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2021先進會員（創新十佳）：蘇州電（diàn）加工所-- SE-WK007數控電（diàn）火花精密微孔加（jiā）工機（jī）床

2023-2-9 來源：機床協會作者：-

2022年10月10日，中國機床工具工業協會公布了“關於2021年度中國機床工具工業協會先進會員（十佳）的表彰決定”，共計20家會員企業榜上有名（含10家“自主創新十佳”，10家（jiā）“產品質量十佳”）。為了更好地宣（xuān）傳這些先（xiān）進會員企業，協會（huì）傳媒部（bù）針對十佳企業及其產品組織（zhī）了係列專（zhuān）題宣傳報道，以協會行業發展部提供的資料（liào）為素材，經與相（xiàng）關企業（yè）確認後在協會主辦（bàn）的全媒體平台公開發（fā）布，與業界同仁相互交流，共同進步（bù）。

—— 中（zhōng）國機（jī）床（chuáng）工具工業協會傳媒部

SE-WK007數控電火花（huā）精密微孔加工機床

蘇州電加工機床研究所圍繞高精度異形化纖拚花噴絲孔高精度、微尺度、大深徑比單孔及高精度多孔拚花的需求，深（shēn）化（huà）精密微細電（diàn）加工功能部件及關鍵共性（xìng）技（jì）術（shù）研究，成功研發數控微孔電火花精密加工機床（見圖（tú）1）。該設備利用電火花放電蝕除原理，采用精密細長電極或圓電極加工各種形狀的（de）精密微孔，主要用（yòng）於新（xīn）型化纖噴絲板等精密微孔的加工（gōng）。加工精度與國外同類（lèi）產品相當，達到國內領先水平。

其主要技術特點體現為：

（1）可加（jiā）工 0.3mm 以下的微孔，精度高，表麵質量（liàng）好。

（2）采用簡單電極（jí）通過數控組合，可加工各（gè）種複雜孔形。

（3）能加工不鏽（xiù）鋼、黃銅、淬火鋼等各種導電材料。

（4）采用工控機控製，更換電極（jí）自動報警，自動（dòng）轉換加工規準（zhǔn），自動完成群（qún）孔工件的加工過（guò）程；群孔孔位自動編程。

（5）顯示加工參數，坐標位置等信息。

圖1 產品圖片

一、結構特點

該機床共設置有（yǒu）5個數控軸：X、Y、W（主軸頭）、Z（電極（jí）伺服進給）、C（電極旋轉分（fèn）度）。針（zhēn）對（duì）高檔噴絲板異形拚花高精度（dù）加工的特點，主機（jī）布局采（cǎi）用單立柱C型結構布（bù）局的對稱（chēng）結構設計。電極及導向器自動交換係統（tǒng），電極運動狀態檢（jiǎn）測單元，電導率、溫度、壓力調控水質工作液係統，納秒級數字化微（wēi）精脈衝電源，微細電加工間（jiān）隙狀態快速精（jīng）準檢測單元，專用微細電火花加工數控係（xì）統等單元組成。機床的整體布局及部（bù）件結構科學合理，具有足夠的剛性和精度保持性，數控軸的運（yùn）動慣量分配合理、匹配，滿足電火花數控伺服加工的要求。設（shè）備饋電、工作液供給、密封防護等設計合理，運行可靠（kào），使用安全；具有很好的（de）人機功能、簡捷緊湊均衡，有良（liáng）好的視覺效果。

二、技術（shù）創新

圍繞高精度異形（xíng）化纖拚花噴絲孔高精（jīng）度、微尺（chǐ）度、大深徑比（bǐ）單（dān）孔及高（gāo）精度多（duō）孔拚花的要求，蘇州電加工機床研究所研發（fā）團隊對電火花精密（mì）微孔加工的相關技術進行了（le）全麵深入的試驗研究，主要開展了以下幾方麵的創新工作。

1.微細孔電火花（huā）加工過程智能控（kòng）製技術

在電火花微孔加工過程中，隨著（zhe）加工深度的增加，加工間隙中的電蝕產物的排出越顯困難，越易造成燒弧、伺服不穩，加工效率（lǜ）降低，甚至造成廢孔；還有（yǒu）在電極（jí）剛剛穿出（chū）工件至完全穿透的區（qū）域，由於工作液從下端破（pò）口泄（xiè）漏，加工區電蝕產物的排出更加困難，形成出口區域正常電火花伺服加工進展緩慢，既影響（xiǎng）整體微孔加工效率，又影響了微孔下端（duān）邊（biān）口區域的表麵質（zhì）量。為（wéi）此（cǐ），研發團隊研（yán）創了一種“電火花微（wēi）孔加工過程的智能適應控製策略”，在（zài）微孔加工（gōng）過程（chéng）中，數控係統依據放電狀態檢（jiǎn）測信息、加工孔的深度信息以及伺服穩定（dìng）性實時狀態，智能適應（yīng）控製脈衝參數、伺服參（cān）數以及高頻振動（dòng）參數，實現了（le）微孔加工全過程的高效、穩定加工。

