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1、电火花成形加工技术的现状与发展趋势秦勇王霖张建华张勤河霍孟友 山东大学张代林李磊摘 要 :介绍了电火花成形加工技术的发展现状 ,综合评述了电火花成形加工技术在加工理论 、 加工设备结构 的改进 、 加工工艺 、 数控系统 、 操作安全与环境保护等方面的发展趋势 。关键词 :电火花成形加工 ,发展趋势Present Status and Development Trends of EDMQin Y ongWang LinZhang J ianhuaet alAbstract : The present status of electro2discharge machining ( EDM) te
2、chnology is introduced ,and the development trends of EDM technology including its machining theory ,structure improvement of machining equipments ,machining process ,CNC system , working security and environment protection are summarized.Key words : electro2discharge machining( EDM) , development t
3、rend术领域不可或缺的重要组成部分 。尤其是进人 20 世纪 90 年代后 ,随着信息技术 网络技术 、 航空和 航天技术 、 材料科学技术等高新技术的发展 ,电火花 成 、 形加工技术也朝着更深层次 、 更高水平的方向发 展 ;虽然一些传统加工技术通过自身的不断更新发 展以及与其它相关技术的融合 ,在一些难加工材料 加工领域 (尤其在模具加工领域) 表现出了加工效率1 引言作为先进制造技术的一个重要分支 ,特种加工 技术 ,尤其是电火花加工技术 ,自 20 世纪 40 年代开 创以来 ,历经半个多世纪的发展 ,已成为先进制造技收稿日期 :2001 年 7 月(3) 机床技术随着数控系统 、
4、 关键功能部件 、网络通讯技术的完善与发展 ,多轴联动 、 多面切削的 高速加工中心 、 集铣 、 车功能为一体的复合加工中心 等先进机床技术将进一步实用化 ; 各类数控专用高效加工机床的应用将更为普遍 ; 激光技术将更为广 泛地应用于机械成形加工 、 切割加工领域 ;机床数控 系统将具有网络化通讯与生产功能 ,从而可进一步 提高数控机床的利用率 ;(4) 自动生产线技术 自动生产线将由各类高 速加工中心组成 ;柔性制造 、 敏捷制造工程技术将获 得快速发展 。(5) 测量技术 随着高速加工系统工程技术的 广泛应用 ,数字化 CCD 、 激光图形处理等先进测量技 术以及随机在线高速测量技术等将
5、广泛应用于柔性 数控生产线及数控专用高效加工机床上 。(6) 网络技术 在不断进步的计算机技术支持 下 ,将大力发展宽带网及网络安全技术 。新基金 、 国家重大科技产业工程项目等重大科技计 划 ,将有力推动我国机械制造综合技术水平的提高 。 由于高速加工技术可为机械制造企业快速响应和满 足市场需求提供强有力的技术支持 ,因此必将在国内机械制造企业中得到快速推广 。高速加工技术的 开发与应用必须集成 、 优化多种学科领域的知识实 施系统技术工程 。社会主义市场经济环境的不断完 善以及企业家对参与全球化市场竞争认识的不断深 化 ,不仅可促进企业转制和产业 、 产品结构的调整与 优化 ,同时也为高速
