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1 引言

      在特種加工的眾多技術(shù)中，電火花線切割技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)重要的分支，尤其是在模具生產(chǎn)制造行業(yè)、電子行業(yè)以及航空航天等眾多領(lǐng)域，電火花線切割都是關(guān)鍵加工技術(shù)。隨著工業(yè)生產(chǎn)向信息化、智能化和綠色化的方向發(fā)展，研究人員采用先進(jìn)的現(xiàn)代技術(shù)和研究手段對(duì)電火花線切割加工技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，不斷研發(fā)新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備、新元件等，促進(jìn)了該技術(shù)在多領(lǐng)域的高速發(fā)展。

2 電火花線切割加工技術(shù)的原理及線切割機(jī)床分類電火花線切割加工技術(shù)（WEDM），是在電火花加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，靠電極絲與工件間的火花放電，對(duì)工件產(chǎn)生熔化、拋出作用，以達(dá)到對(duì)工件進(jìn)行電蝕切割的目的，從而使產(chǎn)品滿足尺寸、精度的要求。在加工形狀復(fù)雜、精度要求較高的零件中，WEDM 充分展示了其優(yōu)越性。例如，在加工沖裁凹凸模具、刀具、金屬電極、形狀復(fù)雜的鏜腔、細(xì)小的孔槽、不規(guī)則曲線中，WEDM 不僅能夠保證高精度，同時(shí)縮短了生產(chǎn)的周期，提高了加工效率，降低了制造成本。

      WEDM 設(shè)備機(jī)床的分類，主要是根據(jù)加工過(guò)程中電極絲所做運(yùn)動(dòng)的型式分為兩類，如表1 所示。

      通過(guò)比較這兩種機(jī)床：由于高速走絲電火花線切割機(jī)床的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單、易于維護(hù)操作，主要適用于運(yùn)行成本低、對(duì)工件精度要求不高的中低端用戶；在加工特殊零件、不規(guī)則曲線（曲面）、細(xì)小精密零件等，要求更高加工精度、更高表面質(zhì)量的時(shí)候，國(guó)際主流上多采用低速走絲電火花線切割機(jī)床。

3 加工中常見(jiàn)問(wèn)題及技術(shù)改進(jìn)現(xiàn)狀

3.1 運(yùn)絲系統(tǒng)問(wèn)題

（1）斷絲現(xiàn)象改進(jìn)

      在應(yīng)用WEDM 加工工件的過(guò)程中若出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，對(duì)工件質(zhì)量和加工效率都有較大影響。在實(shí)踐操作中引起斷絲的常見(jiàn)原因有：電極絲損耗、裝絲質(zhì)量不合格、脈沖電源加工參數(shù)選擇不合理、工件材質(zhì)因素和沖液條件等。國(guó)際上不斷有研究人員對(duì)于斷絲現(xiàn)象進(jìn)行研究并取得進(jìn)展，近期有研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在加工中發(fā)生斷絲現(xiàn)象的瞬間，會(huì)發(fā)生電壓急速上下波動(dòng)的情況［2］。利用這一現(xiàn)象，開(kāi)發(fā)了一種在加工過(guò)程中發(fā)生斷絲現(xiàn)象前一瞬間（5～40ms），能夠及時(shí)檢測(cè)波動(dòng)并切斷脈沖，同時(shí)自動(dòng)控制停止系統(tǒng)進(jìn)給的裝置，這種裝置能夠及時(shí)避免斷絲帶來(lái)的不良后果。

      日本發(fā)那科公司、三菱公司分別開(kāi)發(fā)了AI脈沖控制技術(shù)、PM 控制技術(shù)，通過(guò)這兩項(xiàng)技術(shù)在機(jī)床上的應(yīng)用，能夠在單位時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)有效、無(wú)效放電脈沖，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)加工過(guò)程中工件尺寸變化及工作介質(zhì)的流通狀況。實(shí)現(xiàn)在加工過(guò)程中不斷調(diào)整工作環(huán)境、實(shí)時(shí)控制伺服系統(tǒng)給進(jìn)、電量等，以保證生產(chǎn)加工過(guò)程的高速穩(wěn)定、無(wú)斷絲。

