电加工教学课件

电加工教学课件电加工技术原理与应用全面解析第一章电加工基础知识概述电加工定义与分类电加工是一种利用电能直接或间接作用于工件表面，使材料选择性去除的特种加工技术不同于传统机械切削，电加工过程中工具与工件之间可能无直接接触主要分类1电火花加工EDM利用脉冲放电产生的热能熔化工件材料2电化学加工ECM基于阳极溶解原理的无应力加工方法3电解加工利用电解作用去除材料或改变表面性能电加工的历史与发展1年1943苏联科学家拉扎连科（B.R.Lazarenko）夫妇发现了电火花现象并将其应用于金属加工2年代1950-1960电化学加工技术兴起，线切割电火花加工开始工业应用3年代1970-1980数控技术与电加工结合，提高了加工精度和自动化水平4年至今1990多轴控制、智能化监控系统和复合加工技术推动电加工进入高精度、高效率时代电加工的优势与应用领域独特优势主要应用领域可加工任何导电材料，包括高硬度、高韧性材料能够加工复杂形状和精细结构，如深窄孔、内腔加工过程中无机械应力，减少工件变形航空航天实现微细加工，适合精密零件制造可集成自动化系统，提高生产效率涡轮叶片、发动机零件、复杂结构件模具制造注塑模、冲压模、精密模具腔体医疗器械植入物、手术器械、微创设备电子工业微电子元件、精密连接器、散热器电火花加工实景图中展示了现代电火花成型加工机床正在加工复杂模具的场景可以观察到工作液喷射与放电火花现象，这是电火花加工的典型特征第二章传统电火花加工（）技术详解EDM本章深入探讨电火花加工的原理、设备构成及工艺参数控制，为学生提供系统的EDM技术知识加工原理EDM基本原理电火花加工是利用脉冲放电在电极与工件间产生的高温（约8000-12000℃）熔化、气化和爆炸去除工件材料的过程放电准备电极与工件在工作液中保持微小间隙，施加电压击穿放电当电场强度超过工作液击穿强度，形成放电通道材料熔化电火花加工是一个微观物理过程，通过成千上万次的单脉冲放电累积效应完成材料去除高温使局部材料迅速熔化、气化，形成微小坑每次放电仅去除微小体积材料，但频率可达数千次/秒排屑冷却工作液冲走熔融物质，准备下一次放电设备组成EDM脉冲电源系统提供稳定的脉冲电压，控制脉冲宽度、电流大小和频率，决定加工效率和表面质量伺服进给系统精确控制电极进给，维持最佳放电间隙，实时响应放电状态变化工作液循环系统提供清洁工作液，冷却工件，清除加工废料，维持加工区域稳定环境数控系统控制加工参数，监测加工状态，协调各系统工作，实现自动化加工现代电火花加工设备通常配备CNC控制系统，支持多轴联动，能够实现复杂三维曲面的精确加工根据应用场景，EDM设备主要分为成型电火花、小孔电火花和线切割电火花三大类加工参数解析EDM关键电参数电极与工艺参数脉冲电流（I）电极材料适用场景磨损率决定单次放电能量，影响材料去除率和表面粗糙度石墨粗加工，大型模具低一般粗加工20-100A，精加工5-20A铜精加工，高精度要求中铜钨合金高精度，复杂形状极低脉冲宽度（τ）黄铜穿孔加工高放电持续时间，影响加工效率和电极磨损其他工艺参数通常范围1-2000μs•放电间隙通常为

0.01-

0.5mm脉冲间隔（t₀）•工作液压力

0.1-

0.3MPa•工作液电阻率1×10⁴-5×10⁴Ω·cm两次放电之间的间隔时间，影响稳定性和冷却效果通常与脉冲宽度成比例关系占空比τ/τ+t₀，影响平均功率和加工效率粗加工

