電火花機(jī)床評(píng)述

    般的機(jī)床展都有不少電火花加工設(shè)備展出。在電火花加工機(jī)展臺(tái)前的觀眾有兩種較普遍的看法：一些觀眾認(rèn)為電火花加工技術(shù)的發(fā)展似乎越來(lái)越慢，沒(méi)有多少令人興奮的大進(jìn)展；又有一些觀眾認(rèn)為該技術(shù)過(guò)于繁瑣復(fù)雜，甚至模糊不清，要采購(gòu)到自己滿(mǎn)意的機(jī)床心里沒(méi)底。

    對(duì)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(shù)經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展后，已經(jīng)成熟了。就象百米賽跑，已進(jìn)入10s大關(guān)，每提高0.1s都是一個(gè)飛躍。雖然電火花線(xiàn)切割的輪廓加工精度TKM僅從5µ;m提高到3µ;m，但這對(duì)精密模具行業(yè)來(lái)說(shuō)，卻是一個(gè)了不起的突破，能夠帶來(lái)驚人的效益。第二種觀點(diǎn)所反映的問(wèn)題，的確應(yīng)該引起行業(yè)的高度重視。因?yàn)殡娀鸹�加工技術(shù)發(fā)展實(shí)在太快，我們用戶(hù)的水平有點(diǎn)跟不上。因此，我們需要引導(dǎo)參觀者從掌握產(chǎn)品的技術(shù)背景著手，從各項(xiàng)技術(shù)發(fā)展總趨勢(shì)的高度上去了解和評(píng)估各參展廠商的水平。

    由于市場(chǎng)的全球化以及信息技術(shù)的高度發(fā)展，作為市場(chǎng)服務(wù)的技術(shù)，其內(nèi)在實(shí)質(zhì)日趨一致。雖然市場(chǎng)定位不同，各有特色，但這只能占一小部分。所以用戶(hù)只要看該產(chǎn)品的主體是否在主流水平上，估摸其技術(shù)的成熟程度，有什么特色，就能做出正確的評(píng)估。

1 電火花加工機(jī)的共性技術(shù)

1.1智能技術(shù)

    電火花加工從一開(kāi)始就采用伺服進(jìn)給，有一定的自動(dòng)化。從上世紀(jì)70年代末開(kāi)始引入數(shù)控技術(shù)，機(jī)床能按編程自動(dòng)定位，手動(dòng)加工。但電火花加工工藝復(fù)雜，隨機(jī)事件多，按既定方針是無(wú)法處理的。例如加工間隙內(nèi)電蝕產(chǎn)物的堆積、集中放電、甚至起弧等，都要靠有經(jīng)驗(yàn)的技師不斷觀察、判斷，試探著調(diào)整，排除故障，優(yōu)化加工參數(shù)，才能安全高效，實(shí)在是不容易。這就出現(xiàn)了早期的智能技術(shù)---適應(yīng)控制。今天智能化已成為電火花加工機(jī)床的核心技術(shù)，先進(jìn)程度的標(biāo)志，已滲透到每一個(gè)部件中。這種人工智能體現(xiàn)在能根據(jù)加工要求，按應(yīng)用分類(lèi)，配以相應(yīng)穩(wěn)定可靠的支撐硬件，以及在實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)驗(yàn)證中生成的工藝數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算方法軟件，這樣一個(gè)完整的體系才稱(chēng)之為專(zhuān)家系統(tǒng)。例如瑞士夏米爾公司的ROBOFORM 35P成形機(jī)，它把加工對(duì)象分成6類(lèi)：標(biāo)準(zhǔn)加工、大面積加工、窄槽、微細(xì)、拋光以及從尖角開(kāi)始放電的加工方式。它們各有各的規(guī)準(zhǔn)組合和控制技術(shù)，如大面積加工在電極抬起和恢復(fù)加工瞬間按面積的大小有響應(yīng)平穩(wěn)的速度曲線(xiàn)，既能滿(mǎn)足排屑要求又能避免過(guò)大的泵唧效應(yīng)引起電極乃至機(jī)床的變形。相反如是窄槽加工，出來(lái)規(guī)準(zhǔn)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(cè)電平會(huì)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(cè)技術(shù)、模糊控制技術(shù)等高新技術(shù)和大量艱苦的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)科學(xué)建庫(kù)工作的有機(jī)結(jié)合。

