电火花线切割技术论文(1)

电火花线切割技术的研究现状和发展趋势 专 业：机械制造及自动化 班 级： 09机电3班 学 生： 高小欢 学 号：090122025 指导老师：杨汉嵩

内容摘要： 随着机械制造业水平的不断提高和产品加工精度的需要，先进的 机械制造技术的应用也就顺利成章， 及其主要内容。

关键字：现代机械制造技术 电火花切割 前言 发展趋势

目前，随着电子、信息等高新技术的不断发展及市场需求个性化与多元化， 世界各国都把机械制造技术的研究和开发作为国家的关键技术进行优先发展， 其他学科的高技术成果引入机械制造业中。 因此机械制造业的内涵与水平已今 非昔比，它是基于先进制造技术的现代制造产业。纵观现代机械制造技术的新发 展，其重要特征主要体现在它的绿色制造、计算机集成制造、柔性制造、虚拟制 造、智能制造、并行工程、敏捷制造和网络制造等方面。 机械制造行业不断遇到高硬度，高韧性，高熔点等难切割加工材料以及特殊 结构特别市复杂曲面零件的加工难题。 加工技术的发展，促进电火花线切割加工新方法，新工艺的不断表现，扩大了电 火花线切割加工的适用范围。电火花切割技术是先进制造技术之一，在机械生产 中应用范围广，从国内来看，我国的电火花线切割加工技术发展迅速，尤其是我 国特有的单向(高速)走丝电火花线切割机构简单，价格低廉，各方面指标都有了 较大的提高。 因此，进一步研究高速走丝电火线切割加工技术，扩大其加工范围，尤其是 利用计算机等高科技工具和先进的科学方法来提高我国电火花线切割技术 水平，缩短同发达国家的差距，不仅具有重要的意义，而且具有显著的经济 和社会效益。 1 高速走丝线切割加工技术的现状

