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數(shù)控低速走絲電火花線切割加工技術(shù)淺析

數(shù)控低速走絲電火花線切割機(jī)的技術(shù)進(jìn)步及市場(chǎng)發(fā)展都很快，在業(yè)內(nèi)引起了越來(lái)越廣泛、密切的關(guān)注，對(duì)此進(jìn)行一些探討是很有意義的。 

低速走絲電火花線切割加工的技術(shù)進(jìn)步

1.1 加工表面質(zhì)量日臻完善
（1）納秒級(jí)大峰值電流脈沖電源技術(shù)
電火花加工時(shí)金屬的蝕除分熔化和氣化兩種。寬脈寬作用時(shí)間長(zhǎng)，容易造成熔化加工，使工件表面形貌變差，變質(zhì)層增厚，內(nèi)應(yīng)力加大，易產(chǎn)生裂紋。而脈寬小到一定值時(shí)，作用時(shí)間極短，形成氣化加工，可以減小變質(zhì)層厚度，改善表面質(zhì)量，減小內(nèi)應(yīng)力，避免裂紋產(chǎn)生。
先進(jìn)的低速走絲電火花線切割機(jī)采用的脈沖電源其脈寬僅幾十ns，峰值電流在1 000 A以上，形成氣化蝕除，不僅加工效率高，而且使表面質(zhì)量大大提高。
（2）防電解（AE）脈沖電源
低速走絲電火花線切割加工采用水質(zhì)工作液。水有一定的導(dǎo)電性，即使經(jīng)過(guò)去離子處理，降低電導(dǎo)率，但還有一定的離子數(shù)量。當(dāng)工件接正極，在電場(chǎng)作用下，OH-離子會(huì)在工件上不斷聚集，造成鐵、鋁、銅、鋅、鈦、鎢的氧化和腐蝕，并使硬質(zhì)合金材料中的結(jié)合劑—鈷成離子狀態(tài)溶解在水中，形成工件表面的“軟化層”。曾采用提高電阻率的措施（由幾十千歐·厘米提高到幾百千歐·厘米），盡可能降低離子濃度，雖對(duì)改善表面質(zhì)量起了一定的作用，但還是不能有效地*解決“軟化層”的問(wèn)題。
防電解電源是解決工件“軟化層”的有效技術(shù)手段。防電解電源采用交變脈沖，平均電壓為零，使在工作液中的OH-離子電極絲與工件之間處于振蕩狀態(tài)，不趨向工件和電極絲，防止工件材料的氧化。
采用防電解電源進(jìn)行電火花線切割加工，可使表面變質(zhì)層控制在1μm以下，避免硬質(zhì)合金材料中鈷的析出溶解，保證硬質(zhì)合金模具的壽命。
測(cè)試結(jié)果表明，防電解電源加工硬質(zhì)合金模具壽命已接近機(jī)械磨削加工，在接近磨損極限處甚至優(yōu)于機(jī)械磨削加工。
1.2 切割精度日益提高
（1）多次切割技術(shù)
多次切割技術(shù)是提高低速走絲電火花線切割加工精度及表面質(zhì)量的根本手段。它是設(shè)計(jì)制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、智能化技術(shù)、脈沖電源技術(shù)、精密傳動(dòng)及控制技術(shù)的科學(xué)整合。一般是通過(guò)一次切割成形，二次切割提高精度，三次以上切割提高表面質(zhì)量。原來(lái)為達(dá)到高質(zhì)量的表面，多次切割的次數(shù)需高達(dá)7～9次，現(xiàn)在只需3～4 次。
瑞士阿奇夏米爾公司開發(fā)的E-CUT新型電源在一次切割時(shí)Ra≤0.8μm，切割速度達(dá)30 0 mm2/min。
（2）拐角加工技術(shù)不斷優(yōu)化完善
由于在切割拐角時(shí)電極絲的滯后，會(huì)造成角部塌陷。為了提高拐角切割精度，研究人員采取了更多的動(dòng)態(tài)拐角處理策略。如：改變走絲路徑；改變加工速度（薄板）；自動(dòng)調(diào)節(jié)水壓；控制加工能量等。
