摘要:机械制造业的生产能力主要取决于机械制造设备的先进程度，产品性能和质量的好坏则取决于制造过程中工艺和加工技术水平的高低。电火花加工又称放电加工（简称EDM）是一种直接利用电能和热能进行加工的特种新工艺。本文将从电火花加工基本原理、以及实际加工中遇到的一些问题，如微小零件的窄缝和小槽部位的多工位定位装夹放电加工精度控制问题等，进行进一步研究探讨。
主题词： EDM 多工位定位装夹 小零件 精度控制
1 引言
目前利用电火花加工技术适用范围比较广泛，在我国机械工业高速发展的中，电火花被应用与其他机械加工无法完成的特种零件的加工中，其具有可加工高熔点，高硬度，高强度，高韧性的材料及形状复杂的零部件特点，如电火花可以加工精密的销孔，平底孔，异形腔，窄缝等。电火花加工发展趋势一直向着更加自动化和高精尖的程度方向发展，是机械制造工业必不可缺少的特种加工工艺。本文从电火花加工的基本原理、以及结合实际生产的一款不锈钢螺钉放电加工过程，浅析如何控制多工位一次放电的加工精度。
2 电火花加工简介
2.1电火花加工定义
电火花加工又称放电加工，1943年前苏联科学院院士拉扎连柯夫妇研究电路开关触点时发现火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，而且发现电火花可以集聚能量产生高温可以使局部金属腐蚀、气化而被蚀掉，这种放电引起的电极烧蚀现象叫做电腐蚀。随着技术的进步，通过将电腐蚀与数控控制、计算机编程相结合，逐步发展出了高精度，高可靠的电火花加工成型技术。
2.2电火花加工基本原理
电火花加工技术是利用波形脉冲正极与工件接通，负极与电极接通，工件与电极有0.1MM-0.2MM的间隙，将工作液中冲入放电间隙，通过间隙自动控制系统，使电极有序的向工件进给，脉冲电压将工作液击穿产生电火花放电，从而将该局部区域的金属工件氧化蚀除掉。一个脉冲紧接一个脉冲的重复放电过程，逐步把多余的金属材料腐蚀掉而到达尺寸公差的目的（如图1）。大致可分为三个连续的阶段：①电离——击穿——形成火花放电通道；②火花放电——热膨胀——腐蚀工件多余料和电极㈩③电蚀产物排出放电间隙——消电离。
3. 微小精密零件电火花单工位加工改进为多工位放电加工方法与精度控制
在实际生产过程中经常会遇到一些要求比较高且加工困难的微小精密工件，但同还需要很高的加工效率。本身此类零件利用电火花加工出来就比较困难，如图2所示，该零件属于非标件英制螺钉，市场上无法购买到符合要求的螺钉，加工完螺纹之后，需要放电加工内六角，且产品批量较大，单工位放电加工无法满足产能需求，需进行多工位放电，因零件本身比较小，精度要求较高，加工深度1.5±0.03mm，六角要求S=1.5+0.03mm，由于没有定位基准，夹持外螺纹容易夹偏，放电时易导致内六角加工偏；夹持力依靠靠人的感觉和经验控制，往往由于夹持力不均衡，夹持力过大会使零件外螺纹夹伤，夹持力过小放电时会把零件外表面螺纹电腐蚀，导致零件外表面有电火花放电痕迹，使零件报废。本文将通过此款零件作为加工案例进行微小精密零件电火花放电加工方法分析。
3.1单工位加工；
）电极 （2）加工图
图3 内六角螺钉零件示意图
如图（3.2）所示单工位加工的装夹与电极，在实际加工得到验证，单个零件加工时火花较大对电极的磨损也就大，导致加工完零件后电极磨损较为严重，而且单个零件加工时校正零件也比较的困难，首先就是定位基准，由于是二次加工，前道工序尺寸公差要求较低，这就导致后续多工位加工后偏差较大，一个零件直接用虎钳夹持后。夹持必须零件最大面的外螺纹的大经，由于零件由车床车削而成，在车削这个过程中，加工刀具会产生一定的磨损，从而导致零件的大经略有不同的变化，会直接影响放电加工的垂直和零件位置的偏差，必须每次加工前来校正每一个零件，生产效率比较低下，经过近期几个批次验证下来后，每个零件从加工电极——–电火花装夹单工位零件——–到零件走四面分中Z轴校正零位——–编辑电火花加工程序——–零件成品。精确的计算下来每个零件加工成品后大约需要40分钟每件，而且电极也会磨损较为严重，随之公司的不断发展，验证阶段已结束。大批零件要随着该工艺批量的生产加工。单工位加工只能完成前期新品验证单件或者小批量的生产与加工。
