【編者按】電火花線切割機(jī)，屬電加工范疇，是由前蘇聯(lián)拉扎林科夫婦研究開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因時(shí)惠险，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時(shí)高溫可以使局部的金屬熔化、氧化而被腐蝕掉紧寺，從而開(kāi)創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工方法漂岔。線切割機(jī)也于1960年發(fā)明于前蘇聯(lián)，我國(guó)是第一個(gè)用于工業(yè)生產(chǎn)的國(guó)家贞卜。

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具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高速往復(fù)走絲電火花線切割機(jī)自20世紀(jì)70年代步入市場(chǎng)后，以其很高的性價(jià)比為廣大的模具加工市場(chǎng)所接受辖醒，目前每年的年產(chǎn)銷量已經(jīng)達(dá)到5萬(wàn)臺(tái)左右爹嘁，已經(jīng)成為機(jī)械加工領(lǐng)域不可替代的加工手段远驹，并且其應(yīng)用領(lǐng)域在不斷拓展，技術(shù)水平也在不斷提升项驮。目前HSWEDM也正在逐步為世界各國(guó)所接收安坏。為進(jìn)一步適應(yīng)市場(chǎng)的需求，HSWEDM必須進(jìn)行自身的不斷完善洛淑，下面就目前HSWEDM所具有的工藝特點(diǎn)及今后的發(fā)展方向進(jìn)行闡述颈冶。

HSWEDM主要應(yīng)用及技術(shù)水平

1 高效穩(wěn)定切割

HSWEDM的加工工藝指標(biāo)尤其是切割效率在解決了極間冷卻的指導(dǎo)思想，經(jīng)歷了從20世紀(jì)80年代至21世紀(jì)初的沉寂后驻碉，目前已經(jīng)有了質(zhì)的提高摆抑。HSWEDM由于自身往復(fù)走絲的特點(diǎn)，使得其切割精度不可能與低速單向走絲電火花線切割機(jī)（Low Speed Wire-cut Electrical Discharge Machine,LSWEDM）進(jìn)行最終的抗衡须鼎，因此其良好的性價(jià)比的一個(gè)重要體現(xiàn)在于能進(jìn)行高效鲸伴、長(zhǎng)期穩(wěn)定的切割加工，尤其體現(xiàn)在高厚度切割方面晋控，因此對(duì)于HSWEDM而言切割效率的提高及持久性是一個(gè)永恒的話題汞窗。

目前采用智能脈沖電源，配合復(fù)合工作液（以華方HL-09型智能電源配合佳潤(rùn)JR1A復(fù)合工作液為例）赡译，可以達(dá)到的切割加工指標(biāo)是：以平均100mm2/min的切割效率切割350000mm2工件仲吏，實(shí)際鉬絲損耗小于0.01mm；切割工件厚度為120mm的Cr12模具鋼蝌焚，平均加工電流為7.2~7.3A裹唆，連續(xù)切割工件10000mm2，平均切割效率為210mm2/min综看；最大切割效率目前已經(jīng)超過(guò)250mm2/min品腹。上述指標(biāo)已經(jīng)接近或達(dá)到中檔LSWEDM的一般切割效率要求，但由于HSWEDM的運(yùn)行成本僅僅是LSWEDM的幾十分之一甚至百分之一[3]红碑，因此在中小批量零件的切割生產(chǎn)中舞吭，HSWEDM具有十分明顯的優(yōu)勢(shì)。

效率方面彬界，HSWEDM今后研究的重點(diǎn)在于提高實(shí)用的骚钮、持續(xù)穩(wěn)定的加工效率，目前持續(xù)穩(wěn)定的效率已經(jīng)達(dá)到120~140mm2/min垛夷，今后努力的目標(biāo)是希望能達(dá)到160~180mm2/min设鼎，并且對(duì)于150mm以上厚度工件也同樣適用。切割效率的提高目前的途徑有：

首先致煎，進(jìn)一步提高脈沖加工利用率阿席；目前簡(jiǎn)單的脈沖取樣伺服進(jìn)給放電脈沖利用率可以達(dá)到90%左右，而采用智能化的脈沖電源可以結(jié)合放電間隙狀態(tài)的檢測(cè)屠蚌、等能量脈沖電源的應(yīng)用以及有害脈沖的抑制等技術(shù)菠吟，進(jìn)一步提高放電脈沖的利用率至95%以上肿蚂，同時(shí)由于抑制了有害脈沖的輸出（如一旦檢測(cè)出現(xiàn)短路情況就及時(shí)切斷脈沖電源），可以使得單位電流的切割效率從目前的25~30mm2/（min·A）上升至30~35mm2/（min·A）煮卢。