1.2工藝訣竅

    展臺(tái)上商品價(jià)格中創(chuàng)新（各種專(zhuān)利）和軟件所占比重明顯加大。例如一臺(tái)HP4噴油嘴專(zhuān)用小孔機(jī)，重不過(guò)500kg，裝置一眼就能看清楚，開(kāi)價(jià)高達(dá)50萬(wàn)美元，理由是它提供整套加工訣竅，能滿(mǎn)足最嚴(yán)格的小孔加工精度要求，CP值在2以上。過(guò)去買(mǎi)東西看得見(jiàn)摸得著，沉甸甸的一大堆，心里比較踏實(shí)，如今最值錢(qián)的可能就是幾張輕飄飄的盤(pán)。但這是按照“交鑰匙”協(xié)議， 一旦安裝，立刻能投入正常生產(chǎn)，無(wú)需用戶(hù)調(diào)試和任何技術(shù)投入，這就是知識(shí)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)的好處。 

1.3自動(dòng)化技術(shù)

    如今國(guó)內(nèi)人力資源豐富，自動(dòng)化似乎是一種奢侈和浪費(fèi)。但對(duì)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(tái)上類(lèi)似信息很多。例如日本牧野公司推薦用一臺(tái)CNC工件和電極機(jī)外預(yù)調(diào)單元，一臺(tái)EDM CIM小型數(shù)據(jù)處理中心和一臺(tái)配置10個(gè)可交換工作臺(tái)的EDGE2電火花成形機(jī)來(lái)代替三臺(tái)獨(dú)立運(yùn)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(lè)而不為呢？

1.4網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

    中國(guó)即將進(jìn)入WTO，模具工業(yè)和世界接軌勢(shì)在必行，所以機(jī)床的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（對(duì)品牌機(jī)這是常規(guī)功能）我們不要忽視了。例如瑞士阿奇公司的機(jī)床可以網(wǎng)絡(luò)遙控完成機(jī)床上除了開(kāi)機(jī)外所有的事，網(wǎng)上數(shù)據(jù)交換、培訓(xùn)、咨詢(xún)、維修保養(yǎng)服務(wù)。用戶(hù)只要增加一點(diǎn)點(diǎn)投資，開(kāi)通聯(lián)網(wǎng)功能，他帶來(lái)的好處是長(zhǎng)遠(yuǎn)的，非常可觀的。

2 電火花線(xiàn)切割機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，共性技術(shù)和最新的特色技術(shù)

    電火花線(xiàn)切割技術(shù)在電加工領(lǐng)域里發(fā)展最順，幾乎沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。該項(xiàng)技術(shù)的核心是加工精度高，表面質(zhì)量好和應(yīng)用范圍廣，而效率，用戶(hù)已相當(dāng)滿(mǎn)意了。

2.1加工精度

    與加工相關(guān)的因素很多，大致可分為機(jī)床因素和非機(jī)床因素。展臺(tái)上世界級(jí)品牌機(jī)在機(jī)床機(jī)械精度、脈沖電源精度、伺服控制精度（包括對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)、脈沖參數(shù)、走絲系統(tǒng)和工作液系統(tǒng)的控制）都已達(dá)到極高的水準(zhǔn)。高檔機(jī)無(wú)例外全都采用光柵尺全閉環(huán)系統(tǒng)，整機(jī)剛性得到普遍重視，而且隨著進(jìn)給絲杠的加粗，傳動(dòng)剛度也有大幅度提高。瑞士阿奇公司還采用三維補(bǔ)償，機(jī)床的幾何精度有很大的改善。今天繼續(xù)改進(jìn)的重點(diǎn)放在克服機(jī)床熱變形方面，用熱平衡、熱對(duì)稱(chēng)、熱隔離等各種措施減小機(jī)床熱源和室溫波動(dòng)對(duì)機(jī)床幾何精度的影響。普遍用恒溫的工作液冷卻立柱、上下機(jī)架、工作臺(tái)面、工件，整機(jī)用機(jī)殼包嚴(yán)，形成隔離的小恒溫室。可以說(shuō)高檔線(xiàn)切割機(jī)的幾何精度和坐標(biāo)磨床已完全相當(dāng)了。說(shuō)到脈沖電源和伺服控制的精度，可能中國(guó)用戶(hù)還沒(méi)有清楚的概念。的確在機(jī)床驗(yàn)收中就沒(méi)有這個(gè)項(xiàng)目。所以一些低檔機(jī)就可在這方面鉆空子，而品牌機(jī)的優(yōu)勢(shì)就在于此。它們的主機(jī)可以海外生產(chǎn)，但電柜一定是在總部封閉式運(yùn)作。它們以長(zhǎng)期的技術(shù)積累，先進(jìn)的品質(zhì)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(xié)調(diào)一致，而這些方面都是我們知之甚少急需補(bǔ)課的核心技術(shù)。

