CN100537100C - 一种直流动电弧电火花加工方法 - Google Patents

Abstract

一种直流动电弧电火花加工的方法，涉及特种加工领域中使用直流电源进行的高速电火花加工。加工时工具电极和工件分别接至直流电源的两极，工具电极和工件在平行于被加工表面的面内发生相对运动，并由进给机构驱动工具电极与工件接近，至有放电现象产生，工具电极与被加工工件间维持平行于被加工表面的相对运动和进给运动，使工件材料能被连续蚀除，蚀除的材料在连续供给的加工液带动下离开放电区域。按照本发明提出的方法，工件材料的蚀除过程在时间上连续进行，从而有利于提高电火花加工的效率；同时火花放电的电流也是稳定的，这就有利于减小电火花加工中产生的电磁干扰。

Description

一种直流动电弧电火花加工方法

技术领域

本发明属机械加工中的特种加工领域，具体涉及使用直流电源供电进行高速电火花加工的方法。

背景技术

传统电火花加工使用的电源是脉冲放电电源，每个脉冲放电周期都要经过放电通道形成，电极材料的液化和汽化、电极材料的抛出和极间介质的消电离四个基本阶段。其中有些阶段并没有对工件材料进行蚀除，但却是必不可少的。比如极间介质消电离阶段，该阶段处于放电脉冲的间隙，主要作用是让工作介质恢复绝缘状态，并通过工作液的流动冷却并带走加工屑。如果没有这一阶段，或者说这一阶段持续的时间太短，就可能因为工作介质消电离不充分或加工屑在前一次放电点附近累积而造成稳定电弧放电，进而引起工件的烧伤现象。在传统电火花加工中，四个基本阶段前后连续，在时间上不能重叠。这样，传统电火花加工在宏观上就表现为逐点的间断性放电腐蚀过程，与机械切削加工方式相比属低效的加工方式。在激烈的市场竞争以及多变的用户需求的双重压力下，必须从根本上提高电火花加工的效率，才能赢得用户的认可，从而为电火花加工技术赢得必要的发展空间。

此外，传统电火花加工时放电电压和放电电流都是脉冲性的，加工中会向周围环境发出强烈的电磁干扰信号，这不仅影响了周围仪器设备的正常工作，而且对电火花加工机本身的放电状态检测构成干扰，影响了加工过程的稳定性。在环境问题日益突出的今天，从源头上减少或消除制造过程中出现的各种污染也是电火花加工技术所面临的重要课题。

总之，传统电火花加工效率低下，电磁污染严重的根本原因就在于它是一种脉冲性加工方式。人们都希望电火花加工的脉冲间隔能尽量小，甚至能把这种间隔缩小到可以忽略的程度甚至是零，从而提高加工效率。但是，由于加工稳定性和表面质量的制约，这种一味地减小脉冲间隔来提高加工速度的努力至今未能取得理想的效果。

发明内容

针对传统电火花加工中普遍存在的效率低下和电磁干扰问题，结合运动电弧的相关研究成果，本发明提出一种使用直流电源供电的高速电火花加工方法，能够在保证加工质量的前提下极大地提高电火花加工的速度。

本发明采用以下技术方案：

1)工具电极和工件分别接至直流电源的两极；

2)工具电极和工件在平行于被加工表面的面内发生相对运动，并由进给机构驱动工具电极与工件接近，至有放电现象产生；

3)工具电极与被加工工件间维持平行于被加工表面的相对运动和进给运动，使工件材料能被连续蚀除；

4)连续供给工作介质，以便及时带走工具电极与工件之间的加工屑。

本发明所使用的工具电极为空心电极，通过使空心电极旋转实现工具电极和工件在平行于被加工表面的平面内的相对运动。

本发明与现有技术相比，由于工具电极和工件之间存在高速相对运动，故使用直流电源供电时，电弧不会停留于同一个放电点上，而是按照一定的规律发生高速运动。从空间上看，放电现象在工具电极与工件相互接近的表面间均匀发生；从时间上来看，电弧对工件的蚀除作用持续不断。这就是电火花加工过程变成了一个时间上连续的材料蚀除过程，因而极大地提高了加工速度。此外，由于正常加工时的放电电压和电流比较稳定，因此不但省去了脉冲发生电路，节约了成本，而且对周围环境产生的电磁干扰也大为减小，从而提高了电火花加工的电磁兼容性。

