电火花加工技术及其发展趋势
电火花加工技术的发展及趋势
1. 1 电火花加工的发展趋势
1·1 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。加工间隙的一致性、稳
定性以及电极损耗的大小直接影响电火花加工的精
度。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[2-3]。由于电火花加工状态
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。
实现电火花精密加工时, 要采用精加工规准来完
成工件的尺寸精度和表面精度。然而, 电火花加工过
程中, 均不同程度存在工具电极损耗。虽然人们从工
作液的种类、电源、控制、工作介质、电极材料等多
方面对电极损耗进行了广泛的研究, 在减少电极损耗
方面取得了一定的研究效果。但是到目前为止, 在精
加工和微细加工中, 电极损耗现象还是比较严重。电
极损耗的存在必然对电火花加工的尺寸精度产生影
响, 需要对工件进行多次加工以补偿由于电极损耗而
造成的尺寸偏差, 这样增加了加工时间和加工成本。
因此, 如何降低工具电极的损耗, 从而实现高速、低
损耗的精密加工是电火花加工不断追求的目标[4-5]。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。较小面积的电火花加工可以通过精微
加工电源实现, 微能电源对电火花加工表面质量的改
善很有效果, 能够达到较好的表面质量。例如已研制
的一种低速走丝电火花线切割加工机床可直接进行精
密模具或零件的加工。这种机床的先进之处是防电解
(AE)电源的开发。AE 电源能防止工作液中氢氧根
负离子在工件上的沉积, 形成所谓的“变质层”, 并
能防止硬质合金工件中钴结合离子溶解于水中, 形成
所谓的软化层, 可以加工出更好的工件的表面质
量[6]。目前, 这种精微、微能脉冲电源的研制是国内
外研究的热点, 各厂家及研究机构对此关键技术是保
密的, 因此我国对这方面的技术还需要更深入的研
究。大面积的电火花成型加工表面的精密化, 目前普
遍使用的加工方法是混粉电火花加工技术, 可以实现
加工表面的镜面加工效果, 加工出的工件表面微裂纹
少, 工件的表面性能得到提高[7-8]。除了对该技术的
加工机理和工艺进行研究外, 较大面积的混粉电火花
加工专用脉冲电源是其关键技术。目前, 国外已经有
专门的混粉电火花设备, 如日本Sodick 公司的PIKA
系列电源等, 而我国在国产的机床上没有配备实现混
粉加工的专用电源和装备, 因此对混粉电火花加工工
艺及混粉专用设备的开发还有研究和提升的空间[9]。
1·2 电火花加工微细化
生产实际的需要使得微机电系统的应用越来越广
泛, 微细化发展成为机械制造业的重要发展方向, 其
中微细电火花加工技术是实现微细加工的重要加工方
法之一[10]。这是由电火花加工的特点所决定的, 即
工具与工件之间几乎没有宏观的作用力, 且不受工件
硬度的制约, 有利于实现加工尺寸的微细化。电火花
线磨削技术WEDG (W ire Electric Discharge Grinding)
的出现, 使微细电火花加工进入了实用化阶段[11],
因此微细电火花加工技术是今后一个重要的发展方
向。微进给装置是实现微细电火花加工的前提和保
证, 因此微细进给装置和高精度的回转主轴的设计及
控制是研究重点; 同时, 能够提供极间极少能量的微
能量电源的研究也是今后发展的重点。由于微细电火
花加工对工件和电极等特殊要求, 对加工过程的检测
和控制以及电极损耗等问题的解决也是微细电火花加
