電火花機床評述

    般的機床展都有不少電火花加工設備展出。在電火花加工機展臺前的觀眾有兩種較普遍的看法：一些觀眾認為電火花加工技術的發(fā)展似乎越來越慢，沒有多少令人興奮的大進展；又有一些觀眾認為該技術過于繁瑣復雜，甚至模糊不清，要采購到自己滿意的機床心里沒底。

    對于第一種疑惑，您只要稍稍深入了解一下就可以明白，電火花加工技術經過半個世紀的發(fā)展后，已經成熟了。就象百米賽跑，已進入10s大關，每提高0.1s都是一個飛躍。雖然電火花線切割的輪廓加工精度TKM僅從5µ;m提高到3µ;m，但這對精密模具行業(yè)來說，卻是一個了不起的突破，能夠帶來驚人的效益。第二種觀點所反映的問題，的確應該引起行業(yè)的高度重視。因為電火花加工技術發(fā)展實在太快，我們用戶的水平有點跟不上。因此，我們需要引導參觀者從掌握產品的技術背景著手，從各項技術發(fā)展總趨勢的高度上去了解和評估各參展廠商的水平。

    由于市場的全球化以及信息技術的高度發(fā)展，作為市場服務的技術，其內在實質日趨一致。雖然市場定位不同，各有特色，但這只能占一小部分。所以用戶只要看該產品的主體是否在主流水平上，估摸其技術的成熟程度，有什么特色，就能做出正確的評估。

1 電火花加工機的共性技術

1.1智能技術

    電火花加工從一開始就采用伺服進給，有一定的自動化。從上世紀70年代末開始引入數控技術，機床能按編程自動定位，手動加工。但電火花加工工藝復雜，隨機事件多，按既定方針是無法處理的。例如加工間隙內電蝕產物的堆積、集中放電、甚至起弧等，都要靠有經驗的技師不斷觀察、判斷，試探著調整，排除故障，優(yōu)化加工參數，才能安全高效，實在是不容易。這就出現了早期的智能技術---適應控制。今天智能化已成為電火花加工機床的核心技術，先進程度的標志，已滲透到每一個部件中。這種人工智能體現在能根據加工要求，按應用分類，配以相應穩(wěn)定可靠的支撐硬件，以及在實驗室和生產驗證中生成的工藝數據庫和計算方法軟件，這樣一個完整的體系才稱之為專家系統(tǒng)。例如瑞士夏米爾公司的ROBOFORM 35P成形機，它把加工對象分成6類：標準加工、大面積加工、窄槽、微細、拋光以及從尖角開始放電的加工方式。它們各有各的規(guī)準組合和控制技術，如大面積加工在電極抬起和恢復加工瞬間按面積的大小有響應平穩(wěn)的速度曲線，既能滿足排屑要求又能避免過大的泵唧效應引起電極乃至機床的變形。相反如是窄槽加工，出來規(guī)準不同外，必須采用高速抬刀，才能保證深窄槽免沖油的穩(wěn)定放電，而且抬刀的高度和防止電弧放電的檢測電平會隨著加工深度的改變而變化，在安全的前提下有最高的加工效率�？傊�智能化是火花間隙檢測技術、模糊控制技術等高新技術和大量艱苦的基礎實驗科學建庫工作的有機結合。

1.2工藝訣竅

    展臺上商品價格中創(chuàng)新（各種專利）和軟件所占比重明顯加大。例如一臺HP4噴油嘴專用小孔機，重不過500kg，裝置一眼就能看清楚，開價高達50萬美元，理由是它提供整套加工訣竅，能滿足最嚴格的小孔加工精度要求，CP值在2以上。過去買東西看得見摸得著，沉甸甸的一大堆，心里比較踏實，如今最值錢的可能就是幾張輕飄飄的盤。但這是按照“交鑰匙”協議， 一旦安裝，立刻能投入正常生產，無需用戶調試和任何技術投入，這就是知識經濟帶來的好處。 

1.3自動化技術

    如今國內人力資源豐富，自動化似乎是一種奢侈和浪費。但對于模具工業(yè)，由于熟練操作工的缺乏，能省人工還是很重要的。只要稍稍注意一下，展臺上類似信息很多。例如日本牧野公司推薦用一臺CNC工件和電極機外預調單元，一臺EDM CIM小型數據處理中心和一臺配置10個可交換工作臺的EDGE2電火花成形機來代替三臺獨立運行的EDGE2，人力成本可減少1/3，此外資金投入亦可降低18%，何樂而不為呢？

