數(shù)控電火花線切割快走絲加工與慢走絲加工的發(fā)展現(xiàn)狀
數(shù)控電火花線切割加工包括快走絲加工與慢走絲加工，它們廣泛應(yīng)用于模具制造行業(yè)。這兩種技術(shù)的加工效率、切割精度以及表面質(zhì)量等目前是什么發(fā)展?fàn)顩r呢？
快走絲加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
快走絲加工是因為切割加工過程中電極絲作高速的走絲運(yùn)轉(zhuǎn)而得名�？熳呓z機(jī)床是我國獨創(chuàng)的電加工機(jī)床，經(jīng)過幾十年的不斷完善和發(fā)展，現(xiàn)已成為制造業(yè)中的一種重要加工手段。可滿足中、低檔模具加工和其他復(fù)雜零件制造的要求，在中低檔市場中占有相當(dāng)?shù)姆至俊?
最大的優(yōu)勢在于擁有良好的性能價格比。由于它的實用性、經(jīng)濟(jì)性，所以在國內(nèi)有較大的市場。傳統(tǒng)快走絲加工采用一次切割的工藝，加工效率在40㎜2/min左右，表面粗糙度在Ra3.0μm左右，表面有較明顯的線紋，加工精度在0.02㎜左右。為改善加工品質(zhì)，快走絲機(jī)床制造廠家參照多次切割工藝，改進(jìn)了機(jī)床的相關(guān)部件，出現(xiàn)了所謂的“中走絲機(jī)床”。機(jī)床的數(shù)控精度、脈沖電源、走絲系統(tǒng)、工藝數(shù)據(jù)庫等大量的工藝技術(shù)方面有了較大的提高。提高了加工精度，改善了表面質(zhì)量。目前中走絲機(jī)床的技術(shù)指標(biāo)：進(jìn)行一次切割的效率180㎜2/min，多次切割后的表面粗糙度為Ra≤1.0μm，此時的平均效率為50㎜2/min，加工表面光澤無明顯切割條紋，加工精度0.01㎜，電極絲損耗≤0.01㎜/20萬㎜2 。這些性能指標(biāo)看起來已經(jīng)比較不錯，但需要注意的是，獲得這些指標(biāo)需要保證好各個環(huán)節(jié)，一旦有出入，比如工作液的濃度、電極絲的損耗發(fā)生變化，就會影響加工質(zhì)量的穩(wěn)定性。
慢走絲加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
精密、復(fù)雜、長壽命沖壓模具制造精度及表面質(zhì)量要求的不斷提高，快走絲加工技術(shù)已不能適應(yīng)精密模具的制造要求，這種現(xiàn)狀促進(jìn)了慢走絲加工技術(shù)的迅速發(fā)展，其各方面工藝指標(biāo)已達(dá)到了相當(dāng)高的水平，是其它加工技術(shù)不可替代的。
1. 慢走絲加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
（1）加工精度提高
多次切割技術(shù)是提高慢走絲加工精度及表面質(zhì)量的根本手段。一般是通過一次切割成形，二次切割提高精度，三次以上切割提高表面質(zhì)量。由于在切割拐角時電極絲的滯后，會造成角部塌陷。為了提高拐角切割精度，采取了更多的動態(tài)拐角處理策略。如：自動改變加工速度、自動調(diào)節(jié)水壓、控制加工能量等。先進(jìn)的慢走絲加工機(jī)床采用的高精度精加工回路，是提高加工工件平直度的有效技術(shù)，使厚件加工的精度得到顯著提高；為了進(jìn)行小圓角、窄縫、窄槽及微細(xì)零件的微精加工，頂尖的數(shù)控低速走絲電火花線切割機(jī)床可以采用0.02～0.03㎜的細(xì)絲電極絲進(jìn)行切割。