蘇州電加工機床研究所有限公司董事長 葉 軍

目前我國電加工機床擁有量約50萬臺，成為世界之最。近年來，我國每年進口電加工機床在2000臺左右，進口額約3億美元，已經成為世界最大的電加工機床消費市場。

電加工機床生產大國瑞士原有2家，現(xiàn)并為1家（瑞士阿奇夏米爾公司），年銷售量為2500～3000臺，銷售額約有人民幣30億元；另一個電加工機床生產大國日本也只有4～5家公司，年銷售量為6000～6500臺，銷售額約合人民幣40億元。我國的電加工企業(yè)數(shù)量遠遠超過其他國家，經過幾十年的發(fā)展，目前已有約170家生產企業(yè)，每年生產3～5萬臺電加工機床，為航空航天、軍工、模具等行業(yè)提供了大量裝備，推動了這些產業(yè)的發(fā)展，也確立了我國在國際電加工領域的地位。但我國內資電加工企業(yè)仍然是多而不強，銷售額超1億元的企業(yè)只有2～3家。我國電加工機床生產企業(yè)的效益和綜合實力相對差距很大。

我國電加工機床產品結構調整取得的主要突破

1.高端電加工機床在與跨國企業(yè)（集團）的競爭中艱難前行

高端電加工機床面對的是跨國電加工企業(yè)性能品質優(yōu)良的產品，近期有關內資企業(yè)在國家數(shù)控機床重大專項成果的支撐下，在與跨國企業(yè)（集團）的競爭中艱難前行，有喜有憂。

內資企業(yè)生產的高端數(shù)控電火花成形機床近期在性能質量上有明顯提高，3軸以上數(shù)控電火花成形機床達到了中端機的水平，有的逼近國際先進水平，打破了國外產品一統(tǒng)天下的局面，市場份額在不斷提升。

用戶對內資企業(yè)生產的該類機床認可度在提升，相關產品在精密模具、航空航天、軍工等領域得到了更廣泛的應用。

內資企業(yè)生產的單向走絲電火花線切割機床，自2008年金融危機以來市場份額在不斷下降，這類機床的市場競爭力還明顯不足，亟待進一步提升。有的產品能做了“形似”，是第一步，但要做到“神似”，則還有更艱難、更長的路要走。

高端的多軸數(shù)控微小孔電火花加工機床，由于技術提升較快，內資企業(yè)生產的產品占據(jù)了90%以上的市場份額。為航空航天領域研制的7軸數(shù)控電火花高速小孔加工機床基本滿足了用戶的要求，但在某些性能上與國際先進水平相比還存在差距，應加速提升。

多軸數(shù)控的微孔加工機床，內資企業(yè)的產品不僅能滿足國Ⅲ排放標準的汽車發(fā)動機噴油嘴精密噴油孔的加工要求，而且開發(fā)的具有倒錐孔加工功能的產品也得到了應用，加工化纖噴絲板精密微孔的機床性能也有明顯提升，更好地滿足了用戶新型產品的加工要求。

2.多次切割技術推動往復走絲電火花線切割機床由低端向中端發(fā)展

量大面廣的往復走絲電火花線切割機床屬低端電加工機床，近幾年開發(fā)的多次切割加工技術，使該類產品加工精度、表面質量及相關性能有明顯提高，獲得了突破性的進展，推動了該類機床由低端產品向中端產品的發(fā)展。但在加工精度穩(wěn)定性（保持性）、可靠性方面還有待進一步提高。