1.4網絡技術

    中國即將進入WTO，模具工業(yè)和世界接軌勢在必行，所以機床的網絡技術（對品牌機這是常規(guī)功能）我們不要忽視了。例如瑞士阿奇公司的機床可以網絡遙控完成機床上除了開機外所有的事，網上數據交換、培訓、咨詢、維修保養(yǎng)服務。用戶只要增加一點點投資，開通聯網功能，他帶來的好處是長遠的，非�？捎^的。

2 電火花線切割機的發(fā)展趨勢，共性技術和最新的特色技術

    電火花線切割技術在電加工領域里發(fā)展最順，幾乎沒有競爭對手。該項技術的核心是加工精度高，表面質量好和應用范圍廣，而效率，用戶已相當滿意了。

2.1加工精度

    與加工相關的因素很多，大致可分為機床因素和非機床因素。展臺上世界級品牌機在機床機械精度、脈沖電源精度、伺服控制精度（包括對機械運動、脈沖參數、走絲系統(tǒng)和工作液系統(tǒng)的控制）都已達到極高的水準。高檔機無例外全都采用光柵尺全閉環(huán)系統(tǒng)，整機剛性得到普遍重視，而且隨著進給絲杠的加粗，傳動剛度也有大幅度提高。瑞士阿奇公司還采用三維補償，機床的幾何精度有很大的改善。今天繼續(xù)改進的重點放在克服機床熱變形方面，用熱平衡、熱對稱、熱隔離等各種措施減小機床熱源和室溫波動對機床幾何精度的影響。普遍用恒溫的工作液冷卻立柱、上下機架、工作臺面、工件，整機用機殼包嚴，形成隔離的小恒溫室�？梢哉f高檔線切割機的幾何精度和坐標磨床已完全相當了。說到脈沖電源和伺服控制的精度，可能中國用戶還沒有清楚的概念。的確在機床驗收中就沒有這個項目。所以一些低檔機就可在這方面鉆空子，而品牌機的優(yōu)勢就在于此。它們的主機可以海外生產，但電柜一定是在總部封閉式運作。它們以長期的技術積累，先進的品質管理和制造能力，從體系的高度保證各功能部件性能的穩(wěn)定和相互間的協調一致，而這些方面都是我們知之甚少急需補課的核心技術。

    影響加工精度的非機床因素，例如操作人員的素質，人為的誤操作等現在能用強大的工藝數據庫和智能控制來消除。例如阿奇公司有FORMALCHECK功能用來確認輸入數據是否遺漏。但看不見測不了的工件材料內應力誰都沒有辦法考慮，所以加工工件的尺寸和形狀與達到的加工精度---表面輪廓度TKM關系密切。各家所言可達到的加工精度是指對給定尺寸和形狀的樣件切割。例如高40mm，對邊尺寸30mm的六棱柱體樣件，就是指相對名義尺寸30mm的偏差，上中下三個截面共9個數據。注意這里要求的是絕對尺寸，要保證小間隙精密沖模的配合及互換性必須這樣要求。瑞士阿奇公司的EXCELLENCE的TKM就可以達到3µ;m（相對名義尺寸±1.5µ;m),這和美國莫爾(Moore)公司最新開發(fā)的450CPW/ATC坐標磨床的指標完全一樣。此外，由于角部配合間隙對沖模的壽命和沖件的毛刺影響巨大，故普遍注意到有沒有角部過切.目前品牌機尖角和小圓角精度可達到1-2µ;m。

    表面質量，主要是指加工硬質合金沖模時電解作用下鈷的溶解和表面微觀裂紋造成刃口過早磨損。現在都已采用平均電壓為零的交流脈沖電源，電解的破壞已將到最低程度。此外，由于脈沖電源的改進，普遍采用高峰值，如三菱電機聲稱已達到1000A，窄脈寬（微秒級），材料大多數為氣相拋出，帶走了大量的熱，工件表面溫度就上不去，開裂的現象大為減少�？梢哉J為今天線切割的硬質合金沖模刃口的耐磨性和磨削沒有什么不同。夏米爾公司聲稱表面變質層厚僅1µ;m，而且沒有微觀裂紋。

    由于窄脈沖高峰值脈沖電源的出現，加上走絲系統(tǒng)，伺服進給系統(tǒng)不斷改進和考慮了很多工作狀態(tài)因素---噴嘴形式，和工件間距離，精修是否在切縫中等等，有針對性地設置規(guī)準逐檔減小加工間隙和加工面內凹，故達到同樣的精度和表面粗糙度的切割次數大大減少，這樣不但加工效率高，電極消耗少，而且切割中偏移量小，形狀精度也明顯提高。

