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ANCA新型EDG使PCD刀（dāo）具生產效率成倍提（tí）升

2021-2-26 來源：-- 作者：-

2011年，當ANCA與Precorp公司（現隸屬於山特維克集團）合作創建ANCA EDG（電火花磨削（xuē））磨床時，目（mù）標非常（cháng）明（míng）確。兩家公司都（dōu）希望創建一個（gè）高（gāo）性能的旋轉電（diàn）火花加工（EDM）平台，該平台（tái）不僅能生產出一（yī）流的幾何形狀的刀具，其循環時間也應當處於市（shì）場領先的水平。

這一創新（xīn）出自ANCA創始人兼董（dǒng）事（shì）總經理Pat Boland先生，他敏銳地（dì）意識到，要想超越現有（yǒu）的競爭對手，需要的是大（dà）腦而不是蠻力。“融（róng）蝕過程既簡單，又複雜。該工藝的基礎是使用正負電極和電解液，與（yǔ）材料一（yī）起產生（shēng）電火花。ANCA在製造世界一流的（de）硬質合金和高速鋼刀具方麵（miàn）已有45年的經驗，我們希望在PCD刀具領域（yù）中也能發（fā）揮我們的技術。”Boland先（xiān）生表示。

研發（fā）ANCA EDG磨床的主要動（dòng）力在於，它需要足夠簡單，以便能夠輕鬆創建所有類型的釺焊剪切槽類刀具（jù），但它也要足夠複雜，以便創建無限多種螺旋（xuán）類型的整體頂（dǐng）尖，脈紋和雪佛（fó）龍PCD刀具（jù）。Boland先生補（bǔ）充道：“我們很早就意識到，我們希望讓客戶能夠創建（jiàn）複雜的（de）刀具幾何結構，那麽在（zài）保持精確的融蝕間隙距離的同（tóng）時，進行5軸插補將是一項挑戰。”

彼時，Pat Boland先（xiān）生，來自墨（mò）爾本大學的電氣工程碩士，拜訪了皇家墨爾本理工大學，並與當年電氣工程博士學位的候選人，如今（jīn）的Dr. Kotler Tee相遇。Dr. Tee提（tí）出了值得推敲的（de）的設想，並（bìng）很快被ANCA聘請，來領導EDG融蝕工藝的創建和部署。Pat Boland和Dr. Tee並肩工作，提出構想，共同創建了當（dāng）今市（shì）場上技術領先的融蝕工藝。

步驟1：使用智能自適應控製（IAC）維持（chí）最佳的火花融（róng）蝕間隙

他們需要解（jiě）決的首要任務是，無論是在簡（jiǎn）單的二維還是複雜的三維（wéi）路徑下，都要保持（chí）最佳火（huǒ）花融蝕間隙。“在融（róng）蝕過程中，保持最佳的火花融（róng）蝕間隙是高效（xiào）的基礎。對於旋轉二（èr）維（wéi）路徑計算來說，保持最佳間隙（xì）非常簡（jiǎn）單。但是，當三維路（lù）徑計算涉及4個或5個軸同時移動時，表麵積、體積和路徑的變化都將成為挑戰，”Dr. Tee說。“從測試中，我們發現，標準做法是簡單地將磨床進給速度設置為允（yǔn）許的最低值，以保持可用的火花間隙距離（lí）。然而，這會導致大量的‘空運行時間’，並大幅降低進給速度。”為了保持較高的進給速度並保持（chí）最佳火花融蝕間隙，智能自適應控製的概念應運而生。