（2）短路現(xiàn)象改進(jìn)

      短路現(xiàn)象是指電極絲與工件接觸而不放電切削的現(xiàn)象。排屑不良是引起短路的主要原因之一。另外，切割時(shí)產(chǎn)生大量不導(dǎo)電物質(zhì)也可引起短路導(dǎo)致無(wú)法繼續(xù)加工。制定加工工藝時(shí)，需設(shè)置合理的放電間隙、運(yùn)絲速度、電規(guī)準(zhǔn)、進(jìn)給速度、切削液流量等參數(shù)［4］。若加工時(shí)出現(xiàn)短路，可使用設(shè)備短路回退的功能，將電極絲脫離短路狀態(tài)，停車及時(shí)清洗出工件中的電蝕物。發(fā)那科公司開(kāi)發(fā)的電火花線切割機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)無(wú)損探測(cè)、自動(dòng)檢測(cè)短路位置，定位并自動(dòng)消除短路現(xiàn)象，這種技術(shù)大大提高了機(jī)床在無(wú)人操作時(shí)的安全性。

3.2 加工精度與工作效率問(wèn)題

      WEDM 設(shè)備機(jī)床通常應(yīng)用于加工硬質(zhì)合金等，然而典型的表面缺陷（如裂縫、微小的凹坑以及表面再凝固層等）降低了表面的一致性和零件的壽命。線切割產(chǎn)品的質(zhì)量主要受機(jī)械系統(tǒng)、工件特性、工作液、電極絲、電參數(shù)、工藝流程及操作人員水平等因素影響。

（1）脈沖電源的性能影響

      在精加工中為追求更高的表面精度，更高的工作效率，必須將脈沖電源的影響降到最低。國(guó)外的機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)都相繼研發(fā)了各種高效脈沖電源，力求在更短的時(shí)間內(nèi)，保證放電量。

      瑞士阿奇夏米爾公司的AGIECUT PROGRESS V 系列機(jī)床，加工效率最高能夠達(dá)250mm/min，他們采用的集成式電源，能夠時(shí)刻監(jiān)測(cè)加工過(guò)程，根據(jù)工件的變化，調(diào)整優(yōu)化電源的放電功率。性能卓越的控制電源是快速加工的基礎(chǔ)，同時(shí)也能夠大大提高工件的表面質(zhì)量，其工件表面粗糙度可以低于Ra0.2。

      日本沙迪克公司的線切割超高頻精加工回路，是通過(guò)脈沖變壓器的雙脈沖輸出放電來(lái)實(shí)現(xiàn)超精加工控制。

（2）機(jī)械平臺(tái)改進(jìn)

      隨著WEDM 的不斷發(fā)展，不僅需要不斷提高設(shè)備的技術(shù)性能，對(duì)切割機(jī)床的機(jī)械平臺(tái)也有更高的要求。線切割機(jī)床的機(jī)械平臺(tái)的良好性能是實(shí)現(xiàn)加工高精度和加工效率的重要保障。

      研究人員不斷開(kāi)發(fā)了各種材質(zhì)的機(jī)械平臺(tái)，如瑞士阿奇夏米爾公司研發(fā)的以人造花崗巖為主體的線切割機(jī)械平臺(tái)，工作臺(tái)具有良好的穩(wěn)定特性，能夠滿足加工重型工件的要求；日本牧野公司研發(fā)的利用絕緣液體控制熱平衡的機(jī)械加工平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了主機(jī)始終保持等溫狀態(tài)，這對(duì)提高機(jī)床加工精度和效率作用顯著。