其次措找，目前復(fù)合工作液如佳潤(rùn)JR1A的使用主要解決了極間放電間隙正常的洗滌、冷卻及消電離問(wèn)題[4]争造，使得極間處于正常的放電狀態(tài)蝗羊，而影響切割效率的提高還有一個(gè)重要的因素就是單個(gè)脈沖的放電蝕除量問(wèn)題，而影響該問(wèn)題與放電后能量在極間的傳輸仁锯、熱量的擴(kuò)散等因素有關(guān)耀找，鑒于上述機(jī)理，工作液應(yīng)該具有更低的電導(dǎo)率扑馁，以減少在放電過(guò)程中電解漏電流的能量損失涯呻，同時(shí)具有較高的動(dòng)態(tài)粘度，以有利于壓縮放電通道腻要，從而能使得放電能量集中复罐，達(dá)到高效蝕除材料的目的。目前佳潤(rùn)的JR1P（精品系列）工作液已經(jīng)在JR1A的基礎(chǔ)上沿用上述思想雄家，實(shí)現(xiàn)了切割效率8%~10%的提升效诅。

第三，是目前大家所比較忽視的張力控制問(wèn)題趟济，HSWEDM普遍存在電極絲正反走絲張力不均的“單邊松絲”的問(wèn)題乱投，而正是電極絲正反走絲張力的變化會(huì)導(dǎo)致切割中電極絲的振動(dòng)加強(qiáng)，并且導(dǎo)致切縫寬度變寬及不均勻顷编，因此如果能解決電極絲張力不均勻問(wèn)題卤檐，將使得放電脈沖利用率進(jìn)一步提升且切縫變窄并且比較均勻，由此獲得因切縫材料蝕除降低而帶來(lái)的切割效率的提高七迂。

目前已有廠家設(shè)計(jì)出具有張力檢測(cè)及電機(jī)張力調(diào)整的閉環(huán)張力調(diào)節(jié)系統(tǒng)[5]迟铺，如圖1所示。電極絲運(yùn)行時(shí)蒿由，安裝在定換向輪處的力傳感器把電極絲張力轉(zhuǎn)化成電信號(hào)舅狭，經(jīng)電子電路處理放大，控制電機(jī)扯涝，再經(jīng)絲桿秸严、螺母控制動(dòng)換向輪運(yùn)動(dòng)，調(diào)整從儲(chǔ)絲筒上拽引出電極絲的周長(zhǎng)锣猜，利用電極絲的彈性變形來(lái)調(diào)整其張力恍肢，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電極絲張力的閉環(huán)控制。

圖1 閉環(huán)張力調(diào)節(jié)原理圖

第四俊伯，電極絲進(jìn)電問(wèn)題摧辣，電極絲進(jìn)電問(wèn)題目前最常用的是導(dǎo)電塊進(jìn)電京挖，導(dǎo)電塊由硬質(zhì)合金或鎢鋼材料制造，鉬絲以8~12m/s的線速度貼著導(dǎo)電塊表面滑動(dòng)磨擦運(yùn)動(dòng)物喷，兩者接觸處為一個(gè)短圓弧線段。鉬絲與導(dǎo)電塊之間的接觸電阻很不穩(wěn)定遮斥。放電能量傳輸?shù)郊庸^(qū)域必然因?yàn)橛薪佑|電阻及電極絲自身的電阻產(chǎn)生能量損耗峦失，如果能盡可能將進(jìn)電點(diǎn)移動(dòng)至靠近加工區(qū)域（圖2中虛線框位置），減少能量消耗并盡可能真實(shí)獲取加工區(qū)域的取樣信號(hào)（通常取樣點(diǎn)和進(jìn)電點(diǎn)在一起）术吗，將由此獲取加工效率的進(jìn)一步提高尉辑，目前試驗(yàn)已經(jīng)證明采用前端滾動(dòng)進(jìn)電切割效率可以提高5%以上。

圖2 進(jìn)電取樣方式的改進(jìn)

第五较屿，電極絲材料及表面形貌的研究隧魄，自從HSWEDM出現(xiàn)后一直在使用鉬絲作為電極絲，但純鉬的電導(dǎo)率較銅等材料的電導(dǎo)率偏低隘蝎，因此能否用一些其他合金或復(fù)合材質(zhì)的電極絲來(lái)替代鉬絲购啄，從而提高電極絲的電導(dǎo)率，降低脈沖電源在電極絲上的能量損耗也是一個(gè)可以深入探討的課題嘱么。目前在HSWEDM上高效切割狮含，當(dāng)最高效率超過(guò)200mm2/min后，工件表面將產(chǎn)生較嚴(yán)重的燒傷痕跡曼振，并且由于放電能量的加大甸持，使進(jìn)入切縫的工作介質(zhì)瞬間被汽化而導(dǎo)致極間冷卻、洗滌及消電離狀態(tài)惡化群肌，使得斷絲的幾率大大增加珊娩，因此如何能將大量的工作介質(zhì)盡快帶入放電間隙也是進(jìn)一步加大放電能量，提高切割效率的前提歧晕。

