电火花加工

1电火花加工技术摘要：电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工，英文简称EDM。本文简要介绍了电火花加工技术的发展历程、国内外研究现状以及未来发展趋势。关键词：电火花加工；发展历程；现状；发展趋势一、电火花加工简介电火花加工（英语：ElectricalDischargeMachining，简称EDM），是特种加工技术的一种，广泛应用在模具制造、机械加工行业。放电加工可以用来加工传统切削方法难以加工的超硬材料和复杂形状的工件，通常用于加工导电的材料，可以在诸如钛合金、工具钢、碳钢和硬质合金等难加工材料上加工复杂的型腔或者轮廓。其原理是在导电的工具电极和工件之间施加上周期性快速变化的电压脉冲，通过浸没在绝缘介质中的工具电极与工件之间的脉冲性放电所产生的局部高温使工件表面金属熔化、气化，从而蚀除金属。因此在加工过程中几乎不存在切削力。二、电火花加工发展历程1943年，苏联学者拉扎连科夫妇（Dr.B.R.Lazarenko及Dr.N.I.Lazarenko）发明电火花机，使用电阻、电容回路，即RC回路。50年代，改进为电阻、电感、电容等回路，即既RLC回路。60年代，改进为晶体管，可控硅脉冲电源。70年代，改进为高低压复合脉冲、多回路脉冲、等幅脉冲、可调波形脉冲电源。80年代，采用工业级CPU控制，能实现G码编辑等功能，极大的提升了使用性能。日本牧野（Makino）公司在1980年发明第一台数字控制放电加工机。至1990年代，采用了多轴控制及刀库（ATC）技术。近些年，无电阻技术、直线导轨技术、混粉技术等一批新工艺也成功运用在电火花机上。在我国，电火花加工技术经历了手动电火花加工、液压伺服、直流电机、步进电机、交流伺服电机等一系列过程。控制系统也越来越复杂，从单轴数控到3轴数控、再到多轴联动。20世纪90年代初期，3轴电火花机在国内还是空白，主要是从日本和瑞士弓I进。直到90年代中期，北京市电加工研究所才和日本沙迪克公司合作开始制造3轴电火花加工机，也可以说开始步人国内电火花加工机的真正快速发展轨道，后来在此基础上又生产研发了4轴4联动电火花加工机[1]。三、电火花加工国内外研究现状1独特的精密、微细加工能力根据国外的调查和统计，在众多的微细加工方法中(切削、线切割、磨削、激光、超声、电子束等加工)，电火花微细加工的应用占第一位[2]，这说明了电火花微细加工的重要作用。实现精密、微细加工的一个重要条件是加工单位(即每次放电的蚀除量)尽可能小。随着现代电力电子技术的发展，电火花加工的加工精度与表面质量得到了极大的提高，加工单位也日趋变小，有些零件的加工精度已属于微纳加工的范畴。目前，应用电火花成形加工技术已可稳定地得到尺寸精度高于0.1μm、表面粗糙度Ra0.01μm的加工表面。电火花成形加工已成为零件精、微加工的有效手段之一。对于微细孔和微细轴的加工，日本东京大学生产技术研究所增泽隆久教授加工出的5μm微细孔和2.5μm微细轴，代表了当前这一领域的世界先进水平。我国生产的数控高速电火花小孔加工机的工艺指标已达到国际先进水平，加工的小孔深径比已超过1000:1，可加工不锈钢、硬质合金、铜、铝等各种导电难加工材料。具有从斜面和曲面穿人、直接使用自来水工作液等特点．最高加工速度可达60mm/min。除了微细孔和微细轴的加工外，微细电火花加工技术更深远的意义在于通过微细2电火花铣削技术制造更小的微三维结构，进而制造更小的微型机械及微型机器人，从而体现该技术的潜在价值和应用前景。美国林肯大学加工的l/8微型球瓣，其球径仅为l50μm。日本东京大学增泽隆久教授以微细电火花加工为主要技术手段，利用简单形状的微细电极，制作出了长500μm、宽300μm、深200μm的微型汽车模具，井用此模具制作出了微型汽车模型。2智能化程度迅速提高由于电火花成形加工是在复杂环境下基于复杂任务对复杂对象的控制，传统的控制系统已不能满足自动化加工的要求，提高电火花成形加工过程的自动化程度是电加工技术发展的必然趋势。因此，需要建立多输入、多输出的控制系统。智能控制系统具有自学习和自适应功能，能自主间节系统的控制结构、参数和方法．进行决策规划和广义问题求解。它就如同一个有经验的操作者，可通过对加工信息的定性刻划，模拟熟练操作者的思维方式，实时调整加工参数，进而实现提高加工效率、加工精度、加工过程稳定性以及简化操作过程、拓宽加工范围的目的。国外电火花成形机在专家系统方面近来有了新的进展。