    影響加工精度的非機(jī)床因素，例如操作人員的素質(zhì)，人為的誤操作等現(xiàn)在能用強(qiáng)大的工藝數(shù)據(jù)庫(kù)和智能控制來(lái)消除。例如阿奇公司有FORMALCHECK功能用來(lái)確認(rèn)輸入數(shù)據(jù)是否遺漏。但看不見(jiàn)測(cè)不了的工件材料內(nèi)應(yīng)力誰(shuí)都沒(méi)有辦法考慮，所以加工工件的尺寸和形狀與達(dá)到的加工精度---表面輪廓度TKM關(guān)系密切。各家所言可達(dá)到的加工精度是指對(duì)給定尺寸和形狀的樣件切割。例如高40mm，對(duì)邊尺寸30mm的六棱柱體樣件，就是指相對(duì)名義尺寸30mm的偏差，上中下三個(gè)截面共9個(gè)數(shù)據(jù)。注意這里要求的是絕對(duì)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(dá)到3µ;m（相對(duì)名義尺寸±1.5µ;m),這和美國(guó)莫爾(Moore)公司最新開(kāi)發(fā)的450CPW/ATC坐標(biāo)磨床的指標(biāo)完全一樣。此外，由于角部配合間隙對(duì)沖模的壽命和沖件的毛刺影響巨大，故普遍注意到有沒(méi)有角部過(guò)切.目前品牌機(jī)尖角和小圓角精度可達(dá)到1-2µ;m。

    表面質(zhì)量，主要是指加工硬質(zhì)合金沖模時(shí)電解作用下鈷的溶解和表面微觀裂紋造成刃口過(guò)早磨損�，F(xiàn)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(jìn)，普遍采用高峰值，如三菱電機(jī)聲稱(chēng)已達(dá)到1000A，窄脈寬（微秒級(jí)），材料大多數(shù)為氣相拋出，帶走了大量的熱，工件表面溫度就上不去，開(kāi)裂的現(xiàn)象大為減少�？梢哉J(rèn)為今天線(xiàn)切割的硬質(zhì)合金沖模刃口的耐磨性和磨削沒(méi)有什么不同。夏米爾公司聲稱(chēng)表面變質(zhì)層厚僅1µ;m，而且沒(méi)有微觀裂紋。

    由于窄脈沖高峰值脈沖電源的出現(xiàn)，加上走絲系統(tǒng)，伺服進(jìn)給系統(tǒng)不斷改進(jìn)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(duì)性地設(shè)置規(guī)準(zhǔn)逐檔減小加工間隙和加工面內(nèi)凹，故達(dá)到同樣的精度和表面粗糙度的切割次數(shù)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(zhuān)家系統(tǒng)

