课题：概论 课时：2 授课：尹有根
教学目标：特种加工的概念、特点及发展、分类 教学重点：1 特种加工的特点及发展
2 特种加工的分类
1.1 特种加工的概念
一、引入课题:特种加工产生的条件，之所以产生特种加工普通机械加工满足不了加工的要求。一些难加工的材料、一些有特殊要求的零件、加工效率（生产率）、生产成本等等都需要特种加工。比较普通加工与特种加工的区别来引入课题。 二、讲课内容
1、特种加工的产生及定义
随着社会生产的需要和科学技术的进步，20世纪40年代，前苏联科学家拉扎连柯夫妇研究开关触点遭受火花放电腐蚀损坏的现象和原因，发现电火花的瞬时高温可使局部的金属熔化、气化而被腐蚀掉，开创和发明了电火花加工。后来，由于各种先进技术的不断应用，产生了多种有别于传统机械加工的新加工方法。这些新加工方法从广义上定义为特种加工(NTM，Non-Traditional Machining)，也被称为非传统加工技术，其加工原理是将电、热、光、声、化学等能量或其组合施加到工件被加工的部位上，从而实现材料去除。
©可播放特种加工的一些视频。 1.2 特种加工的特点及发展 1.3 特种加工的分类
一、复习旧课:特种加工产生的原因及定义。
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二、引入新课：特种加工范围广但有一些共性。与机械加工比起来有以下的一些特点。 三、讲课内容
1、与传统的机械加工相比，特种加工的不同点是：
(1) 不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量(如电、化学、光、声、
热等)去除金属材料。
(2) 加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力，故加工的难易与工件硬度无关。
(3) 各种加工方法可以任意复合、扬长避短，形成新的工艺方法，更突出其优越性，便于扩大应用范围。
正因为特种加工工艺具有上述特点，所以就总体而言，特种加工可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属或非金属材料，且专长于加工复杂、微细表面和低刚度的零件。
2、特种加工技术的研究主要表现在以下几个方面：
(1) 微细化。
(2) 特种加工的应用领域正在拓宽。
(3) 广泛采用自动化技术。 3、我国特种加工技术的发展情况
我国的特种加工技术起步较早。20世纪50年代中期我国工厂已设计研制出电火花穿孔机床，60年代末上海电表厂张维良工程师在阳极—机械切割的基础上发明了我国独创的快走丝线切割机床， 4、特种加工的分类
分类没有明确的规定，一般按能量来源和作用形式以及加工原理可分为表1-1所示的形式
表1-1 常用特种加工方法的分类
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依据工件材料、尺寸、形状、精度、生产率、经济性等情况作具体分析，区别对待，合理选择特种加工方法。如表1-2所示
表1-2 几种常见特种加工方法的综合比较
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四、总结：
1、特种加工的特点和发展方向。 2、特种加工的分类
课题：第二章 电火花加工
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2.1电火花加工的基本原理及其分类 2.2 电火花加工的机理 课时：2 授课：尹有根
教学目标：电火花加工的物理本质及特点 教学重点：1电火花加工的基本原理及其分类
2电火花加工的机理
2.1 电火花加工的物理本质及特点
一、复习旧课：与机械加工比较特种加工的特点及它的发展方向和分类。 二、引入新课:电火花加工是特种加工的典型代表。我们看见电火花加工中有火花产生材料就被蚀除掉了这是什么原因呢？ 三、讲课内容：
1、电火花加工的物理本质
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。分为以下几个阶段(如图2-1所示)：
图2-1 电火花加工原理
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(1) 极间介质的电离、击穿，形成放电通道(如图2-1(a)所示)。 (2) 电极材料的熔化、气化热膨胀(如图2-1(b)、(c)所示)。 (3) 电极材料的抛出(如图2-1(d)所示)。
(4) 极间介质的消电离(如图2-1(e)所示)。加工液流入放电间隙，将电蚀产物及残余的热量带走，并恢复绝缘状态。
上述步骤(1)～(4)在一秒内约数千次甚至数万次地往复式进行，即单个脉冲放电结束，经过一段时间间隔(即脉冲间隔)使工作液恢复绝缘后，第二个脉冲又作用到工具电极和工件上，又会在当时极间距离相对最近或绝缘强度最弱处击穿放电，蚀出另一个小凹坑。(如图2-2所示)。所以电火花加工是大量的微小放电痕迹逐渐累积而成的去除金属的加工方式。
图2-2 电火花表面局部放大图
2、电火花加工、电火花线切割加工的特点 1）．共同特点
(1) 二者的加工原理相同，都是通过电火花放电产生的热来熔解去除
金属的，所以二者加工材料的难易与材料的硬度无关，加工中不存在显著的机械切削力。
(2) 二者的加工机理、生产率、表面粗糙度等工艺规律基本相似，可
以加工硬质合金等一切导电材料。
(3) 最小角部半径有限制。电火花加工中最小角部半径为加工间隙，
线切割加工中最小角部半径为电极丝的半径加上加工间隙。 2）．不同特点
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(1) 从加工原理来看，电火花加工是将电极形状复制到工件上的一种工艺方法(如图2-3所示)。而线切割加工是利用移动的细金属导线(铜丝或钼丝)做电极，对工件进行脉冲火花放电，切割成型的一种工艺方法，如图2-4所示。
图2-3 电火花加工
图2-4 线切割加工
(2) 从产品形状角度看，电火花加工必须先用数控加工等方法加工出与产品形状相似的电极；线切割加工中产品的形状是通过工作台按给定的控制程序移动而合成的，只对工件进行轮廓图形加工，余料仍可利用。
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(3) 从电极角度看，电火花加工必须制作成型用的电极(一般用铜、石墨等材料制作而成)；线切割加工用移动的细金属导线(铜丝或钼丝)做电极。 (4) 从电极损耗角度看，电火花加工中电极相对静止，易损耗，故通常采用多个电极加工；而线切割加工中由于电极丝连续移动，使新的电极丝不断地补充和替换在电蚀加工区受到损耗的电极丝，避免了电极损耗对加工精度的影响。 (5) 从应用角度看，电火花加工可以加工通孔、盲孔，特别适宜加工形状复杂的塑料模具等零件的型腔以及刻文字、花纹等(如图2-5(a)所示)；而线切割加工只能加工通孔，能方便地加工出小孔、形状复杂的窄缝及各种形状复杂的零件(如图2-5(b)所示)。
(a) 电火花加工产品 (b) 线切割加工产品
图2-5 加工产品实例
四、总结：
1、电火花加工的物理本质
2、电火花加工、电火花线切割加工的异同点 五、作业：
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1、电火花加工的物理本质是什么？
2、电火花加工与电火花线切割加工的异同点是什么？ 课题：第二章 电火花加工
2.3电火花加工的一些基本规律 课时：2 授课：尹有根
教学目标：电火花加工的一些基本规律 教学重点：1电火花加工的一些基本规律 一、复习旧课：电火花加工的特点
二、引入新课：表面粗糙度、加工精度时电火花加工两个中的指标。 三、讲课内容：
１、影响表面粗糙度的主要因素
电火花加工表面粗糙度的形成与切削加工不同，它是由若干电蚀小凹坑组成
的，能存润滑油，其耐磨性比同样粗糙度的机加工表面要好。
当峰值电流一定时，脉冲宽度越大，单个脉冲的能量就大，放电腐蚀的凹坑也越大、越深，所以表面粗糙度就越差。
在脉冲宽度一定的条件下，随着峰值电流的增加，单个脉冲能量也增加，表面粗糙度就变差。
在一定的脉冲能量下，不同的工件电极材料表面粗糙度值大小不同，熔点高的材料表面粗糙度值要比熔点低的材料小。
工具电极表面的粗糙度值大小也影响工件的加工表面粗糙度值。 由于电极的相对运动，工件侧边的表面粗糙度值比端面小。 干净的工作液有利于得到理想的表面粗糙度。 ２、影响加工精度的主要因素 1）．放电间隙
间隙大小对形状精度也有影响，间隙越大，则复制精度越差，特别是对复杂形状
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的加工表面。
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2）．加工斜度 进入行腔后二次放电，产生加工斜度。 3）．工具电极的损耗
工具电极的损耗锥度反映到工件上是加工斜度。 ３、电火花加工表面变化层和机械性能
图3-11 电火花加工表面变化层
２）表面变化层的机械性能 ※显微硬度及耐磨性
工件在加工前由于热处理状态及加工中脉冲参数不同，加工后的表面层显微硬度变化也不同。加工后表面层的显微硬度一般比较高，但由于加工电参数、冷却条件及工件材料热处理状况不同，有时显微硬度会降低。 ※残余应力
电火花表面存在着由于瞬时先热后冷作用而形成的残余应力，而且大部分表现为拉应力。 ※ 疲劳性能
电火花加工后，工件表面变化层金相组织的变化，会使耐疲劳性能比机械加工表面低许多倍。
４、电火花加工的稳定性 1）．电规准与加工稳定性
一般来说，单个脉冲能量较大的规准，容易达到稳定加工。
在微细加工、排屑条件很差、电极与工件材料不太合适时，可增加间隔来改善加工的不稳定性，但这样会引起生产率下降。
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对每种电极材料对，必须有合适的加工波形和适当的击穿电压，才能实现稳定加工。当平均加工电流超过最大允许加工电流密度时，将出现不稳定现象。 2）．电极进给速度
电极的进给速度与工件的蚀除速度应相适应，这样才能使加工稳定进行。进给速度大于蚀除速度时，加工不易稳定。 3）．蚀除物的排除情况 4）．电极材料及工件材料
对于钢工件，各种电极材料的加工稳定性好坏次序如下：
紫铜(铜钨合金、银钨合金) > 铜合金(包括黄铜) > 石墨 > 铸铁 > 不相同的钢 > 相同的钢；
淬火钢比不淬火钢工件加工时稳定性好；硬质合金、铸铁、铁合金、磁钢等工件的加工稳定性差。 5）．极性 6）．加工形状
５、合理选择电火花加工工艺
一般来说，主要采用两种方法来处理：第一，先主后次，如在用电火花加工去除断在工件中的钻头、丝锥时，应优先保证速度，因为此时工件的表面粗糙度、电极损耗已经不重要了；第二，采用各种手段，兼顾各方面。其中主要常见的方法有：
(1) 粗、中、精逐挡过渡式加工方法。
(2) 先用机械加工去除大量的材料，再用电火花加工保证加工精度和加工质量。 (3) 采用多电极。在加工中及时更换电极，当电极绝对损耗量达到一定程度时，及时更换，以保证良好的加工质量。 四、总结
１、影响表面粗糙度、加工精度的因素
不合适的极性可能导致加工极不稳定
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２、如何控制电火花加工表面变化层和机械性能、加工的稳定性 ３、如何合理选择电火花加工工艺
电火花加工机床简介
一、复习旧课: 电火花加工的物理本质及电火花加工、电火花线切割加工的异同点。
二、引入课题:知道了电火花加工的本质，接下来分开来介绍电火花加工和线切割加工。先看看电火花加工。 三、讲课内容：
1、机床型号、规格、分类
我国国标规定，电火花成型机床均用D71加上机床工作台面宽度的1/10表示。例如D7132中，D表示电加工成型机床(若该机床为数控电加工机床，则在D后加K，即DK)；71表示电火花成型机床；32表示机床工作台的宽度为320 mm。
