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电火花加工间隙的自动进给调节方法研
究趋势及现状
李松 机制1303 ***
引言：
电火花线切割加工（Wire cut Electrical Discharge Machining，简称WEDM），有时又称线切割。其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。它主要用于加工各种形状复杂和精密细小的工件，例如冲裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、样板、电火花成型加工用的金属电极，各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等，具有加工余量小、加工精度高、生产周期短、制造成本低等突出优点，已在生产中获得广泛的应用，目前国内外的电火花线切割机床已占电加工机床总数的60％以上。一：电火花加工间隙
电火花加工机床放电间隙指加工时工具和工件之间产生火花放电的一层距离间隙。在加工过程中，则称为加工间隙S，它的大小一般在0.01-0.5mm之间，粗加工时间隙较大，精加工时则较小。加工间隙又可分为端面间隙SF 和侧面间隙SL。放电间隙，亦称过切量，加工中是指脉冲放电两极间距，实际效果反映在加工后工件尺寸的单边扩大量。
在电火花加工的实用过程中，粗加工采用长脉冲时间和高放电电流，既体现了速度高，又体现了损耗小，反映了加工速度和工具电极损耗这一矛盾的缓解。
但是，在精加工时，矛盾激化了。为了实现小能量加工，必须大大压缩脉冲放电时间。为达到脉冲放电电流与脉冲放电时间参数组合合理，亦必须大大压缩脉冲放电电流。这样，不仅加大了工具电极相对损耗，又大幅度降低了加工速度。
对电火花成形加工放电间隙的定量认识是确定加工方案的基础。其中包括工具电极形状，尺寸设计，加工工艺步骤设计，加工规准的切换以及相应工艺措施的设计。二：电火花加工对自动进给系统的要求
(1)有较广的速度调节跟踪范围在电火花加工过程中，加工规准、加工面积等条件的变化，都会影响其进给速度，调节系统应有较宽的调节范围，以适应加工的需要。
(2)有足够的灵敏度和快速性放电加工的频率很高，放电间隙的状态瞬息万变，要求进给调节系统根据间隙状态的微弱信号能相应地快速调节。为此，整个系统的不灵敏区及惯性都应较小，遇到瞬间极间短路和开路能以较高的调节速度快速动作。
(3)有必要的稳定性电蚀速度一般不高，加工进给量也不必过大，所以应有很好的低速性能，均匀、稳定地进给，避免低速爬行，超调量要小，传动刚度应高，传动链中不得有明显间隙，抗干扰能力要强。此外，自动进给调节系统还要求体积小，结构简单可靠以及维修操作方便等。自动进给调节系统的种类很多，但其基本部分都是由测量、比较、放大和执行4个环节组成.(1)测量环节直接测量极间距离大小及其变化是很困难的，通常都是采用测量反映放电间隙大小及其物理状态的电参数（极间电压、放电电流及击穿电压与击穿延时等）来实现。
(2)比较环节把从测量环节得来的信号与给定值进行比较，判别间隙大小及其物理状态好坏，并以信号差值控制加工过程。
(3)放大环节把经过测量比较所得的信号差值，通过信号放大器（电气或电液压）放大，使之具有一定的功率，以控制和带动执行环节。(4)执行环节也称执行机构，它根据控制信号的大小及时地进退工具电极，调节放电间隙大小，从而保证电火花加工正常进行。三：目前的自动进给调节装置
1)电液自动调节装置 图6-26是生产中常见的电液喷嘴挡板式自动调节装置的工作原理图。测量环节从放电间隙检测出电压，与给定值进行比较后输出一个控制信号，再经放大后传输给电一机械转换器9，该转换器主要由动圈（控制线圈）与静圈（激磁线圈）等组成。动圈处在静圈磁路中，与挡板一起移动，可以改变挡板与喷嘴的间隙，从而改变液压系统中喷嘴的出油量，造成液压缸上下油腔压力差的变化，使电极随活塞上下运动，达到调节放电间隙的目的。活塞处于静止状态，最佳放电间隙或出现短路时，电极与工件间的电压减小，控制线圈的电流减小，挡板位置上升，上油腔压力减小，活塞带动电极回升。反之，则电极下降．这样，在加工过程中，自动调节系统就可以控制电极的自动回升和进给，使电极与工件之间始终保持最佳放电间隙。
