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电火花加工的基本系统
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电源向电极/工件系统提供直流脉冲。脉宽、 间歇、电压和电流值均由手工设置。电火花机 启动后，伺服微处理器若检测到放电间隙太大， 无法进行电蚀，它将[通知]伺服机制降低主轴 头。 一旦火花产生，主轴头的下降运动就停止。 这时，若火花间隙固定不变，电火花就不断蚀 除工件表面。当蚀除的金属达到一定的程度， 火花间隙变大时，微处理器也能检测到这一情 况，并[通知]伺服机制降低主轴头达到设置的 间隙，继续进行电火花加工。
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到了20世纪90年代，计算机控制系统能够 对所有的加工参数进行控制。它可以自动调节 电流强度、脉宽、间歇、伺服系统和其他设置， 从而提高加工效率。同时，在精加工回路和平 动加工控制方面也有了很大的进步。多轴向加 工及电极或工件的移位和旋转均可以实现程序 控制。
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右图：九张图片逐步显示了 单个电火花加工周期中发生 的情况，说明了热电模型形 成的过程。
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图解1：电压开始上升，带电电极慢慢靠近工件。 电极与工件之间是绝缘油，即电火花加工中的介 质油（火花油）。
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众所周知，火花油（介质油）是良好的绝缘物， 但是电压足够大时可以使它分解成带电离子，因此， 在产生电火花前的高压空载电压设定越高，就越容 易分解电离子 。悬浮在火花油中的石墨微粒和金属 微粒有助于电流的传导，这些微粒能够参与火花油 的电离，直接携带电流，还可以促进火花油被电离 击穿，随着带电离子的增多，火花油绝缘能力开始 下降。
电火花加工的历程
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• 电火花加工对传统加工的挑战
平动头、线切割加工、数控（CNC）加工， 旋转主轴、自动换刀和自适应系统等技术代表 了电火花加工从原先的 [巫术]转变为广为接受、 发展迅速的技术。这些改革使电火花加工机操 作简便，精确度增加，表面光洁度得以改善。 尽管在速度方面，它无法同传统的铣削、研磨 媲美，但已经有了极大的提高。电火花加工的 魅力还在于它可以实现无人管理操作。
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对众多设计师和制造工程师而言，电火花 加工是一种理想的加工过程。许多机械厂已经 开始考虑用电火花加工取代传统加工方法，配 合现有的铣床、磨床、获得更好的加工效果。 电火花在加工硬质材料和其他难以加工的材料 时表现最出色。人们能够使用这种没有接触的 加工方法制造加工脆性零件和薄壁零件。
电火花 （EDM） 加工工艺基础
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一、电火花的发展史
您了解吗？ • 电火花工艺是在什么时期出现的？
• 电火花（EDM）机床是哪个国家发明 的？ • EDM机床历经了怎么样的变革？
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1、电火花加工工艺的起源
见过闪电劈击地面的人其实都见识了电火 花加工（EDM）的威力，闪电是电火花加工最 原始的形式（图1）。在古罗马时期的神话中， 人们传说当伍尔坎（火与锻冶之神）锻造他的 剑时，锤打的声音就是雷声，而锤打时溅出的 火花便是闪电。其实，这种古老的传说与电火 花加工的原理相去不远了。
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由于这两项改革，1943年5月10日，由前 苏联科学家B.P .拉扎连柯教授、院士发明的 电火花加工工艺不再是偶尔用之的修补的工 具，而成为生产工具。使用电火花机能够获 得精确、可靠、恒定的结果。
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• 发展时期
苏联科学家们的发明，受到美国的极大关 注，人们开始致力于电火花加工的设置，并形 成了大量的基本理论。尽管各理论观点不尽相 同，但有关火花间隙中电火花加工的原理在主 要理论中是普遍认同的。 到五十年代，人们不仅注重可控制火花间 隙，而且致力于发展电源。人们开始使用真空 管来提供直流电（DC）保证持续的脉冲时间， 可以提高加工速度，减少电极损耗。但真空管 无法负载足够大的电流，开关转换也不够快， 因此无法精准控制脉宽和间隙。
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2. 电极材料
由于技术的不断改善和发展，电火花加工各 方面的竞争日趋激烈。 20世纪 60 年代，人 们开始仔细研究电极的材料，开展了大量实 验寻找经济、易于加工、损耗率低的材料。
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石墨是在60年代中期开始被用作电极材料， 但那时它只占很小的市场份额。虽然当时的石 墨十分廉价，加工方便，比大多数的金属都耐 高温，并且损耗比普通金属要低，但是另一方 面，它无法加工到精密尺寸，质量不均匀，而 且由于石墨颗粒粒组成方向不同，用于电极时 导电等向性表现就不一至。
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3. 电火花机床
• 电火花加工的基本系统
在基本的活塞型电火花加工系统（下图） 中，主轴头在伺服系统驱动下作精确的上下运 动。伺服系统由同电源连接的微处理器控制。 电源的一极与工件相连，工件浸没于介质油中。 油槽与油箱、油泵及过滤系统相连。油泵提供 压力对加工面进行冲油，并使介质油流动；过 滤器用于去除介质油中的杂质；而油箱用于提 供和储存加工中使用和排出的介质油。电源的 另一极与电极相连。
