第一章數(shù)控電加工基礎(chǔ)第一節(jié)數(shù)控電加工概述第二節(jié)數(shù)控電火花加工機床第三節(jié)電火花加工機床工件裝夾第四節(jié)數(shù)控編程基礎(chǔ)12一、電加工技術(shù)的發(fā)展二、數(shù)控電火花加工基本原理及特點第一節(jié)數(shù)控電加工概述3一、電加工技術(shù)的發(fā)展第一節(jié)數(shù)控電加工概述20世紀50年代，蘇聯(lián)科學家拉扎連科夫婦通過對家用電器開關(guān)閉合與斷開時經(jīng)常出現(xiàn)的火花腐蝕現(xiàn)象進行研究發(fā)明了電火花加工技術(shù)。當時的電火花加工機床只能加工出簡單形狀的工件，線切割機床的加工速度低于10mm2/min。在其后的十幾年中，電火花加工工藝在世界范圍內(nèi)得到了快速發(fā)展，應用范圍也日益廣泛。4一、電加工技術(shù)的發(fā)展第一節(jié)數(shù)控電加工概述20世紀70年代末至20世紀80年代初期，高頻分組脈沖電源、線切割機床計算機控制系統(tǒng)和專用系列編程系統(tǒng)、超厚（厚度達600mm）線切割加工裝置與技術(shù)廣泛應用于電加工機床中，機床加工能力進一步提高，加工精度達到了±0008mm。20世紀80年代后期，大型高速線切割機床（加工速度在200mm2/min以上）和四軸聯(lián)動線切割機床研制成功，可切割錐度在6°以上的零件。5一、電加工技術(shù)的發(fā)展第一節(jié)數(shù)控電加工概述20世紀90年代，國內(nèi)快走絲線切割機床的加工速度達到了60～80mm2/min，進一步拓寬了電加工技術(shù)的應用范圍。20世紀80年代至20世紀90年代，國外慢走絲線切割加工技術(shù)也有了長足的進步。首先使加工速度由40～60mm2/min提高到100～150mm2/min，最高加工速度超過300mm2/min。與此同時，加工表面粗糙度值Ra也由08μm降低到02μm，加工精度由±0008mm提高到±0002mm。計算機技術(shù)的發(fā)展也使得慢走絲線切割機床的功能日臻完善，安全運行時間由幾百小時提高到幾千小時，精度保持時間由六年提高到十年。6一、電加工技術(shù)的發(fā)展第一節(jié)數(shù)控電加工概述而此期間在我國，電火花成形加工機床主軸頭形式的發(fā)展，先后經(jīng)歷了雙機差動主軸頭、液壓主軸頭、力矩電動機或步進電動機主軸頭、直流伺服電動機主軸頭到交流伺服電動機主軸頭等幾個階段。隨著機床數(shù)控化的發(fā)展，數(shù)控電火花線切割機床和數(shù)控電火花成形機床取得了較快的發(fā)展和普及。2000年以來，數(shù)控電加工技術(shù)發(fā)展更為迅速。電火花成形加工數(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)，顯著提高了設(shè)備性能和加工質(zhì)量。7一、電加工技術(shù)的發(fā)展第一節(jié)數(shù)控電加工概述電火花微細加工獲得的突出發(fā)展。例如，日本東京大學生產(chǎn)技術(shù)研究所加工出的5μm微細孔和25μm的微細軸代表了這一領(lǐng)域當前的世界前沿水平。我國的高端數(shù)控電火花成形機床在性能上有了明顯提高，三軸以上數(shù)控電火花成形機床達到了中端機水平，有的逼近國際先進水平，相關(guān)產(chǎn)品在精密模具、航空航天、軍工等領(lǐng)域得到了更為廣泛的應用。