數(shù)控線切割中走絲與慢走絲加工的發(fā)展現(xiàn)狀阻礙竟是它

數(shù)控線切割中走絲與慢走絲加工的發(fā)展現(xiàn)狀分析由中國(guó)機(jī)電產(chǎn)品交易網(wǎng)（簡(jiǎn)稱中國(guó)機(jī)電網(wǎng)）于2016年12月2日整理發(fā)布，通俗地來說，數(shù)控線切割加工包括線切割中走絲加工與線切割慢走絲加工與線切割快走絲加工，它們廣泛應(yīng)用于模具制造行業(yè)。這兩種技術(shù)的加工效率、切割精度以及表面質(zhì)量等目前是什么發(fā)展?fàn)顩r呢？

快走絲加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

快走絲加工機(jī)床是我國(guó)獨(dú)創(chuàng)的電加工機(jī)床，經(jīng)過幾十年的不斷完善和發(fā)展，現(xiàn)已成為制造業(yè)中的一種重要加工手段。可滿足中、低檔模具加工和其他復(fù)雜零件制造的要求，在中低檔市場(chǎng)中占有相當(dāng)?shù)姆至俊?/p>

快走絲加工機(jī)床最大的優(yōu)勢(shì)在于擁有良好的性能價(jià)格比。由于它的實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性，所以在國(guó)內(nèi)有較大的市場(chǎng)。傳統(tǒng)快走絲加工采用一次切割的工藝，加工效率在40 ㎜2/min左右，表面粗糙度在Ra3.0μm左右，表面有較明顯的線紋，加工精度在0.02㎜左右。

為改善加工品質(zhì)，快走絲加工機(jī)床制造廠家參照多次切割工藝，改進(jìn)了機(jī)床的相關(guān)部件，出現(xiàn)了所謂的“中走絲機(jī)床”。機(jī)床的數(shù)控精度、脈沖電源、走絲系統(tǒng)、工藝數(shù)據(jù)庫等大量的工藝技術(shù)方面有了較大的提高。提高了加工精度，改善了表面質(zhì)量。

目前中走絲加工機(jī)床的技術(shù)指標(biāo)：進(jìn)行一次切割的效率180㎜2/min，多次切割后的表面粗糙度為Ra≤1.0μm，此時(shí)的平均效率為50㎜2/min，加工表面光澤無明顯切割條紋，加工精度0.01㎜，電極絲損耗≤0. 01 ㎜ /20 萬㎜2 。這些性能指標(biāo)看起來已經(jīng)比較不錯(cuò)，但需要注意的是，獲得這些指標(biāo)需要保證好各個(gè)環(huán)節(jié)，一旦有出入，比如工作液的濃度、電極絲的損耗發(fā)生變化，就會(huì)影響加工質(zhì)量的穩(wěn)定性。

生產(chǎn)中走絲機(jī)床的典型廠家有蘇州三光、北京安德、上海特略、蘇州寶瑪、蘇州新火花、上海大量、溫州三奇等。

慢走絲加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命沖壓模具制造精度及表面質(zhì)量要求的不斷提高，快走絲加工技術(shù)已不能適應(yīng)精密模具的制造要求，這種現(xiàn)狀促進(jìn)了慢走絲加工技術(shù)的迅速發(fā)展，其各方面工藝指標(biāo)已達(dá)到了相當(dāng)高的水平，是其它加工技術(shù)不可替代的。

1. 慢走絲加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

（1）加工精度提高

多次切割技術(shù)是提高慢走絲加工精度及表面質(zhì)量的根本手段。一般是通過一次切割成形，二次切割提高精度，三次以上切割提高表面質(zhì)量。

由于在切割拐角時(shí)電極絲的滯后，會(huì)造成角部塌陷。為了提高拐角切割精度，采取了更多的動(dòng)態(tài)拐角處理策略。如：改變走絲路徑、改變加工速度（薄板）、自動(dòng)調(diào)節(jié)水壓、控制加工能量等。

先進(jìn)的慢走絲加工機(jī)床采用的高精度精加工回路，是提高加工工件平直度的有效技術(shù)，使厚件加工的精度得到顯著提高；為了進(jìn)行小圓角、窄縫、窄槽及微細(xì)零件的微精加工，頂尖的數(shù)控低速走絲電火花線切割機(jī)床可以采用0.02～0.03 ㎜的電極絲進(jìn)行切割。