2 高厚度切割

HSWEDM有別于LSWEDM的一個(gè)顯著差異就在于能進(jìn)行穩(wěn)定的高厚度（厚度＞500mm）切割[6]晕财。對(duì)于LSWEDM而言，極間冷卻是依靠去離子水高壓噴入放電間隙诲要，因此行兼，當(dāng)切割厚度超過(guò)200mm后，由于去離子水進(jìn)入切縫難度增加粱目，因此切割效率顯著降低楣善，斷絲幾率就會(huì)大大提高。而HSWEDM由于極間的工作介質(zhì)主要依靠電極絲帶入挫蓝，因此陡花，采用洗滌性良好的復(fù)合工作液后，冷卻抒寂、洗滌及消電離等問(wèn)題已不再成為高厚度切割的阻礙[7]结啼。目前商品化的HSWEDM最高切割厚度已超過(guò)1200mm（圖3）掠剑，并且已有1500mm以上切割厚度的定制產(chǎn)品問(wèn)市。

圖3 1000mm高厚度切割加工現(xiàn)場(chǎng)

當(dāng)然郊愧，能進(jìn)行500mm以上高厚度切割并不是只解決了極間冷卻后就一定能穩(wěn)定進(jìn)行的朴译。由于電極絲在切縫中的長(zhǎng)度增加，電極絲經(jīng)過(guò)導(dǎo)輪后有一個(gè)拋離效應(yīng)（圖4）属铁，而拋離后偏離上下導(dǎo)輪理論切線的距離δ及跳動(dòng)量均與上下線臂的跨距有關(guān)眠寿。因此，首先切縫必須有足夠的間隙容納電極絲的跳動(dòng)焦蘑，所以要求脈沖電源有足夠的爆炸力以獲得較大的放電間隙盯拱；其次，電極絲拋離后偏離上下導(dǎo)輪理論切線的距離與跨距及電極絲的張力（T）有關(guān)例嘱，所以必須控制好電極絲的張力及其穩(wěn)定性狡逢；第三，由于工作液在極間作用長(zhǎng)度的增加且工作液具有一定的導(dǎo)電性拼卵，必然會(huì)在極間產(chǎn)生較高的漏電流奢浑，并且由于極間介質(zhì)的不均勻?qū)е侣╇娏鞑环€(wěn)定，從而會(huì)影響極間取樣電壓的穩(wěn)定性[8]叨斜，因此低電導(dǎo)率工作介質(zhì)的選擇及取樣方式及取樣點(diǎn)的改進(jìn)也是需要面對(duì)的問(wèn)題妇保；第四，由于電極絲在極間停留的時(shí)間增加转隘，極間排屑距離的拉長(zhǎng)等因素易導(dǎo)致極間不正常放電的幾率提高雨担，電極絲斷絲幾率增加，因此加工中最好能對(duì)非正常放電狀態(tài)及時(shí)進(jìn)行判斷暑苍，一旦有異常放電應(yīng)及時(shí)切斷放電脈沖由颗。在解決了上述問(wèn)題后，高厚度切割的穩(wěn)定性將會(huì)大大提高越稻；第五坛铭，南航劉志東課題組的最新研究證明高速往復(fù)走絲屬于非對(duì)稱切割，由此造成正反向切割的不一致性键瓢，從而導(dǎo)致了單邊松絲問(wèn)題秤歼，此現(xiàn)象在高厚度切割中體現(xiàn)得尤為明顯。單邊松絲將使得高厚度切割持續(xù)不了太長(zhǎng)時(shí)間订骂，為解決此問(wèn)題射桅，通過(guò)調(diào)整正反向電極絲的走絲速度，達(dá)到基本平衡電極絲阻力的目的膜钓，從而減小或消除單邊松絲問(wèn)題嗽交，使得高厚度切割可以持久穩(wěn)定進(jìn)行，配合電導(dǎo)率較低的佳潤(rùn)JR1P（精品系列）工作液，可以達(dá)到良好的加工指標(biāo)夫壁。

