浅谈数控电火花线切割机床的国内外动态

国外低速走丝线切割机床有代表性的厂家主要有瑞士Charmilles公司，瑞士Agie公司，日本Sodick公司等，他们自20世纪70年代研制成功并生产低速走丝线切割机床，现在基本占领了大部分市场。随着生产领域对电火花线切割加工技术需求的不断增加，近几年来国外电火花线切割加工在走丝系统、自动化及人工智能技术、微细电火花线切割加工等关键技术方面又取得了新的进展。

据介绍目前低速走丝线切割机切割加工，zui高加工速度己达到325~350mm²/min，加工精度达±2μm，加工表面粗糙度Ra < 0.3μm。三菱电机公司称，在加工速度325 mm²/min时能稳定加工；国内低速走丝线切割机床加工速度与国外相比还有差距，如北京阿奇夏米尔公司WE 1机床，其加工速度在150~210 mm²/min 。

    为解决低速走丝线切割机高速和高精度加工的矛盾，瑞士夏米尔公司推出了ROBOF1L2030SI—IW型自动切换双走丝系统的线切割机床，粗加工用Φ0.25mm粗丝和高峰值电流进行高速切割；精加工用Φ0.1mm细丝，用精规准进行高精度和低粗糙度切割，两套走丝系统各自独立，粗加工完成后，自动断丝（烧断），换精加工系统再穿丝，整个过程45秒完成，使用一个导向器，据介绍加工效率提高200%。穿丝时间节省30%，能切割R0.06mm小拐角零件。虽然双走丝线切割机结构较复杂，机床投资增加5~10%，但效果明显，可以很快得以回报。

目前低速走丝线切割机床，自动穿丝的成功率几乎达到100%，一般都采用把电极丝前端拉细变尖变硬和加入高压水柱等措施Φ0.03mm的铜丝，穿丝孔为Φ0.05mm也能穿丝，例如：日本沙迪克公司AQ系列机床的高速自动穿丝装置，一个循环穿丝时间为13秒，成功率100%，并有穿丝张力传感器，检测穿丝完成避免多走丝。日本三菱电机公司的自动穿丝装置，穿丝时间为10秒，能断点再穿丝，能进行Φ0.03mm穿丝。

沙迪克公司zui早在电火花成型机床上采用了直线电机驱动，在 2001年第七届北京机床展览上，推出了AQSSOL性直线电机驭动的低速走丝线切割机床^[13]，由于直线电机驱动与主轴为同一个零件，无丝杠联接，无反向间隙，移动准确，实现了高响应和高跟踪，以及高精度位置控制，防止了断丝，能保持*放电状态的稳定加工，提高了放电效率和加工精度，并克服了线切割加工中的表面条纹。

国外低速走丝线切割机床的自动控制功能强控制内容丰富，输入参数越来越简捷，都有专家系统（智能控制或模糊控制），它包含对加工条件自动选择和编程，自动找垂直自动穿丝，在切割中断丝再处理，切割异常时加工参数和加工条件再修改等等，操作者仅输入工件材料、切割厚度、加工形状尺寸、粗糙度等，自动生成加工电规准和工艺，自动完成加工，有的也可以采用图形扫描输入例如夏米尔和阿奇公司的穿丝导套，在铜丝直径改变时不更换，能自动打开调整，穿丝后自动找正垂直度和加工工件的中心，在切割时能跟踪检测，消除切割拐角处电极丝滞后和弯曲，保证了切割的高质量和效率，一般采用调整电极丝张力和改变切割轨迹等措施：三菱电机公司线切割机床，在切割厚度（切入、切出、台阶等）改变时，能自动调整参数，提高了切割效率，其拐角切割控制（CM-R ），采用了轨迹和能量控制相结合的方法 。

我国对线切割加工的研究比较早，因而几乎在慢走丝机（用低速走丝电火花线切割机）诞生的同时，我国也自制成功*台快走丝线切割机（即高速走丝电火花线切割机），简称线切割。起初，线切割的工艺指标与慢走丝机相当或略高，但随着时间的推移，线切割机的各项指标（除切割厚度外）已明显落后于慢走丝线切割机。其中的主要原因就是慢走丝机采用了高自动化水平的CNC系统和多次切割、自适应控制技术。由于线切割机采取了价格低廉的策略，极大地限制了新型工艺技术的实施和加工过程自动化水平的提高，因而导致了线切割机床的生产和研究单一，步伐缓慢。 

目前国内使用得比较多的线切割控制系统是苏州开拓电子技术有限公司开发的YH线切割控制系统。该系统建立在DOS平台上，采用双CPU结构，加工时可以同机编程；系统采用ISO指令，兼容3B代码；zui多可以实现五轴控制。该控制卡zui突出的优点是稳定可靠，抗干扰能力强，但是该卡使用ISA总线，在DOS平台运行，速度较慢，编程软件资源也并非十分丰富，而且控制卡每次能接收的指令数量不多，从而限制了其应用。

另外，国内许多大学院校正在开展对开放式线切割数控系统的研究。上海交通大学开发了基于Linux下的开放式WEDM数控系统，该系统的执行效率、稳定性不弱于WindowsNT，而且性能强大，稳定性和软件移植性好；另外，该校还以自行开发的ISA控制卡为硬件基础，建立了基于开放式PC平台的微细电火花机床实时控制系统。北京航天航空大学开发了基于工控PC和Windows操作系统的多轴多通道开放式线切割数控系统，其核心硬件是80486或以上的工控PC，可实现4坐标锥度的线切割。浙江大学进行了数控电火花线切割DNC小型系统的开发，从而提高了设备的利用率。

目前，高速线切割机数控系统的主要缺点表现在：

1、机床设计不合理  音叉式丝架结构刚度差，固有频率低，容易起振。在快速往复运丝机构和导轮跳动的激励下，空载运行时也会有较大的振动。单卷丝筒不利于恒张力控制，因而难以抑制电极丝的振动。无法实现自动穿丝。导轮在高速运转时会产生较大的振动。由于电极丝倾斜时导轮和电极丝接触点不定，因而导轮也不利于进行大锥度切割。

2、伺服控制系统落后  普遍采用步进电机伺服系统，因而线切割机的进给速度受到限制。没有回零控制和行程控制，因而对齿隙、螺距误差和步进电机的丢步不能合理地补偿。

3、控制系统过于简单  3B格式编程语言，不利于提高加工精度和实现标准化。由于3B格式无法提供几何描述语句以外的参数，因而不利于加工过程控制和实现CNC系统的高自动化。此外，3B格式几何描述复杂，需要描述几何段所在象限和zui大计数长度。圆弧插补计算有较大的计算误差。偏移轨迹只有AP （Automatic circle for offset Path）法一种计算方法，而且功能差，因而对于复杂的编程轨迹往往不能胜任。锥度切割能力差，无法进行上下异型面切割，因而不能加工复杂锥度型面，很不适用。键盘过于简单，数据显示不规范。由于没有CRT，因而操作不直观，人机通信能力差，无法显示实际位置坐标和进行图形显示。普遍使用“硬件电源”，对数字式脉冲电源和自适应控制系统重视不够，因而不利于控制拐角精度和加工质量。

4、自动编程语言混乱，几何元素定义复杂，标准化差。

总之，与慢走丝机相比快走丝机的综合性能指标低、工艺指标差，使得慢走丝机的进口量不断增加，花费了大量的外汇。