【導讀】productdesign,production,processing,manufacturing,sellinganduse,developmenttrends.

　　

【正文】 電極絲的運行速度不同，及加工質量不同，電火花線切割 機床通常分為三類：第一類是高速走絲電火花線切割機床（ WEDMHS），其電極絲作高速往復運動，一般走絲速度為 8～ 10m/s，電極絲可重復使用，加工速度較高，但快速走絲容易造成電極絲抖動和反向時停頓，使加工質量下降，是我國生產(chǎn)和使用的主要機種，也是我國獨創(chuàng)的電火花線切割加工模式；第二類是低速走絲電火花線切割機床（ WEDMLS），其電極絲作低速單向運動，一般走絲速度低于 ，電極絲放電后不再使用，工作平穩(wěn)、均勻、抖動小、加工質量較好，但加工速度較低，是國外生產(chǎn)和使用的主要機種。第三類中速走絲電火花線切 割機床，準確地應該叫 “多速走絲 ”。是我國獨創(chuàng)的，其原理是對工件作多次反復的切割，開頭用較快絲筒速度、較強高頻來切割，就如現(xiàn)在的快走絲線切割，最后一刀用較慢絲筒速度、較弱高頻電流來修光，從而提高了加工光潔度；而且絲速減低后，導輪和軸承的抖動少了，加工精度也提高了；另外，第一刀以最快的速度切割，后來的切割和修光的切割量都非常少，因此，一般三刀切割的時間加起來也比快走絲的一刀切割要快。 根據(jù)對電極絲運動軌跡的控制形式不同，電火花線切割機床又可分為三種：一種是模仿形控制，其在進行線切割加工前，預先制造出與工件形狀 相同的模，加工時把工件毛坯和模同時裝夾在機床工作臺上，在切割過程中電極絲緊緊地貼著模邊緣作軌跡移動，從而切割出與模形狀和精度相同的工件來；另一種是光電跟蹤控制，其在進行線切割加工前，先根據(jù)零件圖樣按一定放大比例描繪出一張光電跟蹤圖，加工時將圖樣置于機床的光電跟蹤臺上，跟蹤臺上的光電頭始終追隨墨線圖形的軌跡運動，再借助于電氣、機械的聯(lián)動，控制機床工作臺連同工件相對電極絲做相似形的運動，從而切割出與圖樣形狀相同的工件來；再一種是數(shù)字程序控制，采用先進的數(shù)字化自動控制技術，驅動機床按照加工前根據(jù)工件幾何形狀參數(shù)預 先編制好的數(shù)控加工程序自動完成加工，不需要制作模樣板也無需繪制放大圖，比前面兩種控制形式具有更高的加工精度和廣闊的應用范圍，目前國內外 95％以上的電火花線切割機床都已采用數(shù)控化。 直接數(shù)字控制 (DNC)電火花線切割系統(tǒng)可以提高系統(tǒng)的自動化水平、總體的生產(chǎn)效率和響應速度 。 2 電火花線切割加工的特點與應用 所謂電火花線切割，就是以移動著的細絲（直徑約在 以內）做電極，在電極絲與工件之間產(chǎn)生火花放電，并同時按所要求的形狀驅動工件進行加工。 電火花線切割加工的特點： （ 1）它以 ～ 的金 屬線為電極工具，不需要制造特定形狀的電極。 （ 2）雖然加工的對象主要是平面形狀，但是除了有金屬絲直徑?jīng)Q定的內側腳的最小直徑 R（金屬線半徑 +放電間隙）這樣的限制外，任何的限制外，任何復雜的開頭都可以加工。 （ 3）輪廓加工所需加工的余量少，能有效地節(jié)約貴重的材料。 （ 4）可無視電極絲損耗（高速走絲切割采用低損耗脈沖電源；慢速走絲線切割采用單向連續(xù)供絲，在加工區(qū)總是保持新電極絲加工），加工精度高 （ 5）依靠微型計算機控制電極絲軌跡和間隙補償功能，同時加工凹凸兩種模具時，間隙可任意調節(jié)。 （ 6）采用乳化液或去離水的工作液，不必擔心發(fā)生火災，可以晝夜無人連續(xù)加工。 （ 7） 電火花線切割能切割加工傳統(tǒng)方法難于加工或無法加工的高硬度、高強度、高脆性、高忍性等導電材料及半導體材料。 （ 8） 任何復雜開頭的零件，只要能編制加工程序就可以進行加工，因而很適合小批零件和試制品的生產(chǎn)加工，加工周期短，應用靈活。 （ 9） 采用四軸聯(lián)動，可加工上，下面異形體，形狀扭曲曲面體，變錐度和球形等零件。 (10) 加工過程中，工具與工件不直接接觸，不存在顯著的切削力，有利加工低剛度工件。 (11)與電火花成形相比，以線電極代替成 形電極，省去了成形工具電極的設計和制造費 用，縮短了生產(chǎn)準備時間。 電火花線切割加工的缺點是生產(chǎn)率低，且不能加工盲孔類零件和階梯表面。 電火花線切割加工的應用 ： （ 1） 試制新產(chǎn)品 ： 在新產(chǎn)品開發(fā)過程中需要單件的樣品，使用線切割直接切割出零件，無需模具，這樣可以大大縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期并降低試制成本。如在沖壓生產(chǎn)時，未開出落料模時，先用線切割加工的樣板進行成形等后續(xù)加工，得到驗證后再制造落料模。 （ 2） 加工特殊材料 ： 切割某些高硬度，高熔點的金屬時，使用機加工的方法幾乎是不可能的，而采用線切割加工既經(jīng)濟又能保證精 度。 （ 3） 加工模具零件 ： 電火花線切割加工主要應用于沖模、擠壓模、塑料模、電火花型腔模的電極加工等，由于電火花線切割加工速度和精度的迅速提高，目前已達到可與坐標磨床相競爭的程度。例如，中小型沖模，材料為模具鋼，過去用分開模和曲線磨削的方法加工，現(xiàn)在改用電火花線切割整體加工的方法，制造周期可縮短 3/4~5/4，成本降低 2/3~3/4，配合精度高，不需要熟練的操作工作。因此，一些工業(yè)發(fā)達國家的精密沖的磨削等工序，已被電火花和電火花線切割加工所代替。 電火花線切割加工的應用領域 ： 電火花線切割主要用于各種沖模、塑 料模、粉末冶金模等二維及三維直紋面組成的模具及零件。也可切割各種樣板、磁鋼、硅鋼片、半導體材料或貴重金屬，還可進行微細加工，異形槽和試件上標準缺陷的加工。廣泛用于電子儀器、精密機床、輕工、軍工等。 （ 1） 平面形狀的金屬模加工 ： 沖模、粉末冶金模、拉拔模、擠壓模的加工 （ 2） 立體形狀的金屬模加工： 沖模用凹模的退刀槽加工、塑料用金屬壓模、塑料模 分離面加工 （ 3） 電火花成形加工：用電極制作形狀復雜的微細電極的加工、一般穿孔用電極的加工、帶錐度型模電極的加工 （ 4） 試制品及零件加工：試制零件的直接加工、批量小品種多的 零件加工、特殊材料的零件加工、材料試件的加工 （ 5） 輪廓量規(guī)的加工： 各種卡板量具的加工，凸輪及模板的加工，成形車 的成形加工 （ 6） 微細加工：化纖噴嘴加工、異形槽和窄槽加工、標準缺陷加工 3 電火花 線切割加工技術的現(xiàn)狀 目前，電火花 線切割機的切割速度已由過去的 20～ 40 ㎜ 178。/min 普遍提高到100mm178。/min 以上，有的可達到 260mm178。/min，機床的加工精度為 177。，工件的表面粗糙度為 ～ ,因而可滿足一般模具加工和其他復雜零件制造的要求。隨著科學技術的發(fā)展，對各類產(chǎn)品的制造要求 越來越高，對線切割加工技術也提出了更高的要求。國外 (歐美、日本等 )研究發(fā)展的數(shù)控低速走絲電火花線切割機為適應對制造加工技術的要求，采用閉環(huán)數(shù)字交 (直 )流伺服控制系統(tǒng)，確保優(yōu)良的動態(tài)性能和高定位精度，加工精度可控制在若干微米以內。同時機床具有數(shù)字自適應控制電源、自動穿絲、自動卸除廢料、短路自動回退等自動化技術，此外對電極絲張力和工作液壓力也可進行控制。由于使用了新技術并注重計算機軟件技術的更新和發(fā)展，低速走絲線切割機的工藝指標已達到了相當高的水平。即使對形狀復雜零件的加工，最高切割速度也可超過 300mm178。/min；尺寸精度可達到 177。2 ～ 5μm；表面粗糙度可達到 ～ (多次切割 )。機床的自動化程度高，加工穩(wěn)定性好，已向無人化加工發(fā)展。 