數控電火花成形機床

1.1  NCSEDM的市場定位是精密微細加工

在高速銑（HSM）技術大發展的今天，通用NCSEDM的市場定位越來越清楚了，即向精密微細方向發展。

這次展會上展示的精密微細加工樣品比以往要精彩得多，尤其是展示很多精密微小型腔 (如1 mm3型腔)，需要用放大鏡才能看得清楚。它不但小，而且清棱清角，這種微型腔是生產微器件的關鍵技術。在1 mm3的空間內加工10 μm的清角，對HSM來說太困難了。

隨著科學技術的進步，微機電係統（MEMS）發展越來越受到人們的高度重視，已相繼應用於精密機械、光電通訊、影像傳輸、生化醫療、信息存儲等領域，這些領域需要很多微型模具。國際MEMS發展迅速，有關資料預測，我國20 11年增速有望達到29.2%。這說明微型模具市場有良好的發展前景，必將推動NCSEDM精密微細技術的發展。

即使在一般規格的型腔模加工中，NCSEDM也定位在精加工。因為HSM粗、中加工優勢十分明顯，且在很多場合可直接用HSM加工就能達到圖紙要求，但要使HSM加工無刀花和接刀痕花費就大了，而且還有清角加工的問題，所以對於高檔模具，采用NCSEDM加工精銑後的型腔，則既有精整加工又有拋光作用，平整度又好。而如果用手工拋光去掉刀花和接刀痕，則會使平整度變差，也難於解決清角問題，影響高檔模具的精度要求。現在的問題是NCSEDM能否達到型腔模精加工的要求，也就是說，在精加工時，要保證不燒弧，防止集中放電，規範放電能量，保證精加工表麵粗糙度均勻，且Ra≤0.2 μm，平整度要好，清角等。目前 ，一般的小家電模具、手機模具等都可實現NCSEDM直接精密加工，即使采用石墨電極也能達到上述要求。例如：石墨電極本身的表麵粗糙度為Ra0.49 μm，進行精密平動加工，工件表麵粗糙度可提升到Ra0.11 μm。

現在的問題是大麵積型腔加工。由於EDM固有的問題，大麵積型腔加工時難以達到Ra≤0.2　μm的水平。因此開發了混粉加工技術。在一定濃度超細混粉加工時，可達到Ra ≤0.1　μm的水平。但由於混粉在加工間隙中分布的不均勻性，加工精度（平麵度等）會受到一定的影響，因此，如何選擇適當濃度，在精度與表麵粗糙度之間找到平衡，是工藝上亟待解決的問題。

1.2  精密加工技術的進步

1.2.1  集中放電控製技術

電火花放電加工在正常狀態下，放電在間隙中是不斷轉移的，集中放電引發的電弧放電會破壞加工正常進行。這次日本沙迪克公司的AG係列機床，采用SGFⅡ電路，實現整個加工過程無電弧放電加工，值得關注。

避免集中放電對精密加工保證加工表麵質量十分重要，對於采用石墨電極的中、精加工尤為重要。以往香蕉视频黄色网站對防止由集中放電引發的電弧放電的相關技術進行過報道，下麵再介紹幾項防止集中放電的控製技術，供參考。

 (1) CAD的3D技術：加工時引發集中放電往往與脈衝能量和加工麵積不匹配有關。以往認為，某一脈衝能量有個加工麵積並與加工穩定性、加工效率密切相關，其實它還與防止集中放電也密切相關。一個與脈衝能量匹配的加工麵積，可有效防止集中放電。當前應用CAD的3D技術，可事先計算出每個變化的加工截麵，這樣放電加工麵積是預知的，就可根據加工工藝規律，準備好一套脈衝電源參數及伺服控製參數，以適應加工過程中加工麵積的變化，防止集中放電，保證精密加工的表麵質量。

為了實現電壓（脈衝能量）平緩調節，當前已用電子變壓器替代用抽頭調節電壓的常規變壓器，形成數字化的電壓平緩調節，從而能實現自動的脈衝能量平緩調節，還能使脈衝能量的微調成為可能，為CAD的3D技術創造了條件。