电火花加工机床按其大小可分为小型(D7125以下)、中型(D7125～D7163)和大型(D7163以上)；按数控程度分为非数控、单轴数控和三轴数控。 2、电火花加工机床结构
电火花加工机床主要由机床本体、脉冲电源、自动进给调节系统、工
作液过滤和循环系统、数控系统等部分组成，如图2-6所示。
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图2-6 电火花机床
1）、 机床本体
机床本体主要由床身、立柱、主轴头及附件、工作台等部分组成。
机床主轴头和工作台常有一些附件，如可调节工具电极角度的夹头、平动头、油杯等。本节主要介绍平动头。
在电火花加工中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。平动头就是为解决修光侧壁和提高其尺寸精度而设计的。
平动头是一个使装在其上的电极能产生向外机械补偿动作的工艺附件。平动头的动作原理是：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。
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图2-7 平动头扩大间隙原理图
(a) 机械式平动头 (b) 数控平动头
图2-8 平动头外形
2）、 脉冲电源
在电火花加工过程中，脉冲电源的作用是把工频正弦交流电流转变成频率较高的单向脉冲电流，向工件和工具电极间的加工间隙提供所需要的放电能量以蚀除金属。
脉冲电源输入为380 V、50 Hz的交流电，其输出应满足如下要求： (1) 要有一定的脉冲放电能量，否则不能使工件金属气化。
(2) 火花放电必须是短时间的脉冲性放电，这样才能使放电产生的热量来不及扩散到其他部分，从而有效地蚀除金属，提高成型性和加工精度。
(3) 脉冲波形是单向的，以便充分利用极性效应，提高加工速度和降低工具电极损耗。
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(4) 脉冲波形的主要参数(峰值电流、脉冲宽度、脉冲间歇等)有较宽的调节范围，以满足粗、中、精加工的要求。
(5) 有适当的脉冲间隔时间，使放电介质有足够时间消除电离并冲去金属颗粒，以免引起电弧而烧伤工件。 ※弛张式脉冲电源
弛张式脉冲电源是最早使用的电源，它是利用电容器充电储存电能，弛张式脉冲电源结构简单，使用维修方便，加工精度较高，粗糙度值较小，但生产率低，电能利用率低，加工稳定性差，故目前这种电源的应用已逐渐减少。如图2-9所示
图2-9 RC线路脉冲电源
※闸流管脉冲电源
闸流管是一种特殊的电子管，当对其栅极通入一脉冲信号时， 便可控制管子的导通或截止，输出脉冲电流。由于这种电源的电参数与加工间隙无关，故又称为独立式电源。闸流管脉冲电源的生产率较高，加工稳定，但脉冲宽度较窄，电极损耗较大。 ※晶体管脉冲电源
晶体管脉冲电源其输出功率大，电规准调节范围广，电极损耗小，故
适应于型孔、型腔、磨削等各种不同用途的加工。晶体管脉冲电源已越来越广泛地应用在电火花加工机床上。 四、总结
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1、电火花机床型号、规格、分类
2、电火花机床的机床本体和脉冲电源的结构和特点 课题：第二章 电火花加工 2.4电火花加工的脉冲电源
2.5 电火花加工的自动进给调节系统 2.6 电火花加工机床 课时：2 授课：尹有根
教学目标：1.电火花加工的脉冲电源、自动进给调节系统
2.电火花加工机床
教学重点：1.电火花加工的脉冲电源、自动进给调节系统
2.电火花加工机床
一、复习旧课：电火花机床型号、规格、分类及电火花机床的机床本体和脉冲电源的结构和特点。
二、引入新课：上次课介绍了电火花的平动头和脉冲电源是电火花机床厂家的核心机密，今天继续看以下另外的两个部件。 三、讲课内容 3、自动进给调节系统
在电火花成型加工设备中，自动进给调节系统占有很重要的位置，它的性能直接影响加工稳定性和加工效果。
电火花成型加工的自动进给调节系统，主要包含伺服进给系统和参数控制系统。伺服进给系统主要用于控制放电间隙的大小，而参数控制系统主要用于控制电火花成型加工中的各种参数(如放电电流、脉冲宽度、脉冲间隔等)，以便能够获得最佳的加工工艺指标等。 1) 伺服进给系统的作用及要求
在电火花成型加工中，电极与工件必须保持一定的放电间隙。 伺服进
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给系统一般有如下要求
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(1) 有较广的速度调节跟踪范围。 (2) 有足够的灵敏度和快速性。 (3) 有较高的稳定性和抗干扰能力。
这里简单介绍电液压式伺服进给系统的原理。 2) 电液压式伺服进给系统
图2-10所示为DYT-2型液压主轴头的喷嘴—挡板式调节系统的工作原理图。
图2-10 喷嘴—挡板式电液压自动调节器工作原理
当放电间隙短路时，动圈两端电压为零，此时动圈不受电磁力的作用，挡板受弹簧力处于最高位置Ⅰ，喷嘴与挡板门开口为最大，使工作液流经喷嘴的流量为最大，上油腔的压力下降到最小值，致使上油腔压力小于下油腔压力，故活塞杆带动工具电极上升。当放电间隙开路时，动圈电压最大，挡板被磁力吸引下移到最低位置Ⅲ，喷嘴被封闭，上、下油腔压强相等，但因下油腔工作面积小于上油腔工作面积，活塞上的向下作用力大于向上作用力，活塞杆下降。当放电间隙最佳时，电动力使挡板处于平衡位置Ⅱ，活塞处于静止状态。
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4、工作液过滤和循环系统
电火花加工中的蚀除产物，一部分以气态形式抛出，其余大部分是以球状固体微粒分散地悬浮在工作液中，直径一般为几微米。随着电火花加工的进行，蚀除产物越来越多，充斥在电极和工件之间，或粘连在电极和工件的表面上。蚀除产物的聚集，会与电极或工件形成二次放电。为了改善电火花加工的条件，一种办法是使电极振动，以加强排屑作用；另一种办法是对工作液进行强迫循环过滤，以改善间隙状态。
图2-11 工作液循环系统油路图
四、总结：
1、自动进给调节系统特点及工作原理 2、工作液过滤和循环系统作用
2.2 电火花加工机床简介
一、复习旧课: 自动进给调节系统特点及工作原理并工作液过滤和循环系统作用。 二、引入新课：现今各种加工机床都以数控化，接下来我们来看一下电火花机床的数控系统功能。 三、讲课内容： 5、 数控系统
1) 数控电火花机床的类型
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根据机床的数控坐标轴的数目，目前常见的数控机床有三轴数控电火花机床、四轴三联动数控电火花机床、四轴联动或五轴联动甚至六轴联动电火花加工机床。
现在部分数控电火花机床还带有工具电极库，在加工中可以根据事先编制好的程序，自动更换电极。
2) 数控电火花机床的数控系统工作原理
数控电火花机床能实现工具电极和工件之间的多种相对运动，可以用来加工多种较复杂的型腔。目前，绝大部分电火花数控机床采用国际上通用的ISO代码进行编程、程序控制、数控摇动加工等，具体内容如下：
( ISO代码编程ISO代码是国际标准化机构制定的用于数控编码和程序控制的一种标准代码。代码主要有G指令(即准备功能指令)和M指令(即辅助功能指令)，具体见表2-1。
表2-1 常用的电火花数控指令
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表2-2 工作坐标系
以上代码，绝大部分与数控铣床、车床的代码相同，只有G54、G80、G82、M05等是以前接触较少的指令，其具体用法如下：
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图2-12 工作坐标系切换
一般的慢走丝线切割机床和部分快走丝线切割机床都有几个或几十个工作坐标系，可以用G54、G55、G56等指令进行切换(如表2-2所示)。 如图2-12所示，可以通过如下指令切换工作坐标系。 G92 G54 X0 Y0； G00 X20. Y30.； G92 G55 X0 Y0；
这样通过指令，首先把当前的O点定义为工作坐标系0的零点，然后分别把X、Y轴快速移动20 mm、30 mm到达点O‘，并把该点定义为工作坐标系1的零点。 G80:
含义：接触感知。
格式：G80 轴＋方向
如：G80 X－； /电极将沿X轴的负方向前进，直到接触到工件，然后停在那里
G82：
含义：移动到原点和当前位置一半处。 格式：G82轴
如：G92 X100.; /将当前点的X坐标定义为100.
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G82 X; /将电极移到当前坐标系X=50.的地方 M05：
含义：忽略接触感知，只在本段程序起作用。 如：G80 X－； /X轴负方向接触感知 G90 G92 X0 Y0； /设置当前点坐标为(0，0)
M05 G00 X10. /忽略接触感知且把电极向X轴正方向移动10 mm
图2-13 工件找正图
以上代码通常用在加工前电极的定位上，具体实例如下：
如图2-13所示，ABCD为矩形工件，AB、BC边为设计基准，现欲用电火花加工一圆形图案，图案的中心为O点，O到AB边、BC边的距离如图中所标。已知圆形电极的直径为20 mm，请写出电极定位于O点的具体过程。
首先将电极移到工件AB的左边，Y轴坐标大致与O点相同，然后执行如下指
令： G80 X+; G90 G92 X0; M05 G00 X－10.； G91 G00 Y－38.； G90 G00 X50.； G80 Y+； G92 Y0；
M05 G00 Y－2.；/电极与工件分开，2 mm表示为一小段距离
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G91 G00 Z10.； /将电极底面移到工件上面
G90 G00 X50. Y28.； 四、总结
电火花加工机床的数控系统的功能指令和编程方法 课题：第二章 电火花加工 2.7电火花穿孔成形加工 课时：2 授课：尹有根
教学目标：电火花穿孔成形加工 教学重点：电火花穿孔成形加工方法
4.1 电火花加工方法 1、穿孔加工方法
一、复习旧课：影响表面粗糙度、加工精度的因素，如何合理选择电火花加工工艺
二、引入新课：电火花加工主要由三部分组成：电火花加工的准备工作、电火花加工、电火花加工检验工作。其中电火花加工可以加工通孔和盲孔，前者习惯称为电火花穿孔加工，后者习惯上称为电火花成型加工。它们不仅是名称不同，而且加工工艺方法有着较大的区别，本章将分别加以介绍。 三、讲课内容： 1、电火花穿孔加工方法
电火花穿孔加工一般应用于冲裁模具加工、粉末冶金模具加工、拉丝模具加工、螺纹加工等。 1）．间接法
间接法是指在模具电火花加工中，凸模与加工凹模用的电极分开制造，首先
根据凹模尺寸设计电极，然后制造电极，进行凹模加工，再根据间隙要求来配制凸模。图4-1为间接法加工凹模的过程。
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间接法的优点是：
图4-1 间接法
(1) 可以自由选择电极材料，电加工性能好。
(2) 因为凸模是根据凹模另外进行配制，所以凸模和凹模的配合间隙与放电间隙无关。
间接法的缺点是：电极与凸模分开制造，配合间隙难以保证均匀。 2）．直接法
直接法适合于加工冲模，是指将凸模长度适当增加，先作为电极加工凹模，
然后将端部损耗的部分去除直接成为凸模直接法加工的凹模与凸模的配合间隙靠调节脉冲参数、控制火花放电间隙来保证。 直接法的优点是：
