1、電火花加工間隙的自動進給調節方法研究趨勢及現狀李松 機制1303言： 電火花線切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，簡稱WEDM），有時又稱線切割。其基本工作原理是利用連續移動的細金屬絲（稱為電極絲）作電極，對工件進行脈沖火花放電蝕除金屬、切割成型。它主要用于加工各種形狀復雜和精密細小的工件，例如沖裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、樣板、電火花成型加工用的金屬電極，各種微細孔槽、窄縫、任意曲線等，具有加工余量小、加工精度高、生產周期短、制造成本低等突出優點，已在生產中獲得廣泛的應用，目前國內外的電

2、火花線切割機床已占電加工機床總數的60以上。一：電火花加工間隙 電火花加工機床放電間隙指加工時工具和工件之間產生火花放電的一層距離間隙。在加工過程中，則稱為加工間隙S，它的大小一般在0.01-0.5mm之間，粗加工時間隙較大，精加工時則較小。加工間隙又可分為端面間隙SF 和側面間隙SL。放電間隙，亦稱過切量，加工中是指脈沖放電兩極間距，實際效果反映在加工后工件尺寸的單邊擴大量。 在電火花加工的實用過程中，粗加工采用長脈沖時間和高放電電流，既體現了速度高，又體現了損耗小，反映了加工速度和工具電極損耗這一矛盾的緩解。 但是，在精加工時，矛盾激化了。為了實現小能量加工，必須大大壓縮脈沖放電時間。為達

3、到脈沖放電電流與脈沖放電時間參數組合合理，亦必須大大壓縮脈沖放電電流。這樣，不僅加大了工具電極相對損耗，又大幅度降低了加工速度。 對電火花成形加工放電間隙的定量認識是確定加工方案的基礎。其中包括工具電極形狀，尺寸設計，加工工藝步驟設計，加工規準的切換以及相應工藝措施的設計。二：電火花加工對自動進給系統的要求 (1)有較廣的速度調節跟蹤范圍在電火花加工過程中，加工規準、加工面積等條件的變化，都會影響其進給速度，調節系統應有較寬的調節范圍，以適應加工的需要。 (2)有足夠的靈敏度和快速性放電加工的頻率很高，放電間隙的狀態瞬息萬變，要求進給調節系統根據間隙狀態的微弱信號能相應地快速調節。為此，整個系

4、統的不靈敏區及慣性都應較小，遇到瞬間極間短路和開路能以較高的調節速度快速動作。 (3)有必要的穩定性電蝕速度一般不高，加工進給量也不必過大，所以應有很好的低速性能，均勻、穩定地進給，避免低速爬行，超調量要小，傳動剛度應高，傳動鏈中不得有明顯間隙，抗干擾能力要強。此外，自動進給調節系統還要求體積小，結構簡單可靠以及維修操作方便等。自動進給調節系統的種類很多，但其基本部分都是由測量、比較、放大和執行4個環節組成. (1)測量環節直接測量極間距離大小及其變化是很困難的，通常都是采用測量反映放電間隙大小及其物理狀態的電參數（極間電壓、放電電流及擊穿電壓與擊穿延時等）來實現。(2)比較環節把從測量環節得

5、來的信號與給定值進行比較，判別間隙大小及其物理狀態好壞，并以信號差值控制加工過程。(3)放大環節把經過測量比較所得的信號差值，通過信號放大器（電氣或電液壓）放大，使之具有一定的功率，以控制和帶動執行環節。(4)執行環節也稱執行機構，它根據控制信號的大小及時地進退工具電極，調節放電間隙大小，從而保證電火花加工正常進行。三：目前的自動進給調節裝置1)電液自動調節裝置 圖6-26是生產中常見的電液噴嘴擋板式自動調節裝置的工作原理圖。測量環節從放電間隙檢測出電壓，與給定值進行比較后輸出一個控制信號，再經放大后傳輸給電一機械轉換器9，該轉換器主要由動圈（控制線圈）與靜圈（激磁線圈）等組成。動圈處在靜圈磁

6、路中，與擋板一起移動，可以改變擋板與噴嘴的間隙，從而改變液壓系統中噴嘴的出油量，造成液壓缸上下油腔壓力差的變化，使電極隨活塞上下運動，達到調節放電間隙的目的。活塞處于靜止狀態，最佳放電間隙或出現短路時，電極與工件間的電壓減小，控制線圈的電流減小，擋板位置上升，上油腔壓力減小，活塞帶動電極回升。反之，則電極下降這樣，在加工過程中，自動調節系統就可以控制電極的自動回升和進給，使電極與工件之間始終保持最佳放電間隙。電液自動調節系統的性能，雖然可以滿足電火花加工的需要，但液壓部分體積大，噪聲也大，且不易穩定在某一個位置。所以，人們更重視直流力矩電動機自動調節系統的生產和應用。(2) 直流力矩電動機調節

