精密數(shù)控電火花成形加工機(jī)床是精密特種加工技術(shù)的重要設(shè)備之一祭静，對(duì)精密機(jī)械卢女、汽車、微電子士到、家電產(chǎn)品以及航空航天的精密零件和精密工模具制造具有重要意義。研制高精度數(shù)控電火花成形加工機(jī)床助安，對(duì)我國(guó)特種加工機(jī)床的整體技術(shù)水平接近或趕超國(guó)際先進(jìn)水平有著非常重要的意義辰诱。

　　本文介紹了我所科技人員經(jīng)過(guò)十多年拼搏，完全掌握核心技術(shù)莽裤、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高新技術(shù)產(chǎn)品—B型精密數(shù)控電火花成形加工機(jī)床的特性與典型應(yīng)用拱缆，愿與業(yè)界同仁交流和探討，共同為我國(guó)特種加工行業(yè)做出一定的貢獻(xiàn)店烛。

　　精密數(shù)控電火花成形機(jī)床主機(jī)

　　主機(jī)是用于支承谢奕、固定工具電極及工件，實(shí)現(xiàn)電極在加工過(guò)程中穩(wěn)定的伺服進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和高精度加工的硬件系統(tǒng)辱甫。

　　本所研制的B型精密數(shù)控電火花成形機(jī)床主機(jī)采用“C”型結(jié)構(gòu)遍送，中心負(fù)重形式，形成左右對(duì)稱的合理楔形結(jié)構(gòu)店诗。它具有較好的剛性裹刮，導(dǎo)軌受壓均勻音榜，精度高。主機(jī)床身捧弃、立柱采用優(yōu)質(zhì)鑄鐵樹(shù)脂砂鑄造技術(shù)制造赠叼，經(jīng)過(guò)兩次時(shí)效處理，保證了機(jī)床具有較高的靜態(tài)违霞、動(dòng)態(tài)剛性和減震性能嘴办，是精密數(shù)控機(jī)床精度保證的前提。

　　主機(jī)工作臺(tái)采用優(yōu)質(zhì)花崗巖材質(zhì)制成的00級(jí)平板买鸽，這種材質(zhì)熱變形小涧郊，能確保機(jī)床精度長(zhǎng)久保持；絕緣性好癞谒，可大幅度降低在放電加工時(shí)兩極間存在的寄生電容底燎，是進(jìn)行高精度鏡面加工的保障。X 弹砚、Y双仍、Z軸的絲杠、導(dǎo)軌副均采用進(jìn)口研磨級(jí)（C2級(jí)）高精度滾珠絲杠虫棚、超精密級(jí)（HP級(jí)）直線滾動(dòng)導(dǎo)軌以及高精度（P4級(jí)）雙向無(wú)間隙背推球軸承辽画，其優(yōu)點(diǎn)是摩擦力小、運(yùn)動(dòng)精度高黔琢、精度保持性好阀恳。

　　另外，其剛性和靈敏度較高寻癌，機(jī)電控制性能較好薇榨。基于上述結(jié)構(gòu)所采取的措施绪封，使機(jī)床的精度非常高魏颠，定位精度≦2μm/任意100mm，重復(fù)定位精度≦2μm历扭。主軸頭采用高性能交流伺服電機(jī)和滾動(dòng)導(dǎo)軌软苗、滾珠絲杠的直拖結(jié)構(gòu)，配置高精度的編碼器棺氢，可實(shí)現(xiàn)單脈沖的驅(qū)動(dòng)當(dāng)量≦0.1μm和最大移動(dòng)速度可達(dá)10m/min的運(yùn)動(dòng)心爷，從而確保高剛性的連接和高靈敏度的運(yùn)動(dòng)控制。同時(shí)肃续，由于其具有摩擦力和反向間隙小黍檩、避免低速爬行等優(yōu)點(diǎn)，提高了主軸的伺服性能始锚。

　　智能化高精度數(shù)控電火花成形加工脈沖電源

　　脈沖電源是電火花成形加工機(jī)床的一個(gè)重要組成部分建炫，幾乎所有的加工性能畦韭，例如，加工穩(wěn)定性肛跌、加工速度艺配、電極損耗、工件的表面粗糙度衍慎、表面變質(zhì)層等都與脈沖電源有關(guān)转唉。

　　1. 脈沖電源的總體框架

　　A2型智能化高精度數(shù)控電火花成形加工脈沖電源由數(shù)控系統(tǒng)、電火花加工控制系統(tǒng)稳捆、功率放大單元赠法、主回路單元、自動(dòng)調(diào)整電壓?jiǎn)卧呛弧⑦\(yùn)動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)單元等部分構(gòu)成猴宾。

