第九届中国国际机床展览会特种加工机床展品评述

由中国机床工具工业协会主办的第九届中国国际机床展览会（CIMT 2005）于2005年4月11日至17日在北京中国国际展览中心隆重举行。中国国际机床展览会已被国际工业界公认为与欧洲国际机床展、美国芝加哥国际机床展、日本东京国际机床展齐名的世界四大国际机床展之一，是我国规模最大、水平最高的制造技术与装备的国际性展览会。

CIMT 2005的主题是：展示“数字化制造技术与装备的新发展”。特种加工机床是本届展会数字化机械制造技术与装备的主要展品之一。

据统计，此次展览会特种加工机床行业的38家企业展出了88台展品。其中国内企业（含台湾地区）26家，展品66台；国外企业12家，展品22台。展品中电火花加工机床（电火花成形机、电火花线切割机、电火花小孔加工机、电火花金属蚀除机）的数量最多，共66台；电火花复合加工机床（电火花放电铣床、电火花机械磨床）2台；电化学加工机床2台；超声加工机3台；激光加工机（激光切割机、激光打标机）5台；快速成形设备6台；火焰切割机1台；水切割机1台；挤压研磨机1台；磨粒流去毛刺抛光设备1台。这些展品包括了国内外主要特种加工机床生产企业的代表性产品，反映了当前国内外特种加工机床的技术水平与发展动向。

电火花成形机的技术特点与发展动向

在CIMT 2005上国外参展商展出的电火花成形机全部是数控机床，国内参展商展出的电火花成形机中数控机床（含单轴数控机床）占83%，与往届相比有大幅度增加，反映了电火花成形机的技术发展与需求水平的提高。

电火花成形机的各项工艺指标均已达到很高的水平，机床具有优越的性能与强大的功能。在这种情况下，进一步发展就应该呈现出新的特点。特别是从20世纪90年代开始，高速铣（HSM）的发展挤压了电火花成形加工（SEDM）的应用空间，因此SEDM的发展动向是适用于加工微米精密型腔、硬质合金型腔、高表面质量与窄缝深槽型腔。机床的技术特点呈现出较高的个性化、宜人化、数字化、微细精密化、高度智能化、运行低成本化。生产商在加强为用户服务的理念上下了大功夫。

1.1 提高加工速度是不变的主题

对于SEDM机床的发展，瑞士阿奇公司提出了一种新的发展理念——速度精神。它包括4个方面的内容：①安装快速：要求做到机床的占地面积尽可能小，搬运方便，装机调试工作简便，连接环节要少；②编程快速：只需要用图标输入一些必要的工件、电极与工艺要求数据，其他一切均可自动生成；③准备快速：工件的设定借助于手控盒及自动测量循环即可方便轻松地完成；④加工快速：利用丰富的、实用的工艺资源，可以应对从简到繁的各种加工任务。其实质就是尽量缩短辅助工时与加工工时。但要实现这个目标，就需要对包括编程操作系统、专家系统、工艺数据库、自动测量控制系统及高性能脉冲电源的各个环节都给予控制。

针对这个目标，阿奇公司新近推出的Agietron Spirit 2 型电火花成形机装备了带有专利技术的APG Spirit全数字化脉冲电源，它设定了新的质量和效率标准。这是一种等（几何）波形脉冲技术，它在保持相同的放电间隙、相同的电极损耗、相同的加工表面粗糙度并具有恒定的放电凹坑几何特征的情况下，增大了每个脉冲的材料去除量，并减少了加工表面的变质层。对于采用铜或石墨电极进行的所有粗、精加工，借助于低电流和内部电压调整，使电极损耗有所降低。不论在标准应用场合，还是在加工窄深槽的场合，生产率均高于平均水平。按该公司的试验规准，在加工电流为72 A时，铜打钢的加工速度为550 mm3/min,而其他型号机床（如Agietron Hyperspark）则为450 mm3/min。加工速度的提高，缘于该公司对以往的ACC电源（自适应电源）和ACD电源（自适应电源优化）引入了若干反应更快、更好的新算法。对于平动加工，也引入了PLS（预测学习系统）来连续存贮并分析平动运动期间的火花加工状况，因而在每次扩大加工时，平动加工就能逐步优化，使加工既快速又准确。该机床采用了基于Windows的控制系统，提供了家用个人电脑上同样的功能，利用有关软件在PC机上就能进行EDM任务的编程和数据输入工作，其操作界面与机床上的完全相同，存储媒体和接口也已由先前的3.5″软盘、RS-232替换成USB、CD-ROM了。这些措施对实现上述速度精神的目标起到了支撑作用。