3.1.1 单工位电极校正与损耗；
电极是有车床一次车削成形，如图（3.1）电极比简单，由于零件放电加工时该放电部位较小，当脉冲电压放电能量施加工件与电极之间时，两极形成的放电能量主要集中在六个小棱边，导致棱边的放电能量增大，从而会产生的热量较多，电极的棱边损耗较大，此时电极的棱边损耗慢慢的向局部发展，使电极受损耗的部位放电后不能达到零件理想尺寸，再次更换新的电极再次校正进行二次放电。零件加工的尺寸，无法满足加工需求。
3.2.3多工位定位装夹困难
如图2所示此类零件较小，而且无一个稳定的定位基准，要求又比较高，使用多工位批产放电加工是比较困难的，首先就是定位基准，由于是二次加工，前道工序尺寸公差要求较低，这就导致后续多工位加工后偏差较大，造成六边形偏位，不在中心位置，不符合零件的图纸要求。再一个就是深度只有0.03MM的公差，二次成排又是多工位加工难。夹具定位精度很高，零件有高低长短不一，所以零件只能通过一个面作为定位基准，用夹具卡定主其他五个自由度来约束。
3.2.4电极与工件接触不均匀
多工位放电加工脉冲使加工时所有的工件不能同时接触到火花，在我们平常加工时经常会遇到此类的情况，多个二次裝夹定位的零件很难做到绝对的在一个基准为上；该内六角螺钉零件装夹通过外螺纹定位，外螺纹通过车削成形，每次车削时外螺纹的大小即使能控制在一定的范围内，但是加上刀具的磨损，外径大小还是会有一定的浮动偏差，导致我们电加工时放电偏位，偏差太大时会引起电火花对零件外表面产生火花放电，导致零件外表面腐蚀，严重影响零件的质量，而且还会造成其他的零件的加工深度或者是放电部位无法完成程序的轨迹路径加工。脉冲参数能量也会有不同程度的增大，瞬时脉冲能量积聚，还会给零件的加工时间延长；放电间隙减小，放电产物无法及时的排除，同时加工后零件的表面粗造度也会随之变得较粗较差，放电部位会留下一层黑色物体，电极磨损较为严重，零件无法满足使用要求。
4.微小零件电火花多工位加工问题的解决方法与零件精度控制
4.1制定合理的多工位夹具
以内六角螺钉为例，该零件的多工位放电夹具的设计必须以解决上文所述问题为出发点进行；通过综合分析设计并加工出一款复合体夹具如图（3）；夹具的外形部分是用精密平面磨床六面磨直角，内孔型腔是有慢走丝割一修二加工而成，使该零件外形与内孔完美的配合在一起，装夹零件时也比较简单方便，并且保证了该款零件装夹的一致性；Z方向以该零件的1.5mm台阶底部紧贴在夹具基准面上，加工六角内孔深度得到了一个理想的状态；其次夹具两边设计了两个卡口，装夹好零件后直接用黄铜卡块紧紧的卡住零件，每个零件的中心位置可以固定在0.02MM以内，用黄铜块卡住零件，则零件螺纹不会被夹伤，放电加工时零件表面不会电腐蚀，由于夹具装夹零件后以零件台阶为基准，经过验证可以完全保证多个零件中心位置，且加工精度大幅度的提高。28倍以上。而且每个电极加工13组零件，电极磨损后，可以用线切割切去磨损部分继续使用，累计每个电极可加工零件 500件左右，节约了大量的电极材料和加工成本。
图4 内六角螺钉多工位放电电极
4.3 放电参数的设定和程序编制；
以沙迪克AD30ls电火花设备为例及根据此次生产多工位批量零件的放电产生选择运用：脉冲的间隔时间的选择，开粗加工长脉宽时取脉宽的1/5-1/10左右，二次精修放电加工时取脉宽的2-3倍，放电加工脉间大，生产加工效率低，如果脉间过下，不利于加工排削，则加工不稳定，还特别容易产生拉弧。加工面积小不宜选择大电流，否则电极与工件的间隙内的放电产物过多，不易排出，因此在编制程序时电流不能选择过大，应减少峰值电流或者加大脉冲间隔，增加放电加工中抬刀的次数和抬刀的时间。然后增大冲油和抽油的排屑的功能。参数选择与程序如图（4）：
来源：山东人阿腾的简单生活
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