電火花的應(yīng)用及發(fā)展趨勢.doc

黃 河 科 技 學(xué) 院電火花的技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 姓名：張亞超 學(xué)號： 班級： 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)與制造 日期：2012年12月27日摘要 在分析總結(jié)國內(nèi)外電火花線切割技術(shù)研究現(xiàn)狀以及我國近幾年來所取得的進(jìn)步基礎(chǔ)上,以及在電火花加工技術(shù)在汽車、航空航天、模具等制造工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用，模具工業(yè)技術(shù)快速發(fā)展的新形勢下, 數(shù)控電火花加工技術(shù)已取得了突破性的進(jìn)展。本文從電火花加工技術(shù)發(fā)展的基本現(xiàn)狀、數(shù)控電火花加工的操作過程、數(shù)控電火花加工新工藝的應(yīng)用以及電火花加工技術(shù)的發(fā)展趨勢以及發(fā)展建議。論述了我國電火花線切割技術(shù)的發(fā)展趨勢及其主要任務(wù)。 關(guān)鍵詞:電火花線切割;研究現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢目 錄引言 4一、數(shù)控電火花加工技術(shù)現(xiàn)狀 4二、電火花技術(shù)發(fā)展趨勢 5 (一)精密化 5 (二)智能化 5 (三)自動化 6 (四)高效化 6 （五）綠色工作液得到應(yīng)用7 (六）電火花加工技術(shù)的改進(jìn)7 (七）其它83、 電火花技術(shù)中的新應(yīng)用 8 （一）標(biāo)準(zhǔn)化夾具實(shí)現(xiàn)快速精密定位 8 （二）混粉加工方法實(shí)現(xiàn)鏡面加工效果8 （三）搖動加工方法實(shí)現(xiàn)高精度加工 9 （四）多軸聯(lián)動加工方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜加工9 （五）基于PC的數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā) 10 （六）多次切割工藝的應(yīng)用 10參考文獻(xiàn)11 引 言 目前，隨著電子、信息等高新技術(shù)的不斷發(fā)展及市場需求個性化與多元化，世界各國都把機(jī)械制造技術(shù)的研究和開發(fā)作為國家的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)先發(fā)展，將其他學(xué)科的高技術(shù)成果引入機(jī)械制造業(yè)中。因此機(jī)械制造業(yè)的內(nèi)涵與水平已今非昔比，它是基于先進(jìn)制造技術(shù)的現(xiàn)代制造產(chǎn)業(yè)?？v觀現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的新發(fā)展，其重要特征主要體現(xiàn)在它的綠色制造、計(jì)算機(jī)集成制造、柔性制造、虛擬制造、智能制造、并行工程、敏捷制造和網(wǎng)絡(luò)制造等方面。機(jī)械制造行業(yè)不斷遇到高硬度，高韌性，高熔點(diǎn)等難切割加工材料以及特殊結(jié)構(gòu)特別市復(fù)雜曲面零件的加工難題。解決這些問題極大地促進(jìn)了電火花線切割加工技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)電火花線切割加工新方法，新工藝的不斷表現(xiàn)，擴(kuò)大了電火花線切割加工的適用范圍。電火花切割技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)之一，在機(jī)械生產(chǎn)中應(yīng)用范圍廣，從國內(nèi)來看，我國的電火花線切割加工技術(shù)發(fā)展迅速，尤其是我國特有的單向(高速)走絲電火花線切割機(jī)構(gòu)簡單，價格低廉，各方面指標(biāo)都有了較大的提高。