電火花加工的現(xiàn)狀與前景畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、論題題名：電火花加工的現(xiàn)狀與前景摘要目前，在電火花加工基礎(chǔ)理論研究領(lǐng)域，由于放電過(guò)程本身的復(fù)雜性、 隨機(jī) 性以及研究手段缺乏創(chuàng)新性，迄今尚未取得突破性進(jìn)展。但在加工工藝和控制 理論研究領(lǐng)域，由于研究成果可直接應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐， 因此已成為目前電火花成 形加工技術(shù)研究中較為活躍的領(lǐng)域，其研究熱點(diǎn)主要集中在高效加工技術(shù)、高精 密加工技術(shù)（如鏡面加工技術(shù)卜低損耗加工技術(shù)、微細(xì)加工技術(shù)、非導(dǎo)電材料 加工技術(shù)、電火花表面處理技 術(shù)、智能控制技術(shù)（如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模糊控 制技術(shù)、專家系統(tǒng)等）以及操作安全、環(huán)境保護(hù)等方面。在工藝設(shè)備開(kāi)發(fā)方面，目前的新型電火花成形加工機(jī)床在加工功能、 加工精度、自動(dòng)化程度、

2、可靠性等 方面已全面改善，許多機(jī)床已具備了在線檢測(cè)、智能控制、模塊化等功能，已 不再是傳統(tǒng)意義上的特種加工機(jī)床，而更像切削加工中的數(shù)控機(jī)床甚至加工中 心。關(guān)鍵詞：技術(shù)；產(chǎn)業(yè)；發(fā)展；前景AbstractThe electric spark forming processing technology development status of electric spark machining at present, in the field of fundamental research, since the discharge process complexity, randomness and

3、 study means lack of innovation, has so far not been achieved breakthrough progress.But in the process and control theory research area, the research results can be directly applied to production practice, becausethis has become the current EDM technology research in active field, its research mainl

4、y focuses on efficient processing technology, high precision machining technology (such as the mirror surface machining technology), low loss, fine processing technology processing technology of non conductive materials, processing technology, electric spark surface treatment technology, intelligent

5、 control technology (such as artificial neural network technology, fuzzy control technology, expert systems) and safe operation, environmental protection etc.In the process of equipment development, the current model of EDM machine tool in machining function, precision, automation, reliability and o

6、ther aspects have been fully improved, many machine has the on-line detection, intelligent control, modular functions, is no longer in the traditional sense of special processing machine, and more like cutting in the NC machine tool and machining center.Key words: technology; industry; development p

7、rospect;目錄1、電火花的加工 電火花加工的定義，,，電火花加工的特點(diǎn),電火花加工機(jī)床的組成及作用,實(shí)現(xiàn)電火花加工的條件，,，極性效應(yīng)，,，覆蓋效應(yīng)，,，火花成形加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 精密化智能化自動(dòng)化高效化3、電火花成形加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 電火花成形加工理論的發(fā)展趨勢(shì) 電火花成形加工設(shè)備結(jié)構(gòu)的改進(jìn) 電火花成形加工工藝的發(fā)展趨勢(shì) 電火花成形加工數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 操作安全與環(huán)境保護(hù)4、結(jié)論5參考文獻(xiàn)作為先進(jìn)制造技術(shù)的一個(gè)重要分支，特種加工技術(shù)，尤其是電火花加工技 術(shù)，自20世紀(jì)40年代開(kāi)創(chuàng)以來(lái)，歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，已成為先進(jìn)制造技術(shù) 領(lǐng)域不可或缺的重要組成部分。尤其是進(jìn)入 20世紀(jì)90年

8、代后，隨著信息技術(shù)、 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、航空和航天技術(shù)、材料科學(xué)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展，電火花成形加工 技術(shù)也朝著更深層次、更高水平的方向發(fā)展。雖然一些傳統(tǒng)加工技術(shù)通過(guò)自身的 不斷更新發(fā)展以及與其它相關(guān)技術(shù)的融合，在一些難加工材料加工領(lǐng)域（尤其在 模具加工領(lǐng)域）表現(xiàn)出了加工效率高等優(yōu)勢(shì)，但這些技術(shù)的應(yīng)用沒(méi)有也不可能完 全取代電火花成形加工技術(shù)在難加工材料、復(fù)雜型面、模具等加工領(lǐng)域中的地位。 相反，電火花成形加工技術(shù)通過(guò)借鑒其它加工技術(shù)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，正不斷向微細(xì)化、 高效化、精密化、自動(dòng)化、智能化等方向發(fā)展。1電火花加工電火花加工的定義電火花是一種自激放電，其特點(diǎn)如下：火花放電的兩個(gè)電極間在放電前具較高的電

9、壓，當(dāng)兩電極接近時(shí)，其間介質(zhì)被擊穿后，隨即發(fā)生火花放電。伴隨擊 穿過(guò)程，兩電極間的電阻急劇變小，兩極之間的電壓也隨之急劇變低。 火花通道 必須在維持暫短的時(shí)間（通常為10-7-10-3S ）后及時(shí)熄滅，才可保持火花放電 的“冷極”特性（即通道能量轉(zhuǎn)換的熱能來(lái)不及傳至電極縱深），使通道能量作用于極小范圍。通道能量的作用，可使電極局部被腐蝕。利用火花放電時(shí)產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象對(duì)材料進(jìn)行尺寸加工的方法，叫電火花加工。電火花加工是在較低的電壓范圍內(nèi)，在液體介質(zhì)中的火花放電。電火花加工的特點(diǎn)電火花加工是與機(jī)械加工完全不同的一種新工藝。隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，具有高熔點(diǎn)、高硬度、高強(qiáng)度、高脆性，高粘