(1) 可以获得均匀的配合间隙、模具质量高。 (2) 无须另外制作电极。 (3) 无须修配工作，生产率较高。 直接法的缺点是：
(1) 电极材料不能自由选择，工具电极和工件都是磁性材料，易产生磁性，电蚀下来的金属屑可能被吸附在电极放电间隙的磁场中而形成不稳定的二次放电，使加工过程很不稳定，故电火花加工性能较差。 (2) 电极和冲头连在一起，尺寸较长，磨削时较困难。 3). 混合法
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混合法也适用于加工冲模，是指将电火花加工性能良好的电极材料与冲头材
料粘结在一起，共同用线切割或磨削成型，然后用电火花性能好的一端作为加工端，将工件反置固定，用“反打正用”的方法实行加工。 (如图4-2所示)。
图4-2 混合法
混合法的特点是：
(1) 可以自由选择电极材料，电加工性能好。 (2) 无须另外制作电极。
(3) 无须修配工作，生产率较高。 (4) 电极一定要粘结在冲头的非刃口端
4). 阶梯工具电极加工法
阶梯工具电极加工法在冷冲模具电火花成型加工中极为普遍，其应用方面有
两种：
(1) 无预孔或加工余量较大时，可以将工具电极制作为阶梯状，将工具电极分为两段，即缩小了尺寸的粗加工段和保持凸模尺寸的精加工段。
(2) 在加工小间隙、无间隙的冷冲模具时，配合间隙小于最小的电火花加工放电间隙，用凸模作为精加工段是不能实现加工的，则可将凸模加长后，再加工或腐蚀成阶梯状，使阶梯的精加工段与凸模有均匀的尺寸差，通过加工规准对放电间隙尺寸的控制，使加工后符合凸凹模配合的技术要求
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图4-3 用阶梯工具电极加工冲模
四、总结：电火花穿孔加工的方法
一、复习旧课：电火花加工机床的数控系统的功能指令和编程方法
二、引入新课：如前面所述，普通电火花加工机床为了修光侧壁和提高其尺寸精度而添加平动头，使工具电极轨迹向外可以逐步扩张，即可以平动。对数控电火花机床，由于工作台是数控的，可以实现工件加工轨迹逐步向外扩张，即摇动，故数控电火花机床不需要平动头。 三、讲课内容：
3）数控电火花加工中摇动加工的作用是：
(1) 可以精确控制加工尺寸精度。 (2) 可以加工出复杂的形状，如螺纹。 (3) 可以提高工件侧面和底面的表面粗糙度。 (4) 可以加工出清棱、清角的侧壁和底边。
(5) 变全面加工为局部加工，有利于排屑和加工稳定。
(6) 对电极尺寸精度要求不高。
摇动的轨迹除了可以像平动头的小圆形轨迹外，数控摇动的轨迹还有方
形、菱形、叉形和十字形，且摇动的半径可为9.9 mm以内任一数值。
4） 摇动加工的编程代码各公司均自己规定。以汉川机床厂和日本沙迪克公
司为例，摇动加工的指令代码如下(参见书表2-3)：
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5）数控摇动的伺服方式共有以下三种(如图2-14所示)：
(1) 自由摇动。选定某一轴向(例如Z轴)作为伺服进给轴，其他两轴进行
摇动运动(如图2-14(a)所示),沿各轴方向可能出现不规则的进进退退。 (2) 步进摇动。在某选定的轴向作步进伺服进给，每进一步的步距为2 μm，其他两轴作摇动运动(如图2-14(b)所示)。例如：
步进摇动限制了主轴的进给动作，使摇动动作的循环成为优先动作。步进
摇动用在深孔排屑比较困难的加工中。它较自由摇动的加工速度稍慢，但更稳定，没有频繁的进给、回退现象。
(3) 锁定摇动。在选定的轴向停止进给运动并锁定轴向位置，其他两轴进行摇动运动。在摇动中，摇动半径幅度逐步扩大，主要用于精密修扩内孔或内腔(如图2-14(c)所示)。例如：
锁定摇动能迅速除去粗加工留下的侧面波纹，是达到尺寸精度最快的加工
方法。它主要用于通孔、盲孔或有底面的型腔模加工中。如果锁定后作圆轨迹摇动，则还能在孔内滚花、加工出内花纹等。
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图2-14 数控摇动的伺服方式
6. 电火花机床常见功能
四、总结
1、电火花加工机床的数控系统的摇动功能 2、电火花机床常见功能
课题：第三章 电火花线切割加工
3.1电火花线切割加工原理、特点及应用范围
3.2电火花线切割加工设备 课时：2 授课：尹有根
教学目标：1电火花线切割加工原理、特点及应用范围
2电火花线切割加工设备
教学重点：1. 电火花线切割加工原理、特点及应用范围
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电火花机床的常见功能如下： (1) 回原点操作功能。
(2) 置零功能。将当前点的坐标设置为零。 (3) 接触感知功能。让电极与工件接触，以便定位。 (4) 其他常见功能
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一、复习旧课：电火花加工机床的数控系统的摇动功能 和电火花机床常见功能
二、引入新课：电火花的另一类加工就是线切割加工，利用电火花放电能腐蚀原理，工具电极是电极丝，用数控系统控制运动方向和位置来实现加工，接着我们来看它。 三、讲课内容： 1、机床分类、型号 ※分类
线切割加工机床可按多种方法进行分类，通常按电极丝的走丝速度分成快
速走丝线切割机床(WEDM-HS)与慢速走丝线切割机床(WEDM-LS)。
1) 快速走丝线切割机床
快速走丝线切割机床的电极丝作高速往复运动，一般走丝速度为8～10 m/s，是我国独创的电火花线切割加工模式。快速走丝线切割机床上运动的电极丝能够双向往返运行，重复使用，直至断丝为止。线电极材料常用直径为0.10～0.30 mm的钼丝(有时也用钨丝或钨钼丝)。对小圆角或窄缝切割，也可采用直径为0.6 mm的钼丝。
工作液通常采用乳化液。快速走丝线切割机床结构简单、价格便宜、生产率
高，但由于运行速度快，工作时机床震动较大。钼丝和导轮的损耗快，加工精度和表面粗糙度就不如慢速走丝线切割机床，其加工精度一般为0.01～0.02 mm，表面粗糙度Ra为1.25～2.5 μm。 2) 慢速走丝线切割机床
慢速走丝线切割机床走丝速度低于0.2 m/s。常用黄铜丝(有时也采用紫铜、
钨、钼和各种合金的涂覆线)作为电极丝，铜丝直径通常为0.10～0.35 mm。电极丝仅从一个单方向通过加工间隙，不重复使用，避免了因电极丝的损耗而降低加工精度。同时由于走丝速度慢，机床及电极丝的震动小，因此加工过程平稳，加工精度高，可达0.005 mm，表面粗糙度Ra≤0.32 μm。
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慢速走丝线切割机床的工作液一般采用去离子水、煤油等，生产率较高。 慢走丝机床主要由日本、瑞士等国生产，目前国内有少数企业引进国外先进
技术与外企合作生产慢走丝机床。 ※型号
国标规定的数控电火花线切割机床的型号，如DK7725的基本含义为：D为机
床的类别代号，表示是电加工机床；K为机床的特性代号，表示是数控机床；第一个7为组代号，表示是电火花加工机床，第二个7为系代号(快走丝线切割机床为7，慢走丝线切割机床为6，电火花成型机床为1)；25为基本参数代号，表示工作台横向行程为250 mm。 2、快走丝线切割机床简介
主要由机床本体、脉冲电源、数控系统和工作液循环系统组成
1）机床本体
机床本体主要由床身、工作台、运丝机构和丝架等组成，具体介绍如下： （1） 床身
床身是支承和固定工作台、运丝机构等的基体。因此，要求床身应有一定的
刚度和强度，一般采用箱体式结构。床身里面安装有机床电气系统、脉冲电源、工作液循环系统等元器件。
（2）工作台
目前在电火花线切割机床上采用的坐标工作台，大多为X、Y方向线性运动。 （3） 运丝机构
在快走丝线切割加工时，电极丝需要不断地往复运动，这个运动是由运丝机
构来完成的。最常见的运丝机构是单滚筒式，电极丝绕在储丝筒上，并由丝筒作周期性的正反旋转使电极丝高速往返运动。储丝筒轴向往复运动的换向及行程长短由无触点接近开关及其撞杆控制(如图2-15中的5、4)，调整撞杆的位置即可调节行程的长短。
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这种形式的运丝机构的优点是结构简单、维护方便，因而应用广泛。其缺点是绕丝长度小，电动机正反转动频繁，电极丝张力不可调。
图2-15 快走丝线切割机床结构图
（4）丝架
运丝机构除上面所叙述的内容外，还包括丝架。丝架的主要作用是在电极丝
快速移动时，对电极丝起支撑作用，并使电极丝工作部分与工作台平面保持垂直，有些机床可实现锥度加工。 2）脉冲电源
电火花线切割加工的脉冲电源与电火花成型加工作用的脉冲电源在原理上
相同，不过受加工表面粗糙度和电极丝允许承载电流的限制，线切割加工脉冲电源的脉宽较窄(2～60 μs)，单个脉冲能量、平均电流(1～5 A)一般较小，所以线切割总是采用正极性加工。 3）数控系统
数控系统在电火花线切割加工中起着重要作用，具体体现在两方面： (1) 轨迹控制作用。 (2) 加工控制。
目前绝大部分机床采用数字程序控制，并且普遍采用绘图式编程技术，操作者首先在计算机屏幕上画出要加工的零件图形，线切割专用软件。 4） 工作液循环系统
主要包括工作液箱、工作液泵、流量控制阀、进液管、回液管和过滤网罩等。
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四、总结
1、电火花线切割机床分类、型号 2、快走丝线切割机床
2.3 电火花线切割加工机床简介之
2.3.3 慢走丝线切割机床 2.3.4 线切割机床常见的功能
一、复习旧课：电火花线切割机床分类、型号和快走丝线切割机床
二、引入新课：讲完快走丝线切割机床我们来看看高精度的高成本慢走丝线切割机床及线切割机床常见的功能。 三、讲课内容：
3、慢走丝线切割机床简介
同快走丝线切割机床一样，慢走丝线切割机床也是由机床本体、脉冲电源、
数控系统等部分组成的。但慢走丝线切割机床的性能大大优于快走丝线切割机床，其结构具有以下特点： 1）主体结构 （1） 机头结构
机床和锥度切割装置(U，V轴部分)实现了一体化，并采用了桁架铸造结构，
从而大幅度地强化了刚度。 （2） 主要部件
精密陶瓷材料大量用于工作臂、工作台固定板、工件固定架、导丝装置等主
要部件，实现了高刚度和不易变形的结构。
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（3） 工作液循环系统
慢走丝线切割机床大多数采用去离子水作为工作液，在较精密加工时，慢走丝线切割机床采用绝缘性能较好的煤油作为工作液。 2）走丝系统
慢走丝线切割机床的电极丝在加工中是单方向运动。在走丝过程中，电极丝由储丝筒出丝，由电极丝输送轮收丝。慢走丝系统一般由以下几部分组成：储丝筒、导丝机构、导向器、张紧轮、压紧轮、圆柱滚轮、断丝检测器、电极丝输送轮、其他辅助件(如毛毡、毛刷)等。 4、 线切割机床常见的功能
下面简单介绍线切割机床较常见的功能。
(1) 模拟加工功能。模拟显示加工时电极丝的运动轨迹及其坐标。
(2) 短路回退功能。加工过程中若进给速度太快而电腐蚀速度慢，在加工时出现短路现象，控制器会改变加工条件并沿原来的轨迹快速后退，消除短路，防止断丝。
(3) 回原点功能。遇到断丝或其他一些情况，需要回到起割点，可用此操作。 (4) 单段加工功能。加工完当前段程序后自动暂停，并有相关提示信息，如：单段停止!按OFF键停止加工，按RST键继续加工。此功能主要用于检查程序每一段的执行情况。
(5) 暂停功能。暂时中止当前的功能。
(6) MDI功能。手动数据输入方式输入程序功能。
(7) 进给控制功能。能根据加工间隙的平均电压或放电状态的变化，通过取样、变频电路，不断定期地向计算机发出中断申请，自动调整伺服进给速度，保持平均放电间隙，使加工稳定，提高切割速度和加工精度。
