談《電加工技術(shù)》的重要性

摘 要：在制造工業(yè)技術(shù)不斷進(jìn)步的推動之下，傳統(tǒng)的機(jī)械加工已經(jīng)逐漸被數(shù)控加工所取代，員工對這類加工的認(rèn)知需求也變得越來越迫切，對于數(shù)控技術(shù)普遍都受國人較為容易理解為計(jì)算機(jī)控制原理，但對于電加工技術(shù)的認(rèn)識就比較少了，有必要與大家共同探討數(shù)控電加工設(shè)備，了解未來工業(yè)成就的支柱。

關(guān)鍵詞：電加工技術(shù)；應(yīng)用；發(fā)展

中圖分類號：TG661 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）14-0044-02

前 言

傳統(tǒng)的機(jī)械加工技術(shù)歷史悠久，其極大地推動了人類物質(zhì)文明以及生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。但伴隨著現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，生產(chǎn)工藝變得復(fù)雜化，傳統(tǒng)的機(jī)械加工又嚴(yán)重制約了生產(chǎn)力的發(fā)展，已經(jīng)不適應(yīng)發(fā)展的需求。直到1943年前蘇聯(lián)拉扎林柯夫才擺脫了傳統(tǒng)的切削加工方法。利用電能來切削金屬。它是通過帶負(fù)電荷的工具電極各帶正電荷的工件之間產(chǎn)生一次火花放電，產(chǎn)生瞬時(shí)的高溫，使局部的金屬熔化、汽化而被蝕除掉，獲得“以柔克剛”的效果。下面我們從幾個(gè)方面談?wù)剶?shù)控電加工技術(shù)。

1 電加工的分類及其原理

根據(jù)放電加工原理及能量作用大致可分為：電火花加工、電化學(xué)加工、電子束加工、離子束加工、等離子弧加工等。電火花加工又稱放電加工，簡稱EDM。是通過工具電極各工件之間不斷產(chǎn)生脈沖性火花放電，靠放電時(shí)局部瞬時(shí)產(chǎn)生高溫把金屬蝕除下來的一種加工方法。電化學(xué)加工是通過電解溶液與金屬離子溶解加工。電子束加工是焊接過程中的一種溶化，氣化加工。離子束加工是蝕刻注入進(jìn)行原子撞擊的一種動能加工。等離子弧加工是噴鍍過程通過涂覆熱能熔化的一種加工方法。

2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)是在1952年美國的帕森斯公司和麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)試驗(yàn)所研制成功，直到1955年數(shù)控系統(tǒng)才投入實(shí)用性階段，我國數(shù)控機(jī)床的研制始于1958年清華大學(xué)研制的三座標(biāo)數(shù)控機(jī)床，到了1966年誕生了第一臺用于直線——圓弧補(bǔ)的晶體管數(shù)控系統(tǒng)，即第二代數(shù)控系統(tǒng)，也就是現(xiàn)在線切割機(jī)床走線控制系統(tǒng)的初型。

使用微處理的CNC數(shù)控系統(tǒng)是目前使用最多的一種系統(tǒng)。也是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)格的必然控制手段。它的工作座標(biāo)系是采用右手直角笛卡坐標(biāo)系，在程序編制中，可根據(jù)圖紙尺寸的標(biāo)注方法及精度要求可以任意選用絕對座標(biāo)各相對座標(biāo)系進(jìn)行圖表程序處理。

3 電火花加工的分類

電火花加工在電加工行業(yè)中應(yīng)用較為廣泛的一種加工方法，約占該行業(yè)的90%。參照工具電極和工件相對運(yùn)動的方式不同，大致可分為電火花成型加工、線切割加工、電火花磨削加工、電火花同步共軛回轉(zhuǎn)加工、電火花高速小孔加工、電火花表面強(qiáng)化與刻字加工等六大類。其中線切割加工比例占了電火花加工的60%，電火花成型加工比例占了30%。隨著電加工工藝的不斷提高，線切割加工就成了先進(jìn)工藝制作的重要標(biāo)準(zhǔn)。