智能自適應控製（IAC）是實時（shí）的、伺服控（kòng）製（zhì）的功（gōng）能，可在線自動監（jiān）測並主動（dòng）控製融蝕間隙距離。IAC利用ANCA Motion AMD5x控製係統的EtherCAT功能，使磨床運行與發（fā）電機性能同（tóng）步。IAC調整並保持最佳的火花間隙距離，這對於在鑽頭和立銑（xǐ）刀上融蝕三維幾（jǐ）何形狀（如PCD凹槽和切口)非常（cháng）重要。幾何形狀決定了多達5軸的同步運動，IAC自動調整間隙（xì）距離和磨（mó）床進給速度，以（yǐ）優化融蝕速度和表麵光潔度，這也就是指，當（dāng）融蝕沿（yán）著線性路徑時（shí）進給速度加快，當路徑發生變化時進給速度減慢。

“融蝕路徑的變化可能導（dǎo）致電極輪太靠近（jìn）刀具（jù），或從刀具上脫落。這（zhè）會導致軌道上既（jì）可（kě）能產生優質的火花，也可能產生不良的火花，甚至遺漏火花（huā）。”Dr. Tee補（bǔ）充說。IAC能自動考慮（lǜ）這一點，並在任意可變路徑的長度上保持盡可能（néng）快的進給速度。自然（rán）地，這能提（tí）高（gāo）進給（gěi）速度（dù），避免熱損傷，提高表麵光潔度，增加材料（liào）去除率（lǜ）（MRR）並縮短循環時間（jiān）。

IAC的另一個好處是可以輕鬆製造PCD和（hé）硬質合金的微型刀具。當IAC保持最佳距離時，砂輪碰撞的機會很小，因此刀具損壞的幾率很低。這一點在融蝕加工直徑小於（yú）0.5毫米的刀具時至關重（chóng）要。

步驟2：使用自適應電火花控製（ASC）優化融蝕過程

下一個挑戰是創造最佳火花以促進融蝕過程。電流、電壓、持續時間、關閉時間以及因此而引起的火花強（qiáng）度會根據被融蝕的材料不同而變化（huà）。也（yě）就是說，與硬質合金（HM）和高速鋼（HSS）相比，PCD將需要調整更多參數。難點在於，PCD晶片通常是0.6毫（háo）米的PCD，帶有1毫米（mǐ）硬質合金（jīn）背襯。就像山特（tè）維克“紋理”工藝一樣，人字紋刀（dāo）具（jù）和整體頂尖的刀（dāo）具（jù）也燒結在硬質（zhì）合金背襯上。當劇烈融蝕（例（lì）如粗加工）時（shí），銅電極輪會沿PCD-硬（yìng）質合金（jīn）邊界（jiè）融蝕。針對PCD優化的融蝕參數（shù）可能會無意中融（róng）蝕（shí）硬質合金背襯。相反的情況下，又會導致（zhì）PCD-硬質合金邊界處的過度融（róng）蝕（shí），這被（bèi）稱為“咬邊”，即它選擇性地融蝕了PCD層下的硬質（zhì）合金。此外，它還可能導致（zhì）“鈷浸出”，即PCD粘合劑鈷（gǔ）被優（yōu）先融蝕掉，而留下裸露（lù）的PCD層。

這類似於在鋪好的道路地基下進行挖掘。如果你從路麵下挖太多的材料，路麵最終會塌陷。機械加工（gōng）試驗表明，粗加工過程（chéng）中的咬邊和滲鈷會導致切削刃脆化和（hé）刀具過（guò）早磨損。為了避免這種情況發生並優化融蝕過程，自適應電火花控製（ASC）應運而生。

既簡單又複雜的PCD刀具。整體頂尖PCD鑽頭質量出眾

ASC在發電機本身上使用超快速EtherCAT伺（sì）服係統以及DSP（數字信號處理（lǐ）器）和FPGA（現（xiàn）場可編程（chéng）門陣列）。 EDG融蝕發生器能夠實時監控和（hé）處理每個火（huǒ）花。每個（gè）火花的波形被自動監（jiān）視，並根據被融蝕的材料（liào）、融蝕間隙距離和其他（tā）最佳融蝕過程中的必要因（yīn）素進行分類。發生器隨後可以（yǐ）動態調整（zhěng）每個火花的能量水平（電流，電壓，持（chí）續時間和關（guān）閉時間）以適應被融蝕的材料。