（1）放電（diàn）狀態精（jīng）準高速檢測技（jì）術。微細電火花加工（gōng）中（zhōng），放電能量很小（xiǎo），如何快速（sù）精準地檢測放電狀態，是實現微細孔電火花加工過程智能控製的關鍵。本機床采用高速器件（jiàn）檢測加工間（jiān）隙的（de）放電狀態，放電狀（zhuàng）態檢測電路以可編程邏輯器件CPLD為核心處理單元，通過數據處理，判別微細電火花加工的正常、過渡、短路等相關狀態，檢測單元內部設計了（le）溫（wēn）漂補償處理模塊，可保證放（fàng）電狀態檢（jiǎn）測信號精度不受壞境溫度變化的影響。

（2）數字化微精加（jiā）工脈衝電源及智能適應控製。超精脈衝電（diàn）源是實現微細電火花脈衝放電的關（guān）鍵部件，要（yào）實現超光微細加工，必須能提供（gòng）超（chāo）窄的納秒（miǎo）級的放電脈衝。研發團（tuán）隊研發了（le）數字（zì）化（huà）納秒級脈衝電源。主（zhǔ）振級采用CPLD可編程邏輯芯片組成可編程脈衝（chōng）發生器。脈寬、脈間及電（diàn）流參（cān）數等（děng）給定信號通過（guò）光耦（ǒu）隔（gé）離接至CPLD可編程（chéng）邏輯芯片，由CPLD作智能譯碼，控製各參數間的合理製約和匹配，杜絕了以往傳統（tǒng）電源因各參數獨立調節，互相之間（jiān）無製約，因參數設（shè）置不合理而易短路的弊病。通過篩選超低電阻和超低電感（gǎn）的同軸輸出饋線，解決（jué）了機（jī）床上雜散的分布電容和分布電感對加工的影響，通過成對（duì）配線方式最大限度地降低輸出饋線阻（zǔ）抗，達到超窄脈衝能量的低阻抗、低畸變、高速傳輸。該脈衝電源實現了納秒級的功率（lǜ）脈（mò）衝放大及傳輸，為（wéi）精密微小孔（kǒng）加工提供了良好的基本（běn）條件（jiàn）。

（3）微細電極的微量進給伺服控製。電火花精密微小孔加工中，采用細長的微細電極，為（wéi）了獲得對其優良的微量進給及伺服控製性（xìng）能，研發團隊研發了細長電極絲滾（gǔn）輪連續伺服微當（dāng）量進（jìn）給（gěi）機構，如（rú）圖2所示。滾輪伺服（fú）運動軸（Z軸）(電（diàn）極絲伺（sì）服進給機構)，電機經同步齒輪，帶動一對滾輪（lún）同步轉動，滾輪自動送（sòng）絲完成電極的伺服進給，這種電極絲的伺服送進結構（gòu）不但能順利（lì）可靠送進微細圓的或扁的電極絲，而且送絲精度高（gāo），伺服特性好，能適應細長電極絲（sī）的不間斷送進，不（bú）用（yòng）頻繁（fán）換電（diàn）極，滿足大批量微小孔加工的要求。

圖2 電極伺服微當（dāng）量進給機構（Z軸俯視圖）

（4）微細電火花小孔加工中電極高頻振動及智能控製。該機床創新實施微細電極的高頻振動及振動參數智能控製，有效改善了微細孔加工的排屑及進出口加工狀況，取得了明顯（xiǎn）效果。高頻振動器（qì）與電極絲的滾輪送進機構設計為一體，如（rú）圖3所示。在加工中（zhōng），對進口（kǒu）、孔內、出口加工區分段，依據（jù）加工深度值，對電極高頻振動的頻率進行智能適應控製。與脈（mò）衝電源、伺服（fú）智能適應控製相結合，明顯提升了微孔加工的進出口精度和出（chū）口的穿透性。

圖3 高頻振動器與電極絲的滾輪送進機構

2.智能數字（zì）化補償高精度拚花技術

（1）滿足高精度異（yì）形化纖拚花（huā）噴孔電火花加工要求（qiú）的專用五軸數控精密（mì）主機研製。根據加工需求，該機床共（gòng）設置有（yǒu）5個數控軸：X、Y、W（主軸頭）、Z（電極伺服進給）、C（電極旋轉分度）。針對高檔噴絲板異形拚（pīn）花高精度加工（gōng）的特點，主機布局采（cǎi）用單立柱C型結構布局的對稱結構設計（如圖4所示）。X軸、Y軸全閉環控製，同時作激光測量誤差補償，滿足了拚花加工時在XY平麵極高的定位精（jīng）度（dù）要求。W置（zhì）於立柱上，可帶動安裝其上的（de）C軸在垂直方向（xiàng）上下運動，C軸（zhóu）置於W軸（zhóu）前部，可帶動裝在其下端的多功（gōng）能精密微孔加工頭（含Z軸）及電極導向器作任意角度的回轉（zhuǎn）定位,Z軸驅（qū）動電極絲（sī）通過安裝在C軸下端的精密電極導（dǎo）向器（qì）導向，實現（xiàn）電極的伺（sì）服進給。

