數控電火花線切割加工技術及其發展趨勢

萬明奎

【摘要】數控電火花線切割加工簡稱線切割，加工原理是利用連續移動的金屬絲作為電極，通過脈沖放電腐蝕對零件進行切割加工。線切割技術已經成為了機械數控制造技術發展的重要標志。在這里，詳細論述了數控電火花線切割加工技術的加工原理、加工質量及其加工精度的影響因素，并且闡述了數控電火花線切割加工的未來發展趨勢。

【關鍵詞】數控電火花線切割加工;加工質量;高速走絲

1.引言

電火花加工方法于20世紀中期由蘇聯拉扎林科夫婦開創，但是加工速度很慢，應用范圍很小。隨著現代制造加工業的不斷快速發展，尤其是計算機信息技術在制造業中的應用和普及，電火花加工方法從最原始的模電火花線切割發展到了現代數控電火花線切割技術，在加工領域的加工應用范圍越來越廣，并且加工效率和加工精度都有極大的提高。就目前加工技術來說，數控電火花線切割技術主要的應用范圍是電火花成形零件、模具以及各種復雜輪廓和高硬度零件。

2.數控電火花線切割加工技術

2.1 數控電火花線切割機床的機械系統

和普通機床一樣，數控電火花線切割機床的主要組成部分是床身、工作臺、走絲機構、絲架、工作液循環系統，機床的這幾個部分的制造加工精度都直接影響到電火花線切割技術的加工性能。

①機床床身

床身作為床體的支撐件，是其他安裝部件的基礎。

②工作臺

線切割零件安置于工作臺上。工作臺的組成結構為：上下拖板、導軌、絲桿螺母副和變速機構。并且為了保證機械傳動的定位精度和靈敏度，通常使用高精度絲杠螺母副，并且要最大可能消除傳動絲杠和螺母之間的間隙。

③走絲機構

數控電火花線切割機床的走私機構是指金屬絲在工件中做單項或往復運動。并且在移動的過程中，由絲架支撐的金屬絲通過導輪結構保證其與工作臺垂直或傾斜一定的幾何角度。

④工作液循環系統

電火花線切割加工必須在工作液中進行，并且不同的加工工藝條件所選取的工作液不同，但是一般情況下所選取的工作液應具備以下幾個條件：

（1）有一定的絕緣性能。但是所選工作液的絕緣性能一定要恰到好處，不能過高也不可過低。

（2）有較好的冷卻性能。由于電火花在放電時會在局部產生高溫，為了避免這種過熱現象的產生，需將切割部位充分冷卻。

（3）流體性能較好，偏于排除加工時產生的廢屑。

（4）選擇環保綠色的工作液，在進行加工工作時，不揮發出對人體有害的有毒氣體。

2.2 數控電火花線切割加工原理

數控電火花線切割技術的工作原理是將金屬絲取代刀具作為線切割的切割工具，并在移動的金屬絲和零件之間加以電流，通過脈沖電流的放電腐蝕作用對零件進行切割加工。

2.2.1 脈沖電源

由數控電火花線切割的加工原理可以看出，脈沖電流在線切割加工過程中占有及其重要的作用。這是由于脈沖電源對線切割的加工效率、加工穩定性和加工質量有很大的影響。現在市場上有很多種線切割脈沖電源，其中最普遍使用的是晶體管矩形波脈沖電源、節能型脈沖電源、高頻分組脈沖電源。

在進行電火花線切割加工時，所選擇的脈沖電源應該滿足一下幾個要求：

①為了最大限度進行極性放電腐蝕作用，在進行線切割加工時應該選擇只產生有單向脈沖的脈沖電源。這里所謂的單向脈沖，指的是幾乎沒有負半波的產生。但是由于受到工件表面粗糙度和電極絲所能承受最大電流的原因，脈沖電源的脈寬很窄，單個脈沖能量較小。

②所選擇的脈沖電源應做到加工工藝范圍廣，最大程度的滿足各種加工工藝的要求。而要做到這些取決于脈沖的主要參數，所以選擇時應當注意。

③脈沖電源的電極損耗低，同時應保證加工零件的穩定性以及以后進行維修的方便性。

2.2.2 數控電火花線切割的加工控制功能

將數控加工技術應用到線切割技術中，實現了線切割技術自動化操作功能。隨著現代科技的不斷發展，數控電火花線切割的加工控制和自動化操作功能方面呈現出不斷增強的趨勢。這些功能的提高減少了加工時間，提高了零件的加工質量。

