電火花線切割加工數控電火花加工工藝的現狀及趨勢

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tags: 線切割加工    時間:2014-03-12 03:21:38
電火花線切割加工數控電火花加工工藝的現狀及趨勢簡介
目前,模具工業的迅速發展,推動了模具製造技術的進步。電火花加工作為模具製造技術的一個重要分支,被賦予越來越高的加工要求。同時在數控加工技術發展新形勢的影……
電火花線切割加工數控電火花加工工藝的現狀及趨勢正文

目前,模具工業的迅速發展,推動了模具製造技術的進步。電火花加工作為模具製造技術的一個重要分支,被賦予越來越高的加工要求。同時在數控加工技術發展新形勢的影響下,促使電火花加工技術朝著更深層次、更高水平的數控化方向快速發展。雖然模具高速加工技術的迅猛發展使電加工面臨著嚴峻的挑戰,目前放電加工技術部分工序已被高速加工中心代替,但電火花加工仍舊有廣闊的前景。如在模具的複雜、精密小型腔、窄縫、溝槽、拐角、冒孔、深度切削等加工領域仍被廣泛應用。同時這項技術一直被改進和提升,使放電加工技術在模具工業中經久不衰。先進位造技術的快速發展和製造業市場競爭的加劇對數控電火花加工技術提出了更高要求,同時也為其提供了新的發展動力。

1 數控電火花加工技術發展的基本現狀

1.1數控電火花加工技術正不斷向精密化、自動化、智能化、高效化等方向發展。如今新型數控電火花機床層出不窮,如瑞士阿奇、瑞士夏米爾、日本沙迪克、日本牧野、日本三菱等機床在這方面技術都有了全面的提高。

精密化

電火花加工的精密核心主要體現在對尺寸精度、仿形精度、表面質量的要求。時下數控電火花機床加工的精度已有全面提高,尺寸加工要求可達±2-3μm、底面拐角R值可小於0.03mm,最佳加工表面粗糙度可低於Ra0.3μm。通過採用一系列先進加工技術和工藝方法,可達到鏡面加工效果且能夠成功地完成微型接插件、IC塑封、手機、CD盒等高精密模具部位的電火花加工。從總體來看,現代模具企業在先進數控電火花機床的應用上,還沒能很好地挖掘出機床的精密加工性能。因此有必要全面推動已有數控加工技術的進一步發展,不斷提高模具加工精度。

智能化

智能控制技術的出現把數控電火花加工推向了新的發展高度。新型數控電火花機床採用了智能控制技術。專家系統是數控電火花機床智能化的重要體現,它的智能性體現在精確的檢測技術和模糊控制技術兩方面。專家系統採用人機對話方式,根據加工的條件、要求,合理輸入設定值后便能自動創建加工程序,選用最佳加工條件組合來進行加工。在線自動監測、調整加工過程,實現加工過程的最優化控制。專家系統在檢測加工條件時,只要輸入加工形狀、電極與工件材質、加工位置、目標粗糙度值、電極縮放量、搖動方式、錐度值等指標,就可自動推算並配置最佳加工條件。模糊控制技術是由計算機監測來判定電火花加工間隙的狀態,在保持穩定電弧的範圍內自動選擇使加工效率達到最高的加工條件;自動監控加工過程,實現最穩定的加工過程的控制技術。專家系統智能技術的應用使機床操作更容易,對操作人員的技術水平要求更低。目前智能化技術不斷地升級,使得智能控制技術的應用範圍更加的廣泛。隨著市場對電加工要求的提升,智能化技術將獲得更為廣闊的發展空間。

自動化

目前最先進的數控電火花機床在配有電極庫和標準電極夾具的情況下,只要在加工前將電極裝入刀庫,編製好加工程序,整個電火花加工過程便能日以赴繼地自動運轉,幾乎無需人工操作。機床的自動化運轉降低了操作人員的勞動強度、提高生產效率。但自動裝置配件的價格比較昂貴,大多模具企業的數控電火花機床的配置並不齊全。數控電火花機床具備的自動測量找正、自動定位、多工件的連續加工等功能已較好地發揮了它的自動化性能。自動操作過程不需人工干預,可以提高加工精度、效率。普及機床的自動化程度是當前數控電火花機床行業的發展趨勢之一。

