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寶瑪數控議電火花加工技術

2013-12-22 來源：- 作者：-

一（yī）、加工原理：電火花加工（gōng）時，脈衝電源的一極接工具電（diàn）極，另一極接工件電極，兩極均浸入具有一定絕緣度的液（yè）體介質（常（cháng）用煤油或礦物油或去離子水）中。工具電極由自（zì）動進給調節裝置（zhì）控（kòng）製，以保證（zhèng）工具與工件在（zài）正常加工時維（wéi）持一（yī）很小的放電間隙（xì）（0.01～0.05mm）。當脈（mò）衝電壓加到兩極之間，便（biàn）將當時條件下極間最（zuì）近點的（de）液體介（jiè）質擊穿（chuān），形成放電通道。由於通道的截麵積很（hěn）小，放電時間極短，致使能量高度集中（10～107W／mm），放電區域產生的瞬時高溫足以使（shǐ）材料熔（róng）化甚至蒸發（fā），以致形（xíng）成一個小（xiǎo）凹（āo）坑。第一次脈（mò）衝放電（diàn）結束之後，經過很短的間隔時（shí）間，第二個脈衝又在另一極間最近點擊穿（chuān）放電。如此周而複始高頻率地循環下去（qù），工具電極不斷地向工件進給，它的形狀最終就（jiù）複製（zhì）在工件（jiàn）上，形成所需要的加工表麵。與此同時，總能量的一小部分也釋（shì）放到工具電極上，從而造（zào）成工（gōng）具損耗。

　　二（èr）、電（diàn）火花加工發展（zhǎn）曆程

　　電火花加工是利用兩極見脈衝（chōng）放電時產生的電（diàn）腐蝕現象，對材料進行加工（gōng）的方法。早在十九世紀，人們就發現（xiàn）了電器開光的觸點開閉時，以為放電，使接觸（chù）部位燒蝕，造成接觸麵的損壞。這（zhè）種放電引起（qǐ）的電極燒蝕現象（xiàng）叫做電腐（fǔ）蝕。起初，電（diàn）腐蝕（shí）被認為是有害的，為減少和避免（miǎn）這（zhè）種有害的電腐蝕，人們一直在（zài）研究電副食產生的原因和（hé）防止的辦法。當人們掌握了它的規（guī）律之後（hòu），便創造條件，轉害為益，把電腐蝕用於生產中（zhōng）。研究結果表明，當兩極產生放電的過程中（zhōng），放電通道瞬時產生大量的熱，足以使電極材料表麵局部熔化或汽化，並在一定條件下，熔化或汽化的部分能拋離電極（jí）表麵，形（xíng）成放電腐蝕的（de）坑穴。

　　二十世紀四十年代初，人們進一步認識到，在液體介（jiè）質中（zhōng）進行重複性脈衝放電時，能夠（gòu）對（duì）導電材料進行尺（chǐ）寸加工，因此，創（chuàng）立了（le）“電（diàn）火花加工法”。電火花加工技術作為特種加（jiā）工領域的重要技術之一（yī），最早應（yīng）用於二戰時期折斷絲錐取出時的加（jiā）工。隨著人類進入信息化時代，電（diàn）加工技術取得了突飛猛（měng）進的發（fā）展，可（kě）控性更高，數字化程度更好。

　　在中國（guó）電火花加工技術起步稍晚（wǎn）。根據中國的國情（qíng），實現電火花加工技術的原始創新是很困難的，隻能采取引進（jìn）消化吸收再創新的策略，因為這套係（xì）統集成了很多學科領域的知識，如計算機（jī）的軟硬件、微電子（zǐ）、數控、電（diàn）力半導體、機械技術、電氣技（jì）術等，是（shì）多方麵、多（duō）學（xué）科集成的產品（pǐn），是比較複雜的高科技產品。國（guó）內（nèi）現在顯然還沒（méi）有一個（gè）能夠（gòu）獨立進行原始創新的團隊，因此注定要經曆一個長時間痛苦的積澱過程，所以我認為中國（guó）的電火花技術創新之路別無選擇。政府也越來越認識到高校（xiào）已經不再是創（chuàng）新的（de）主戰場，必須依托企業才（cái）能實（shí）現。製造業是一個傳統行業。一（yī）個國家的發（fā）展終歸要落腳於製造（zào）業，因此（cǐ）作為基（jī）礎工業，製（zhì）造（zào）業必定擁有永久的生命力，而電加工行業也不（bú）例外（wài）。隨著（zhe）各（gè）項技術的不斷發展，電加工技術也在進步，至（zhì）於一項技（jì）術能夠發展多久，也要看（kàn）這個行業中的人怎樣去盡心敬（jìng）業、鑽研並推進它。