日本牧野公司则通过配备电源的选项功能来提高加工速度。该公司提供一种称为Super SparkⅡ的选项功能，它包括R—Process2 Control 和Spark Jump功能，前者可按加工深度预测侧面扩大量，可以在达到一半加工深度之前自动增强加工条件；后者则在抬刀期间也能进行放电，使放电区分散在电极多处，有利于排屑。这项功能可以缩短粗、精加工的时间达30%～50%。该功能还特别有利于加工多个窄深槽、斜面以及那些不能采用高速抬刀的形状。例如用石墨电极加工具有14个窄槽的材料为NAK80的零件时，单用高速抬刀（5 m/min）的加工时间为17 h 20 min，而加用Super Spark Ⅱ时，加工时间缩短为9 h 12 min。再如用石墨电极加工材料为STAVAX的扬声器栅格时，单用HQSF电源，并采用USC添加剂的混粉工艺时的加工时间为27 h 13 min，而加用Super SparkⅡ时，只需20 h 13 min就完成。在这两例中，加工的最终表面粗糙度均为Rmax5μm。这些发展充分表现了提高机床的加工效率，永远是电火花加工机床不变的主题，也是SEDM机床之所以存在与不断发展的极其重要的原因。

1.2 智能化的专家系统更为丰富与实用

由于电火花加工中，影响加工效果的因素远比其他加工方式要多且复杂，同时用户要培养精通工艺的熟练操作者也越来越困难，因此EDM机床是否具有强大的专家系统，是否具有高性能的智能化控制能力，既是机床发展水平的重要体现，也是机床在使用时能否充分发挥出它拥有的技术水平，能否受到用户欢迎的关键所在。用户说这台机床“好使”或“不好使”，往往取决于这台机床的专家系统管用不管用、数据库准确不准确、智能化控制的效果好不好等。这个问题虽然已经不是什么新的概念，但是它的内容、方法、效果是与时俱进的。从本届展览会所展示与介绍的产品来看，智能化控制、专家系统呈现出更加丰富、 更有针对性、更为实用的特点。

日本牧野公司的智能专家系统（IES）配置在该公司的精密电火花成形机上，它能提供7种功能，对加工过程实现自动控制，以达到最佳的加工效果。这些功能分别为：①P—Pulse：按加工时的放电面积，控制最佳加工电流，可以缩短粗加工时间。②High—Speed Ju mp：在加工窄深槽时，借助于高速抬刀排出加工屑与气体，使加工过程稳定，并缩短粗加 工时间。③S—Control：当从小面积开始切入加工时，通过最佳的伺服和抬刀控制来达到稳定的加工条件。④A—Jump：按加工中的深度与面积，优化控制抬刀运动（高度、时间、速度）。⑤V—Cut3：通过优化平动控制，即使对复杂形状也能提高精加工精度和速度。⑥CJ —Jump：利用在电极侧向进行的跳跃运动来加强对加工屑的排除。它与高速抬刀不同，其速度自动控制在合适的大小上，这样可以提高侧面精加工的速度。⑦R—Servo：当加工有预孔的工件，因侧面放电而排屑不良时，通过最佳放电伺服控制，来保证稳定的加工。可见智能化专家系统为不同加工对象的不同加工要求，提供了丰富的可供选择的控制功能。

其他公司的产品的情况也类似。瑞士阿奇公司的专家系统（EXPORT）对同一件工件可以向操作者提供12种加工方案供选用，而不是过去的就是一种，别无选择。瑞士夏米尔公司的放电专家系统（PILOT—EXPERT3）与编程专家系统（PROGRAM—EXPERT），以及北京市电加工研究所在B35数控电火花成形机上向用户提供的自动编程专家系统与工艺专家系统，均可根据加工目标和电极对数据选择自适应加工参数，并可根据加工状态变化实时调整放电参数以优化加工效果。所有这些进展也反映了制造商服务用户的理念的变化，也是SEDM技术成熟的体现。

1.3 精密成形加工的新特色

SEDM的性能指标是加工速度、加工表面粗糙度、电极损耗与加工精度4项。不断追求加工的精密化（包括表面质量），也是SEDM的一个永恒的目标。随着加工对象的高档化，指标开始细分。例如表面粗糙度，要求在表面平直度的前提下有一个均匀性的要求，这是集成电路IC模块塑封模的要求，亦是高档手机外壳模的质量要求。再例如对于加工底角和型腔深度来讲，要求在微小型腔上有清晰的底角和高精度的型腔深度，这是微型接插件、光缆插头等精密器件提出的要求。SEDM的发展重点是针对HSM不经济、效率太低或不太好干的复杂、微细、精确的加工场合。时下的热门是微米精密型腔、硬质合金型腔、高表面质量和窄缝深槽型腔的加工，为此日本牧野公司推出了一个MF-4装置，它安装在紧靠电极夹头处，由于走线短，寄生参数好 控制。在MAKINO EDGE等机床上加工宽0.25 mm的槽时，底角半径达到0.015 mm、表面