圖4 電極絲導(dǎo)輪定位時(shí)實(shí)際空間位置圖

3 大錐度切割

HSWEDM能進(jìn)行大厚度切割的優(yōu)勢(shì)同樣體現(xiàn)在大錐度切割尤其是大厚度拾枣、大錐度的塑膠模具切割方面，對(duì)于LSWEDM而言盒让，塑膠模具尤其是大厚度梅肤、大錐度的塑膠模具切割是比較困難的。

現(xiàn)有大錐度切割的HSWEDM通常由普通四連桿擺動(dòng)式大錐度線架實(shí)現(xiàn)邑茄，如圖5所示凭语。導(dǎo)輪在四連桿帶動(dòng)下可以在U方向進(jìn)行平移及在V方向進(jìn)行偏擺。采用導(dǎo)輪對(duì)電極絲進(jìn)行定位存在以下問(wèn)題：首先撩扒，會(huì)產(chǎn)生錐度切割時(shí)電極絲的交切誤差[9]；其次吨些，采用導(dǎo)輪對(duì)電極絲進(jìn)行定位時(shí)搓谆，噴水嘴為避免與電極絲在U方向平移時(shí)形成干涉，通常做成沿U方向長(zhǎng)槽式的多出水孔噴嘴词羹。此時(shí)對(duì)電極絲的冷卻無(wú)法保證工作液從噴嘴噴出后包裹住電極絲巧鉴，且對(duì)電極絲產(chǎn)生擾動(dòng)。所以對(duì)加工區(qū)域的冷卻效果很差膛灯，影響切割精度和表面質(zhì)量贵埋。

圖5 普通四連桿擺動(dòng)式大錐度線架

針對(duì)現(xiàn)有的HSWEDM在切割大錐度工件時(shí)電極絲定位及噴水裝置不能實(shí)現(xiàn)隨動(dòng)導(dǎo)絲及噴水的問(wèn)題，南航劉志東課題組設(shè)計(jì)了一種六連桿大錐度隨動(dòng)導(dǎo)絲及噴水機(jī)構(gòu)[10]谚熙，其原理如圖6所示举影。

圖6 六連桿大錐度隨動(dòng)導(dǎo)絲及噴水機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

設(shè)計(jì)的六連桿大錐度隨動(dòng)導(dǎo)絲及噴水機(jī)構(gòu)由于電極絲方向始終與導(dǎo)絲器中的V型槽重合,如圖7所示，設(shè)計(jì)于導(dǎo)絲器上的噴水嘴噴出的工作液始終能包裹住電極絲并隨電極絲進(jìn)入加工區(qū)摘形，因此能起到很好的洗滌板散、冷卻和消電離作用。對(duì)于加工精度垒土、切割效率和表面質(zhì)量的提高愤芝，起到積極作用。其機(jī)構(gòu)裝置如圖8（a）所示妥迷，切割的現(xiàn)場(chǎng)如圖8（b）所示昆淡。

圖7 錐度頭U向運(yùn)動(dòng)時(shí)隨動(dòng)噴水導(dǎo)絲器運(yùn)動(dòng)圖

（a） 機(jī)構(gòu)

（b） 加工現(xiàn)場(chǎng)

圖8 隨動(dòng)導(dǎo)絲及噴水機(jī)構(gòu)及現(xiàn)場(chǎng)加工照片

4 穩(wěn)定高精度多次切割的實(shí)現(xiàn)