0.5-

0.8，精加工

0.2-

0.5参数优化是提高EDM加工效率和质量的关键，需要根据工件材料、尺寸精度和表面要求综合设置加工工艺流程EDM01工艺分析与电极设计根据工件特征设计电极形状，考虑放电间隙补偿和电极磨损02电极制作与检验使用精密机床加工电极，确保尺寸精度03工件与电极装夹确保正确定位和牢固夹持，减少加工误差04加工参数设定根据材料、精度要求设置电参数和工艺参数05粗加工与精加工分阶段进行，先高效去除大量材料，再提高表面质量06工件清洗与检测清除工作液和微小碎屑，检测尺寸和表面质量合理的工艺规划和参数设置是EDM加工成功的关键对于复杂工件，常采用多电极分步加工策略加工火花放电示意图EDM放电间隙微观现象材料去除机理放电间隙通常为

0.01-

0.5mm，是EDM加工的核心区域在此区域内，每次放电在工件表面形成微小火山口，直径约为10-500μm通过数百电场强度高达10⁵-10⁶V/cm，足以击穿工作液形成等离子通道万次放电累积效应，逐渐形成与电极相反的形状放电通道温度可达8000-12000℃，足以熔化任何已知材料放电持续时工作液的流动带走熔融材料，同时冷却工件表面，防止热影响区扩大间通常为几微秒到几百微秒第三章电化学加工（）技术详解ECM本章介绍电化学加工的基本原理、设备构成和工艺特点，帮助学生掌握ECM技术的应用要点加工原理ECM基本过程装配工件和工具电极工件作为阳极+，工具电极作为阴极-，间隙

0.1-

0.5mm通入电解液通常使用NaCl或NaNO₃水溶液，浓度10-20%施加直流电压典型电压为5-25V，电流密度20-200A/cm²电解原理阳极溶解电化学加工基于法拉第电解定律，利用直流电在电解液中产生的电化学反应使工件材料选择性溶解工件材料以金属离子形式溶解进入电解液溶解量与通过的电量成正比m=k·I·t式中m为材料去除量，k为电化学当量，I为电流，t为时间产物排出电解液流动带走溶解产物和热量ECM加工过程中电极不磨损，工件表面无热影响区，无机械应力，加工表面光洁度高设备与工艺参数ECM设备主要组成关键工艺参数参数典型值影响因素电流密度20-200A/cm²材料去除率直流电源系统极间间隙

0.1-

0.5mm加工精度提供大电流低电压直流电，通常为5-25V，几百至几千安培电解液流速10-50m/s产物排出电解液温度25-40℃加工稳定性电解液浓度10-20%导电性电解液循环系统过滤、冷却、调节电解液，维持高流速和稳定浓度进给速度

0.1-10mm/min加工效率工具电极系统阴极工具电极，通常为铜、不锈钢等导电材料进给与夹具系统控制电极进给速度和工件定位精度的优势与局限ECM显著优势主要局限高材料去除率材料限制材料去除效率高，可达1000mm³/min，大幅超过传统EDM仅适用于导电材料，难以加工非金属材料无工具磨损设备成本高工具电极不消耗，长时间保持精度，适合大批量生产高功率电源和精密液压系统导致设备成本较高无热影响区电极设计复杂不产生热变形和残余应力，不改变材料金相组织电极设计需考虑电流分布，制作精度要求高表面质量高环境考量可获得Ra

0.1-

0.8μm的高质量表面，减少后续加工电解液处理需考虑环保要求，运行成本较高适合复杂形状精度限制同时加工整个表面，能加工传统方法难以实现的复杂曲面受电场分布影响，边缘精度控制较难ECM技术在特定应用领域具有无可替代的优势，特别是在加工高硬度、高韧性材料的复杂形状时，能够实现高效率和高表面质量典型应用案例ECM微孔加工航空发动机叶片使用电化学技术可加工直径

0.05-

0.5mm的精密小孔，孔径均匀，医疗植入物高温合金涡轮叶片是ECM最成功的应用之一通过精确控制电流边缘无毛刺广泛应用于喷油嘴、过滤网、医疗器械等领域，加分布，可一次性加工复杂的叶型曲面，表面粗糙度可达Ra工效率比微钻孔高10-50倍钛合金、钴铬合金等医疗植入物需要复杂的表面形态和高生物相

