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淺析線切割機床之共性技術和特色技術

電火花線切割技術在電加工領域里發展zui順，幾乎沒有競爭對手。該項技術的核心是加工精度高，表面質量好和應用范圍廣，而效率，用戶已相當滿意了。

1加工精度

    與加工相關的因素很多，大致可分為機床因素和非機床因素。展臺上*品牌機在機床機械精度、脈沖電源精度、伺服控制精度（包括對機械運動、脈沖參數、走絲系統和工作液系統的控制）都已達到*的水準。機無例外全都采用光柵尺全閉環系統，整機剛性得到普遍重視，而且隨著進給絲杠的加粗，傳動剛度也有大幅度提高。瑞士阿奇公司還采用三維補償，機床的幾何精度有很大的改善。今天繼續改進的重點放在克服機床熱變形方面，用熱平衡、熱對稱、熱隔離等各種措施減小機床熱源和室溫波動對機床幾何精度的影響。普遍用恒溫的工作液冷卻立柱、上下機架、工作臺面、工件，整機用機殼包嚴，形成隔離的小恒溫室。可以說線切割機的幾何精度和坐標磨床已*相當了。說到脈沖電源和伺服控制的精度，可能中國用戶還沒有清楚的概念。的確在機床驗收中就沒有這個項目。所以一些低檔機就可在這方面鉆空子，而品牌機的優勢就在于此。它們的主機可以海外生產，但電柜一定是在總部封閉式運作。它們以長期的技術積累，先進的品質管理和制造能力，從體系的高度保證各功能部件性能的穩定和相互間的協調一致，而這些方面都是我們知之甚少急需補課的核心技術。

    影響加工精度的非機床因素，例如操作人員的素質，人為的誤操作等現在能用強大的工藝數據庫和智能控制來消除。例如阿奇公司有FORMALCHECK功能用來確認輸入數據是否遺漏。但看不見測不了的工件材料內應力誰都沒有辦法考慮，所以加工工件的尺寸和形狀與達到的加工精度---表面輪廓度TKM關系密切。各家所言可達到的加工精度是指對給定尺寸和形狀的樣件切割。例如高40mm，對邊尺寸30mm的六棱柱體樣件，就是指相對名義尺寸30mm的偏差，上中下三個截面共9個數據。注意這里要求的是尺寸，要保證小間隙精密沖模的配合及互換性必須這樣要求。瑞士阿奇公司的EXCELLENCE的TKM就可以達到3µ;m（相對名義尺寸±1.5µ;m）,這和美國莫爾（Moore）公司開發的450CPW/ATC坐標磨床的指標*一樣。此外，由于角部配合間隙對沖模的壽命和沖件的毛刺影響巨大，故普遍注意到有沒有角部過切.目前品牌機尖角和小圓角精度可達到1-2µ;m。

    表面質量，主要是指加工硬質合金沖模時電解作用下鈷的溶解和表面微觀裂紋造成刃口過早磨損。現在都已采用平均電壓為零的交流脈沖電源，電解的破壞已將到zui低程度。此外，由于脈沖電源的改進，普遍采用高峰值，如三菱電機聲稱已達到1000A，窄脈寬（微秒級），材料大多數為氣相拋出，帶走了大量的熱，工件表面溫度就上不去，開裂的現象大為減少。可以認為今天線切割的硬質合金沖模刃口的耐磨性和磨削沒有什么不同。夏米爾公司聲稱表面變質層厚僅1µ;m，而且沒有微觀裂紋。

    由于窄脈沖高峰值脈沖電源的出現，加上走絲系統，伺服進給系統不斷改進和考慮了很多工作狀態因素---噴嘴形式，和工件間距離，精修是否在切縫中等等，有針對性地設置規準逐檔減小加工間隙和加工面內凹，故達到同樣的精度和表面粗糙度的切割次數大大減少，這樣不但加工效率高，電極消耗少，而且切割中偏移量小，形狀精度也明顯提高。