8二、數(shù)控電火花加工基本原理及特點第一節(jié)數(shù)控電加工概述電火花加工利用工具電極和工件（正、負電極）之間脈沖性火花放電的電腐蝕現(xiàn)象來蝕除多余的金屬，從而對工件進行加工，如圖所示。電火花加工原理及應用a）電火花加工原理b)電火花鏡面加工1—工具電極2—工件91.電火花線切割加工原理電火花線切割加工簡稱線切割加工，屬于電火花加工方法之一。它是以一根移動的金屬絲（電極絲）作為工具電極，與工件之間產(chǎn)生火花放電，對工件進行切割，故稱為線切割加工。在正常的線切割加工過程中，電極絲與工件保持較小的間隙，彼此不接觸。在電極絲與工件之間施加一定的電壓，使其與工件之間產(chǎn)生局部的擊穿放電，放電產(chǎn)生的瞬時高溫使工件局部熔化甚至汽化而被蝕除。同時，電極絲不斷進給直至加工出理想的工件形狀。第一節(jié)數(shù)控電加工概述101.電火花線切割加工原理快走絲線切割工藝及裝置如圖所示。電極絲2作為工具電極用于對工件進行切割。脈沖電源6的正、負極分別接工件和電極絲。第一節(jié)數(shù)控電加工概述快走絲線切割工藝及裝置a）工件及其運動方向b)線切割加工裝置原理1—儲絲筒2—電極絲3—導向輪4—支架5—工件

6—脈沖電源7—絕緣底板112.電火花線切割加工的特點及應用范圍（1）加工能力強。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1）對材料的加工適應性強。線2）可加工形狀復雜的工件。線切割可以加工用傳統(tǒng)切削加工方法難以加工或無法加工的形狀復雜的工件，如圖所示。第一節(jié)數(shù)控電加工概述形狀復雜的工件122.電火花線切割加工的特點及應用范圍3）可加工細微結(jié)構(gòu)的工件（見圖）。利用四軸或五軸聯(lián)動，可加工錐度、上下面異形體或回轉(zhuǎn)體等工件。由于電極絲比較細，可以方便地加工微細異形孔、窄縫和復雜截面的型柱、型孔。第一節(jié)數(shù)控電加工概述細微結(jié)構(gòu)的工件132.電火花線切割加工的特點及應用范圍（2）加工精度高。采用移動的長電極絲進行加工，使單位長度電極絲的損耗較小，從而對加工精度的影響比較小，特別在慢走絲線切割加工中，電極絲一次性使用，電極絲損耗對加工精度的影響更小。（3）加工參數(shù)調(diào)整方便。直接利用電能、熱能進行加工，可以方便地對影響加工精度的加工參數(shù)（脈沖寬度、間隔、伺服速度等）進行調(diào)整，有利于加工精度的提高，便于實現(xiàn)加工過程的自動化控制。第一節(jié)數(shù)控電加工概述142.電火花線切割加工的特點及應用范圍（4）工具電極制作簡單。以直徑細小的電極絲作為工具電極，不需制造特定形狀的電極，省去了成形電極的設(shè)計和制造，縮短了生產(chǎn)準備時間，加工周期短。（5）可實現(xiàn)微型計算機控制加工。可依靠微型計算機來控制電極絲的軌跡和間隙補償功能，可一次編程完成同一副模具中的凸模與凹模零件加工，并可任意調(diào)節(jié)配合間隙。第一節(jié)數(shù)控電加工概述153.電火花成形加工原理電火花成形加工和電火花線切割加工、電火花磨削加工、電火花展成加工、非金屬電火花成形加工等同屬于電加工范疇。電火花成形加工機床的工作原理如圖所示。第一節(jié)數(shù)控電加工概述電火花成形加工機床的工作原理1—脈沖電源2—伺服進給機構(gòu)3—工具電極4—工件5—工作液6—工作臺7—火花放電8—被蝕除的金屬微粒163.