专利名称：非导电材料电火花铣削方法
技术领域：
本发明属于机械加工领域，涉及一种非导电材料电火花铣削方法。
背景技术：
目前，国内外学者研究较多的非导电材料电加工方法主要有电解电火花复合加工、辅 助电极加工、高压电火花加工等方法。
非导电难加工材料电火花加工技术的研究与开发是当今电加工技术领域的一个研究热 点。目前，国内外学者多集中于研究非导电难加工材料电解电火花复合加工技术，该种加工 技术是利用电解液中的火花放电作用进行加工的，加工时工具电极接脉冲电源的负极，辅助 电极接脉冲电源的正极，当两极间加上脉冲电压时，由电化学作用，在工具电极表面产生气 泡，通过此气泡使工具电极表面与电解液间形成高的电位梯度，引起火花放电，由放电时的 瞬时高温及冲击波等作用来达到蚀除非导电材料的目的。该种加工方法存在效率低、能耗大、 加工精度低、表面质量差，同时加工过程中还排出有害电解气体，加工环境较差等问题。针 对通常的非导电难加工材料电解电火花复合加工技术存在效率低、能耗大等问题，刘永红提 出了充气电解电火花复合加工技术，该加工技术的生产率虽有较大的提高，但应用于实际生 产仍显较低，其加工精度和表面质量都较差，同时加工过程中还排出有害电解气体，加工环 境较差。
辅助电极电火花加工法把一个金属片或金属网预先放置在非导电材料的表面上作为辅助 电极，当工具电极放电打穿辅助电极后，在非导电材料表面上形成一层碳化导电层，使工件 表面具有导电性，工具电极与新形成的导电层之间产生放电，在蚀除旧导电层的同时，产生 新的导电层，从而实现对非导电材料的电火花加工；此后，人们又采用在非导电材料的表面
上镀敷金属、涂敷导电涂料等来形成导电层的方法，实现了非导电材料的电火花加工，但其 加工效率和精度均较低。
高压电火花加工是在尖电极与平板电极间放入绝缘的工件，两极间加以直流或工频交流 高电压，使尖电极附近的空气被击穿，发生辉光放电蚀除。由于两极间存在寄生电容，把电
源变为高频或脉冲性，可以流过较大的辉光电流。它所使用的高压高频电源的电压为5000 6000伏，最高电压为12000伏，频率为数十千Hz到数十兆Hz。该种加工方法仅可用于浅孔 的加工，且所加工孔的表面较粗糙。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非导电料电火花铣削方法，开发高效、实用的非导电材料电 火花铣削加工技术，解决非导电难加工材料的加工效率低、成本高等问题。
本发明的原理是正、负工具电极分别与脉冲电源的正、负极相连；正、负工具电极为 管状结构，被同轴安装在一起，两极间被一绝缘介质层隔开；导电液从内工具电极的中心孔 流向非导电材料的表面，在导电液沿流经正、负工具电极的端部时，引起火花放电，由放电
时产生的瞬时高温、高压作用来蚀除加工非导电材料；由正、负工具电极组成的工具电极头 被安装在主轴头上，主轴头可以带动工具电极头做旋转运动和Z方向的移动，被加工的非导 电材料工件安装在X、 Y移动工作台上，由主轴头和工作台之间的联动，来实现对复杂形状 非导电材料工件的电火花铣削加工。 本发明具有如下优点
1. 利用流经正、负工具电极端面的导电液在非导电材料表面引起的火花放电作用产生的 瞬时高温、高压来蚀除加工非导电材料，可以加工各种非导电的难加工材料。
2. 通过调整火花放电参数，可以在同一台机床上实现对非导电材料的粗、中、精加工。
3. 在非导电材料电火花铣削过程中，正、负工具电极与工件间的宏观作用力很小，可以 方便地实现对复杂低刚度非导电材料零件的加工。
4. 采用无电解作用的水基导电液作电火花铣削工作液，加工过程不产生电解作用，避免 了电解电火花复合加工方法存在的加工环境差、易锈蚀机床的问题。
