中走丝线切割机床的特点及发展趋势
周赛顶
前言
随着机械行业的迅猛发展,同时伴随着难加工材料以及复杂形状加工而逐步发展成熟起来的电火花加工技术，已经成为制造技术中不可或缺的加工手段之一。随着我国电火花加工技术的不断发展应用，在快走丝电火花切割机床的基础上研发出了我国所独有的中走丝电火花线切割机床（MS-WEDM）。目前，国内根据中走丝电火花切割的工艺特点而设计的脉冲电源还不成熟，而且脉冲电源是电火花线切割机床的核心部分，其性能抑制了中走丝电火花切割技术的进一步发展和应用。
电火花切割加工可以一次性切割出工件，加工余量小、加工精度高。电火花切割按走丝速度主要分为低速单向（慢走丝）电火花切割和高速往复走丝（快走丝）电火花切割【1】。慢走丝线切割拥有切割速度快、表面质量好等优点，但机床和加工成本加高；而快走丝线切割技术由我国独创，其机床及加工成本低，表面质量不好。所以为了满足用户的需求，国内的相关学者和机构在快走丝线切割加工的基础上，提出了无条纹多次切割的概念，及中走丝电火花线切割机床【2】。
中走丝电火花切割机床的成本较慢走丝切割机床要低很多，加工表面质量较快走丝切割有了很大程度的改善，甚至能达到普通慢走丝切割机床的效果。但是，要在快走丝切割机床上实现中走丝电火花切割即无条纹多次切割，光靠在原有快走丝切割机床上进行多次切割是很难实现的。为了能实现多条纹多次切割，势必要对原有的快走丝机床上进行改进。
1 国外电火花线切割机床的发展现状
国外电火花线切割技术主要研究慢走丝电火花线切割技术，欧美和日本等国家的慢走丝电火花线切割技术最为先进，其最具代表性的公司有瑞士的夏米尔和日本的沙迪克。
慢走丝电火花线切割多以铜线作为工具电极，采用的是单向走丝方式【3】 ，有效的避免了电极丝损耗带来的误差，走丝速度约为0.2m/s，电极丝运动非常平稳。自由的自动穿丝系统使得电极丝可以迅速找正定位，在切割级进模或多孔模时可缩短穿丝时间，提高加工效率，采用恒张紧力装置控制电极丝张紧力，保证电极丝在不同的切割状态下都保持一致的张紧刚度，将电极丝的绕度减到最小。采用全闭环伺服控制系统【4】，光栅尺进行位置测量，定位精度高，系统具有很好的稳定性和动态性，加工工件的尺寸精度高。
其脉冲电源应用数字智能型电源，加工的时候能够实现大电流、高响应的控制，大大的提高了切割速度。应用防电解电源加工时，可使工件表面的变质层控制在1um以内，加工工件的表面质量可与磨削加工相媲美。慢走丝切割机床具有短路自动回退、自动调节工作压力等功能，在切割外轮廓尖角时智能的改变电参数、切割速度提高尖角的精度。
就阿奇公司的线切割机床为例，其切割速度已经达到了300mm2 /min以上，尺寸精度在±1um以内，表面粗糙度达到Ra0.2um以上。国外的一些高端五轴联动机床可以进行大锥度工件切割，如阿奇公司的CUTI300D系列线切割机床可进行锥度为±30︒的切割，牧野公司的U86型号线切割机床甚至可达±45︒，国外的高端线切割机床还实现了远程控制，可实现工厂的无人化生产。
2 国内电火花线切割机床的发展现状
我国从上个世纪60年代开始研制电火花切割机床,并自主研发出了快走丝线切割机床
【5】。快走丝机床通常采用高强度的钼丝作为工作电极丝，采用往复走丝加工方式，充分的
利用电极丝，其走丝速度通常为8—12m/s。经过了几十年的发展，快走丝线切割机床的功能、工艺指标等都有了很大的提高，主要表现有以下几方面：
（1）可以实现较大锥度的切割。
（2）可以实现大厚度切割，最大厚度超过了1m。
（3）精度和性能有了很大的提高
（4）在快走丝切割机床的基础上发展了多次切割技术。
（5）脉冲电源的性能在不断提高。
（6）数控系统不断得到完善。
（7）切割加工工艺指标达到了较高的水平，有效切割速度可达150mm2 /min，尺寸精度可达±0.01mm,表面粗糙度可达Ra1.25—2.5um。
快走丝机床的有着显而易见的缺点,电极丝经过往复使用,产生的损耗会降低加工精度,以此同时在往复的停顿过程中也会降低加工精度,走丝速度快,电极丝的振动较大,采用开环控制系统控制,定位精度不高。电极丝需要人工穿丝，自动化程度不高，没有恒张紧力装置。这是得快走丝的加工工艺性能要比慢走丝差很多。但快走丝线切割机床结构简单，制造成
本低，一般造价是国外设备的1/10，零件生产加工成本也较低仅为国外慢走丝切割加工的1/10，快走丝线切割加工能满足一般精度的加工，所以在国内大量使用。