10、性和高純度等性 能的新材料不斷出現(xiàn)。具有各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)與特殊工藝要求的工件越來(lái)越多，這就使得傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法不能加工或難于加工。因此，人們除了進(jìn)一步發(fā)展和完 善機(jī)械加工法之外，還努力尋求新的加工方法。電火花加工法能夠適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展 的需要，并在應(yīng)用中顯示出很多優(yōu)異性能， 因此，得到了迅速發(fā)展和日益廣泛的 應(yīng)用。電火花加工的特點(diǎn)如下：.脈沖放電的能量密度高，便于加工用普通的機(jī)械加工方法難于加工或無(wú)法 加工的特殊材料和復(fù)雜形狀的工件。不受材料硬度影響，不受熱處理狀況影響。.脈沖放電持續(xù)時(shí)間極短，放電時(shí)產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)擴(kuò)散范圍小， 材料受熱影 響范圍小。.加工時(shí)，工具電極與工件材料不接觸，兩者之間宏觀作

11、用力極小。工具電 極材料不需比工件材料硬，因此，工具電極制造容易。.可以改革工件結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化加工工藝，提高工件使用壽命，降低工人勞動(dòng)強(qiáng) 度。基于上述特點(diǎn)，電火花加工的主要用途有以下幾項(xiàng)：1）制造沖模、塑料模、鍛模和壓鑄模。2）加工小孔、畸形孔以及在硬質(zhì)合金上加工螺紋螺孔。3）在金屬板材上切割出零件。4）加工窄縫。5）磨削平面和圓面。6）其它（如強(qiáng)化金屬表面，取出折斷的工具，在淬火件上穿孔，直接加工型面 復(fù)雜的零件等）。1.3電火花加工機(jī)床的組成及作用從上面所談的情況可以看到，要實(shí)現(xiàn)電火花加工過(guò)程，機(jī)床必須具備三個(gè)要 素，即：脈沖電源，機(jī)械部分和自動(dòng)控制系統(tǒng)，工作液過(guò)濾與循環(huán)系統(tǒng)。（見(jiàn)圖一）。下面

12、對(duì)這三要素的作用逐一加以簡(jiǎn)單討論。.脈沖電源加在放電間隙上的電壓必須是脈沖的， 否則，放電將成為連續(xù)的電弧。所謂 脈沖電源，實(shí)際就是一種電氣線路或裝置，它們能發(fā)出具有足夠能量的脈沖電壓 來(lái)。.機(jī)械部分和自動(dòng)控制系統(tǒng)其作用是維持工具電極和工件之間有一適當(dāng)?shù)姆烹婇g隙，并在線調(diào)整。.工作液凈化與循環(huán)系統(tǒng)工作液的作用是使能量集中，強(qiáng)化加工過(guò)程，帶走放電時(shí)所產(chǎn)生的熱量和電 蝕產(chǎn)物。工作液系統(tǒng)包括工作液的儲(chǔ)存冷卻、 循環(huán)及其調(diào)節(jié)與保護(hù)、過(guò)濾以及利 用工作液強(qiáng)迫循環(huán)系統(tǒng)。上述三要素，有時(shí)也稱為電火花加工機(jī)床的三大件， 它們組成了電火花加工機(jī)床 這一統(tǒng)一體，以滿足加工工藝的要求。.4 實(shí)現(xiàn)電火花加工的條件實(shí)現(xiàn)

13、電火花加工，應(yīng)具備如下條件：.工具電極和工件電極之間必須維持合理的距離。 在該距離范圍內(nèi)，既可以 滿足脈沖電壓不斷擊穿介質(zhì)，產(chǎn)生火花放電，又可以適應(yīng)在火花通道熄滅后介質(zhì)消電離以及排出蝕除產(chǎn)物的要求。若兩電極距離過(guò)大，則脈沖電壓不能擊穿介質(zhì)、不能產(chǎn)生火花放電，若兩電極短路，則在兩電極間沒(méi)有脈沖能量消耗，也不可能實(shí)現(xiàn)電腐蝕加工。.兩電極之間必須充入介質(zhì)。在進(jìn)行材料電火花尺寸加工時(shí)，兩極間為液體 介質(zhì)（專用工作液或工業(yè)煤油）；在進(jìn)行材料電火花表面強(qiáng)化時(shí)，兩極間為氣體介質(zhì)。.輸送到兩電極間的脈沖能量密度應(yīng)足夠大。 在火花通道形成后，脈沖電壓 變化不大，因此，通道的電流密度可以表征通道的能量密度。能量密