工的关键技术[12-13]。微细电火花加工所需能量微小,
工具电极的尺度微小, 加工速度较慢, 因此需要不断
完善能够实现较大加工速度的技术手段, 例如微细多
孔加工。目前, 微细多孔电火花加工技术有:用微细
阵列电极加工阵列孔[14],另一种是由增泽隆久等人
提出的方法, 即微细电火花加工该装置有两套线电极
磨削系统(WEDGA和WEDGB), WEDGA对工具电
极进行粗加工, WEDGB对工具电极进行精加工, 合
理地控制WEDA 和WEDGB 的相对位置就能得到不同
尺寸的微细电极, 用微细工具电极加工微细孔[15]。
此外, 利用工件的超声振动来提高微细电火花的加工
速度取得了良好的结果[16]。
1·3 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。这是因为传统的电火花加工电源的效率
很低, 电能的利用率不到30%,大部分的能量被限
流电阻被消耗了。因此开发新的节能电源, 有效提高
电火花加工电源的使用效率, 减小电源的能量损耗是
提高电火花的加工效率的一种有效方法[17-18]。(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。这是因为电火花铣削加工
技术无需制作复杂的电极, 省去了电极制作的大部分
时间, 因此可提高加工速度。由于电火花加工过程中
电极损耗的存在, 电火花铣削加工技术必须考虑电极
损耗补偿的问题, 而电火花加工过程的复杂性和众多
的影响因素, 使得实现电极损耗的在线、实时补偿成
为该技术的难点和重点, 因此实现在线实时补偿是该
技术的重要研究内容[19-20]。在此值得一提的是, 气
体介质中电火花加工由于电极损耗非常低, 在气体介
质中进行电火花铣削加工, 则有利于实现或简化电极
损耗补偿, 实现加工过程的自动化, 减小了加工辅助
时间, 是实现三维复杂形状高速加工的有利手段[21],
因此应对气中电火花技术进行深入的研究。(3)提高
电火花加工机床伺服系统的响应是提高加工速度的另
一种方法。据估算, 在电火花成型加工中, 抬刀、跳
跃和排屑的时间占到总加工时间的60% ~80%,电
火花有效加工时间较少, 为此日本Sodick 公司将直
线电机应用于电火花加工机床的伺服系统, 直线电机
拥有高速度和高加速度, 可使电火花的加工速度提高
40% ~60%[22-23]。同传统的电火花加工相比, 直线
电机加工速度和加工稳定性好, 即使是在加工排屑不
·175·第2期李立青等:电火花加工技术研究的发展趋势预测
孔加工时, 加工的稳定性也很
好, 因此是实现电火花高速加工的有力手段。此外,
具有快速响应装置如电磁式线性驱动装置、压电元件
和磁致伸缩振子驱动装置等的应用有利于提高电火花
加工速度。(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。目前先进的电火 畅或者不加冲油的深小
花加工机床如瑞士阿奇(AGIE)公司生产的电火花
加工机床以融入智能控制技术构成其特点。融入智能
技术的机床可以实现加工过程的模糊控制、自适应控
制, 能够根据放电加工的状态调节伺服系统, 从而改
善加工状态, 提高加工效率[24-25]。此外, 氧气介质
中电火花加工也是提高电火花加工速度的方法之一,
研究发现以氧气为介质的加工速度并不逊色于液中加
工。因此加强对氧气的气中放电加工研究, 有望实现
电火花加工速度新突破[26]。
1·4 绿色的电火花加工以及复合加工
不使用液体冷却或加工, 而利用气体作为工作介
质的“干式”加工, 即绿色制造是制造业的发展方
向之一[27]。具体到电火花加工领域, 传统的电火花