電火花成形加工原理為了有效實現(xiàn)電火花成形加工，一般應滿足以下要求：（1）保持合適的放電間隙。（2）采用脈沖性放電加工工件。（3）工作液應具有一定的絕緣性。第一節(jié)數(shù)控電加工概述174.電火花成形加工的特點及應用范圍電火花成形加工是與傳統(tǒng)的機械加工完全不同的一種加工方法，在加工工藝上與線切割加工也有較大區(qū)別。電火花成形加工具有以下特點：（1）可以加工高硬度導電材料。第一節(jié)數(shù)控電加工概述184.電火花成形加工的特點及應用范圍（2）如圖所示為用加工中心制作的石墨電極加工輪胎模具。另外，由于電火花放電時熱量傳導擴散范圍小，材料受熱影響范圍小，因此可以加工熱敏性材料。第一節(jié)數(shù)控電加工概述用加工中心制作的石墨電極加工輪胎模具194.電火花成形加工的特點及應用范圍（3）加工范圍較寬，工藝靈活。數(shù)控電火花成形加工機床的加工范圍較廣，可以加工平面、錐度表面、多型腔工件表面等，主軸帶有旋轉(zhuǎn)功能的機床還可以進行螺旋面加工。此外，電火花成形加工還可以與其他加工工藝結(jié)合形成復合加工，例如,可以利用電能、電化學能、聲能對材料進行復合加工。（4）可以獲得較好的表面質(zhì)量。電火花成形加工的表面質(zhì)量較好，加工表面微觀形貌光滑，工件的棱邊、尖角處無毛刺。第一節(jié)數(shù)控電加工概述20一、電火花加工機床分類二、電火花加工機床型號的編制方法第二節(jié)數(shù)控電火花加工機床21一、電火花加工機床分類電火花線切割加工機床有多種分類方法。一般可以按照機床的控制方式、脈沖電源的類型、工作臺的尺寸與行程、走絲速度、加工精度等進行分類。（1）按機床的控制方式分類。（2）按機床配用的脈沖電源類型分類。（3）按機床工作臺的尺寸與行程分類。第二節(jié)數(shù)控電火花加工機床1.電火花線切割加工機床分類221.電火花線切割加工機床分類（4）按走絲速度分類?？梢苑譃榭熳呓z線切割機床、慢走絲線切割機床和混合式線切割機床（有快、慢兩套走絲系統(tǒng)）三大類。（5）按加工精度分類。可以分為普通精度型線切割機床和高精度精密型線切割機床兩大類。絕大多數(shù)慢走絲線切割機床屬于高精度精密型機床。第二節(jié)數(shù)控電火花加工機床232．電火花成形機床分類按電火花成形機床的立柱數(shù)量，可分為單立柱式電火花成形機床和雙立柱式電火花成形機床兩大類。（1）單立柱式電火花成形機床。按機床X向、Y向運動的實現(xiàn)方式，單立柱式電火花成形機床又分為十字工作臺型（見圖1）和固定工作臺型（見圖2）兩種形式。第二節(jié)數(shù)控電火花加工機床1-十字工作臺型單立柱式電火花成形機床1—床身2—立柱３—工作臺（X）軸４—滑板（Y軸）５—工作液槽６—主軸頭（W軸）７—主軸（Z軸）８—電極安裝板９—旋轉(zhuǎn)軸（C軸）10—電極2-固定工作臺型單立柱式電火花成形機床1—床身2—立柱３—滑板（X軸）４—滑枕（Y軸）５—工作臺６—工作液槽７—主軸頭（W軸）８—主軸（Z軸）９—電極安裝板10—旋轉(zhuǎn)軸（C軸）11—電極242．電火花成形機床分類（2）雙立柱式電火花成形機床。按機床X向運動的實現(xiàn)方式，雙立柱式電火花成形機床又分為移動主軸頭型（見圖1）和十字工作臺型（見圖2）兩種形式。