數(shù)控電火花加工技術(shù)模具工業(yè)的應(yīng)用
發(fā)布者：zhwedm 發(fā)布時(shí)間：2011-05-05 11:33:12
目前，模具工業(yè)的迅速發(fā)展，推動(dòng)了模具制造技術(shù)的進(jìn)步。電火花加工作為模具制造技術(shù)的一個(gè)重要分支，被賦予越來(lái)越高的加工要求。同時(shí)在數(shù)控加工技術(shù)發(fā)展新形勢(shì)的影響下，促使電火花加工技術(shù)朝著更深層次、更高水平的數(shù)控化方向快速發(fā)展。雖然模具高速加工技術(shù)的迅猛發(fā)展使電加工面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，目前放電加工技術(shù)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。如在模具的復(fù)雜、精密小型腔、窄縫、溝槽、拐角、冒孔、深度切削等加工領(lǐng)域仍被廣泛應(yīng)用。同時(shí)這項(xiàng)技術(shù)一直被改進(jìn)和提升，使放電加工技術(shù)在模具工業(yè)中經(jīng)久不衰。先進(jìn)制造技術(shù)的快速發(fā)展和制造業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇對(duì)數(shù)控電火花加工技術(shù)提出了更高要求，同時(shí)也為其提供了新的發(fā)展動(dòng)力。
1 數(shù)控電火花加工技術(shù)發(fā)展的基本現(xiàn)狀
1.1數(shù)控電火花加工技術(shù)正不斷向精密化、自動(dòng)化、智能化、高效化等方向發(fā)展。如今新型數(shù)控電火花機(jī)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(jī)床在這方面技術(shù)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(xiàn)在對(duì)尺寸精度、仿形精度、表面質(zhì)量的要求。時(shí)下數(shù)控電火花機(jī)床加工的精度已有全面提高，尺寸加工要求可達(dá)±2-3μm、底面拐角R值可小于0.03mm，最佳加工表面粗糙度可低于Ra0.3μm。通過(guò)采用一系列先進(jìn)加工技術(shù)和工藝方法，可達(dá)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(jī)、CD盒等高精密模具部位的電火花加工。從總體來(lái)看，現(xiàn)代模具企業(yè)在先進(jìn)數(shù)控電火花機(jī)床的應(yīng)用上，還沒(méi)能很好地挖掘出機(jī)床的精密加工性能。因此有必要全面推動(dòng)已有數(shù)控加工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，不斷提高模具加工精度。
智能化
智能控制技術(shù)的出現(xiàn)把數(shù)控電火花加工推向了新的發(fā)展高度。新型數(shù)控電火花機(jī)床采用了智能控制技術(shù)。專(zhuān)家系統(tǒng)是數(shù)控電火花機(jī)床智能化的重要體現(xiàn)，它的智能性體現(xiàn)在精確的檢測(cè)技術(shù)和模糊控制技術(shù)兩方面。專(zhuān)家系統(tǒng)采用人機(jī)對(duì)話方式，根據(jù)加工的條件、要求，合理輸入設(shè)定值后便能自動(dòng)創(chuàng)建加工程序，選用最佳加工條件組合來(lái)進(jìn)行加工。在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)、調(diào)整加工過(guò)程，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的最優(yōu)化控制。專(zhuān)家系統(tǒng)在檢測(cè)加工條件時(shí)，只要輸入加工形狀、電極與工件材質(zhì)、加工位置、目標(biāo)粗糙度值、電極縮放量、搖動(dòng)方式、錐度值等指標(biāo)，就可自動(dòng)推算并配置最佳加工條件。模糊控制技術(shù)是由計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)來(lái)判定電火花加工間隙的狀態(tài)，在保持穩(wěn)定電弧的范圍內(nèi)自動(dòng)選擇使加工效率達(dá)到最高的加工條件；自動(dòng)監(jiān)控加工過(guò)程，實(shí)現(xiàn)最穩(wěn)定的加工過(guò)程的控制技術(shù)。專(zhuān)家系統(tǒng)智能技術(shù)的應(yīng)用使機(jī)床操作更容易，對(duì)操作人員的技術(shù)水平要求更低。目前智能化技術(shù)不斷地升級(jí)，使得智能控制技術(shù)的應(yīng)用范圍更加的廣泛。隨著市場(chǎng)對(duì)電加工要求的提升，智能化技術(shù)將獲得更為廣闊的發(fā)展空間。
自動(dòng)化