為了保證高精度的加工，機(jī)床的機(jī)械精度、脈沖電源精度、伺服控制精度（包括對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)、脈沖參數(shù)、走絲系統(tǒng)和工作液系統(tǒng)的控制）都已達(dá)到極高的水準(zhǔn)。采用水溫冷卻裝置，使機(jī)床內(nèi)部溫度與水溫相同，減小了機(jī)床的熱變形；采用閉環(huán)數(shù)字交(直)流伺服控制系統(tǒng)，確保優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能和高定位精度，加工精度可控制在若干微米以內(nèi)，精密定位可實(shí)現(xiàn)0.1μm當(dāng)量的控制；采用浸入式加工，降低工件熱變形；電機(jī)伺服，閉環(huán)電極絲張力控制；采用電壓調(diào)制對(duì)刀電源實(shí)現(xiàn)高精度對(duì)刀，對(duì)刀精度可達(dá)0.002 ㎜，不損傷工件，不論干濕。

（2）表面質(zhì)量日臻完善

先進(jìn)的慢走絲加工機(jī)床采用平均電壓為零的無防電解脈沖電源，電解的破壞已降到最低程度。此外，由于脈沖電源的改進(jìn)，普遍采用高峰值，窄脈寬（微秒級(jí)），材料大多數(shù)為氣相拋出，帶走了大量的熱，工件表面溫度就上不去，開裂的現(xiàn)象大為減少；不僅加工效率高，而且使表面質(zhì)量大大提高。采用無電解電源進(jìn)行電火花線切割加工，可使表面變質(zhì)層控制在2μm以下。切割的硬質(zhì)合金沖模刃口的耐磨性和磨削沒有什么不同，甚至優(yōu)于機(jī)械磨削加工，越來越多的零件加工“以割代磨”。下圖是使用傳統(tǒng)脈沖電源（圖左）與無電解脈沖電源（圖右）加工表面質(zhì)量的對(duì)比。

（3）加工效率提升

由于納秒級(jí)大峰值電流脈沖電源技術(shù)及檢測(cè)、控制、抗干擾技術(shù)的發(fā)展，慢走絲加工機(jī)床的加工效率也在不斷提高，當(dāng)前先進(jìn)的慢走絲加工機(jī)床的最高加工效率可達(dá)500㎜2/min。較大厚度工件的加工效率有實(shí)際意義的技術(shù)提升，如切割300 ㎜厚的工件時(shí)，加工效率可達(dá)170㎜2/min。對(duì)于厚度變化工件的加工，通過自動(dòng)檢測(cè)加工件的厚度，自動(dòng)調(diào)整加工參數(shù)，防止斷絲，達(dá)到該狀態(tài)的最高加工效率。

另外，先進(jìn)慢走絲加工機(jī)床推出的快速自動(dòng)穿絲技術(shù)，自動(dòng)穿絲時(shí)間＜15 s提高了加工操作的效率；推出的雙絲自動(dòng)交換技術(shù)，能采用0.20～0.02 ㎜的電極絲自動(dòng)進(jìn)行雙絲切換加工。采用粗絲進(jìn)行第一次切割，一般絲徑為0.25 ㎜，以提高加工效率，并可無芯切割；然后采用細(xì)絲進(jìn)行修整，一般采用0.10 ㎜的細(xì)絲，切割出小圓角，并可提高精度，總體可節(jié)省30%～50%的切割時(shí)間。

（4）自動(dòng)化、智能化及信息化的發(fā)展

加工過程中，為了減少人的干預(yù)，保證達(dá)到預(yù)期的工藝指標(biāo)，慢走絲加工的自動(dòng)化、智能化及信息化取得了相應(yīng)的發(fā)展。

慢走絲加工機(jī)床完備的工藝專家系統(tǒng)按加工要求給出成套參數(shù)。不僅包括常用電極絲牌號(hào)和相應(yīng)的工件材料，還提供了如PCD、PCBN等特殊材料的加工參數(shù)，可依據(jù)上下噴嘴是否與工件接觸，距離多大，是在切風(fēng)中精修，還是敞開面精修，精度、表面粗糙度和效率哪一項(xiàng)優(yōu)先的加工策略來生成各自的規(guī)準(zhǔn)；放電專家系統(tǒng)應(yīng)付切割中的隨機(jī)因素，在切入、切出、截面變化、中心切割、接近邊緣切割、大截面高速切割等情況下，在加工過程中運(yùn)用自適應(yīng)控制策略及自動(dòng)化控制功能，得到不斷絲穩(wěn)定高效加工。