2專家系統

    品牌機都有成套的專家系統，盡管稱呼各不相同，但功能大同小異。首先是工藝專家系統，按加工要求給出成套參數。水平的高低看考慮的范圍大小，一般應包括常用電極絲牌號和相應的工件材料。近來還提供如PCD、PCBN等特殊材料的加工參數，可依據上下噴嘴是否與工件接觸，距離多大，是在切風中精修，還是敞開面精修，精度、表面粗糙度和效率哪一項優先的加工策略來生成各自的規準。在規準選擇無誤的情況下都有一個放電專家系統來應付切割中的隨機因素，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，得到不斷絲穩定加工。現在臺階形切割水平有了普遍提高。曾經五花八門的轉角策略，如今已殊途同歸，形成轉角專家:系統采取逐步改變加工參數，等電極絲的滯后彎曲消失后在轉彎，而且在精加工轉彎時也注意到角部修整量的大小和放電點實際移動速度變化造成角部加工間隙的變化。當然這種不改變加工軌跡的轉角專家系統在保證角部精度的同時，要犧牲一些加工效率，用戶可以在精度和效率之間取一滿意的這種方案。當然也有例外，瑞士阿奇公司藝高膽大，它在充分試驗的基礎上，也可采用變軌跡角部粗加工，不降低效率也不過切。

3自動穿絲

    自動穿絲近來都有很大進展，普遍采用了穿絲前的退火工序，剪刀不見了，退火后局部過熱拉斷，這樣電極絲直徑變細、變硬、變尖，穿絲噴水嘴亦變小，水柱更有力，水池中穿絲、切縫中穿絲與穿絲孔僅0.05mm間隙的穿絲都有很高的成功率，穿絲前的孔搜索，穿過后自動尋找脫離短路的位置，這些功能都配齊全了。現在各家都在打擂臺，比誰穿得快，有10-20s的不等，但工況都不太清楚，誰zui快無從評說，但總的說來比以前快多了。由于這部分結構較為復雜，改進十分頻繁，自診斷、自清洗保養的功能增加不少。

    這次展會上的亮點應是瑞士夏米爾公司的ROBOFIL 2030S1-TW線切割加工中心。它能夠在45s內實現ø;0.25mm和ø;0.1mm電極絲之間的轉換。如果車間里有30%的模具需要小內角和窄縫，只要增加10%的投資，就可以得到40%的回報。因為該機床的兩種電極絲*處在各自*工況下待命，故自動轉換中無需操作者介入，從而保證了機床的連續運轉。一般用ø;0.25mm的電極絲粗加工兩次，換ø;0.1mm的細絲精加工3次，并完成清角和窄縫。在無芯加工的場合下，可先用ø;0.25mm粗絲完成型孔的電火花銑削，去除所有的材料，效率高，也不必消耗昂貴的細絲，可節省可觀的成本。同樣在用細絲完成微細型孔加工后，可用粗加工導柱孔或銷孔。這種雙絲系統動作并不復雜，走絲路程并沒有變化，只是外加一個粗絲庫，每根傳動軸上有兩個導絲輪，用拉鍵和剎車來選擇哪一套走絲系統工作，兩個可擺動的導絲管共用一套V型金剛石導向器，導向器在轉一個角度后可以補償其磨損重復使用。自動換絲的想法并不是今天才有，只應為線切割的走絲系統本來結構就十分復雜，要不是5年來夏米爾在設計上做了一系列重大改進，雙線系統是不可能成功的。在這次展會上三菱電機和牧野都介紹了自己高性能的走絲系統，可以估計雙線系統必將成為其下一個攻克的目標。

    TW系統并不限制應用范圍，該機床只要換上相應附件，同樣可以用ø;0.03mm、0.05mm、0.07mm的電極絲進行微細加工，也可在錐度專家系統的控制下完成精密的±30°的大錐度切割。