①線切割加工時進給速度的控制

一般情況下，數控機床進行加工零件時運用插補運算規則。在數控電火花線切割的加工時，電路系統根據零件加工間隙的放電狀態變化，通過對電流的采樣計算向計算機系統發出中斷申請，進而調節電機的進給系統，使得進給速率隨著放電狀態的改變而改變，最終保證加工零件的穩定性和加工精度。

②厚度變化零件的自適應控制

在線切割加工厚度有變化的零件時，可以直接改變規準程序，之后就可以自動線切割加工參數，達到高效率、高加工精度的加工。

③自動找孔的中心

在數控電火花線切割系統中金屬絲可以在孔中自動找正，最終停留在孔的中心位置。

④程序編寫的簡化性能

由于在進行切割程序編寫時，圖形可以進行任意比例的縮放、平移和旋轉，這樣就可以大大簡化程序編寫過程。例如在線切割加工時編寫齒輪加工程序時，可以僅僅編寫出一個齒形的加工程序，再利用旋轉功能就可切割出整個輪齒輪廓。

⑤自動間隙補償

由于數控電火花線切割系統控制的加工軌跡是金屬絲重心移動軌跡，所以在進行零件加工編寫程序時，可以進行金屬絲重心軌跡和圖形之間的間隙補償。

⑥短路保護系統

數控電火花線切割系統在加工零件時，可以記憶金屬電極絲的所走過的路線。所以當整個系統發生短路故障時，系統能夠更改加工環境，使得金屬電極絲按照原來的加工路線返回，這樣就可以避免斷絲現象的發生，并且保護以加工的零件。

⑦加工信息顯示功能

在數控電火花線切割系統中有較為高端完善的計算機顯示屏，可以顯示線切割加工的各種加工參數。并且整個系統還具備故障安全和自動診斷功能。

3.數控電火花線切割系統的發展趨勢

3.1 高度智能化的數控系統

在現代加工制造業中，加工過程中的自動化、智能化一直是我們追求的目標。在線切割加工系統也是如此。在線切割中，高度自動化和智能化的數控系統可以在很大程度上提高加工工件的精度。隨著現代科技的發展，數控電火花線切割系統的智能化已經進入到一個全新的發展階段。現代的數控電火花線切割系統可以實現電極絲的多及控制、拐角的補償和自適應控制、脈沖電源的適應控制。相信在不久的將來，電火花線切割的數控系統將會變得更加豐富先進，功能更加強大，加工范圍更加廣泛。

3.2 數控多線切割技術

數控多線切割技術可以加工半導體材料，并且具有加工質量高，耗時少等優點。但是由于數控多線切割機床的控制系統復雜、只在難度大等特點，使得機床的生產量很低，應用不是很普遍。由于我國的半導體制造行業相較于日本、瑞士等國家起步較晚，多線切割技術的發展也就相對落后。國外已經研發出了第四代的數控多線切割機床，而我國正致力于研發第三代數控多線切割機床。第三代數控多線切割機床主要是加工半導體單晶硅零件，在研發中主要克服的難點有：適當自動控制張力作用、高度智能檢測和診斷技術等。第三代數控多線切割機床的成功，將會使得線切割技術更進一步進入到半導體加工領域，并且最終取得很大的社會經濟效益。

4.結束語

現代高科技產品技術不斷更新，尤其是計算機信息應用技術方面，更是應用到了各種工作領域。在研究開發新型數控電火花線切割技術時，應該開闊思維，緊跟時代科技信息發展潮流，剖開陳舊思想，利用現有的先進的技術手段，使得數控電火花線切割技術朝著自動化、智能化和信息化高速發展。

參考文獻

[1]徐盛林.日本電火花加工技術的發展現狀[J].電加工與模具，2001，3.

[2]高偉，劉鎮昌，王霖.硬脆材料的線鋸切割加工技術[J].工具技術，2001，35（11），6.

[3] 趙萬生主編.先進電火花加工技術[M].北京：北京國防工業出版社，2003.

[4]康仁科，田業冰，郭東明等.大直徑硅片超精密磨削技術的研究和現狀[J].金剛石與磨料磨具工程，2003（4）：14.

[5]狄士春，等.國外電火花線切割加工技術最新進展[J].電加工與模具，2003，1.