0.2μm，显著提高叶片气动性能和使用寿命容性ECM加工不产生表面变质层，可实现精确的表面纹理控制，提高植入物与人体组织的结合性能ECM加工能力参数±

0.05mm Ra

0.1μm1000mm³/min

0.05mm尺寸精度表面粗糙度材料去除率最小特征尺寸可达到的最高精度最佳表面质量最高加工效率微加工能力加工设备结构图ECM

①电源系统

②电解液循环系统提供高电流低电压直流电，通常为5-25V，几百至几千安培，具有恒包括储液罐、过滤器、热交换器和高压泵，维持电解液的温度、压力流特性和洁净度

③工作区域

④进给系统包含工件（阳极）、工具电极（阴极）和电解液流道，是实际发生电控制工具电极的位置和进给速度，一般采用液压或精密丝杠驱动化学反应的区域现代ECM设备通常采用数字控制系统，能够实时监测加工参数并进行自动调节，确保加工过程的稳定性和一致性第四章先进电加工技术与教学实验设计本章介绍线切割电火花加工、激光辅助电加工等先进技术，并探讨如何设计有效的电加工教学实验线切割电火花加工（）Wire EDM工作原理线切割使用直径

0.02-

0.3mm的金属丝（通常为黄铜丝）作为电极，在不断移动的过程中通过脉冲放电切割工件电极丝连续运动以

0.5-15m/min的速度连续运动，防止电极局部过度磨损多向放电切割放电发生在丝电极周围，形成略大于丝径的切缝工作液冲刷去离子水作为工作液，冲刷加工区域，带走废料数控导引线切割电火花加工是使用连续移动的金属丝作为电极的一种特殊EDM技术，能够加工出高精度的复杂二维和三维轮廓CNC系统控制电极丝运动轨迹，实现复杂形状加工主要特点路径规划可实现±

0.002mm的高精度表面粗糙度可达Ra

0.1μm线切割加工依赖精确的路径规划，通常使用专用CAM软件生成G代码，支持多次切割和角度切割功适合加工任意复杂轮廓和小角度能无加工力，不变形，适合薄壁件激光辅助电加工与复合工艺激光辅助电加工激光辅助电加工（LAEDM）结合了激光加工和电火花加工的优势，激光预热或软化工件材料，降低电火花加工的能耗，提高加工效率主要优势•材料去除率提高30-50%•降低电极磨损20-30%•减少表面微裂纹•提高加工稳定性工艺特点•激光功率50-500W•波长1064nm Nd:YAG或