21世紀(jì)80年代上海醫(yī)用電子儀器廠杜炳榮高工在國(guó)內(nèi)首先用HSWEDM進(jìn)行了多次切割的研究，隨后南航金慶同指導(dǎo)的研究生對(duì)HSWEDM多次切割的機(jī)理及實(shí)踐進(jìn)行了一系列研究刽严，證明HSWEDM可以進(jìn)行多次切割昂灵，并且能達(dá)到較高的表面質(zhì)量及切割精度[11]。但由于當(dāng)時(shí)未能解決好極間冷卻問(wèn)題致使一次切割效率不高（穩(wěn)定切割效率基本在80~100mm2/min）港庄，從而影響了當(dāng)時(shí)多次切割的實(shí)用價(jià)值倔既。隨著21世紀(jì)初劉志東研制的復(fù)合工作液的市場(chǎng)化及HSWEDM控制技術(shù)的發(fā)展，俗稱“中走絲”的HSWEDM多次切割技術(shù)已成為一種實(shí)用的工藝方法[12]。但“中走絲”切割的穩(wěn)定性渤涌、持久性以及拐角精度的控制又成為困擾其進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸佩谣，其最根本的問(wèn)題仍然是如何保障電極絲空間位置的穩(wěn)定性。隨著劉志東研制的長(zhǎng)壽命導(dǎo)輪[13]实蓬、開(kāi)合式導(dǎo)絲器[14]及其他廠家設(shè)計(jì)的一系列電極絲導(dǎo)向及定位器件的生產(chǎn)并投入實(shí)際使用茸俭，使得電極絲空間位置的穩(wěn)定性及持久性得到了一定程度的保障。目前HSWEDM對(duì)于厚度在80mm以內(nèi)的一般形狀工件多次切割已經(jīng)能達(dá)到Ra＜0.8μm,切割精度長(zhǎng)期穩(wěn)定在0.01mm以內(nèi)安皱。下一步HSWEDM多次切割要解決的重點(diǎn)問(wèn)題主要有：首先是解決在較高厚度工件的多次切割并進(jìn)一步改善表面完整性問(wèn)題调鬓，以將HSWEDM多次切割進(jìn)一步應(yīng)用在高厚度、大錐度塑膠模具的多次切割方面酌伊，為此在選擇工作液方面尺动，佳潤(rùn)JR1P（精品系列）已經(jīng)進(jìn)行了一些有益的嘗試，通過(guò)降低電導(dǎo)率改進(jìn)切割工藝等一系列措施吏辫，已經(jīng)可以對(duì)150mm以內(nèi)的工件進(jìn)行穩(wěn)定的多次切割拨喝；其次是如何提高多次切割的拐角精度，目前已經(jīng)有線切割控制系統(tǒng)可以根據(jù)不同的轉(zhuǎn)角設(shè)定停頓時(shí)間和停頓時(shí)高頻放電能量劳威，也可以選擇轉(zhuǎn)角角平分線過(guò)切故厕、轉(zhuǎn)角延長(zhǎng)線過(guò)切進(jìn)行加工；第三鸯式，控制系統(tǒng)要支持螺距補(bǔ)償功能萧揩，甚至進(jìn)一步采用閉環(huán)控制系統(tǒng)以顯著提高大工件的加工精度和大行程跳步的跳步精度，并且支持伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)用印，可以進(jìn)行快速移動(dòng)泊鹿、快速空走、快速找圓心等做鸽，以顯著節(jié)省加工時(shí)間并提高加工精度租躁。

5 半導(dǎo)體及其他特種材料切割

半導(dǎo)體晶體因其對(duì)光、熱向楼、電查吊、磁等外界因素變化具有十分敏感而獨(dú)特的電學(xué)性質(zhì)，已成為尖端科學(xué)技術(shù)中應(yīng)用最為活躍的先進(jìn)材料湖蜕，特別是在國(guó)防工業(yè)逻卖、航空航天、通信昭抒、家電评也、工業(yè)制造等領(lǐng)域中具有十分重要的作用[15]。但到目前為止灭返，半導(dǎo)體晶體的加工仍是一件十分困難的事情盗迟，它最突出的一個(gè)特性就是脆性高，斷裂韌性低，材料的彈性極限和強(qiáng)度非常接近罚缕。當(dāng)所承受的載荷超過(guò)彈性極限時(shí)艇纺，就發(fā)生斷裂破壞，在已加工表面易產(chǎn)生裂紋邮弹，嚴(yán)重影響其表面質(zhì)量和性能黔衡，因此半導(dǎo)體晶體的可加工性極差。而電加工技術(shù)不依靠機(jī)械能沸芍，而是利用電能去除材料雨冒，因此，利用電火花線切割技術(shù)加工半導(dǎo)體累变，為解決半導(dǎo)體晶體大尺寸扛浸、高效精密切割、窄縫切割囊弥、曲線切割等難題提供了一套可行的方案层褥。

半導(dǎo)體材料的電火花線切割又是HSWEDM應(yīng)用領(lǐng)域的很重要的拓展[16]，由于半導(dǎo)體進(jìn)電時(shí)接觸勢(shì)壘及體電阻的存在[17]糜实，使得采用目前傳統(tǒng)的電火花加工伺服控制系統(tǒng)完全失效，無(wú)法準(zhǔn)確判斷正常加工和短路狀態(tài)危漱，只能以恒速進(jìn)給错这，因此無(wú)法保障切割的軌跡精度。劉志東課題組在深入研究半導(dǎo)體特殊的電特性的基礎(chǔ)上赐匕，采用新型脈沖電源及改進(jìn)的伺服控制系統(tǒng)妄午，已實(shí)現(xiàn)了對(duì)電阻率10Ω·cm以內(nèi)的半導(dǎo)體材料的穩(wěn)定切割。圖9為P型單晶硅（2.1Ω·cm）變厚度切割的樣件背零，圖10為該材料微小腰吟、復(fù)雜和非直線切割樣件。