第二節(jié)數(shù)控電火花加工機床1-移動主軸頭型雙立柱式電火花成形機床1—床身2—立柱３—工作臺(Y′軸)４—滑板（X軸）５—工作液槽６—主軸頭（W軸）７—主軸（Z軸）８—電極安裝板９—旋轉(zhuǎn)軸（C軸）10—電極11—槽梁2-十字工作臺型雙立柱式電火花成形機床1—床身2—立柱３—工作臺(Y′軸)４—滑板（X′軸）５—工作液槽６—主軸頭（W軸）７—主軸（Z軸）８—電極安裝板９—旋轉(zhuǎn)軸（Ｃ軸）10—電極11—槽梁25二、電火花加工機床型號的編制方法特種加工機床按工作原理及加工所使用能量形式的差異劃分為電火花加工機床、電弧加工機床、電解加工機床、超聲加工機床、快速成形機床、激光加工機床、電子束加工機床、離子束加工機床、等離子弧加工機床、磁脈沖加工機床、磁磨粒加工機床、射流加工機床、復合加工機床、其他特種加工機床等，共14類。第二節(jié)數(shù)控電火花加工機床1.特種加工機床類別代號261.特種加工機床類別代號類代號用大寫漢語拼音字母表示，按漢字字意讀音。特種加工機床類別代號見表。第二節(jié)數(shù)控電火花加工機床特種加工機床類別代號272.特種加工機床通用特性代號特種加工機床通用特性代號表示某種特種加工機床所具有的特殊性能。當機床除了有普通型外，還具有表中的一種或多種通用特性時，型號中要添加通用特性代號，位置在類別代號之后。第二節(jié)數(shù)控電火花加工機床特種加工機床通用特性代號283.電火花加工機床組、系劃分及代號每類特種加工機床劃分為10個組，每組機床劃分為10個系（系列）。機床的組、系代號用兩位數(shù)字表示。電火花加工機床組、系代號見表。第二節(jié)數(shù)控電火花加工機床電火花加工機床組、系代號294.機床主參數(shù)機床主參數(shù)代表機床規(guī)格的大小，用折算值（主參數(shù)乘以折算系數(shù)）表示，見上表。常見的線切割加工設(shè)備見圖。第二節(jié)數(shù)控電火花加工機床常見的線切割加工設(shè)備a）DK7725型b）DK7740大錐度型c）ZGW32D型30一、電火花加工機床常用夾具二、電加工機床工件裝夾要求第三節(jié)電火花加工機床工件裝夾三、線切割加工常用的裝夾方式四、電火花成形加工常用裝夾方式五、工件找正31一、電火花加工機床常用夾具壓板夾具主要用于固定平板類工件。當工件尺寸較大時，則應成對使用。如所示為懸臂支撐方式。如圖b所示為兩端支撐方式，當壓板夾具成對使用時，夾具基準面的高度要一致。第三節(jié)電火花加工機床工件裝夾1.壓板夾具壓板夾具裝夾工件方式a)懸臂支撐方式b)兩端支撐方式322.分度夾具分度夾具主要用于加工電動機定子、轉(zhuǎn)子等多型孔的旋轉(zhuǎn)類工件，可保證較高的分度精度，其結(jié)構(gòu)如圖所示。近年來，因為大多數(shù)線切割機床具有對稱、旋轉(zhuǎn)等功能，所以此類夾具已較少使用。第三節(jié)電火花加工機床工件裝夾分度夾具結(jié)構(gòu)1—電極絲2—工件3—分度轉(zhuǎn)盤4—定位銷5—工作臺333.磁性夾具對于一些微小或極薄的片狀工件，采用磁力工作臺或磁性表座等磁性夾具吸牢工件進行加工。磁性夾具的工作原理如圖所示。第三節(jié)電火花加工機床工件裝夾磁性夾具的工作原理a）吸牢工件b)松開工件1—磁靴2—永久磁鐵3—銅焊層34二、電加工機床工件裝夾要求第三節(jié)電火花加工機床工件裝夾1．工件符合生產(chǎn)要求待裝夾的工件應符合圖樣要求，基準部位清潔無毛刺。對經(jīng)過淬火的工件，在穿絲孔或凹模類工件擴孔的臺階處，應清除淬火時的渣物及氧化膜層，以防影響加工時的正常放電。2．保證夾具的精度與位置夾具精度要高，裝夾前先將夾具固定在工作臺面上，并用百分表找正。夾具位置應有利于工件的找正。35二、電加工機床工件裝夾要求第三節(jié)電火花加工機床工件裝夾3．