14、度足夠大，才可以使被加工材料局部熔化或汽化， 從而在被加工材料表面形成 一個(gè)腐蝕痕（凹坑），實(shí)現(xiàn)電火花加工。因而，通道一般必須有105-106A/cm2電流密度。放電通道必須具有足夠大的峰值電流， 通道才可以在脈沖期間得到維持。 一般情 況下，維持通道的峰值電流不小于 2A。.放電必須是短時(shí)間的脈沖放電。放電持續(xù)時(shí)間一般為10-7-10-3s o由于放電時(shí)間短，使放電時(shí)產(chǎn)生的熱能來(lái)不及在被加工材料內(nèi)部擴(kuò)散，從而把能量作用局限在很小范圍內(nèi)，保持火花放電的冷極特性。.脈沖放電需重復(fù)多次進(jìn)行，并且多次脈沖放電在時(shí)間上和空間上是分散 的。這里包含兩個(gè)方面的意義：其一時(shí)間上相鄰的兩個(gè)脈沖不在同一點(diǎn)上形成

15、通道； 其二，若在一定時(shí)間范圍內(nèi)脈沖放電集中發(fā)生在某一區(qū)域，則在另一段時(shí)間內(nèi)，脈沖放電應(yīng)轉(zhuǎn)移到另一區(qū)域。只有如此，才能避免積炭現(xiàn)象， 進(jìn)而避免發(fā)生電弧和局部燒傷。.脈沖放電后的電蝕產(chǎn)物能及時(shí)排放至放電間隙之外，使重復(fù)性放電順利進(jìn)行。在電火花加工的生產(chǎn)實(shí)際中，上述過(guò)程通過(guò)兩個(gè)途徑完成。一方面，火花放電以 及電腐蝕過(guò)程本身具備將蝕除產(chǎn)物排離的固有特性；蝕除物以 外的其余放電產(chǎn)物（如介質(zhì)的汽化物）亦可以促進(jìn)上述過(guò)程；另一方面，還必須 利用一些人為的輔助工藝措施，例如工作液的循環(huán)過(guò)濾，加工 中采用的沖、抽油措施等等。1.5 極性效應(yīng)電火花加工時(shí)，相同材料兩電極的被腐蝕量是不同的。其中一個(gè)電極比另一 個(gè)

16、電極的蝕除量大，這種現(xiàn)象叫做極性效應(yīng)。如果兩電極材料不同，則極性效應(yīng) 更加明顯。1.5 覆蓋效應(yīng)在油類介質(zhì)中放電加工會(huì)分解出負(fù)極性的游離碳微粒，在合適的脈寬、脈間 條件下將在放電的正極上覆蓋碳微粒， 叫覆蓋效應(yīng)。利用覆蓋效應(yīng)可以降低電極 損耗。注意負(fù)極性加工才有利做覆蓋效應(yīng)。2電火花成形加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)入21世紀(jì)，電火花成形加工技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，突破了許多傳統(tǒng)觀念 和概念的束縛，產(chǎn)生了一些新的技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域，成為現(xiàn)代制造技術(shù)的重要組成 部分。電火花成形加工的數(shù)控系統(tǒng)采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、混沌理論、仿真技術(shù)，以進(jìn)一步提高加工的各項(xiàng)工藝指標(biāo)、 可靠性和自動(dòng)化程度；脈沖電源則在保證電 火花加工

17、工藝指標(biāo)的前提下，向穩(wěn)定、可靠、環(huán)保、綠色、節(jié)能方向發(fā)展。目前， 在電火花加工基礎(chǔ)理論研究領(lǐng)域，由于放電過(guò)程本身的復(fù)雜性、隨機(jī)性以及研究 手段缺乏創(chuàng)新性，迄今尚未取得突破性進(jìn)展。但在加工工藝和控制理論研究領(lǐng)域， 由于研究成果可直接應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，因此已成為目前電火花成形加工技術(shù)研究 中較為活躍的領(lǐng)域，其研究熱點(diǎn)主要集中在高效加工技術(shù)、高精密加工技術(shù)（如鏡面加工技術(shù)）、低損耗加工技術(shù)、微細(xì)加工技術(shù)、非導(dǎo)電材料加工技術(shù)、電火 花表面處理技術(shù)、智能控制技術(shù)（如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模糊控制技術(shù)、專家系 統(tǒng)等）以及操作安全、環(huán)境保護(hù)等方面。在工藝設(shè)備開(kāi)發(fā)方面，目前的新型電火 花成形加工機(jī)床在加工功能、加工

18、精度、自動(dòng)化程度、可靠性等方面已全面改善， 許多機(jī)床已具備了在線檢測(cè)、智能控制、模塊化等功能，已不再是傳統(tǒng)意義上的 特種加工機(jī)床，而更像切削加工中的數(shù)控機(jī)床甚至加工中心。精密化電火花加工的精密核心主要體現(xiàn)在對(duì)尺寸精度、仿形精度、表面質(zhì)量的要求。 時(shí)下數(shù)控電火花機(jī)床加工的精度已有全面提高，尺寸加工要求可達(dá)土2-3 m、底面拐角R值可小于0.03mm,最佳加工表面粗糙度可低于 Ra0.3 m。通過(guò)采 用一系列先進(jìn)加工技術(shù)和工藝方法，可達(dá)到鏡面加工效果且能夠成功地完成微型 接插件、IC塑封、手機(jī)、CD盒等高精密模具部位的電火花加工。從總體來(lái)看， 現(xiàn)代模具企業(yè)在先進(jìn)數(shù)控電火花機(jī)床的應(yīng)用上， 還沒(méi)能很好