圖4 高精度專用機床主機布局

（2）高精度電（diàn）極旋（xuán）轉分度C軸。異形拚花微孔的每個窄縫的寬度隻有（yǒu）0.04mm左右，電火花拚花加工後（hòu），其拚花精（jīng）度必需小（xiǎo）於0.006mm（見圖5），否則在（zài）100倍顯（xiǎn）微鏡下觀察到的拚花形狀將（jiāng）是一個散花。C軸回轉（zhuǎn）精（jīng）度（dù）決定了電火花拚花加工的（de）拚花形狀精度，如圖6所示，C軸（zhóu）設計（jì）采用了大（dà）直徑0級高精度軸承支撐，采用交流（liú）伺服電機驅動，高精度圓弧齒（chǐ）同步帶（dài）減速以及海德漢高精度圓光柵反饋全閉環控製，實（shí）現C軸的高定位精（jīng）度和重複定位精度。

圖5 圓周形異形（xíng）化纖精密拚（pīn）花（huā）孔

圖6 C軸結構圖

（3）依據C軸回轉中心，通過高精度X、Y、C軸對電極（jí）拚花位置進行智能數字化補償，拚花精（jīng）度達到±0.006mm。研發團（tuán）隊依據電極（jí）原點與（yǔ）C軸回轉中（zhōng）心的偏（piān）差數（shù）據，通（tōng）過控製高精度（dù）X、Y、C軸對電極拚花位置進行智能補償的數控算法，解決了（le）電極原點與C軸回轉中心偏差補償問（wèn）題。加工時，數控係（xì）統自動依據電極原點與C軸回轉中心的偏差數據結合孔形編（biān）程數據，通過（guò）計（jì）算，控製高精度X、Y、C軸對電極拚花位置進行智能數字化補償，加工出理想花形（xíng）（見圖7），拚花精度達到±0.006mm。

圖7 各種拚花（huā）圖形

3.四矩形精密寶石錯位組（zǔ）合微細電極精密導向器

電火花微孔加工中為了解決阻尼及耐磨（mó）問（wèn）題，微細電極導向器導向（xiàng）部分的材料一般選用人造寶石（shí）、陶瓷（cí）等低磨損（sǔn）係數、高硬度材料。由於該機床是要對微細（xì）的扁電極（jí）進行精密導向，用寶（bǎo）石或陶（táo）瓷製作微小扁孔的整體（tǐ）導向器可（kě）行性不（bú）大，研發團隊創新研發了一種四矩形（xíng）精密（mì）寶石錯位組合微細電極精密導向器，如圖8所示。該組合式導向器巧妙利（lì）用四矩形精密寶石相互錯位，在中間（jiān）形成一精密導向孔(槽），該組合式導向器具有製作方便；可以組合形成很細（xì）微的精密導向孔；精度高導向器在組裝（zhuāng）時，可以通過微調四塊寶石的配合間隙，使導向間隙控製在合適的範圍；既可實現對微細扁電（diàn）極的導向，又可實現（xiàn）對圓電極導向；阻尼小、壽命高等（děng）優點。

圖8 四矩（jǔ）形寶石錯位組合微細電極（jí）精密導向器

三、市場應用前（qián）景

本機床的技術含（hán）量較高，主要成果是實現采用簡（jiǎn）單電極（jí）加工高精度拚花異形噴絲微（wēi）孔（kǒng），解決了高精度異形化纖（xiān）拚花噴絲孔（kǒng）電火花加工的關鍵技術，明（míng）顯提升了電火花加（jiā）工異形噴絲孔的水平。通過該機床成果（guǒ）的應用，對我國化纖行業的精密噴絲板相關製造企業的產業（yè）升級（jí）和轉型換代具有重要（yào）支撐和推動作（zuò）用。

在該機床技術創新研究的基礎上，蘇州電加（jiā）工機床研究所獲批參與2017年國家科技重大專（zhuān）項——“高檔（dàng）數控機床與基礎裝備（bèi）製造”——《精密微細數控電加工技術設備及（jí）開（kāi）發》（編號：2017ZX04021001-006）研發工作（zuò），項目進一步深化精密微細電加工功能部件及關鍵共性技術研究，建成多功能精（jīng）密微細電火花（huā）加工持續研究和集成驗證平台，可（kě）為電加工行業企業技術開發及用戶需求提供試驗驗（yàn）證服務，項目研究（jiū）成果進一步推廣應用，可滿足汽車製造、航天航空、軍工、生物醫療、3D打印等相關製造業對（duì）精密微細電火花加工要求，如發動機噴嘴的噴油孔等，具有廣闊的市場及產業化前景。

（來源：協會行業（yè）發展部責編：李（lǐ）華翔）

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