　　電火花加工控制系統(tǒng)主要包括以下部分：時(shí)鐘控制與放電脈沖信號(hào)發(fā)生部分、電流電壓等參數(shù)設(shè)定部分醇疮、特殊加工波形控制部分（等脈寬漆埋、階梯波）、抬刀控制部分巴移、伺服間隙與放電狀態(tài)（電壓您窒、電流）檢測(cè)部分、異常放電處理部分（增大脈間瞭驴、切斷或減小脈寬翻萨、增大或減少電流）等。

　　主回路單元包括以下部分：低壓加工回路退钱、高壓加工回路俄蔗、高低壓復(fù)合回路、低損耗回路欠诊、超精加工回路蛀漆、特殊材料加工回路等。同時(shí)可根據(jù)所提供的脈沖電源的主回路和附加回路得到多種波形的組合切省，針對(duì)不同的加工工藝要求，任意組合閥加到放電間隙帕胆，使加工對(duì)象得到最佳工藝效果朝捆。

　　功率放大單元完成對(duì)加工脈沖電壓電流的功率放大的職能，它由IGBT功率開(kāi)關(guān)管和前置驅(qū)動(dòng)放大電路組成懒豹≤脚蹋可自動(dòng)調(diào)整電壓?jiǎn)卧蕴峁┓€(wěn)定的加工電壓，這經(jīng)由晶閘管整流自動(dòng)穩(wěn)壓回路實(shí)現(xiàn)脸秽，同時(shí)兼具數(shù)控化和多種保護(hù)功能儒老。

　　2. 精確快速的放電狀態(tài)檢測(cè)與控制

　　高精度蝴乔、高效率電火花成形加工對(duì)加工狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)有著極高的要求，反饋環(huán)節(jié)的精度和穩(wěn)定性直接影響放電能量和加工效果驮樊。利用高速采集手段快速檢測(cè)到拉弧狀態(tài)薇正，并迅速做出反應(yīng)，這是保證高精度鏡面加工的必要手段囚衔。

　　因此挖腰，采用12bit的高速數(shù)字模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換器件來(lái)監(jiān)測(cè)異常放電狀態(tài)，高速的轉(zhuǎn)換時(shí)間和高精度的采樣結(jié)果能夠更加快速的反映放電加工間隙的狀態(tài)练湿。一方面场时，在放電控制上采用改變脈沖寬度ON、脈沖間隔OFF谴疾、峰值電流IP等參數(shù)的方法來(lái)控制加工過(guò)程消除拉弧狀態(tài)强进；另一方面，能夠快速的控制高精度高響應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)昭怕，精確控制放電間隙袱族，從而更好地控制放電能量，確保加工出高質(zhì)量的鏡面磺则。

　　3. 電極損耗控制

　　最大效率地降低電極損耗是提高加工精度的必要手段之一玩困。電火花加工時(shí)，兩極接脈沖電壓極性不同牧俩，所造成的蝕除量也會(huì)不同脉鼻，在脈沖放電的前一階段時(shí)間，呈負(fù)極性的電子因其質(zhì)量小妨迈，容易獲得動(dòng)能度姑，電子不斷轟擊陽(yáng)極，而與電子呈相反極性的正離子因其質(zhì)量大呈枉，相應(yīng)地獲得動(dòng)能的時(shí)間較長(zhǎng)趁尼，此時(shí)，電子傳遞給陽(yáng)極的能量高于正離子傳遞給陰極的能量猖辫。

　　而隨著放電時(shí)間的增加酥泞，正離子逐漸獲得較高的運(yùn)動(dòng)速度，它的質(zhì)量大啃憎，轟擊陰極時(shí)的動(dòng)能較大芝囤，故傳遞給陰極的能量顯著增加，此時(shí)辛萍，陰極的蝕除量大于陽(yáng)極悯姊。故此，合理利用放電加工中產(chǎn)生的極性效應(yīng)贩毕，能夠最大限度的增加放電加工效率悯许，減小電極損耗仆嗦。

　　此外，合理的控制電流上升與減少負(fù)波也是減小電極損耗的必要手段先壕。本文研制的脈沖電源充分考慮了以上因素來(lái)降低電極損耗瘩扼，其最低電極損耗≦0.05%。