　　眾所周知，模具也是一個國家發展的基礎行業，許多（duō）批量生產的產（chǎn）品都離不開模具，而電火花加工是製造模具（jù）的（de）最主要技術之一。電火花加工仿形逼真以柔克剛，隻要是導（dǎo）電的材料均可加（jiā）工，而不受硬度、脆性、粘（zhān）性等材料特性的限製，這（zhè）是其他加工方法（fǎ）無法比（bǐ）擬的。電火（huǒ）花加工的另一個特點是可（kě）進行精密（mì）微細（xì）加工，微小孔、異型腔等的微細加工是其（qí）他設備無法替代的。這些特點（diǎn）決從技術發展過程來看，電火花加工技術經曆了手（shǒu）動電火花加（jiā）工、液壓伺服、直流（liú）電機、步進電機、交流伺服（fú）電機等一係（xì）列過程。控製係統也（yě）越來越複雜，從單軸數（shù）控到3軸數控、再到多軸聯動。

　　20世紀90年代（dài）初期，3軸電火花機在國內還是空白，主要是從日本和瑞士引進（jìn）。後來國（guó）內發展大概經曆（lì）了以下（xià）幾個階段：首先製造主機，也就是機械部分，相對較為簡單；此後是數控係統部分，可（kě）以（yǐ）理（lǐ）解為引進；之後是整個電源（yuán），是消化階段。經曆這（zhè）三個階段之（zhī）後是吸收（shōu），最（zuì）後是再創新。對（duì）電火花加（jiā）工而言，最核心的部分就是數控（kòng）係統部分，當然花（huā）費的精（jīng）力也最多。

　　我認為電火花成形機下一步的發展空間在精密微細和特殊材料兩個方麵。特殊材料（liào）（如航空航天領域用的材料）專機（jī），窄槽窄（zhǎi）縫、異型腔的加工，精密模具等領域都是（shì）發展重（chóng）點。在精加工方（fāng）麵，曾經有過高速銑要代替（tì）電火花的（de）傳言，現在證明這是不現實的。現（xiàn）在粗加工、大（dà）電流的火花機又有回頭的趨勢，在家電、汽車很多行業中應用。人類新開發出來的導電的特殊材料都可進（jìn）行（háng）放電加工，而高速銑通常很難（nán）實現（xiàn）。精密微細（xì）加工比如噴絲板等微小（xiǎo）型（xíng）零件都離不開電火（huǒ）花加工；航空航天領（lǐng）域中很多零部件需要多軸聯動電火花加工。我們國家在（zài）專用機型（xíng）上有創新的能力，有很大的空間。

　　三、電火花加工技術國內外研究發（fā）展的基本現狀

　　數控電（diàn）火花加（jiā）工技術正（zhèng）不斷向精（jīng）密化、自動化、智能（néng）化、高效化等方向發展。如今新型數控電火花機床層出不窮，如瑞士阿奇、瑞士夏（xià）米爾（ěr）、日（rì）本沙迪克、日本牧野、日本三菱、中國蘇州寶瑪等機床在這方麵技術都有了全麵的提高。1.精密化電火花加工的精密（mì）核心（xīn）主要體現在對尺寸精度、仿形精度、表麵質量的要（yào）求。時下數（shù）控電火花機床加工的精（jīng）度已有全麵提高，尺寸加工（gōng）要求可達±2-3μm、底麵拐（guǎi）角R值可（kě）小於0.03mm，最佳加工表麵粗糙度可（kě）低於Ra0.3μm。通過（guò）采用一係列先進加工技術和工藝（yì）方法，可達到鏡麵加工效果且能夠成功地完成微型（xíng）接插件、IC塑封（fēng）、手機、CD盒等高精（jīng）密模具部位的電火花加（jiā）工。從（cóng）總體來看，現代模（mó）具（jù）企業在先進數控電火花機（jī）床的應用上，還沒能很好地挖掘出機床（chuáng）的精密加工性能。因此有必要（yào）全麵推動已有數控加工技術的進一步發展，不斷提高模具加工精度。