19、地挖掘出機(jī)床的精密 加工性能。因此有必要全面推動(dòng)已有數(shù)控加工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，不斷提高模具加工精度。智能化智能控制技術(shù)的出現(xiàn)把數(shù)控電火花加工推向了新的發(fā)展高度。新型數(shù)控電火花機(jī)床采用了智能控制技術(shù)。專家系統(tǒng)是數(shù)控電火花機(jī)床智能化的重要體現(xiàn)， 它 的智能性體現(xiàn)在精確的檢測(cè)技術(shù)和模糊控制技術(shù)兩方面。專家系統(tǒng)采用人機(jī)對(duì)話 方式，根據(jù)加工的條件、要求，合理輸入設(shè)定值后便能自動(dòng)創(chuàng)建加工程序，選用 最佳加工條件組合來(lái)進(jìn)行加工。在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)、調(diào)整加工過(guò)程，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的 最優(yōu)化控制。專家系統(tǒng)智能技術(shù)的應(yīng)用使機(jī)床操作更容易， 對(duì)操作人員的技術(shù)水 平要求更低。目前智能化技術(shù)不斷地升級(jí)，使得智能控制技術(shù)的應(yīng)用范圍

20、更加的 廣泛。隨著市場(chǎng)對(duì)電加工要求的提升，智能化技術(shù)將獲得更為廣闊的發(fā)展空間。自動(dòng)化目前最先進(jìn)的數(shù)控電火花機(jī)床在配有電極庫(kù)和標(biāo)準(zhǔn)電極夾具的情況下，只要在加工前將電極裝入刀庫(kù)，編制好加工程序，整個(gè)電火花加工過(guò)程便能日以赴繼 地自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，幾乎無(wú)需人工操作。機(jī)床的自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、 提高生產(chǎn)效率。但自動(dòng)裝置配件的價(jià)格比較昂貴，大多模具企業(yè)的數(shù)控電火花機(jī) 床的配置并不齊全。普及機(jī)床的自動(dòng)化 程度是當(dāng)前數(shù)控電火花機(jī)床行業(yè)的發(fā)展 趨勢(shì)之一。高效化現(xiàn)代加工的要求為數(shù)控電火花加工技術(shù)提供了最佳的加工模式，即要求在保證加工精度的前提下大幅提高粗、精加工效率。其它數(shù)控電火花加工技術(shù)在微細(xì)化、安全

21、化、環(huán)?；确矫嬉踩〉昧碎L(zhǎng)足的發(fā)展。 數(shù)控電火花加工技術(shù)日新月異的發(fā)展，至使機(jī)床生產(chǎn)廠家紛紛對(duì)生產(chǎn)技術(shù)予以了 改進(jìn)。目前數(shù)控電火花機(jī)床在伺服系統(tǒng)和脈沖電源的改進(jìn)上取得了重大成果，大大的提高了數(shù)控電火花加工的質(zhì)量、加工效率。3電火花成形加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)先進(jìn)制造技術(shù)的快速發(fā)展和制造業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇對(duì)電火花成形加工技術(shù) 提出了更高要求，同時(shí)也為電火花成形加工技術(shù)加工理論的研究和工藝開(kāi)發(fā)、設(shè)備更新提供了新的動(dòng)力。今后電火花成形加工的加工對(duì)象應(yīng)主要面向傳統(tǒng)切削加 工不易實(shí)現(xiàn)的難加工材料、復(fù)雜型面等加工，其中精細(xì)加工、精密加工、窄槽加 工、深腔加工等將成為發(fā)展重點(diǎn)。同時(shí)，還應(yīng)注意與其它特種加工技術(shù)或傳統(tǒng)

22、切 削加工技術(shù)的復(fù)合應(yīng)用，充分發(fā)揮各種加工方法在難加工材料加工中的優(yōu)勢(shì)，取得聯(lián)合增值效應(yīng)。相對(duì)于切削加工技術(shù)而言，電火花成形加工技術(shù)仍是一門較年 輕的技術(shù)，因此在今后的發(fā)展中，應(yīng)借鑒切削加工技術(shù)發(fā)展過(guò)程中取得的經(jīng)驗(yàn)與 成果，根據(jù)電火花成形加工自身的技術(shù)特點(diǎn)， 選用適當(dāng)?shù)募庸だ碚?、控制原理?工藝方法，并在己有成果的基礎(chǔ)上不斷完善、 創(chuàng)新。電火花成形加工機(jī)床向數(shù)控 化方向發(fā)展的趨勢(shì)已不可逆轉(zhuǎn)，但應(yīng)注意不可盲目追求“大而全”，應(yīng)以市場(chǎng)為導(dǎo)向，建立具有開(kāi)放性的數(shù)控體系?？傮w而言，電火花成形加工技術(shù)今后的發(fā)展 趨勢(shì)應(yīng)是高效率、高精度、低損耗、微細(xì)化、自動(dòng)化、安全、環(huán)保等。電火花成形加工理論的發(fā)展趨勢(shì)近