3.細分市場專用數(shù)控電加工機床的開發(fā)形成了產品結構調整的亮點

隨著我國國民經濟及先進制造業(yè)的高速發(fā)展，在航空航天、軍工、能源、汽車、鋼鐵、IT和醫(yī)療器械等領域中新產品、新工藝和新材料不斷涌現(xiàn)，遇到大量用傳統(tǒng)機械加工或常規(guī)通用電加工設備無法解決的加工難題，為電加工技術及裝備的發(fā)展提供了極好的發(fā)展機遇。近年來，國內電加工企業(yè)和研究院所積極為這些重點領域制造業(yè)排憂解難，研制了一大批各種各樣的具有專項技術的專用電加工設備，如數(shù)控高效放電銑削加工機床、多軸數(shù)控微小孔加工機床、蜂窩環(huán)數(shù)控電火花磨削專用設備、數(shù)控高效鈦合金電火花加工專用設備、超硬材料電火花工具磨床、高效特種鋼陽極機械切割設備、特殊材料復雜型面電解加工機床和輪胎?；y塊5軸數(shù)控電火花加工機床等。這些產品不僅有力地支撐了我國相關制造業(yè)的快速發(fā)展，特別是為我國航空航天、軍工領域新機種、新武器的研制和神州飛船的上天發(fā)揮了重要作用，而且促進了有關企業(yè)避開競爭、差異發(fā)展，開啟了電加工產品結構調整的亮點。

我國電加工技術取得了長足的進步

1.自動穿絲、精密、高效數(shù)控單向走絲電火花線切割機床

通過重大專項及863計劃相關課題的實施，該產品的最大切割速度達到350mm2/min，切割精度≤±0.002mm，最佳表面粗糙度值Ra≤0.2μm，這3項指標與以往的產品相比有明顯提高。另外，還新增了直徑0.05mm細絲切割功能、自動穿絲功能，A（B）軸的三維切割功能，完善提升了工藝專家系統(tǒng)及專用數(shù)控系統(tǒng)，明顯縮小了與國際先進水平的差距。

2.五軸聯(lián)動精密、數(shù)控電火花成形機床

重大專項及863計劃相關課題開發(fā)的產品最大生產率為50 A時400mm3/min、100 A時1125mm3/min，加工鈦合金為829mm3/min，最小電極損耗≤0.1%，最佳表面粗糙度值Ra＝0.1～0.2μm，加工鈦合金的最佳表面粗糙度值Ra＝0.166μm，機床備有智能工藝數(shù)據(jù)庫，具有X、Y、Z、A（B）、C五軸聯(lián)動功能。所開發(fā)的帶冠整體渦輪盤扭曲葉形五軸聯(lián)動電火花成形加工CAD/CAM軟件系統(tǒng)及工藝技術，可進行對高溫耐熱合金、鈦合金材料的帶冠扭曲葉形火箭發(fā)動機渦輪盤加工，打破了西方國家對我國國防工業(yè)高端電加工機床的封鎖。以上這些技術的突破，使五軸聯(lián)動、精密、數(shù)控電火花成形機床達到或接近國際先進水平。

3.全浸泡式精密電加工機床專用密封精密數(shù)控回轉工作臺

課題根據(jù)電加工機床的特殊要求，在重大專項相關課題的支撐下，開發(fā)了兩種規(guī)格的浸泡式、全密封精密數(shù)控轉臺，可以在油水工作液中使用，具有良好的饋電和伺服性能。小規(guī)格的產品采用了先進的直驅電動機技術；產品采用全閉環(huán)控制。重復分度精度≤5″，分度精度≤15″?？捎糜陔娀鸹ǔ尚螜C床、電火花線切割機床和電火花微小孔機床等各類電加工機床，能擴展機床的加工功能，提升機床檔次。

4.多次切割往復走絲電火花線切割機床技術進步

近期，電加工行業(yè)針對往復走絲電火花線切割機床精度不高、加工表面質量較差（有切割條紋）等問題，對該類機床的主機精度、電極絲張力控制、數(shù)字化脈沖電源、工作液系統(tǒng)、專用數(shù)控系統(tǒng)等進行了綜合技術提升，采用粗、中、精多次切割技術，使切割精度從0.03mm提高到0.01mm，表面粗糙度值由原來的Ra＝2.5μm提高到了Ra＝0.8μm，消除了表面條紋，加工效率也有明顯提高，使這類量大面廣的電加工機床取得了重大的技術進步，推動了該類產品從低端向中端的發(fā)展。但這類機床的精度穩(wěn)定性和可靠性技術將是今后需要研究的重要課題。