高效化

現代加工的要求為數控電火花加工技術提供了最佳的加工模式,即要求在保證加工精度的前提下大幅提高粗、精加工效率。如手機外殼、家電製品、電器用品、電子儀錶等領域,都要求將大面積(例如100×100mm)工件的放電時間大幅縮短,同時又要降低粗糙度。從原來的Ra0.8μm改進到Ra0.25μm,使放電后不必再進行手工拋光處理。這不但縮短了加工時間且省卻后處理的麻煩,同時提升了模具品質,使用粉末加工設備可達到要求。另外減少輔助時間(如編程時間、電極與工件定位時間等),這就需要增強機床的自動編程功能,配置電極與工件定位的夾具、裝置。若在大工件的粗加工中選用石墨電極材料也是提高加工效率的好方法。最佳的加工模式是企業擴大市場空間、提升市場競爭力的資本,其開發而成的新產品、新技術亦愈受歡迎。

其它

數控電火花加工技術在微細化、安全化、環保化等方面也取得了長足的發展。

1.2 數控電火花加工技術日新月異的發展,至使機床生產廠家紛紛對生產技術予以了改進。目前數控電火花機床在伺服系統和脈衝電源的改進上取得了重大成果,大大的提高了數控電火花加工的質量、加工效率。

機床伺服系統的改進

精密的機床伺服系統對電火花加工具有重要的意義。日前開發出的直線電機驅動的數控電火花加工設備,使加工性能獲得明顯改善。在驅動軸上配置直線電機從而實現了高響應、平滑的驅動,提高了機械系統的穩定性,避免了動作滯后。數控電火花機床主軸採用直線電機的高速抬刀技術,使加工屑的排出性能進一步提高,進而提高了加工性能,實現免沖液加工。直線電機驅動的機床,由於高響應性伺服產生的良好跟蹤性,能把加工深度誤差控制在最小限度達到高精度加工。直線伺服系統的應用在深窄、微小型腔加工方面具有明顯的技術優勢。直線電機技術將成為21世紀電火花機床伺服系統的主導。

   機床脈衝電源的改進 

    脈衝電源對提升加工速度、降低電極損耗、確保加工精度及提高表面質量中扮演著極其重要的作用。各種脈衝電源對高速、高品位的加工作出了較大貢獻。超精加工電源用於電火花精密、微細加工中,這類電源具有極小的單個脈衝能量(納秒級脈衝寬度),在電路上通過其它措施解決了加工速度慢、電極損耗大與低脈寬的工藝矛盾。智能型自適應電源採用微機數字化控制技術,自選加工規准,自適應調節加工中相關脈衝參數,從而達到高生產率的最佳穩定放電狀態。另外新型的脈衝電源還有節能型脈衝電源、等能量脈衝電源、各種專用輔助電源等。隨著研究和開發工作的深入,脈衝電源的性能也隨之取得更大的進步。 

    2 數控電火花加工的操作過程 

    數控電火花加工技術的發展,使得加工過程的操作更為快捷。使用ATC(自動電極交換裝置)的數控電火花機床的操作過程為:機床在開機后,先回到機械原點;然後裝夾工件,將基準球固定在工作台X、Y行程範圍內任意位置;把要加工的電極裝入ATC電極庫,將基準電極插入主軸夾頭;通過手動控制完成基準電極中心對工件零點的定位;接著完成基準電極對基準球的中心定位,將基準電極的中心偏移量記憶。

使用自動編程軟體製作程序,首先輸入使用的電極號、加工深度,執行檢索加工條件;再製作測量加工電極中心偏移量的程序與加工程序組合,保存製作好的程序;最後調出程序執行即可開始加工。加工過程中自動裝入電極、自動測量加工電極中心偏移量、自動定位、開油加工、監測加工。整個加工過程的重要操作步驟是在編程環節,編程時加工思路一定要清晰,輸入的數值一定要準確,才能保證自動加工過程的正確執行。不具備ATC電極庫的數控電火花加工操作過程與上述是一樣的,只是加工中換電極、測量中心偏移量的步驟需由手動操作完成。可見ATC是數控電火花加工自動化的重要工具,它的應用打破了傳統加工繁瑣的操作模式。 

    3 數控電火花加工新工藝的應用 

    電火花加工工藝是實現加工目的直接手段。目前已經開發出了多種電火花加工工藝,並在生產中取得了一定的經濟效益。下面介紹幾種在數控電火花加工中新應用的工藝及其優勢。 

    3.1標準化夾具實現快速精密定位 

    數控電火花加工為保證極高的重複定位精度且不降低加工效率,採用快速裝夾的標準化夾具。目前有瑞士的EROWA和瑞典的3R裝置可實現快速精密定位。這類裝置的原理是電極在製造時,是集電極與夾具為一體的組件在裝有同數控電火花機床上配備的工藝定位基準附件相同的加工設備上完成的。工藝定位基準附件都統一同心、同位,並且各數控機床都有坐標原點。因此電極在製造完成後,直接取下電極和夾具的組件,裝入數控電火花機床的基準附件上,無需再進行糾正調節。加工過程中如需插入一「急件」加工,同樣可以將正在加工的半成品卸下,待急件加工完后再繼續快速裝夾加工。標準化夾具,是一種快速精密定位的工藝方法,它的使用大大減少了數控電火花加工過程中的裝夾定位時間,有效地提升了企業的競爭力。 

