其他数控机床的操作技巧与方法

数控技术已经被广泛应用于金属切削的各个领域，除了数控车削和数控铣削以外，还有数控冲压、数控磨削、数控火焰切割等。特别是在特种加工领域，数控技术也得到了广泛的应用。

1.电火花加工

（1）电火花加工的原理

电火花加工又称放电加工（Electrical Discharge Machining，EDM），是一种直接利用电能和热能进行加工的新工艺。其基本原理是基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲火花放电，产生局部的瞬时高温，把金属材料逐步腐蚀，以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。

加工时，工具电极和工件电极分别接脉冲电源的负、正两极，并浸入工作液中，通过自动控制系统控制工具电极向工件进给。当间隙达到一定值时，两极上施加的脉冲电压将间隙中的工作液击穿，产生火花放电，在放电的微细通道中瞬时产生大量的热能，温度可达10000℃以上，压力也急剧变化，从而使工件表面局部金属立刻被熔化、气化，并爆炸式地飞溅入工作液中，迅速冷凝成金属微粒，被工作液带走，并在工件表面留下一个微小的凹坑痕迹。由于两极上施加的是脉冲电压，且工具电极不断向工件电极进给，因此在两极之间生成脉冲电弧，形成对工件的脉冲式蚀除式加工。只要改变工具电极的形状和工具电极与工件之间的相对运动方式，就能加工出各种复杂的型面。在加工的过程中，工具电极也有损耗，但其蚀除量远小于工件。

工作液作为放电介质，在加工过程中还起着冷却、排屑等作用。常用的工作液是粘度较低、闪点较高、性能稳定的介质，如煤油、去离子水和乳化液等。

与常规的金属加工相比较，电火花加工具有以下特点：

①电火花加工属不接触加工。工具电极和工件之间不直接接触，而有一个火花放电间隙（0.01～0.1mm），间隙中充满工作液。脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难以加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。

②加工过程中，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极小。火花放电时，局部、瞬时爆炸力的平均值很小，不足以引起工件的变形和位移。

③电火花加工直接利用电能和热能来去除金属材料，与工件材料的强度和硬度等关系不大，因此可以用软的工具电极加工硬的工件，实现“以柔克刚”。

④脉冲参数可以在一个较大的范围内调节，所以可以在同一台机床上连续进行粗、半精及精加工。精加工时精度一般为0.01mm，表面粗糙度值Ra为0.63～1.25μm；微精加工时精度可达0.002～0.004mm，表面粗糙度值Ra为0.04～0.16μm。

⑤直接利用电能加工，便于实现加工过程的自动化。

（2）数控电火花机床

1）组成 图1-31所示为某型号数控电火花机床。数控电火花机床主要由机床主体、脉冲电源、数控系统、工作液循环系统等部分组成。

①机床主体：包括床身、工作台、立柱、主轴头及润滑系统等。其主要用于夹持工具电极及支承工件，保证它们的相对位置，并实现电极在加工过程中的稳定进给运动。

②脉冲电源：把工频的交流电流转换成一定频率的单向脉冲电流，为放电加工过程提供能量，它对工艺指标影响极大。

图1-31 数控电火花机床

③数控系统：主要完成对加工过程中的位置、轨迹、脉冲参数和辅助动作进行编程或实时控制。

④工作液循环过滤系统：由工作液箱、液压泵、电动机、过滤器、工作液分配器、阀门、油杯等组成，主要用来完成对工作液的过滤等工作。

2）电火花加工的适用范围 图1-32所示为电火花加工的适用范围，具体有以下方面：

①可以加工任何难加工的金属材料和导电材料。可以实现用软的工具加工硬、韧的工件，甚至可以加工聚晶金刚石、立方氮化硼等超硬材料。目前，电极材料多采用纯铜或石墨，因此工具电极较容易加工。

②可以加工形状复杂的表面，特别适用于复杂表面形状工件的加工，如复杂型腔模具加工。这使得用简单的电极加工复杂形状零件成为现实。

③可以加工薄壁、弹性、低刚度、微细小孔、异形小孔、深小孔等有特殊要求的零件。由于加工中工具电极和工件不接触，没有机械加工的切削力，所以电火花加工更适宜加工低刚度工件及微细工件。

图1-32 电火花成形加工的适用范围

a）摇动加工 b）多电极组合加工 c）分度 d）修行加工 e）锥度加工 f）C轴加工 g）横向加工 h）NC定位加工

（3）电火花成形加工机床的安全操作规程

①开机前，要仔细阅读机床的使用说明书，在未熟悉机床操作前，切勿随意动机床，以免发生安全事故。

②加工前，注意检查放电间隙，即必须使接在不同极性上的工具和工件之间保持一定的距离，以形成放电间隙，一般在0.01～0.1mm之间。

③工具电极的装夹与校正必须保证工具电极进给加工方向垂直于工作台平面。

④保证加在液体介质中的工件和工具电极上的脉冲电源输出的电压脉冲波形是单向的。

⑤要有足够的脉冲放电能量，以保证放电部位的金属熔化或气化。

⑥放电必须在具有一定绝缘性能的液体介质中进行。

⑦操作中要注意检查工作液系统过滤器的滤芯，如果出现堵塞要及时更换，以确保工作液能自动保持一定的清洁度。

⑧对于采用易燃类型的工作液，使用中要注意防火。

⑨加工操作结束后，必须打扫干净工作场地、擦拭干净机床，并且切断系统电源后才能离开。

2.数控电火花线切割

（1）基本原理

电火花线切割加工的基本原理如图1-33所示。被切割的工件作为工件电极，电极丝作为工具电极。电极丝接脉冲电源的负极，工件接脉冲电源的正极。当来一个电脉冲时，在电极丝和工件之间就可能产生一次火花放电，在放电通道中瞬时可达5000℃以上高温，使工件局部金属熔化，甚至有少量气化。高温也使电极和工件之间的工作液部分产生汽化，这些汽化后的工作液和金属蒸气瞬间迅速膨胀，并具有爆炸特性。靠这种热膨胀和局部微爆炸，抛出熔化和气化的金属材料，从而实现对工件材料进行电蚀切割加工。