例如瑞士阿奇夏米尔公司ROBOFORM2000L机床配置了新的PROGRAMEXPERT2自动编程系统，加工时按照画面的提示只需输入少量数据，如电极损耗、表面粗糙度值、加工工件及电极材料、加工面积、加工深度等，系统可自动选取最优参数，自动监控加工过程，实现自动化最优控制[3]。3日益高速、高效[4][5]近年来在提高电火花成形加工效率方面有了新突破。利用非燃性工作液或在工作液中加人添加剂的电火花成形机可成倍提高加工速度。如日本的三菱电机公司、Sodick公司相继开发了使用水基工作液的电火花成形机，德国AEG“艾洛特姆”公司在水基工作液中加工钢材，在相同的平均加工电流条件下，加工速度比煤油工作液高出2～3倍。瑞士阿奇夏米尔公司最新推出的线切割机，最大切割速度为500mm2/min。以往直线电机主要用在加工中心上。目前，直线电机在沙迪克公司生产的EDM和wEDM机床上已广泛使用。直线电机的使用使传动机构简单，不用滚珠丝杠没有传动间隙，能实现高速度、高加速度移动，满足了EDM加工高速响应的特别要求。最大驱动力高达3000N，快进速度可达100m/min，最大加速度达到1g以上。能消除由于电蚀产物未排除而发生的集中放电，二次放电间隙不均匀等现象也得到极大的抑制，从而改善了加工质量，提高了加工效率。随着互联网技术的高速发展和普及，EDM机床的通信和控制也发生了巨大的变化。FANAC公司开发了集中管理软件包。公司的总监视器通过国际互联网可很便利地监控多台远程异地的WEDM机床的工作状况，并能实时诊断分析每一台机床的工作故障，及时向用户提出解决措施。三菱电机公司也开发了远程操作监控系统。远程终端的显示器画面与机床旁的显示器画面完全一样。用户通过随机携带电话可与制造商讨论加工参数调整、机床故障诊断维修、订货等有关问题，实现了电火花加工过程的高效性。此外，新型电源和机器人技术也已应用到了电火花加工机床中。例如夏米尔公司生产的某系列电火花线切割机，不仅使用了十分先进的“CleanCut”新型脉冲电源，还配备了小型HSR一5机器人，使其加工速度和其他性能有了大幅度提高，成为目前电火花线切割机世界先进水平的代表之一。四、电火花加工未来发展趋势1电火花加工精密化电火花加工的精密化可以理解为两方面的内容:一是加工尺寸上的精密性,二是加工表面质量的精密性。在电火花加工过程中,与尺寸精度有直接关系的因素是放电间隙和电极损耗。精密的电火花加工,加工过程中应保持较小的放电间隙,并使放电间隙稳定在一个较小范围内。而放电间隙的调整与极间状态密切相关,实时、准确地检测出两极间的放电状态,则为调整两极间合适的放电间隙提供了必要的条件,加工间隙的准确调整还有赖于合理的伺服控制策略等。由于电3火花加工状态复杂多变,为加工状态的检测和放电间隙的控制增加了难度。因此,需加强电火花加工状态的检测、加工间隙的控制以及加工电源的稳定性等方面的研究[6]。电火花加工表面质量的精密化是加工精密化的另一方面的内容。电火花加工表面是一系列的微小放电凹坑重叠组成的,一般的加工条件下表面有微裂纹,为达到较好的加工表面,需要在电火花之后增加手动抛光工序,这增加了工人的劳动强度和加工成本,制约电火花加工速度的提高,不利于自动化加工实现。因此,实现电火花加工表面质量的精密化仍是今后的研究发展方向。2电火花加工的高速高效化同传统的切削加工相比,电火花加工速度和加工效率很低。因此,高速高效化是电火花加工技术的发展方向。根据现有对电火花加工机理的研究情况来分析,提高电火花加工速度和加工效率,可以从以下几方面来实现:(1)研究新型的电火花节能电源。此方法是从提高电火花电源的使用效率入手从而提高电火花加工效率。(2)采用电火花铣削加工技术,即使用简单形状的电极进行类似于数控铣削加工的电火花铣削技术的也是提高的火花加工速度的一种方法,并可实现电火花加工的自动化。尤其在加工形面复杂的工件时,电火花铣削加工更是具有独特的优点。(3)提高电火花加工机床伺服系统的响应(4)利用先进技术手段提高电火花加工速度。计算机技术和智能技术等技术的发展,可促进电火花机关技术的发展,将这些先进技术应用到电火花加工中,可以提高电火花加工速度。参考文献：[1]杨大勇.电火花加工技术的发展历程.模具工程,2009（7）[2]王克锡.电火花加工的最新发展（上).金属加工（冷加工）,2009（8）[3]樊仁才.电火花加工技术研究和应用的现状[4]戴喜红，李文卓.电火花加工技术的高效化研究进展.机械工程师,2008（2）:20～22.[5]李立青，郭艳玲，白基成等.电火花加工技术研究的发展趋势预测.机床与液压,2009（2）:174～177.[6]杨大勇,电火花成形加工技术的发展概况.电加工与模具,2010