10.6μm CO₂•激光先行，电火花后续•适合高硬度、高熔点材料电加工复合工艺趋势现代制造业追求一机多能，电加工与其他工艺的复合是重要趋势电火花-机械复合加工集成铣削和电火花，减少工件装夹次数电化学-电火花复合加工结合两种电加工优势，提高效率和表面质量超声波辅助电加工超声振动提高工作液流动性，改善加工稳定性电加工教学实验体系介绍科学合理的实验教学体系是培养学生电加工实践能力的关键根据培养目标和难度，可将实验分为三个层次创新实验1工艺优化与新技术探索专业实验2复杂工件加工与性能测试基础实验3设备操作与参数调节基础实验内容专业实验内容•电火花加工设备认知与安全操作•复杂模具型腔电火花加工•电参数对加工效率和表面质量影响•多电极分步加工策略•电极设计与制作基础•线切割复杂轮廓编程与加工•电化学加工原理演示实验•电化学成形加工实验•线切割电火花编程基础•加工质量检测与评价基础实验重点培养学生对设备的熟悉度和基本操作能力，建立电加工原理与实际效果的感性认专业实验注重提升学生解决实际加工问题的能力，培养工艺规划和质量控制意识识创新实验鼓励学生探索新工艺，如参数优化、复合加工、微细加工等，培养创新思维和科研能力典型教学实验项目举例电火花成型加工实验目标掌握成型电极设计与加工工艺1•设计并制作简单几何形状电极•选择合适电参数进行加工•测量加工精度和表面粗糙度•分析参数对加工质量的影响电化学微孔加工实验目标了解ECM微孔加工原理与特点2•制备尖端电极，设计掩模•选择电解液和电参数•加工不同直径的微孔阵列•测量孔径一致性和表面质量线切割复杂轮廓加工实验目标掌握线切割编程与多次切割技术3•CAD绘制复杂轮廓零件•生成切割路径和G代码•设置粗切和精切参数•测量轮廓精度和表面质量上述实验项目覆盖了电加工的主要技术，通过逐步深入的实践，学生能够全面掌握电加工技术在工业应用中的关键环节学生电加工实训现场图中展示了电加工实验教学的真实场景，学生在教师指导下进行电火花加工实验电加工实验教学应强调理论与实践的紧密结合，既要掌握工艺原理，又要培养动手能力实验教学方法创新小组协作模式3-5人一组，分工合作完成复杂项目数字化教学辅助结合虚拟仿真，提前熟悉操作流程项目驱动教学以实际工业零件为对象，完整体验加工流程开放性实验设计鼓励学生自主设计实验方案竞赛激励机制组织电加工技能竞赛，提高学习积极性企业案例引入分析实际工业案例，了解现实应用第五章电加工未来发展趋势与教学展望本章探讨电加工技术的发展前沿和未来趋势，以及电加工教学的创新方向智能化与数字化电加工智能化发展方向数字孪生技术应用数字孪生技术为电加工带来革命性变革，通过建立物理设备的虚拟模型，实现加工过程的仿真预测和优化虚拟试加工在实际加工前验证工艺方案智能参数优化实时仿真同步模拟真实加工过程AI算法实时调整加工参数，自适应工况变化故障预测提前识别潜在问题参数寻优虚拟环境中快速测试多种参数组合自动化生产线数字孪生技术可减少80%的调试时间，提高30%的加工效率机器人上下料、多机协同，实现无人化生产云端监控与诊断远程监控加工状态，预测性维护新材料与绿色制造新材料加工挑战随着航空航天、医疗、能源等领域对材料性能要求不断提高，电加工技术面临新的挑战高温合金耐高温、抗氧化，传统切削难以加工，电加工需优化参数减少热影响区陶瓷基复合材料导电性差，需开发特殊辅助技术提高加工效率粉末冶金材料多孔结构，需控制工作液渗透和放电稳定性碳纤维增强材料各向异性特性，需根据纤维方向调整参数绿色电加工技术水基环保工作液替代矿物油，减少环境污染生物可降解电解液降低对水体的危害能源回收系统回收放电能量，节约电力消耗闭环循环系统减少工作液消耗和排放脉冲电源优化提高能源利用效率，减少能耗绿色电加工不仅符合环保要求，也能降低生产成本，是行业可持续发展的必然趋势电加工教学创新方向虚拟仿真与在线教学跨学科融合培养利用虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术，构建沉浸式电加工学习环境虚拟操作训练模拟设备操作，降低实训风险加工过程可视化展示微观放电现象远程在线实验突破时空限制，共享优质教学资源参数效果实时展示直观理解参数变化对加工结果的影响机械工程结构设计与工艺规划电气工程电源系统与控制技术计算机科学数控编程与数据分析课程总结与学习建议核心知识体系基础理论掌握电火花、电化学等电加工的基本原理和特点设备与工艺了解不同电加工设备构成和关键工艺参数实践操作通过实验掌握电加工设备操作和工艺控制方法创新应用关注行业前沿，探索电加工新技术、新应用学习策略建议理论与实践并重深入理解原理，积极参与实验关注工业应用了解电加工在不同行业的实际应用培养问题意识思考工艺优化和技术创新方向持续学习关注行业动态，掌握新技术发展电加工技术是特种加工领域的重要分支，掌握这一技术对拓展职业发展空间具有重要意义谢谢聆听欢迎提问与交流群微信网站QQ学习交流群教师联系方式在线资源平台123456789EDM_Teacher edm.learning.edu.cn推荐学习资源专业书籍在线课程行业资源•《电加工技术基础》•中国大学MOOC特种加工技术•《电加工与模具》期刊•《现代电火花加工技术》•学堂在线现代制造技术•中国电加工技术协会•《电化学加工原理与应用》•B站专业频道电加工技术讲解•国际电加工技术研讨会。