為了保證高精度的加工，機(jī)床的機(jī)械精度、脈沖電源精度、伺服控制精度（包括對機(jī)械運(yùn)動、脈沖參數(shù)、走絲系統(tǒng)和工作液系統(tǒng)的控制）都已達(dá)到極高的水準(zhǔn)。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；采用閉環(huán)數(shù)字交(直)流伺服控制系統(tǒng)，確保優(yōu)良的動態(tài)性能和高定位精度，加工精度可控制在若干微米以內(nèi)，精密定位可實現(xiàn)0.1μm當(dāng)量的控制；采用浸入式加工，降低工件熱變形；電機(jī)伺服，閉環(huán)電極絲張力控制；采用電壓調(diào)制對刀電源實現(xiàn)高精度對刀，對刀精度可達(dá)0.002㎜，不損傷工件，不論干濕。
（2）表面質(zhì)量日臻完善
先進(jìn)的慢走絲機(jī)床采用平均電壓為零的無防電解脈沖電源，電解的破壞已降到最低程度。此外，由于脈沖電源的改進(jìn)，普遍采用高峰值，窄脈寬（微秒級），材料大多數(shù)為氣相拋出，帶走了大量的熱，工件表面溫度就上不去，開裂的現(xiàn)象大為減少；不僅加工效率高，而且使表面質(zhì)量大大提高。采用無電解電源進(jìn)行電火花線切割加工，可使表面變質(zhì)層控制在2μm以下。切割的硬質(zhì)合金沖模刃口的耐磨性和磨削沒有什么不同，甚至優(yōu)于機(jī)械磨削加工，越來越多的零件加工“以割代磨”。
（3）加工效率提升
由于納秒級大峰值電流脈沖電源技術(shù)及檢測、控制、抗干擾技術(shù)的發(fā)展，慢走絲加工機(jī)床的加工效率也在不斷提高，當(dāng)前先進(jìn)的慢走絲加工機(jī)床的最高加工效率可達(dá)500㎜2/min。較大厚度工件的加工效率有實際意義的技術(shù)提升，如切割300㎜厚的工件時，加工效率可達(dá)170㎜2/min。對于厚度變化工件的加工，通過自動檢測加工件的厚度，自動調(diào)整加工參數(shù)，防止斷絲，達(dá)到該狀態(tài)的最高加工效率。另外，先進(jìn)慢走絲機(jī)床推出的快速自動穿絲技術(shù)，自動穿絲時間＜15s提高了加工操作的效率；推出的雙絲自動交換技術(shù)，能采用0.20～0.02 ㎜的電極絲自動進(jìn)行雙絲切換加工。采用粗絲進(jìn)行第一次切割，一般絲徑為0.25 ㎜，以提高加工效率，并可無芯切割；然后采用細(xì)絲進(jìn)行修整，一般采用0.10㎜的細(xì)絲，切割出小圓角，并可提高精度，總體可節(jié)省30%～50%的切割時間。
（4）自動化、智能化及信息化的發(fā)展
加工過程中，為了減少人的干預(yù)，保證達(dá)到預(yù)期的工藝指標(biāo)，慢走絲加工的自動化、智能化及信息化取得了相應(yīng)的發(fā)展。慢走絲機(jī)床完備的工藝專家系統(tǒng)按加工要求給出成套參數(shù)。不僅包括常用電極絲牌號和相應(yīng)的工件材料，還提供了如PCD、PCBN等特殊材料的加工參數(shù)，可依據(jù)上下噴嘴是否與工件接觸，距離多大，是在切風(fēng)中精修，還是敞開面精修，精度、表面粗糙度和效率哪一項優(yōu)先的加工策略來生成各自的規(guī)準(zhǔn)；放電專家系統(tǒng)應(yīng)付切割中的隨機(jī)因素，在切入、切出、截面變化、中心切割、接近邊緣切割、大截面高速切割等情況下，在加工過程中運(yùn)用自適應(yīng)控制策略及自動化控制功能，得到不斷絲穩(wěn)定高效加工。自動無孔探測功能也很實用，自動跳步加工時，如果預(yù)孔被忘記打出或孔位偏移，機(jī)床就會自動移到下一個預(yù)孔上，這樣可防止在無人操作加工時停機(jī)，在穿好絲之后發(fā)生短路時，可自動搜尋消除短路的位置，提高了連續(xù)無人操作運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。