因此，進(jìn)一步研究高速走絲電火線切割加工技術(shù)，擴(kuò)大其加工范圍，尤其是利用計(jì)算機(jī)等高科技工具和先進(jìn)的科學(xué)方法來提高我國電火花線切割技術(shù)水平，縮短同發(fā)達(dá)國家的差距，不僅具有重要的意義，而且具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會、效益。近年來，電火花技術(shù)的研究和應(yīng)用日新月異（見下表1），并在精密微細(xì)化、智能化、個性化、綠色環(huán)保化和高效化等方面獲得了長足的發(fā)展12。一、數(shù)控電火花加工技術(shù)現(xiàn)狀 電火花線切割技術(shù)經(jīng)過近半個世紀(jì)的發(fā)展,現(xiàn)已十分成熟,并達(dá)到了相當(dāng)高的工藝水平:最大的切割速度可達(dá)325mm2/min,最佳表面粗糙度達(dá)Ra0.10.2m,加工尺寸精度可控制在幾個微米之內(nèi),高速走絲電火花線切割機(jī)還能穩(wěn)定切割1米的超厚工件。數(shù)控電火花加工技術(shù)正不斷向精密化、自動化、智能化、高效化等方向發(fā)展。如今新型數(shù)控電火花機(jī)床層出不窮，如瑞士阿奇、瑞士夏米爾、日本沙迪克、日本牧野、日本三菱等機(jī)床在這方面技術(shù)都有了全面的提高。該項(xiàng)技術(shù)在20世紀(jì)40年代開始研究并逐步應(yīng)用于生產(chǎn)。從最初只能去除折斷在工件中的鉆頭、絲錐、切割硬質(zhì)合金刀片開始，經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，電火花加工現(xiàn)在已成為精密模具、復(fù)雜形狀零件以及精密微小孔加工的重要裝備，在航空航天、模具制造等領(lǐng)域獲得了極為廣泛的應(yīng)用。近年來，電火花技術(shù)的研究和應(yīng)用日新月異，并在精密微細(xì)化、智能化、個性化、綠色環(huán)保化和高效化等方面獲得了長足的發(fā)展。 “電火花加工的優(yōu)點(diǎn)就是精密加工”，精密電火花加工一直是電火花加工技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。信息、航空航天、電子、國防等領(lǐng)域尖端科學(xué)技術(shù)發(fā)展對模具的精密化及精密產(chǎn)品零件的加工要求，又促進(jìn)了電火花加工技術(shù)的發(fā)展。根據(jù)國外的調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，在眾多的微細(xì)加工方法中(切削、線切割、磨削、激光、超聲、電子束等加工)，電火花微細(xì)加工的應(yīng)用占第一位3，這說明了電火花微細(xì)加工的重要作用。實(shí)現(xiàn)精密、微細(xì)加工的一個重要條件是加工單位(即每次放電的蝕除量)盡可能小。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，電火花加工的加工精度與表面質(zhì)量得到了極大的提高，加工單位也日趨變小，有些零件的加工精度已屬于微納加工的范疇。目前，應(yīng)用電火花成形加工技術(shù)已可穩(wěn)定地得到尺寸精度高于0.1m、表面粗糙度Ra 0.01m的加工表面。電火花成形加工已成為零件精、微加工的有效手段之一。二、電火花技術(shù)發(fā)展趨勢 （一）精密化 電火花加工的精密核心主要體現(xiàn)在對尺寸精度、仿形精度、表面質(zhì)量的要求。時下數(shù)控電火花機(jī)床加工的精度已有全面提高，尺寸加工要求可達(dá)2-3m、底面拐角R值可小于0.03mm，最佳加工表面粗糙度可低于Ra0.3m。通過采用一系列先進(jìn)加工技術(shù)和工藝方法，可達(dá)到鏡面加工效果且能夠成功地完成微型接插件、IC塑封、手機(jī)、CD盒等高精密模具部位的電火花加工。