圖9 P型單晶硅(2.1Ω·cm)變厚度切割的樣件圖

圖10 半導(dǎo)體微小徙瓶、復(fù)雜和非直線切割件

與此同時(shí)HSWEDM也已經(jīng)被用在對(duì)聚晶金剛石及聚晶金剛石成形刀具的修整加工及其他電阻率較高的材料毛雇，如石油鉆頭復(fù)合片的加工方面。

6 細(xì)絲切割

近年來(lái)侦镇，隨著對(duì)微小零件——微小齒輪灵疮、微小花鍵和微小聯(lián)接器、傳感器及貴重金屬特殊復(fù)雜零件加工的需要增加壳繁，微細(xì)電火花線切割加工在許多微型機(jī)械生產(chǎn)領(lǐng)域發(fā)揮了重要的作用震捣。但在目前的細(xì)絲電火花線切割領(lǐng)域，幾乎均被LSWEDM所壟斷闹炉，在細(xì)絲加工時(shí)蒿赢，放電能量非常微弱，隨著電極絲直徑與放電能量的大幅度減小，放電過(guò)程及其作用機(jī)理都發(fā)生了本質(zhì)的變化羡棵，對(duì)走絲系統(tǒng)壹若、微精電源、加工過(guò)程控制策略等的要求極大提高蘑砖。但從基本的切割機(jī)理考慮初瓜，HSWEDM由于走絲速度快，電極絲獲得的冷卻將更加及時(shí)永僚，其切割的持久性否北、穩(wěn)定性及切割的效率指標(biāo)還有性價(jià)比將大大高于LSWEDM的細(xì)絲切割，為此劉志東課題組已經(jīng)對(duì)現(xiàn)有LSWEDM機(jī)床改進(jìn)伙二，通過(guò)調(diào)整伺服策略叹匹、脈沖能量、電極絲走絲系統(tǒng)崔三、張力控制及低損耗工作液等手段挺寒，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了直徑0.05mm電極絲連續(xù)穩(wěn)定切割，后續(xù)將針對(duì)0.03mm電極絲的切割開(kāi)展研究软旁。

7 大型或異形零件的切割

在大型零部件加工方面珊煌，HSWEDM由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制成大型扛肩、多單元及回轉(zhuǎn)機(jī)床刻撒，專用于加工超大型精密齒輪及齒輪軸等專用設(shè)備，圖11所示為回轉(zhuǎn)式多單元電火花線切割組合機(jī)床耿导。該產(chǎn)品與傳統(tǒng)的超大型齒輪加工設(shè)備（如超大型滾齒機(jī)）相比声怔，在能耗及設(shè)備成本特別是加工刀具方面有著巨大的優(yōu)勢(shì)。目前舱呻，該技術(shù)已成為我國(guó)重載超大型齒輪加工的一種重要工藝方法章神。

圖11的輪胎模線切割專機(jī)為輪胎模企業(yè)解決了輪胎模具加工的難題薄称，還適用于環(huán)形零件或模具的分度贩据、曲線等非標(biāo)加工舟茶。

圖11 回轉(zhuǎn)式多單元電火花線切割組合機(jī)床

HSWEDM存在的主要問(wèn)題和發(fā)展方向

1 市場(chǎng)規(guī)范化

對(duì)于普通的HSWEDM機(jī)床生產(chǎn)，由于企業(yè)進(jìn)入的技術(shù)門檻比較低茬高，因此目前國(guó)內(nèi)存在大量低水平重復(fù)性生產(chǎn)的企業(yè)晚树，主要集中在江浙一帶。這些企業(yè)生產(chǎn)的重點(diǎn)集中在如何降低產(chǎn)品的制造成本方面雅采，因此在產(chǎn)品品質(zhì)爵憎、技術(shù)、外觀方面的投入很少婚瓜，在產(chǎn)品的銷售方面只是單純的進(jìn)行價(jià)格的拼殺宝鼓，這些企業(yè)產(chǎn)品在市場(chǎng)的運(yùn)行過(guò)程中造成了整個(gè)HSWEDM市場(chǎng)魚龍混雜婶签，客觀上對(duì)整個(gè)HSWEDM的發(fā)展起到了阻礙作用。因此必須通過(guò)國(guó)家機(jī)床行業(yè)的強(qiáng)制執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)乾爆、行業(yè)的監(jiān)督及市場(chǎng)逐步的篩選及細(xì)分彪壳，逐步完成市場(chǎng)的規(guī)范運(yùn)作。