(8) 间隙补偿功能。线切割加工数控系统所控制的是电极丝中心移动的轨迹。因此，加工零件时有补偿量，其大小为单边放电间隙与电极丝半径之和。 (9) 自动找中心功能。电极丝能够自动找正后停在孔中心处。
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(10) 信息显示功能。可动态显示程序号、计数长度、电规准参数、切割轨迹图形等参数。
(11) 断丝保护功能。在断丝时，控制机器停在断丝坐标位置上，等待处理，同时高频停止输出脉冲，丝筒停止运转。
(12) 停电记忆功能。可保存全部内存加工程序，当前没有加工完的程序可保持24小时以内，随时可停机。
(13) 断电保护功能。在加工时如果突然发生断电，系统会自动将当时的加工状态记下来。
(14) 分时控制功能。可以一边进行切割加工，一边编写另外的程序。 (15)倒切加工功能
(16) 平移功能。主要用在切割完当前图形后，在另一个位置加工同样图形等场合。这种功能可以省掉重新画图的时间。
(17) 跳步功能。可以简化加工的操作过程。图中，实线为零件形状，虚线为电极丝路径。
(18) 任意角度旋转功能。可以大大简化某些轴对称零件的程编工艺，如齿轮只需先画一个齿形，然后让它旋转几次，就可圆满完成。 (19) 代码转换功能。能将ISO代码转换为3B代码等。
(20) 上下异性功能。可加工出上下表面形状不一致的零件，如上面为圆形，下面为方形等。 四、总结
1、慢走丝线切割机床 2、线切割机床常见的功能 五、作业
4、线切割机床有哪些常用的功能？
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3.1 电火花加工的常用术语
一、复习旧课:电火花线切割机床的简介
二、引入新课:要很好的掌握电火花加工，先要知道电火花加工有哪些常用术语。接下来就来看电火花加工的常用术语。 三、讲课内容 1、工具电极
电火花加工用的工具是电火花放电时的电极之一，故称为工具电极，有时
简称电极。由于电极的材料常常是铜，因此又称为铜公(如图3-1所示)。
图3-1 电火花加工示意图
2、放电间隙
放电间隙是放电时工具电极和工件间的距离，它的大小一般在0.01～0.5 mm
之间，粗加工时间隙较大，精加工时则较小。 3、脉冲宽度ti(μs)
脉冲宽度简称脉宽(也常用ON、TON等符号表示)，是加到电极和工件上放电
间隙两端的电压脉冲的持续时间(如图3-2所示)。
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图3-2 脉冲参数与脉冲电压、电流波形
4、脉冲间隔to(μs))
脉冲间隔简称脉间或间隔(也常用OFF、TOFF表示)，它是两个电压脉冲之间
的间隔时间(如图3-2所示)。 5、放电时间(电流脉宽)te(μs)
放电时间是工作液介质击穿后放电间隙中流过放电电流的时间，即电流脉
宽，它比电压脉宽稍小，二者相差一个击穿延时td。 6、击穿延时td(μs)
从间隙两端加上脉冲电压后，一般均要经过一小段延续时间td，工作液介
质才能被击穿放电，这一小段时间td称为击穿延时(见图3-2)。 7、脉冲周期tP(μs)
一个电压脉冲开始到下一个电压脉冲开始之间的时间称为脉冲周期，显然
tP=ti+to(见图3-2)。 8、脉冲频率fP(Hz)
脉冲频率是指单位时间内电源发出的脉冲个数。显然，它与脉冲周期tP
fp1tp互为倒数，即
9、有效脉冲频率fe(HZ)
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有效脉冲频率是单位时间内在放电间隙上发生有效放电的次数，又称工作脉
冲频率。
10、脉冲利用率λ
脉冲利用率λ是有效脉冲频率fe与脉冲频率fp之比，又称频率比，即
fe 11、脉宽系数τfp 脉宽系数是脉冲宽度ti与脉冲周期tp之比，其计算公式为
12、占空比ψ
tititptito 占空比是脉冲宽度ti与脉冲间隔to之比，ψ=ti/to。
13、开路电压或峰值电压(V)
开路电压是间隙开路和间隙击穿之前td时间内电极间的最高电压(见图
3-2)。
14、火花维持电压
火花维持电压是每次火花击穿后，在放电间隙上火花放电时的维持电压，一
般在25 V左右，但它实际是一个高频振荡的电压(见图3-2)。 15、加工电压或间隙平均电压U(V)
加工电压或间隙平均电压是指加工时电压表上指示的放电间隙两端的平均
电压。
16、加工电流I(A)
加工电流是加工时电流表上指示的流过放电间隙的平均电流。
17、短路电流Is(A)
短路电流是放电间隙短路时电流表上指示的平均电流。
18、峰值电流(A)
峰值电流是间隙火花放电时脉冲电流的最大值(瞬时)，在日本、英国、美国
常用Ip表示(见图3-2)。 19、短路峰值电流(A)
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ˆs 短路峰值电流是间隙短路时脉冲电流的最大值，它比峰值电流要大20％～Isi40％，与短路电流Is相差一个脉宽系数的倍数。 四、总结
特别是脉宽、脉间、峰值电压、电流等。
3.2 影响材料放电腐蚀的因素
一、复习旧课：电火花加工的常用术语有哪些、各自的定义
二、引入新课：讲完专业的术语对电火花的加工有所了解，接着便深入一些讲重点。极性效应和覆盖效应，电加工过程中两极间的腐蚀量是不同的。这跟电极采用不同的接法、放电间隙、脉宽、电流都有关。覆盖效应是在电极间形成碳素层覆盖可以保护电极的腐蚀。 1、极性效应对电蚀量的影响
在生产中，将工件接脉冲电源正极(工具电极接脉冲电源负极)的加工称为正极性加工(如图3-3所示)，反之称为负极性加工(如图3-4所示)。
图3-3 “正极性”接线法图 图3-4 “负极性”接线法图
在实际加工中，极性效应受到电极及电极材料、加工介质、电源种类、单个脉冲能量等多种因素的影响，其中主要原因是脉冲宽度。
在电场的作用下，放电通道中的电子奔向正极，正离子奔向负极。在窄脉宽度加工时，由于电子惯性小，运动灵活，大量的电子奔向正极，并轰击正极表面，使正极表面迅速熔化和气化；而正离子惯性大，运动缓慢，只有一小部分能够到
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达负极表面，而大量的正离子不能到达，因此电子的轰击作用大于正离子的轰击作用，正极的电蚀量大于负极的电蚀量，这时应采用正极性加工。
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在宽脉冲宽度加工时，因为质量和惯性都大的正离子将有足够的时间到达负极表面，由于正离子的质量大，它对负极表面的轰击破坏作用要比电子强，同时到达负极的正离子又会牵制电子的运动，故负极的电蚀量将大于正极，这时应采用负极性加工。
在实际加工中，要充分利用极性效应，正确选择极性，最大限度地提高工件
的蚀除量，降低工具电极的损耗。 2、覆盖效应对电蚀量的影响
在材料放电腐蚀过程中，一个电极的电蚀产物转移到另一个电极表面上，形
成一定厚度的覆盖层，这种现象叫做覆盖效应。合理利用覆盖效应，有利于降低电极损耗。
在油类介质中加工时，覆盖层主要是石墨化的碳素层，其次是粘附在电极表
面的金属微粒粘结层。
※碳素层的生成条件主要有以下几点： (1) 要有足够高的温度。
(2) 要有足够多的电蚀产物，尤其是介质的热解产物──碳粒子。 (3) 要有足够的时间，以便在这一表面上形成一定厚度的碳素层。 (4) 一般采用负极性加工，因为碳素层易在阳极表面生成。 (5) 必须在油类介质中加工。 ※影响覆盖效应的主要因素有如下： (1) 脉冲参数与波形的影响。 (2) 电极对材料的影响。 (3) 工作液的影响。
(4) 工艺条件的影响。覆盖层的形成还与间隙状态有关。
在电火花加工中，覆盖层不断形成，又不断被破坏。为了实现电极低损耗，达到提高加工精度的目的，最好使覆盖层形成与破坏的程度达到动态平衡。
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3、电参数对电蚀量的影响
单个脉冲能量与平均放电电压、平均放电电流和脉冲宽度成正比。由上可见，
要提高电蚀量，应增加平均放电电流、脉冲宽度及提高脉冲频率。但在实际生产中，这些因素往往是相互制约的。 4、金属材料对电蚀量的影响
当脉冲放电能量相同时，金属工件的熔点、沸点、比热容、熔化热、气化热
等愈高，电蚀量将愈少，愈难加工。 5、工作液对电蚀量的影响
电火花加工一般在液体介质中进行。液体介质通常叫做工作液，※工作液作
用主要是：
(1) 压缩放电通道，并限制其扩展，使放电能量高度集中在极小的区域内，既加强了蚀除的效果，又提高了放电仿型的精确性。
(2) 加速电极间隙的冷却和消电离过程，有助于防止出现破坏性电弧放电。 (3) 加速电蚀产物的排除。
(4) 加剧放电的流体动力过程，有助于金属的抛出。 四、总结 1、极性效应 2、覆盖效应 3、其他因素的影响 五、作业
1．什么是极性效应？在电火花加工中如何充分利用极性效应？ 2．什么是覆盖效应？
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3.3 电火花加工工艺规律 3.3.1 影响加工速度的主要因素
一、复习旧课：极性效应、覆盖效应、其他因素对电火花腐蚀的影响
二、引入新课：讲述加工工艺规律的重要性，加工速度、加工精度、表面粗糙度之间的矛盾。 三、讲课内容：
１、加工速度定义：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Vw=V/T(单位为mm3/min)来表示，有时为了测量方便，也用质量加工速度Vm=m/t(单位为g/min)表示。 ２、电规准的影响
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。
图3-5 脉冲宽度与加工速度的关系曲线
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(如图3-6)。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。
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图3-6 脉冲间隔与加工速度的关系曲线
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(如图3-7)。
图3-7 峰值电流与加工速度的关系曲线
３、非电参数的影响 １）．加工面积的影响
图3-8是加工面积和加工速度的关系曲线。由图可知，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
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图3-8 加工面积与加工速度的关系曲线
2）．排屑条件的影响
在电火花加工过程中会不断产生气体、金属屑末和碳黑等，如不及时排除，则加工很难稳定地进行。加工稳定性不好，会使脉冲利用率降低，加工速度降低。为便于排屑，一般都采用冲油(或抽油)和电极抬起的办法。电极抬起有自适应“抬刀”和定时“抬刀”两种。 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。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。
中等脉冲宽度、负极性加工时，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。 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。 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。就工作液的种类来说，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。 四、总结：
