電火花成形加工技術的現狀與發展趨勢作者：SherryL.Baranek來源：MM現代制造一、引言作為先進制造技術的一個重要分支，特種加工技術，尤其是電火花加工技術，自20世紀40年代開創以來，歷經半個多世紀的發展，已成為先進制造技術領域不可或缺的重要組成部分。尤其是進人20世紀90年代后，隨著信息技術、網絡技術、航空和航天技術、材料科學技術等高新技術的發展，電火花成形加工技術也朝著更深層次、更高水平的方向發展。雖然一些傳統加工技術通過自身的不斷更新發展以及與其它相關技術的融合，在一些難加工材料加工領域（尤其在模具加工領域）表現出了加工效率高等優勢，但這些技術的應用沒有也不可能完全取代電火花成形加工技術在難加工材料、復雜型面、模具等加工領域中的地位。相反，電火花成形加工技術通過借鑒其它加工技術的發展經驗，正不斷向微細化、高效化、精密化、自動化、智能化等方向發展。二、電火花成形加工技術的發展現狀目前，在電火花加工基礎理論研究領域，由于放電過程本身的復雜性、隨機性以及研究手段缺乏創新性，迄今尚未取得突破性進展。但在加工工藝和控制理論研究領域，由于研究成果可直接應用于生產實踐，因此已成為目前電火花成形加工技術研究中較為活躍的領域，其研究熱點主要集中在高效加工技術、高精密加工技術（如鏡面加工技術）、低損耗加工技術、微細加工技術、非導電材料加工技術、電火花表面處理技術、智能控制技術（如人工神經網絡技術、模糊控制技術、專家系統等）以及操作安全、環境保護等方面。在工藝設備開發方面，目前的新型電火花成形加工機床在加工功能、加工精度、自動化程度、可靠性等方面已全面改善，許多機床已具備了在線檢測、智能控制、模塊化等功能，已不再是傳統意義上的特種加工機床，而更像切削加工中的數控機床甚至加工中心。三、電火花成形加工技術的發展趨勢先進制造技術的快速發展和制造業市場競爭的加劇對電火花成形加工技術提出了更（譯文）1高要求，同時也為電火花成形加工技術加工理論的研究和工藝開發、設備更新提供了新的動力。今后電火花成形加工的加工對象應主要面向傳統切削加工不易實現的難加工材料、復雜型面等加工，其中精細加工、精密加工、窄槽加工、深腔加工等將成為發展重點。同時，還應注意與其它特種加工技術或傳統切削加工技術的復合應用，充分發揮各種加工方法在難加工材料加工中的優勢，取得聯合增值效應。相對于切削加工技術而言，電火花成形加工技術仍是一門較年輕的技術，因此在今后的發展中，應借鑒切削加工技術發展過程中取得的經驗與成果，根據電火花成形加工自身的技術特點，選用適當的加工理論、控制原理和工藝方法，并在己有成果的基礎上不斷完善、創新。電火花成形加工機床向數控化方向發展的趨勢已不可逆轉，但應注意不可盲目追求“大而全”，應以市場為導向，建立具有開放性的數控體系。總體而言，電火花成形加工技術今后的發展趨勢應是高效率、高精度、低損耗、微細化、自動化、安全、環保等。1電火花成形加工理論的發展趨勢近年來，電火花成形加工的基礎理論研究尚未取得實質性進展，雖然一些學者對加工過程的放電痕跡、材料蝕除原理等提出了一些新看法，但在電火花加工機理研究方面并未取得重大突破。較為活躍的研究領域主要集中在加工工藝理論和控制理論方面。在加工工藝理論研究方面，研究熱點主要是如何提高電火花成形加工的表面質量和加工速度，降低損耗，拓展電火花加工的范圍，以及探索復雜、微細結構的加工方法等。通過將研究成果應用于生產實踐，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。國內外生產的新型電火花成形加工機床大多采用了智能控制技術，此項技術的應用使機床操作更容易，對操作人員要求更低。同時，智能控制系統具有自學習能力，可在線自動監測、調整加工過程，以實現加工過程的最優化控制。雖然電火花成形加工的理論研究在基礎理論、加工工藝理論、控制理論等方面都有一定發展和提高，但加工工藝理論、控制理論要得到更進一步全面發展，就必須在整個放電過程機理的研究上有所突破。因此，電火花成形加工理論研究的發展趨勢將是在進一步探討加工工藝理論和控制理論，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，重點研究放電過程的機理。電火花成形加工機理研究未取得突破性進展的主要原因除放電過程本身的復雜性、隨機性外，還由于研究方法及手段缺乏創新性。