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本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目：机械加工中新工艺的关键性
学习中心：
层 次： 专科起点本科
专 业：机械设计制造及其自动化
年 级： 年 季
学 号：
学 生：
指导教师：
完成日期： 2019年 月 日
内容摘要
加工机械方法的不断改进，人们对机械加工工艺的选择方式越来越多，不同的机械加工方法对加工精度的要求不同，但是不论选择那种加工工艺，都需要一个系统的加工工艺过程，因为加工工艺直接影响到加工产品的质量，所以说要想保证零件的质量控制好机械加工工艺至关重要。本文以电火花成型加工、电火花线切割加工、激光加工、微机数控旋转电火花加工以及微机数控旋转电火花加工为研究对象，首先阐述了各种新型加工工艺的原理，然后分别介绍了各种工艺的基本设备及其结构，最后介绍了各种工艺的特点及应用。
关键词：电火花；线切割；激光加工；超声波加工
目 录
1.电火花成型加工
1.1电火花成型加工原理
电火花成型加工是利用脉冲放电对导电材料的蚀除作用去除材料，满足一定形状和尺寸要求的一种加工方法，也称作放电加工。工艺系统如图1-1所示。
图1-1 电火花成型加工系统
脉冲电源发出一连串单脉冲电压，施加在浸入工作液（绝缘介质，一般用煤油）中的工具电极和工件电极之间。当两极之间的间隙很小（一般为0.01～0.3mm）时，由于电极的微观表面凸凹不平，极间某凸点处电场强度最大，其间工作液最先电离为电子和正离子而被击穿，形成放电通道。在电场力的作用下，通道内的电子高速奔向阳极，正离子奔向阴极，产生火花放电。由于受到放电时磁场力和周围工作液的压缩，致使放电通道的横截面积很小，通道内电流密度很大，达到104～107A/cm2。电子和正离子在电场力作用下高速运动，互相碰撞，并分别轰击阳极和阴极，产生大量热量。整个放电通道形成一个瞬时热源，通道中心温度高达10 000℃左右，使电极表面局部金属迅速熔化甚至汽化。由于一个脉冲放电时间极短，熔化和汽化的速度极高，具有爆炸性质。爆炸力把熔化和汽化了的金属微粒迅速抛离电极表面。每个脉冲放电后，在工件表面上形成一个微小的凹坑，如图1-2（a）所示。放电过程多次反复进行，随着工具电极不断进给，材料逐渐被蚀除，工具电极的轮廓形状即可复印在工件上，从而达到成型加工的目的，整个表面是由无数凹坑组成的，如图1-2（b）所示。
（a） （b）
图1-2 工具电极与工件电极间隙的放大图
1.2电火花成型加工机床的组成与结构
电火花成型加工机床逻辑上有四部分组成，即机床本体、脉冲电源、伺服进给控制系统和工作液循环过滤系统，如图1-3所示。
图1-3 电火花成型机床
（1）机床本体
机床本体由床身、立柱、主轴头和工作台等组成。
1）床身和立柱
床身和立柱是一个基础结构，由它确保电极与工作台、工件之间的相互位置。其精度的高低对加工质量有直接的影响，
2）工作台
工作台主要用来支承和装夹工件，它分上、下两层（上溜板和下溜板）。在实际加工中，通过转动上、下溜板的丝杠调整电极与工件的相对位置。工作台上装有工作液箱，使电极和被加工件浸在工作液里，起到冷却、排屑作用。
3）主轴头
主轴头是电火花加工机床的一个关键部件，它的结构由伺服进给机构，导向和防扭机构、辅助机构三部分组成。它控制工件和电极之间的放电间隙。
（2）脉冲电源
电火花加工的脉冲电源的作用是把工频交流电转换成一定频率的单向脉冲电流，以供给火花放电间隙所需要的能量来蚀除金属。脉冲电源对电火花加工的生产率、表面质量、加工速度、加工过程的稳定性和工具电极损耗等技术经济指标有很大的影响，
（3）伺服进给控制系统
电火花加工是“不接触加工”。正常电火花加工时，工具和工件间有一放电间隙S，如图1-4所示。S过大时，脉冲电压不能击穿间隙中的绝缘工作液，不会产生火花放电。当间隙过小时，工具工件会接触而短路（S=0）。伺服进给控制系统的任务就是通过改变、调节进给速度，使进给速度接近并等于蚀除速度，以维持一定的“平均”放电间隙S，保证电火花加工正常而稳定地进行，获得较好的加工效果。