自動(dòng)無孔探測(cè)功能也很實(shí)用，自動(dòng)跳步加工時(shí)，如果預(yù)孔被忘記打出或孔位偏移，機(jī)床就會(huì)自動(dòng)移到下一個(gè)預(yù)孔上，這樣可防止在無人操作加工時(shí)停機(jī)，在穿好絲之后發(fā)生短路時(shí)，可自動(dòng)搜尋消除短路的位置，提高了連續(xù)無人操作運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。

機(jī)床的CNC系統(tǒng)配以標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)械接口，組成智能化的制造系統(tǒng)，通過3R系統(tǒng)或EROWA系統(tǒng)的機(jī)械手，可方便地實(shí)現(xiàn)工件（托盤）的自動(dòng)交換，配以專家系統(tǒng)及電極絲自動(dòng)交換技術(shù)，可以自動(dòng)完成全部加工過程。

2. 各檔次慢走絲加工機(jī)床的技術(shù)水平

可將慢走絲加工機(jī)床分為頂級(jí)、高檔、中檔、入門四個(gè)檔次。生產(chǎn)慢走絲機(jī)床的典型廠家有瑞士GF加工方案、日本牧野、日本三菱、日本沙迪克、日本西部、日本法蘭克等。

（1）頂級(jí)線切割慢走絲加工機(jī)床

這種慢走絲加工機(jī)床代表了目前的最高水平，主要由瑞士、日本制造。這類機(jī)床的加工精度能保證在±0.002 ㎜以內(nèi)，最高加工效率可達(dá)400～500㎜2/min，表面粗糙度可達(dá)Ra0.05μm，具有完美的加工表面質(zhì)量，表面幾乎無變質(zhì)層，能使用Φ0.02 ㎜的電極絲進(jìn)行微精加工，主機(jī)大都具有熱平衡系統(tǒng)，一些機(jī)床采用在油中進(jìn)行切割加工。這類機(jī)床功能齊全，自動(dòng)化程度高，可以直接完成模具的精密加工，所加工的模具壽命已達(dá)到機(jī)械磨削水平。

（2）高檔線切割慢走絲加工機(jī)床

這類機(jī)床基本上由瑞士和日本公司生產(chǎn)，具有自動(dòng)穿絲功能，無電阻防電解電源，整體熱恒定系統(tǒng)，能采用Φ0.07 ㎜的電極 絲進(jìn)行切割，精度在±0.003 ㎜左右，最高加工效率能達(dá)300㎜2/min以上，表面粗糙度能達(dá)到Ra<0.2μm，具有適時(shí)檢測(cè)工件截面變化、實(shí)時(shí)優(yōu)化放電功率功能。這類機(jī)床也廣泛用于精密沖壓模加工。

（3）中檔線切割慢走絲加工機(jī)床

這檔機(jī)床一般由瑞士和日本公司在中國(guó)的制造工廠生產(chǎn)，一些臺(tái)灣機(jī)的技術(shù)水準(zhǔn)也能達(dá)到這個(gè)檔次，其配置和性能滿足了國(guó)內(nèi)大多數(shù)精密線切割加工的要求。一般都采用無電阻防電解電源，具有浸水式加工、錐度切割功能。實(shí)用的最高加工效率為150～200 ㎜2/min，最佳表面粗糙度達(dá)Ra＜0.4μm，切割精度可達(dá)±0.005㎜，一般采用Φ0.1㎜及以上的電極絲進(jìn)行切割，配備的防撞保護(hù)系統(tǒng)可避免由編程錯(cuò)誤或誤操作引起的碰撞受損，配備或者可選配自動(dòng)穿絲機(jī)構(gòu)。

（4）入門級(jí)線切割慢走絲加工機(jī)床

這檔機(jī)床一般是臺(tái)灣機(jī)床或者國(guó)內(nèi)自主研發(fā)生產(chǎn)的機(jī)床，其配置和性能滿足國(guó)內(nèi)普通模具與零件的加工要求。一般多使用切一修一，切一修二的工藝，能穩(wěn)定達(dá)到表面光潔度在Ra0.8μm左右，加工精度在±0.008㎜，大多只能使用0.15mm及以上的電極絲進(jìn)行切割，加工的表面微細(xì)組織、拐角與先進(jìn)的機(jī)床有一定的差距。

總的來說，線切割慢走絲加工機(jī)床與線切割快走絲加工機(jī)床相比，在加工效率、精度、表面質(zhì)量等方面都具有非常明顯的優(yōu)越性。雖然慢走絲加工機(jī)床的價(jià)格較貴，但隨著制造業(yè)的高速發(fā)展，它將會(huì)被越來越多地應(yīng)用于各加工領(lǐng)域。