目前最先進(jìn)的數(shù)控電火花機(jī)床在配有電極庫(kù)和標(biāo)準(zhǔn)電極夾具的情況下，只要在加工前將電極裝入刀庫(kù)，編制好加工程序，整個(gè)電火花加工過(guò)程便能日以赴繼地自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，幾乎無(wú)需人工操作。機(jī)床的自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率。但自動(dòng)裝置配件的價(jià)格比較昂貴，大多模具企業(yè)的數(shù)控電火花機(jī)床的配置并不齊全。數(shù)控電火花機(jī)床具備的自動(dòng)測(cè)量找正、自動(dòng)定位、多工件的連續(xù)加工等功能已較好地發(fā)揮了它的自動(dòng)化性能。自動(dòng)操作過(guò)程不需人工干預(yù)，可以提高加工精度、效率。普及機(jī)床的自動(dòng)化程度是當(dāng)前數(shù)控電火花機(jī)床行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)之一。
高效化
現(xiàn)代加工的要求為數(shù)控電火花加工技術(shù)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(jī)外殼、家電制品、電器用品、電子儀表等領(lǐng)域，都要求將大面積（例如100×100mm）工件的放電時(shí)間大幅縮短，同時(shí)又要降低粗糙度。從原來(lái)的Ra0.8μm改進(jìn)到Ra0.25μm，使放電后不必再進(jìn)行手工拋光處理。這不但縮短了加工時(shí)間且省卻后處理的麻煩，同時(shí)提升了模具品質(zhì)，使用粉末加工設(shè)備可達(dá)到要求。另外減少輔助時(shí)間（如編程時(shí)間、電極與工件定位時(shí)間等），這就需要增強(qiáng)機(jī)床的自動(dòng)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(yè)擴(kuò)大市場(chǎng)空間、提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的資本，其開(kāi)發(fā)而成的新產(chǎn)品、新技術(shù)亦愈受歡迎。
其它
數(shù)控電火花加工技術(shù)在微細(xì)化、安全化、環(huán)保化等方面也取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。
1.2 數(shù)控電火花加工技術(shù)日新月異的發(fā)展，至使機(jī)床生產(chǎn)廠家紛紛對(duì)生產(chǎn)技術(shù)予以了改進(jìn)。目前數(shù)控電火花機(jī)床在伺服系統(tǒng)和脈沖電源的改進(jìn)上取得了重大成果，大大的提高了數(shù)控電火花加工的質(zhì)量、加工效率。
機(jī)床伺服系統(tǒng)的改進(jìn)
精密的機(jī)床伺服系統(tǒng)對(duì)電火花加工具有重要的意義。日前開(kāi)發(fā)出的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控電火花加工設(shè)備，使加工性能獲得明顯改善。在驅(qū)動(dòng)軸上配置直線電機(jī)從而實(shí)現(xiàn)了高響應(yīng)、平滑的驅(qū)動(dòng)，提高了機(jī)械系統(tǒng)的穩(wěn)定性，避免了動(dòng)作滯后。數(shù)控電火花機(jī)床主軸采用直線電機(jī)的高速抬刀技術(shù)，使加工屑的排出性能進(jìn)一步提高，進(jìn)而提高了加工性能，實(shí)現(xiàn)免沖液加工。直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)床，由于高響應(yīng)性伺服產(chǎn)生的良好跟蹤性，能把加工深度誤差控制在最小限度達(dá)到高精度加工。直線伺服系統(tǒng)的應(yīng)用在深窄、微小型腔加工方面具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。直線電機(jī)技術(shù)將成為21世紀(jì)電火花機(jī)床伺服系統(tǒng)的主導(dǎo)。
機(jī)床脈沖電源的改進(jìn)
脈沖電源對(duì)提升加工速度、降低電極損耗、確保加工精度及提高表面質(zhì)量中扮演著極其重要的作用。各種脈沖電源對(duì)高速、高品位的加工作出了較大貢獻(xiàn)。超精加工電源用于電火花精密、微細(xì)加工中，這類(lèi)電源具有極小的單個(gè)脈沖能量（納秒級(jí)脈沖寬度），在電路上通過(guò)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(yīng)電源采用微機(jī)數(shù)字化控制技術(shù)，自選加工規(guī)準(zhǔn)，自適應(yīng)調(diào)節(jié)加工中相關(guān)脈沖參數(shù)，從而達(dá)到高生產(chǎn)率的最佳穩(wěn)定放電狀態(tài)。另外新型的脈沖電源還有節(jié)能型脈沖電源、等能量脈沖電源、各種專(zhuān)用輔助電源等。隨著研究和開(kāi)發(fā)工作的深入，脈沖電源的性能也隨之取得更大的進(jìn)步。