電火花 線切割加工技術的發(fā)展趨勢 ： 電火花 線切割機由于受到電極絲損耗、機械部分的結構與精度、進給系統(tǒng)的開環(huán)控制、加工中工作液導電率的變化、加工環(huán)境的溫度變化及本身加工的特點 (如運絲速度快、振源比較多、導輪磨損大 )等因素影響，機床的加工精度有限。以目前機床的現(xiàn)狀，要在較短的時間內與低速走絲線切割機在加工精度方面進行競爭，困難是相當大的，而且研究開發(fā)的代價也會很高，機床的制 造成本將大 幅度提高，從現(xiàn)實和市場的角度來考慮都是不太適宜的。因此，電火花 線切割機的發(fā)展策略是揚長避短，以發(fā)展中低檔機床為主，使機床向適當加工精度、良好的加工穩(wěn)定性和容易操作的方向發(fā)展，來滿足不斷發(fā)展的生產(chǎn)需要。目前市場上高速走絲線切割機最大的優(yōu)勢在于擁有良好的性能價格比，機床的進一步發(fā)展必須以此為基本出發(fā)點，不能過分強調機床加工精度，而忽視機床性能價格比的因素。如違背這 一原則，機床制造商和用戶都難以接受。為在較短的時間內，使電火花線切割機的加工性能有較大的提高。 電火花 線切 割機要進一步發(fā)展，必須擺脫單板機作為 數(shù)控系統(tǒng)，采用新的數(shù)控系統(tǒng)。 目前國內已有基于 PC 的高速走絲線切割機數(shù)控系統(tǒng)，但其主要功能是加工軌跡編程，機床加工控制功能還很不完善，沒有充分利用 PC 的資源。 在運用新技術、新工藝的同時，還必須重視對電火花線切割加工工藝規(guī)律進行深入細致的基礎理論和實驗研究，這也是一個非常重要的環(huán)節(jié)。 4 結論 目前國內已開始進行人工智能技術在電火花線切割加工中的研究，然而研究的深度和廣度還很不夠。還有許多方面有待進一步研究： (1)電火花 線切割機的伺服進給變頻調節(jié)一直依靠操作人員，因此操作人員的工作強度大，機床性能的發(fā)揮受到 限制。模糊控制技術是人工智能技術中的一個重要方面，它能模仿熟練工人對機床進行控制，已在電火花成形機上成功地應用，在電火花線切割加工中具有良好的應用前景。 (2)總結多年來高速走絲線切割加工工藝研究成果，建立相應的 知識庫和專家系統(tǒng)，降低機床的操作難度是十分必要的。 (3)在加工參數(shù)自適應等方面能有所作為。 將最新發(fā)展的人工智能技術引入到電火花 線切割機中，研制高速走絲線切割機的智能化控制部件和執(zhí)行機構，這與當前國家優(yōu)先發(fā)展高技術產(chǎn)業(yè)是一致的，具有重要的實際意義。 參考文獻： ［ 1］ 韓洪濤編著 .機械制造技術 [M].北京 :化學工業(yè)出版社 ,2020. ［ 2］ 沈其文等編著 .機械制造工業(yè)禁忌手冊 [M].北京：機械工業(yè)出版社，2020. ［ 3］ 宋昭祥編著 .現(xiàn)代制造工程技術實踐 [M].北京：機械工業(yè)出版社， 2020. ［ 4］ 張根寶編著 .自動化制造系統(tǒng) [M].北京：機械工業(yè)出版社， 2020. ［ 5］ 張世琪編著 .現(xiàn)代制造引論 [M].上海：科學出版社， 2020. ［ 6］ 趙萬生 編著 .先進電火花加工技術 [M].北京：國防工業(yè)出版社， 2020. ［ 7］ 趙建社 ,徐家文 ,云乃彰 .異形型腔組合電加工數(shù)字化制造技術研究［ J］ .航空學報 ,2020, 27(1): 157160. ［ 8］ 趙錦芝編 著 .電火花加工協(xié)同制造系統(tǒng)的研究 [M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社 2020. ［ 9］ 單言，夏天編著 .數(shù)控線切割加工 [M].北京：機械工業(yè)出版社， 2020. ［ 10］ 何滿才編著 .Master 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