成形加工主要的污染源之一是工作液, 尤其是碳氢化
合物的油类工作液。这类工作液是高分子碳氢化合
物, 具有较强的挥发性。加工时的高温使油分解产生
大量的分解物, 这些分解物主要以烟气的形式排放出
来, 其主要成分为H2、C2H2、C2H4、CO2、CO 等,
这些气体对机床操作人员的健康不利, 而且对环境有
害, 还能够分解老化机床上的密封件。据分析碳氢油
类化合物排出的废物的毒性对环境影响作用最大, 对
人体有害的影响在几年内都存在[28-29],可能还会引
起各种不适的反应如皮炎等。加工产生的电蚀产物和
液体电介质混合后形成的油泥、电介质的废物、过滤
残渣、电离树脂等均需得到正确的处理。否则, 容易
对土地和水源造成污染。此外, 油类作为工作液还有
火灾的隐患。用气体介质取代液体介质, 可以实现电
火花的绿色加工。这是因为, 气中电火花加工过程不
产生有害的气体, 不会对对操作人员的健康产生有害
的影响, 而且没有令人头疼的废物处理问题, 尤其是
使用资源丰富的空气, 发展前景可观。目前, 气中电
火花加工还处在实验研究阶段, 对其的研究应进一步
加强。此外, 目前在电火花加工领域, 对电火花加工
工作介质的研究正逐渐引起人们的注意, 如混气加工
方式、雾中电火花加工、水基工作介质的研究以及对
高速走丝线切割加工工作液的研究等[30-32]。当然,
电火花加工的绿色化还包括高效节能电源的研制、提
高电火花脉冲电源的电磁兼容性等[33]。
电火花加工技术同其它加工技术的复合加工是一
种发展策略。常见的复合加工方法之一有电火花加工
和超声加工的复合。将超声振动引入到在微细电火花
加工中, 可以提高电火花的加工速度[34]。混粉电火
花加工与超声加工复合来改善工件加工表面的放电凹
坑的形状和分布, 从而形成更好的加工表面质量[35]。
针对气中电火花加工速度普遍较低的情况(氧气除
外), 出现了超声振动和气中电火花加工的复合技术
的研究, 使得气中加工的速度得以提高[36]。笔者认
为气体介质中电火花加工技术具有清洁制造的特点,
该加工方法可以方便与其它加工方法组合, 形成集成
加工是其发展的方向之一。另外, 电火花加工与电化
学加工复合加工(ECDM)的研究将进一步深入。该
加工方法综合了电火花加工和电化学加工的优点, 将
电火花熔蚀作用与电化学腐蚀作用相结合, 采用较高
的脉冲电压, 加工时在电极的端面间隙处会产生放电
电弧, 金属被熔蚀抛出时在工件表面产生热损伤层,
随即此热损伤层被电化学蚀除作用所去除, ECDM既
有较高的加工效率, 又有高的表面加工质量[37]。
1·5 开发新的加工工艺
要实现电火花加工技术的长足发展, 需要不断地
开发新工艺和新方法, 这是促进电火花加工技术发展
的动力。目前, 这方面的代表是气中电火花加工技术
和电火花加工绝缘陶瓷技术, 这两种加工方法突破了
人们以往对电火花加工技术的局限性认识, 形成了电
火花加工技术的新工艺方法, 丰富了电火花加工的研
究内容, 拓宽了研究方向。气中电火花加工的实现突
破了电火花加工只能在液体介质中进行的认识; 而电
火花加工绝缘陶瓷技术突破了被加工材料必须是导电
材料的限制, 该技术的关键是在加工前在陶瓷表面覆
盖上辅助电极[38]。加工是在煤油工作液中进行, 先
对辅助电极区域进行加工, 借助于从加工煤油中分解
出来的碳元素被附着于陶瓷表面, 形成一层“生成
导电膜”, 进入绝缘性陶瓷材料区域。
北京科技大学的贾志新对立式旋转电火花线切割
的加工特性进行了分析并初步进行了实验, 认为这种
电火花线切割加工方式断丝率低, 加工平稳性好, 排
屑好, 加工速度高, 表面粗糙度好。通过对立式回转
电火花线切割加工技术特性的分析, 认为该技术在原