左图1：在钛氧化物上进行电火花加工。来自 电极（云层）的能量形成闪电，并通过电介 质（空气）作用于工件（最近的物体）。
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• 早期
在一战之后二战之前，电火花加工工艺开 始进入加工车间。当 时只能应用于去除工 件上损耗的钻头、丝 锥等。操作比较困能， 进给由手工控制，易 导致更多的拉弧而非 火花，因此没有用于 生产上。
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• 可平动的手动电火花加工机床
20世纪70年代平动系统开始发展。通过平 动头，伺服系统能够按预置方式使电极侧向运 动。这样，电极用于切削的不仅是其端面，而 且是它的每个侧面。平动加工可以减少加工型 腔所需的电极数量。也因此，用于粗加工的电 极同样还可用于精加工。
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图解六：当脉冲将近结束时，电流和电压都呈稳 定状态，气泡中的热量和压力达到最大值，一些 金属被熔蚀。此刻，直接位于柱形放电通道下的 金属层处于熔融状态，受到气泡的压力而原地不 动。强烈的电流通过放电通道，其中充满了金属、 火花油和碳气化后的过热等离子体。
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图解七：一进入间歇，电流和电压就降至 零，温度骤然下降，导致气泡爆炸，熔融 的金属被抛离工件表面。
左图中：带电的电极受到火 花油的绝缘作用，不至于把 电传导到整个机身上。
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图解二：随着电离（带电）粒子的增多，火花油的 绝缘力下降。同时在电场最强的部分开始形成一条 狭窄的通道。电压达到峰点，但电流保持为零。
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图解四：当电极靠近工件时，由于火花油绝缘 力下降及电极周围都是电离子，电流开始传导 向工件，并趋於上升，电压开始下降。
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最新型的自适应性控制是实现电火花加工无 人化管理的关键。该装置能够监测火花间隙中 的状态，避免直流拉弧。它可以自动检测到加 工时的不稳定状态并加以调整，在电蚀开始前， 调整火花间隙达到稳定状态。 直流拉弧是由于蚀除下来的工件材料和电极 的碎屑阻塞了火花间隙，由此产生直流电引起 的。这种情况危害很大，因为它会损坏甚至彻 底破坏电极和工件。现在我们可以完全避免直 流拉弧，所以电火花机就可以长期无需人为管 理了。
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图解五：随着电流的增加，热量快速积 聚，电压继续下降。热量使部分火花油、 工件和电极气化，形成放电放电通道。
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图解五：一个气泡试图向外膨胀，但由于离 子受到强烈的电磁场作用，不断冲向放电通 道。这股冲力抑制了气泡的膨胀。此时，电 流不断增加，电压继续下降。
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1964年，美国开发了一种新型石墨，消除了 以上所有的问题。当时，并没有意识到这项发 明将对电火花加工业的发展起到举足轻重的作 用。随著现场实验的断续，新一代石墨的作用 越来越明显，其对于电加工业贡献绝不亚于先 前的固态电源、主轴伺服控制和其它发明。这 项贡献为美国的电极材料市场带来了巨大的变 革。在美国以前百分之八十的厂商使用的是金 属，石墨的比例不到百分之二十。而到1984年 底，展。
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图解八：新的火花油涌入型腔，冲走杂质， 冷却工件表面。未被抛离的熔融金属凝固 成重铸层。
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图解九：被抛离的金属凝固成圆形小颗粒和电极 上掉下来的碳屑一起分散在火花油中。没在破碎 的气泡浮到油面。如果间歇不够长，那么杂质可 能会集结起来，影响放电的稳定性。在这种情况 下还可能会产生直流拉弧（二次放电），损坏电 极和工件。
如今，电极的损耗可以自动监测，机床 的监测系统使电极的修整和加工方向的调整 都无须操作者动手。 机床可以自动更换电极，连续加工，用 机械手装夹工件，电火花加工机床因此进入 了一个全新的时代。
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• 电火花加工业
最新的电火花机床是模拟技术精湛的操作者 制成，它能在无人监控的情况下获得最佳的加工 效果。这些巨大的进步使制造行业中越来越多的 部门开始使用电火花机床（下图）。
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二、放电过程原理
您知道吗？
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EDM加工靠什么去除工件上的材料？
火花油的作用是什么？ 铜电极与石墨电极有什么不同？
• 一样的火花位同时加工两个型腔快还是逐 个加工快？ • 电极为什么会损耗？
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1.间隙内电火花加工状况
了解EDM加工中电极和工件间发生的加工 情况对我们帮助非常大，了解EDM加工的理论 的基本知识有助于解决技术问题，有助于正确 选择电极材料，有助于理解适合一项工作的材 料为什么有时候在另一项工作中却差强人意的 原因。了解EDM操作原理，有助于操作者提高 工作效率，降低人为出错率。如果加工技术与 操作技巧相结合，那么将会使你成为一个出色 的EDM技师。
电极的平动能够提高加工速度，改善表面 光洁度，改善冲油条件，提高加工精度。 但由于机床上平动的电极是无人控制的， 所以火花间隙中的问题可能导致电极缩回，必 须等到操作人员清理火花间隙，重新启动机器 后才能继续工作 。