图1-4 放电间隙
（4）工作液循环过滤系统
由工作液、工作液箱、工作液泵、滤芯和导管组成。工作液起绝缘、排屑、冷却和改善加工质量的作用。每次脉冲放电后，工件电极与工具电极之间必须迅速恢复绝缘状态，否则脉冲放电就会转变为持续的电弧放电，影响加工质量。在加工过程中，工作液可把加工过程中产生的金属颗粒迅速从电极之间冲走，使加工顺利进行。工作液还可冷却受热的电极和工件，防止工件变形。
1.3电火花成型加工的工艺特点与应用
1.3.1电火花成型加工的工艺特点：
1、电火花加工时，由于不是靠刀具的机械方法去除金属，加工时无任何机械力的作用，因此可以用来加工小孔、窄槽及各种复杂形状的型孔和型腔。
2、由于电脉冲参数可以任意调节，故在同一台机床上可对零件进行粗、中、 精加工及连续加工，节省了设备，提高了效率。
3、电火花加工是直接用电能加工，故便于实现生产中的自动控制及加工自动化。 4、电火花加工时是利用局部高温蚀除金属，任何硬、脆的金属材料都无法抵抗这种高温，只要能导电，就能进行加工，因此，它能加工淬硬模具，并不会产生过多变形。
5、经过电火花加工后的零件精度高，表面粗糙度可达Ra1.25μm,因此， 利用电火花加工后的零件，稍加修正后即可装配使用。
6、型腔的加工余量一般较大，尤其是在不预加工的情况下，蚀除的金属量更多，因此，对电源的要求是：降低损耗和提高生产率。
7、型腔属于盲孔加工，其电蚀产物的排出较为困难，尤其是深型腔加工时更甚，因此，在工艺上必须采用冲油或抽油式来实现排屑。
8、由于型腔的形状多较复杂，电极损耗引起其尺寸的变化会直接影响型腔的精度，因此要求电极的损耗越小越好。
1.3.2电火花成型加工的应用
电火花成形加工主要用于电火花穿孔（用电火花成形加工方法加工通孔）和电火花型腔加工。电火花穿孔加工主要用于加工冲模和异形孔，电火花型腔加工主要用于加工各类型腔模和各类复杂的型腔零件。 型腔加工属于盲孔加工，金属蚀除量大，工作液循环困难，电蚀产物排除条件差，电极损耗不能用增加电极长度和进给来补偿；加工面积大，加工过程中要求电规准的调节范围也较大；型腔复杂，电极损耗不均匀，影响加工精度。
2电火花线切割加工
2.1电火花线切割原理
电火花线切割加工与电火花成形加工的基本原理一样，都是基于电极间脉冲放电时的电火花腐蚀原理，实现零部件的加工。所不同的是，电火花线切割加工不需要制造复杂的成形电极，而是利用移动的细金属丝（钼丝或铜丝）作为工具电极，工件按照预定的轨迹运动，“切割”出所需的各种尺寸和形状。
图1-5 电火花线切割加工原理
电火花线切割加工的原理如图1-5所示。工具电极丝接直流脉冲电源的负极，工件接直流脉冲电源的正极。当来一个电脉冲时，在电极丝和工件之间可能产生一次火花放电，在放电通道的中心温度可高达5 000℃以上，高温使工件局部金属熔化，甚至有少量气化，高温也使电极丝和工件之间的工作液部分产生气化，这些气化后的工作液和金属蒸气瞬间迅速热膨胀，并具有爆炸的特性。靠这种热膨胀和局部微爆炸，抛出熔化和气化了的金属材料而实现对工件材料进行电蚀切割加工。图1-6为工具电极丝切割工件的过程。
图1-6 切割过程中
2.2电火花线切割机床的组成
机床组成分为四部分：机床本体，直流脉冲电源，控制系统，工作液循环系统。
（1）机床本体包括床身、工作台、运丝机构和丝架 。工作台可在X、Y两个方向上运动，并可在控制系统的控制下实现二维插补。运丝机构的储丝筒做往复的转动带动电极丝往复运动，以使整个电极丝都能够放电加工。
（2）直流脉冲电源。电火花线切割的脉冲电源的作用是把工频交流电转换成一定频率的单向脉冲电流，以供给火花放电间隙所需要的能量来蚀除金属。
（3）控制系统主要是指切割轨迹控制系统和进给控制系统，此外还有走丝机构控制，机床操作控制以及其它辅助控制等。切割轨迹控制系统实质上是数控系统，控制电极丝的运动轨迹。进给控制系统是根据放电间隙的大小自动控制进给速度。
（4）工作液循环系统由工作液泵、工作液箱、过滤器和管路组成。其主要作用是绝缘、冷却、排屑。