因此，有必要借鑒其它研究領域的成功2經驗，引人先進的研究方法和試驗技術，克服傳統研究方法的局限性、深人剖析和揭示整個放電過程的內在本質，建立可客觀反映放電過程規律的理論模型，以指導電火花成形加工工藝理論和控制理論的研究，而計算機仿真技術可能是實現這一過程的有效工具。2電火花成形加工設備結構的改進借鑒現代切削加工機床的發展經驗，電火花成形加工設備向數控化方向發展是一個不可逆轉的趨勢。一方面應以高精度、高速度、自動化為追求目標，以技術優勢占領市場；另一方面應充分考慮設備的性能價格比，通過對機床功能的合理定位，進行結構改進和模塊化設計，采用開放性的數控系統，提高機床設計的合理性，以最低的價格和足夠的功能向用戶提供可滿足不同加工需要的各類電火花成形加工機床。受現代切削加工技術發展的沖擊，以前適合采用電火花加工的一部分加工領域已逐步為切削加工方式所替代。但是，現代科技的發展對零件的制造精度提出了更高要求，各種高性能材料的應用日益廣泛，同時，一些零件結構趨于復雜化、微型化、薄型化，這都使切削加工技術在某些加工領域的應用受到限制，而這些恰好是電火花成形加工的技術優勢，也是其具有生存空間和發展潛力的現實依據。為全面推動電火花成形加工設備的技術進步，在采用先進控制系統的同時，機床結構的設計也需要進一步完善，其主要發展方向表現在以下兩方面：（1）直線伺服系統的應用電火花成形加工設備采用直線電機伺服系統可使加工性能獲得明顯改善，具體表現為：可實現軸的直接直線運動，省去絲杠一螺母傳動環節，從而保證軸的高速運動；采用直線電機與滑板一體化結構，可消除滑板與電機之間因存在中間環節而引起的機械響應滯后現象，提高系統的靈敏度，縮短動態響應時間，保證加工過程的穩定性；直線電機伺服系統的運動方式決定了其位置檢測環節必須采用直線位置反饋元件，實現無中間環節的直接位置檢測，從而構成一個全閉環系統，保證加工過程的高精度及精度保持性。目前，直線伺服系統的應用在深窄、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優勢。但是，這些技術優勢要真正實現，除需結合電火花成形加工放電過程特性，解決直線伺服系統本身的技術難題外，還必須解決一系列與直線伺服系統配套的相關技術，如直線運動系統的動力平衡、工作臺的結構改進等。3（2）機床運動方式的改進突破現有電火花成形加工機床運動方式的局限性，是發揮其技術優勢、推動其產業發展的另一重要途徑。借鑒現代切削加工技術的發展經驗，可在機床主要的加工成形運動基礎上引人圓周運動，特別是采用多軸回轉系統與多種直線運動協調組合成多種復合運動方式，以適應不同種類工件的加工要求，擴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勢和技術效益。目前，許多電火花成形加工機床在運動方式上作了一些改進，如瑞士阿奇公司生產的AGIFMONDOSTAR20（50）機床擁有EQUIMODE功能，能實現空間任何方向的半球平動，這種平動功能在實際加工中具有很高實用價值。但目前電火花成形加工機床增設的運動方式還較為單一，應用范圍有限。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，一個重要的發展方向就是對機床成形運動方式的創新和多樣化。最近，日本東京大學余組元博士、增澤隆久教授等提出了電極等損耗概念，即通過對加工路徑的合理規劃，可使電極損耗處于等損耗狀態，從而使電極損耗的補償變得極為簡單。這一概念的提出為電火花成形加工運動方式的改進提供了必要的理論依據。當然，由此產生的機床結構改變及其相關技術理論的研究還需進一步深人與完善，甚至有可能發展出一種全新的加工理論。此外，機床的整體結構設計必須充分考慮環境保護以及人一機協調性，借助先進的設計方法和手段（如CAD、有限元分析等）對機床結構進行全面優化設計，充分提高機床結構的先進性和合理性。3電火花成形加工工藝的發展趨勢通過對電火花成形加工機理的研究，進一步揭示放電過程的內在規律，并以此為指導，推動電火花成形加工工藝向高效率、高精度、低損耗方向發展，同時還應注意微細化加工方面的發展。（1）加工過程的高效化加工過程的高效化不僅體現在通過改進電火花加工伺服系統、控制系統、工作液系統、機床結