劉深

摘要：近年來(lái)，我國(guó)的模具工業(yè)取得了飛速發(fā)展，許多難加工、高性能新材料在模具工業(yè)中得到了推廣應(yīng)用，因而對(duì)電火花機(jī)床提出了更高的要求。在國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了電火花機(jī)床的數(shù)控化，如今電火花加工技術(shù)正在向柔性化、智能化和數(shù)字化方向發(fā)展，部分?jǐn)?shù)控電火花機(jī)床實(shí)現(xiàn)了四軸精確定位及四軸聯(lián)動(dòng)等功能。本文在闡述了數(shù)控電火花加工技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，研究了數(shù)控電火花機(jī)床的功能開發(fā)。

關(guān)鍵詞：數(shù)控;電火花機(jī)床;功能開發(fā)

電火花機(jī)床在形狀復(fù)雜、難加工材料的工件加工方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，尤其在航空航天模具工業(yè)領(lǐng)域中得到了較為廣泛的應(yīng)用。在經(jīng)歷了幾十年的技術(shù)研究后，電火花加工技術(shù)日趨完善。數(shù)控電火花技術(shù)在如今的模具工業(yè)等領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用，因此研究拓展數(shù)控電火花機(jī)床的功能具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.數(shù)控電火花加工技術(shù)現(xiàn)狀

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展創(chuàng)新，許多新型的數(shù)控電火花機(jī)床紛紛涌現(xiàn)，例如日本牧野、瑞士阿奇等數(shù)控機(jī)床，基本實(shí)現(xiàn)了工件加工過(guò)程的自動(dòng)化、智能化和精密化。

首先，數(shù)控電火花機(jī)床加工精度現(xiàn)狀。工件加工的表面質(zhì)量、尺寸精度以及仿形精度是電火花加工的精密核心，目前的技術(shù)水平下，數(shù)控電火花機(jī)床加工精度已實(shí)現(xiàn)了全面提高工件尺寸，加工精度可達(dá)±2-3μm，工件表面粗糙度可在Ra0.3μm以下，底面拐角的R值不超過(guò)0.03mm。雖然如此，數(shù)控電火花機(jī)床在現(xiàn)代模具企業(yè)中的應(yīng)用還具有很大的發(fā)展?jié)撃?，因此要在已有技術(shù)水平基礎(chǔ)上不斷加強(qiáng)技術(shù)的研發(fā)創(chuàng)新，不斷提高數(shù)控電火花機(jī)床的加工精度。

第二，數(shù)控電火花機(jī)床智能化水平。目前的數(shù)控電火花機(jī)床具備精確的檢測(cè)技術(shù)和模糊控制技術(shù)，在工件的加工過(guò)程中，可以通過(guò)人機(jī)對(duì)話方式來(lái)自動(dòng)創(chuàng)建加工程序，來(lái)實(shí)現(xiàn)工件的精確加工。數(shù)控電火花機(jī)床還可以進(jìn)行在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)，并對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行相應(yīng)的處理，只要將加工指標(biāo)如加工形狀、表面精度、電極縮放量等輸入到系統(tǒng)后，系統(tǒng)可以自動(dòng)推算出最佳加工條件。隨著市場(chǎng)對(duì)電加工要求的不斷提高，數(shù)控電火花機(jī)床的智能化發(fā)展成為必然的趨勢(shì)。

第三，數(shù)控電火花機(jī)床的自動(dòng)化水平。在目前的數(shù)控電火花機(jī)床中，將標(biāo)準(zhǔn)的電極夾具和電極庫(kù)配置其中，就可在刀庫(kù)中加入電極，并將加工程序設(shè)置好，則機(jī)床可在無(wú)人操作的情況下自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，節(jié)省了大量的勞動(dòng)力投入，同時(shí)縮短加工周期，提高了加工效率。但是數(shù)控電火花機(jī)床的自動(dòng)裝置配件成本較高，因而大部分機(jī)床的自動(dòng)化配置都不完善，因此提高機(jī)床的自動(dòng)化配置水平是未來(lái)需要努力的方向。

第四，數(shù)控電火花機(jī)床的高效化發(fā)展。如今的模具工業(yè)對(duì)工件的加工要求越來(lái)越嚴(yán)格，現(xiàn)代化的加工要求為數(shù)控電火花加工技術(shù)提供了最佳的加工模式，在確保工件加工精度的同時(shí)，還要提高加工效率。例如在許多的電器用品等配件加工時(shí)，要求最大限度縮短大面積工件放電時(shí)間，并降低工件表面粗糙度，在完成放電操作后無(wú)需再進(jìn)行手工拋光處理，不僅提高了加工效率，又保證了模具品質(zhì)。采用最佳的加工模式是擴(kuò)展企業(yè)發(fā)展空間，提高企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的有力保證。