    3.2混粉加工方法實現鏡面加工效果 

    在放電加工液內混入粉末添加劑,以高速獲得光澤面的加工方法稱之為混粉加工。該方法主要應用於複雜模具型腔,尤其是不便於進行拋光作業的複雜曲面的精密加工。可降低零件表面粗糙度值,省去手工拋光工序,提高零件的使用性能(如壽命、耐磨性、耐腐蝕性、脫模性等)。其加工原理主要是電火花工作液中加入一定比例的導電粉末,放電間隙增大,電極間的寄生電容和電流密度減少;使放電點分散、放電集中現象減少。混粉方法加工鏡面主要技術要求有:電火花機床具有鏡面精加工電路(具有極小的單個脈衝能量);選擇合適的粉末添加劑;進行粉末添加劑的濃度管理;利用擴散裝置來消除濃度的誤差;採用無沖液處理方式。混粉加工技術的發展,使精密型腔模具鏡面加工成為現實。 

    3.3搖動加工方法實現高精度加工 

    電火花加工複雜型腔時,在不同方向上的加工難度和加工面積相差很大,會引起加工屑局部集中,觸發加工不穩定、放電間隙不均勻等情況。為了保證高效率下放電間隙的一致性、維持高的穩定加工性,可以在加工過程中採用電極不斷搖動的方法。加工中採用搖動的方法可獲得側面與底面更均勻的表面粗糙度,更容易控制加工尺寸。搖動加工選用是根據被加工部位的搖動圖形、搖動量的形狀及精度的要求而定。如果在加工中不採用搖動的方法,則很難實現小間隙放電條件下的穩定加工。在精加工中很容易發現因這個原因造成的不穩定加工現象,不穩定放電使尺寸不能準確地得到控制且粗糙度不均勻。採用搖動的加工方法能能很好解決這些問題且能保證高精度、高質量的加工。 

3.4多軸聯動加工方法實現複雜加工 

    近年來,隨著模具工業和計算機技術的發展,促進了多軸聯動電火花加工技術的進步。採用多軸迴轉系統與多種直線運動協調組合成多種複合運動方式,以適應不同種類工件的加工要求,擴大了數控電火花加工的加工範圍,提高其在精密加工方面的比較優勢和技術效益。數控電火花加工機床可利用多軸聯動很方便地實現傳統電火花機床難以加工的複雜型腔模具或微小零件的加工,如三維螺旋面、微細齒輪、微細齒條等。目前模具企業採用數控電火花加工基本採用成型電極的軸向伺服加工,但也可以巧用多軸聯動的方法來提高加工性能,如清角部位在加工可行的情況下採用X、Y、Z三軸聯動的方法,即斜向加工,避免了因加工部位面積小而發生放電不穩定的現象。模具潛伏式膠口的加工通過對電極斜度裝夾定位的設計,也可進行斜向多軸聯動加工。 

    4 數控電火花加工技術的發展趨勢 

    未來數控電火花加工技術的發展空間是十分廣闊的。由於電火花加工過程本身的複雜性,迄今對電火花加工的機理尚未完全弄清楚,大多研究成果是建立在大量系統的工藝實驗基礎上完成的,所以對電火花加工機理的深入研究,並以此直接指導和應用於實踐加工是數控電火花加工技術發展的根本。在現有技術水平的基礎上,不斷開發新工藝將是數控電火花加工技術發展方向。如數控電火花銑削加工是一種還不成熟的技術,值得繼續研究的新工藝。數控電火花機床在結構設計、脈衝電源的開發方面將朝更合理、更具優勢化的方向全面發展,提高加工性能,同時考慮降低機床製造的成本。數控電火花加工在控制技術上將朝自動化、智能化方面的更高層次發展,數控電火花加工的網路管理技術在高檔機床上已有初步應用,將逐步被推廣及應用,獲取更好的系統管理效果。總之,數控電火花加工技術以提高加工質量、提高加工效率、擴大加工範圍、降低加工成本等為目標在模具工業中不斷發展。 

    5 結束語 

    在模具工業技術快速發展的新形勢下,數控電火花加工技術已取得了突破性的進展,其不僅在過去及和現在的模具製造中被廣泛應用,相信在今後的模具加工中其也必將發揮重要作用。   

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