23、年來(lái)，電火花成形加工的基礎(chǔ)理論研究尚未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，雖然一些學(xué) 者對(duì)加工過(guò)程的放電痕跡、材料蝕除原理等提出了 一些新看法，但在電火花加工 機(jī)理研究方面并未取得重大突破。較為活躍的研究領(lǐng)域主要集中在加工工藝?yán)碚?和控制理論方面。在加工工藝?yán)碚撗芯糠矫?，研究熱點(diǎn)主要是如何提高電火花成形加工的表面 質(zhì)量和加工速度，降低損耗，拓展電火花加工的范圍，以及探索復(fù)雜、微細(xì)結(jié)構(gòu) 的加工方法等。通過(guò)將研究成果應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，全面提高了電火花成形加工的 加工性能。在控制理論研究方面，智能控制一直是研究重點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的新型 電火花成形加工機(jī)床大多采用了智能控制技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用使機(jī)床操作更容 易，對(duì)操作人員要

24、求更低。同時(shí)，智能控制系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)能力，可在線自動(dòng)監(jiān) 測(cè)、調(diào)整加工過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的最優(yōu)化控制。雖然電火花成形加工的理論研究在基礎(chǔ)理論、加工工藝?yán)碚?、控制理論等?面都有一定發(fā)展和提高，但加工工藝?yán)碚?、控制理論要得到更進(jìn)一步全面發(fā)展， 就必須在整個(gè)放電過(guò)程機(jī)理的研究上有所突破。 因此，電火花成形加工理論研究 的發(fā)展趨勢(shì)將是在進(jìn)一步探討加工工藝?yán)碚摵涂刂评碚摚?提高電火花成形加工的 加工性能及加工范圍，取得更好控制效果的同時(shí)，重點(diǎn)研究放電過(guò)程的機(jī)理。電火花成形加工機(jī)理研究未取得突破性進(jìn)展的主要原因除放電過(guò)程本身的 復(fù)雜性、隨機(jī)性外，還由于研究方法及手段缺乏創(chuàng)新性。因此，有必要借鑒其它 研究

25、領(lǐng)域的成功經(jīng)驗(yàn)，引人先進(jìn)的研究方法和試驗(yàn)技術(shù)，克服傳統(tǒng)研究方法的局 限性、深人剖析和揭示整個(gè)放電過(guò)程的內(nèi)在本質(zhì)， 建立可客觀反映放電過(guò)程規(guī)律 的理論模型，以指導(dǎo)電火花成形加工工藝?yán)碚摵涂刂评碚摰难芯?，而?jì)算機(jī)仿真技術(shù)可能是實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程的有效工具。電火花成形加工設(shè)備結(jié)構(gòu)的改進(jìn)借鑒現(xiàn)代切削加工機(jī)床的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，電火花成形加工設(shè)備向數(shù)控化方向發(fā)展 是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。一方面應(yīng)以高精度、高速度、自動(dòng)化為追求目標(biāo)，以技 術(shù)優(yōu)勢(shì)占領(lǐng)市場(chǎng)；另一方面應(yīng)充分考慮設(shè)備的性能價(jià)格比， 通過(guò)對(duì)機(jī)床功能的合 理定位，進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)和模塊化設(shè)計(jì)，采用開(kāi)放性的數(shù)控系統(tǒng)，提高機(jī)床設(shè)計(jì)的 合理性，以最低的價(jià)格和足夠的功能向用戶提

26、供可滿足不同加工需要的各類電火 花成形加工機(jī)床。受現(xiàn)代切削加工技術(shù)發(fā)展的沖擊，以前適合采用電火花加工的一部分加工領(lǐng) 域已逐步為切削加工方式所替代。但是，現(xiàn)代科技的發(fā)展對(duì)零件的制造精度提出 了更高要求，各種高性能材料的應(yīng)用日益廣泛，同時(shí)，一些零件結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜化、 微型化、薄型化，這都使切削加工技術(shù)在某些加工領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制，而這些恰好是電火花成形加工的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，也是其具有生存空間和發(fā)展?jié)摿Φ默F(xiàn)實(shí)依 據(jù)。為全面推動(dòng)電火花成形加工設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步，在采用先進(jìn)控制系統(tǒng)的同時(shí)， 機(jī)床結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也需要進(jìn)一步完善，其主要發(fā)展方向表現(xiàn)在以下兩方面：(1)直線伺服系統(tǒng)的應(yīng)用電火花成形加工設(shè)備采用直線電機(jī)伺服系統(tǒng)

27、可使加工性能獲得明顯改善，具體表現(xiàn)為：可實(shí)現(xiàn)軸的直接直線運(yùn)動(dòng)，省去絲杠一螺母?jìng)鲃?dòng)環(huán)節(jié)，從而保證軸的高速 運(yùn)動(dòng)；-10 -采用直線電機(jī)與滑板一體化結(jié)構(gòu)，可消除滑板與電機(jī)之間因存在中間環(huán)節(jié) 而引起的機(jī)械響應(yīng)滯后現(xiàn)象，提高系統(tǒng)的靈敏度，縮短動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，保 證加工過(guò)程的穩(wěn)定性；直線電機(jī)伺服系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式?jīng)Q定了其位置檢測(cè)環(huán)節(jié)必須采用直線位置 反饋元件，實(shí)現(xiàn)無(wú)中間環(huán)節(jié)的直接位置檢測(cè)，從而構(gòu)成一個(gè)全閉環(huán)系統(tǒng)， 保證加工過(guò)程的高精度及精度保持性。目前，直線伺服系統(tǒng)的應(yīng)用在深窄、 微小型腔加工及模壓零件一模多腔加工方面具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。但是， 這些技術(shù)優(yōu)勢(shì)要真正實(shí)現(xiàn)，除需結(jié)合電火花成形加工放電過(guò)程特性，解決

