談對數(shù)控電火花加工機床的理性需求

伍端陽

(北京阿奇夏米爾技術(shù)服務(wù)有限責任公司,北京101300)

由于數(shù)控電火花加工機床市場競爭日益激烈,故越來越多的廠家都在宣傳“鏡面電火花加工”、“高效率加工”、“專家系統(tǒng)”等高性能指標。從表面上來看,似乎大多數(shù)控電火花加工機床的加工性能已經(jīng)同質(zhì)化,具有很高水平。而事實上,一些數(shù)控電火花加工機床用戶的使用效果并不理想,甚至有些用戶感覺上當了。造成這種情況的原因是:電火花加工行業(yè)通常是用一些技術(shù)指標來衡量機床的加工性能,如最佳表面粗糙度、最大加工效率、最小電極損耗、是否具有專家系統(tǒng)等。正是由于這些技術(shù)指標的局限性,一些廠商利用其進行宣傳而誤導了用戶的真實需求。本文從最佳表面粗糙度、最大加工效率、專家系統(tǒng)3個方面,談?wù)勥@幾個常用技術(shù)指標與數(shù)控電火花加工機床真實加工性能的關(guān)系,希望對引導用戶的理性需求有所幫助。

1 最佳表面粗糙度

當前電加工機床行業(yè)出現(xiàn)了眾多的“數(shù)控鏡面電火花加工機床”,這些機床標注的最佳表面粗糙度通常是 Ra 0.2 μ m 或者 Ra 0.1 μ m 。

眾所周知,表面粗糙度是電火花加工機床的一項主要工藝指標。影響加工表面粗糙度的因素除機床加工性能外,加工面積、加工形狀、工件材料是3項最主要的因素。加工面積越大,加工形狀越復雜,深度越深,就越難達到精細的表面。對于工件材料而言,要進行鏡面加工必須選用鏡面鋼,如:S136、SKD61等鋼材,有些材料是不能達到鏡面加工效果的,如:SKD11鋼材。

所謂的“最佳表面粗糙度 Ra 0.2 μ m”,通常是指用直徑10 mm的圓棒電極,在S136鏡面鋼料上加工一個淺表面,最終加工表面粗糙度 Ra＜0.2 μ m。也就是說,最佳表面粗糙度是在加工面積合適、形狀簡單、使用鏡面鋼的特殊情況下完成的。一些廠家在這項測試中甚至是不計加工精度與加工效率的。而實際生產(chǎn)中的電火花加工需求與這種測試條件相比往往要復雜得多。一旦加工面積變大,形狀變得復雜,加工不出鏡面效果便是必然的事。這里提供一個數(shù)控鏡面電火花加工機床的測試基準:使用粗、精二個電極,加工一個50 mm×50 mm×5 mm的方形型腔,底面與側(cè)面都要求達到均勻的鏡面效果,精度控制在0.01 mm內(nèi),總加工時間不能超過15 h,這個加工測試綜合反映了機床的鏡面加工能力。如果機床的加工水準接近這個測試基準,才可以說能勝任實際的鏡面電火花加工需求。

另外,也不能單憑鏡面加工測試來判定數(shù)控電火花加工機床的精加工性能。這里列舉一個應(yīng)用實例:使用邊長20 mm的方形電極進行淺表面的鏡面加工測試,只要參數(shù)配置合理,大多數(shù)的數(shù)控電火花加工機床都能達到較好的鏡面加工效果,通常 Ra＜0.2 μ m?？梢园l(fā)現(xiàn)加工過程中放電非常穩(wěn)定,氣泡連續(xù)均勻,加工出的鏡面表面均勻,具有光澤效果。事實上,達到這個加工指標,并不能說明數(shù)控電火花加工機床的精加工性能就已經(jīng)很好了。在這項加工測試中,如果要求加工 Ra0.22 μ m(VDI07)或Ra0.4 μ m(VDI12)的亞光表面,就加工指標而言,沒有加工經(jīng)驗的技術(shù)人員會認為表面粗糙度值大了,更容易加工了。實際上,這種亞光表面的電火花加工難度比鏡面加工更大。亞光表面的電火花加工通常使用負極性、小電流、小脈寬、大脈間、加電容的參數(shù)匹配,如果機床的精加工性能不穩(wěn)定,加工后的表面會有積碳、黑斑,表面效果很難達到均勻一致。因此,考查數(shù)控電火花加工機床能否實現(xiàn)均勻一致的亞光面加工,比進行鏡面加工測試更能反映出脈沖電源的精加工性能。

事實上,很多用戶對電火花加工表面的要求不需要那么精細,通常為 Ra0.8～2.5 μ m。對于這些加工要求,似乎所有的電火花加工機床都能達到。這也是一種片面的認識。我們可以從兩種不同的加工要求來進行認識:一種是加工要求的確不高,考慮到電火花精加工效率較低,在電火花加工完成后再使用拋光工序來改善加工表面,對于這類加工,一般使用普通的數(shù)控電火花加工機床是能達到要求的;另一種是加工指定的火花紋面,加工要求較高。像有些外觀要求火花紋面的塑膠模具,表面要求是Ra1.6 μ m(VDI24)的紋面,在微觀狀態(tài)下觀察加工表面顆粒形態(tài)均勻。高品質(zhì)的電火花加工表面在將局部放大100倍以上時,微觀狀態(tài)下的表面凹坑均勻一致,顆粒分明,沒有放電缺陷;而一些機床加工的表面雖然用粗糙度測量儀進行測量是合格的,但檢查其微觀表面時卻能發(fā)現(xiàn)放電凹坑形態(tài)各異,顆粒有粗有細,并伴隨一些局部缺陷,這就不能滿足高要求的紋面加工。