2 技術(shù)研發(fā)方向

HSWEDM自身的特點(diǎn)決定了該設(shè)備是一種適合中低精度零件高效穩(wěn)定切割及高厚度舆伺、大錐度及特種材料切割的設(shè)備暴赡，因此在這些領(lǐng)域進(jìn)行深入的研究是十分有必要的。以往對(duì)HSWEDM的研究還缺乏系統(tǒng)性及深入性阀洛，從目前對(duì)HSWEDM的研究發(fā)現(xiàn)蒂茶，其加工機(jī)理的復(fù)雜性不比LSWEDM差，還有很多問(wèn)題不被人們所認(rèn)識(shí)调拳，還有許多技術(shù)值得認(rèn)真研究小梢。目前涉及HSWEDM的主要核心問(wèn)題有:特殊的放電機(jī)理、智能高頻脈沖電源控制杀肩、電極絲張力控制挤奢、工作液量化控制和工作臺(tái)精度控制等。而對(duì)于HSWEDM市場(chǎng)進(jìn)一步拓展洞难，尤其是面向世界市場(chǎng)最核心的問(wèn)題是加工過(guò)程的量化控制問(wèn)題舆吮，以往HSWEDM的操作很大一部分需要依靠經(jīng)驗(yàn)豐富的操作人員進(jìn)行干預(yù)，這種方法對(duì)于國(guó)外用戶以及目前新生代的國(guó)內(nèi)操作人員都是不可接受的队贱。因此對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行量化控制尤其是電極絲張力色冀、工作液壽命及對(duì)應(yīng)工藝指標(biāo)的獲取等是必然的趨勢(shì)。

3 工作液壽命及系統(tǒng)

目前在使用復(fù)合工作液條件下露筒，切割效率、工件表面質(zhì)量和電極絲壽命等指標(biāo)已經(jīng)獲得大幅度的提升敌卓，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間加工后慎式，復(fù)合工作液失效是必然的，而到目前為止還沒(méi)有一種實(shí)用且有效的方法判別復(fù)合工作液是否失效趟径。為此劉志東課題組在工作液壽命研究及判斷方面做了大量的研究工作瘪吏。

首先在研究工作液加工過(guò)程中各種表征參數(shù)如電導(dǎo)率、PH值蜗巧、粘度對(duì)工藝指標(biāo)影響的基礎(chǔ)上掌眠，分析了工作液壽命與脈沖概率之間的關(guān)系[18]。從工作液性能對(duì)極間放電特性的影響角度幕屹，分析了工作液失效前后的極間狀況以及放電特性孤批，指出工作液壽命最終體現(xiàn)在放電脈沖概率方面，并與其呈現(xiàn)一定的關(guān)系触良，據(jù)此研制了工作液壽命的檢測(cè)儀谒绍。工作液失效的實(shí)質(zhì)就是有效放電脈沖概率的降低痛恃，因此可以用有效放電脈沖概率來(lái)表征工作液的壽命。工作液壽命的檢測(cè)儀器測(cè)試原理如圖12所示底悍，先給系統(tǒng)設(shè)定一個(gè)有效放電電流脈沖概率的初始值杜糕，在加工過(guò)程中，實(shí)時(shí)地對(duì)電壓蜡瓜、電流脈沖進(jìn)行取樣悉种，計(jì)算出脈沖電流數(shù)占一個(gè)采樣周期內(nèi)的脈沖比例數(shù)。如果脈沖比例大于設(shè)定的值昨浆，則表示工作液工作正常函唾；如果有效放電脈沖數(shù)小于設(shè)定的值，可選擇調(diào)整切割參數(shù)使切割正常進(jìn)行或者認(rèn)為工作液壽命已到而需更換晃尖。

圖12 有效脈沖電流采樣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

其次泵网，在綜合分析工作液對(duì)微觀放電機(jī)理影響條件下，研制了超長(zhǎng)壽命的佳潤(rùn)JR1P（精品系列）工作液撑蚌，不需要經(jīng)過(guò)特殊過(guò)濾方式上遥，通過(guò)不斷補(bǔ)液，實(shí)現(xiàn)了超長(zhǎng)使用壽命争涌，只需經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單過(guò)濾粉楚，其使用壽命超過(guò)3個(gè)月，從而大大減少了操作人員的換液次數(shù)亮垫。

