电火花加工技术应用以及发展趋势与建议

电火花加工技术应用以及发展趋势与建议姓名：学号：（黄山学院信息工程学院安徽黄山245041）摘要在电火花加工技术在汽车、航空航天、模具等制造工业中有着广泛的应用，模具工业技术快速发展的新形势下,数控电火花加工技术已取得了突破性的进展。本文从电火花加工技术发展的基本现状、数控电火花加工的操作过程、数控电火花加工新工艺的应用以及电火花加工技术的发展趋势以及发展建议四方面入手加以论述。关键词电火花加工；数控电火花；加工技术；模具工业技术；数控机床；发展趋势与建议引言日本是电火花加工机床的生产大国和使用大国。目前，日本有70%的模具工厂在使用电加工机床。长期以来，日本生产的电加工机无论在数量上还是在质量上，一直处于国际领先地位。日本的Sodick公司和瑞士的CT公司并称为世界电加工机的两大生产巨头。近年来，日本的电加工机床发展很快，产品更新换代周期缩短，品种和规格日益丰富。以三菱电机公司为例，其品种已达45个之多。近年来日本新开发的电加工机在一定程度上代表了电加工机的未来发展方向。先进制造技术的快速发展和制造业市场竞争的加剧对数控电火花加工技术提出了更高要求,同时也为其提供了新的发展动力。正文一、电火花加工技术发展的基本现状1、通观日本近年来开发的电加工机，数控电火花加工技术的进展主要表现在以下几个方面:机床的自动化与智能化;机床的高效化;机床的精密化;机床的集成化;机床结构与造型的多样化。如今新型数控电火花机床层出不穷。技术方面都有了全面的提高。在机床的自动化与智能化方面，日本市场上目前供应的电火花加工机床绝大部分已具备了先进的数控系统及丰富的软件(且其硬件与软件的通用化程度在不断提高);加工参数、电极材料、加工生产率及表面粗糙度均能自动选择;很多机床还具备了工具电极自动交换系统及工具库。日本的第二代电火花线切割机—ROBOFIL1000系列电火花线切割机是一种智能型自动化高速加工机床。它有自动穿丝和废料处理装置等;其放电频率、喷液强度、线电极进给速度均能自动控制;采用控制进给以提高棱角加工时的形状精度。近年来，日本的许多电加工机生产厂在不断改进和完善电加工机的数控系统、提高机床的自动化、柔性化及自适应能力的同时，也普遍致力于采用各种新技术、新工艺及新材料，以提高电加工机的加工精度。而且，精密化、高效化和自动化三者的合流趋势已日益明显。为适应高精度模具加工的要求，新开发的电加工机普遍采用高刚性结构。为了进一步提高电加工机床的加工精度，很多机床(如三菱电机公司的DWCll够Z型线切割机和V系列成型机)上采用32位CNC控制，以提高NC精度。在某些电火花线切割机上采用了走丝系统的高控制技术，使走丝的振动受到一定的抑制，从而提高了线切割加工的精度。有的机床采用水中加工方式，利用水的恒温作用来提高加工精度。由于采取了提高加工精度的各种有效措施，电加工机的加工精度有了很大提高。近年来日本新研制的许多电加工机为高效型机，其中又有不少是高效一高精度型机、有的甚至实现了高效、高精度和自动化三位一体。伺服控制采用软件，从而保证了高速高精度的加工;在自动化装置中充实了应用软件，实现了机床的自动无人运行;采用高刚性、高精度且热平衡性优良的龙门式结构，进一步提高了机床的加工精度。在机床的集成化方面，日本也取得了一定进展。日本的一个加工中心厂商在加工中心上配上电火花脉冲电源及电火花伺服系统，使得在该加工中心上既能完成型腔的预铣、电极的粗铣及精修等铣削加工，又能对模具进行电火花粗加工和精加工。在不断改进机床内在质量的同时，近年来日本的一些电加工机床厂商已开始注重机床的结构和造型设计，使新开发的机床在结构和造型上日益呈现出多样性。2、数控电火花加工技术日新月异的发展，至使机床生产厂家纷纷对生产技术予以了改进。目前数控电火花机床在伺服系统和脉冲电源的改进上取得了重大成果，大大的提高了数控电火花加工的质量、加工效率。