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１、电参数脉宽、脉间、峰值电流对加工速度的影响。 ２、非电参数对加工速度的影响。
3.3 电火花加工工艺规律 3.3.2 影响电极损耗的主要因素
一、复习旧课：电参数脉宽、脉间、峰值电流对加工速度的影响。非电参数对加工速度的影响。
二、引入新课：电极损耗是电火花成型加工中的重要工艺指标 三、讲课内容： １、电极损耗的定义
在生产中，常用相对损耗或损耗比作为衡量工具电极耐损耗的指标，即 电火花加工中，电极的相对损耗小于1%，称为低损耗电火花加工。 ２、电参数对电极损耗的影响 1) 脉冲宽度的影响
在峰值电流一定的情况下，随着脉冲宽度的减小，电极损耗增大。脉冲宽度越窄，电极损耗θ上升的趋势越明显(如图3-９所示)。
图3-９ 脉冲宽度与电极相对损耗的关系
2) 峰值电流的影响
用紫铜电极加工钢时，随着峰值电流的增加，电极损耗也增加。要降低电极损耗，应减小峰值电流。
由上可见，脉冲宽度和峰值电流对电极损耗的影响效果是综合性的。只有脉冲宽度和峰值电流保持一定关系，才能实现低损耗加工。
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3) 脉冲间隔的影响
在脉冲宽度不变时，随着脉冲间隔的增加，电极损耗增大。
4) 加工极性的影响
在其他加工条件相同的情况下，加工极性不同对电极损耗影响很大,一般情况下，采用石墨电极和铜电极加工钢时，粗加工用负极性，精加工用正极性。但在钢电极加工钢时，无论粗加工或精加工都要用负极性，否则电极损耗将大大增加。 ３、非电参数对电极损耗的影响 1) 加工面积的影响
在脉冲宽度和峰值电流一定的条件下，加工面积对电极损耗影响不大， 当电极相对损耗小于l%，并随着加工面积的继续增大，电极损耗减小的趋势越来越慢。当加工面积过小时，则随着加工面积的减小而电极损耗急剧增加。 2) 冲油或抽油的影响
冲油或抽油压力过大会加大电极的损耗。因为强迫冲油或抽油会使加工间隙的排屑和消电离速度加快，这样减弱了电极上的“覆盖效应”。
冲、抽油方式对电极损耗无明显影响，但对电极端面损耗的均匀性有较大区别。冲油时电极损耗呈凹形端面，抽油时则形成凸形端面。 3) 电极的形状和尺寸的影响
在电极材料、电参数和其他工艺条件完全相同的情况下，电极的形状和尺寸对电极损耗影响也很大,如图3-１0(a)所示的型腔，用整体电极加工较困难。在实际中首先加工主型腔(如图3-１0(b)所示)，再用小电极加工副型腔(如图3-１0(c)所示)。
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图3-10 分解电极图
4) 工具电极材料的影响
工具电极损耗与其材料有关，损耗的大致顺序如下：银钨合金 < 铜钨合
金 < 石墨(粗规准) < 紫铜 < 钢 < 铸铁 < 黄铜 < 铝。 四、总结
影响电极损耗的主要因素
4.1 电火花加工方法
2、成型加工方法 一、复习旧课：电火花穿孔加工的方法
二、引入新课：电火花成型加工和穿孔加工相比有哪些不同？ 三、讲课内容：
※电火花成型加工和穿孔加工相比有下列特点：
(1) 电火花成型加工为盲孔加工，工作液循环困难，电蚀产物排除条件差。 (2) 型腔多由球面、锥面、曲面组成，结构复杂。 (3) 材料去除量大，表面粗糙度要求严格。
(4) 加工面积变化大，要求电规准的调节范围相应也大。 ※根据电火花成型加工的特点，在实际中通常采用如下方法： 1）. 单工具电极直接成型法
单工具电极直接成型法是指采用同一个工具电极完成模具型腔的粗、中及精加工。
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图4-4 单工具电极直接成型法
2）. 多电极更换法
多电极更换法是指根据一个型腔在粗、中、精加工中放电间隙各不相同的特点，采用几个不同尺寸的工具电极完成一个型腔的粗、中、精加工。
图4-5 多电极更换法
多电极更换加工法的优点:是仿型精度高，尤其适用于尖角、窄缝多的型腔模加工。它的缺点是需要制造多个电极、电极的依次更换需要有一定的重复定位精度。 3）．分解电极加工法
分解电极加工法是根据型腔的几何形状，把电极分解成主型腔电极和副型腔电极，分别制造。先用主型腔电极加工出主型腔，后用副型腔电极加工尖角、窄缝等部位的副型腔。
4）．手动侧壁修光法简介
这种方法主要应用于没有平动头的非数控电火花加工机床。 四、总结
电火花成型加工主要方法
4.2 电火花加工准备工作
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1、电极准备
一、复习旧课：电火花成型加工主要方法
二、引入新课：电火花加工的加工辅助时间是比较多的。讲完加工的方法，让我们来看加工前的准备工作有哪些 三、讲课内容： 1、 电极材料选择
不同的材料做电极对于电火花加工速度、加工质量、电极损耗、加工稳定性有重要的影响。目前常用的电极材料有紫铜(纯铜)、黄铜、钢、石墨、铸铁、银钨合金、铜钨合金等。
表4-1 电火花加工常用电极材料的性能
2、电极设计
在设计中，首先是详细分析产品图纸，确定电火花加工位置；第二是根据现有设备、材料、拟采用的加工工艺等具体情况确定电极的结构形式；第三是根据不同的电极损耗、放电间隙等工艺要求对照型腔尺寸进行缩放，同时要考虑工具电极各部位投入放电加工的先后顺序不同，工具电极上各点的总加工时间和损耗不同，同一电极上端角、边和面上的损耗值不同等因素来适当补偿电极。 ※电极的结构形式
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(1) 整体电极。整体式电极由一整块材料制成，若电极尺寸较大，则在内部设置减轻孔及多个冲油孔
(2) 组合电极。组合电极是将若干个小电极组装在电极固定板上，可一次性同时完成多个成型表面电火花加工的电极。
(3) 镶拼式电极。镶拼式电极是将形状复杂而制造困难的电极分成几块来加工，然后再镶拼成整体的电极。 ※电极的尺寸
电极的尺寸包括垂直尺寸和水平尺寸，它们的公差是型腔相应部分公差的
1/2～2/3。
电极的水平尺寸可用下式确定：
a=A±Kb
式中：a——电极水平方向的尺寸；
A——型腔的水平方向的尺寸； K——与型腔尺寸标注法有关的系数； b——电极单边缩放量，
电极平行于机床主轴线方向上的尺寸称为电极的垂直尺寸。电极的垂直尺寸取决于采用的加工方法、加工工件的结构形式、加工深度、电极材料、型孔的复杂程度、装夹形式、使用次数、电极定位校直、电极制造工艺等一系列因素。 3. 电极的制造
常用的电极制造方法有： 1) 切削加工 2) 线切割加工 3) 电铸加工
四、总结：电极的准备 五、作业 四章习题3、5
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4.2 电火花加工准备工作
2、电极装夹与校正
一、复习旧课：电极的准备包括材料、电极设计结构、尺寸、电极制造 二、引入新课：电极装夹的目的是将电极安装在机床的主轴头上，电极校正的目的是使电极的轴线平行于主轴头的轴线，即保证电极与工作台台面垂直，必要时还应保证电极的横截面基准与机床的X、Y轴平行。 三、讲课内容： 1．电极的装夹
①小型的整体式电极多数采用通用夹具直接装夹在机床主轴下端，采用标准套筒、钻夹头装夹；
②对于尺寸较大的电极，常将电极通过螺纹连接直接装夹在夹具上。如图4-6所示
图4-6
③镶拼式电极的装夹比较复杂，一般先用连接板将几块电极拼接成所需的整体，然后再用机械方法固定 2．电极的校正
(1) 根据电极的侧基准面，采用千分表找正电极的垂直度。
(2) 电极上无侧面基准时，将电极上端面作辅助基准找正电极的垂直度。
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图4-6
四、总结：电极的装夹与校正
4.2 电火花加工准备工作
3、电极定位 4、工件的准备5、电蚀产物的排除
一、复习旧课:电极的装夹与校正
二、引入新课：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。电火花加工在整个零件的加工中属于最后一道工序或接近最后一道工序，所以在加工前宜认真准备工件。大家知道如果电火花加工中电蚀产物不能及时排除，则会对加工产生巨大的影响。电蚀产物的排除虽然是加工中出现的问题，但为了较好地排除电蚀产物，其准备工作必须在加工前做好。下面我们来看这三部分内容
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三、讲课内容 3、电极的定位
通过接触感知功能能较精确地实现电极相对工件的定位
利用数控电火花成型机床的MDI功能手动操作实现电极定位于型腔的中心，具体方法如下(如图4-7所示)：
(1) 将工件型腔、电极表面的毛刺去除干净， 图4-7 手动移动电极到型腔的中间，执行如下指令：
M05 G80 X＋；
M05 G82 X；/移到X方向的中心 G92 X0； G80 Y－； G92 Y0； M05 G80 Y＋；
M05 G82 Y；/移到Y方向的中心 G92 Y0；
G80 X－； G92 G54 X0；
(2)确认找正是否可靠。方法为：在找到型腔中心后，执行如下指令：
G92 G55 X0 Y0；/将目前找到的中心在G55坐标系内的坐标值也设定为
X0 Y0
然后再重新执行前面的找正指令，找到中心后，观察G55坐标系内的坐标
值。如果与刚才设定的零点相差不多，则认为找正成功。 2、工件的准备 1）工件的预加工
电火花加工前，尽可能用机械加工的方法去除大部分加工余料，即预加工。
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2）热处理
工件在预加工后，便可以进行淬火、回火等热处理，即热处理工序尽量安排在电火花加工前面，因为这样可避免热处理变形对电火花加工尺寸精度、型腔形状等的影响。 3）其他工序
工件在电火花加工前还必须除锈去磁，否则在加工中工件吸附铁屑，很容易引起拉弧烧伤。 3、电蚀产物的排除 通常采用的方法如下： 1) 电极冲油 2) 工件冲油
3) 工件抽油 工件抽油常用于穿孔加工。 4) 开排气孔
5) 抬刀 工具电极在加工中边加工边抬刀是最常用的排屑方法之一。 6) 电极的摇动或平动
电火花加工中电极的平动或摇动加工从客观上改善了排屑条件。排屑的效果与电极平动或摇动的速度有关。 四、总结、
电火花加工准备工作的电极定位、工件的准备、电蚀产物的排除
4.3 加工规准转换及加工实例
一、复习旧课：电火花加工准备工作的电极定位、工件的准备、电蚀产物的排除
二、引入新课：电火花加工中，在粗加工完成后，再使用其他规准加工，使工件粗糙度逐步降低，逐步达到加工尺寸。就是加工规准转换。 三、讲课内容： 1、掌握加工余量
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这是提高加工质量和缩短加工时间的最重要环节。一般来说，分配加工余量要做到事先心中有数，在加工过程中只进行微小的调整。 加工余量的控制，主要从粗糙度和电极损耗两方面来考虑。 2、粗糙度逐级逼近
电规准转换的另一个要点是使粗糙度逐级逼近，非常忌讳粗糙度转换过大，尤其是要防止在损耗明显增大的情况下又使粗糙度差别很大。 3、尺寸控制
一般来说，X、Y平面尺寸的控制比较直观，并可以在加工过程中随时进行测量；加工深度的控制比较困难，一般机床只能指示主轴进给的位置，至于实际加工深度还要考虑电极损耗和电火花间隙。 4、损耗控制
电规准转换时对电极损耗的控制最主要的是要掌握低损耗加工转向有损耗加工的时机，也就是用低损耗规准加工到什么粗糙度，加工余量多大的时候才用有损耗规准加工，每个规准的加工余量取多少才比较适当。 石墨电极低损耗加工粗糙度Ra一般达到6.3 μm左右，转向有损耗加工时其加工余量一般控制在0.20 mm以下，这样就可以使总的电极损耗量小于0.20 mm。
