數(shù)控電火花線切割加工技術(shù)及其發(fā)展趨勢

萬明奎

【摘要】數(shù)控電火花線切割加工簡稱線切割，加工原理是利用連續(xù)移動的金屬絲作為電極，通過脈沖放電腐蝕對零件進(jìn)行切割加工。線切割技術(shù)已經(jīng)成為了機(jī)械數(shù)控制造技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志。在這里，詳細(xì)論述了數(shù)控電火花線切割加工技術(shù)的加工原理、加工質(zhì)量及其加工精度的影響因素，并且闡述了數(shù)控電火花線切割加工的未來發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控電火花線切割加工;加工質(zhì)量;高速走絲

1.引言

電火花加工方法于20世紀(jì)中期由蘇聯(lián)拉扎林科夫婦開創(chuàng)，但是加工速度很慢，應(yīng)用范圍很小。隨著現(xiàn)代制造加工業(yè)的不斷快速發(fā)展，尤其是計算機(jī)信息技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用和普及，電火花加工方法從最原始的模電火花線切割發(fā)展到了現(xiàn)代數(shù)控電火花線切割技術(shù)，在加工領(lǐng)域的加工應(yīng)用范圍越來越廣，并且加工效率和加工精度都有極大的提高。就目前加工技術(shù)來說，數(shù)控電火花線切割技術(shù)主要的應(yīng)用范圍是電火花成形零件、模具以及各種復(fù)雜輪廓和高硬度零件。

2.數(shù)控電火花線切割加工技術(shù)

2.1 數(shù)控電火花線切割機(jī)床的機(jī)械系統(tǒng)

和普通機(jī)床一樣，數(shù)控電火花線切割機(jī)床的主要組成部分是床身、工作臺、走絲機(jī)構(gòu)、絲架、工作液循環(huán)系統(tǒng)，機(jī)床的這幾個部分的制造加工精度都直接影響到電火花線切割技術(shù)的加工性能。

①機(jī)床床身

床身作為床體的支撐件，是其他安裝部件的基礎(chǔ)。

②工作臺

線切割零件安置于工作臺上。工作臺的組成結(jié)構(gòu)為：上下拖板、導(dǎo)軌、絲桿螺母副和變速機(jī)構(gòu)。并且為了保證機(jī)械傳動的定位精度和靈敏度，通常使用高精度絲杠螺母副，并且要最大可能消除傳動絲杠和螺母之間的間隙。

③走絲機(jī)構(gòu)

數(shù)控電火花線切割機(jī)床的走私機(jī)構(gòu)是指金屬絲在工件中做單項或往復(fù)運(yùn)動。并且在移動的過程中，由絲架支撐的金屬絲通過導(dǎo)輪結(jié)構(gòu)保證其與工作臺垂直或傾斜一定的幾何角度。

④工作液循環(huán)系統(tǒng)

電火花線切割加工必須在工作液中進(jìn)行，并且不同的加工工藝條件所選取的工作液不同，但是一般情況下所選取的工作液應(yīng)具備以下幾個條件：

（1）有一定的絕緣性能。但是所選工作液的絕緣性能一定要恰到好處，不能過高也不可過低。

（2）有較好的冷卻性能。由于電火花在放電時會在局部產(chǎn)生高溫，為了避免這種過熱現(xiàn)象的產(chǎn)生，需將切割部位充分冷卻。

（3）流體性能較好，偏于排除加工時產(chǎn)生的廢屑。

（4）選擇環(huán)保綠色的工作液，在進(jìn)行加工工作時，不揮發(fā)出對人體有害的有毒氣體。

2.2 數(shù)控電火花線切割加工原理

數(shù)控電火花線切割技術(shù)的工作原理是將金屬絲取代刀具作為線切割的切割工具，并在移動的金屬絲和零件之間加以電流，通過脈沖電流的放電腐蝕作用對零件進(jìn)行切割加工。

2.2.1 脈沖電源

由數(shù)控電火花線切割的加工原理可以看出，脈沖電流在線切割加工過程中占有及其重要的作用。這是由于脈沖電源對線切割的加工效率、加工穩(wěn)定性和加工質(zhì)量有很大的影響?，F(xiàn)在市場上有很多種線切割脈沖電源，其中最普遍使用的是晶體管矩形波脈沖電源、節(jié)能型脈沖電源、高頻分組脈沖電源。

在進(jìn)行電火花線切割加工時，所選擇的脈沖電源應(yīng)該滿足一下幾個要求：

①為了最大限度進(jìn)行極性放電腐蝕作用，在進(jìn)行線切割加工時應(yīng)該選擇只產(chǎn)生有單向脈沖的脈沖電源。這里所謂的單向脈沖，指的是幾乎沒有負(fù)半波的產(chǎn)生。但是由于受到工件表面粗糙度和電極絲所能承受最大電流的原因，脈沖電源的脈寬很窄，單個脈沖能量較小。

②所選擇的脈沖電源應(yīng)做到加工工藝范圍廣，最大程度的滿足各種加工工藝的要求。而要做到這些取決于脈沖的主要參數(shù)，所以選擇時應(yīng)當(dāng)注意。

③脈沖電源的電極損耗低，同時應(yīng)保證加工零件的穩(wěn)定性以及以后進(jìn)行維修的方便性。

2.2.2 數(shù)控電火花線切割的加工控制功能

將數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用到線切割技術(shù)中，實現(xiàn)了線切割技術(shù)自動化操作功能。隨著現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，數(shù)控電火花線切割的加工控制和自動化操作功能方面呈現(xiàn)出不斷增強(qiáng)的趨勢。這些功能的提高減少了加工時間，提高了零件的加工質(zhì)量。