电液自动调节系统的性能，虽然可以满足电火花加工的需要，但液压部分体积大，噪声也大，且不易稳定在某一个位置。所以，人们更重视直流力矩电动机自动调节系统的生产和应用。
(2)直流力矩电动机调节装置 是用力矩电机作为执行元件直接带动滚珠丝杠，驱动主轴头上下移动的。它反应速度快，灵敏度高，不灵敏区小，热变形及噪声小，对电火花成形加工十分有利。图是直流力矩电动机自动调节系统原理框图。脉冲电源将脉冲能量输送给放电间隙，进行电火花加工。测量环节将检测出反映间隙大小及状态的电压信号，并进行分压和积分，然后传送给比较环节与给定值进行比较，所得出的偏差信号再输向反馈及放大环节，与测速发电机的负反馈信号进行比较，并将差值放大后输向跟随器环节再次大，再输向差动放大器和功率放大环节，将信号功率放大，以控制力矩电动机进行正转或反转，并带动滚珠丝杠驱动工具电极上下移动，调节极间放电间隙。四：电火花自动调节进给趋势
1)加工工艺的高效化 加工过程的高效化 就是提高电火花加工的效率, 它不仅体现在单位 放电脉冲蚀除材料量的大小上, 而且体现在通过 改进电火花加工伺服系统、控制系统、工作液循环 系统、机床结构等对电火花加工放电效果的影响 上。电火花加工中, 在保证加工精度的前提下, 应 提高粗加工、精加工效率, 同时应减少辅助加工时 间, 包括编程时间、工件装夹时间、维修时间等。这就需要增强机床的自动编程能力, 改进和开发 实用的电极和工件定位装置。在机床维修方面, 应增强机床的在线帮助功能, 采用模块化设计, 对 于常见故障, 操作人员可直接根据计算机提示完 成故障排除。
（2)加工工艺的精密化 加工工艺的精密化 包括加工工件的尺寸精度高和表面质量好两层含 义。提高尺寸精度的有效方法就是提高放电间隙 的稳定性和减少加工过程中的电极损耗, 实现电 极损耗的在线补偿。衡量加工表面质量的参数包 括表面粗糙度、几何精度、微观裂纹大小、变质层 厚度等。提高加工表面质量的根本方法是减少单 个脉冲放电的蚀除量, 使火花蚀除点小而均匀。通过采用一系列加工技术和工艺方法, 目前电火 花成形加工精度已有全面提高, 但总体看来, 先进 技术在实际生产中的应用还不够成熟和广泛。今 后的研究应着重于提高成形加工精度, 力争在保 证加工速度、加工成本的前提下, 使电火花加工成 为一些主要零件的最终加工方式。(3)加工工艺的微细化 随着航天技术、微 机电技术和生物技术的发展, 窄槽、深孔、微细零 件的加工是电火花成形加工面临的重要课因 此, 加工工艺的微细化是今后的重要发展方向之 一。电火花微细加工机理与常规电火花成形加工 相同, 但有其自身的工艺特点。电花微细加工 中稳定的火花放电间隙很小, 工作液循环困难, 因 此需要研究非机械作用力及其干扰对加工过程的 影响, 以进一步提高加工效率、加工精度及加工过 程的稳定性。具体研究内容包括微细电极的制作 与装夹、高精度微进给装置的设计制造、微能量加工电源的研制、微电极损耗的在线补偿等
(4)加工过程的自动化 为了保证加工过程 的正常稳定, 提高加工效率, 首先采用了自适应控 制系统。由于电火花加工是在复杂环境下基于复 杂任务对复杂对象的控制, 自适应控制系统已不 能满足自动化加工的要求, 因此需要建立多输入、多输出的控制系统, 智能控制将是解决此类复杂 问题的有效途径。智能控制系统具有自学习和自 适应功能, 能自主调节系统的控制结构、参数和方 法, 进行决策规划和广义问题求解。加工过程的 智能控制主要包括人工神经网络、模糊控制、专家 系统等三方面内容。结束语：
电火花加工技术是工业生产中很重要的一种 加工手段, 相对其他传统加工技术而言, 其发展历 史并不长久, 对其加工机理与适用范围的研究还 不充分, 这给该技术的研究和发展提供了巨大空 间, 也是该技术成为目前研究热点之一的原因。未来几年, 必将还会有更多新的电火花加工技术 和理论涌现。另一方面, 电火花加工技术的发展 离不开相关技术的支持, 随着电子技术、材料技术 和计算机技术等的发展, 电火花加工技术在未来 的制造领域将发挥更大的作用。《参考文献》
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