機(jī)床的CNC系統(tǒng)配以標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械接口，組成智能化的制造系統(tǒng)，通過3R系統(tǒng)或EROWA系統(tǒng)的機(jī)械手，可方便地實現(xiàn)工件（托盤）的自動交換，配以專家系統(tǒng)及電極絲自動交換技術(shù)，可以自動完成全部加工過程。
2. 各檔次慢走絲機(jī)床的技術(shù)水平
可將慢走絲機(jī)床分為頂級、高檔、中檔、入門四個檔次。生產(chǎn)慢走絲機(jī)床的典型廠家有瑞士GF加工方案（原阿奇夏米爾）、日本牧野、日本三菱、日本沙迪克、日本西部、日本法蘭克等。
（1）頂級慢走絲加工機(jī)床
這種慢走絲機(jī)床代表了目前的最高水平，主要由瑞士、日本制造。這類機(jī)床的加工精度能保證在±0.002 ㎜以內(nèi)，最高加工效率可達(dá)400～500㎜2/min，表面粗糙度可達(dá)Ra0.05μm，具有完美的加工表面質(zhì)量，表面幾乎無變質(zhì)層，能使用Φ0.02 ㎜的電極絲進(jìn)行微精加工，主機(jī)大都具有熱平衡系統(tǒng)，一些機(jī)床采用在油中進(jìn)行切割加工。這類機(jī)床功能齊全，自動化程度高，可以直接完成模具的精密加工，所加工的模具壽命已達(dá)到機(jī)械磨削水平。
（2）高檔慢走絲加工機(jī)床
這類機(jī)床基本上由瑞士和日本公司生產(chǎn)，具有自動穿絲功能，無電阻防電解電源，整體熱恒定系統(tǒng)，能采用Φ0.07㎜的電極絲進(jìn)行切割，精度在±0.003㎜左右，最高加工效率能達(dá)300㎜2/min以上，表面粗糙度能達(dá)到Ra<0.2μm，具有適時檢測工件截面變化、實時優(yōu)化放電功率功能。這類機(jī)床也廣泛用于精密沖壓模加工。
（3）中檔慢走絲機(jī)床
這檔機(jī)床一般由瑞士和日本公司在中國的制造工廠生產(chǎn)，一些臺灣機(jī)的技術(shù)水準(zhǔn)也能達(dá)到這個檔次，其配置和性能滿足了國內(nèi)大多數(shù)精密線切割加工的要求。一般都采用無電阻防電解電源，具有浸水式加工、錐度切割功能。實用的最高加工效率為150～200 ㎜2/min，最佳表面粗糙度達(dá)Ra＜0.4μm，切割精度可達(dá)±0.005㎜，一般采用Φ0.1㎜及以上的電極絲進(jìn)行切割，配備的防撞保護(hù)系統(tǒng)可避免由編程錯誤或誤操作引起的碰撞受損，配備或者可選配自動穿絲機(jī)構(gòu)。
（4）入門級慢走絲加工機(jī)床
這檔機(jī)床一般是臺灣機(jī)床或者國內(nèi)自主研發(fā)生產(chǎn)的機(jī)床，其配置和性能滿足國內(nèi)普通模具與零件的加工要求。一般多使用切一修一，切一修二的工藝，能穩(wěn)定達(dá)到表面光潔度在Ra0.8μm左右，加工精度在±0.008㎜，大多只能使用0.15mm及以上的電極絲進(jìn)行切割，加工的表面微細(xì)組織、拐角與先進(jìn)的機(jī)床有一定的差距。
總的來說，慢走絲機(jī)床與快走絲機(jī)床相比，在加工效率、精度、表面質(zhì)量等方面都具有非常明顯的優(yōu)越性。雖然慢走絲機(jī)床的價格較貴，但隨著制造業(yè)的高速發(fā)展，它將會被越來越多地應(yīng)用于各加工領(lǐng)域。
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