6、加工技术在企业中的推广应用 展现了广阔的前景 。参考文献1艾 兴 . 高速切削技术和刀具材料现状与展望 . 世界制造技术与装备市场 ,2001 (3)梁训王宣 . 机床技术发展的新动向 . 世界制造技术与装备市 场 ,2001(3) .张 曙 . 面向全球环境的制造技术. 机电一体化 ,2001 (1)张 曙 . 电子商务与企业应用集成. 机电一体化 ;2000 (4)周光召 . 关于信息科技和第三步发展战略 . 自动化信息 ,2000 (4)第一作者 :梁彦学 ,研究员级高级工程师 ,成都工具研究23456结语随着中国加入 WTO ,我国制造业融人全球化生 产制造体系的步伐正逐渐加快 ,国外
7、先进制造技术 及设备的大量引进以及国家大力实施 863 计划 、 创所 ,610056 成都市二环路东一段 16 号编辑 :张 宪22工 具 技 术高等优势 ,但这些技术的应用没有也不可能完全取 代电火花成形加工技术在难加工材料 、 复杂型面 、 模 具等加工领域中的地位 。相反 ,电火花成形加工技术通过借鉴其它加工技术的发展经验 ,正不断向微 细化 、 高效化 、 精密化 、 自动化 、 智能化等方向发展 。率 、 高精度 、 低损耗 、 微细化 、 自动化 、 安全 、 环保等 。3. 1电火花成形加工理论的发展趋势近年来 ,电火花成形加工的基础理论研究尚未 取得实质性进展 ,虽然一些学者
8、对加工过程的放电 痕迹 、 材料蚀除原理等提出了一些新看法 ,但在电火花加工机理研究方面并未取得重大突破 。较为活跃 的研究领域主要集中在加工工艺理论和控制理论方 面 。在加工工艺理论研究方面 ,研究热点主要是如 何提高电火花成形加工的表面质量和加工速度 ,降 低损耗 ,拓展电火花加工的范围 ,以及探索复杂 、 微 细结构的加工方法等 。通过将研究成果应用于生产 实践 ,全面提高了电火花成形加工的加工性能 。在控制理论研究方面 ,智能控制一直是研究重点 。国 内外生产的新型电火花成形加工机床大多采用了智 能控制技术 ,此项技术的应用使机床操作更容易 ,对 操作人员要求更低 。同时 ,智能控制系
9、统具有自学 习能力 ,可在线自动监测 、 调整加工过程 ,以实现加工过程的最优化控制 。 虽然电火花成形加工的理论研究在基础理论 、 加工工艺理论 、 控制理论等方面都有一定发展和提 高 ,但加工工艺理论 、 控制理论要得到更进一步全面 发展 ,就必须在整个放电过程机理的研究上有所突破 。因此 ,电火花成形加工理论研究的发展趋势将 是在进一步探讨加工工艺理论和控制理论 ,提高电 火花成形加工的加工性能及加工范围 ,取得更好控 制效果的同时 ,重点研究放电过程的机理 。 电火花成形加工机理研究未取得突破性进展的主要原因除放电过程本身的复杂性 、 随机性外 ,还由 于研究方法及手段缺乏创新性 。因
10、此 ,有必要借鉴 其它研究领域的成功经验 ,引入先进的研究方法和 试验技术 ,克服传统研究方法的局限性 ,深入剖析和 揭示整个放电过程的内在本质 ,建立可客观反映放电过程规律的理论模型 ,以指导电火花成形加工工 艺理论和控制理论的研究 ,而计算机仿真技术可能 是实现这一过程的有效工具 。3. 2电火花成形加工设备结构的改进借鉴现代切削加工机床的发展经验 ,电火花成 形加工设备向数控化方向发展是一个不可逆转的趋势 。一方面应以高精度 、 高速度 、 自动化为追求目 标 ,以技术优势占领市场 ;另一方面应充分考虑设备 的性能价格比 ,通过对机床功能的合理定位 ,进行结 构改进和模块化设计 ,采用开
11、放性的数控系统 ,提高 机床设计的合理性 ,以最低的价格和足够的功能向2电火花成形加工技术的发展现状目前 ,在电火花加工基础理论研究领域 ,由于放 电过程本身的复杂性 、 随机性以及研究手段缺乏创 新性 ,迄今尚未取得突破性进展 。但在加工工艺和 控制理论研究领域 ,由于研究成果可直接应用于生 产实践 ,因此已成为目前电火花成形加工技术研究 中较为活跃的领域 ,其研究热点主要集中在高效加 工技术 、 高精密加工技术 (如镜面加工技术) 、 低损耗 加工技术 、 微细加工技术 、 非导电材料加工技术 、 电 火花表面处理技术 、 智能控制技术 (如人工神经网络 技术 、 模糊控制技术 、 专家系