28、 直線伺服系統(tǒng)本身的技術(shù)難題外， 還必須解決一系列與直線伺服系統(tǒng)配套 的相關(guān)技術(shù)，如直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力平衡、工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)等。(2)機(jī)床運(yùn)動(dòng)方式的改進(jìn)突破現(xiàn)有電火花成形加工機(jī)床運(yùn)動(dòng)方式的局限性，是發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)、推動(dòng) 其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的另一重要途徑。借鑒現(xiàn)代切削加工技術(shù)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，可在機(jī)床主要 的加工成形運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)上引人圓周運(yùn)動(dòng)，特別是采用多軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)與多種直線運(yùn)動(dòng) 協(xié)調(diào)組合成多種復(fù)合運(yùn)動(dòng)方式，以適應(yīng)不同種類工件的加工要求，擴(kuò)大電火花成 形加工的加工范圍，提高其在精密加工方面的比較優(yōu)勢(shì)和技術(shù)效益。目前，國(guó)內(nèi)外許多電火花成形加工機(jī)床在運(yùn)動(dòng)方式上作了一些改進(jìn)，如瑞士阿奇公司生產(chǎn)的AGIF MONDO S

29、TAR20(50)機(jī)床擁有EQUIMODE功能，能實(shí)現(xiàn)空間任何方向的 半球平動(dòng)，這種平動(dòng)功能在實(shí)際加工中具有很高實(shí)用價(jià)值。但目前電火花成形加工機(jī)床增設(shè)的運(yùn)動(dòng)方式還較為單一，應(yīng)用范圍有限。電火花成形加工要在加工精 度、加工效率、加工范圍等方面取得重大突破，一個(gè)重要的發(fā)展方向就是對(duì)機(jī)床 成形運(yùn)動(dòng)方式的創(chuàng)新和多樣化。最近，日本東京大學(xué)余組元博士、增澤隆久教授 等提出了電極等損耗概念，即通過(guò)對(duì)加工路徑的合理規(guī)劃，可使電極損耗處于等 損耗狀態(tài)，從而使電極損耗的補(bǔ)償變得極為簡(jiǎn)單。這一概念的提出為電火花成形 加工運(yùn)動(dòng)方式的改進(jìn)提供了必要的理論依據(jù)。當(dāng)然，由此產(chǎn)生的機(jī)床結(jié)構(gòu)改變及其相關(guān)技術(shù)理論的研究還需進(jìn)一步

30、深入與完善，甚至有可能發(fā)展出一種全新的加 工理論。止匕外，機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須充分考慮環(huán)境保護(hù)以及人一機(jī)協(xié)調(diào)性，借助 先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和手段(如CAD、有限元分析等)對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面優(yōu)化設(shè)計(jì)，-11 - 充分提高機(jī)床結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性和合理性。3.3電火花成形加工工藝的發(fā)展趨勢(shì)通過(guò)對(duì)電火花成形加工機(jī)理的研究，進(jìn)一步揭示放電過(guò)程的內(nèi)在規(guī)律，并以 此為指導(dǎo)，推動(dòng)電火花成形加工工藝向高效率、高精度、低損耗方向發(fā)展，同時(shí) 還應(yīng)注意微細(xì)化加工方面的發(fā)展。(1)加工過(guò)程的高效化加工過(guò)程的高效化不僅體現(xiàn)在通過(guò)改進(jìn)電火花加工伺服系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、工 作液系統(tǒng)、機(jī)床結(jié)構(gòu)等，減少上述因素對(duì)電火花成形加工效率的影響，在保

31、證加工精度的前提下提高粗、精加工效率，同時(shí)還應(yīng)盡量減少輔助時(shí)間 (如編程時(shí)間、 電極與工件定位時(shí)間、維修時(shí)間等)，這就需要增強(qiáng)機(jī)床的自動(dòng)編程功能，擴(kuò)展 機(jī)床的在線后臺(tái)編程能力，改進(jìn)和開(kāi)發(fā)適用的電極與工件定位裝置；在機(jī)床維護(hù)方面，應(yīng)增強(qiáng)機(jī)床的多媒體功能和在線幫助功能， 對(duì)于常見(jiàn)故障，操作人員可直 接根據(jù)計(jì)算機(jī)提示實(shí)現(xiàn)故障排除，同時(shí)這也有利于增強(qiáng)機(jī)床的可操作性和操作人 員的操作技能。(2)加工過(guò)程的精密化通過(guò)采用一系列先進(jìn)加工技術(shù)和工藝方法，目前電火花成形加工精度已有全面提高，有的已可達(dá)到鏡面加工水平。但從總體來(lái)看，先進(jìn)技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的 應(yīng)用還不夠成熟和廣泛，因此有必要全面推動(dòng)已有先進(jìn)技術(shù)的進(jìn)一