2.1机床伺服系统的改进精密的机床伺服系统对电火花加工具有重要的意义。日前开发出的直线电机驱动的数控电火花加工设备，使加工性能获得明显改善。在驱动轴上配置直线电机从而实现了高响应、平滑的驱动，提高了机械系统的稳定性，避免了动作滞后。数控电火花机床主轴采用直线电机的高速抬刀技术，使加工屑的排出性能进一步提高，进而提高了加工性能，实现免冲液加工。直线电机驱动的机床，由于高响应性伺服产生的良好跟踪性，能把加工深度误差控制在最小限度达到高精度加工。直线伺服系统的应用在深窄、微小型腔加工方面具有明显的技术优势。直线电机技术将成为21世纪电火花机床伺服系统的主导。2.2机床脉冲电源的改进脉冲电源对提升加工速度、降低电极损耗、确保加工精度及提高表面质量中扮演着极其重要的作用。各种脉冲电源对高速、高品位的加工作出了较大贡献。超精加工电源用于电火花精密、微细加工中，这类电源具有极小的单个脉冲能量（纳秒级脉冲宽度），在电路上通过其它措施解决了加工速度慢、电极损耗大与低脉宽的工艺矛盾。智能型自适应电源采用微机数字化控制技术，自选加工规准，自适应调节加工中相关脉冲参数，从而达到高生产率的最佳稳定放电状态。另外新型的脉冲电源还有节能型脉冲电源、等能量脉冲电源、各种专用辅助电源等。随着研究和开发工作的深入，脉冲电源的性能也随之取得更大的进步。二、数控电火花加工的操作过程数控电火花加工技术的发展,使得加工过程的操作更为快捷。使用ATC(自动电极交换装置)的数控电火花机床的操作过程为:机床在开机后,先回到机械原点;然后装夹工件,将基准球固定在工作台X、Y行程范围内任意位置;把要加工的电极装入ATC电极库,将基准电极插入主轴夹头;通过手动控制完成基准电极中心对工件零点的定位;接着完成基准电极对基准球的中心定位,将基准电极的中心偏移量记忆。使用自动编程软件制作程序,首先输入使用的电极号、加工深度,执行检索加工条件;再制作测量加工电极中心偏移量的程序与加工程序组合,保存制作好的程序;最后调出程序执行即可开始加工。加工过程中自动装入电极、自动测量加工电极中心偏移量、自动定位、开油加工、监测加工。整个加工过程的重要操作步骤是在编程环节,编程时加工思路一定要清晰,输入的数值一定要准确,才能保证自动加工过程的正确执行。不具备ATC电极库的数控电火花加工操作过程与上述是一样的,只是加工中换电极、测量中心偏移量的步骤需由手动操作完成。可见ATC是数控电火花加工自动化的重要工具,它的应用打破了传统加工繁琐的操作模式。三、数控电火花加工新工艺的应用电火花加工工艺是实现加工目的直接手段。目前已经开发出了多种电火花加工工艺,并在生产中取得了一定的经济效益。下面介绍几种在数控电火花加工中新应用的工艺及其优势。1、标准化夹具实现快速精密定位数控电火花加工为保证极高的重复定位精度且不降低加工效率,采用快速装夹的标准化夹具。这类装置的原理是电极在制造时,是集电极与夹具为一体的组件在装有同数控电火花机床上配备的工艺定位基准附件相同的加工设备上完成的。工艺定位基准附件都统一同心、同位,并且各数控机床都有坐标原点。因此电极在制造完成后,直接取下电极和夹具的组件,装入数控电火花机床的基准附件上,无需再进行纠正调节。加工过程中如需插入一“急件”加工,同样可以将正在加工的半成品卸下,待急件加工完后再继续快速装夹加工。标准化夹具,是一种快速精密定位的工艺方法,它的使用大大减少了数控电火花加工过程中的装夹定位时间,有效地提升了企业的竞争力。2、混粉加工方法实现镜面加工效果在放电加工液内混入粉末添加剂,以高速获得光泽面的加工方法称之为混粉加工。该方法主要应用于复杂模具型腔,尤其是不便于进行抛光作业的复杂曲面的精密加工。可降低零件表面粗糙度值,省去手工抛光工序,提高零件的使用性能(如寿命、耐磨性、耐腐蚀性、脱模性等)。