5.細分市場的產品開發(fā)取得的技術進步

細分市場的產品開發(fā)是轉方式、調結構的重要方面，電加工高檔專用數(shù)控機床在細分市場中發(fā)揮著重要作用。近年根據(jù)用戶的需求開發(fā)了不少專用機床，全部是創(chuàng)新產品，有些填補了國內空白，有些在國際上也沒有，是我國自主原創(chuàng)產品，在航空航天、軍工、汽車、能源、冶金和模具工業(yè)中發(fā)揮著重要作用。下面列舉幾個典型成果。

（1）高效、數(shù)控和放電銑加工技術及設備（863計劃項目）。該技術及產品屬我國自主原創(chuàng)，擁有多項發(fā)明專利。其采用簡單銅管為電極，以類似數(shù)控銑的方式對難加工材料的復雜型面進行高效率、低成本去余量加工。在加工中需對電極損耗進行在線檢測和補償，以達到一定的加工精度。該機床具有六軸數(shù)控五軸聯(lián)動功能，最大加工效率達3000mm3/min，表面粗糙度值Ra≤2.5μm，主要應用于航空航天、軍工等領域高溫耐熱合金材料的整體葉盤扭曲葉形、發(fā)動機機匣復雜型面的高效放電銑加工。已在西安航空發(fā)動機有限公司、沈陽黎明航空發(fā)動機有限公司和成都發(fā)動機股份有限公司等企業(yè)成功應用。其加工難加工材料零件，不僅加工效率高，而且加工成本很低，是采用加工中心加工的幾十分之一。

（2）精密微孔數(shù)控電火花加工工藝及設備（863計劃項目）。該設備的微孔加工精度可達±0.002mm，深徑比≥30∶1，最佳表面粗糙度值Ra≤0.4μm，加工噴油嘴孔的流量散差≤3%。4～6軸數(shù)控機床已應用于航空航天、軍工、汽車和內燃機等行業(yè)的噴油嘴、噴油環(huán)和噴片的噴孔等精密微孔加工，以及發(fā)動機葉片的氣膜孔加工，也可用于化纖噴絲板精密噴絲孔加工。為了滿足汽車發(fā)動機國Ⅳ排放標準的要求，還開發(fā)了6軸數(shù)控電火花倒錐微孔加工設備，替代了進口產品。

（3）特種材料復雜型面電解加工技術及設備（863計劃項目）。該機床可進行7軸分組聯(lián)動加工，屬于復雜型面的電解展成加工技術，最大加工效率為4000mm3/min，用于航空航天的高溫合金、鈦合金等材料的整體葉盤、葉片的精密加工，其加工精度為±0.025mm，型面表面粗糙度值Ra≤0.63μm，該加工技術和設備達到或接近國際先進水平。

（4）蜂窩環(huán)數(shù)控電火花磨床。該機床主要用于飛機、燃氣輪機蜂窩環(huán)的磨削加工。蜂窩環(huán)是金屬片壓制的蜂窩狀結構，直徑一般為200～1000mm，在航空發(fā)動機中起到關鍵的密封作用。由于金屬片很薄，不能承受機械切削或磨削加工，因此只能采用電加工無切削力的特點進行加工。

（5）超硬材料電火花工具磨床。機床配備7個傳動軸，具備3軸數(shù)控3軸聯(lián)動功能，可滿足多刃超硬刀具電火花加工的各項要求，可實現(xiàn)表面粗糙度值Ra＜0.2μm的PCD、PCBN刀具刃磨加工。

與國外電加工機床相比存在的差距

1.數(shù)控電火花成形機床國外現(xiàn)狀及存在的差距

數(shù)控電火花成形機床雖然由于國家科技重大專項的實施，縮小了與國外的差距，有些指標及功能已接近或達到了國際先進水平，但總體來說與國外還有一定的差距，主要體現(xiàn)在：機床熱變形控制技術、機床動靜剛度設計技術、專家系統(tǒng)、智能化技術、電極和工件自動交換技術、網絡化技術及系統(tǒng)集成等方面。

2.單向走絲電火花線切割機床國外現(xiàn)狀及存在的差距

單向走絲電火花線切割機床近年取得了長足進步，例如在自動穿絲技術、細絲切割技術、智能化技術以及精密加工技術等方面取得了重大進展，但就這些方面與國外先進水平相比，還存在一定差距，有些在我國還是空白，如細絲切割、加工效率、加工表面質量以及電極絲自動交換技術、工件自動交換技術和網絡技術等方面。