32、步完善及向產(chǎn) 業(yè)化方向發(fā)展。在保證加工速度、加工成本的前提下，使電火花成形加工的精度 水平進(jìn)一步提高，使電火花成形加工成為一些主要零件、關(guān)鍵零件的最終加工方 式。同時(shí)，對(duì)加工精度的衡量不能僅僅局限于工件的尺寸精度和表面粗糙度，還應(yīng)包括型面的幾何精度、變質(zhì)層厚度以及微觀裂紋、氧化、銹蝕等。(3)加工過(guò)程的微細(xì)化電火花成形加工的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域是窄槽、深腔、微細(xì)零件的加工，因此 加工過(guò)程的微細(xì)化是今后一個(gè)重要的發(fā)展方向。電火花微細(xì)加工機(jī)理與常規(guī)電火 花成形加工相同，但有自身的工藝特點(diǎn)：每個(gè)脈沖的放電能量很小，工作液循環(huán) 困難，穩(wěn)定的放電間隙范圍小等?；谶@些工藝特點(diǎn)，微細(xì)電火花成形加工的加 工裝置

33、、工作液循環(huán)系統(tǒng)、電極制備等必然與常規(guī)電火花成形加工有很大區(qū)別。 因此，需要重點(diǎn)研究非機(jī)械作用力及其干擾對(duì)加工過(guò)程的影響等，進(jìn)一步提高加-12 - 工效率、加工精度及加工過(guò)程的穩(wěn)定性。(4)應(yīng)用范圍的擴(kuò)大目前，電火花成形加工不僅可加工各種導(dǎo)電金屬材料和復(fù)雜型腔，還能實(shí)現(xiàn) 對(duì)半導(dǎo)體材料、非導(dǎo)電材料的加工，并取得了較好的加工效果。同時(shí)，電極材料 的種類也不斷增多。這方面的主要發(fā)展趨勢(shì)為：進(jìn)一步研究半導(dǎo)體材料、非導(dǎo)電 材料的放電加工機(jī)理，促進(jìn)其加工效率、加工精度、加工過(guò)程穩(wěn)定性的提高，擴(kuò) 大可加工材料的范圍；除加工復(fù)雜型腔外，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)三維型腔、復(fù)雜型面的 加工；研制性能優(yōu)越的新型電極材料。3.4

34、電火花成形加工數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的核心部分，其性能的提高不僅可直接改善加工效率、 加工精度和加工穩(wěn)定性，同時(shí)也是擴(kuò)大加工范圍、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜精密加工的重要途徑。 先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用可為電火花成形加工帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的發(fā)展前 景，已成為衡量電火花成形加工技術(shù)水平的重要標(biāo)志。電火花成形加工在數(shù)控系 統(tǒng)方面的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾方面：(1)建立基于PC機(jī)的開(kāi)放式數(shù)控體系具有開(kāi)放性的數(shù)控體系是當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展主流，而PC機(jī)自身的特點(diǎn)決定了它是一種標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。PC機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及性能價(jià)格比的不斷提高為數(shù)控系統(tǒng)提供了優(yōu)越的軟硬件平臺(tái)、 更友好的人機(jī)接口和在線實(shí)時(shí)控制

35、功能。與以前的數(shù)控系統(tǒng)相比，基于 PC機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)： 系統(tǒng)具有更高的集成度和可靠性；資源豐富，適于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)； 控制功能強(qiáng)大，形式多樣，可實(shí)現(xiàn)多機(jī)控制、多目標(biāo)控制；系統(tǒng)具有更高柔性。目前應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的基于PC機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)多為專 用型結(jié)構(gòu)，雖具有結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、技術(shù)較成熟、開(kāi)發(fā)成本較低等優(yōu)點(diǎn)，但 隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，其軟、硬件具有封閉性的缺點(diǎn)愈益明顯。例如， 這種結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)很難及時(shí)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)的最新成果；不同系統(tǒng)之 間很難相互兼容；用戶不易增設(shè)或改進(jìn)適合自身實(shí)際的專用功能；PC機(jī)資源利用率低，難以完全發(fā)揮PC機(jī)的優(yōu)勢(shì)；控制系統(tǒng)功能不完善等。針 對(duì)上述缺陷，建立基于PC機(jī)的電火花成

36、形加工數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)將重點(diǎn)放在以-13 -下幾方面：模塊化系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)開(kāi)放性數(shù)控體系的統(tǒng)一規(guī)則建立模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)電火花成形加工的系統(tǒng)研究，精選必要的功能，擴(kuò)充可選功能，剔除不必要的功能。同時(shí) 各模塊應(yīng)具有標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用程序接口， 不同的模塊可運(yùn)行于不同的系統(tǒng)平臺(tái)， 相 互之間應(yīng)具有協(xié)調(diào)工作的能力?？s放性 用戶可根據(jù)自己的加工要求，通過(guò)增添、剔除特定的功能模塊， 實(shí)現(xiàn)用戶的“專用系統(tǒng)”?；Q性具有相似功能及可靠性水平的模塊之間可以相互替換。充分利用PC機(jī)資源來(lái)開(kāi)發(fā)性能優(yōu)異的數(shù)控系統(tǒng)將是電火花成形加工的一個(gè) 重要發(fā)展趨勢(shì)。(2)實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程控制的智能化提高電火花成形加工過(guò)程的自動(dòng)化是該加工技術(shù)發(fā)