7、裝置 是用力矩電機作為執行元件直接帶動滾珠絲杠，驅動主軸頭上下移動的。它反應速度快，靈敏度高，不靈敏區小，熱變形及噪聲小，對電火花成形加工十分有利。圖是直流力矩電動機自動調節系統原理框圖。脈沖電源將脈沖能量輸送給放電間隙，進行電火花加工。測量環節將檢測出反映間隙大小及狀態的電壓信號，并進行分壓和積分，然后傳送給比較環節與給定值進行比較，所得出的偏差信號再輸向反饋及放大環節，與測速發電機的負反饋信號進行比較，并將差值放大后輸向跟隨器環節再次大，再輸向差動放大器和功率放大環節，將信號功率放大，以控制力矩電動機進行正轉或反轉，并帶動滾珠絲杠驅動工具電極上下移動，調節極間放電間隙。四：電火花自動調節進

8、給趨勢 1) 加工工藝的高效化 加工過程的高效化 就是提高電火花加工的效率, 它不僅體現在單位 放電脈沖蝕除材料量的大小上, 而且體現在通過 改進電火花加工伺服系統、控制系統、工作液循環 系統、機床結構等對電火花加工放電效果的影響 上。電火花加工中, 在保證加工精度的前提下, 應 提高粗加工、精加工效率, 同時應減少輔助加工時 間, 包括編程時間、工件裝夾時間、維修時間等。 這就需要增強機床的自動編程能力, 改進和開發 實用的電極和工件定位裝置。在機床維修方面, 應增強機床的在線幫助功能, 采用模塊化設計, 對 于常見故障, 操作人員可直接根據計算機提示完 成故障排除。 （2) 加工工藝的精密

9、化 加工工藝的精密化 包括加工工件的尺寸精度高和表面質量好兩層含 義。提高尺寸精度的有效方法就是提高放電間隙 的穩定性和減少加工過程中的電極損耗, 實現電 極損耗的在線補償。衡量加工表面質量的參數包 括表面粗糙度、幾何精度、微觀裂紋大小、變質層 厚度等。提高加工表面質量的根本方法是減少單 個脈沖放電的蝕除量, 使火花蝕除點小而均勻。 通過采用一系列加工技術和工藝方法, 目前電火 花成形加工精度已有全面提高, 但總體看來, 先進 技術在實際生產中的應用還不夠成熟和廣泛。今 后的研究應著重于提高成形加工精度, 力爭在保 證加工速度、加工成本的前提下, 使電火花加工成 為一些主要零件的最終加工方式。

10、( 3) 加工工藝的微細化 隨著航天技術、微 機電技術和生物技術的發展, 窄槽、深孔、微細零 件的加工是電火花成形加工面臨的重要課題, 因 此, 加工工藝的微細化是今后的重要發展方向之 一。電火花微細加工機理與常規電火花成形加工 相同, 但有其自身的工藝特點。電火花微細加工 中穩定的火花放電間隙很小, 工作液循環困難, 因 此需要研究非機械作用力及其干擾對加工過程的 影響, 以進一步提高加工效率、加工精度及加工過 程的穩定性。具體研究內容包括微細電極的制作 與裝夾、高精度微進給裝置的設計制造、微能量加工電源的研制、微電極損耗的在線補償等 (4) 加工過程的自動化 為了保證加工過程 的正常穩定,

11、 提高加工效率, 首先采用了自適應控 制系統。由于電火花加工是在復雜環境下基于復 雜任務對復雜對象的控制, 自適應控制系統已不 能滿足自動化加工的要求, 因此需要建立多輸入、 多輸出的控制系統, 智能控制將是解決此類復雜 問題的有效途徑。智能控制系統具有自學習和自 適應功能, 能自主調節系統的控制結構、參數和方 法, 進行決策規劃和廣義問題求解。加工過程的 智能控制主要包括人工神經網絡、模糊控制、專家 系統等三方面內容。結束語：電火花加工技術是工業生產中很重要的一種 加工手段, 相對其他傳統加工技術而言, 其發展歷 史并不長久, 對其加工機理與適用范圍的研究還 不充分, 這給該技術的研究和發展提供了巨大空 間, 也是該技術成為目前研究熱點之一的原因。 未來幾年, 必將還會有更多新的電火花加工技術 和理論涌現。另一方面, 電火花加工技術的發展 離不開相關技術的支持, 隨著電子技術、材料技術 和計算機技術等的發展, 電火花加工技術在未來 的制造領域將發揮更大的作用。參考文