有我国特色的数控高速走丝电火花线切割加工技术自60年代末研制成功以 来，经过30年的不 断完善和发展，现已成为制造业中不可缺少的加工手段。目前，高速走丝线切割 机的切割速度已由过去的20～40mm 2 /min 普遍提高到100mm 2 /min 以上，有的可达 到260mm 2 /min，机床的加工精度为±0.01mm，工件的表面粗糙度为 R a 1.25～2.5 μm,因而可满足一般模具加工和其他复杂零件制造的要求。 随着科学技术的发展，对各类产品的制造要求越来越高，对线切割加工技术 也提出了更高的要求。国外(欧美、日本等)研究发展的数控低速走丝电火花线切 割机为适应对制造加工技术的要求，采用闭环数字交(直)流伺服控制系统，确保 优良的动态性能和高定位精度，加工精度可控制在若干微米以内。同时机床具有 数字自适应控制电源、自动穿丝、自动卸除废料、短路自动回退等自动化技术， 此外对电极丝张力和工作液压力也可进行控制。 软件技术的更新和发展，低速走丝线切割机的工艺指标已达到了相当高的水平。 即使对形状复杂零件的加工，最高切割速度也可超过300mm 2 /min；尺寸精度可达 到±2～5μm；表面粗糙度可达到 R a 0.1～0.2μm(多次切割)。机床的自动化程度 高，加工稳定性好，已向无人化加工发展。 2 高速走丝线切割加工技术的发展趋势 高速走丝线切割机由于受到电极丝损耗、机械部分的结构与精度、进给系统 的开环控制、加工中工作液导电率的变化、加工环境的温度变化及本身加工的特 点(如运丝速度快、 以目前机床的现状， 竞争，困难是相当大的，而且研究开发的代价也会很高，机床的制造成本将大幅 度提高，从现实和市场的角度来考虑都是不太适宜的。因此，高速走丝线切割机 的发展策略是扬长避短，以发展中低档机床为主，使机床向适当加工精度、良好 的加工稳定性和容易操作的方向发展，来满足不断发展的生产需要。目前市场上 高速走丝线切割机最大的优势在于拥有良好的性能价格比， 须以此为基本出发点，不能过分强调机床加工精度，而忽视机床性能价格比的因 素。如违背这一原则，机床制造商和用户都难以接受。为在较短的时间内，使高 速走丝线切割机的加工性能有较大的提高， 的研究。 2.1 基于 PC 的数控系统的开发 数控系统是数控机床的核心部分， 和稳定性，而且也是扩大机床加工范围、实现复杂加工的重要手段。目前，各国 都非常重视数控技术的研究，将其作为实现制造技术突破性发展的一个重点。 控系统技术当前发展的一个重要趋势是开放式数控系统。其含义是：数控系统的 开发者在一个统一的体系结构下开发自己的产品， 透明的规范。这种结构对电加工机床数控系统的重要性已非常明确了。 高速走丝线切割机要进一步发展，必须摆脱单板机作为数控系统，采用新的 数控系统。根据目前国际上数控系统发展趋势及 PC 的发展情况，应开发和使用 基于 PC 的数控系统。众所周知，PC 本身是插卡式结构，是标准的开放式体系结 构的系统。如高速走丝线切割机开发基于 PC 的数控系统，那将是国产高速走丝 线切割机数控系统向开放式数控系统发展的一个有效方法。当前，PC 的价格持 续下降，而性能和稳定性不断增强，使用 PC 不仅为高速走丝线切割机数控系统 提供了优越的硬件平台，而且能保持机床性能价格比的优势。 目前国内已有基于 PC 的高速走丝线切割机数控系统，但其主要功能是加工 轨迹编程，机床加工控制功能还很不完善，没有充分利用 PC 的资源，充分利用 PC 的资源来开发高性能的数控系统，将是高速走丝线切割机的一个重要发展方 向。 2.2 人工智能(AI)技术的运用 智能化数控系统也是当前数控技术发展的另一个重要趋势。 控制系统中使用了智能控制技术， 续、稳定、优化地进行。人工智能技术也成功地运用到加工参数的设定、加工程 序的生成、工件位置的测定及加工结果的测量等整个机床操作过程，大大地提高 了机床的加工性能和自动化程度，降低了对操作者的要求，使非熟练操作者也能 取得熟练操作者的加工效果。 统，因此研究开发的成本低，而且功能易于扩展、使用灵活、更新的速度快， 当前提高数控机床的自动化、可操作性和增强机床的功能中所起的作用越来越 大。 高速走丝线切割加工由于运丝速度快、开环控制等加工特点，故放电加工过 程具有复杂的随机性， 人工智能技术的兴起， 有效方法。低速走丝线切割机中，机械部分已是相当稳定，现在主要是软件的功 能不断更新、增强，并逐步发展到运用人工智能技术。作为有中国特色的高速走 丝线切割机，应抓住这次机会，充分重视人工智能技术的研究和运用。人工智能 技术运用到电火花线切割加工， 在研究中要针对高速走丝线切割加工的关键性环节， 验， 目前国内已开始进行人工智能技术在电火花线切割加工中的研究， 度和广度还很不够。还有许多方面有待进一步研究。 将最新发展的人工智能技术引入到高速走丝线切割机中， 割机的智能化控制部件和执行机构，这与当前国家优先发展高技术产业是一致 的，具有重要的实际意义。 2.3 机床设计的改善 为改善高速走丝线切割机的加工精度，必须进一步改进机床的结构，使其更 为合理。目前机床的整体结构多为音叉式，此种结构的刚度差，固有频率低， 发生振动，且放电加工将产生大量的热，使机床的本体发生较大的热变形，这都 在一定程度上影响了高速走丝线切割机的加工精度。因此，在设计机床整体结构 时，必须充分利用先进的技术手段进行分析以提高机床结构的合理性。这方面的 研究将涉及到运用先进的计算机有限元模拟软件对机床的结构进行力学和热稳 定性分析。同时，机床运动精度的改善对提高加工精度也是十分重要的，传统的 方法是通过提高工作台传动链的零件精度与传动刚度来改善线切割机的运动精 度，但这将使机床的成本大为增加。而建立在基于 PC 数控系统的高速走丝线切 割机，可方便地运用螺距误差与间隙补偿技术来提高机床的运动精度，这种方法 可在进给系统开环控制状态下，较大幅度地提高机床的加工精度，且成本低， 常适合高速走丝线切割机。 高速走丝线切割机的一个重要特征是电极丝高速往复循环使用， 丝系统的稳定性较差。当丝高速运行时，引起的振动较大，且导轮磨损大，此外 电极丝的恒张力控制及张力分档调节较难， 响了加工精度。因此，必须加强对走丝系统结构的深入研究并进行改进，保证放 电加工时电极丝运动的稳定性。 耗是不能忽视的，它会对加工精度产生影响。此外在重视商品包装的今天，机床 的外观设计和包装也十分重要， 进行设计是很重要的， 意义。总之，改善机床设计的研究涉及面较广，在考虑保持机床性能价格比优势 的前提下，研究开发的难度是很大的，然而，一旦有所突破，将对高速走丝线切 割加工技术产生重大的影响。 2.4 多次切割工艺的应用 多次切割加工是高速走丝线切割加工技术的一个重要发展方向。 金属切削机床还是低速走丝线切割机，一次加工都无法得到良好的加工效果， 达到较高的加工精度，都必须在粗加工后再作精加工才能获得。低速走丝线切割 机能达到很高的加工精度，也因采用了多次切割工艺。为改善高速走丝线切割机 的加工品质，必须进行多次切割加工的研究。以往的高速走丝线切割机由于功能 和结构所限，不具备进行多次切割的基础。近年来，高速走丝线切割机的脉冲电 源、进给策略和电极丝的张力控制等方面有了较大的提高，为多次切割工艺的应 用提供了可能性。目前有的高速走丝线切割机已能实施多次切割加工，并能一定 程度地提高加工精度。然而，研究应用的深度还不够。为更好地实现多次切割加 工，机床的功能和结构有待于进一步改进和提高；为保证多次切割加工的效率， 仍须大幅度提高一次加工的速度，第一次切割加工的速度应保持在100mm 2 /min 以上 ［4］ 转化到机床的加工技术中，以实现加工精度的提高。 3 结论和展望 高速走丝电火花线切割机是我国独创的电加工机床， 在模具制造及零件加工 领域内有广泛的应用，在中低档市场中占有相当的分量。目前，高速走丝线切割 机如何发展是电加工行业十分关心的课题。我们必须吸取国外的成功经验，扬长 避短，直接应用当今计算机技术的最新成果，尽快研制功能强大的基于 PC 的数 控系统，从硬件上为高速走丝线切割机的发展打下良好的基础；同时注意人工智 能技术与高速走丝线切割机的结合，运用计算机软件技术来提高机床的性能。 外，加强机床本体的研究和开展多次切割工艺技术的应用，使机床的整体加工水 平有一个较大的提高，不断增强高速走丝线切割机在市场上的竞争能力。在运用 新技术、新工艺的同时，还必须重视对电火花线切割加工工艺规律进行深入细致 的基础理论和实验研究，这也是一个非常重要的环节。