(2) 微抬刀（脈動抬刀）技術：集中放電產生型麵不平局部粗糙的重要原因，尤其精加工時問題更為突出。因為精密加工時放電間隙小，易產生放電產物在間隙中的不均勻分布。產物的局部集中，使放電點轉移造成困難，間隙局部過熱內阻減小，形成集中不良放電。放電間隙的局部汙染，說明間隙中蝕除物分布不均勻。為使蝕除產物在間隙中分布均勻，所以提出微抬刀的新概念，它新在不是排屑而是勻屑，是“脈動”一下，使間隙中產物均勻分布，避免集中放電，這種微（脈動）抬刀，一般是在二個高抬刀之間進行，創造放電點自由轉移的有利條件。

(3) 抬刀脈衝控製技術：為了避免電極和工件之間形成的電容以及輸出回路寄生參數在主軸抬起時大量空載大脈衝的充電，這種充電會給抬刀過程結束時首發放電產生一個大能量脈衝，而在工件表麵打出深坑，因而采用在抬刀時不發脈衝的措施。這也是為避免產生集中放電，而采取的技術措施但概念與上述二種不同。

1.2.2  精密加工的智能脈衝電源

從這次參展的情況來看，國外廠商都重視智能脈衝電源開發應用。例如：瑞士阿奇夏米爾公司ISPG智能高效脈衝電源，新電源在加工表麵質量、電極損耗、生產效率等方麵都達到了新的高度，采用SF模塊進行精密加工，可達Ra0.05 μm的水平，電極損耗大幅度下降，平均生產效率提高30%；日本牧野公司參展的EDAF2機床智能脈衝電源的超級放電技術（SST），具有放電能量自動調節（AFT）、節能、低損耗、超精麵加工等9項功能，超精麵加工Ra0.06 μm；日本沙迪克公司參展的AG40L機床，配置的能實現高品位精加工的SVC回路，可達到鏡麵加工的水平；日本三菱電機公司EA Advance機床，配置的NP2回路，在10 mm×10 mm加工麵積時，可達Ra0.06 μm。

在國家科技重大專項展品方麵，蘇州電加工機床研究所有限公司的D7132五軸聯動機床，配置了智能化脈衝電源及高精加工電路，可穩定實現Ra0.1～0.15 μm的精密加工；北京市電加工研究所的N850五軸五聯動機床，其鏡麵加工回路對微小放電脈衝能量的恒定輸出進行準確控製，在加工直徑為40 mm的麵積時，表麵粗糙度Ra0.1 μm，並實現了工程化穩定加工。

脈衝電源在精細加工時，微小脈衝能量在放電回路中傳輸，其放電回路上的寄生參數產生的附加能量，會使加工件表麵粗糙度變差。放電回路的寄生參數由兩部分組成，一是放電能量傳輸線路；二是電極和工件間的寄生電容，這一部分是由電極和工件之間的加工麵積決定的，難以改變，但縮短放電能量傳輸線路，減小寄生參數，卻具有重要意義。目前國內外都采用縮短傳輸線路這個辦法，因此都把精密加工電源做成專用電路或模塊，從電氣櫃內移到立柱側麵或主軸箱側麵等，使放電回路線路較短，這樣會使鏡麵加工的麵積有所增加，如前所述，一般小家電模具、手機模具等都能滿足精加工要求。

1.2.3  精密電火花加工機床的熱穩定係統

隨著精密微細加工技術的發展，機床的熱平衡、熱補償功能越來越重要。機床的長時間運行，相關元器件的溫升、工作液的溫度變化、機床室內環境溫度的影響，包括由於抬刀速度和頻率的增加，Z軸的絲杠螺母也成為新的發熱源等。即使在小電流加工時，這些因素依然存在，影響機床的精密加工。從這次展覽會上可看出，近來國外對熱穩定係統予以高度重視。例如：瑞士阿奇夏米爾公司參展的FROM3000機床具有溫度恒定係統，該係統是通過具有恒定溫度介質冷卻X、Y 和Z軸的直線光柵尺，作為溫度補償係統的一個恒定參照。配置的熱穩定係統和溫 度管理係統，可防止溫度變化對加工工件精度的影響。日本沙迪克公司參展的AG40L機床，采用氣流調節係統，與以往機床相比，大幅減少了本機的熱變形量。機床的熱變形修正軟件是從機床各部位測量所得溫度數據推斷實時的機床熱變形，並對之實行補償。日本三菱電機公司參 展的EA係列機床，實時掌握機床周圍的溫度變化，及時補償溫度變化引起的變形。通過工作液恒溫循環，可進一步提高該功能。日本牧野公司采用多種方法防止機床熱變形，如采用隔熱板和隔熱層來屏蔽熱源。由於Z軸和電機、軸承、滾珠絲杠及螺母在Z軸伺服及抬刀過程中產生的熱量使Z軸產生熱變形，所以采用滾珠絲杠中心冷卻及支架冷卻的Z軸穩定器，以防止熱變形；更進一步是采用熱防護罩，增設空氣冷卻器，使防護罩內的溫度變化控製在±0.5 ℃，可以忽略外部溫度的影響。