    品牌機(jī)都有成套的專(zhuān)家系統(tǒng)，盡管稱(chēng)呼各不相同，但功能大同小異。首先是工藝專(zhuān)家系統(tǒng)，按加工要求給出成套參數(shù)。水平的高低看考慮的范圍大小，一般應(yīng)包括常用電極絲牌號(hào)和相應(yīng)的工件材料。近來(lái)還提供如PCD、PCBN等特殊材料的加工參數(shù)，可依據(jù)上下噴嘴是否與工件接觸，距離多大，是在切風(fēng)中精修，還是敞開(kāi)面精修，精度、表面粗糙度和效率哪一項(xiàng)優(yōu)先的加工策略來(lái)生成各自的規(guī)準(zhǔn)。在規(guī)準(zhǔn)選擇無(wú)誤的情況下都有一個(gè)放電專(zhuān)家系統(tǒng)來(lái)應(yīng)付切割中的隨機(jī)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(xiàn)在臺(tái)階形切割水平有了普遍提高。曾經(jīng)五花八門(mén)的轉(zhuǎn)角策略，如今已殊途同歸，形成轉(zhuǎn)角專(zhuān)家:系統(tǒng)采取逐步改變加工參數(shù)，等電極絲的滯后彎曲消失后在轉(zhuǎn)彎，而且在精加工轉(zhuǎn)彎時(shí)也注意到角部修整量的大小和放電點(diǎn)實(shí)際移動(dòng)速度變化造成角部加工間隙的變化。當(dāng)然這種不改變加工軌跡的轉(zhuǎn)角專(zhuān)家系統(tǒng)在保證角部精度的同時(shí)，要犧牲一些加工效率，用戶(hù)可以在精度和效率之間取一滿(mǎn)意的這種方案。當(dāng)然也有例外，瑞士阿奇公司藝高膽大，它在充分試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，也可采用變軌跡角部粗加工，不降低效率也不過(guò)切。

2.3自動(dòng)穿絲

    自動(dòng)穿絲近來(lái)都有很大進(jìn)展，普遍采用了穿絲前的退火工序，剪刀不見(jiàn)了，退火后局部過(guò)熱拉斷，這樣電極絲直徑變細(xì)、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(guò)后自動(dòng)尋找脫離短路的位置，這些功能都配齊全了。現(xiàn)在各家都在打擂臺(tái)，比誰(shuí)穿得快，有10-20s的不等，但工況都不太清楚，誰(shuí)最快無(wú)從評(píng)說(shuō)，但總的說(shuō)來(lái)比以前快多了。由于這部分結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，改進(jìn)十分頻繁，自診斷、自清洗保養(yǎng)的功能增加不少。

    這次展會(huì)上的亮點(diǎn)應(yīng)是瑞士夏米爾公司的ROBOFIL 2030S1-TW線(xiàn)切割加工中心。它能夠在45s內(nèi)實(shí)現(xiàn)ø;0.25mm和ø;0.1mm電極絲之間的轉(zhuǎn)換。如果車(chē)間里有30%的模具需要小內(nèi)角和窄縫，只要增加10%的投資，就可以得到40%的回報(bào)。因?yàn)樵摍C(jī)床的兩種電極絲完全處在各自最佳工況下待命，故自動(dòng)轉(zhuǎn)換中無(wú)需操作者介入，從而保證了機(jī)床的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。一般用ø;0.25mm的電極絲粗加工兩次，換ø;0.1mm的細(xì)絲精加工3次，并完成清角和窄縫。在無(wú)芯加工的場(chǎng)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(xì)絲，可節(jié)省可觀的成本。同樣在用細(xì)絲完成微細(xì)型孔加工后，可用粗加工導(dǎo)柱孔或銷(xiāo)孔。這種雙絲系統(tǒng)動(dòng)作并不復(fù)雜，走絲路程并沒(méi)有變化，只是外加一個(gè)粗絲庫(kù)，每根傳動(dòng)軸上有兩個(gè)導(dǎo)絲輪，用拉鍵和剎車(chē)來(lái)選擇哪一套走絲系統(tǒng)工作，兩個(gè)可擺動(dòng)的導(dǎo)絲管共用一套V型金剛石導(dǎo)向器，導(dǎo)向器在轉(zhuǎn)一個(gè)角度后可以補(bǔ)償其磨損重復(fù)使用。自動(dòng)換絲的想法并不是今天才有，只應(yīng)為線(xiàn)切割的走絲系統(tǒng)本來(lái)結(jié)構(gòu)就十分復(fù)雜，要不是5年來(lái)夏米爾在設(shè)計(jì)上做了一系列重大改進(jìn)，雙線(xiàn)系統(tǒng)是不可能成功的。在這次展會(huì)上三菱電機(jī)和牧野都介紹了自己高性能的走絲系統(tǒng)，可以估計(jì)雙線(xiàn)系統(tǒng)必將成為其下一個(gè)攻克的目標(biāo)。

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