慢走丝切割技术在我国的发展相对比较晚,主要是以自主研发和引进、消化、吸收国外的先进技术相结合。上个世纪70年代末，苏州电加工机床研究所开始研究慢走丝切割技术，并且率先引进日本FANUC公司的先进技术。苏三光公司在90年代初与日本沙迪克公司合资生产慢走丝机床，现今以独立自主研发电火花线切割技术。经过几十年的发展，我国的慢走丝电火花切割技术已达到较高的工艺水准，切割速度达到200mm2 /min，尺寸精度可达±0.005mm，表面粗糙度可达Ra0.8um。
近几年我国提出了中走丝线切割技术，中走丝机床是由快走丝机床衍生而来，在快走丝机床的上丝架上增加了UV轴来实现四轴联动。走丝机构与快走丝机床类似，采用往复走丝的方式。控制方式与慢走丝机床相似，实现多次切割，粗加工时采用较高运丝速度（7-13m/s），高频脉冲采用较大的脉宽脉间值，精加工是采用较低的丝速（1-3m/s），高频脉冲采用较小的脉宽脉间值。中走丝电火花线切割的加工质量明显的高于快走丝切割加工，甚至可以达到一般慢走丝切割加工质量。中走丝切割机床结合了慢走丝切割的高精度和快走丝切割的低成本，从而使得中走丝电火花切割机床在投入市场后得到了广范的好评。目前，国内的电火花线切割机床厂商相继研发了自己的中走丝切割机床，如苏州的三光、新火花、宝玛等公司都已推出了成熟的产品，中走丝线切割技术在不久的将来将会取代快走丝切割机床。
3 中走丝电火花线切割机床的发展趋势
随着模具技术的发展，精密模具制造过程中已引入了各种各样的先进制造技术和理念。大部分用户对快走丝电火花切割加工过程中工作液四处飞溅，以及乳化液油水分离后的污染都表现出很大的不满，期待快走丝切割机床能实现清洁生产。
所谓清洁生产是一种新的创造性的思维，该思想将整体预防环境战略持续应用于生产过程和产品服务，以增加生态效率可减少人类环境风险，目前，国内中走丝线切割机床主要进
行了以下三方面的改进：
（1）提高机床的外形设计与包装防护技术，采用C型结构和高强度树脂砂铸件，整机设计美观大方，避免工作液四处飞溅以及外泄现象。
（2）采用不含油脂的水溶液作为工作液，这种工作液不仅能满足线切割加工需求，还能获得较好的工艺效果，加工后的工件比较干净，且表面粗糙度高。工作液利用率高，且不存在油水分离造等污染，使用过的废水排放及环境污染容易控制。
（3）为确保输出的工作液清洁干净，采用环保型过滤水箱。
采用全闭环控制和分段补偿技术是中走丝切割机床的重要发展趋势，市场上现有的中走丝线切割机虽可实现多次切割，也能获得低于Ra1um的表面粗糙度值，但加工表面质量不均，数控定位精度也不高。大多数机床所用的导轨、丝杠与螺母都没有足够高的精密度，机床控制也无法补偿螺的螺距误差、传动过程的间隙及电极损耗带来的加工误差，控制过程也可能发生控制信号丢失，这些都会影响线切割加工精度。
近年来，相关机床制造商从线切割机床的软、硬件两方面着手，开发出了电火花线切割机床的专用软件。采用高精度直线导轨、滚珠丝杠及带光栅尺的交流伺服机全闭环控制系统和分段补偿技术，基本上可以解决数控信息丢失、螺距与传动间隙引起的误差及电极损耗等问题，机床的数控定位精度和线切割加工精度都有明显提高，可以满足级进模加工和大型模具加工需要。
4 总结
中走丝电火花线切割机床作为我国特有的技术，在最近几年有着突飞猛进的发展，应
用领域也在不断拓展，在国际市场上也逐渐为广大客户所认知，但同时也存在着很多急待改进的问题，这就需要不断的进行技术、市场、环保等方面的探究，找准方向，静下心来。攻克难关，才能使中走丝电火花线切割机床得应用邻域进一步拓展，市场进一步扩大，带动我国电加工产业的迅速发展。
参考文献
1.廖剑霞.复合走丝电火花线切割机床走丝方式改善加工性能的实现【J】机械科学与技术.2010.29（7）：936-939.
2.李明辉、杨振步、蒋文英.中走丝电火花线切割机的特点与发展趋势【J】航空制造技术.2011（8）：32-35.
3.周旭光、朱光力.特种加工技术【M】西安.西安电子科技大学出版社.2004.27-38
4.叶军.数控低速走丝电火花切割加工技术及市场发展分析【J】电加工与模具.2005.(s1):13-16
5.李明辉.电火花切割技术的研究现状及发展趋势【J】模具技术.2003（1）：51-53
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