理上具有许多优越性, 是一种很有发展前景的加工技
术。尽管目前该技术在加工机理、加工动力学特性方
面还有待进一步研究, 加工设备的机械结构设计也有
待进一步改进, 但是对这种具有创新思想的工艺方法
的尝试对电火花加工的发展无疑是有利的[39]。总之,
不断开发新的加工工艺是该技术长足发展的保证。
2 小结
本文结合制造业的背景, 根据电火花加工技术的
特点, 认为电火花加工技术在加工的精密化、微细
·176·机床与液压第36卷化、加工的高速高效化、绿色制造以及新的工艺方
法的开发等几方面是今后电火花加工技术研究的方
向。上述目标实现, 不论是对放电间隙的控制、电极
损耗的降低, 还是电火花加工速度的提高, 都需要对
电火花加工机理进行更进一步的研究。电火花加工技
术出现至今, 人们对电火花的加工机理进行了大量的
研究, 取得了良好的研究结果, 如对电火花加工的热
模型、放电通道的形状和移动特性的研究等[40-41]。
然而, 由于放电加工的复杂性、加工过程众多的影响
因素以及加工过程的随机性, 使得目前电火花加工机
理的研究没有取得突破性的进展, 因此对电火花加工
机理的研究还需不断加强。在对加工机理的研究相对
滞后的情况下, 对各种电火花加工技术的加工工艺进
行最优化等的研究则有助于对电火花加工机理的完
善, 此外研究人员可以借助于其它先进的技术加强对
电火花加工机理的研究, 如利用人工智能技术、有限
元技术等实现对加工过程的智能化控制、电极损耗的
预测、加工参数的最优化处理以及加工过程的动态仿
真的研究等[42-43],通过这些研究手段可对电火花加
工机理有进一步的了解。
进入21世纪,电火花成形加工技术得到了迅猛发展,突破了许多传统观念和概念的束缚,产生了一些新的技术和应用领域,成为现代制造技术的重要组成部分。
电火花成形加
技术研究所的增泽隆久教授加工出的φ5μm 微细孔和φ2.5μm 的微细轴代表了这一领域当前的世界前沿水平。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,从而体现该技术更为广泛的潜在价值和应用前景。图1是国外某大学利用微细电火花加工的直径为φ3mm 的涡轮盘(图1(a )),上面均匀分布了24个三维复杂微型叶片结构,图1(b )是加工后的涡轮盘叶片形貌局部放大图[1-5]。
瑞士联邦某学院的研究人员开发了精密EDM 单元,它的工作区域为8mm ×8mm ×8mm ,该EDM 单元分辨率为5nm ,加工精度可达
杨大勇博士,研究员。主要研究方向为精密数控电火花加工机床控制系统、智能化脉冲电源和微细加工技术,已出版专著2部,发表学术论文50余篇。Development of Electrical Discharge Forming Technology工的数控系统采用人工神经网络技术、混沌理论、仿真技术,以进一步提高加工的各项工艺指标、可靠性和自动化程度;脉冲电源则在保证电火花加工工艺指标的前提下,向稳定、可靠、环保、绿色、节能方向发展。本文就以下技术的发展和应用进行介绍。精密微细化电火花微细加工主要指尺寸小于300μm 的轴孔、沟槽、型腔等的加工。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) 要尽可能小,而在电火
