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淺談數(shù)控電火花線(xiàn)切割機(jī)床的國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)

國(guó)外低速走絲線(xiàn)切割機(jī)床有代表性的廠(chǎng)家主要有瑞士Charmilles公司，瑞士Agie公司，日本Sodick公司等，他們自20世紀(jì)70年代研制成功并生產(chǎn)低速走絲線(xiàn)切割機(jī)床，現(xiàn)在基本占領(lǐng)了大部分市場(chǎng)。隨著生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)﹄娀鸹ň€(xiàn)切割加工技術(shù)需求的不斷增加，近幾年來(lái)國(guó)外電火花線(xiàn)切割加工在走絲系統(tǒng)、自動(dòng)化及人工智能技術(shù)、微細(xì)電火花線(xiàn)切割加工等關(guān)鍵技術(shù)方面又取得了新的進(jìn)展。

據(jù)介紹目前低速走絲線(xiàn)切割機(jī)切割加工，zui高加工速度己達(dá)到325~350mm²/min，加工精度達(dá)±2μm，加工表面粗糙度Ra < 0.3μm。三菱電機(jī)公司稱(chēng)，在加工速度325 mm²/min時(shí)能穩(wěn)定加工；國(guó)內(nèi)低速走絲線(xiàn)切割機(jī)床加工速度與國(guó)外相比還有差距，如北京阿奇夏米爾公司WE 1機(jī)床，其加工速度在150~210 mm²/min 。

    為解決低速走絲線(xiàn)切割機(jī)高速和高精度加工的矛盾，瑞士夏米爾公司推出了ROBOF1L2030SI—IW型自動(dòng)切換雙走絲系統(tǒng)的線(xiàn)切割機(jī)床，粗加工用Φ0.25mm粗絲和高峰值電流進(jìn)行高速切割；精加工用Φ0.1mm細(xì)絲，用精規(guī)準(zhǔn)進(jìn)行高精度和低粗糙度切割，兩套走絲系統(tǒng)各自獨(dú)立，粗加工完成后，自動(dòng)斷絲（燒斷），換精加工系統(tǒng)再穿絲，整個(gè)過(guò)程45秒完成，使用一個(gè)導(dǎo)向器，據(jù)介紹加工效率提高200%。穿絲時(shí)間節(jié)省30%，能切割R0.06mm小拐角零件。雖然雙走絲線(xiàn)切割機(jī)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，機(jī)床投資增加5~10%，但效果明顯，可以很快得以回報(bào)。

目前低速走絲線(xiàn)切割機(jī)床，自動(dòng)穿絲的成功率幾乎達(dá)到100%，一般都采用把電極絲前端拉細(xì)變尖變硬和加入高壓水柱等措施Φ0.03mm的銅絲，穿絲孔為Φ0.05mm也能穿絲，例如：日本沙迪克公司AQ系列機(jī)床的高速自動(dòng)穿絲裝置，一個(gè)循環(huán)穿絲時(shí)間為13秒，成功率100%，并有穿絲張力傳感器，檢測(cè)穿絲完成避免多走絲。日本三菱電機(jī)公司的自動(dòng)穿絲裝置，穿絲時(shí)間為10秒，能斷點(diǎn)再穿絲，能進(jìn)行Φ0.03mm穿絲。

沙迪克公司zui早在電火花成型機(jī)床上采用了直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在 2001年第七屆北京機(jī)床展覽上，推出了AQSSOL性直線(xiàn)電機(jī)馭動(dòng)的低速走絲線(xiàn)切割機(jī)床^[13]，由于直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與主軸為同一個(gè)零件，無(wú)絲杠聯(lián)接，無(wú)反向間隙，移動(dòng)準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)了高響應(yīng)和高跟蹤，以及高精度位置控制，防止了斷絲，能保持*放電狀態(tài)的穩(wěn)定加工，提高了放電效率和加工精度，并克服了線(xiàn)切割加工中的表面條紋。

國(guó)外低速走絲線(xiàn)切割機(jī)床的自動(dòng)控制功能強(qiáng)控制內(nèi)容豐富，輸入?yún)?/span>數(shù)越來(lái)越簡(jiǎn)捷，都有專(zhuān)家系統(tǒng)（智能控制或模糊控制），它包含對(duì)加工條件自動(dòng)選擇和編程，自動(dòng)找垂直自動(dòng)穿絲，在切割中斷絲再處理，切割異常時(shí)加工參數(shù)和加工條件再修改等等，操作者僅輸入工件材料、切割厚度、加工形狀尺寸、粗糙度等，自動(dòng)生成加工電規(guī)準(zhǔn)和工藝，自動(dòng)完成加工，有的也可以采用圖形掃描輸入例如夏米爾和阿奇公司的穿絲導(dǎo)套，在銅絲直徑改變時(shí)不更換，能自動(dòng)打開(kāi)調(diào)整，穿絲后自動(dòng)找正垂直度和加工工件的中心，在切割時(shí)能跟蹤檢測(cè)，消除切割拐角處電極絲滯后和彎曲，保證了切割的高質(zhì)量和效率，一般采用調(diào)整電極絲張力和改變切割軌跡等措施：三菱電機(jī)公司線(xiàn)切割機(jī)床，在切割厚度（切入、切出、臺(tái)階等）改變時(shí)，能自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，提高了切割效率，其拐角切割控制（CM-R ），采用了軌跡和能量控制相結(jié)合的方法 。