（2）切割的应用范围

①应用最广泛的是加工各类模具，如冲模、铝型材挤压模、塑料模具及粉末冶金模具等，如图1-34和图1-35所示。

图1-33 电火花线切割加工基本原理

②加工二维直纹曲面的零件（需配有数控回转工作台），如图1-36所示。

图1-34 齿轮模具(www.xing528.com)

图1-35 窄长冲模

图1-36 加工平面凸轮零件

③加工三维直纹曲面零件（需配数控回转工作台），如图1-37～图1-39所示。

图1-37 加工螺旋面

图1-38 加工双曲面

图1-39 加工扭转锥台

④各种导电材料和半导体材料以及稀有、贵重金属的切断。

⑤加工微细槽、任意曲线窄缝。

（3）工艺特点

电火花线切割具有电火花加工的共性，金属材料的硬度和韧性并不影响加工速度，常用来加工淬火钢和硬质合金；对于非金属材料的加工，也正在开展研究。当前，绝大多数的线切割机都采用数字程序控制。其工艺特点为：

①和电火花成形加工需要特定形状的工具电极不同，电火花线切割是采用直径不等的细金属丝（铜丝或钼丝等）作为工具电极，因此切割用的刀具简单，大大降低生产准备工时。

②利用计算机辅助自动编程软件，可方便地加工复杂形状的直纹表面。

③电极丝直径较细（ϕ0.025～ϕ0.3mm），切缝很窄，这样不仅有利于材料的利用，而且适合加工细小的零件。

④电极丝在加工中是移动的，不断更新（低速走丝）或往复使用（高速走丝），可以完全或短时间不考虑电极丝损耗对加工精度的影响。

⑤依靠计算机对电极丝轨迹的控制和偏移轨迹的计算，可方便地调整凹凸模具的配合间隙，并且依靠锥度切割功能，有可能实现凹凸模一次加工成形。

⑥对于粗、中、精加工，只需调整电参数即可，操作方便，自动化程度高。

⑦加工对象主要是平面形状的零件，对于台阶或盲孔型零件，目前还无法进行加工。但是当机床加上能使电极丝做相应倾斜运动的功能后，可实现锥面加工。

⑧当零件无法从周边切入时，工件上需要钻穿丝孔。

（4）基本组成

如图1-40所示为DK7725高速走丝线切割机床的结构示意图。该机床主要由机床本体、脉冲电源、数控系统、工作液循环系统等部分组成。

1）机床本体 机床本体由床身、走（运）丝机构、工作台和丝架等组成。

①床身。用于支承和连接工作台、走（运）丝机构等部件和工作液循环系统。

②走（运）丝机构。电动机通过联轴器带动储丝筒交替做正、反向运动，钼丝整齐地排列在储丝筒上，并经过丝架作往复高速移动。

图1-40 DK7725高速走丝线切割机床结构示意图

1—储丝筒 2—走丝溜板 3—丝架 4—上工作台 5—下工作台 6—床身 7—脉冲电源及微机控制柜

③工作台。用于安装并带动工件在水平面内做X、Y两个方向的移动。工作台分上、下两层，分别与X、Y向丝杠相连，由两个步进电动机分别驱动。

④丝架。丝架的主要功能是在电极丝按给定线速度运动时，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一定的几何角度。

2）脉冲电源 脉冲电源又称高频电源，其作用是把普通的50Hz交流电转换成高频率的单向脉冲电压，从而在加工中供给火花放电的能量。电极丝接脉冲电源负极，工件接正极。

3）数控系统 数控系统主要用来实现轨迹控制。

4）工作液循环系统 由工作液泵、工作液箱和循环导管组成。工作液起绝缘、排屑、冷却的作用。每次脉冲放电后，工件与电极丝（钼丝）之间必须迅速恢复绝缘状态，否则脉冲放电就会转变为稳定持续的电弧放电，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微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丝和工件，防止烧丝和工件变形。

（5）电火花线切割加工机床的安全操作规程

由于电火花线切割加工是在电火花成形加工的基础上发展起来的，它是用线状电极（钼丝或铜丝）通过火花放电对工件进行切割。因此，电火花线切割加工机床的安全操作规程与电火花成形加工机床的大致相同。此外，操作中还要注意：

①在绕线时，要保证电极丝有一定的预紧力，以减少加工时线电极的振动幅度，提高加工精度。

②检查工作液系统中装有去离子树脂筒，以确保工作液能自动保持一定的电阻率。

③在放电加工时，必须使工作液充分地将电极丝包围起来，以防止因电极丝在通过大脉冲电流时产生热而发生断丝现象。

④手动或自动移动工作台时，必须注意钼丝位置，避免钼丝与工件或工装产生干涉而造成断丝。

⑤工件和装夹工件的夹具高度必须低于机床线架高度，否则，加工过程中会发生工件或夹具撞上线架而损坏机床。

⑥支撑工件的工装位置必须在工件加工区域之外，否则，加工时会连同工件一起被割掉。

⑦经常检查导轮、排丝轮、轴承、钼丝、切割液等易损、易耗件（品），如发现损坏，及时更换；加强机床机械装置的日常检查、防护和润滑。