12、统等) 以及操作安全 、 环 境保护等方面 。在工艺设备开发方面 ,目前的新型 电火花成形加工机床在加工功能 、 加工精度 、 自动化 程度 、 可靠性等方面已全面改善 ,许多机床已具备了 在线检测 、 智能控制 、 模块化等功能 ,已不再是传统 意义上的特种加工机床 ,而更像切削加工中的数控 机床甚至加工中心 。3 电火花成形加工技术的发展趋势先进制造技术的快速发展和制造业市场竞争的 加剧对电火花成形加工技术提出了更高要求 ,同时 也为电火花成形加工技术加工理论的研究和工艺开 发 、 设备更新提供了新的动力 。今后电火花成形加 工的加工对象应主要面向传统切削加工不易实现的 难加工材料 、 复
13、杂型面等加工 ,其中精细加工 、 精密 加工 、 窄槽加工 、 深腔加工等将成为发展重点 。同 时 ,还应注意与其它特种加工技术或传统切削加工 技术的复合应用 ,充分发挥各种加工方法在难加工 材料加工中的优势 ,取得联合增值效应 。相对于切 削加工技术而言 ,电火花成形加工技术仍是一门较 年轻的技术 ,因此在今后的发展中 ,应借鉴切削加工 技术发展过程中取得的经验与成果 ,根据电火花成 形加工自身的技术特点 ,选用适当的加工理论 、 控制 原理和工艺方法 ,并在已有成果的基础上不断完善 、 创新 。电火花成形加工机床向数控化方向发展的趋 势已不可逆转 ,但应注意不可盲目追求 “大而全”,应 以
14、市场为导向 ,建立具有开放性的数控体系 。总体而 言 ,电火花成形加工技术今后的发展趋势应是高效232002 年第 36 卷 1用户提供可满足不同加工需要的各类电火花成形加 工机床 。受现代切削加工技术发展的冲击 ,以前适合采 用电火花加工的一部分加工领域已逐步为切削加工 方式所替代 。但是 ,现代科技的发展对零件的制造精度提出了更高要求 ,各种高性能材料的应用日益 广泛 ,同时 ,一些零件结构趋于复杂化 、 微型化 、 薄型 化 ,这都使切削加工技术在某些加工领域的应用受 到限制 ,而这些恰好是电火花成形加工的技术优势 ,也是其具有生存空间和发展潜力的现实依据 。 为全面推动电火花成形加工设
15、备的技术进步 , 在采用先进控制系统的同时 ,机床结构的设计也需 要进一步完善 ,其主要发展方向表现在以下两方面 :(1) 直线伺服系统的应用 电火花成形加工设备采用直线电机伺服系统可 使加工性能获得明显改善 ,具体表现为 : 可实现轴 的直接直线运动 ,省去丝杠 螺母传动环节 ,从而保 证轴的高速运动 ; 采用直线电机与滑板一体化结构 ,可消除滑板与电机之间因存在中间环节而引起 的机械响应滞后现象 ,提高系统的灵敏度 ,缩短动态 响应时间 ,保证加工过程的稳定性 ; 直线电机伺服 系统的运动方式决定了其位置检测环节必须采用直 线位置反馈元件 ,实现无中间环节的直接位置检测 ,从而构成一个全闭
16、环系统 ,保证加工过程的高精度 及精度保持性 。目前 ,直线伺服系统的应用在深窄 、 微小型腔加工及模压零件一模多腔加工方面具有明 显的技术优势 。但是 ,这些技术优势要真正实现 ,除 需结合电火花成形加工放电过程特性 ,解决直线伺服系统本身的技术难题外 ,还必须解决一系列与直 线伺服系统配套的相关技术 ,如直线运动系统的动 力平衡 、 工作台的结构改进等 。(2) 机床运动方式的改进 突破现有电火花成形加工机床运动方式的局限性 ,是发挥其技术优势 、 推动其产业发展的另一重要 途径 。借鉴现代切削加工技术的发展经验 ,可在机 床主要的加工成形运动基础上引入圆周运动 ,特别 是采用多轴回转系统与多种直线运动协调组合成多 种复合运动方式 ,以适应不同种类工件的加工要求 , 扩大电火花成形加工的加工范围 ,提高其在精