我國(guó)對(duì)線(xiàn)切割加工的研究比較早，因而幾乎在慢走絲機(jī)（用低速走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)）誕生的同時(shí)，我國(guó)也自制成功*臺(tái)快走絲線(xiàn)切割機(jī)（即高速走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)），簡(jiǎn)稱(chēng)線(xiàn)切割。起初，線(xiàn)切割的工藝指標(biāo)與慢走絲機(jī)相當(dāng)或略高，但隨著時(shí)間的推移，線(xiàn)切割機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)（除切割厚度外）已明顯落后于慢走絲線(xiàn)切割機(jī)。其中的主要原因就是慢走絲機(jī)采用了高自動(dòng)化水平的CNC系統(tǒng)和多次切割、自適應(yīng)控制技術(shù)。由于線(xiàn)切割機(jī)采取了價(jià)格低廉的策略，極大地限制了新型工藝技術(shù)的實(shí)施和加工過(guò)程自動(dòng)化水平的提高，因而導(dǎo)致了線(xiàn)切割機(jī)床的生產(chǎn)和研究單一，步伐緩慢。 

目前國(guó)內(nèi)使用得比較多的線(xiàn)切割控制系統(tǒng)是蘇州開(kāi)拓電子技術(shù)有限公司開(kāi)發(fā)的YH線(xiàn)切割控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)建立在DOS平臺(tái)上，采用雙CPU結(jié)構(gòu)，加工時(shí)可以同機(jī)編程；系統(tǒng)采用ISO指令，兼容3B代碼；zui多可以實(shí)現(xiàn)五軸控制。該控制卡zui突出的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，但是該卡使用ISA總線(xiàn)，在DOS平臺(tái)運(yùn)行，速度較慢，編程軟件資源也并非十分豐富，而且控制卡每次能接收的指令數(shù)量不多，從而限制了其應(yīng)用。

另外，國(guó)內(nèi)許多大學(xué)院校正在開(kāi)展對(duì)開(kāi)放式線(xiàn)切割數(shù)控系統(tǒng)的研究。上海交通大學(xué)開(kāi)發(fā)了基于Linux下的開(kāi)放式WEDM數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)的執(zhí)行效率、穩(wěn)定性不弱于WindowsNT，而且性能強(qiáng)大，穩(wěn)定性和軟件移植性好；另外，該校還以自行開(kāi)發(fā)的ISA控制卡為硬件基礎(chǔ)，建立了基于開(kāi)放式PC平臺(tái)的微細(xì)電火花機(jī)床實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。北京航天航空大學(xué)開(kāi)發(fā)了基于工控PC和Windows操作系統(tǒng)的多軸多通道開(kāi)放式線(xiàn)切割數(shù)控系統(tǒng)，其核心硬件是80486或以上的工控PC，可實(shí)現(xiàn)4坐標(biāo)錐度的線(xiàn)切割。浙江大學(xué)進(jìn)行了數(shù)控電火花線(xiàn)切割DNC小型系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，從而提高了設(shè)備的利用率。

目前，高速線(xiàn)切割機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)表現(xiàn)在：

1、機(jī)床設(shè)計(jì)不合理  音叉式絲架結(jié)構(gòu)剛度差，固有頻率低，容易起振。在快速往復(fù)運(yùn)絲機(jī)構(gòu)和導(dǎo)輪跳動(dòng)的激勵(lì)下，空載運(yùn)行時(shí)也會(huì)有較大的振動(dòng)。單卷絲筒不利于恒張力控制，因而難以抑制電極絲的振動(dòng)。無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穿絲。導(dǎo)輪在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)。由于電極絲傾斜時(shí)導(dǎo)輪和電極絲接觸點(diǎn)不定，因而導(dǎo)輪也不利于進(jìn)行大錐度切割。

2、伺服控制系統(tǒng)落后  普遍采用步進(jìn)電機(jī)伺服系統(tǒng)，因而線(xiàn)切割機(jī)的進(jìn)給速度受到限制。沒(méi)有回零控制和行程控制，因而對(duì)齒隙、螺距誤差和步進(jìn)電機(jī)的丟步不能合理地補(bǔ)償。

3、控制系統(tǒng)過(guò)于簡(jiǎn)單  3B格式編程語(yǔ)言，不利于提高加工精度和實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。由于3B格式無(wú)法提供幾何描述語(yǔ)句以外的參數(shù)，因而不利于加工過(guò)程控制和實(shí)現(xiàn)CNC系統(tǒng)的高自動(dòng)化。此外，3B格式幾何描述復(fù)雜，需要描述幾何段所在象限和zui大計(jì)數(shù)長(zhǎng)度。圓弧插補(bǔ)計(jì)算有較大的計(jì)算誤差。偏移軌跡只有AP （Automatic circle for offset Path）法一種計(jì)算方法，而且功能差，因而對(duì)于復(fù)雜的編程軌跡往往不能勝任。錐度切割能力差，無(wú)法進(jìn)行上下異型面切割，因而不能加工復(fù)雜錐度型面，很不適用。鍵盤(pán)過(guò)于簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)顯示不規(guī)范。由于沒(méi)有CRT，因而操作不直觀，人機(jī)通信能力差，無(wú)法顯示實(shí)際位置坐標(biāo)和進(jìn)行圖形顯示。普遍使用“硬件電源”，對(duì)數(shù)字式脈沖電源和自適應(yīng)控制系統(tǒng)重視不夠，因而不利于控制拐角精度和加工質(zhì)量。

4、自動(dòng)編程語(yǔ)言混亂，幾何元素定義復(fù)雜，標(biāo)準(zhǔn)化差。

總之，與慢走絲機(jī)相比快走絲機(jī)的綜合性能指標(biāo)低、工藝指標(biāo)差，使得慢走絲機(jī)的進(jìn)口量不斷增加，花費(fèi)了大量的外匯。