石墨电极电火花加工性能的影响因素分析

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1、石墨电极电火花加工性能的影响因素分析影响石墨电极电火花加工性能的因素很多，各因素的合理配合对电火花加工特性有重要的影响。分析了主轴性能、脉冲电源及智能控制、工作液、电参数和加工极性选择等对石墨电极加工性能的影响，为生产实践提供了理论依据。在电火花加工中如何正确选用石墨材料，并达到最佳的使用效果，不仅需考虑石墨电极材料牌号，同时要考虑加工参数及其机床性能等因素。影响石墨电极电火花加工性能（加工速度、加工表面粗糙度和电极损耗）的因素主要有机械系统性能、脉冲电源、控制系统、加工面积、放电参数、工件材料、工

2、作液、电极形状、冲液方式等。本文根据国内外的有关研究着重从电火花机床、放电加工参数和加工材料等方面进行系统的分析和论述。1机床特性对石墨电极加工性能的影响1.1主轴性能的影响主轴是电火花成形机的一个关键部件，它控制工件与工具电极之间的放电间隙。主轴的抬刀速度、传动速度和摇动方式直接影响生产率、表面粗糙度和加工稳定性等工艺指标。目前已普遍采用步进电动机、直流电动机或交流伺服电动机驱动主轴。1.1.1抬头排屑主轴抬刀对于改善深槽（型腔）窄缝等微细加工的排屑，防止积碳和二次放电等现象有明显影响。发展高速抬

3、刀是必然趋势。目前交流伺服电机驱动，抬刀速度一般可达3~5m/min[1]。日本Sadick公司AQ35L主轴采用直线电机控制，传动机构简单，不用滚珠丝杠，没有传动间隙，能实现高速度、高加速度移动，满足了EDM加工高速响应的要求。最大驱动力高达3000N，快进速度可达100m/min，最大加速度达到1g以上，能及时排除电蚀产物消除集中放电、二次放电。间隙不均匀性等得到极大的抑制，特别是对加工深槽窄缝能产生良好的效果[2]。例如：用端面面积为1mm×38mm、斜度1°的石墨片电极加工钢，深度达70mm

4、，免冲液，粗加工用时2h10min，精加工用时1h30min，总共用3h40min，提高了加工速度。瑞士Charmilles公司的ROBOFORM35P机床，不但提高了主轴运动速度，还提高了坐标轴的运动速度，使电极交换时间节省35％。用截面20mm×20mm的电极，无冲液加工100mm深的型腔，加工时间仅为5h，表面粗糙度达到Rmax10μm。MakinoEDNC系列抬刀速度在小型机床上是2m/min，在大型机床上是10m/min。1.1.2主轴摇动主轴的摇动功能可使加工表面均匀，得到高精度和高质量

5、的加工表面。目前已有多种摇动方式，除了圆形和方形摇动外，还有六角、半圆柱、半球、三维射线、三维圆弧等摇动轨迹，遇到其他任意形状，可根据一个完整的轮廓建立所需的摇动方式。日本MitsubishiEA系列电火花机床新开发的OrbitPro摇动功能，电极以恒定运动进行加工，跟踪目标形状，实现高稳定加工；而常规摇动加工，沿目标形状一点一点连续加工，电极移动不平滑，变速移动，加工不稳定，两者对比如图1所示。1.2脉冲电源及智能化控制的影响脉冲电源对电火花加工的生产率、表面质量、加工速度、电极损耗等都有很大的影

6、响。模糊控制（FC、FLC）电源是利用CNC系统对间隙量、间隙电压、瞬时放电状况等参数进行检测，通过专家系统进行比较判别，对电参数与伺服系统进行控制的一种脉冲电源。它一般可提高加工速度20％~30％，降低了电极损耗，在深槽、筋、多型腔、大面积的加工中效果尤为明显[3]。FP脉冲电源是为控制加工屑而设计的脉冲电源，可防止短路时加工屑的集中，它通过对加工电流的控制，改善加工表面的质量，并且能够显著地降低电极损耗[4]。Mitsubishi最新型的电火花加工机床采用全新FPⅡ电源，它有PS电路何α-SC电

7、路。PS电路提供一个稳定的超短脉冲讯号，放电脉冲的最佳控制防止了短路现象，实现稳定的无光泽表面精加工，排除了精加工表面的波纹和凹陷现象。α-SC电路大幅度降低了小面积精加工（表面粗糙度为Rmax4~10μm）的电极损耗。MakinoEDNC系列电火花加工机床采用P-脉冲2，加工稳定，尤其适合使用石墨电极加工，可消除不规则放电现象，实现HQSF（HighQualitySurfaceFinishing）（图2）。采用人工智能（IES）自动控制放电过程，通过专家系统实现旋转补偿、检测等多种功能。高灵敏度放

8、电伺服技术可进行无冲液放电，由于在无冲液放电时，电火花间隙变化不大，可实现稳定可靠的精加工。并且可以10m/min（EDGE2型）的速度进行主轴快速跳跃，排除气体和残渣，能在无冲液的状况下加工深窄腔[5]。1.3工作液的影响根据实际生产经验，使用石墨电极进行电火花加工时，宜采用专用的合成型火花油或混粉工作液。重要品牌有：美国HirschmannEngineering公司生产的Ionoplus牌工作液，意大利CommonWeahhOil公司生产的EDM244，以及ESS