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图1为依据本发明所设计出的非导电材料电火花铣削方法的系统构成图。
具体实施例方式
参见图l。本发明的非导电材料电火花铣削方法的系统构成图中，l是数字控制系统，主 要用于速度、位移和加工参数等的控制；2是正工具电极，与脉冲电源的正极相连，通过绝 缘隔套被安装在负工具电极上，可随负工具电极做旋转运动和Z方向的移动；3是负工具电 极，与脉冲电源的负极相连，被安装在主轴头上，可随主轴头做旋转运动和Z方向的移动；4 是连接数控系统与主轴直流伺服电动机的导线，为直流伺服电机提供检测与控制回路；5是 主轴系统，其上装有主轴头、可驱动主轴头做Z方向移动的直流伺服电动机和可驱动主轴做 旋转运动的直流电动机，在伺服控制系统的控制下，主轴头带动工具电极头做旋转运动和Z 方向的移动；6是导电液，是以石墨为导电介质配制而成的，加工时导电液由负工具电极的 内孔注入非导电材料的表面，在导电液流经正、负工具电极端部时引起火花放电，由放电时 产生的瞬时高温、高压作用来蚀除加工非导电材料；7是连接脉冲电源的负极与负工具电极 的导线，提供电火花铣削加工时的电流通路；8是脉冲电源，提供电火花放电铣削过程中所 需要的脉冲电能；9是连接脉冲电源的正极与正工具电极的导线，提供电火花铣削加工时的 电流通路；10是绝缘隔套，用于隔离正、负工具电极；11是被加工的非导电材料工件；12 是海绵擦头，用于向非导电工件材料表面刷涂导电液，创造工件表面的导电条件；13 X、 Y 方向移动工作台，在数控系统的控制作用下，带动工件做X、 Y方向移动；14是连接数控系 统与X、 Y方向移动工作台的直流伺服电动机的导线，为X、 Y直流伺服电机提供检测与控 制回路。加工时，内工具电极中心孔中的导电液通过海绵擦头被刷涂在非导电工件材料工件 的表面上，导电液沿非导电材料表面流经正、负工具电极的端部时，引起火花放电，由放电 时产生的瞬时高温、高压作用来蚀除加工非导电材料。
权利要求
1.一种非导电材料电火花铣削方法，其特征在于电火花铣削加工用的管状正、负工具电极被同轴安装在一起，两极间被一绝缘介质层隔开，导电液从内工具电极的中心孔流出，导电液沿非导电材料表面流经正、负工具电极的端部时，引起火花放电，由放电时产生的瞬时高温、高压作用来蚀除加工非导电材料。
2. 如权利要求l所述的非导电材料电火花铣削方法，其特征在于由正、负工具电极组 成的工具电极头被安装在主轴头上，主轴头可以带动工具电极头做旋转运动和Z方向的移动， 被加工的非导电材料工件安装在X、 Y移动工作台上，由主轴头和工作台之间的联动，来实 现对复杂形状非导电材料工件的电火花铣削加工。
全文摘要
本发明涉及一种非导电材料电火花铣削方法，属于机械加工领域。加工时，正、负工具电极分别与脉冲电源的正、负极相连，正、负工具电极为管状结构，被同轴安装在一起，两极间被一绝缘介质层隔开；导电液从内工具电极的中心孔流向沿非导电材料的表面，它在流经正、负工具电极的端部时，引起火花放电，由放电时产生的瞬时高温、高压作用来蚀除加工非导电材料；主轴头可以带动正、负工具电极做旋转和Z方向的运动，被加工的非导电材料工件安装在X、Y移动工作台上，由主轴头和工作台之间的联动，来实现对复杂形状非导电材料工件的电火花铣削加工。本发明的非导电材料电火花铣削方法具有加工效率高、表面质量好、对环境无污染等优点。
文档编号B23H1/00GK101185983SQ20071011505
公开日2008年5月28日 申请日期2007年11月26日 优先权日2007年11月26日
发明者于丽丽, 刘永红, 李小朋, 李庆云, 王大伟, 纪仁杰, 蔡宝平 申请人:中国石油大学(华东)