　　數(shù)控系統(tǒng)的高精度螃浑、高速度和全閉環(huán)控制

　　電火花成形加工機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)相比普通切削加工機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)倍挚，其對(duì)伺服進(jìn)給控制有更高的要求，因?yàn)殡娀鸹ǚ烹娺^(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)間隙維持過(guò)程（既有進(jìn)給又有回退）诵城。間隙過(guò)大時(shí)绪忙，間隙介質(zhì)不易被擊穿，有效脈沖放電率低慷组；間隙過(guò)小時(shí)肘渔，蝕除產(chǎn)物無(wú)法排除，且易相對(duì)集中在間隙中某一區(qū)域溢棱，造成微短路的發(fā)生較頻繁繁莲。也就是說(shuō)各種可能造成起弧的因素，在間隙過(guò)小時(shí)發(fā)生的概率相對(duì)高些吩伊。只有精心調(diào)節(jié)伺服進(jìn)給拢胆，間隙大小適當(dāng)，才能維持較佳放電狀態(tài)便螟，從而獲得較高的加工效率和更強(qiáng)的加工能力猛计。

　　電火花成形加工數(shù)控系統(tǒng)的伺服進(jìn)給控制是一個(gè)更為精細(xì)的閉環(huán)控制。因此爆捞，在硬件上采用高速I/O通道設(shè)計(jì)奉瘤，在軟件上采用高效的匯編代碼和32位CPU指令代碼直接嵌入式設(shè)計(jì)，保證軟硬件運(yùn)行的高效性煮甥；檢測(cè)部分采用精密的數(shù)字硬件電路設(shè)計(jì)以確保檢測(cè)的準(zhǔn)確盗温；采用高分辨率的反饋器件保證系統(tǒng)控制精度。這就能夠保證檢測(cè)系統(tǒng)精確成肘、穩(wěn)定可靠卖局，進(jìn)給伺服電機(jī)與機(jī)械系統(tǒng)響應(yīng)靈敏、控制準(zhǔn)確双霍、精度高并且穩(wěn)定砚偶。最終達(dá)成放電伺服進(jìn)給系統(tǒng)的高性能控制。

　　數(shù)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制店煞。數(shù)控系統(tǒng)的檢測(cè)部分采用精密的數(shù)字硬件電路設(shè)計(jì)以確保檢測(cè)的準(zhǔn)確蟹演；采用直線光柵尺和高分辨率的脈沖編碼器雙位置測(cè)量反饋伺服系統(tǒng)风钻，各軸在運(yùn)動(dòng)時(shí)獨(dú)立檢測(cè)實(shí)際位置顷蟀，在X酒请、Y、Z各軸達(dá)到最小機(jī)械驅(qū)動(dòng)精度0.1μm的位置檢測(cè)控制精度展管。通過(guò)機(jī)床的剛度與精確的伺服控制陕牲，實(shí)現(xiàn)超精密的定位精度和重復(fù)定位精度。

　　高速的主軸抬刀控制瓣老，可促進(jìn)放電加工加工屑的排出芒极，特別適用于窄槽、窄縫和加強(qiáng)筋的加工崇已。本所研制的數(shù)控系統(tǒng)采用高分辨率的全數(shù)字交流伺服驅(qū)動(dòng)方式户挟，可實(shí)現(xiàn)主軸（Z軸）10m/min的移動(dòng)速度。

　　典型加工應(yīng)用實(shí)例

　　1. 高效高精度鏡面電火花加工實(shí)例

　　利用高性能鏡面加工回路贱起，在普通加工液中不添加任何粉末的條件下實(shí)現(xiàn)了較大面積的電火花鏡面加工中痴。

　　利用該項(xiàng)加工技術(shù)在直徑為Φ25mm（面積為490mm2）加工面積上，可達(dá)到表面粗糙度Ra0.05μm迫扫，并可清晰地像鏡子一樣映照出鋼板尺的形狀和顏色疮窟。

　　該鏡面加工回路有效克服了分布電容、分布電感等寄生參數(shù)對(duì)鏡面加工的不利影響诬絮，精確控制了微小放電能量的恒量輸出鬼癣，并在工具電極表面形成一層炭黑膜有效保護(hù)電極表面不被損耗，提高了加工精度和工件表面質(zhì)量啤贩，實(shí)現(xiàn)了像手機(jī)待秃、個(gè)人掌上電腦（PDA）等中小型模具表面采用電火花加工作為最終精加工工序的目的，有效地解決了深槽瓜晤、窄縫等不易拋光和加工精度差的問(wèn)題锥余，進(jìn)一步拓展了電火花加工技術(shù)的應(yīng)用范圍。

