三軸數控電火花成型加工機床設計

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1、畢業(yè)論文（設計）第一章緒論1.1課題的研究背景隨著電子技術、計算機技術、精密模具制造技術、材料科學等尖端科學技術的飛速發(fā)展，對零件的精度、性能、壽命的要求越來越高。因此在設計上采用了許多新技術、新材料、新結構，導致零件的結構、形狀復雜，如薄壁深孔零件，這類零件出于精度、壽命等因素考慮，常采用高溫合金、硬質合金、耐熱鋼淬火鋼等材料，且加工精度、表面粗糙度要求高，傳統的機械加工方法實現困難、成本高。作為基礎工業(yè)的機械制造業(yè)，其發(fā)展的核心問題之一就是如何進一步提高機械加工的精度和質量，同時降低經濟成本。1.2電火花加工概述1.2.1電火花加工的基本原理電

2、火花加工時，脈沖電源的一極接工具電極，另一極接工件電極，兩極均浸入具有一定絕緣度的液體介質（常用煤油或礦物油或去離子水）中。工具電極由自動進給調節(jié)裝置控制，以保證工具與工件在正常加工時維持一很小的放電間隙（0.01～0.05mm）。當脈沖電壓加到兩極之間，便將當時條件下極間最近點的液體介質擊穿，形成放電通道。由于通道的截面積很小，放電時間極短，致使能量高度集中（10～107W／mm），放電區(qū)域產生的瞬時高溫足以使材料熔化甚至蒸發(fā)，以致形成一個小凹坑。第一次脈沖放電結束之后，經過很短的間隔時間，第二個脈沖又在另一極間最近點擊穿放電。如此周而復始高頻率

3、地循環(huán)下去，工具電極不斷地向工件進給，它的形狀最終就復制在工件上，形成所需要的加工表面。綜合起來，一次脈沖放電的過程可分為以下幾個階段：(1)極間介質的電離、擊穿及放電通道的形成當脈沖電壓施加于工具電極與工件之間時，兩極之間立即形成一個電場。電場強度與電壓成正比，與距離成反比，隨著極間電壓的升高或是極間距離的減小，極間電場強度也將隨著增大。由于工具電極和工件的微觀表面是凸凹不平的，極間距離又很小，因而極間電場強度是很不均勻的，兩極間離得最近的突出點或尖端處的電場強度一般為最大。當電場強度增大到一定數量時，介質被擊穿，放電間隙電阻從絕緣狀態(tài)迅速降低到

4、幾分之一歐姆，間隙電流迅速上升到最大值。由于通道直徑很小，所以通道中的電流密度很高。間隙電壓則由擊穿電壓迅速下降到火花維持電壓（一般約為20~30V），電流則由0上升到某一峰值電流。39畢業(yè)論文（設計）(2)介質熱分解、電極材料熔化、汽化熱膨脹極間介質一旦被電離、擊穿，形成放電通道后，脈沖電源使通道間的電子高速奔向正極，正離子奔向負極。電能變成動能，動能通過碰撞又轉變?yōu)闊崮?。于是在通道內正極和負極表面分別成為瞬時熱源，達到很高的溫度。通道高溫將工作液介質汽化，進而熱裂分解汽化。這些汽化后的工作液和金屬蒸汽，瞬間體積猛增，在放電間隙內成為氣泡，迅速熱

5、膨脹并具有爆炸的特性。觀察電火花加工過程，可以看到放電間隙間冒出氣泡，工作液逐漸變黑，并聽到輕微而清脆的爆炸聲。電火花加工主要靠熱膨脹和局部微爆炸，使熔化、汽化了的電極材料拋出蝕除。(3)電極材料的拋出通道和正負極表面放電點瞬時高溫使工作液汽化和金屬材料熔化、汽化，熱膨脹產生很高的瞬時壓力。通道中心的壓力最高，使汽化了的氣體不斷向外膨脹，壓力高處的熔融金屬液體和蒸汽，就被排擠、拋出而進入工作液中。由于表面張力和內聚力的作用，使拋出的材料具有最小的表面積，冷凝時凝聚成細小的圓球顆粒。熔化和汽化了的金屬在拋離電極表面時，向四處飛濺，除絕大部分拋入工作液

6、中并收縮成小顆粒外，還有一小部分飛濺、鍍覆、吸附在對面的電極表面上。這種互相飛濺、鍍覆以及吸附的現象，在某些條件下可以用來減少或補償工具電極在加工過程中的損耗。實際上，金屬材料的蝕除、拋出過程比較復雜的，目前，人們對這一復雜的機理的認識還在不斷深化中。(4)極間介質的消電離隨著脈沖電壓的結束，脈沖電流也迅速降為零，但此后仍應有一段間隔時間，使間隙介質消電離，即放電通道中的帶電粒子復合為中性粒子，恢復本次放電通道處介質的絕緣強度，以及降低電極表面溫度等，以免下次總是重復在同一處發(fā)生放電而導致電弧放電，從而保證在兩極間最近處或電阻率最小處形成下一次擊穿

7、放電通道。由此可見，為了保證電火花加工過程正常地進行，在兩次脈沖放電之間一般要有足夠的脈沖間隔時間。此外，還應留有余地，使擊穿、放電點分散、轉移，否則僅在一點附近放電，易形成電弧。要達到這一目的，必須創(chuàng)造下列條件：（1）必須使接在不同極性上的工具和工件之間保持一定的距離以形成放電間隙。一般為0.01～0.1mm左右。（2）脈沖波形是單向的，如圖所示。（3）放電必須在具有一定絕緣性能的液體介質中進行。（4）有足夠的脈沖放電能量，以保證放電部位的金屬熔化或氣化。39畢業(yè)論文（設計）圖1-1電火花加工基本原理示意圖1.2.2電火花加工分類、特點和適用范圍

8、一、電火花加工的類別按電極和工件相對運動方式和用途的不同，電火花加工大致可分為：1、電火花穿孔成形加工2、電火花線切割3、