2.國(guó)產(chǎn)數(shù)控電火花機(jī)床的改造

新型的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室中，大部分的零部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且為新型材料，具有較高的硬度和良好的韌性，采用傳統(tǒng)的加工方法即可完成對(duì)這些零部件的加工。雖然在新型復(fù)雜零件的加工方面數(shù)控電火花機(jī)床具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是受技術(shù)能力的限制，我國(guó)的數(shù)控電火花機(jī)床還存在很大的完善空間，對(duì)于一些復(fù)雜的零件還不能完成高質(zhì)量的加工效果。在原有數(shù)控電火花機(jī)床上進(jìn)行一定的技術(shù)改造來(lái)豐富原有功能，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)這些零件的精確加工。例如在航空發(fā)電機(jī)燃燒室零件上要加工出六百個(gè)直徑為1.45毫米的空間斜孔，與中心線間呈40度角。由于孔徑小且加工數(shù)目多，所以采用國(guó)產(chǎn)數(shù)控電火花機(jī)床無(wú)法加工出符合加工要求的工件，因此必須對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造，來(lái)增加相應(yīng)的功能。以國(guó)產(chǎn)數(shù)控電火花機(jī)床SDK-50為例，在對(duì)其進(jìn)行改造時(shí)要進(jìn)行以下工作：

2.1設(shè)計(jì)必要的工裝

該國(guó)產(chǎn)數(shù)控電火花機(jī)床具備四軸數(shù)控兩軸聯(lián)動(dòng)功能，由于上述要求完成六百個(gè)直徑為1.45毫米的小孔，所以為了確保孔的空間位置，需要采用三軸聯(lián)動(dòng)進(jìn)行加工，或者在原有機(jī)床基礎(chǔ)上增添相應(yīng)的工裝和加工軸。這里我們采取增設(shè)加工軸的方法，添加的連接桿與主軸呈40度角，如圖1所示。同時(shí)還設(shè)置了與連接桿相連接的小孔加工裝置，在連接桿的另一端與旋轉(zhuǎn)軸c連接。為了能夠加工直徑小于兩毫米的小孔而專門設(shè)置了小孔加工裝置。該裝置是由計(jì)算機(jī)的輸入輸出接口來(lái)控制的，小型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在此作用下帶動(dòng)電極進(jìn)行伺服加工，這樣一個(gè)新的加工軸形成了。工作時(shí)，加工電極在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)負(fù)責(zé)伺服進(jìn)給，這樣能夠有效保證小孔加工的尺寸和形狀精度。在每一個(gè)小孔加工完成后，在旋轉(zhuǎn)軸C的帶動(dòng)下，連接桿和小孔加工裝置旋轉(zhuǎn)到相應(yīng)角度后進(jìn)行下一個(gè)小孔的加工，直到完成所有小孔的加工為止。

圖1?加工裝置示意圖

2.2硬件電路設(shè)計(jì)

在上圖所示的加工裝置基礎(chǔ)上，添加相應(yīng)的控制電路和軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)C軸的有效控制，進(jìn)而完成對(duì)工件的加工。在對(duì)旋轉(zhuǎn)軸和加工軸進(jìn)行控制時(shí)，系統(tǒng)是以IBM-PC微型計(jì)算機(jī)為核心的，控制電路框圖如圖2所示。IBM-PC共有512個(gè)輸入輸出通道，其自身的配置需要占用一定的通道，除此之外，用戶可選用其他通道。此系統(tǒng)選取了三個(gè)輸入輸出通道，分別用來(lái)對(duì)加工信號(hào)進(jìn)行采集、對(duì)旋轉(zhuǎn)軸分度進(jìn)行控制、對(duì)加工軸進(jìn)行伺服控制。我們選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，機(jī)床電源提供加工軸的電源。

圖2?控制電路框圖

2.3軟件設(shè)計(jì)

我們采用的IBM-PC核心控制系統(tǒng)能夠保證軟件誰(shuí)和運(yùn)行的靈活性，可選用高級(jí)語(yǔ)言進(jìn)行編寫。軟件存儲(chǔ)在軟盤中，調(diào)入內(nèi)存后即可開始運(yùn)行。

3.結(jié)束語(yǔ)

數(shù)控電火花機(jī)床的功能開發(fā)是一項(xiàng)具有重要意義的研究工作，因此我們要加大研究力度，不斷研究創(chuàng)新和實(shí)踐，通過(guò)功能擴(kuò)展，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的加工，促進(jìn)我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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