3.3 數(shù)控系統(tǒng)問(wèn)題

      高效的數(shù)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)WEDM 應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵系統(tǒng)，自動(dòng)化、智能化一直是研究人員不斷追求的目標(biāo)。最新出現(xiàn)的如電極絲張力與絲速的多級(jí)控制、邊界面切割的適應(yīng)控制、拐角加工精度控制、工作液參數(shù)的適應(yīng)控制和脈沖電源的適應(yīng)控制等。研究人員不斷地完善數(shù)據(jù)庫(kù)，增強(qiáng)數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)用性，從而可以為不同數(shù)控系統(tǒng)提供基礎(chǔ)參數(shù)，就目前的研究來(lái)看，國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)的放點(diǎn)檢測(cè)裝置及伺服控制電路都能夠很好地減小誤差，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高速的精加工。

      瑞士阿奇夏米爾公司的ROBOFIL 系列機(jī)床，研發(fā)ICP 防撞系統(tǒng)對(duì)機(jī)床五個(gè)運(yùn)動(dòng)軸進(jìn)行保護(hù)，用以避免由編程或操作錯(cuò)誤引起的碰撞，該系統(tǒng)置于運(yùn)動(dòng)控制部件內(nèi)部，監(jiān)測(cè)微小的異常力，實(shí)現(xiàn)在工件受損之前自動(dòng)停機(jī)。

      蘇州電加工機(jī)床研究所研發(fā)的DK7632 低速走絲電火花線切割機(jī)床，改進(jìn)了放電狀態(tài)檢測(cè)及伺服控制電路，采用恒電壓加工伺服控制策略，既保證了工件尺寸精度，又保證了拐角控制和變截面加工的進(jìn)程，有利于加工穩(wěn)定性和工件精度的提高。

4 我國(guó)電火花線切割技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)

      根據(jù)電火花線切割技術(shù)本身具有的特點(diǎn)，主要有四大發(fā)展趨勢(shì)，即高效率化、高精度化、高自動(dòng)化和綠色化，需要研究人員和一線技術(shù)工人共同努力，不斷開(kāi)發(fā)新的復(fù)合加工方法。

      對(duì)于高速走絲電火花線切割技術(shù)的發(fā)展，原則上應(yīng)堅(jiān)持技術(shù)原有的優(yōu)勢(shì)，在低成本的基礎(chǔ)上不斷提升加工產(chǎn)品的品質(zhì)，滿足適應(yīng)更多客戶生產(chǎn)要求，提升競(jìng)爭(zhēng)力。高速走絲電火花線切割技術(shù)在今后的一個(gè)重要發(fā)展方向是多次加工。為了提高工件加工精度，進(jìn)行多次加工，必須改進(jìn)脈沖電源、進(jìn)給策略和運(yùn)絲系統(tǒng)等的控制，在往復(fù)走絲電火花線切割技術(shù)的基礎(chǔ)上，開(kāi)始使用較快絲速、較強(qiáng)高頻電流對(duì)工件進(jìn)行切割，最后則采用類似于單向走絲線切割的多次切割技術(shù)，用較慢絲速、較弱高頻電流對(duì)工件進(jìn)行修光，這樣在一定程度上可實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量和高生產(chǎn)率的有效結(jié)合。高速走絲多次切割工藝是提高電火花線切割綜合工藝指標(biāo)的有效途徑，有待進(jìn)一步研究，更好地用于工業(yè)生產(chǎn)。

      在國(guó)外，低速走絲電火花線切割加工設(shè)備經(jīng)過(guò)不斷的發(fā)展，在技術(shù)、運(yùn)行成本方面已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步，技術(shù)已經(jīng)很成熟。而我國(guó)與國(guó)際先進(jìn)水平相差還比較大，需要及時(shí)地消化吸收國(guó)外的新技術(shù)，運(yùn)用于我國(guó)產(chǎn)品上，并根據(jù)我國(guó)及國(guó)際市場(chǎng)的實(shí)際情況研發(fā)新工藝，才能使這一差距逐步縮小。