　　2. 雙電極多工件冷沖模具電火花加工實(shí)例

　　凸模材料為Cr12MoV痢掠，熱處理淬火驱犹、回火至HRC60～63，加工表面粗糙度Rmax1.6μm足画，側(cè)壁直線度≦0.01mm雄驹，加工精度±0.01mm。電極采用紫銅材料淹辞，粗加工電極的單邊縮放量為380μm医舆，精加工電極單邊縮放量為100μm。凸模加工時(shí)象缀，首先采用粗加工電極進(jìn)行加工彪饺，加工表面粗糙度控制在Rmax12.5μm，給精加工留余量單邊0.06mm；然后用精加工電極進(jìn)行加工通冕，加工后滿足凸模圖紙的各項(xiàng)要求阱纷。

　　加工這類模具時(shí)，需要利用數(shù)控機(jī)床的在機(jī)檢測(cè)技術(shù)创炉，隨時(shí)對(duì)工件進(jìn)行檢測(cè)辞唤、計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果補(bǔ)償?shù)郊庸こ绦蛑谐吣牵瑥亩玫捷^高的加工精度为巾。再者，為了保證側(cè)壁的直線度丹自，采用鎖定圓軌跡的搖動(dòng)控制方式彰朴。另外，加工長(zhǎng)寬比較大的零件時(shí)（長(zhǎng)寬比為14.5）弹值，兩方向的電極損耗不一樣泽兼，這就要根據(jù)測(cè)量結(jié)果，在程序中對(duì)兩方向?qū)嵤┎煌难a(bǔ)償弟孟。

　　3. 木工刀具電火花加工實(shí)例

　　木工聚晶金剛石刀具的加工是多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電火花加工技術(shù)的又一成功應(yīng)用領(lǐng)域之一贝咙。隨著人造板、木材所制成制品的質(zhì)量要求的提高拂募，對(duì)加工所使用的木工刀具形狀庭猩、精度和使用壽命要求也隨之增加。人造板和木材制品的加工大多為一次直接成形陈症，因此蔼水，木工刀具形狀多為三維空間曲面，刀頭越來(lái)越多的采用硬度高录肯、耐磨性好的聚晶金剛石材料趴腋。

　　因此，在加工系統(tǒng)上加裝了精密的電感位移傳感器论咏，利用系統(tǒng)已有的接觸感知功能進(jìn)行精密在線測(cè)量优炬。在機(jī)械裝置上將分度軸安裝在工作臺(tái)上作為繞X軸旋轉(zhuǎn)的U軸使用，將R軸水平安裝在Z軸上厅贪，圓盤(pán)紫銅電極或石墨電極裝夾在R軸上進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)蠢护；被加工的聚晶金剛石刀具裝夾在U軸上，與X倚撰、Z軸進(jìn)行伺服聯(lián)動(dòng)恃姨，用電火花磨削的方法進(jìn)行加工。沖油管用于加工時(shí)的強(qiáng)力沖液窝秤。此類刀具用普通磨床很難加工宴今。

　　4. 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿精鍛模具電火花加工實(shí)例

　　加工方法采用單電極搖動(dòng)法母谋。加工時(shí)采用定時(shí)抬刀，粗加工時(shí)UP02换攘，DN05榕暴；精加工時(shí)UP03，DN03完冻。伺服基準(zhǔn)電壓粗加工時(shí)SV03(35V)，精加工時(shí)SV05(60V)猴试。搖動(dòng)方式因工件均為圓弧曲面鲁压，采用圓軌跡。而且粒惜，由于有預(yù)加工佣棠，雖然模具的放電面積較大，但開(kāi)始加工時(shí)蜡镶，電極與工件只是局部接觸雾袱，加工電流不宜過(guò)大，否則會(huì)局部電流密度過(guò)大而造成燒傷官还，待放電面積逐漸增大后芹橡，再相應(yīng)增加加工電流。

　　5. 斜齒輪零件電火花加工實(shí)例

　　電極由一接柄和成型電極組成望伦，單邊收縮量均為200μm林说，材料為T3(純銅3號(hào))，齒形拋光Ra0.4屯伞，齒形部分不得有磕碰腿箩、劃傷。

　　6. 高精度微細(xì)電火花加工實(shí)例

　　電極粗線條處寬為70μm劣摇，細(xì)線條處寬為50μm珠移，電極高度為0.9mm，在0.19mm的不銹鋼板上進(jìn)行的加工末融。

　　以上淺述了B型精密數(shù)控電火花成形加工機(jī)床的主要特性和典型應(yīng)用钧惧，以及該機(jī)床實(shí)現(xiàn)了重復(fù)定位精度2μm的高精度定位控制、放電加工的最小表面粗糙度Ra≦0.05μm（面積490mm2）粮郁、最低電極損耗≦0.05%等良好的加工效果窃德。

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