紫铜电极加工时，除了要控制Ton/Ip值外，还要注意加工电流不要太大。 5、加工事例2、3、4见书 四、总结：
加工规准转换及数控摇动加工编程 五、作业
例4-3的精加工程序
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4.4 电火花加工中应注意的一些问题
一、复习旧课：加工规准转换及数控摇动加工编程 二、引入新课：电火花加工中还应注意的一些问题 三、讲课内容： 1、加工精度问题
加工精度主要包括“仿形”精度和尺寸两个方面。
所谓“仿形”精度，是指电加工后的型腔与加工前工具电极几何形状的相似程度。 ※影响“仿形”精度的因素有：
(1) 使用平动头造成的几何形状失真，如很难加工出清角，尖角变圆等。 (2) 工具电极损耗及“反粘”现象的影响。
(3) 电极装夹校正装置的精度和平动头、主轴头的精度以及刚性影响。 (4) 规准选择转换不当，造成电极损耗增大。 ※影响尺寸精度的因素有：
(1) 操作者选用的电规准与电极缩小量不匹配，以致加工完成以后，使尺寸精度超差。
(2) 在加工深型腔时，二次放电机会较多，使加工间隙增大，以致侧面不能修光，或者即使能修光，也超出了图纸尺寸。
(3) 冲油管的放置和导线的架设存在问题。导线与油管产生阻力，使平动头不能正常进行平面圆周运动。 (4) 电极制造误差。
(5) 主轴头、平动头、深度测量装置等机械误差。 2、表面粗糙度问题
(1) 电极对工作台的垂直度没校正好，使电极的一个侧面成了倒斜度，这样相对应模具侧面的上部分就会修不光。
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(2) 主轴进给时，出现扭曲现象，影响了模具侧表面的修光。
(3) 在加工开始前，平动头没有调到零位，以致到了预定的偏心量时，有一面无法修出。
(4) 各挡规准转换过快，或者跳规准进行修整，使端面或侧面留下粗加工的麻点痕迹，无法再修光。
(5) 电极或工件没有装夹牢固，在加工过程中出现错位移动，影响模具侧面粗糙度的修整。
(6) 平动量调节过大，加工过程出现大量碰撞短路，使主轴不断上下往返，造成有的面修出，有的面修不出。 3、影响模具表面质量的“波纹”问题
(1) 电极材料的影响。如在用石墨做电极时，由于石墨材料颗粒粗、组织疏松、强度差，会引起粗加工后电极表面产生严重剥落现象
(2) 中、粗加工电极损耗大。由于粗加工后电极表面粗糙度值很大，中、精加工时电极损耗较大，故在加工过程中工件上粗加工的表面不平度会反拷到电极上，电极表面产生的高低不平又反映到工件上，最终就产生了所谓的“波纹”。 (3) 冲油、排屑的影响。电加工时，若冲油孔开设得不合理，排屑情况不良，则蚀除物会堆积在底部转角处，这样也会助长“波纹”的产生。 (4) 电极运动方式的影响。
“波纹”的产生并不是平动加工引起的，相反，平动运动能有利于底面“波纹”的消除，但它对不同角度的斜度或曲面“波纹”仅有不同程度的减少，却无法消除。这是因为平动加工时，电极与工件有一个相对错开位置，加工底面错位量大，加工斜面或圆弧错位量小，因而导致两种不同的加工效果。
“波纹”的产生既影响了工件表面粗糙度，又降低了加工精度，为此，在
实际加工中应尽量设法减小或消除“波纹”。 四、总结
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电火花加工中应注意的一些问题
5.1 电火花线切割加工的主要工艺指标
一、复习旧课：电火花加工中应注意的一些问题
二、引入新课：电火花线切割加工由于加工所需的能量较成型和穿孔加工更小且加工形式也不同，所以线切割的加工工艺也与成型和穿孔不同。 三、讲课内容： 1．切割速度
单位时间内电极丝中心线在工件上切过的面积的总和，单位为mm2/min。 2、加工精度
加工精度是指所加工工件的尺寸精度、形状精度和位置精度的总称。 3、表面粗糙度
在我国和欧洲表面粗糙度常用轮廓算术平均偏差Ra(μm)来表示，在日本常用Rmax来表示。 4、电极丝损耗量
对快走丝机床，电极丝损耗量用电极丝在切割10 000 mm2面积后电极丝
直径的减少量来表示，一般减小量不应大于0.01 mm。对慢走丝机床，由于电极丝是一次性的，故电极丝损耗量可忽略不计。
5.2 电参数对工艺指标的影响
一、复习旧课：电火花线切割加工中，切割速度、加工精度、表面粗糙度 、电极丝损耗量 等四个工艺指标的意义和要求。
二、引入新课：四个工艺指标对线切割加工的意义很重。 三、讲课内容：
1、放电峰值电流对工艺指标的影响
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放电峰值电流增大，单个脉冲能量增多，工件放电痕迹增大，故切割速度迅速提高，表面粗糙度数值增大，电极丝损耗增大，加工精度有所下降。但放电峰值电流不能无限制增大。 2、脉冲宽度ti对工艺指标的影响
在其他条件不变的情况下，增大脉冲宽度ti，线切割加工的速度提高，表面粗糙度变差。
3、脉冲间隔to对工艺指标的影响
在其他条件不变的情况下，减小脉冲间隔to，脉冲频率将提高，所以单位时间内放电次数增多，平均电流增大，从而提高了切割速度。
在电火花成型加工中，脉冲间隔的变化对加工表面粗糙度影响不大。 4、极性
线切割加工因脉宽较窄，所以都用正极性加工，否则切割速度变低且电极丝损耗增大。
实践表明，在加工中改变电参数对工艺指标影响很大，必须根据具体的加工对象和要求，综合考虑各因素及其相互影响关系，选取合适的电参数，既优先满足主要加工要求，又同时注意提高各项加工指标。例如，加工精密小零件时，精度和表面粗糙度是主要指标，加工速度是次要指标，这时选择电参数主要满足尺寸精度高、表面粗糙度好的要求。又如加工中、大型零件时，对尺寸的精度和表面粗糙度要求低一些，故可选较大的加工峰值电流、脉冲宽度，尽量获得较高的加工速度。此外，不管加工对象和要求如何，还需选择适当的脉冲间隔，以保证加工稳定进行，提高脉冲利用率。
四、总结：电火花线切割加工电参数对工艺指标的影响
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5.3 非电参数对工艺指标的影响 5.3.1 电极丝及其材料对工艺指标的影响
一、复习旧课：电火花线切割加工电参数对工艺指标的影响 二、引入新课：除了电参数还有非电参数对工艺指标的影响。 三、讲课内容：
1、电极丝及其材料对工艺指标的影响 1）电极丝的选择
快走丝线切割加工中广泛使用钼丝作为电极丝，慢走丝线切割加工中广泛使用直径为0.1 mm以上的黄铜丝作为电极丝。 2）电极丝的直径
直径大，抗拉强度大，承受电流大，可采用较强的电规准进行加工，能够提高输出的脉冲能量，提高加工速度。同时，电极丝粗，切缝宽，放电产物排除条件好，加工过程稳定，能提高脉冲利用率和加工速度。
若电极丝直径过小，则抗拉强度低，易断丝，而且切缝较窄，放电产物排除条件差，加工经常出现不稳定现象，导致加工速度降低。细电极丝的优点是可以得到较小半径的内尖角，加工精度能相应提高。 3）走丝速度对工艺指标的影响
对于快走丝线切割机床，在一定的范围内，随着走丝速度(简称丝速)的提高，有利于脉冲结束时放电通道迅速消电离。同时，高速运动的电极丝能把工作液带入厚度较大工件的放电间隙中，有利于排屑和放电加工稳定进行。
对慢走丝线切割机床来说，同样也是走丝速度越快，加工速度越快。提高电极丝走丝速度，工作液容易被带入放电间隙，放电产物也容易排出间隙之外，故
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改善了间隙状态，进而可提高加工速度。
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4）电极丝往复运动对工艺指标的影响
快走丝线切割加工时，加工工件表面往往会出现黑白交错相间的条纹电极丝进口处呈黑色，出口处呈白色。
由于加工表面两端出现黑白交错相间的条纹，使工件加工表面两端的粗糙度比中部稍有下降。
电极丝往复运动还会造成斜度。电极丝上下运动时，电极丝进口处与出口处的切缝宽窄不同
5）电极丝张力对工艺指标的影响
极丝的张力越大，则切割速度越快，这是由于张力大时，电极丝的振幅变小，切缝宽度变窄，进给速度加快。 四、总结
电极丝及其材料对工艺指标的影响
5.3 非电参数对工艺指标的影响 5.3.2 工作液对工艺指标的影响 5.3.3 工件材料及厚度对工艺指标的影响
一、复习旧课：电极丝及其材料对工艺指标的影响
二、引入新课：在相同的工作条件下，采用不同的工作液可以得到不同的加工速度、表面粗糙度。工艺条件大体相同的情况下，工件材料的化学、物理性能不同，加工效果也将会有较大差异。工件厚度对工作液进入和流出加工区域以及电蚀产物的排除、通道的消电离等都有较大的影响。 三、讲课内容
2、工作液对工艺指标的影响
目前，快走丝线切割工作液广泛采用的是乳化液，其加工速度快。慢走丝线切割机床采用的工作液是去离子水和煤油
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工作液的注入方式和注入方向对线切割加工精度有较大影响。工作液的注入方式有浸泡式、喷入式和浸泡喷入复合式。 3、工件材料及厚度对工艺指标的影响 1）工件材料对工艺指标的影响
在快速走丝方式、乳化液介质的情况下，加工铜件、铝件时，加工过程稳定，加工速度快。
在慢速走丝方式、煤油介质情况下，加工铜件过程稳定，加工速度较快。加工硬质合金等高熔点、高硬度、高脆性材料时，加工稳定性及加工速度都比加工铜件低。加工钢件，特别是不锈钢、磁钢和未淬火或淬火硬度低的钢等材料时，加工稳定性差，加工速度低，表面粗糙度也差。 2）工件厚度对工艺指标的影响
工件材料薄，工作液容易进入和充满放电间隙，对排屑和消电离有利，加工稳定性好。但是工件若太薄，对固定丝架来说，电极丝从工件两端面到导轮的距离大，易发生抖动，对加工精度和表面粗糙度带来不良影响，且脉冲利用率低，切割速度下降；若工件材料太厚，工作液难进入和充满放电间隙，这样对排屑和消电离不利，加工稳定性差。 四、总结
工作液、工件材料、工件厚度对工艺指标的影响
5.3 非电参数对工艺指标的影响 5.3.4 进给速度对工艺指标的影响 5.3.5 火花通道压力对工艺指标的影响
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一、复习旧课：工作液、工件材料、工件厚度对工艺指标的影响
二、引入新课：在线切割加工时，工件不断被蚀除，即有一个蚀除速度；另一方面，为了电火花放电正常进行，电极丝必须向前进给，即有一个进给速度。在正常加工中，蚀除速度大致等于进给速度，从而使放电间隙维持在一个正常的范围内，使线切割加工能连续进行下去。 三、讲课内容：
4、进给速度对工艺指标的影响 1）进给速度对加工速度的影响
正常的电火花线切割加工就要保证进给速度与蚀除速度大致相等，使进给均匀平稳。
2）进给速度对工件表面质量的影响
进给速度调节不当，不但会造成频繁的短路、开路，而且还影响加工工件的表面粗糙度，致使出现不稳定条纹，或者出现表面烧蚀现象。 5、火花通道压力对工艺指标的影响
火花放电蚀除物产生强大的冲击作用，使之向四周喷射，产生火花通道的压力，对电极丝产生较大的后向推力，使电极丝发生弯曲。实际加工轨迹往往落后于工作台运动轨迹。为了减缓因电极丝受火花通道压力而造成的滞后变形给工件造成的误差，许多机床采用了许多特殊的补偿措施。
如图5-1中为了避免塌角，附加了一段a—a′段程序。当工作台的运动轨迹从a到a′再返回到a点时，滞后的电极丝也刚好从b点运动到了a点。
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图5-1 电极丝弯曲对加工精度的影响
四、总结
进给速度、火花通道压力对工艺指标的影响 五、作业
2．试分析非电参数对线切割加工速度、表面粗糙度、加工精度的影响？
5.4 合理选择电火花线切割加工工艺
一、复习旧课：进给速度、火花通道压力对工艺指标的影响
