电火花线切割加工技术的现状和发展
苏州沙迪克三光机电有限公司 周大农
一．概述
自1956年前苏联生产出第一台电火花线切割机床至今已有40多年。在此期间无论国外还国内电火花线切割加工都经历了巨大的变化，从最初的靠模电火花线切割机床，到光电控制电火花线切割机床，到数控电火花线切割机床以及一系列加工技术、工艺方法的改进，使得电火花线切割加工已成为目前应用最为广泛的特种加工方法，并愈来愈引起人们的关注和重视。
二．电火花线切割加工的现状
提起电火花线切割加工，国人首先想到的是高速走丝电火花线切割加工。高速走丝电火花线切割机作为我国独创技术的机种，已成为我国数控机床中产量最大，应用最广的机种之一。据估计目前全国有数万台高速走丝电火花线切割机正在模具制造和零件加工中发挥着重要的作用。
近年来，高速走丝电火花线切割加工的发展虽然不尽人意，但还是取得了可喜的成绩。首先在机床数量上有了很大的突破，取得了广泛的基础，当然其中有一些这样或那样的问题，但总体是向前发展了。机床产量由过去的年产量2—3千台上升到1万多台，其次在性能价格比上亦有了很大的提高。具体来说，主要反映在以下几个方面：
（1）大锥度切割技术发展迅速，并逐步完善、成熟。其中，在锥加工中电极丝跟随倾斜，保证导轮槽始终处于同一平面内，解决了大锥度切割时电极丝易跳出的难题；控制技术的改进，采用多种补偿，有效地提高了锥度加工的精度；工作液喷流方式方法的改进，改善了大锥度切割时加工状态；随着大锥度切割的技术进步，变锥度、上下异形的切割加工也取得了很大的进步。
（2）大厚度切割不断进步，其他工艺水平同步提高。大厚度切割是高速走丝电火花线切割机的工艺特长，与低速走丝电火花线切割机相比，它具有明显的优势。近年来，大厚度切割的推广和提高，扩大了高速走丝电火花线切割机的应用范围，促进了其发展。
（3）多次切割工艺的探索取得了一定的进展。虽然多次切割现在还不成熟，但经多方采取了有益的探索、试验和部分应用，已有了良好的开端。
（4）工艺指标及工艺水平得到了提高。各具特色的运丝、走丝机构使加工“条纹”得到了改善；多种变频控制方式的探索，像利用神经网络、模糊控制等的自适应控制等，尤其是成功引入低速走丝线切割加工的脉冲能量控制和变频进给方式，实现了高效、稳定、低损耗加工；脉冲电源的不断改进，使切割速度已由原来的60~80平方毫米/min，普遍提高到100平方毫米/min以上。
（5）机床结构取得了新的进展，不再是单一音叉结构，无论在外观造型、整体形象及性能都了有较大改善。另外，大型龙门式电火花线切割机，高低速走丝线切割机、走丝速度连续可调的电火花线切割机、自旋式电火花线切割机，在机床结构和走丝方式上都有所创新，并有助于电火花线切割加工技术的发展。
（6）控制系统不断推陈出新，完善成熟。新的控制系统大多数采用了PC机，并不断随主芯片的升级而升级，功能不断增加，可靠性日益提高，兼容ISO代码已成趋势。
总体看来，高速走丝线切割加工因其机床具有结构简单、操作方便、可维护性好，使用费用低、占地面积小、价格低廉，故其性能价格比较好，适合国内的大多数需求，在中低档模具和零件加工中适用性好，尤其在大厚度、变厚度加工中更显优势。
然而与低速走丝电火花线切割加工技术相比，高速走丝电火花线切割加工技术发展缓慢，加工品质较差。对此国内的研究所，生产企业等早在十多年前就纷纷研究生产低速走丝电火花线切割机。经过多年努力，近两年有所突破。2000年国产最大的低速走丝线切割机床生产单位年销售量仅为几十台（约占全国市场的九分之一），而到2002年其年销售量已达一百多台（约占全国市场的五分之一），并且这些产品通过合资引进了技术，使产品水平跨越了一个台阶，达到了国际20世纪90年代初的水平。譬如切割速度可达200多平方毫米/min，加工精度达5微米，粗糙度Ra达零点几个微米，其价格仅为50万元左右人民币（约为同类进口机床的二分之一），取得了良好的开端，具有广阔的前景。国内低速走丝线切割机床的年市场量已从2000年的300台左右上升到2002年700台左右，随着模具行业的迅速发展和水平不断提高，精密零件的加工需求增加，低速走丝线切割机床及使用耗材价格迅速下降，加之人们对低速走丝线切割加工认识的逐步深入，预计低速走丝线切割机的年销量将不断扩大，国产低速走丝线切割机的占有率也将进一步上升，并且有望出口国际市场。
三．电火花线切割机的发展策略
1．高速走丝线切割机的发展策略