37、展的必然趨勢(shì)。由于電火花成形加工是在復(fù)雜環(huán)境下基于復(fù)雜任務(wù)對(duì)復(fù)雜對(duì)象的控制，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)已 不能滿足自動(dòng)化加工的要求，因此需要建立多輸入、多輸出的控制系統(tǒng)，智能控 制將是解決此類復(fù)雜問(wèn)題的有效途徑。智能控制系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)功能， 能自主調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)、參數(shù)和方法，進(jìn)行決策規(guī)劃和廣義問(wèn)題求解。 它就 如同一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的操作者，可通過(guò)對(duì)加工信息的定性刻劃，模擬熟練操作者的思 維方式，根據(jù)當(dāng)前的加工狀態(tài)調(diào)整加工參數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)提高加工效率、加工精度、 加工過(guò)程穩(wěn)定性以及簡(jiǎn)化操作過(guò)程， 拓寬加工范圍的目的。加工過(guò)程的智能控制 主要包括三方面內(nèi)容：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；模糊控制；專家系統(tǒng)。雖然智能控

38、制系統(tǒng)在電火花成形加工中得到了大量應(yīng)用，但仍有許多不完善之處，主要需解決以下問(wèn)題：根據(jù)不同加工要求確定工具電極與工件加工表面之間的合理間隙和合 理加工參數(shù)；開(kāi)發(fā)能根據(jù)加工過(guò)程中間隙狀態(tài)的改變而自適應(yīng)變化的脈沖電源；-14 -工作液的合理選用及其對(duì)加工過(guò)程的影響；降低各種干擾對(duì)加工過(guò)程的影響。針對(duì)以上問(wèn)題，電火花成形加工智 能控制系統(tǒng)應(yīng)重點(diǎn)研究和應(yīng)用以下技術(shù)：專家系統(tǒng)的應(yīng)用由于電火花成形加工的復(fù)雜性，操作人員需要熟練掌握數(shù)控編程技術(shù)、加工 規(guī)準(zhǔn)選擇、電極損耗補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)和相關(guān)知識(shí)，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)的欠缺都將造成 加工過(guò)程的缺陷或失敗。采用專家系統(tǒng)可以較好解決這一問(wèn)題。 專家系統(tǒng)的建立 及功能的完善

39、需要根據(jù)電火花成形加工的特點(diǎn)，結(jié)合多年來(lái)的試驗(yàn)研究成果及實(shí) 際操作經(jīng)驗(yàn)，不斷充實(shí)、改進(jìn)專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)，細(xì)化推理過(guò)程，建立良好的人機(jī) 接口，從而根據(jù)不同的加工要求，實(shí)現(xiàn)加工參數(shù)優(yōu)化及加工過(guò)程中的在線實(shí)時(shí)調(diào) 整，達(dá)到降低操作難度、實(shí)現(xiàn)高效率、高精度和穩(wěn)定加工的目的。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用雖然專家系統(tǒng)可使計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)具有類似人類專家的解決問(wèn)題的能力，但其在知識(shí)的獲取方面存在困難，自學(xué)能力差。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種通過(guò)利用計(jì)算 機(jī)對(duì)人類大腦功能進(jìn)行抽象、簡(jiǎn)化和模擬而建立的高度非線性系統(tǒng)， 它具有自組 織、自學(xué)習(xí)、容錯(cuò)性和并行處理信息的能力，特別適合處理復(fù)雜問(wèn)題，是對(duì)專家 系統(tǒng)的有力補(bǔ)充。目前，人工神經(jīng)網(wǎng)

40、絡(luò)技術(shù)已有多種不同的結(jié)構(gòu)模型， 今后應(yīng)將 多種結(jié)構(gòu)模型合理結(jié)合，充分發(fā)揮人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的自身優(yōu)勢(shì)，與專家系統(tǒng)、 模糊控制技術(shù)互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，提高對(duì)放電狀態(tài)、加工效率、放電位置等的預(yù)測(cè)精 度，提高在線實(shí)時(shí)控制效果，推動(dòng)電火花成形加工過(guò)程控制向更高層次發(fā)展。模糊控制技術(shù)的應(yīng)用模糊控制技術(shù)是在模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量及模糊邏輯推理技術(shù)的基礎(chǔ)上 發(fā)展起來(lái)的先進(jìn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，通過(guò)輸入少量參數(shù)，模糊控制系統(tǒng)即可自動(dòng)選 擇最優(yōu)參數(shù)，自動(dòng)監(jiān)控加工過(guò)程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、最優(yōu)化控制。止匕外，將自適應(yīng)和 學(xué)習(xí)能力引人模糊控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)模糊控制規(guī)則、隸屬函數(shù)和模糊量化在控 制中的自動(dòng)調(diào)整和完善。由于電火花成形加工機(jī)理尚未得到充分認(rèn)識(shí)， 因此模糊 控制技術(shù)在電火花成形加工中的應(yīng)用還存在許多不完善之處，需要進(jìn)一步深人研究，如：模糊集合隸屬函數(shù)的求取、模糊控制參數(shù)調(diào)整的優(yōu)化方法、用模糊方法 對(duì)加工狀態(tài)建模、模糊預(yù)測(cè)的設(shè)計(jì)、運(yùn)算速度的提高等。有必要進(jìn)一步完善模糊-15 - 控制與自適應(yīng)控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)的結(jié)合，充分發(fā)揮各種控制方法的 優(yōu)勢(shì)，以解決上述難題，實(shí)現(xiàn)高效率、高精度、低損耗、穩(wěn)定的加工過(guò)程控制。為了緊跟先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展步