4 電火花線切割加工的原理

線切割加工的基本原理是利用移動的細(xì)小金屬導(dǎo)絲（銅絲或鉬絲）作電極，對工件進(jìn)行脈沖火花放電，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)給控制系統(tǒng)。配合一定濃度的工作液進(jìn)行冷卻排屑，就可以對工件進(jìn)行程序加工。

電火花線切割加工是利用電極絲與工件之間脈沖放電時(shí)產(chǎn)生的瞬間放電能量（熱效應(yīng)），熔化、汽化工件材料而達(dá)到形狀及尺寸要求的一種加工工藝方法，簡稱線切割。

圖1所示為電火花線切割放電工作原理圖。工件與電極絲分別與脈沖電源的正負(fù)極相連，由于兩電極（電極絲和工件）微觀表面的凹凸不平，因此極間電場分布并不均勻。當(dāng)電極絲和工件在絕緣工作液中靠近至一定距離時(shí)，離得最近凸點(diǎn)處的電場強(qiáng)度最高，極間介質(zhì)（絕緣工作液）先被擊穿，形成放電通道。在電場作用下，通道內(nèi)的負(fù)電子和正離子分別高速流向陽極和陰極，形成火花放電。電子和離子在高速運(yùn)動中相互碰撞，陽極和陰極表面分別受到電子流和離子流的沖擊，使兩電極間隙內(nèi)產(chǎn)生瞬時(shí)高溫?zé)嵩矗ㄍǖ乐行臏囟瓤蛇_(dá)10000℃以上），使局部金屬材料被熔化和汽化。

5 電火花線切割加工分類及其控制方式

（1）按控制方式分為：靠模仿型控制、光電跟蹤控制、數(shù)字程序控制、微機(jī)控制等。

（2）按走絲速度分為：低速走絲方式（俗稱慢走絲）、中走絲方式（中走絲）和高速走絲方式（俗稱快走絲）。

現(xiàn)代的電加工設(shè)備已經(jīng)很少靠模仿型控制和光電跟蹤控制方式?？熳呓z線切割主要是臺式單板機(jī)和柜式工控機(jī)兩種。臺式單板機(jī)主要以3B程序控制。個(gè)別的還用4B或5B格式。柜式工控機(jī)是近代網(wǎng)絡(luò)化的必然產(chǎn)物。采用的是國際標(biāo)準(zhǔn)化程序ISO代碼。以CPU依據(jù)的控制系統(tǒng)方式。慢走絲線切割的控制方式是以柜式工控機(jī)為主。極個(gè)別的是全智能化操作系統(tǒng)。國產(chǎn)的慢走絲一般是半自動控制方式。而國外進(jìn)口機(jī)部分都是全自動操作方式。采用去離子水作工作液，只有在特殊精加工時(shí)才采用絕緣性能較好的煤油。

快走絲線切割的電極絲廣泛采用0.06～0.25mm的鉬絲作高速往復(fù)運(yùn)動，它的運(yùn)動速度為5～12m/s?？煽丶庸ぞ仍?.005～0.015mm左右。

0.25mm的鉬絲作中速往復(fù)運(yùn)動，它的運(yùn)動速度為8～12m/s。中走絲線切割的電極絲廣泛采用可控加工精度在0.001～0.015mm左右。精加工時(shí)采用慢速度1～3m/s。

慢走絲線切割的電極絲一般采用0.2mm銅絲作低速單向運(yùn)動。它的運(yùn)動速度低于0.2m/s。可控加工精度在0.002～0.005mm左右。也就是一條頭發(fā)絲的1/10到1/20。

6 控制介質(zhì)