從總體來看，現(xiàn)代模具企業(yè)在先進(jìn)數(shù)控電火花機(jī)床的應(yīng)用上，還沒能很好地挖掘出機(jī)床的精密加工性能。因此有必要全面推動已有數(shù)控加工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，不斷提高模具加工精度。 （二）智能化 智能控制技術(shù)的出現(xiàn)把數(shù)控電火花加工推向了新的發(fā)展高度。新型數(shù)控電火花機(jī)床采用了智能控制技術(shù)。專家系統(tǒng)是數(shù)控電火花機(jī)床智能化的重要體現(xiàn)，它的智能性體現(xiàn)在精確的檢測技術(shù)和模糊控制技術(shù)兩方面。專家系統(tǒng)采用人機(jī)對話方式，根據(jù)加工的條件、要求，合理輸入設(shè)定值后便能自動創(chuàng)建加工程序，選用最佳加工條件組合來進(jìn)行加工。在線自動監(jiān)測、調(diào)整加工過程，實(shí)現(xiàn)加工過程的最優(yōu)化控制。專家系統(tǒng)在檢測加工條件時，只要輸入加工形狀、電極與工件材質(zhì)、加工位置、目標(biāo)粗糙度值、電極縮放量、搖動方式、錐度值等指標(biāo)，就可自動推算并配置最佳加工條件。模糊控制技術(shù)是由計(jì)算機(jī)監(jiān)測來判定電火花加工間隙的狀態(tài)，在保持穩(wěn)定電弧的范圍內(nèi)自動選擇使加工效率達(dá)到最高的加工條件；自動監(jiān)控加工過程，實(shí)現(xiàn)最穩(wěn)定的加工過程的控制技術(shù)。專家系統(tǒng)智能技術(shù)的應(yīng)用使機(jī)床操作更容易，對操作人員的技術(shù)水平要求更低。目前智能化技術(shù)不斷地升級，使得智能控制技術(shù)的應(yīng)用范圍更加的廣泛。隨著市場對電加工要求的提升，智能化技術(shù)將獲得更為廣闊的發(fā)展空間。 （三）自動化目前最先進(jìn)的數(shù)控電火花機(jī)床在配有電極庫和標(biāo)準(zhǔn)電極夾具的情況下，只要在加工前將電極裝入刀庫，編制好加工程序，整個電火花加工過程便能日以赴繼地自動運(yùn)轉(zhuǎn)，幾乎無需人工操作。機(jī)床的自動化運(yùn)轉(zhuǎn)降低了操作人員的勞動強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率。但自動裝置配件的價格比較昂貴，大多模具企業(yè)的數(shù)控電火花機(jī)床的配置并不齊全。數(shù)控電火花機(jī)床具備的自動測量找正、自動定位、多工件的連續(xù)加工等功能已較好地發(fā)揮了它的自動化性能。自動操作過程不需人工干預(yù)，可以提高加工精度、效率。普及機(jī)床的自動化程度是當(dāng)前數(shù)控電火花機(jī)床行業(yè)的發(fā)展趨勢之一。 （四）高效化 現(xiàn)代加工的要求為數(shù)控電火花加工技術(shù)提供了最佳的加工模式，即要求在保證加工精度的前提下大幅提高粗、精加工效率。如手機(jī)外殼、家電制品、電器用品、電子儀表等領(lǐng)域，都要求將大面積（例如100100mm）工件的放電時間大幅縮短，同時又要降低粗糙度。從原來的Ra0.8m改進(jìn)到Ra0.25m，使放電后不必再進(jìn)行手工拋光處理。這不但縮短了加工時間且省卻后處理的麻煩，同時提升了模具品質(zhì)，使用粉末加工設(shè)備可達(dá)到要求。另外減少輔助時間(如編程時間、電極與工件定位時間等)，這就需要增強(qiáng)機(jī)床的自動編程功能，配置電極與工件定位的夾具、裝置。若在大工件的粗加工中選用石墨電極材料也是提高加工效率的好方法。最佳的加工模式是企業(yè)擴(kuò)大市場空間、提升市場競爭力的資本，其開發(fā)而成的新產(chǎn)品、新技術(shù)亦愈受歡迎。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展和普及，EDM 機(jī)床的通信和控制也發(fā)生了巨大的變化。