通過(guò)采用綜合的拐角控制策略，粗加工時(shí)角部形狀誤差減少70%，可一次切割達(dá)5靘的配合 精度。
（3）采用提高平直度的技術(shù)
日本三菱電機(jī)公司的HL回路、牧野公司的ST3高精度精加工回路都是提高平直度的技術(shù)，被認(rèn)為對(duì)厚件加工意義重大。
（4）機(jī)床結(jié)構(gòu)更加精密
為了保證高精度的加工，采用了許多技術(shù)措施來(lái)提高主機(jī)精度：①控制溫度。采用水溫冷卻裝置，使機(jī)床內(nèi)部溫度與水溫相同，減小了機(jī)床的熱變形。②采用直線電機(jī)。響應(yīng)度高，精密定位可實(shí)現(xiàn)0.1μm當(dāng)量的控制，進(jìn)給無(wú)振動(dòng)，無(wú)噪音，提高放電頻率，保持穩(wěn)定放電，兩次切割Ry5 μm。③采用陶瓷、聚合物人造花崗巖制件，其熱慣性比鑄鐵大25倍，降低溫度變化對(duì)切割精度的影響。④采用固定工作臺(tái)、立柱移動(dòng)結(jié)構(gòu)，提高工作臺(tái)承重，不受浸水加工和工件重量變化的影響。⑤采用浸入式加工，降低工件熱變形。⑥電機(jī)伺服，閉環(huán)電極絲張力控制。⑦高精度對(duì)刀：采用電壓調(diào)制對(duì)刀電源。對(duì)刀精度可達(dá)±0.005 mm，不損傷工件，不論干濕。
（5）細(xì)絲切割
為了進(jìn)行小圓角、窄縫、窄槽及微細(xì)零件的微精加工，各制造企業(yè)都花大力氣進(jìn)行細(xì)絲切割技術(shù)的研究。目前世界主要電加工機(jī)的制造企業(yè)都可以采用0.02～0.03 mm的電極絲進(jìn)行切割。
1.3 加工效率明顯提高
（1）zui高加工效率
由于ns級(jí)大峰值電流脈沖電源技術(shù)及檢測(cè)、控制、抗干擾技術(shù)的發(fā)展，低速走絲電火花線切割機(jī)的加工效率也在不斷提高。瑞士阿奇公司稱其PROGRESS機(jī)床使用標(biāo)準(zhǔn)電極絲時(shí)，加工效率為 350～500 mm2/min。日本三菱電機(jī)公司稱其FA-V系列機(jī)床的zui高加工效率可達(dá)500 mm2/ min。
（2）較大厚度工件的加工效率
日本三菱電機(jī)公司FA-V系列機(jī)床在切割300 mm厚的工件時(shí)，加工效率可達(dá)170 mm2/min。這是很有實(shí)際意義的技術(shù)提升。
（3）厚度變化工件的加工效率
自動(dòng)檢測(cè)加工件的厚度，自動(dòng)調(diào)整加工參數(shù)，防止斷絲，達(dá)到該狀態(tài)的zui高加工效率。
（4）雙絲自動(dòng)交換技術(shù)
瑞士阿奇夏米爾公司推出的ROBOFIL 2030S1-TW機(jī)床能采用0.20～0.02 mm的電極絲自動(dòng)進(jìn)行雙絲切換加工。采用粗絲進(jìn)行*次切割，一般絲徑為0.25 mm，以提高加工效率，并可無(wú)芯切割；然后采用細(xì)絲進(jìn)行修整，一般采用0.10 mm的細(xì)絲，切割出小圓角，并可提高精度。總體可節(jié)省30%～50%的切割時(shí)間。
（5）快速自動(dòng)穿絲技術(shù)
日本牧野公司稱自動(dòng)穿絲時(shí)間＜15 s；日本沙迪克公司稱穿絲時(shí)間為13 s；日本三菱電機(jī)公 司稱其具有*zui快的自動(dòng)穿絲裝置，當(dāng)板厚為50 mm 時(shí)，穿絲時(shí)間為10 s，切絲、穿絲總時(shí)間為25 s。