綜上所述,數(shù)控電火花加工機床的最佳表面粗糙度指標只是一個片面的參考指標,要考查機床的表面加工性能,需要從機床能否實現(xiàn)實用的鏡面加工、能否實現(xiàn)均勻的亞光表面加工、能否實現(xiàn)高品質(zhì)的紋面加工3個方面進行綜合評價。

2 最大加工效率

不同的數(shù)控電火花加工機床標注的最大加工效率不同,有些機床標注的是300 mm3/min,有些機床標注的是500 mm3/min。用戶往往會認為標注500 mm3/min的機床加工速度更快。

事實上,最大加工效率主要與機床的最大加工電流有關(guān),機床的加工電流越大,最大加工效率就越高。在最大加工效率的加工情況下,反映的是粗加工效率,加工后的表面很粗糙。而實際加工中,很少需要用到這種大電流加工。因此可以說這種所謂的最大加工效率對于評價數(shù)控電火花加工機床的加工效率意義不大。

通常來講,數(shù)控電火花加工機床的粗加工效率相差都不大,加工效率的差異主要體現(xiàn)在精加工。精加工需要使用多段加工條件,其加工效率與加工條件、加工余量、工藝等眾多復雜因素相關(guān)。各種不同的加工類型,其效率會有較大差異,所以很難用具體的指標對精加工效率做出準確評價。

我們通常用多個具體的應(yīng)用實例去作對比,也就是在同等的加工條件下,加工要求相同,最終對比加工的總時間。值得一提的是,這種比較只有在客觀的情況下,使用數(shù)控電火花加工機床本身的工藝方法與電參數(shù)進行加工,不能有人為的干預,這樣才能反映機床加工效率的差異。因為加工效率與人為調(diào)整有很大的關(guān)系,如加工一個型腔,使用機床默認的程序進行加工需用時20 h,而通過調(diào)整程序能將加工時間控制到8 h,這是很常見的。但越是高端的機床,這種可調(diào)整的空間就越小,其加工的適應(yīng)性就更強。對復雜多變的加工類型,其整體的加工效率就會體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。

“最大加工效率”這個指標只能用于評價機床的最大粗加工效率。實際生產(chǎn)中,加工效率的高低往往取決于機床的精加工效率,精加工效率可通過客觀的應(yīng)用對比來評測。

3 專家系統(tǒng)

目前數(shù)控電火花加工機床的智能化程度有了很大的提高。很多廠商都宣傳機床配有“專家系統(tǒng)”,只需輸入加工面積,選擇電極材料、工件材料及加工要求,機床即可自動產(chǎn)生程序與放電參數(shù),在無需經(jīng)驗的情況下實現(xiàn)優(yōu)化加工。

這樣一來,很多用戶都認為操作數(shù)控電火花加工機床是很簡單的事情。正是基于這樣的認識,一些企業(yè)的操作人員完全依賴這些所謂的“專家系統(tǒng)”,導致電火花加工效率極其低下,加工不能滿足要求。

其實,電火花加工的類型很復雜:加工面積不一樣,小到尖點,大到大面積;深度不一樣,有淺表面,有深型腔;形狀不一樣,有尖點、窄縫、通孔、盲孔,有簡單的方、圓形狀,也有形狀復雜的型腔;加工表面要求不一樣,從粗到細有不同的VDI級別;電極材料不一樣,有紫銅、石墨、硬質(zhì)合金等;工件材料不一樣,有鋼、硬質(zhì)合金、鋁、銅、鈦合金等;加工要求不一樣,有追求加工效率的,有追求低損耗的,有追求表面效果的……。這些眾多的不一樣,在加工過程中需使用不同類型的放電參數(shù),并要進行相應(yīng)的優(yōu)化。

先進的數(shù)控電火花加工機床,針對上述不同的加工類型制定了上萬條加工參數(shù),經(jīng)過長期的沉淀形成了一個完善、實用的加工參數(shù)庫,且在加工過程中,機床系統(tǒng)能自動進行優(yōu)化加工,這樣的機床才稱得上具有“專家系統(tǒng)”,才能滿足使用全自動化數(shù)控電火花加工的運行要求,才能極大地降低機床對操作人員的技能要求。

一些普通的數(shù)控電火花加工機床只有幾十條簡單的加工參數(shù),只是在系統(tǒng)界面中設(shè)計了能搜索這些加工條件的一款工具,其中有些選項只是形式,這樣的工具是不能被稱為“專家系統(tǒng)”的。這些數(shù)控電火花加工機床要求操作者必須具有豐富的工作經(jīng)驗,能根據(jù)加工要求靈活配置電參數(shù),其操作方式與傳統(tǒng)機床沒有多大差異。

評價數(shù)控電火花加工機床的“專家系統(tǒng)”,要從工藝參數(shù)是否完善、工藝參數(shù)能否滿足生產(chǎn)加工要求、適應(yīng)性是否強等方面來進行評價。

4 結(jié)束語

以上針對數(shù)控電火花加工機床的幾個常見指標進行了分析,指出了其片面性。建議電火花加工機床用戶應(yīng)根據(jù)具體要求,理性地選擇合適的數(shù)控電火花加工機床,不要被一些表面的宣傳指標與應(yīng)用案例所蒙蔽。