高速铣削与电火花加工相辅相成 趋向高精、高效、智能化

　　高速铣削加工是否取代了传统的电火花成形加工？为了找到答案，金属加工在线记者从瑞士GF阿奇夏米尔公司了解其最新技术情况，从工件结构、加工精度、加工材料、加工速度等方面，比较分析高速铣削和电火花成形加工各自加工能力的优劣势和适用空间。

　　二者相互补充、相互合作

　　总的来说，高速铣削和电火花加工不能相互取代，而是相互补充、相互合作的关系。

　　随着近几年高速铣削加工技术的发展，原先一部分传统上由电火花成形加工的零部件现在可以转为高速铣削加工。比如，原先铣削加工只能加工未淬硬过的材质，而淬硬的材料只能由电火花加工。

　　现在，高速铣削技术可以直接加工硬度52HRC甚至更高硬度的材质，而以前这些零件都是由铣床加工电极，再由电火花机床最后成型，费时费力。一些需要大面积加工的零部件，现在由高速铣直接加工，大大提高了效率，因为如果用电火花加工，不仅需要加工电极，而且在大面积加工方面，铣床的效率要大大高于电火花，而且，要求加工很低的表面粗糙度值，比如R a=0.2μm，电火花加工就很难做到，而高速铣现在加工的表面粗糙度值R a可以达到0.1μm。但在某些方面，高速铣还具有局限性。

　　比如，需要很小的清根加工，运用高速铣床加工，就需要很小直径的刀具，不容易加工，且易断刀。

　　这时最好由铣床加工小的电极，再由电火花加工。

　　再比如，一些很硬的材料，比如硬度大于62HRC以上甚至是硬质合金材料，由高速铣直接加工，不仅费力，而且刀具成本直线上升，最佳的加工路线是高速铣加工电极，电火花最后成形加工。所以，这两种加工工艺无法相互完全取代，而是相辅相成。

　　在模具制造中应用的典型案例

　　高速铣削和电火花加工广泛应用于电子电器等行业，是模具加工中的关键工艺和技术。现在以目前非常热门的LED模具加工为例，来谈谈高速铣和电火花加工在这类模具中的作用。

　　这个工件要求材料是Elmax（硬度56HRC），24个型腔3mm×3mm，深度0.6mm，没有预铣，要求表面粗糙度值Ra小于0.1μm，底部圆角小于0.03mm，型腔尺寸精度±2μm，位置误差±2μm。

　　显然，这个工件无法单独由高速铣削完成，因为它需要极好的局部精度和很小圆角。我们考虑由高速铣来制作电极，由电火花加工最后完成。由于工件本身具有很高的加工要求，所以首先电极的加工质量要高。它主要有几个难点：一是加工精度，电极的尺寸精度和位置精度都要小于2μm；二是表面质量要很好，并且没有毛刺；三是需要很好的局部精度，这需要高速铣床要很好的加加速度（Jerk）。这已经无法用传统的高速铣床来完成了。为此，我们采用了GF阿奇夏米尔公司最新推出的HSM400LPP机床来完成。该机床用直线电动机驱动，消除了滚珠丝杠造成的反向间隙。该机床具有极高的精度，误差为0.1μm。配备42 000r/min的高速电主轴。由该机床加工一个电极的时间是169min。电火花加工则由阿奇夏米尔的FO350MS机床来完成。该机床整体床身配备热恒定系统，四大智能模块，仅用3个电极就完成全部工作。最终加工结果粗糙度值R a=0.06μm，底部圆角R 0.022mm，全部用时仅550min。可以说，这个工件的加工充分反映了目前高端模具的加工方向：完全相匹配的加工设备组合，如上所述就是高精密高速铣和高精密电火花完全对应结合，不但高精度，同时要求高效率。

　　模具高精度电加工设备与工艺最新研制成果与应用经验

　　随着技术的不断进步和客户对加工要求的不断提高，可以看出，未来对电加工的要求主要是在保证高精度的同时实现高效率，而且对机床的智能化要求很高，也就是说机床要越来越聪明，对操作者的要求越来越低。GF阿奇夏米尔公司作为世界上领先的瑞士机床设备供应商，完全响应了这种需求。瑞士机床的高精度和高稳定可靠性全球闻名，这里无须多言。近几年，他们把电火花机床的轴的移动速度提高到15m/min，最重要的是完善了加加速度Jerk的控制，消除了加工中轴的无效运动，大大提高了加工效率。四大智能模块：能量控制专家系统（power control expert），根据电极的加工面积的变化实时调节加工能量，达到表面质量的高度一致性；第四代放电监测专家系统（pilot expert4），根据加工的状况实时监测和调节加工条件，优化加工；SPAC短路排除专家系统，能够在几分钟的时间内排除因为某一个加工时产生的短路现象，不再因为短路而降低速度，机床没有任何中断继续全速加工，这样大大提高了效率；微细加工专家系统（micro machining expert），大大减少了电极尖部部分的损耗，最高减少损耗可达30%，极大了减少了电极的数量。同时，GF阿奇夏米尔开发出的DPC控制系统：菜单式编程，把大部分的应用程序集成在一个界面内，即使操作者没有任何经验，也能加工出专家级的工件。作为成套设备供应商，阿奇夏米尔提供的高速铣、电火花加工、线切割加工组成了一个加工单元，完成一系列复杂零件的加工。

　　在电火花微孔和微精加工方面， 已经开发出一系列不同档次的机床Drill20/30、Drill200/300、Drill2000/3000。该系列机床最小可加工孔径小于0.1μm，可多孔同时加工，以提高效率。

　　技术改进

　　作为领先的电加工设备供应商，瑞士GF阿奇夏米尔公司一直处于该领域的领导者地位。IQ“零”损耗电源就是该公司这几年的最新成果。相比其他加工，大家一直觉得电火花加工很难控制加工结果，而且对操作者的经验要求相对高，主要的原因在于电极的损耗难以预测和控制。IQ“零”损耗就是针对这个方面的加工难题而研发出来的，它的“零”损耗针对铜电极特别是石墨电极。该模块不针对特定的石墨型号，与石墨质量无关，也就是说不同的石墨都能获得相同的结果。

　　减少铜的损耗不像采用石墨那样简单。铜在1 083℃就熔化，使得从加工一开始就导致拐角损耗，而随着加工深度的变化，出现大面积损耗。为了克服这些现象，已经开发出独特的运算方法，以确保每一个火花与产生此火花的能量相一致。由于每个脉冲都会带来损耗，所以脉冲数量尽量保持最少，并根据实际加工区域调节所用的平均电流。

　　举一实例，如加工深度20mm，最终表面粗糙度值R a=1.8μm，总用时321min，相对比传统电源，铜电极的损耗减少20%～90%。

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