保證夾具作用力均勻保證夾具對工件的作用力均勻，以最大限度地防止工件在加工中產(chǎn)生變形。4．必要時采用專用夾具和輔助夾具批量生產(chǎn)時最好使用專用夾具，以提高生產(chǎn)效率。5．防止產(chǎn)生干涉夾具位置應滿足行程需要，加工過程中工件、夾具不得與機床部件產(chǎn)生干涉和碰撞。36三、線切割加工常用的裝夾方式第三節(jié)電火花加工機床工件裝夾1．懸臂支撐方式（見圖a）工件一端固定，另一端呈懸臂狀。懸臂支撐方式通用性強，裝夾方便，但懸臂工件易變形，多用在工件精度要求不高或剛度較好的場合。2．兩端支撐方式（見圖b）工件兩端固定在夾具上，裝夾方便，支撐穩(wěn)定，定位精度較高，但不利于小件裝夾。壓板夾具裝夾工件方式a)懸臂支撐方式b)兩端支撐方式37三、線切割加工常用的裝夾方式第三節(jié)電火花加工機床工件裝夾3．橋式支撐方式（見圖a）采用兩支撐墊鐵架在雙端支撐夾具上裝夾工件，通用性強，使用方便，可用于大部分工件的裝夾。4．板式支撐方式（見圖b）根據(jù)工件形狀制成帶孔的支撐板，板上有用于定位和裝夾的螺紋孔。這種方式裝夾精度高，適用于常規(guī)與批量生產(chǎn)。線切割加工常用的裝夾方式a）橋式支撐方式b）板式支撐方式c）復式支撐方式38三、線切割加工常用的裝夾方式第三節(jié)電火花加工機床工件裝夾5．復式支撐方式（見圖c）在通用夾具上裝配專用夾具，可節(jié)省裝夾和找正時間，適用于大批量生產(chǎn)。線切割加工常用的裝夾方式a）橋式支撐方式b）板式支撐方式c）復式支撐方式39三、線切割加工常用的裝夾方式第三節(jié)電火花加工機床工件裝夾6．專用特殊裝夾方式當工件夾持部分尺寸太小，幾乎沒有夾持余量時，可采用如圖所示的小夾持余量工件的專用夾具。小夾持余量工件的專用夾具1—電極絲2—工件3—夾具塊4—夾具體5—工作臺40三、線切割加工常用的裝夾方式第三節(jié)電火花加工機床工件裝夾用細圓棒坯料切割微小零件的專用夾具如圖所示。圓棒坯料裝在正方體外形的夾具內(nèi)，側(cè)面用內(nèi)六角螺釘固定，即可進行切割加工。用細圓棒坯料切割微小零件的專用夾具1—固定用內(nèi)六角螺釘2—夾具3—圓棒坯料4—夾板5—電極絲6—工作臺41三、線切割加工常用的裝夾方式第三節(jié)電火花加工機床工件裝夾加工多個復雜工件的夾具如圖所示。加工多個復雜工件的夾具1—矩形板2—下板3—上板4—工作臺42三、線切割加工常用的裝夾方式第三節(jié)電火花加工機床工件裝夾工件毛坯以外圓柱面定位裝夾，如圖所示，采用V形架定位，用壓板壓緊。注意V形架安裝時應首先找正其在工作臺上的位置，保證工件定位軸線平行于Y軸或X軸。工件毛坯以外圓柱面定位裝夾1—V形架2—工件3—壓板4—工作臺43三、線切割加工常用的裝夾方式第三節(jié)電火花加工機床工件裝夾工件毛坯以內(nèi)孔表面定位裝夾，如圖所示，因為工件帶有中心孔，切割時電極絲平行于工件軸線，在加工前可預先設(shè)計制造專用夾具。工件毛坯以內(nèi)孔表面定位裝夾1—定位心軸2—夾具體底板3—壓板4—工作臺5—工件6—壓緊螺母7—墊片44四、電火花成形加工常用裝夾方式第三節(jié)電火花加工機床工件裝夾電火花成形加工工件的裝夾與機械加工相似，但由于電火花成形加工過程中的作用力很小，因此工件更容易裝夾。在實際生產(chǎn)中，工件常用壓板（見圖1）、磁性吸盤（見圖2）等固定在機床工作臺上，并使用百分表找正。壓板磁性吸盤45五、工件找正第三節(jié)電火花加工機床工件裝夾1．劃線找正當工件輪廓與毛坯外形的位置精度要求不高（允許誤差為0.2～0.3mm）時，可進行劃線找正。