揭开数控电火花加工技术的神秘面纱

高凯UG

数控电火花加工机床市场竞争日益激烈，越来越多的厂家都在宣传“镜面电火花加工”、“高效率加工”、“专家系统”等高性能指标。从表面上来看，似乎大多数控电火花加工机床的加工性能已经同质化，具有很高水平。而事实上，一些数控电火花加工机床用户的使用效果并不理想，甚至有些用户感觉上当了。
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造成这种情况的原因是：电火花加工行业通常是用一些技术指标来衡量机床的加工性能，如最佳表面粗糙度、最大加工效率、最小电极损耗、是否具有专家系统等。正是由于这些技术指标的局限性，一些厂商利用其进行宣传而误导了用户的真实需求。

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) r, W" |$ b* a* G- x, B* _. q* A4 J本文从最佳表面粗糙度、最大加工效率、专家系统3个方面，谈谈这几个常用技术指标与数控电火花加工机床真实加工性能的关系，希望对引导用户的理性需求有所帮助。
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1.最佳表面粗糙度

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当前电加工机床行业出现了众多的“数控镜面电火花加工机床”,这些机床标注的最佳表面粗糙度达Ra0.1μm。
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众所周知，表面粗糙度是电火花加工机床的一项主要工艺指标。影响加工表面粗糙度的因素除机床加工性能外,加工面积、加工形状、工件材料是3项最主要的因素。加工面积越大，加工形状越复杂，深度越深，就越难达到精细的表面。对于工件材料而言，要进行镜面加工必须选用镜面钢，如：S136、SKD61等钢材，有些材料是不能达到镜面加工效果的，如：SKD11钢材。
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所谓的“最佳表面粗糙度Ra0.1μm”,通常是指用直径10—20 mm的圆棒电极，在S136镜面钢料上加工一个浅表面，最终加工表面粗糙度Ra0.1μm。也就是说，最佳表面粗糙度是在加工面积合适、形状简单、使用镜面钢的特殊情况下完成的。一些厂家在这项测试中甚至是不计加工精度与加工效率的。而实际生产中的电火花加工需求与这种测试条件相比往往要复杂得多。一旦加工面积变大，形状变得复杂，加工不出镜面效果便是必然的事。这里提供一个数控镜面电火花加工机床的测试基准：使用粗、精二个电极，加工一个50 mm×50 mm×5 mm的方形型腔，底面与侧面都要求达到均匀的镜面效果，精度控制在0.01 mm内，总加工时间不能超过15 h，这个加工测试综合反映了机床的镜面加工能力。如果机床的加工水准接近这个测试基准,才可以说能胜任实际的镜面电火花加工需求。

3 a* u* W* C! G" q( ?8 R: z. P另外，也不能单凭镜面加工测试来判定数控电火花加工机床的精加工性能。这里列举一个应用实例：使用边长20mm的方形电极进行浅表面的镜面加工测试，只要参数配置合理，大多数的数控电火花加工机床都能达到较好的镜面加工效果，通常Ra<0.2 μm。可以发现加工过程中放电非常稳定，气泡连续均匀，加工出的镜面表面均匀，具有光泽效果。事实上，达到这个加工指标，并不能说明数控电火花加工机床的精加工性能就已经很好了。在这项加工测试中，如果要求加工Ra0.22μm（VDI07）或Ra0.4μm（VDI12）的亚光表面，就加工指标而言，没有加工经验的技术人员会认为表面粗糙度值大了，更容易加工了。实际上，这种亚光表面的电火花加工难度比镜面加工更大。亚光表面的电火花加工通常使用负极性、小电流、小脉宽、大脉间、加电容的参数匹配，如果机床的精加工性能不稳定，加工后的表面会有积碳、黑斑，表面效果很难达到均匀一致。因此，考查数控电火花加工机床能否实现均匀一致的亚光面加工，比进行镜面加工测试更能反映出脉冲电源的精加工性能。
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7 ]! Z/ z+ @% s; F; \事实上，很多用户对电火花加工表面的要求不需要那么精细，通常为Ra0.8～2.5 μm。对于这些加工要求，似乎所有的电火花加工机床都能达到。这也是一种片面的认识。我们可以从两种不同的加工要求来进行认识：一种是加工要求的确不高，考虑到电火花精加工效率较低，在电火花加工完成后再使用抛光工序来改善加工表面，对于这类加工，一般使用普通的数控电火花加工机床是能达到要求的；另一种是加工指定的火花纹面，加工要求较高。像有些外观要求火花纹面的塑胶模具，表面要求是Ra1.6 μm（VDI24）的纹面，在微观状态下观察加工表面颗粒形态均匀。高品质的电火花加工表面在将局部放大100倍以上时，微观状态下的表面凹坑均匀一致，颗粒分明，没有放电缺陷；而一些机床加工的表面虽然用粗糙度测量仪进行测量是合格的，但检查其微观表面时却能发现放电凹坑形态各异，颗粒有粗有细，并伴随一些局部缺陷，这就不能满足高要求的纹面加工。
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综上所述，数控电火花加工机床的最佳表面粗糙度指标只是一个片面的参考指标，要考查机床的表面加工性能，需要从机床能否实现实用的镜面加工、能否实现均匀的亚光表面加工、能否实现高品质的纹面加工3个方面进行综合评价。
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2.最大加工效率
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& h4 F* w6 d; B2 {' F& X不同的数控电火花加工机床标注的最大加工效率不同，有些机床标注的300mm3/min ，有些机床标注的是500mm3/min。用户往往会认为标注500mm3/min的机床加工速度更快。
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- i. W; m' Y- v7 Q+ W( d6 a事实上，最大加工效率主要与机床的最大加工电流有关，机床的加工电流越大，最大加工效率就越高。在最大加工效率的加工情况下，反映的是粗加工效率，加工后的表面很粗糙。而实际加工中，很少需要用到这种大电流加工。因此可以说这种所谓的最大加工效率对于评价数控电火花加工机床的加工效率意义不大。
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; B3 U2 q$ R5 l  W通常来讲，数控电火花加工机床的粗加工效率相差都不大，加工效率的差异主要体现在精加工。精加工需要使用多段加工条件，其加工效率与加工条件、加工余量、工艺等众多复杂因素相关。各种不同的加工类型，其效率会有较大差异，所以很难用具体的指标对精加工效率做出准确评价。