①線切割加工時進(jìn)給速度的控制

一般情況下，數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工零件時運(yùn)用插補(bǔ)運(yùn)算規(guī)則。在數(shù)控電火花線切割的加工時，電路系統(tǒng)根據(jù)零件加工間隙的放電狀態(tài)變化，通過對電流的采樣計算向計算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出中斷申請，進(jìn)而調(diào)節(jié)電機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng)，使得進(jìn)給速率隨著放電狀態(tài)的改變而改變，最終保證加工零件的穩(wěn)定性和加工精度。

②厚度變化零件的自適應(yīng)控制

在線切割加工厚度有變化的零件時，可以直接改變規(guī)準(zhǔn)程序，之后就可以自動線切割加工參數(shù)，達(dá)到高效率、高加工精度的加工。

③自動找孔的中心

在數(shù)控電火花線切割系統(tǒng)中金屬絲可以在孔中自動找正，最終停留在孔的中心位置。

④程序編寫的簡化性能

由于在進(jìn)行切割程序編寫時，圖形可以進(jìn)行任意比例的縮放、平移和旋轉(zhuǎn)，這樣就可以大大簡化程序編寫過程。例如在線切割加工時編寫齒輪加工程序時，可以僅僅編寫出一個齒形的加工程序，再利用旋轉(zhuǎn)功能就可切割出整個輪齒輪廓。

⑤自動間隙補(bǔ)償

由于數(shù)控電火花線切割系統(tǒng)控制的加工軌跡是金屬絲重心移動軌跡，所以在進(jìn)行零件加工編寫程序時，可以進(jìn)行金屬絲重心軌跡和圖形之間的間隙補(bǔ)償。

⑥短路保護(hù)系統(tǒng)

數(shù)控電火花線切割系統(tǒng)在加工零件時，可以記憶金屬電極絲的所走過的路線。所以當(dāng)整個系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，系統(tǒng)能夠更改加工環(huán)境，使得金屬電極絲按照原來的加工路線返回，這樣就可以避免斷絲現(xiàn)象的發(fā)生，并且保護(hù)以加工的零件。

⑦加工信息顯示功能

在數(shù)控電火花線切割系統(tǒng)中有較為高端完善的計算機(jī)顯示屏，可以顯示線切割加工的各種加工參數(shù)。并且整個系統(tǒng)還具備故障安全和自動診斷功能。

3.數(shù)控電火花線切割系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

3.1 高度智能化的數(shù)控系統(tǒng)

在現(xiàn)代加工制造業(yè)中，加工過程中的自動化、智能化一直是我們追求的目標(biāo)。在線切割加工系統(tǒng)也是如此。在線切割中，高度自動化和智能化的數(shù)控系統(tǒng)可以在很大程度上提高加工工件的精度。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，數(shù)控電火花線切割系統(tǒng)的智能化已經(jīng)進(jìn)入到一個全新的發(fā)展階段?，F(xiàn)代的數(shù)控電火花線切割系統(tǒng)可以實現(xiàn)電極絲的多及控制、拐角的補(bǔ)償和自適應(yīng)控制、脈沖電源的適應(yīng)控制。相信在不久的將來，電火花線切割的數(shù)控系統(tǒng)將會變得更加豐富先進(jìn)，功能更加強(qiáng)大，加工范圍更加廣泛。

3.2 數(shù)控多線切割技術(shù)

數(shù)控多線切割技術(shù)可以加工半導(dǎo)體材料，并且具有加工質(zhì)量高，耗時少等優(yōu)點。但是由于數(shù)控多線切割機(jī)床的控制系統(tǒng)復(fù)雜、只在難度大等特點，使得機(jī)床的生產(chǎn)量很低，應(yīng)用不是很普遍。由于我國的半導(dǎo)體制造行業(yè)相較于日本、瑞士等國家起步較晚，多線切割技術(shù)的發(fā)展也就相對落后。國外已經(jīng)研發(fā)出了第四代的數(shù)控多線切割機(jī)床，而我國正致力于研發(fā)第三代數(shù)控多線切割機(jī)床。第三代數(shù)控多線切割機(jī)床主要是加工半導(dǎo)體單晶硅零件，在研發(fā)中主要克服的難點有：適當(dāng)自動控制張力作用、高度智能檢測和診斷技術(shù)等。第三代數(shù)控多線切割機(jī)床的成功，將會使得線切割技術(shù)更進(jìn)一步進(jìn)入到半導(dǎo)體加工領(lǐng)域，并且最終取得很大的社會經(jīng)濟(jì)效益。

4.結(jié)束語

現(xiàn)代高科技產(chǎn)品技術(shù)不斷更新，尤其是計算機(jī)信息應(yīng)用技術(shù)方面，更是應(yīng)用到了各種工作領(lǐng)域。在研究開發(fā)新型數(shù)控電火花線切割技術(shù)時，應(yīng)該開闊思維，緊跟時代科技信息發(fā)展潮流，剖開陳舊思想，利用現(xiàn)有的先進(jìn)的技術(shù)手段，使得數(shù)控電火花線切割技術(shù)朝著自動化、智能化和信息化高速發(fā)展。

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