FANAC公司開發(fā)了集中管理軟件包。公司的總監(jiān)視器通過國際互聯(lián)網(wǎng)可很便利地監(jiān)控多臺遠(yuǎn)程異地的WEDM機(jī)床的工作狀況，并能實(shí)時診斷分析每一臺機(jī)床的工作故障，及時向用戶提出解決措施。三菱電機(jī)公司也開發(fā)了遠(yuǎn)程操作監(jiān)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程終端的顯示器畫面與機(jī)床旁的顯示器畫面完全一樣。用戶通過隨機(jī)攜帶電話可與制造商討論加工參數(shù)調(diào)整、機(jī)床故障診斷維修、訂貨等有關(guān)問題，實(shí)現(xiàn)了電火花加工過程的高效性。 （五）水基工作液、氣體介質(zhì)等綠色工作液得到應(yīng)用 油類介質(zhì)常用于電火花成形加工中。但使用油類介質(zhì)有燃爆的危險(xiǎn)，且介質(zhì)易揮發(fā)，造成環(huán)境污染。對于電火花加工中散發(fā)的有害氣體，一方面采取通風(fēng)、排氣等處理措施，保證操作環(huán)境清新；另一方面可選用產(chǎn)生有害氣體成分少、濃度低、工藝性能良好的介質(zhì)作為工作液。目前，綠色工作液主要可分為兩種類型，即水基工作液和氣體介質(zhì)。近期，混合型介質(zhì)的研究和應(yīng)用也取得進(jìn)展。 (六）電火花加工技術(shù)的改進(jìn) 數(shù)控電火花加工技術(shù)日新月異的發(fā)展，至使機(jī)床生產(chǎn)廠家紛紛對生產(chǎn)技術(shù)予以了改進(jìn)。目前數(shù)控電火花機(jī)床在伺服系統(tǒng)和脈沖電源的改進(jìn)上取得了重大成果，大大的提高了數(shù)控電火花加工的質(zhì)量、加工效率。機(jī)床伺服系統(tǒng)的改進(jìn)精密的機(jī)床伺服系統(tǒng)對電火花加工具有重要的意義。日前開發(fā)出的直線電機(jī)驅(qū)動的數(shù)控電火花加工設(shè)備，使加工性能獲得明顯改善。在驅(qū)動軸上配置直線電機(jī)從而實(shí)現(xiàn)了高響應(yīng)、平滑的驅(qū)動，提高了機(jī)械系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免了動作滯后。數(shù)控電火花機(jī)床主軸采用直線電機(jī)的高速抬刀技術(shù)，使加工屑的排出性能進(jìn)一步提高，進(jìn)而提高了加工性能，實(shí)現(xiàn)免沖液加工。直線電機(jī)驅(qū)動的機(jī)床，由于高響應(yīng)性伺服產(chǎn)生的良好跟蹤性，能把加工深度誤差控制在最小限度達(dá)到高精度加工。直線伺服系統(tǒng)的應(yīng)用在深窄、微小型腔加工方面具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。直線電機(jī)技術(shù)將成為21世紀(jì)電火花機(jī)床伺服系統(tǒng)的主導(dǎo)。機(jī)床脈沖電源的改進(jìn)脈沖電源對提升加工速度、降低電極損耗、確保加工精度及提高表面質(zhì)量中扮演著極其重要的作用。各種脈沖電源對高速、高品位的加工作出了較大貢獻(xiàn)。超精加工電源用于電火花精密、微細(xì)加工中，這類電源具有極小的單個脈沖能量（納秒級脈沖寬度），在電路上通過其它措施解決了加工速度慢、電極損耗大與低脈寬的工藝矛盾。智能型自適應(yīng)電源采用微機(jī)數(shù)字化控制技術(shù)，自選加工規(guī)準(zhǔn)，自適應(yīng)調(diào)節(jié)加工中相關(guān)脈沖參數(shù)，從而達(dá)到高生產(chǎn)率的最佳穩(wěn)定放電狀態(tài)。另外新型的脈沖電源還有節(jié)能型脈沖電源、等能量脈沖電源、各種專用輔助電源等。隨著研究和開發(fā)工作的深入，脈沖電源的性能也隨之取得更大的進(jìn)步。 (七）其它 數(shù)控電火花加工技術(shù)在微細(xì)化、安全化、環(huán)?