2．按已加工部位找正工件毛坯的待加工部位與工件毛坯的已加工部位有形位公差要求時，工件毛坯的找正應按工件毛坯上已加工部位的型孔進行找正，再按圖樣要求進行加工。46五、工件找正第三節(jié)電火花加工機床工件裝夾3．按工件外形找正這種方法多在加工部位與外形的位置精度要求較高時采用。這種方法要求工件外形至少要磨出相互垂直的兩個側(cè)面，供找正時作為基準。47一、常用數(shù)控編程數(shù)學基礎(chǔ)知識二、數(shù)控機床的坐標軸和坐標系第四節(jié)數(shù)控編程基礎(chǔ)48一、常用數(shù)控編程數(shù)學基礎(chǔ)知識（1）兩種坐標系。為了確定一個點在平面中的確切位置，需要選定平面坐標系，最常用、最簡單的是直角坐標系，有時也利用其他坐標系（如極坐標系）。例如，炮兵射擊時，是以大炮為基點，利用目標的方位角及目標與大炮的距離來確定目標的位置，這時采用極坐標系就更方便。第四節(jié)數(shù)控編程基礎(chǔ)1.坐標系491.坐標系1）直角坐標系（見圖）。相互垂直的X軸和Y軸的交點O，稱為坐標原點。X軸由點O向右為正，向左為負；Y軸由點O向上為正，向下為負。X軸、Y軸將平面劃分為Ⅰ～Ⅳ象限。第四節(jié)數(shù)控編程基礎(chǔ)直角坐標系501.坐標系2）極坐標系（見圖）。在平面內(nèi)取一個定點O，稱為極點。引一條射線OX，稱為極軸。第四節(jié)數(shù)控編程基礎(chǔ)極坐標系511.坐標系（2）極坐標系和直角坐標系的關(guān)系（見圖）。點M的位置在極坐標系中由ρ和θ確定，而在直角坐標系中由x和y確定。由圖可知：第四節(jié)數(shù)控編程基礎(chǔ)極坐標系和直角521.坐標系（3）坐標變換1）直角坐標軸平移，如圖所示，坐標原點由O移至O′時，M點對O的坐標(x，y)與M點對O′的坐標(x′，y′)之間的變換關(guān)系為：第四節(jié)數(shù)控編程基礎(chǔ)直角坐標軸平移531.坐標系2）直角坐標軸旋轉(zhuǎn)，如圖所示，直角坐標系XOY的坐標軸繞O點旋轉(zhuǎn)θ角，成為坐標系X′OY′，此時M點的坐標（x,y）與（x′,y′）的關(guān)系如下。第四節(jié)數(shù)控編程基礎(chǔ)直角坐標軸旋轉(zhuǎn)541.坐標系3）點的旋轉(zhuǎn)，如圖所示，點M(xm,ym)圍繞坐標原點旋轉(zhuǎn)θ角至點N（xn,yn）,N點坐標與M點坐標的關(guān)系可由下式計算：第四節(jié)數(shù)控編程基礎(chǔ)點的旋轉(zhuǎn)552．數(shù)控編程常用三角函數(shù)公式（1）求圓上某點的坐標（見圖）公式為：第四節(jié)數(shù)控編程基礎(chǔ)求圓上某點的坐標562．數(shù)控編程常用三角函數(shù)公式1）某直線與圓相切于A點（見圖），且與X軸正向的夾角為β，則式中，逆時針方向β為正，順時針方向β為負。第四節(jié)數(shù)控編程基礎(chǔ)某直線與圓相切于A點572．數(shù)控編程常用三角函數(shù)公式2）過定點P（a,b）的直線與圓相切（見圖），則：第四節(jié)數(shù)控編程基礎(chǔ)過定點P的直線與圓相切582．數(shù)控編程常用三角函數(shù)公式（2）兩圓相切，圓心連線與X軸正向夾角為α（見圖），則：式中，（x01,y01）、（x02,y02）分別為兩已知圓心的坐標。第四節(jié)數(shù)控編程基礎(chǔ)2圓心連線與X軸正向夾角為α592．數(shù)控編程常用三角函數(shù)公式（3