ASC優化了融蝕過程，從而減少了鈷的滲出並減少了（le）PCD-硬質合金邊界處的咬邊，可以生產出更強的切削刃和更不易崩刃的成品（pǐn）刀具。這有助於延長刀具壽命，減少刀具磨（mó）損並降低刀（dāo）具（jù）成（chéng）本。測試表明，CFRP（碳纖維增強塑料）刀具壽命增加了60％。

以上智能融蝕控製係統受到ANCA的專利保護。

0.4毫米整體頂尖PCD鑽頭

第3步：使用ANCA Motion SparX融蝕發生（shēng）器增大電力電子設備的功率（lǜ）

難題的最後一步是優（yōu）化電子器件（jiàn），以期在（zài）實現更高（gāo）表麵光潔度的同時，實現更高、更強（qiáng）的融蝕。ANCA依靠其（qí）姊妹公司ANCA Motion的專業技術解決了這一難題。基於AMD5x伺服平台，高級電氣工程師Richard Colin負責創建行業領先的融蝕發生器。Richard擅長高頻、大功率（lǜ）電子設備，在ANCA Motion工作之前，他曾為航空業（yè）設計過地麵動力裝置（GPU）。“我抓住了這個機會。我一直期待研發最新的一流半導體電力電子產品，以實現（xiàn）寬帶隙開關速度。”

與等效元件相比，每脈衝兆安（ān）培（péi）技術使ANCA客戶能夠擴大其可達到和使用（yòng）的功率範圍。ANCA Motion SparX融蝕發生器在超（chāo）重型粗加（jiā）工到超精細精加工操作範圍內（nèi）表現出了卓越的性能，利用微脈衝技術進行（háng）高能量密度燒蝕，其帶來的優秀可控性為客（kè）戶提供優化的進給（gěi）速（sù）度、優越的表麵光潔度和大幅減少的（de）循環時間。這種脈衝精度能滿足用於特殊的超精細拋光超低（dī）能量脈衝，也能完成快速去除原材料的高能量脈衝。

在PCD融蝕過程（chéng）中，循環時間與材（cái）料去除率（MRR）息（xī）息相關。 ANCA Motion SparX融蝕發生器利用新的（de）超粗加工，超精（jīng）加（jiā）工和超精細精加工（gōng）操作，可提供無與倫比的MRR增長，循環時間減少了50％。此（cǐ）外，在所有功率模式下，融蝕表麵質量都得到（dào）了改善。使用微脈衝（chōng）技術的最新 “超精細拋光”工藝可以輕鬆實現Ra <0.1µm和Rz <0.5µm的表麵光潔度。這些操作可以生產（chǎn）出苛刻的（de）切削（xuē）刀具所需的優質切削刃。

這些提升不僅幫助ANCA客戶在競爭中脫穎而出，而且使刀具製造的方法更加智能。“我們與競爭對手之間的差異在於，ANCA專注於客戶融蝕的目的。他們明確地告訴我們，他們想要一種針對螺旋和圓柱PCD刀具的（de）優化工藝。我（wǒ）們與ANCA Motion緊密合作，設計了融蝕發生器，不僅適用於剪切類刀具，還適用於無數的高度複雜的幾何形狀，而不是重（chóng）複使用（yòng）最初為電（diàn）火花加工（Wire-EDM）創建的（de）發生器技（jì）術。我們的解決方案在整個行業中獨樹一幟（zhì）。我（wǒ）們讓幾何參數決（jué）定工（gōng）藝，而不是由過程決定可用的幾（jǐ）何參數。”

Dr. Tee打趣道： “我們用智（zhì）慧（huì）勝過蠻力，正所謂力（lì）挑一百，智舉千斤。”

（來源：ANCA）

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