　　2.智能（néng）化（huà）

　　智能控製技術的出現把（bǎ）數控電火花加工推向了新的發展高（gāo）度。新型數控電火花機床采用了智能控製技術（shù）。專家係統是（shì）數控電火（huǒ）花機床智能化的重要體現，它的智能性體現在精確的檢測技術和模糊控製技術兩方麵。專（zhuān）家（jiā）係統采用人機對話方式，根據加工的條件、要求，合（hé）理輸入設定值後便能自動創（chuàng）建加工（gōng）程序，選用（yòng）最佳加工條件組合來進行加工。在線自動監測、調整加工過程，實現（xiàn）加工過（guò）程（chéng）的最（zuì）優化控製。專家係（xì）統在檢測加工條件時，隻要輸入加工形狀、電極與工件材（cái）質、加工位置、目標粗糙度值、電極縮放量、搖動方式、錐度值等指標，就可自動推算並配置最（zuì）佳加工條（tiáo）件。模糊控製技術是由計算機監測來判定電火花加工間隙的狀態，在（zài）保持穩定電弧的範圍內自動選擇（zé）使加工效率達到最高的加工條件；自動（dòng）監控加（jiā）工過程，實（shí）現最穩定的加工（gōng）過（guò）程的控製技術。專家係統智能技術的應用使機床（chuáng）操作更容易，對操作人員的（de）技術水平要求更低。目前智（zhì）能化技（jì）術不斷地升級，使得智能控（kòng）製技術的（de）應用範圍更加的廣泛。隨著市場對電加工要求的提升，智能化技術將獲得更為廣闊的發（fā）展空間。

　　3.自（zì）動化

　　目前最（zuì）先進的數控電火花（huā）機床在（zài）配有（yǒu）電極庫和標準電極夾具的情況下，隻要在加工前將電極裝入刀庫，編製好加工程序（xù），整個電火（huǒ）花加工（gōng）過程便能日以赴繼地自（zì）動運轉，幾乎無需人工操作。機床的自動化運轉降低了操作人員的勞動（dòng）強度、提高生產效率。但自（zì）動裝置配件（jiàn）的價格（gé）比（bǐ）較昂貴，大多模具企業的數（shù）控電火花機床的配置並不齊全（quán）。數控（kòng）電火花機（jī）床具備的自動測量（liàng）找正、自動定位、多工件（jiàn）的連續加工等（děng）功能已較（jiào）好地（dì）發揮了它的自動化性能。自動操作過程不需人工幹預，可以提（tí）高加工（gōng）精度、效率。普及機床的自動化程度是當前數控電火花機床行業的發展趨勢之一。

　　4.高效化

　　現代加工的要（yào）求為數控電火花加工技術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（jīng）加工效率。如手機（jī）外殼、家電製品、電器（qì）用品、電子儀表等領（lǐng）域，都要求將大麵（miàn）積（例如100×100mm）工（gōng）件的放電時間大幅縮短，同時又要降低粗糙度。從（cóng）原（yuán）來的Ra0.8μm改進到Ra0.25μm，使放（fàng）電（diàn）後不必再進行手（shǒu）工拋光處理。這不但縮短了加工（gōng）時間且省（shěng）卻後處理的麻煩，同時提升了模具品（pǐn）質，使用粉末加工設備可達到要求。另外減少輔助時間(如編程時間、電極與工件定位時間等)，這就需要增強機床（chuáng）的自動編程功能，配置電（diàn）極與工件定位的夾具、裝置。若在大工件（jiàn）的粗加工中選用石墨（mò）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擴（kuò）大市場空間、提升市（shì）場競爭（zhēng）力的資（zī）本，其開（kāi）發而（ér）成的（de）新產品（pǐn）、新技術亦愈受（shòu）歡迎。

　　四、電火花（huā）成形加工技術的發展（zhǎn）方向

　　先進製造技術的快速發展和製造業市場競爭的加劇對電火花成形加工技術提出了更（gèng）高要（yào）求，同時也為電火花成形加工技（jì）術加工理論的（de）研究和工藝開發、設備更新提供了新的（de）動力（lì）。今後電（diàn）火花（huā）成形加工的（de）加工對象應主要麵向傳統切（qiē）削加工不易（yì）實現的（de）難加工材料、複雜型麵等加工，其中精細加工、精密加（jiā）工、窄槽加工、深腔加工等將成為（wéi）發展重點。同（tóng）時，還應注意與其它特種加工技術或傳統切削加工技術的複（fù）合應用，充分發揮各種加工方（fāng）法在難加工材料加工中的（de）優勢，取得聯（lián）合增值效應。相對於切削加工技（jì）術（shù）而言，電火花成形加工技（jì）術（shù）仍是一門較年輕的技術，因此在今後的發展中，應借鑒切削加工技術發展過程中取得的經驗與成果，根據電火花成形加工自身的技術特點，選用適當的加工理論、控製原理（lǐ）和工藝方法，並（bìng）在（zài）己有（yǒu）成果的（de）基礎上不斷完善、創新。電火花成形加工機床向數控（kòng）化方向發展的趨勢已不可逆轉，但應注意不（bú）可盲目追求“大而全”，應以市場為導（dǎo）向，建立具有開（kāi）放性的數控體係。總體而言，電火花（huā）成形加工技術今後（hòu）的發展趨勢應是高效率、高精度、低損耗、微細（xì）化、自動化、安全、環保等。

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