3.電火花微小孔加工機床國外現(xiàn)狀及存在差距

電火花微小孔加工機床不論從數(shù)控軸數(shù)、加工孔徑精度、最小表面粗糙度值和深徑比等方面都不低于國外水平，但在多回路多電極加工、自動更換電極、復雜形面工件外形的在線檢測及糾偏等方面還存在一定差距。

我國電加工機床產品的研發(fā)與提升

1.新一代數(shù)控單向走絲電火花線切割機床

（1）研究內容：以10 ns窄脈寬、高峰值電流的高效、無電阻、防電解、綠色節(jié)能脈沖電源技術、加工狀態(tài)檢測及控制、細絲自動穿絲技術、恒張力恒速度的運絲技術、熱變形控制技術、直線電動機驅動技術、開放式數(shù)控系統(tǒng)及智能化控制等關鍵技術突破為重點，研制出效率和精度更高、加工表面質量更好的綠色節(jié)能、智能化的新一代數(shù)控單向走絲電火花線切割機床。

（2）指標：最高生產率≥500mm2/min；在第一刀切割效率≥300mm2/min時，3次切割表面粗糙度值達到Ra＝0.8μm；切割精度≤±0.0015mm；最佳表面粗糙度值Ra≤0.05μm；最細電極絲直徑0.02mm；自動穿絲功能；可配置高精度A軸；具有難加工材料工藝專家數(shù)據(jù)庫；直線電動機驅動；3D圖形CAD導入、判析，根據(jù)工件切割厚度變化適應控制。

2.更高水平的數(shù)控電火花成形加工機床

（1）研究內容：高效、低損耗、無電阻和綠色節(jié)能型脈沖電源技術，納秒級微精脈沖電源技術，更高水平的加工狀態(tài)檢測，優(yōu)化及策略的智能化控制技術，高精度保持性的機床熱變形控制技術，直線電動機驅動技術，電磁兼容技術，微細微精加工技術，特殊材料加工技術，開放式數(shù)控系統(tǒng)，工藝專家數(shù)據(jù)庫等，研制新一代高效、微精、綠色和智能5軸以上數(shù)控電火花成形加工機床。

（2）指標：最大加工電流50～200 A；最高生產率≥450mm3/min（模具鋼、電流50 A）；最佳表面粗糙度值Ra≤0.08μm；直線電動機驅動；主軸最高抬刀速度≥12mm/min；自動電極交換；3D圖形CAD導入、判析、根據(jù)加工面積變化自適應控制；具有難加工材料電火花成形加工工藝專家?guī)臁?/p>

3.加工指標更加穩(wěn)定的具有多次切割功能的往復走絲電火花線切割機床

（1）研究內容：在現(xiàn)有技術水平的基礎上，重點研究加工精度、表面質量等加工指標的穩(wěn)定性。主要研究新一代高效、精密、低損耗數(shù)字化脈沖電源；更先進的張力控制及運絲技術；全面滿足多次切割要求的數(shù)控系統(tǒng)、工作液的潔凈及安全防護技術、智能化的工藝及加工精度和表面質量穩(wěn)定性控制技術。

（2）指標：加工精度穩(wěn)定達到±0.01mm；加工表面粗糙度值穩(wěn)定達到Ra≤1.0μm；實用最大切割速度150mm2/min；操作環(huán)境潔凈；全面達到新的國家標準。

4.細分市場電加工機床的研制及提升

在前述相關關鍵技術突破的基礎上，開發(fā)更高水平的滿足細分市場要求的電加工機床產品，如油浸式數(shù)控低速走絲電火花線切割、鈦合金數(shù)控電火花加工機床，具有倒錐的電火花微孔加工機、多軸數(shù)控電火花小孔加工機床、聚晶刀具數(shù)控電火花磨床、數(shù)控電火花輪胎模具加工機床和數(shù)控電火花蜂窩磨床等，以滿足一些關鍵制造領域對電加工機床的迫切需求。