；确矫嬉踩〉昧碎L足的發(fā)展。三、電火花技術(shù)中的新應(yīng)用（一）標(biāo)準(zhǔn)化夾具實(shí)現(xiàn)快速精密定位 數(shù)控電火花加工為保證極高的重復(fù)定位精度且不降低加工效率，采用快速裝夾的標(biāo)準(zhǔn)化夾具。目前有瑞士的EROWA和瑞典的3R裝置可實(shí)現(xiàn)快速精密定位。這類裝置的原理是電極在制造時，是集電極與夾具為一體的組件在裝有同數(shù)控電火花機(jī)床上配備的工藝定位基準(zhǔn)附件相同的加工設(shè)備上完成的。工藝定位基準(zhǔn)附件都統(tǒng)一同心、同位，并且各數(shù)控機(jī)床都有坐標(biāo)原點(diǎn)。因此電極在制造完成后，直接取下電極和夾具的組件，裝入數(shù)控電火花機(jī)床的基準(zhǔn)附件上，無需再進(jìn)行糾正調(diào)節(jié)。加工過程中如需插入一“急件”加工，同樣可以將正在加工的半成品卸下，待急件加工完后再繼續(xù)快速裝夾加工。標(biāo)準(zhǔn)化夾具，是一種快速精密定位的工藝方法，它的使用大大減少了數(shù)控電火花加工過程中的裝夾定位時間，有效地提升了企業(yè)的競爭力。（二）混粉加工方法實(shí)現(xiàn)鏡面加工效果 在放電加工液內(nèi)混入粉末添加劑，以高速獲得光澤面的加工方法稱之為混粉加工。該方法主要應(yīng)用于復(fù)雜模具型腔，尤其是不便于進(jìn)行拋光作業(yè)的復(fù)雜曲面的精密加工?？山档土慵砻娲植诙戎担∪ナ止伖夤ば?，提高零件的使用性能（如壽命、耐磨性、耐腐蝕性、脫模性等）。其加工原理主要是電火花工作液中加入一定比例的導(dǎo)電粉末，放電間隙增大，電極間的寄生電容和電流密度減少；使放電點(diǎn)分散、放電集中現(xiàn)象減少。混粉方法加工鏡面主要技術(shù)要求有：電火花機(jī)床具有鏡面精加工電路（具有極小的單個脈沖能量）；選擇合適的粉末添加劑；進(jìn)行粉末添加劑的濃度管理；利用擴(kuò)散裝置來消除濃度的誤差；采用無沖液處理方式。混粉加工技術(shù)的發(fā)展，使精密型腔模具鏡面加工成為現(xiàn)實(shí)。（三）搖動加工方法實(shí)現(xiàn)高精度加工 電火花加工復(fù)雜型腔時，在不同方向上的加工難度和加工面積相差很大，會引起加工屑局部集中，觸發(fā)加工不穩(wěn)定、放電間隙不均勻等情況。為了保證高效率下放電間隙的一致性、維持高的穩(wěn)定加工性，可以在加工過程中采用電極不斷搖動的方法。加工中采用搖動的方法可獲得側(cè)面與底面更均勻的表面粗糙度，更容易控制加工尺寸。搖動加工選用是根據(jù)被加工部位的搖動圖形、搖動量的形狀及精度的要求而定。如果在加工中不采用搖動的方法，則很難實(shí)現(xiàn)小間隙放電條件下的穩(wěn)定加工。在精加工中很容易發(fā)現(xiàn)因這個原因造成的不穩(wěn)定加工現(xiàn)象，不穩(wěn)定放電使尺寸不能準(zhǔn)確地得到控制且粗糙度不均勻。采用搖動的加工方法能能很好解決這些問題且能保證高精度、高質(zhì)量的加工。（四）多軸聯(lián)動加工方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜加工 近年來，隨著模具工業(yè)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了多軸聯(lián)動電火花加工技術(shù)的進(jìn)步。采用多軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)與多種直線運(yùn)動協(xié)調(diào)組合成多種復(fù)合運(yùn)動方式，以適應(yīng)不同種類工件的加工要求，擴(kuò)大了數(shù)控電火花加工的加工范圍，提高其在精密加工方面的比較優(yōu)勢和技術(shù)效益。數(shù)控電火花加工機(jī)床可利用多軸聯(lián)動很方便地實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電火花機(jī)床難以加工的復(fù)雜型腔模具或微小零件的加工，如三維螺旋面、微細(xì)齒輪、微細(xì)齒條等。