2 數(shù)控電火花加工的操作過(guò)程
數(shù)控電火花加工技術(shù)的發(fā)展，使得加工過(guò)程的操作更為快捷。使用ATC（自動(dòng)電極交換裝置）的數(shù)控電火花機(jī)床的操作過(guò)程為：機(jī)床在開(kāi)機(jī)后，先回到機(jī)械原點(diǎn)；然后裝夾工件，將基準(zhǔn)球固定在工作臺(tái)X、Y行程范圍內(nèi)任意位置；把要加工的電極裝入ATC電極庫(kù)，將基準(zhǔn)電極插入主軸夾頭；通過(guò)手動(dòng)控制完成基準(zhǔn)電極中心對(duì)工件零點(diǎn)的定位；接著完成基準(zhǔn)電極對(duì)基準(zhǔn)球的中心定位，將基準(zhǔn)電極的中心偏移量記憶。使用自動(dòng)編程軟件制作程序，首先輸入使用的電極號(hào)、加工深度，執(zhí)行檢索加工條件；再制作測(cè)量加工電極中心偏移量的程序與加工程序組合，保存制作好的程序；最后調(diào)出程序執(zhí)行即可開(kāi)始加工。加工過(guò)程中自動(dòng)裝入電極、自動(dòng)測(cè)量加工電極中心偏移量、自動(dòng)定位、開(kāi)油加工、監(jiān)測(cè)加工。整個(gè)加工過(guò)程的重要操作步驟是在編程環(huán)節(jié)，編程時(shí)加工思路一定要清晰，輸入的數(shù)值一定要準(zhǔn)確，才能保證自動(dòng)加工過(guò)程的正確執(zhí)行。不具備ATC電極庫(kù)的數(shù)控電火花加工操作過(guò)程與上述是一樣的，只是加工中換電極、測(cè)量中心偏移量的步驟需由手動(dòng)操作完成。可見(jiàn)ATC是數(shù)控電火花加工自動(dòng)化的重要工具，它的應(yīng)用打破了傳統(tǒng)加工繁瑣的操作模式。
3 數(shù)控電火花加工新工藝的應(yīng)用
電火花加工工藝是實(shí)現(xiàn)加工目的直接手段。目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了多種電火花加工工藝，并在生產(chǎn)中取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。下面介紹幾種在數(shù)控電火花加工中新應(yīng)用的工藝及其優(yōu)勢(shì)。
3.1標(biāo)準(zhǔn)化夾具實(shí)現(xiàn)快速精密定位
數(shù)控電火花加工為保證極高的重復(fù)定位精度且不降低加工效率，采用快速裝夾的標(biāo)準(zhǔn)化夾具。目前有瑞士的EROWA和瑞典的3R裝置可實(shí)現(xiàn)快速精密定位。這類(lèi)裝置的原理是電極在制造時(shí)，是集電極與夾具為一體的組件在裝有同數(shù)控電火花機(jī)床上配備的工藝定位基準(zhǔn)附件相同的加工設(shè)備上完成的。工藝定位基準(zhǔn)附件都統(tǒng)一同心、同位，并且各數(shù)控機(jī)床都有坐標(biāo)原點(diǎn)。因此電極在制造完成后，直接取下電極和夾具的組件，裝入數(shù)控電火花機(jī)床的基準(zhǔn)附件上，無(wú)需再進(jìn)行糾正調(diào)節(jié)。加工過(guò)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(xù)快速裝夾加工。標(biāo)準(zhǔn)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(shù)控電火花加工過(guò)程中的裝夾定位時(shí)間，有效地提升了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。
3.2混粉加工方法實(shí)現(xiàn)鏡面加工效果
在放電加工液內(nèi)混入粉末添加劑，以高速獲得光澤面的加工方法稱(chēng)之為混粉加工。該方法主要應(yīng)用于復(fù)雜模具型腔，尤其是不便于進(jìn)行拋光作業(yè)的復(fù)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(dǎo)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(diǎn)分散、放電集中現(xiàn)象減少。混粉方法加工鏡面主要技術(shù)要求有：電火花機(jī)床具有鏡面精加工電路（具有極小的單個(gè)脈沖能量）；選擇合適的粉末添加劑；進(jìn)行粉末添加劑的濃度管理；利用擴(kuò)散裝置來(lái)消除濃度的誤差；采用無(wú)沖液處理方式。混粉加工技術(shù)的發(fā)展，使精密型腔模具鏡面加工成為現(xiàn)實(shí)。
3.3搖動(dòng)加工方法實(shí)現(xiàn)高精度加工