我國對於精密電火花成形機床熱變形技術的研究和應用還不夠重視，市售機床尚未見到采用較完善的減少熱變形的技術，這方麵與國外相比，還有較大的差距。隨著NCSEDM逐步向精密微細方向發展，行業內已認識到防止熱變形的重要性，開始啟動這方麵的工作。例如，蘇州電加工機床研究所有限公司購買了成套熱變形檢測儀器，開始著手這方麵的研究工作。

1.3  展會中幾個值得關注的新動向

（1） NCSEDM的電極和工件自動交換係統

在我國具有電極自動交換係統的NCSEDM已有多年的曆史了，但電極和工件自動交換（AEC/AWC）係統國內還沒有開發。以往在中國各種展會上，外國公司也沒有展示過AEC/AWC係統，但在這次展會上日本沙迪克和牧野二家公司展出了AEC/AWC係統，以前這二家公司的AEC/AWC隻在歐美展覽會中展出，這說明中國用戶對自動化、開機率、交貨周期、節省人工等方麵提出了更高的要求，也說明中國用戶規模大了，加工模具的水平更高了。以往香蕉视频黄色网站認為AWC適合批量生產，但實際上在工件庫內可以放置不同的加工工件，單件加工生產也適合使用AEC/AWC進行全自動加工，這是今後值得關注的問題。

（2） 電火花成形加工的工作液

在這次展會上香蕉视频黄色网站看到有一種淺綠色的煤油工作液，不但顏色好看，而且沒有以往煤油那種刺鼻的感覺。雖然香蕉视频黄色网站不知道這種工作液成分、配比，但說明一點，就是國外重視工作液的研究，而我國在工作液方麵沒有多大進展。其實，工作液除關係到安全、環保外，對加工工藝指標影響也較大。以往國外開發了一種混粉工作液，這次又出現了一種淺綠色工作液，值得關注。

（3） 整體加工工藝解決方案

在整體加工工藝解決方案方麵，參展的國外機床都有比較完善的加工工藝係統，例如日本三菱電機公司EA係列機床的Advance控製裝置，采用CAD/CAM係統，建立電極和模具的3D模型，讀取CAD/CAM中的加工信息（EPX格式文件），進行電極安裝及位置確認，並進行電極銑削加工（CAM）。采用3D-EXPERT軟件，利用電極和模具的3D模型，計算放電加工麵積的變化，生成加工條件進行電火花成形加工。日本牧野公司同樣采用CAD/CAM技術，建立電極及模具3D模型，采用FF/eye格式文件，生成電極加工程序，進行電極銑削加工（CAM）。采用EPX格式文件，生成電火花成形加工程序，進行電火花成形加工（CAM）。瑞士阿奇夏米爾公司、日本沙迪克公司等都有完整的加工工藝係統。

加工設備的成套性也體現整體加工工藝解決方案，國外有的企業既生產NCSEDM，又生產HSM，還生產專用石墨電極加工機床，設備的成套性有利於滿足用戶需求，有利於市場開發。

我國雖在整體工藝解決方案方麵還存在一定差距，但在這次展會上，北京凝華科技有限公司提出的參展主題是：利用3D控製中心製作3D模型→高速雕銑機加工電極→三坐標檢測電極精度→NCSEDM加工模具→三坐標檢測加工精度等整體工藝解決方案，值得關注。