二、引入新课：前面讲了很多了接下来进行总结如何合理选择电火花线切割加工工艺
三、讲课内容：
1．抓住主要矛盾，兼顾方方面面
为了提高加工速度，可以通过增大峰值电流来实现，但这又会导致工件的表面粗糙度变差等。所以在实际加工中还是要抓住主要矛盾，全面考虑。 2．尽量减少断丝次数
在线切割加工过程中，电极丝断丝是一个很常见的问题，其后果往往也很严重。断丝一方面严重影响加工速度，特别是快走丝机床在加工中间断丝，另一方面，断丝将严重影响加工工件的表面粗糙度。所以在操作过程中，要不断积累经
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验，学会处理断丝问题。
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四、总结
如何合理选择电火花线切割加工工艺 五、作业
3.如何合理选择电火花线切割加工工艺? 课题：第三章 电火花线切割加工
3.3电火花线切割控制系统和编程技术 3.4 影响线切割工艺指标的因素 课时：2 授课：尹有根
教学目标：1电火花线切割控制系统和编程技术 2影响线切割工艺指标的因素 教学重点：电火花线切割控制系统和编程技术 一、复习旧课：如何合理选择电火花线切割加工工艺
二、引入新课：前面讲过线切割加工的具体特点及其线切割加工的工艺规律，接下来我们进入编程的内容。目前生产的线切割加工机床都有计算机自动编程功能，即可以将线切割加工的轨迹图形自动生成机床能够识别的程序。 三、讲课内容：
１、线切割3B代码程序格式
表6-1 3B程序指令格式
注：B为分隔符，它的作用是将X、Y、J数码区分开来；X、Y为增量(相对)坐标值；J为加工线段的计数长度；G为加工线段计数方向；Z为加工指令。 ※直线的3B代码编程 1) x，y值的确定
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以直线的起点为原点，建立正常的直角坐标系，x，y表示直线终点的坐标绝对值，单位为μm。
图6-１ 直线轨迹
2) G的确定
G用来确定加工时的计数方向，分Gx和Gy。直线编程的计数方向的选取方法是：以要加工的直线的起点为原点，建立直角坐标系，取该直线终点坐标绝对值大的坐标轴为计数方向。
图6-2 G的确定
3) J的确定
J为计数长度，以μm为单位。以前编程应写满六位数，不足六位前面补零，现在的机床基本上可以不用补零。
J的取值方法为：由计数方向G确定投影方向，若G=Gx，则将直线向X轴投影得到长度的绝对值即为J的值；若G=Gy，则将直线向Y轴投影得到长度的绝对值即为J的值。
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4) Z的确定
加工指令Z按照直线走向和终点的坐标不同可分为L1、L2、L3、L4，其
中与+X轴重合的直线算作L1，与-X轴重合的直线算作L3，与+Y轴重合的直线算作L2，与-Y轴重合的直线算作L4，具体可参考图6-3。
图6-3 Z的确定
综上所述，图6-1(b)、(c)、(d)中线段的3B代码如表6-2所示。
表6-2 3B代码
※圆弧的3B代码编程 1) x，y值的确定
以圆弧的圆心为原点，建立正常的直角坐标系，x，y表示圆弧起点坐标的绝对值，单位为μm。如在图6-4(a)中，x=30000，y=40000；在图6-4(b)中，x=40000,y=30000。
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图6-4 圆弧轨迹
2) G的确定
G用来确定加工时的计数方向，分Gx和Gy。圆弧编程的计数方向的选取方法是：以某圆心为原点建立直角坐标系，取终点坐标绝对值小的轴为计数方向。
由上可见，圆弧计数方向由圆弧终点的坐标绝对值大小决定，其确定方法与直线刚好相反，即取与圆弧终点处走向较平行的轴作为计数方向，具体可参见图6-4(c)。 3) J的确定
圆弧编程中J的取值方法为：由计数方向G确定投影方向，若G=Gx，则将圆弧向X轴投影；若G=Gy，则将圆弧向Y轴投影。J值为各个象限圆弧投影长度绝对值的和。 4) Z的确定
加工指令Z按照第一步进入的象限可分为R1、R2、R3、R4；按切割的走向可分为顺圆S和逆圆N，于是共有8种指令：SR1、SR2、SR3、SR4、NR1、NR2、NR3、NR4，具体可参考图6-5。
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图6-5 Z的确定
例6.1 请写出图6-6所示轨迹的3B程序。
图6-6 编程图形
解 对图6-6(a)，起点为A，终点为B，
J=J1+J2+J3+J4=10000+50000+50000+20000=130000
故其3B程序为：
B30000 B40000 B130000 GY NR1 对图6-7(b)，起点为B，终点为A，
J=J1+J2+J3+J4=40000+50000+50000+30000=170000
故其3B程序为：
40000 B30000 B170000 GX SR4
例6.2 6.3见书 四、总结
线切割3B代码程序格式及实例
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五、作业
6章习题1、4及编程实例
如下6-7图所示进行加工并编制线切割3B程序。已知电极丝直径为0.18 mm，单边放电间隙为0.01 mm，图中O为穿丝孔拟采用的加工路线O－A－B－C－D－E－F－G－A－O。
图6-7
6.1 电火花线切割编程 6.1.2 线切割ISO代码程序编制
一、复习旧课：线切割3B代码程序格式及实例
二、引入新课：同前面介绍过的电火花加工用的ISO代码一样，线切割代码主要有G指令(即准备功能指令)、M指令和T指令 三、讲课内容：
2、线切割ISO代码程序编制 1） ISO代码简介
表6-3 常用的线切割加工指令
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例6.4 如图6-8(a)所示，ABCD为矩形工件，矩形件中有一直径为30 mm的圆孔，现由于某种需要欲将该孔扩大到35 mm。已知AB、BC边为设计、加工基准，电极丝直径为0.18 mm，请写出相应操作过程及加工程序。
图6-8 零件加工示意图
解 上面任务主要分两部分完成，首先将电极丝定位于圆孔的中心，然后写出加工程序。
只介绍方法一：首先电极丝碰AB边，X值清零，再碰BC边，Y值清零，
然后解开电极丝到坐标值(40.09，28.09)。具体过程如下：
(1) 清理孔内部毛刺，将待加工零件装夹在线切割机床工作台上，利用千
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分表找正，尽可能使零件的设计基准
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AB、AC基面分别与机床工作台的进给方向X、Y轴保持平行。
(2) 用手控盒或操作面板等方法将电极丝移到AB边的左边，大致保证电极丝与圆孔中心的Y坐标相近
(3) 用MDI方式执行指令： G80 X+； G92 X0； M05 G00 X-2.；
(4) 用手控盒或操作面板等方法将电极丝移到BC边的下边，大致保证电
极丝与圆孔中心的X坐标相近。 (5) 用MDI方式执行指令：
G80 Y+； G92 Y0；
T90； /仅适用慢走丝，目的是自动剪丝；对快走丝机床，则需手动解开
电极丝
G00 X40.09 Y28.09；
(6) 为保证定位准确，往往需要确认。具体方法是：在找到的圆孔中心位
置用MDI或别的方法执行指令G55 G92 X0 Y0；然后再在G54坐标系(G54 坐标系为机床默认的工作坐标系)中按前面(1)～(4)所示的步骤重新找圆孔中心位置，并观察该位置在G55坐标系下的坐标值。若G55坐标系的坐标值与(0，0)相近或刚好是(0，0)，则说明找正较准确，否则需要重新找正。 2） ISO代码编程见书 四、总结
线切割ISO代码程序编制
6.2 线切割加工准备工作
一、复习旧课：线切割ISO代码程序编制
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二、引入新课：编完程序，在加工前要做一些准备工作。 三、讲课内容： 1、电极丝穿丝
慢走丝线切割机床的穿丝较简单，本书以快走丝线切割机床为例讨论电极丝的上丝、穿丝及调节行程的方法。 1）上丝操作
(1) 上丝以前，要先移开左、右行程开关，再启动丝筒，将其移到行程左端或右端极限位置(目的是将电极丝上满，如果不需要上满，则需与极限位置有一段距离)。
(2) 上丝过程中要打开上丝电机起停开关，并旋转上丝电机电压调节按钮以调节上丝电机的反向力矩(目的是保证上丝过程中电极丝有均匀的张力，避免电极丝打折)。
(3) 按照机床的操作说明书中上丝示意图的提示将电极丝从丝盘上到储丝筒上。 2） 穿丝操作
(1) 拉动电极丝头，按照操作说明书说明依次绕接各导轮、导电块至储丝筒。在操作中要注意手的力度，防止电极丝打折。
(2) 穿丝开始时，首先要保证储丝筒上的电极丝与辅助导轮、张紧导轮、主导轮在同一个平面上，否则在运丝过程中，储丝筒上的电极丝会重叠，从而导致断丝。 (3) 穿丝中要注意控制左右行程挡杆，使储丝筒左右往返换向时，储丝筒左右二端留有3～5 mm的余量。 2、电极丝垂直找正
1）利用找正块进行火花法找正
当电极丝快碰到找正块时，电极丝与找正块之间产生火花放电，然后肉眼观察产生的火花：若火花上下均匀，则表明在该方向上电极丝垂直度良好。 2）用校正器进行校正
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校正器是一个触点与指示灯构成的光电校正装置，电极丝与触点接触时指示灯亮。它的灵敏度较高，使用方便且直观。
使用校正器校正电极丝垂直度的方法与火花法大致相似。主要区别是：火花法是观察火花上下是否均匀，而用校正器则是观察指示灯。若在校正过程中，指示灯同时亮，则说明电极丝垂直度良好，否则需要校正。 3、工件的装夹
线切割加工的工件在装夹过程中需要注意如下几点：
(1) 确认工件的设计基准或加工基准面，尽可能使设计或加工的基准面与X、Y轴平行。
(2) 工件的基准面应清洁、无毛刺。经过热处理的工件，在穿丝孔内及扩孔的台阶处，要清理热处理残物及氧化皮。
(3) 工件装夹的位置应有利于工件找正，并应与机床行程相适应。 (4) 工件的装夹应确保加工中电极丝不会过分靠近或误切割机床工作台。 (5) 工件的夹紧力大小要适中、均匀，不得使工件变形或翘起。 4、工件的找正
工件的找正精度关系到线切割加工零件的位置精度。在实际生产中，根据加工零件的重要性，往往采用按划线找正、按基准孔或已成型孔找正、按外形找正等方法。 四、总结
在线切割加工前应做哪些准备工作 五、作业： 6章习题2、3
6.3 线切割加工工艺
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一、复习旧课：在线切割加工前应做哪些准备工作
二、引入新课：带着加工前如何制作穿丝孔，如何进行多次切割加工 加工中断丝怎么处理等问题引入课题 三、讲课内容： 1、线切割穿丝孔 1）穿丝孔的作用
(1) 对于切割凹模或带孔的工件，必须先有一个孔用来将电极丝穿进去，然后才能进行加工
(2) 减小凹模或工件在线切割加工中的变形。 2）穿丝孔的注意事项 （1） 穿丝孔的加工
在生产中穿丝孔常常用钻头直接钻出来，对于材料硬度较高或工件较厚的工
件，则需要采用高速电火花加工等方法来打孔。 （2）穿丝孔位置和直径的选择
穿丝孔的位置与加工零件轮廓的最小距离和工件的厚度有关，工件越厚，则最小距离越大，一般不小于3 mm。
穿丝孔的直径不宜过小或过大，否则加工较困难。
穿丝孔加工完成后，一定要注意清理里面的毛刺，以避免加工中产生短路而导致加工不能正常进行。 2、多次切割加工