混粉方法加工镜面主要技术要求有:电火花机床具有镜面精加工电路(具有极小的单个脉冲能量);选择合适的粉末添加剂;进行粉末添加剂的浓度管理;利用扩散装置来消除浓度的误差;采用无冲液处理方式。混粉加工技术的发展,使精密型腔模具镜面加工成为现实。3、摇动加工方法实现高精度加工电火花加工复杂型腔时,在不同方向上的加工难度和加工面积相差很大,会产生加工不稳定、放电间隙不均匀等情况。为了保证高效率下放电间隙的一致性、维持高的稳定加工性,可以在加工过程中采用电极不断摇动的方法。加工中采用摇动的方法可获得侧面与底面更均匀的表面粗糙度,更容易控制加工尺寸。摇动加工选用是根据被加工部位的摇动图形、摇动量的形状及精度的要求而定。如果在加工中不采用摇动的方法,则很难实现小间隙放电条件下的稳定加工。在精加工中很容易发现因这个原因造成的不稳定加工现象,不稳定放电使尺寸不能准确地得到控制且粗糙度不均匀。采用摇动的加工方法能很好解决这些问题且能保证高精度、高质量的加工。4、多轴联动加工方法实现复杂加工近年来,随着模具工业和计算机技术的发展,促进了多轴联动电火花加工技术的进步。采用多轴回转系统与多种直线运动协调,组合成多种复合运动方式,以适应不同种类工件的加工要求,扩大了数控电火花加工的加工范围,提高了其在精密加工方面的比较优势和技术效益。数控电火花加工机床可利用多轴联动很方便地实现了传统电火花机床难以加工的复杂型腔模具或微小零件的加工,如三维螺旋面、微细齿轮、微细齿条等。四、电火花加工技术的发展趋势以及发展建议通过以上介绍，我们不难看出:日本电加工机正在朝着自动化、柔性化、智能化精密化、高效化、集成化及结构造型多样化方而发展，这恰与现代模具工业及其它异形件加工对电加工机日益高涨的要求相吻合。因此，我们有理由认为，自动化、柔性化、智能化精密化、高效化、集成化及结构造型的多样化代表了电加工机的未来主要发展趋势。未来数控电火花加工技术的发展空间是十分广阔的。由于电火花加工过程本身的复杂性,迄今对电火花加工的机理尚未完全弄清楚,大多研究成果是建立在大量系统的工艺实验基础上完成的,所以对电火花加工机理的深入研究,并以此直接指导和应用于实践加工是数控电火花加工技术发展的根本。总之,数控电火花加工技术以提高加工质量、提高加工效率、扩大加工范围、降低加工成本等为目标在模具工业中不断发展。在电加工技术的研究和应用中，要以加强应用工艺研究和进一步改进与完善电加工机床的数控系统为重点。而要强化应用工艺研究，就必须进一步破除不少电加工科研人员头脑中实际存在的轻视工艺的错误观念，使他们真正认识到工艺工作是最现实、最直接的生产力，应用工艺研究也决不是简单低级、搞不出什么名堂、没有多少学术价值的研究项目。在数控系统方面，则应该在提高硬件与软件的通用化程度、提高电加工机床的数控化率、丰富工艺数据库及图库、实现简易自动编程和汉语人一机对语等方面下力气。此外，还应从结构、材料及工艺等方面采取有效措施，以提高电加工机床的加工精度和效率。结束语在模具工业技术快速发展的新形势下,数控电火花加工技术已取得了突破性的进展,其不仅在过去及和现在的模具制造中被广泛应用,相信在今后电加工技术必将能够得到很好的发展。参考文献[1]左敦稳，黎向锋等.现代加工技术.北京航空航天大学出版社,2009.[2]姜慧等.机械产品模块划分方法的研究.制造技术与机床,1999.[3]王知衍译.面向制造与装配的产品设计.北京：机械工业出版社,1999.[4]刘维东，狄士春，赵万生.电火花加工技术的新发展.中国机械工程.1998年[5]秦勇,王霖,张建华,张勤河等.电火花成形加工加工技术的现状与发展趋势.工具技术.2002[6]赵万生,刘晋春.电火花加工技术.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社.2000[7]杨大勇.电火花加工技术的发展概况.电加工与模具.2010