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电火花EDM/线切割 |
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智能化电火花加工技术 |
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作者：阿奇夏米尔国际贸易（天津）有限公司 武同晖 |
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电火花加工（简称电加工）技术融合了各个时期的最先进技术，逐步进化成当今跨学科、多领域、边缘科技的综合智能体。智能化的需求完全归功于它所带来的消除人为偶然因素、高可靠性、低运行成本和高生产效率。
电加工的“智能化”同样基于庞大的系统组织，完成加工要求达到高效安全。目前,瑞士和日本两个国家在电加工智能技术上处于领先。瑞士是最早研究智能技术的国家，所有技术本着用最直接、简单的手段实现最高效、最可靠和最低运行成本的目的。而日本的技术在最近的发展情况显示，其投入到研究电加工的介质和驱动系统技术（例如混粉加工和直线电机）远大于智能技术，致使近期的智能技术相对瑞士处于劣势。
瑞士（尤以AGIE为代表）的智能技术概括起来就是朝着象“人”一样的智能方向发展。主要在优化、先进的智能专家技术（大脑），完善的监测系统（神经系统），快速反馈、执行系统（肌肉骨骼），等等。
智能脉冲电源和控制
优化、先进的智能专家技术（大脑），即智能脉冲电源和控制。放电加工的机理是以电脉冲在介质中放电产生的高温气化导电材料以形成加工，电脉冲参数选择的优劣直接影响加工结果，如何选择最快速最适合的参数，靠人工的现场调整显然费时准确性差，这就用上了智能技术。准确研究单个脉冲的微观放电加工过程（图1）的机理和理论是电加工智能技术的先决条件。
图1单个脉冲的微观放电加工过程
瑞士AGIE的研究结果表明：单个脉冲的微观放电加工过程拌随脉冲电压击穿介质形成等离子束产生的高温汽化熔化导电加工体形成蚀除坑穴（简称蚀坑），等离子束半径增大蚀坑半径随之增大。当达到热平衡半径增大停止，处于“渐进状态”，“渐进状态”是最低电极损耗和最大蚀除率也是停止脉冲电压的最佳时刻，此时产生的蚀坑表面质量好，相同的放电间隙放电能量最经济，减少精加工的时间（图2）。
图2瑞士AGIE的研究结果
不可控蚀除期和可控稳定蚀除期的加工结果见图3。
图3两种蚀除期的加工结果
拥有了理论就拥有了技术，即：检测蚀除期，稳定蚀除期，尽量延长蚀除期。
影响蚀除期的因素很多，主要由以下六大手段（图4）控制解决。
1、能的电压动态稳定；
2、过程控制；
3、专家系统优化；
4、电源脉冲参数的分辨率；
5、电源脉冲；
6、PLS平动策略。
PLS平动手段对蚀除期的稳定延长没有起到作用，此项技术是为了提高平动效率。
智能技术的应用将所有影响电加工的因素（放电参数、冲液及机械运动指标等）和对这些因素在不同情况下（例如深窄缝、大面积、无冲液等）的调整集成在“大脑”中，通过实时检测放电结果及时选择最佳优化的各因素组合，达到高效，高表面质量和低损耗，此过程无需人工参与。
主要解决方案如下：
完善的监测系统（神经系统）提供准确的现场信息。
监测系统监测一切有用的信息，包括温度，电压，电流，冲液压力，运动位置、速度、加速度与电加工息息相关的物理量，通过计算得到相应的结果，例如通过放电电压脉冲波形的计算得出下沿斜率，控制下沿斜率可避免拉弧的产生；还有特殊应用所需要的物理量，如慢走丝线切割机所需要的介质离子浓度，电极丝的张力，电极丝的挠度等。
电极丝挠度监控（图4）方法。
图4 电极丝挠度监控
快速反馈、执行系统（肌肉骨骼）在前面第已经谈及。没有快速的反馈对于毫秒级的放电过程就意味着灾难。但其中存在着重点和合理性。探讨电加工的反馈和执行理所应当的是电参数反馈和执行速度（请看上述电源解决方案），对于机械速度提升的应用存在着合理或适可而止，一味的提升速度反而适得其反。
抬刀（电极回退）时间与电加工时间的关系如图5所示。
图5抬刀时间与电加工时间的关系
在加工30mm深的型腔时，0.8s抬刀一次，回退5m 计算：
4.5m/min速度，2 m/s2加速度
WT = 83%
30m/min速度，10 m/s2加速度（需要20ms启动和30ms稳定）
WT = 87%
从表面上看也只有4%提高，但更重要的是电极到放电间隙附近的动力效果产生的放电回路的稳定性问题，这就要求在接近放电间隙时速度的平滑变化（即加速度必须以一定的斜率改变）正好到达放电间隙位置（图6），而且必须做到速度自适应于放电间隙。
图6放电间隙位置
速度的平滑变化，即加速度必须以一定的斜率改变，在高速抬刀（30m/min）所用的时间远大于低速抬刀（4.5m/min）的时间，这远远大于上述的4%。
提到动力效果对放电回路的稳定性的影响应自适应于放电间隙，即加速度的斜率必须适应放电间隙的大小来调整。这一技术称为智能动力，也是瑞士智能技术的又一个应用。
综上所述，电加工发展到今天，智能技术不但在技术含量上全面升级，也在智能控制范围上更加广泛，随着市场对电加工的要求提升，智能技术将不断发展。(end)
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(5/12/2005) |
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