多电极电火花穿孔机

目前，在金属尺寸加工过程中，有许多机械加工难以解决的工艺，已逐步被电火花加工所代替。所谓电火花加工，就是利用介质击穿放电时所产生的火花使金属遭到破坏的现象，来代替机械加工的一种方法。这种加工方法有很多优点，例如它可以加工很硬的金属材料，如淬火后的钢材和硬质合金等，也可以将工件加工成很复杂的几何形状，包括各种复杂的几何形状小孔。

我们需要加工的产品零件，是一块体积为400×100×6毫米\(^{3}\)的黄铜板，要求在板上加工309个椭圆小孔，孔径1×2毫米，孔距0.5毫米，如图1所示。尽管我们对小孔孔壁的光洁度要求不高，但这种零件如果用机械加工方法也是很困难的。采用电火花加工就能比较容易地解决这个问题。

电火花穿孔工艺有两种，一种是将工件预先打好小孔（我们称为工艺孔），再将此孔成形修光；另一种是不预先打工艺孔，而是直接用成形的工具电极穿孔。我们的产品零件因为孔径小、铜板薄，所以采用了后一种加工方法。

电火花加工的基本原理如图2所示。直流电源（一般为150～300伏）和电阻R以及电容器C构成充电电路，在电容两端分别接上工具电极A（负端）和加工工件B（正端），它们构成放电电路。整个加工过程均在液体介质中进行。当直流电源经电阻R向电容C充电时，电容C两端的电压就逐渐升高，一直升高到B点（图3），使放电回路A、B之间的介质击穿，于是在击穿的介质区就产生电火花放电。在放电过程中电压急剧下降，一直下降到图3曲线中的C点，使工具电极A和加工工件B之间在液体介质中恢复绝缘，于是电容C又开始通过电阻R充电。这样经过多次放电以后，被加工工件B上正对工具电极A处就呈现一个凹状，这个凹状和工具电极A的形状相似，而A的形状则没有变化。如果使放电再继续下去，凹状将会被穿透，从而达到加工的目的。

电火花加工机一般总是将被加工工件接正端，工具电极接负端。我们选用了略小于孔径的铁针309个，用锡焊在铁条上作为工具电极（见图4）。需注意所有铁针都要焊得均匀牢固，各铁针顶端要排在一个水平面上（使全部铁针顶端到加工工件的距离相等），这样才能使各根铁针的放电电压相等，达到加工过程的一致。

全部电火花加工机的电路和主要结构如图5所示。我们没有采用变压器，而是将市电直接经过硒堆（100×100硒整流片，共72片）变为直流电。RC充放电电路为R\(_{1}\)、C和两个电极A、B。电位器R2部分是进给伺服电路。为了要达到不间断地放电，必须保持A、B两端的间隙恒定（这一恒定值我们常称为理想间隙）。为此，我们使工具电极A的自重略大于平衡重锤P，根据电蚀速度快慢，使工具电极A徐徐而下。如果偶然因电蚀量过大或进给量太快，而造成A、B之间短路时，伺服电机D将从电阻R\(_{1}\)取得信号电压（A、B短路后，流过电阻R1的电流增大），因而朝逆方向旋转，将工具电极A吊起；当A、B之间短路消除后，伺服电机就停止工作，这样就起了自动调节的作用。正常情况下，因A、B之间的放电电路内阻很低，随放电电流的改变，电机D中也有少量信号电流流过，使电机D经常有左右往复的蠕动现象，同时能使电极A产生振动，因而有利于消除短路故障。改变R\(_{2}\)可调整电极A的振动幅度的大小。

这部机器的电路虽然较简单，但它的机械结构和部分元件的制作，要求却很严格。为了使很长的工具电极A无左右偏动现象，以免影响加工的精确度，我们用了两根导柱和电极A连接起来，导柱再用轴承固定（只能上下移动），效果很好。伺服电机D宜选用功率大、转速高、体积小的。我们是将一般手持单相电钻的前端齿轮部分拆去（内部结构均不改变），直接装上使用的，经多次使用，效果良好。电容C宜采用电加工专用电容器（苏州福利工厂出品），要求容量大、 Q值高，耐压选用1000伏已够使用。电阻R\(_{1}\)可用英规18号冷阻丝在板形电阻片上绕制。为了提高线路效率，我们将此电阻作成无感式的，即用两根冷阻丝并绕，终点接到一起，如图6所示。可作多块不同欧姆数的电阻，根据C的容量大小串联使用。实验证明，RC的配合大致有下面的关系：

我们选用的是电容为1.5微法，电阻为60欧。C值越大，加工效率越高，但工件表面粗糙。C值小一些，加工后表面光洁度较高，但生产效率却大大降低。选用的时候可根据具体要求而定。还有一点需要说明，要增加放电能量，升高电压比增加电容值的效果显著得多，所以我们是将电容量固定，而将电源用调压器升高到240伏使用的，这样也没有发生电弧放电现象。

为了使机器工作可靠，我们加装了一些监视电表。工作电流一般随电源电压、充放电电容和工作物截面的大小而变，我们在加工上述零件时，工作电流在2.5～3安培之间。跨接在电容C两端的电压表V可使用0～300伏的直流电压计。在工作稳定的情况下，串联在伺服电机D电路里的毫安计指示在500～800毫安之间。（薛忠明）