花加工过程中,其加工单位只取决于单个放电脉冲的能量。微细电火花加工的极限能力一直是研究工作者追求的目标之一。日本东京大学生产*863计划重点项目(2009AA044201),科技重大专项课题(2009ZX04003-022),北京市自然基金项目(3092011)。FORUM 论坛44航空制造技术·2010年第5期100nm 。德国卡尔斯鲁厄(karlsruhe)大学和日本东京大学利用线电极电火花磨削(WEDG)技术联合开发了硬质合金微型铣刀加工技术,并利用该铣刀进行了铣削加工试验[1-5]。脉冲电源参数的精确控制由于电火花成形加工受诸多因素影响,它对加工状态的实时监测有着极高的要求,反馈环节的精度和稳定性直接影响放电能量和加工效果。利用高速采集手段快速检测到拉弧状态并迅速做出反应是保证高精度高表面质量加工的必要手段。因此采用高速数字模拟信号转换器件来监测异常放电状态,高速的转换时间和高精度的采样结果能够更加快速地反映放电加工间隙的状态。一方面,在放电控制上采用改变脉冲宽度、脉冲间隔、峰值电流等参数的方法来控制加工过程以消除拉弧状态;另一方面,能够快速地控制高精度高响应电机驱动系统,精确控制放电间隙,从而更好地控制放电能量,加工出高质量的表面。高性能脉冲电源控制技术主要体现在3个方面,即:蚀除脉冲精度的精确控制、阻断清扫脉冲的控制、稳定放电脉冲检测的控制。下面介绍后2种控制技术对加工结果的影响。1阻断清扫脉冲控制技术瑞士AGIE-Hyperspark 脉冲电源的阻断清扫脉冲控制技术是在放电柱渐近进入饱和状态前突加一个适当的高电流脉冲,以阻断已没有蚀除作用的放电柱,形成第一次材料抛出,凹坑中有明显残留物;然后重建新的放电柱,在其扩展过程中又会有些蚀除,更重要的是在其放电结束后的第二次材料抛出时,将原坑中的残料充分清除,形成光滑干净的放电凹坑,此放电凹坑比通常脉冲的放电凹坑浅平,从而减少了表面粗糙度值,白层(变质层)减薄。由于脉冲蚀除量的增加,以及表面质量的改善使得后续精修省力,故此项技术提高了加工效率(采用铜和石墨电极时加工效率平均提高30%,深窄槽加工时提高50%),降低了电极损耗。例如用φ10mm 、45°尖劈形石墨电极加工钢,加工深度12mm ,加工结果为:长度损耗0.1mm(相对损耗0.8%)、表面粗糙度Ra1.6μm 、加工时间30min ,而常规脉冲电源加工时间为41min ,加工效率可提高27%[6]。2逐个脉冲检测技术实现逐个脉冲检测并做出相应对策的首要条件是速度要快,为此AGIE-Hyperspark 脉冲电源研制了FPGA 脉冲优化模块,具有超强计算能力(30MIPS),可在约33.3ns 时间内对脉冲前沿的状况进行一次检测,不仅可以消除拉弧的风险,还可以按照使用中对效率和表面质量(表面粗糙度的一致性和加工表面平整性) 的权重来设定阈值。这一脉冲控制技术使300mm ×300mm 的大面积精加工得以实现[6]。多轴联动数控电火花加工技术多轴联动数控电火花加工技术是在机床上装备分度旋转轴U 轴(C轴) 、V 轴(B轴) 、W 轴(A轴) ,配合其他3个直线运动轴进行的多轴联动加工方法,它在模具制造等领域具有非常重要的作用,特别是加工表面形状复杂的关键性零部件时,更具有不可替代的作用。图1φ5μm 的微细孔和φ2.5μm 的微细轴(a )直径φ3mm 涡轮盘(b )涡轮盘叶片形貌局部放大2.00mm 0.38mm图2 N850五轴五联动精密数控电火花成形机床2010年第5期·航空制造技术45NewTechnologiesofSpecialMachining 特种加工新技术整体叶轮是火箭发动机、飞机发动机以及航空机载设备的重要零件之一。整体叶轮工作在高温、高压、高转速条件下,选用材料多为不锈钢、高温耐热合金和钛合金等难切削材料,再加上整体叶轮为整体结构,带有复杂型面的叶片,其制造非常困难,该形状的零件用机械加工方法是很难实现的。目前国外采用五轴联动电火花成形加工的方法。图2所示为北京市电加工研究所研制的N850型五轴五联动精密数控电火花成形机床[7-8]。高表面质量与镜面加工技术随着科学技术的不断发展,对模具零件加工的要求不断提高,即要求加工精度高、表面质量好,而且要具有很好的耐磨性和耐蚀性。常规电火花加工工艺不易获得低表面粗糙度值的加工表面,特别是加工面积增大时,由于极间寄生电容的影响,很难获得高质量的加工表面;同时普通电火花加工会在工件表面产生一层具有残余拉应力、含有较多微裂纹的“白层”,对提高模具和零件的使用寿命