4 操作自動(dòng)化

隨著社會(huì)的發(fā)展模软，以人為本的思想深入人心，新一代成長(zhǎng)起來(lái)的技術(shù)工人對(duì)工作環(huán)境和個(gè)人發(fā)展的要求越來(lái)越高饮潦。而目前HSWEDM機(jī)床的操作環(huán)境較差燃异，勞動(dòng)強(qiáng)度較高（如穿絲、更換工作液等）继蜡，培訓(xùn)周期較長(zhǎng)（一般成熟的操作工要經(jīng)過(guò)一年以上的培養(yǎng)）回俐，但操作人員的收入一般，人機(jī)環(huán)境如果不進(jìn)行改進(jìn)和調(diào)整稀并，企業(yè)很難培養(yǎng)出安心此工作的熟練技術(shù)工人仅颇，也會(huì)導(dǎo)致這種工藝方法在零件生產(chǎn)中認(rèn)可度的下降。因此注重機(jī)床的環(huán)保性能梗力，創(chuàng)造一個(gè)良好的工作環(huán)境瘦肥，并提高機(jī)床的自動(dòng)化程度，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度將是今后HSWEDM一個(gè)最主要和長(zhǎng)期發(fā)展的方向筷品。因此類似于LSWEDM的自動(dòng)上絲技術(shù)挟伯，遇到異常切割狀況時(shí)的高頻脈沖電源自動(dòng)調(diào)整處理，自動(dòng)尋找穿絲孔等是HSWEDM實(shí)現(xiàn)操作自動(dòng)化要求發(fā)展的需要絮眨，當(dāng)然其難度也是相當(dāng)高的棵辟，要保持HSWEDM性價(jià)比高的特點(diǎn)琴坏，并在此條件下提高自動(dòng)化的要求還有很長(zhǎng)的路要走。

5 節(jié)能環(huán)保

在日益重視節(jié)能環(huán)保的今天渗蚁，開(kāi)發(fā)節(jié)能環(huán)保的電火花線切割機(jī)床將會(huì)變成一種社會(huì)的必然要求束澄。其含義主要包括:對(duì)機(jī)床進(jìn)行結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)，在提高機(jī)床自身品質(zhì)的同時(shí)尖洞，給操作人員創(chuàng)造一個(gè)潔凈的工作環(huán)境妇张。目前國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)出的“環(huán)保型”機(jī)床主要是針對(duì)加工時(shí)工作液的飛濺和霧化進(jìn)行防護(hù)，并屏蔽加工過(guò)程中的電磁波以改善操作環(huán)境煞秤，圖13為劉志東課題組設(shè)計(jì)的絲筒頂置式環(huán)保加工機(jī)床氏仗。

圖13絲筒頂置式環(huán)保加工機(jī)床

而更重要的環(huán)保措施是對(duì)工作液進(jìn)行凈化過(guò)濾以及廢液的處理，如何使失效的廢液達(dá)到環(huán)保排放的要求是需要認(rèn)真研究的課題夺鲜。目前全年的HSWEDM工作原液的生產(chǎn)量已經(jīng)超過(guò)1萬(wàn)噸皆尔，稀釋成工作液后最后排放到大自然的將超過(guò)10萬(wàn)噸，而這些廢液基本上是未經(jīng)過(guò)處理的币励，已經(jīng)對(duì)自然環(huán)境造成了巨大的污染慷蠕，現(xiàn)在主要是逐步淘汰油劑工作液，并且對(duì)廢液進(jìn)行處理食呻。劉志東課題組通過(guò)添加化學(xué)凈化劑的方法對(duì)失效的工作液進(jìn)行處理流炕，已經(jīng)可以獲得較好的處理效果，結(jié)果如圖14所示仅胞，但目前對(duì)HSWEDM廢液的處理還缺乏系統(tǒng)性的研究每辟，加上采用化學(xué)處理方法會(huì)導(dǎo)致處理成本的增加及產(chǎn)生二次化學(xué)污染，因此對(duì)于類似佳潤(rùn)JR1P復(fù)合工作液而言干旧，可以暫時(shí)采用將使用超過(guò)3個(gè)月以上的廢液收集起來(lái)渠欺，利用自然蒸發(fā)方式去除水分，最后獲得結(jié)塊的蝕除產(chǎn)物（基本為金屬粉末）做回收處理椎眯。

圖14 添加凈化劑處理的廢液

結(jié)束語(yǔ)

HSWEDM由于自身加工機(jī)理的不同酥丛，在高效穩(wěn)定切割，尤其在大厚度揣洁、大錐度及細(xì)絲切割還有特種材料切割等方面具有自身的獨(dú)特性鳖弱，在通用的切割技術(shù)方面近年來(lái)也有了飛速的提升园赴，因此HSWEDM必將作為一種十分有特色的電火花加工技術(shù)铭轩，長(zhǎng)期存在并且日趨發(fā)展。

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