2.2專家系統(tǒng)

    品牌機都有成套的專家系統(tǒng)，盡管稱呼各不相同，但功能大同小異。首先是工藝專家系統(tǒng)，按加工要求給出成套參數。水平的高低看考慮的范圍大小，一般應包括常用電極絲牌號和相應的工件材料。近來還提供如PCD、PCBN等特殊材料的加工參數，可依據上下噴嘴是否與工件接觸，距離多大，是在切風中精修，還是敞開面精修，精度、表面粗糙度和效率哪一項優(yōu)先的加工策略來生成各自的規(guī)準。在規(guī)準選擇無誤的情況下都有一個放電專家系統(tǒng)來應付切割中的隨機因素，在切入、切出、截面變化、中心切割、接近邊緣切割、大截面高速切割等情況下，得到不斷絲穩(wěn)定高效加工。現在臺階形切割水平有了普遍提高。曾經五花八門的轉角策略，如今已殊途同歸，形成轉角專家:系統(tǒng)采取逐步改變加工參數，等電極絲的滯后彎曲消失后在轉彎，而且在精加工轉彎時也注意到角部修整量的大小和放電點實際移動速度變化造成角部加工間隙的變化。當然這種不改變加工軌跡的轉角專家系統(tǒng)在保證角部精度的同時，要犧牲一些加工效率，用戶可以在精度和效率之間取一滿意的這種方案。當然也有例外，瑞士阿奇公司藝高膽大，它在充分試驗的基礎上，也可采用變軌跡角部粗加工，不降低效率也不過切。

2.3自動穿絲

    自動穿絲近來都有很大進展，普遍采用了穿絲前的退火工序，剪刀不見了，退火后局部過熱拉斷，這樣電極絲直徑變細、變硬、變尖，穿絲噴水嘴亦變小，水柱更有力，水池中穿絲、切縫中穿絲與穿絲孔僅0.05mm間隙的穿絲都有很高的成功率，穿絲前的孔搜索，穿過后自動尋找脫離短路的位置，這些功能都配齊全了。現在各家都在打擂臺，比誰穿得快，有10-20s的不等，但工況都不太清楚，誰最快無從評說，但總的說來比以前快多了。由于這部分結構較為復雜，改進十分頻繁，自診斷、自清洗保養(yǎng)的功能增加不少。

    這次展會上的亮點應是瑞士夏米爾公司的ROBOFIL 2030S1-TW線切割加工中心。它能夠在45s內實現ø;0.25mm和ø;0.1mm電極絲之間的轉換。如果車間里有30%的模具需要小內角和窄縫，只要增加10%的投資，就可以得到40%的回報。因為該機床的兩種電極絲完全處在各自最佳工況下待命，故自動轉換中無需操作者介入，從而保證了機床的連續(xù)運轉。一般用ø;0.25mm的電極絲粗加工兩次，換ø;0.1mm的細絲精加工3次，并完成清角和窄縫。在無芯加工的場合下，可先用ø;0.25mm粗絲完成型孔的電火花銑削，去除所有的材料，效率高，也不必消耗昂貴的細絲，可節(jié)省可觀的成本。同樣在用細絲完成微細型孔加工后，可用粗加工導柱孔或銷孔。這種雙絲系統(tǒng)動作并不復雜，走絲路程并沒有變化，只是外加一個粗絲庫，每根傳動軸上有兩個導絲輪，用拉鍵和剎車來選擇哪一套走絲系統(tǒng)工作，兩個可擺動的導絲管共用一套V型金剛石導向器，導向器在轉一個角度后可以補償其磨損重復使用。自動換絲的想法并不是今天才有，只應為線切割的走絲系統(tǒng)本來結構就十分復雜，要不是5年來夏米爾在設計上做了一系列重大改進，雙線系統(tǒng)是不可能成功的。在這次展會上三菱電機和牧野都介紹了自己高性能的走絲系統(tǒng)，可以估計雙線系統(tǒng)必將成為其下一個攻克的目標。

    TW系統(tǒng)并不限制應用范圍，該機床只要換上相應附件，同樣可以用ø;0.03mm、0.05mm、0.07mm的電極絲進行微細加工，也可在錐度專家系統(tǒng)的控制下完成精密的±30°的大錐度切割。