數(shù)控線切割機(jī)床的控制系統(tǒng)是根據(jù)人的“命令”控制加工的。所以必須先將要進(jìn)行線切割加工的圖形用線切割控制系統(tǒng)所能接受的“語言”編制好命令。這種“命令”也就是加工程序。編程對于線切割加工來說是重中之重的技術(shù)核心部分。是產(chǎn)品尺寸達(dá)標(biāo)與否、模具配合的主要控制手段。現(xiàn)在流行采用的程序段格式主要是3B（個(gè)別擴(kuò)充為4B或5B）格式，ISO格式。EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會）格式。我國的數(shù)控線切割快走絲機(jī)床主要采用統(tǒng)一的五指令3B格式。

在IT時(shí)代的今天，信息網(wǎng)絡(luò)已融合在高科技制造行業(yè)當(dāng)中，傳統(tǒng)的手工編程和紙帶控制方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代加工需要。程序的編制都已依賴于電腦來完成。目前的編程軟件主要有YH、CAXA、YCUT、AUTOP、HGD、ZCAD、AUTOP、ZCAD、CREO、UG。朝著自動編程技術(shù)發(fā)展的方向，軟件的開發(fā)不單在于圖形的程序編制簡單化，有的軟件還包含于機(jī)電一體化編程控制系統(tǒng)中。依賴掃描技術(shù)輔以4軸聯(lián)動或5軸聯(lián)動控制為基礎(chǔ)，結(jié)合多項(xiàng)的技術(shù)參數(shù)設(shè)置?？刂葡到y(tǒng)就能加工出理想的工件產(chǎn)品。

7 電火花線切割加工工藝

在電加工的技術(shù)角度來說，最重要的是在于它的工藝技術(shù)和技巧，只有工藝合理，才能高效率地加工出質(zhì)量好的工件，分析圖樣是保證工件質(zhì)量和工件綜合技術(shù)指標(biāo)的第一步，其中加工路線和正確裝夾方法最為重要。加工操作主要在于電極絲的垂直度，脈沖電源的電參數(shù)調(diào)整，變頻進(jìn)給速度控制等是表面粗糙度和加工精度的重要標(biāo)志。

8 本校電火花技術(shù)發(fā)展歷史背景

電加工技術(shù)十幾年前已引進(jìn)到學(xué)校，作為一門重要學(xué)科。由于生產(chǎn)效率低，技能單一，學(xué)校重視程度也隨之慢慢降低。2010年數(shù)控專業(yè)的再次興起，隨著學(xué)校的發(fā)展引進(jìn)了較先進(jìn)四軸聯(lián)動數(shù)控線切割機(jī)床、電火花機(jī)床，學(xué)校再一次將電加工技術(shù)，這門特種工提入重要課程。

9 總 結(jié)

從特種加工的角度來說，電加工是由電能轉(zhuǎn)換為熱能的一種結(jié)果，從數(shù)控加工來說又是以數(shù)字模式轉(zhuǎn)換為機(jī)械模式兩者相結(jié)合，成就了數(shù)控電加工設(shè)備在現(xiàn)代加工中的出色地位。

談了諸多電加工技術(shù)的優(yōu)越性，也結(jié)合學(xué)校的現(xiàn)有的設(shè)備，本人也對電加工技術(shù)也較感興趣，提出學(xué)校數(shù)控專業(yè)一新學(xué)科教材改為《數(shù)控電加工技術(shù)》、《數(shù)控電加工技術(shù)》（學(xué)生指導(dǎo)用書）、《數(shù)控電加工技術(shù)》（教師用書），同年主要參與組建了數(shù)控電加工車間，理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)模式。讓專業(yè)課程更完善，讓學(xué)生掌握技能更全面。

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收稿日期：2018-4-10

作者簡介：劉桂勇（1978-），男，助理工程師，雙本科，主要從事機(jī)械類專業(yè)課程的教學(xué)工作以及計(jì)算機(jī)專業(yè)的專業(yè)課程教學(xué)工作。