（1）多次线切割加工实用化。多次加工是高速走丝线切割机的一个重要发展方向。无论是金属切削机床还是低速走丝线切割机，一次加工都无法得到良好的加工效果，高速走丝线切割机也一样。为了提高高速走丝线切割机的加工品质，必须进行多次加工的研究。高速走丝线切割多次加工的实验性研究已开展多年，并经证明是切实可行的。今后的重点是把实验性 的多次加工研究，转化为商品化的用户可实用的多次加工技术。从目前高速走丝切割的发展状况来看，脉冲电源、电机进给策略（变频系统）、电极丝的速度和张力控制都是粗放式的，难以适应多次加工中精加工的要求，因此必须改造脉冲电源、进给策略和丝的控制，才有可能实现多次加工。为了保证多次加工的效率，必须提高一次加工速度，第一次加工的速度应稳定在100平方毫米/min以上。
（2）改进和完善运丝系统，保持电极丝状态的相对稳定。电极丝对于高速走丝线切割机来说，好像是金属切削机床上的刀具，刀具状态的稳定与否直接决定加工质量的好坏。从目前的状况来看，电极丝在加工区的张力变化很大，高速运行的电极丝使导轮磨损很快，丝的振动也随之加剧，直接影响了加工品质和加工的稳定性，因此应加强对走丝机构的深入研究，同时积极采用新材料，保证加工区电极丝状态的稳定。
（3）加强机床本体的研究，进一步提高机床本休精度。目前高速走丝线切割机几乎都采用开环方式，它的主要优点是结构简单，成本低，但限制了机床本体精度的进一步提高。随着计算机技术的发展，加入螺距补偿已是轻而易举的事，同时成本增加不多，这应是提高机床本体精度的一条捷径，同时有条件的机床可以采用半闭环方式直至全闭环方式，进一步提高机床的精度。
（4）扬长避短，发挥高速走丝线切割的独特优势。高速走运丝的特点之一是排屑有利，对大厚度工件的加工具有得天独厚的优势，因此应该加强对大厚度工件加工的地位。
（5）完善和规范ISO代码。3B代码可以说是分离元件控制的产物，它具有结构简单，实现方便的优点，但它无法实现一些复杂的功能，而ISO代码是国际上流行的数控代码，功能齐全，也有利于控制精度的提高。随着PC机在高速走丝线切割机上的广泛应用，ISO代码有了实现的硬件基础。目前国内有的生产厂家已采用了ISO代码，有了良好的开端，应该在进一步完善和规范的基础上尽快过渡到统一的ISO代码格式。
（6）加强周边器材的开发与研究。电极丝、导轮、工作液等都影响着加工品质。在低速走丝线切割机上，有适合于各种不同性能的电极丝来满足机床的不同要求；在高速走丝切割机上，应该开发不同性能的电级丝以适应不同的要求。另外，工作液的品质也影响着加工的质量，工作液的处理应该适应环境保护的要求。
（7）加强对各类标准的研究，提高贯标率。各项标准都是前人经验的总结，标准的贯彻与机床性能的提高应该是统一的。对于机床的出口来说，标准的贯彻更是必不可少的，是进入国外市场的通行证。随着WTO的加入及进一步改革开放，贯彻标准更显重要。
2低速走丝线切割机的展策略
（1）走引进、消化、吸收、创新的道路。首先要承认差距、正视差距。国外低速走丝线切割机已发展成高速、精密、高质、高自动化，切割速度达500平方毫米/min，加工精度达1微米，加工表面变质层小于1微米，且功能完备、自动化程度高，自动穿丝可靠性等等。我们在高速走丝线切割加工上花的时间、人力、物力、财力远远大于花在低速走丝线切割加工上的，对我们而言，低速走丝线切割是较生疏的。我们只有振奋精神、虚心学习，通过合资、合作、交流等引进技术，少走弯路，缩小差距，并在此基础上消化吸收创新，走出一条适合我国国情的发展道路，拥有自己真正掌握的低速走丝线切割加工技术，生产出适应国内以至国际市场的低速走丝线切割机床。
（2）研究开发先进的控制系统。现代计算机技术发展迅猛，我们应充分利用其技术，利用PC机平台、Windows平台及Linux平台发展易于操作，便于维护开放的标准化、模块化、智能化的稳定、可靠、价廉物美的控制系统。同时控制系统应融合CAD/CAM软件，并具备完善的工艺数据库，满足不同用户各种加工的需要。
（3）开发高效率、高加工质量的脉冲电源。目前高速走丝线切割机的脉冲电源用于低速走丝线切割机显然是不行的，要发展高峰值电流、窄脉宽、智能化控制的交流脉冲电源，提高加工速度，改善加工表面质量（粗糙度、变质层等），促进推广应用。
（4）加强宣传、培训、交流、推广、使用户了解熟悉低速走丝线切割机，正确使用低速走丝线切割机，扩大使用，促进提高和发展。
总之，加快低速走丝切割机的发展，缩小与国际先进水平的差距，迎头赶上，加强高速走丝线切割机的创新突破，走一条高速走丝线切割机和低速走丝线切割机结合、取长补短、互相促进、共同发展的具有中国特色的电火花线切割加工发展之路，新世纪我国的电火花线切割加工必将更加繁荣昌盛。
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发表于 2003-11-28 22:41:00
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