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4 e/ k& q- R+ ]! b/ R我们通常用多个具体的应用实例去作对比，也就是在同等的加工条件下，加工要求相同，最终对比加工的总时间。值得一提的是，这种比较只有在客观的情况下，使用数控电火花加工机床本身的工艺方法与电参数进行加工，不能有人为的干预，这样才能反映机床加工效率的差异。因为加工效率与人为调整有很大的关系，如加工一个型腔，使用机床默认的程序进行加工需用时20 h，而通过调整程序能将加工时间控制到8 h，这是很常见的。但越是高端的机床，这种可调整的空间就越小，其加工的适应性就更强。对复杂多变的加工类型，其整体的加工效率就会体现出明显的优势。“最大加工效率”这个指标只能用于评价机床的最大粗加工效率。实际生产中，加工效率的高低往往取决于机床的精加工效率，精加工效率可通过客观的应用对比来评测。
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3.专家系统


目前数控电火花加工机床的智能化程度有了很大的提高。很多厂商都宣传机床配有“专家系统”，只需输入加工面积，选择电极材料、工件材料及加工要求，机床即可自动产生程序与放电参数，在无需经验的情况下实现优化加工。

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这样一来，很多用户都认为操作数控电火花加工机床是很简单的事情。正是基于这样的认识，一些企业的操作人员完全依赖这些所谓的“专家系统”，导致电火花加工效率极其低下，加工不能满足要求。

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: ~3 ^& e2 |% o9 }; D! S其实，电火花加工的类型很复杂：加工面积不一样，小到尖点，大到大面积；深度不一样，有浅表面，有深型腔；形状不一样，有尖点、窄缝、通孔、盲孔，有简单的方、圆形状，也有形状复杂的型腔；加工表面要求不一样，从粗到细有不同的VDI级别；电极材料不一样，有紫铜、石墨、硬质合金等；工件材料不一样，有钢、硬质合金、铝、铜、钛合金等；加工要求不一样，有追求加工效率的，有追求低损耗的，有追求表面效果的……。这些众多的不一样，在加工过程中需使用不同类型的放电参数，并要进行相应的优化。

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先进的数控电火花加工机床，针对上述不同的加工类型制定了上万条加工参数，经过长期的沉淀形成了一个完善、实用的加工参数库，且在加工过程中，机床系统能自动进行优化加工，这样的机床才称得上具有“专家系统”，才能满足使用全自动化数控电火花加工的运行要求，才能极大地降低机床对操作人员的技能要求。
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一些普通的数控电火花加工机床只有几十条简单的加工参数，只是在系统界面中设计了能搜索这些加工条件的一款工具，其中有些选项只是形式，这样的工具是不能被称为“专家系统”的。这些数控电火花加工机床要求操作者必须具有丰富的工作经验，能根据加工要求灵活配置电参数，其操作方式与传统机床没有多大差异。

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9 Y! ^0 O: h$ o7 [9 K7 i- v" p9 M评价数控电火花加工机床的“专家系统”，要从工艺参数是否完善、工艺参数能否满足生产加工要求、适应性是否强等方面来进行评价。
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4.结束语
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以上针对数控电火花加工机床的几个常见指标进行了分析，指出了其片面性。建议电火花加工机床用户应根据具体要求，理性地选择合适的数控电火花加工机床，不要被一些表面的宣传指标与应用案例所蒙蔽。
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晨曦祥瑞

学无止境，勇往直前