電極磨削系統(tǒng)(WEDGA和WEDGB)。WEDGA對(duì)工具電極進(jìn)行粗加工，WEDGB對(duì)工具電極進(jìn)行精加工，合理地控制WEDA和WEDGB的相對(duì)位置就能得到不同尺寸的微細(xì)電極，用微細(xì)工具電極加工微細(xì)孔。此外，利用工件的超聲振動(dòng)來(lái)提高微細(xì)電火花的加工速度取得了良好的結(jié)果。 4.3 電火花加工的高速

37、高效化 同傳統(tǒng)的切削加工相比，電火花加工速度和加工效率很低。因此，高速高效化是電火花加工技術(shù)的發(fā)展方向。根據(jù)現(xiàn)有對(duì)電火花加工機(jī)理的研究情況來(lái)分析，提高電火花加工速度和加工效率，可以從以下幾方面來(lái)實(shí)現(xiàn)： (1)研究新型的電火花節(jié)能電源。此方法是從提高電火花電源的使用效率人手從而提高電火花加工效率。這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)的電火花加工電源的效率很低，電能的利用率不到30％，大部分的能量被限流電阻被消耗了。因此開發(fā)新的節(jié)能電源，有效提高電火花加工電源的使用效率，減小電源的能量損耗是提高電火花的加工效率的一種有效方法。 (2)采用電火花銑削加工技術(shù)，即使用簡(jiǎn)單形狀的電極進(jìn)行類似于數(shù)控銑削加工的電火花銑削技術(shù)

38、的也是提高－的火花加工速度的一種方法，并可實(shí)現(xiàn)電火花加工的自動(dòng)化。尤其在加工形面復(fù)雜的工件時(shí)，電火花銑削加工更是具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。這是因?yàn)殡娀鸹ㄣ娤骷庸ぜ夹g(shù)無(wú)需制作復(fù)雜的電極，省去了電極制作的大部分時(shí)間，因此可提高加工速度。由于電火花加工過(guò)程中電極損耗的存在，電火花銑削加工技術(shù)必須考慮電極損耗補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題，而電火花加工過(guò)程的復(fù)雜性和眾多的影響因素，使得實(shí)現(xiàn)電極損耗的在線、實(shí)時(shí)補(bǔ)償成為該技術(shù)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，因此實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)補(bǔ)償是該技術(shù)的重要研究?jī)?nèi)容。在此值得一提的是，氣體介質(zhì)中電火花加工由于電極損耗非常低，在氣體介質(zhì)中進(jìn)行電火花銑削加工，則有利于實(shí)現(xiàn)或簡(jiǎn)化電極損耗補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的自動(dòng)化，減小了加工

39、輔助時(shí)間，是實(shí)現(xiàn)三維復(fù)雜形狀高速加工的有利手段。 常見的復(fù)合加工方法之一有電火花加工和超聲加工的復(fù)合。將超聲振動(dòng)引入到在微細(xì)電火花加工中，可以提高電火花的加工速度?；旆垭娀鸹庸づc超聲加工復(fù)合來(lái)改善工件加工表面的放電凹坑的形狀和分布，從而形成更好的加工表面質(zhì)量。針對(duì)氣中電火花加工速度普遍較低的情況(氧氣除外)，出現(xiàn)了超聲振動(dòng)和氣中電火花加工的復(fù)合技術(shù)的研究，使得氣中加工的速度得以提高。筆者認(rèn)為氣體介質(zhì)中電火花加工技術(shù)具有清潔制造的特點(diǎn)，該加工方法可以方便與其它加工方法組合，形成集成加工是其發(fā)展的方向之一。另外，電火花加工與電化學(xué)加工復(fù)合加工(ECDM)的研究將進(jìn)一步深入。該加工方法綜合了電火

40、花加工和電化學(xué)加工的優(yōu)點(diǎn)，將電火花熔蝕作用與電化學(xué)腐蝕作用相結(jié)合，采用較高的脈沖電壓，加工時(shí)在電極的端面間隙處會(huì)產(chǎn)生放電。 4.4開發(fā)新的加工工藝 要實(shí)現(xiàn)電火花加工技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展，需要不斷地開發(fā)新工藝和新方法，這是促進(jìn)電火花加工技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力。目前，這方面的代表是氣中電火花加工技術(shù)和電火花加工絕緣陶瓷技術(shù)，這兩種加工方法突破了人們以往對(duì)電火花加工技術(shù)的局限性認(rèn)識(shí)，形成了電火花加工技術(shù)的新工藝方法，豐富了電火花加工的研究?jī)?nèi)容，拓寬了研究方向。氣中電火花加工的實(shí)現(xiàn)突破了電火花加工只能在液體介質(zhì)中進(jìn)行的認(rèn)識(shí)；而電火花加工絕緣陶瓷技術(shù)突破了被加工材料必須是導(dǎo)電材料的限制，該技術(shù)的關(guān)鍵是在加工前在陶

41、瓷表面覆蓋上輔助電極mj。加工是在煤油工作液中進(jìn)行，先對(duì)輔助電極區(qū)域進(jìn)行加工，借助于從加工煤油中分解出來(lái)的碳元素被附著于陶瓷表面，形成一層“生成導(dǎo)電膜”，進(jìn)入絕緣性陶瓷材料區(qū)域。 第五章 結(jié)論 電火花成形加工技術(shù)在制造業(yè)領(lǐng)域占有重要的地位,是實(shí)現(xiàn)難加工材料,復(fù)雜零件精密加工的有效手段.研究人員應(yīng)借鑒其他加工技術(shù)發(fā)展的成功經(jīng)驗(yàn),揚(yáng)長(zhǎng)避短,充分利用現(xiàn)代科技發(fā)展的相關(guān)成果,再生如研究電火花放電原理的基礎(chǔ)上,直到電火花形成加工工藝?yán)碚摵涂刂评碚摰难芯?改善機(jī)床結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方法,建立基于pc機(jī)的開放性數(shù)控體系,實(shí)現(xiàn)智能控制技術(shù)與電火花形成的有機(jī)結(jié)合,同時(shí)高度重視操作安全和環(huán)境保護(hù),全面推動(dòng)電火花成形加

42、工技術(shù)更快發(fā)展。 參考文獻(xiàn)?? ［1］趙萬(wàn)生，等.特種加工技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2001.?? ［2］張學(xué)仁,等,數(shù)控電火花線切割加工技術(shù)?[J].?哈爾濱:??哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2000.? ［3］胡家秀主編.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).機(jī)械工業(yè)出版社.2001.5? ［4］李鳳云主編.機(jī)械工程材料成形及應(yīng)用.高等教育出版社.2004.7? ［5］張普禮主編.機(jī)械加工設(shè)備.機(jī)械工業(yè)出版社.1999.8 ［6］張遼遠(yuǎn),等.現(xiàn)代加工技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.7?? 附錄 電火花加工原理： 致謝 我對(duì)機(jī)電一體化專業(yè)的興趣始于電火花加工技術(shù)，我的學(xué)位

43、論文也是源于對(duì)電火花加工技術(shù)的研究。在論文完成之際，首先要感謝的是我的指導(dǎo)老師傾囊相授。導(dǎo)師多次詢問(wèn)研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。導(dǎo)師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時(shí)三載，卻給以終生受益無(wú)窮之道。對(duì)導(dǎo)師的感激之情是無(wú)法用言語(yǔ)表達(dá)的。在此，我要向諸位老師深深地鞠上一躬。 谷巍 2014年3月20日