附图说明

图1为本发明采用空心工具电极旋转实现直流动电弧电火花加工的实施例机械结构示意图。

图2为直流动电弧电火花加工方法的电路部分组成示意图。

图中，1—主轴夹具；2—工作介质通道；3—工件；4—空心工具电极；5—工作台；6—直流电源；7—开关；8—限流电阻。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

图1为本发明采用空心工具电极旋转实现直流动电弧电火花加工的实施例机械结构示意图。它包括能做旋转运动的主轴夹具1，夹在主轴夹具上的空心工具电极4，工作台5和安装在工作台上的工件3，其中空心工具电极4的中心孔作为工作介质通道2的一部分。该方法的电路部分如图2所示，空心工具电极4通过限流电阻8和开关7接到直流电源6的一极，而工件3则直接接到了直流电源6的另一极。应该说明的是，工件与工具电极之间发生和维持放电现象所需的放电间隙与直流电源电压的数值有关，直流电源所提供的电压越低，放电间隙就越小，产生和维持火花放电也越困难；相反，电源电压越高，放电间隙就越大，产生和维持火花放电就越容易。考虑上述因素，可以采用几十伏以及更高电压的直流电源供电，这样放电过程才比较容易控制。

加工时，接通开关7，并使主轴夹具1带动空心工具电极4旋转，工具电极的旋转速度，更确切地说是工具电极在平行于被加工表面的面内的线速度是影响加工过程的重要因素，在其它条件一定的情况下，工具电极在平行于被加工表面的面内的线速度越高，就越有利于放电点位置的连续变化，这对防止因在同一点连续多次放电而引起的烧伤是有利的。因此，可以使工具电极在平行于被加工表面的面内的动线速度达到1m/s以上。在旋转的同时主轴夹具1带动空心工具电极4向着工件3作伺服进给运动，直至有放电现象产生。此时会看到，空心工具电极4和工件3之间会在最接近的环形表面上发生均匀的火花放电，这实际上是由于人眼睛的视觉暂留作用，不能分辨出电弧在空间上的高速运动所造成的。此时放电区域内工件3表面的材料会在电弧的高温作用下不断发生液化甚至气化，在火花放电的爆炸力和工作介质通道2中连续供给的工作介质的带动下脱离工件3表面而成为加工屑。随着工件3表层材料的去除，空心工具电极4在主轴夹具1的带动下维持平行于被加工表面的相对运动和进给运动，使工件材料能被连续蚀除。

由于电弧在空间上发生高速运动，单就电弧运动路径上的某一点来说，电弧是脉冲性的，不会发生该点的烧伤现象。这样，电火花加工就可以直接使用直流电源供电，并且任一时刻工件3上必然有一点处于被蚀除过程中，电火花加工就可以连续进行而不必被传统加工中的脉冲间隔打断，这无疑会极大地提高电火花加工的速度，从而实现更高效的加工。此外，由于电弧在时间上持续存在，放电电流是连续的，这样放电过程所产生的电磁干扰也会大大减小。

针对不同的加工要求，本发明中的工具电极也可以采用丝状或轮状等其它形状，工件和工具电极的相对运动除旋转以外也可以由平动或平动与旋转共同实现。

Claims (1)

1.一种直流动电弧电火花加工方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：

1)工具电极和工件分别接至直流电源的两极，所述的工具电极采用空心电极；

2)通过使空心电极旋转实现工具电极和工件在平行于被加工表面的面内发生相对运动，工具电极在平行于被加工表面的面内的动线速度达到1m/s以上；并由进给机构驱动工具电极与工件接近，至有放电现象产生；

3)工具电极与被加工工件间维持平行于被加工表面的相对运动和进给运动，使工件材料能被连续蚀除；

4)连续供给工作介质，以便及时带走工具电极与工件之间的加工屑。

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