不利。为此,人们不得不在电火花加工后安排抛光、研磨等工序,但是一方面可降低加工表面粗糙度值,另一方面可以去掉加工表面“白层”。这样势必使加工周期变长、生产成本增加,而且对一些复杂的型面或小孔、窄槽等是极难进行抛光、研磨的。镜面加工技术的出现有效地解决了深槽窄缝等不易抛光和加工精度差的问题,进一步拓展了电火花加工技术的应用范围。1高效高精度镜面电火花加工实例北京市电加工研究所利用高性能镜面加工回路,在普通加工液中不添加任何粉末的条件下实现了较大面积的电火花镜面加工(见图3)。图3(a )是直径为φ25mm 的镜面加工照片,利用该项加工技术在直径为φ25mm(面积为490mm2) 的加工面积上,达到表面粗糙度为0.05μm ,并可清晰地映照出钢板尺的刻线和数字;图3(b )是直径为φ40mm(面积为1256mm2) 的镜面加工照片,表面粗糙度值小于0.10μm ,并实现了批量的稳定加工。该镜面加工回路有效克服了分布电容、分布电感等寄生参数对镜面加工的不利影响,精确控制了微小放电能量的恒量输出,并在工具电极表面形成一层炭黑膜,从而有效地保护了电极表面不被损耗,提高了加工精度和工件表面质量,实现了中小型模具表面用电火花加工作为最终精加工工序的目的,有效地解决了深槽窄缝等不易抛光和加工精度差的问题,进一步拓展了电火花加工技术的应用范围。图4是采用该项技术加工的手机后盖模具照片,其加工条件是:电极为紫铜,工件为SKD61热作模具钢,在普通加工液中一次加工完成,加工后表面粗糙度Ra ≤0.2μm 。2混粉加工技术通过在工作液中添加一定浓度的导电性硅、铝等微粉,进而改变电火花放电状态,使得大面积电火花加工表面粗糙度值显著降低,表面性能(耐磨、耐蚀等) 得到改善,克服了常规电火花加工表面粗糙度、表面性能差的缺点,使电火花加工作为大面积精密、复杂型面的最终加工成为可能,从而省去了后续抛光工序,产品的制作周期、工人的劳动强度减少。例如日本沙迪克公司PGM65高速镜面电火花成形加工机床上加工的发动机箱盖的压铸模具,由曲面组成,几乎没有平面,不易抛光。模具的材料为SKD61热作模具钢,加工部位的平面尺寸为200mm ×150mm ,加工深度为41mm ,加工表面粗糙度为Rmax=1.8μm (Ra0.29μm );电极的材料为ISO-63石墨,粗、精加工各用一个电极,单边缩放量分别为500μm 、300μm 。模具加工时,首先采用普通电火花进行6h 的粗、中加工,表面粗糙度值达到Rmax=8~10μm (Ra=1~1.25μm );然后用混粉电火花进行30h 的精加工。加工结果:表面粗糙度达Rmax=1.8μm (Ra0.29μm ),表面变质层≤4μm ,表面光亮度好。人工智能技术提高电火花成形加工过程的自动化水平是该加工技术发展的必然趋势。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,因此需要建立多输入、多输出的控制系统,智能控制将是解决此类复杂问题的有效途径。智能控制系统具有自学习和自适应功能,能自主调节系统的控制结构、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,根据当前的加工状态调整加工参数,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。