CNC电火花加工演进:重塑精密制造新纪元
本文探讨EDM历史、电火花线切割与放电加工发展历程。然而,如同人类掌握的其他技艺,特殊技能所有权与加工成果未获追求高生产力与重复精度的企业主与领袖青睐。为克服障碍,人们开发CNC机床并应用于各类机床,含电火花加工(EDM)设备,亦称火花加工、火花腐蚀、烧蚀、成型沉降、线切割烧蚀或线切割腐蚀。这是利用通常产生火花的放电获取目标形状的制造工艺。
数控(NC)电火花机床
NC控制EDM加工中,操作员监控下,通过线切割EDM快速脉冲电流去除工件多余材料。线切割EDM组件中,一电极称工具电极,另一称工件电极。加工过程由刀具与工件决定,两者不实际接触,避免传统金属加工机床常见听力问题。放电加工早期手动难控,NC系统使其更易实现。
CNC线切割EDM电火花机床
数控时代后,计算机发展使1990年代成CNC成熟期,为金属加工带来新纪元。虽多数CNC机床由西门子/三菱/发那科等特定系统控制,但EDM机床控制系统不以控制器供应商类型为主导,而由PLC系统主导。今CNC线切割EDM类型众多,本文聚焦家电、滤网、3C电子消费品等小尺寸物件制造的广泛应用类型。放电加工适用谱系更宽,此处聚焦特定应用。
苏联时期EDM发展
苏联时期线切割EDM发展成功,带来巨大技术进步。线切割EDM现身1960年代末,旨在用硬化钢制刀具模具。最早NC机床为穿孔带式立式铣床改造。1960年代末苏联制造俄罗斯首台商用CNC机床——线切割EDM。此期EDM史亦是航天/军工/汽车加工积极发展史。David H. Dulebohn团队在Andrew Engineering Company基于Andrew H. Dulebohn研发铣磨机床。后计算机数控(CNC)绘图仪产出母图提升精度/精准度/重复性。1970年代初产出用CNC绘图仪与光学跟丝技术的线切割EDM。此后Dulebohn用同绘图仪直接编程控制EDM,1976年制造首台CNC EDM机床,基于放电加工为金属加工带来巨大便利。
自动化融入EDM
CNC控制线切割EDM技术商用化后,近二十年技术进步带来实质性进展。过去十年引入自动化机构,EDM进给速度显著提升,表面光洁度可由程序良好控制。
CNC线切割与成型沉降EDM
除线切割EDM,成型沉降EDM亦为满足多加工需求的热门类型。二战末期1940年代前,两俄国科学家B.R. Lazarenko与N.I. Lazarenko受命研究防止火花效应导致钨电触点腐蚀,成型沉降发展可追溯EDM早期。虽未完成任务,但贡献启发后续实验。发现特定环境下电极腐蚀可精准控制,极大启发后续。由此发明加工钨等硬材料EDM机床。Lazarenko机称RC机,因电阻电容电路充电电极命名,在EDM史广为人知。同期美国Harold Stark、Victor Harding、Jack Beaver团队独立发展,成功开发去除铸铝断钻/丝锥的EDM机。美团队初用弱电蚀刻工具制机,初不成功后改法。此后Stark/Harding/Beaver机达每秒60火花,系EDM史当时技术突破。今EDM机基于设计用真空管电路,每秒产生数千火花,大幅提速,为全球企业主带来巨大潜力与产能。
制造工艺