電火花加工復(fù)雜型腔時(shí)，在不同方向上的加工難度和加工面積相差很大，會(huì)引起加工屑局部集中，觸發(fā)加工不穩(wěn)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(wěn)定加工性，可以在加工過(guò)程中采用電極不斷搖動(dòng)的方法。加工中采用搖動(dòng)的方法可獲得側(cè)面與底面更均勻的表面粗糙度，更容易控制加工尺寸。搖動(dòng)加工選用是根據(jù)被加工部位的搖動(dòng)圖形、搖動(dòng)量的形狀及精度的要求而定。如果在加工中不采用搖動(dòng)的方法，則很難實(shí)現(xiàn)小間隙放電條件下的穩(wěn)定加工。在精加工中很容易發(fā)現(xiàn)因這個(gè)原因造成的不穩(wěn)定加工現(xiàn)象，不穩(wěn)定放電使尺寸不能準(zhǔn)確地得到控制且粗糙度不均勻。采用搖動(dòng)的加工方法能能很好解決這些問(wèn)題且能保證高精度、高質(zhì)量的加工。
3.4多軸聯(lián)動(dòng)加工方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜加工
近年來(lái)，隨著模具工業(yè)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了多軸聯(lián)動(dòng)電火花加工技術(shù)的進(jìn)步。采用多軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)與多種直線運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)組合成多種復(fù)合運(yùn)動(dòng)方式，以適應(yīng)不同種類(lèi)工件的加工要求，擴(kuò)大了數(shù)控電火花加工的加工范圍，提高其在精密加工方面的比較優(yōu)勢(shì)和技術(shù)效益。數(shù)控電火花加工機(jī)床可利用多軸聯(lián)動(dòng)很方便地實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電火花機(jī)床難以加工的復(fù)雜型腔模具或微小零件的加工，如三維螺旋面、微細(xì)齒輪、微細(xì)齒條等。目前模具企業(yè)采用數(shù)控電火花加工基本采用成型電極的軸向伺服加工，但也可以巧用多軸聯(lián)動(dòng)的方法來(lái)提高加工性能，如清角部位在加工可行的情況下采用X、Y、Z三軸聯(lián)動(dòng)的方法，即斜向加工，避免了因加工部位面積小而發(fā)生放電不穩(wěn)定的現(xiàn)象。模具潛伏式膠口的加工通過(guò)對(duì)電極斜度裝夾定位的設(shè)計(jì)，也可進(jìn)行斜向多軸聯(lián)動(dòng)加工。
4 數(shù)控電火花加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
未來(lái)數(shù)控電火花加工技術(shù)的發(fā)展空間是十分廣闊的。由于電火花加工過(guò)程本身的復(fù)雜性，迄今對(duì)電火花加工的機(jī)理尚未完全弄清楚，大多研究成果是建立在大量系統(tǒng)的工藝實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上完成的，所以對(duì)電火花加工機(jī)理的深入研究，并以此直接指導(dǎo)和應(yīng)用于實(shí)踐加工是數(shù)控電火花加工技術(shù)發(fā)展的根本。在現(xiàn)有技術(shù)水平的基礎(chǔ)上，不斷開(kāi)發(fā)新工藝將是數(shù)控電火花加工技術(shù)發(fā)展方向。如數(shù)控電火花銑削加工是一種還不成熟的技術(shù)，值得繼續(xù)研究的新工藝。數(shù)控電火花機(jī)床在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、脈沖電源的開(kāi)發(fā)方面將朝更合理、更具優(yōu)勢(shì)化的方向全面發(fā)展，提高加工性能，同時(shí)考慮降低機(jī)床制造的成本。數(shù)控電火花加工在控制技術(shù)上將朝自動(dòng)化、智能化方面的更高層次發(fā)展，數(shù)控電火花加工的網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)在高檔機(jī)床上已有初步應(yīng)用，將逐步被推廣及應(yīng)用，獲取更好的系統(tǒng)管理效果。總之，數(shù)控電火花加工技術(shù)以提高加工質(zhì)量、提高加工效率、擴(kuò)大加工范圍、降低加工成本等為目標(biāo)在模具工業(yè)中不斷發(fā)展。
5 結(jié)束語(yǔ)
在模具工業(yè)技術(shù)快速發(fā)展的新形勢(shì)下，數(shù)控電火花加工技術(shù)已取得了突破性的進(jìn)展，其不僅在過(guò)去及和現(xiàn)在的模具制造中被廣泛應(yīng)用，相信在今后的模具加工中其也必將發(fā)揮重要作用。
本文由中走絲,快走絲,線切割機(jī)床,穿孔機(jī),去毛刺設(shè)備-蘇州中航長(zhǎng)風(fēng)數(shù)控科技有限公司采集整理發(fā)布。
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