通俗地來(lái)說(shuō)，數(shù)控線切割加工包括快（中）走絲加工與慢走絲加工，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(guò)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?/span>

 

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(kù)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(wú)明顯切割條紋，加工精度0.01㎜，電極絲損耗≤0. 01 ㎜ /20 萬(wàn)㎜2 。這些性能指標(biāo)看起來(lái)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(guò)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(wú)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(kāi)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(wú)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(méi)有什么不同，甚至優(yōu)于機(jī)械磨削加工，越來(lái)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(wú)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(guò)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(wú)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(guò)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(kāi)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(lái)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(guò)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(wú)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(wú)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(wú)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(guò)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(pán)）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(guò)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(mén)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)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(wú)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(wú)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(wú)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(mén)級(jí)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(lái)說(shuō)，慢走絲加工機(jī)床與快走絲加工機(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(lái)越多地應(yīng)用于各加工領(lǐng)域。