虽然智能控制系统在电火花成图3镜面加工实例形加工中得到了大量应用,但仍有许(a )直径φ25mm 的镜面加工照片(b )直径φ40mm 的批量镜面加工照片FORUM 论坛46航空制造技术·2010年第5期多不完善之处,主要需解决以下问题:(1)根据不同加工要求确定工具电极与工件加工表面之间的合理间隙和合理加工参数;(2)开发能根据加工过程中间隙状态的改变而自适应变化的脉冲电源;(3)工作液的合理选用及其对加工过程的影响;(4)降低各种干扰对加工过程的影响。为了紧跟先进制造技术的发展步伐,应进一步完善模糊控制与自适应控制、人工神经网络、专家系统的结合,利用混沌理论、模糊控制等各种控制技术的特点与优势,研制智能化、模块化的电火花成形加工机床的控制部件和执行机构,实现高效率、高精度、低损耗、稳定的加工过程控制,促进电加工事业的发展。个性化随着生产的需要,各行各业出现了许多特殊的零件和结构,与之对应,为了适应零件多品种、小批量的特点,电火花加工机
床的结构和功能也呈现出个性化的发展趋势。这里个性化的市场是指为适应某些特殊行业、特殊材料、特殊零件和结构而设计的在结构和功能方面专用的电火花加工机床和为了某一类模具的制造而提供的个性化服务。这与科学技术的快速发展,特殊材料的不断出新,国家航空、航天的需求有关,特殊材料,超大、超小型零件以及一些特殊零件、特殊用途的电火花加工仍是未来一段时间内电火花成形机床市场发展的主要趋势。下面介绍几种具有个性化的电火花专用机床。1聚晶金刚石超硬材料的电火花加工专用机床聚晶金刚石复合片是将人造金刚石微粉用铜、铁粉等导电材料作为粘结剂,在高温高压条件下与硬质合金基体烧结而成的复合材料。北京市电加工研究所采用大幅度增加放电击穿爆炸力的电火花磨削工艺,成功地解决了聚晶金刚石刀具、拉丝模具及大面积聚晶金刚石复合片的高效精密加工问题。目前,采用增爆式脉冲电源的电火花专用机床加工是加工聚晶金刚石材料最有效的方法。有些导电的工程陶瓷及立方氮化硼材料也可用该类机床加工。图5是北京迪蒙特佳工磨具技术有限公司研制的BDM-903精密数控电火花工具磨床,可对聚晶金刚石、立方氮化硼超硬刀具进行电火花磨削加工[9]。2轮胎模具的电火花加工专用机床图4手机后盖模具的镜面加工照片图5 BDM-903精密数控电火花工具磨床图6轮胎模具的电火花加工专用机床轮胎模具的特点是外形尺寸大、加工的型腔均布在圆周上、加工部位尺寸小、加工表面粗糙度值Ra 在6~10μm 范围内、模具的种类和数量多,因此采用数控电火花专用加工机床是一种非常有效的方法。图6是加工轮胎模具的专用机床外形,该设备除具有普通机床X 、Y 、Z 三轴运动外,在工件安装夹具上还有绕中心轴旋转运动的C 轴和绕夹具与X 轴旋转运动的A 轴;由于加工部位小,所以采用局部小油池,有2根进油管强力进油以满足加工对工作液的要求。电极材料一般采用石墨、紫铜;加工方法采用多电极更换法。加工规准的选择与普通模具一样;加工时采用定时抬刀。3航空蜂窝密封组件电火花加工机床世界著名的罗·罗公司航空发动机蜂窝密封件采用电火花加工技术,其中用于航空发动机蜂窝密封组件加工的专用电火花加工机床,有4个石墨电极头,单独伺服控制,油槽与工作台同步旋转,伺服电压为50~60V ,电流值为8~10A 。工作液采用硅藻土材料过滤。结束语电火花成形加工技术在制造业领域占有重要地位,是实现难加工材料、复杂模具和零件精密加工的有效手段。我们应借鉴其他加工技术发展的经验,扬长避短,充分利用现代科技发展的相关成果,深入研究电火花放电机理,并用其指导电火花加工工艺理论和控制理论的研究,改善机床结构和设计方法,实现智能控制技术与电火花加工技术的有机结合,同时高度重视操作安全和环境保护,全面推动电火花加工技术快速发展