電火花成形機教學研究

劉 軍

（福建林業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，福建 南平 353000）

我校有一臺漢川機床有限責任公司生產(chǎn)的精密單軸數(shù)控電火花成形機HCD300ZK和三臺泰州亞豐數(shù)控機床有限公司生產(chǎn)電火花數(shù)控線切割機床DK7732。在教學中筆者發(fā)現(xiàn)學生對線切割有濃厚興趣，而對電火花卻不感興趣。具體原因線切割有軟件編程，又可以加工各種形狀，學生對此非常喜歡。而我校精密單軸數(shù)控電火花成形機由于功能簡單，僅有拷貝功能。學生觀察半個小時失去興趣。本人從事電加工教學多年，深知電火花成形機在實際生產(chǎn)重要性，特別是電火花參數(shù)，它影響電火花加工速度和電極損耗以及表面粗糙度三者之間關(guān)系。筆者根據(jù)電火花參數(shù)設(shè)置基本參數(shù)，讓學生在基本參數(shù)基礎(chǔ)改變一個參數(shù)加工20min，要求學生觀察電流、電壓變化，用深度尺測量加工深度和電腦顯示屏已加工值比較，算出電極損耗。一開始加工時間不要太長，否則學生容易失去耐心和興趣。

實驗前要求學生用Φ25mm銅電極加工雙面磨過45鋼板。前提條件采用上油加工油面超過45鋼板50mm，波形選擇45（等脈寬無階梯），打開模糊控制開關(guān)（設(shè)置CTL2=42表示連續(xù)檢測到4個非正常脈沖將當前停歇擴大2倍CTL3=42表示連續(xù)檢測到4個短路脈沖將當前管數(shù)IP減為2）。當然在實驗之前我們必須讓學生了解電火花參數(shù)基本規(guī)律，用實驗數(shù)據(jù)加以證明。

根據(jù)脈沖寬度選擇原理，在其它工藝條件不變前提下，在一定范圍內(nèi)，隨著脈沖寬度增大，切割速度呈上升趨勢，表面粗糙度變差，當超過臨界時，加工穩(wěn)定性變差使切割速度下降。通過實驗可以看出，相同條件下脈寬以80μs增加到230μs，20min內(nèi)測量深度逐漸變深。說明隨著脈寬增大，切割速度呈上升趨勢。但脈寬超過280μs，發(fā)現(xiàn)加工深度不再上升，反而下降。學生認為這同上面理論相違背。如何解釋上述現(xiàn)象？脈寬是指放電時間，脈寬280μs超過臨界點，通俗說230μs放電時間足夠使金屬融化，多余50μs能量過剩，這時多余放電能量會燒傷工件。由于多余放電時間加長，在同樣時間切割速度反而下降。由于會燒傷工件這不難解釋隨著脈沖寬度增大，表面粗糙度變差?？墒菍W生經(jīng)常為了使表面粗糙度變好就減小脈沖寬度，這樣做雖然避免燒傷工件，但如果放電時間太小沒有足夠能量使金屬融化，反而使表面粗糙度變差。脈沖寬度選擇必須一定實際條件相匹配。

根據(jù)脈沖間隔選擇原理，在其它工藝條件不變前提下，減小脈沖間隔，可提高脈沖放電頻率，從而使切割速度上升。通過實驗可以看出，在相同條件下脈沖間隙從110μs到40μs，20分鐘內(nèi)測量加工深度不斷增加，這點同上面理論相符合。脈沖間隙到20μs反而測量加工深度有下降趨勢，學生認為這同上面理論相違背。這說明脈沖間隔不能無限壓縮，也存在一個臨界值，當脈沖間隔過小時，排屑出現(xiàn)困難，消電離不充分，加工必然不穩(wěn)定且易出現(xiàn)拉弧燒傷工件，使加速度下降。

脈沖放電能量是峰值電流ip與脈寬ON組合起來就構(gòu)成，ip取決于IP和V。本電源的主電源回路是用VMOS效率管的開關(guān)功能提供的，其動作回路數(shù)有IP選擇，回路多ip大?；芈冯妷河蒝決定，V大ip也大，脈沖放電能量也大。根據(jù)峰值電流選擇原理，隨峰值電流加大，脈沖能量增加，切割速度相應(yīng)加大，加工表面粗糙度變差，但當峰值電流超過某臨界值時，過大峰值電流將導致工件燒傷，加工穩(wěn)定性下降進而導致切割速度下降?；芈房蛰d電壓選擇原理如同峰值電流選擇原理。通過實驗，可以觀察IP從4到9，加工電流明顯不斷增加，加工深度明顯不斷增加，加工表面粗糙度明顯變差。從實驗數(shù)據(jù)可以觀察空載電壓為1（90伏）比空載電壓為0（60伏）加工深度明顯增加了。說明隨峰值電流、電壓加大，脈沖能量增加，明顯提高加工速度。學生可以觀察這同上面理論相符合，而且加工深度要比脈寬、間隔明顯多。所以我們認為ON、IP、V用來決定單個脈沖能量，是左右加工表面粗糙度，電極損耗等加工結(jié)構(gòu)的最重要參數(shù)，放電能量主要與IP、V成正比例，當放電能量越大，打出來的坑越深，ON時間越長，放電作用的時間越長，融化的面積越大。

從實驗數(shù)據(jù)可以看出實測量加工深度和電腦輸入的深度值不一樣。實測量加工深度=電腦輸入的加工深度值+放電間隙—電極損耗值+零點定位方法所造成的誤差。加工工件用雙面磨過45鋼板，我們在用百分表校正，所以將在零點定位方法所造成誤差忽略。電容設(shè)置為零，電極損耗小于1%。也就是說加工1mm電極損耗值0.01mm。由于20分鐘加工時間太短，幾乎看不出電極損耗，所以將電極損耗值忽略。電火花放電間隙范圍0.01~0.50mm，放電間隙與峰值電流有關(guān)，峰值電流越大，放電間隙不斷增加。放電間隙可以用游標卡尺測量出加工圓直徑和電極直徑相減得到，從實驗數(shù)據(jù)看出放電間隙為0.02。所以實測量加工深度=電腦輸入的加工深度值+放電間隙，實測量加工深度往往大于電腦輸入的加工深度值。

從表實驗數(shù)據(jù)看出放電間隙發(fā)生變化，從可以觀察峰值電流IP從4到9，放電間隙不斷增加，說明隨峰值電流、峰值電壓加大，放電間隙不斷增加。從實驗數(shù)據(jù)實測量加工深度=電腦輸入的加工深度值+放電間隙。當有了電極損耗是，實驗數(shù)據(jù)實測量加工深度小于電腦輸入的加工深度值+放電間隙。電極損耗=電腦輸入的加工深度值+放電間隙—實測量加工深度。例如峰值電流IP5電極損耗0.66+0.08-0.7為0.04，峰值電流IP7電極損耗為0.06，峰值電流IP9電極損耗為0.10。我們看出隨峰值電流、電壓加大，電極損耗不斷增加。如果電極損耗大于放電間隙，電腦輸入的加工深度值有可能大于實測量加工深度。

文章并沒有列舉所有參數(shù)變化影響電火花加工速度和電極損耗，由于20分鐘加工時間太短和測量誤差影響，文章所有實驗數(shù)據(jù)并不完全準確。我們目的是通過實驗來增強學生興趣，電火花參數(shù)千變?nèi)f化，要想真正掌握必須學習書上理論，在實踐去驗證理論。