目前模具企業(yè)采用數(shù)控電火花加工基本采用成型電極的軸向伺服加工，但也可以巧用多軸聯(lián)動的方法來提高加工性能，如清角部位在加工可行的情況下采用X、Y、Z三軸聯(lián)動的方法，即斜向加工，避免了因加工部位面積小而發(fā)生放電不穩(wěn)定的現(xiàn)象。模具潛伏式膠口的加工通過對電極斜度裝夾定位的設(shè)計(jì)，也可進(jìn)行斜向多軸聯(lián)動加工。（五）基于PC的數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā) 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心部分，其控制性能不僅直接影響機(jī)床加工的質(zhì)量和穩(wěn)定性，而且也是擴(kuò)大機(jī)床加工范圍、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜加工的重要手段。目前，各國都非常重視數(shù)控技術(shù)的研究，將其作為實(shí)現(xiàn)制造技術(shù)突破性發(fā)展的一個重點(diǎn)。數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)當(dāng)前發(fā)展的一個重要趨勢是開放式數(shù)控系統(tǒng)。其含義是：數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)者在一個統(tǒng)一的體系結(jié)構(gòu)下開發(fā)自己的產(chǎn)品，該體系結(jié)構(gòu)是一個廣泛認(rèn)可且透明的規(guī)范。這種結(jié)構(gòu)對電加工機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的重要性已非常明確了。高速走絲線切割機(jī)要進(jìn)一步發(fā)展，必須擺脫單板機(jī)作為數(shù)控系統(tǒng)，采用新的數(shù)控系統(tǒng)。根據(jù)目前國際上數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢及PC的發(fā)展情況，應(yīng)開發(fā)和使用基于PC的數(shù)控系統(tǒng)。眾所周知，PC本身是插卡式結(jié)構(gòu)，是標(biāo)準(zhǔn)的開放式體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。如高速走絲線切割機(jī)開發(fā)基于PC的數(shù)控系統(tǒng)，那將是國產(chǎn)高速走絲線切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)向開放式數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的一個有效方法。當(dāng)前，PC的價格持續(xù)下降，而性能和穩(wěn)定性不斷增強(qiáng)，使用PC不僅為高速走絲線切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)提供了優(yōu)越的硬件平臺，而且能保持機(jī)床性能價格比的優(yōu)勢。目前國內(nèi)已有基于PC的高速走絲線切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，但其主要功能是加工軌跡編程，機(jī)床加工控制功能還很不完善，沒有充分利用PC的資源，充分利用PC的資源來開發(fā)高性能的數(shù)控系統(tǒng)，將是高速走絲線切割機(jī)的一個重要發(fā)展方向。（六）多次切割工藝的應(yīng)用多次切割加工是高速走絲線切割加工技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。目前無論是金屬切