线切割多次切割加工首先采用较大的电流和补偿量进行粗加工，然后逐步用小电流和小补偿量一步一步精修，从而得到较好的加工精度和光滑的加工表面。 3、提高切割形状精度的方法 1）增加超切程序和回退程序 2）减小线切割加工中的变形的手段 （1） 采用预加工工艺
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（2） 合理确定穿丝孔位置 （3） 多穿丝孔加工 （4） 恰当安排切割图形
线切割的图形应尽量避开坯料边角处，一般让出8～10 mm。对于凸模还应留出足够的夹持余量。 （5）正确选择切割路线
切割路线应有利于保证工件在切割过程中的刚度和避开应力变形影响。 （6） 采用二次切割法
对经热处理再进行磨削加工的零件进行线切割时，最好采用二次切割法。 4、线切割断丝原因分析
1）快走丝机床加工中断丝的主要原因
若在刚开始加工阶段就断丝，则可能的原因有： (1) 加工电流过大 (2) 钼丝抖动厉害。
(3) 工件表面有毛刺或氧化皮。
若在加工中间阶段断丝，则可能的原因有： (1) 电参数不当，电流过大。 (2) 进给调节不当，开路短路频繁。 (3) 工作液太脏。
(4) 导电块未与钼丝接触或被拉出凹痕。
(5) 切割厚件时，脉冲过小。 (6) 丝筒转速太慢。
若在加工最后阶段出现断丝，则可能的原因有： (1) 工件材料变形，夹断钼丝。 (2) 工件跌落，撞落钼丝。
※要正确分析断丝原因，采取合理的解决办法。
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(1) 减少电极丝(钼丝)运动的换向次数，尽量消除钼丝抖动现象。 (2) 钼丝导轮的制造和安装精度直接影响钼丝的工作寿命。 (3) 选用适当的切削速度。
(4) 保持电源电压的稳定和冷却液的清洁。 2）慢走丝机床加工中断丝的主要原因 (1) 电参数选择不当。 (2) 导电块过脏。 (3) 电极丝速度过低。 (4) 张力过大。
(5) 工件表面有氧化皮。
慢走丝加工中为了防止断丝，主要采取以下方法： (1) 及时检查导电块的磨损情况及清洁程度。 (2) 有效的冲水(油)条件。 (3) 良好的工作液处理系统。 (4) 适当地调整放电参数。 (5) 选择好的电极丝 (6) 及时取出废料。 四、总结： 线切割加工工艺
课题：第四章 电化学加工 4.1 电化学加工原理及分类 4.2 电解加工 课时：2 授课：尹有根
教学目标：1电化学加工原理及分类
2电解加工
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教学重点：电化学加工原理及分类 一、复习旧课：线切割加工工艺
二、引入新课：电火花工以外还有很多其他的特种加工技术今天介绍电解加工和激光加工。 三、讲课内容：
1、 电解加工的适用范围
电解加工可以加工复杂成型模具和零件，例如汽车、拖拉机连杆等各种型腔
锻模，航空、航天发动机的扭曲叶片，汽轮机定子、转子的扭曲叶片，炮筒内管的螺旋“膛线”(来复线)，齿轮、液压件内孔的电解去毛刺及扩孔、抛光等。
电镀、电铸可以复制复杂、精细的表面。 2、电解加工基本原理
电解加工是利用金属在电解液中的
“电化学阳极溶解”来将工件成型的。如图7-1所示，在工件(阳极)与工具(阴极)之间接上直流电源，使工具阴极与工件阳极间保持较小的加工间隙图7-1 电解加工原理图 (0.1～0.8 mm)，间隙中通过高速流动的电解液。这时，工件阳极开始溶解。开始时，两
极之间的间隙大小不等，间隙小处电流密度大，阳极金属去除速度快；而间隙大处电流密度小，去除速度慢。随着工件表面金属材料的不断溶解，工具阴极不断地向工件进给，溶解的电解产物不断地被电解液冲走，工件表面也就逐渐被加工成接近于工具电极的形状，如此下去直至将工具的形状复制到工件上。 2) 特点
(1) 能加工各种硬度和强度的材料。只要是金属，不管其硬度和强度多大，都可加工。
(2) 生产率高，约为电火花加工的5～10倍，
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(3) 表面质量好，电解加工不产生残余应力和变质层，又没有飞边、刀痕和毛刺。在正常情况下，表面粗糙度Ra可达0.2～1.25 μm。 (4) 阴极工具在理论上不损耗，基本上可长期使用。
电解加工当前存在的主要问题是加工精度难以严格控制，尺寸精度一般只
能达到0.15～0.30 mm。此外，电解液对设备有腐蚀作用，电解液的处理也较困难。
课题：第五章 激光加工 课时：2 授课：尹有根
教学目标：激光加工原理 教学重点：激光加工原理 激光加工的原理与特点
激光是一种强度高、方向性好、单色性好的相干光。由于激光的发散角小和单色性好，理论上可以聚焦到尺寸与光的波长相近的(微米甚至亚微米)小斑点上，加上它本身强度高，故可以使其焦点处的功率密度达到107～1011 W/cm2，温度可达10 000℃以上。在这样的高温下，任何材料都将瞬时急剧熔化和汽化，并爆炸性地高速喷射出来，同时产生方向性很强的冲击。
图7-2 激光加工示意图
※激光加工的特点主要有以下几个方面：
(1) 几乎对所有的金属和非金属材料都可以进行激光加工。
(2) 激光能聚焦成极小的光斑，可进行微细和精密加工，如微细窄缝和微型孔的
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加工。
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(3) 可用反射镜将激光束送往远离激光器的隔离室或其它地点进行加工。 (4) 加工时不需用刀具，属于非接触加工，无机械加工变形。
(5) 无需加工工具和特殊环境，便于自动控制连续加工，加工效率高，加工变形和热变形小。
4、 激光加工设备各组成部分 1) 激光器
激光器是激光加工的重要设备，它的任务是把电能转变成光能，产生所需要的激光束。按工作物质的种类可分为固体激光器、气体激光器、液体激光器和半导体激光器四大类。 2) 导光聚焦系统
根据被加工工件的性能要求，光束经放大、整形、聚焦后作用于加工部位，这种从激光器输出窗口到被加工工件之间的装置称为导光聚焦系统。 3) 激光加工系统
激光加工系统主要包括床身、能够在三维坐标范围内移动的工作台及机电控制系统等。 5、激光加工的应用
1) 激光打孔2) 激光切割3) 激光打标4) 激光焊接 5) 激光表面处理 四、总结：
1、电化学加工的分类、电解加工的原理、特点
2、激光加工的原理与特点、加工基本设备及其组成部分 3、激光加工的应用 课题：第七章 超声加工 课时：2 授课：尹有根
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教学目标：超声加工原理 教学重点：超声加工原理 一、复习旧课：激光加工技术
二、引入新课：超声波和次声波人都无法听见，超声波振动频率超过16 000 Hz有效利用可以加工。 三、讲课内容：
1、超声波加工的原理与特点 1) 加工原理
超声波加工是利用振动频率超过16 000 Hz的工具头，通过悬浮液磨料对
工件进行成型加工的一种方法，其加工原理如图7-3所示。
当工具以16 000 Hz以上的振动频率作用于悬浮液磨料时，磨料便以极高的速度强力冲击加工表面；同时由于悬浮液磨料的搅动，使磨粒以高速度抛磨工件表面。
图7-3 超声波加工原理图 超声波加工是磨粒的机械撞击和抛磨作用以及超声波空化作用的综合结果，磨粒的撞击作用是主要的。因此，材料愈硬脆，
愈易遭受撞击破坏，愈易进行超声波加工。 2) 特点
超声波加工的主要特点如下：
(1) 适合于加工各种硬脆材料，特别是某些不导电的非金属材料。 (2) 由于工具材料硬度很高，故易于制造形状复杂的型孔。
(3) 加工时宏观切削力很小，不会引起变形、烧伤。表面粗糙度Ra值很小，可达0.2 μm，加工精度可达0.05～0.02 mm，而且可以加工薄壁、窄缝、低刚度的零件。
(4) 加工机床结构和工具均较简单，操作维修方便。
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(5) 生产率较低。这是超声波加工的一大缺点。 2、超声波加工设备 1) 高频发生器
高频发生器即超声波发生器，其作用是将低频交流电转变为具有一定功率输出的超声频电振荡，以供给工具往复运动和加工工件的能量。 2) 声学部件
声学部件的作用是将高频电能转换成机械振动，并以波的形式传递到工具端面。声学部件主要由换能器、振幅扩大棒及工具组成。换能器的作用是把超声频电振荡信号转换为机械振动；振幅扩大棒又称变幅杆，其作用是将振幅放大。 3) 机床本体和磨料工作液循环系统
超声波加工机床的本体一般很简单，包括支撑声学部件的机架、工作台面以及使工具以一定压力作用在工件上的进给机构等；磨料工作液是磨料和工作液的混合物。
3、超声波加工的应用
超声波加工的生产率虽然比电火花、电解加工等低，但其加工精度和表面粗糙度都比它们好，而且能加工半导体、非导体的脆硬材料，如玻璃、石英、宝石、锗、硅甚至金刚石等。在实际生产中，超声波广泛应用于型(腔)孔加工、切割加工、清洗等方面
课题：第六章 电子束和离子束加工 课时：2 授课：尹有根
教学目标：电子束和离子束加工原理 教学重点：电子束和离子束加工原理 电子束加工
1） 加工原理
如图7-4所示。在真空条件下，将具有很高
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速度和能量的电子束聚焦到被加工材料上，电子的动能绝大部分转变为热能，使材料局部瞬时熔融、汽化蒸发而去除。控制电子束能量密度的大小和能量注入时间，就可以达到不同的加工目的。
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图7-4电子束加工原理 如只使材料局部加热就可进行电子束热处理；使材料局部熔化就可以进行电子束焊接；提高电子束能量密度，使材料熔化和汽化，就可进行打孔、切割等加工；利用较低能量密度的电子束轰击高分子材料时产生化学变化的原理，即可进行电子束光刻加工。 2、特点与应用
电子束加工的特点如下：
(1) 电子束能够极其微细地聚焦(可达l～0.1 μm)，故可进行微细加工。 (2) 加工材料的范围广。
(3) 加工在真空中进行，污染少，加工表面不易被氧化。
(4) 电子束加工需要整套的专用设备和真空系统，价格较贵，故在生产中受到一定程度的限制。
由于上述特点，电子束加工常应用于加工微细小孔、异型孔 离子束加工
1）加工原理
在真空条件下，将离子源产生的离子束经过加速、聚焦后投射到工件表面的加工部位以实现加工的。所不同的是离子带正电荷，其质量比电子大数千倍乃至数万倍，故在电场中加速较慢，但一旦加至较高速度，就比电子束具有更大的撞击动能。离子束加工是靠微观机械撞击能量转化为热能进行的。
2）离子束加工可分为四类。 1) 离子刻蚀 2) 离子溅射沉积
3) 离子镀(又称离子溅射辅助沉积) 4) 离子注入
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2）特点及应用
离子束加工有如下特点：
(1) 离子束加工是目前特种加工中最精密、最微细的加工。
(2) 离子束加工在高真空中进行，污染少，特别适宜于对易氧化的金属、合金和半导体材料进行加工。
(3) 离子束加工是靠离子轰击材料表面的原子来实现的，是一种微观作用，所以加工应力和变形极小，适宜于对各种材料和低刚件零件进行加工。
在目前的工业生产中，离子束加工主要应用于刻蚀加工、镀膜加工、注入
加工等。 四、总结：
超声波加工技术
电子束加工、离子束加工等其他加工方法。 五、作业
1. 请比较说明电化学、激光、超声波等特种加工方法的加工原理。
（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）
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