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摘要： 作为一种潜力巨大的电火花成形加工技术，放电铣加工技术的应用对于改善材料加工的质量与效益具有重要作用。本文首先对数控高效放电铣加工技术进行概述，然后探讨了数控高效放电铣加工的关键技术，以期为相关技术与研究人员提供参考。
关键词：数控；高效放电；铣加工
对于某些空间形状相对复杂的环件、叶片、机匣、安装边零件，若选用传统的金属切削机床进行加工，不仅加工效率和质量低下，还容易造成大量材料损耗。数控高效放电铣削技术是当前对特殊难加工材料进行高效加工的一种重要方法，与传统电火花成形相比，电火花铣削加工的优势明显。因此，加强有关数控高效放电铣加工技术研究，对于提升放电铣加工的应用质量具有重要现实意义。
1.数控高效放电铣加工概述
1.1技术特点
数控高效放电铣削加工的主要技术特点有：
（1）电火花铣削加工可以对传统成形加工有困难，甚至无法加工的工件进行加工，如由复杂圆弧、直线组成的又长又深的窄槽等。
（2）采用简单标准电极加工，简化了加工工艺；采用复杂的成形电极加工，放电间隙的电介液流场不均匀，工作状态不一致以及损耗不均匀等不利因素，使得加工工艺复杂多变。
（3）加工更易稳定，由于在电火花铣削加工过程中， 电极回转以及相对应放电位置的不断改变以及由此造成的液流扰动，使电蚀产物比较容易带出加工区域等，都大大改善了放电条件，从而使得加工更加稳定，有效的避免了令人头痛的电弧放电和短路现象。
（4）采用简单电极， 是线域放电甚至是单点放电可在保持相对加工面积较小的情况下进行加工，从而有效的减小电容效应，获得更低的表面粗糙度。
（5）据统计，在传统电火花模具制造过程中，成型电极的制作时间与费用可达总制造周期与费用的一半以上。电火花铣削加工技术不但能解决“柔性制造”的问题和提高加工质量，还能大大缩短产品的电火花加工工艺流程和节省费用。
1.2国内外研究的发展趋势
从二十世纪80年代开始，国外的电加工研究机构开始研究电火花铣削加工。随着技术的进步，1997年日本东京大学余祖元博士、增泽隆久教授等人，为了解决棒状电极的边角损耗而造成电极损耗不均的难题，对型腔进行分层加工，采用了等损耗加工的工艺方法[1]。英国的Duffill和土耳其的Bayramoglu对如下电火花铣削加工工艺进行了研究 [2-3] 。目前，世界上几大电火花加工设备生产厂家都已推出了电火花铣削加工机床。
国内对电火花铣削加工技术的研究起步较晚，如南京航空航天大学的刘正埙教授、周勇博士等研究了电火花铣削加工主要工艺参数影响规律。哈尔滨工业大学的赵万生教授、刘光壮博士等研究了基于分层去除制造的电火花铣削加工技术[4]。苏州电加工机床研究所已经生产出一种数控放电高效铣削加工专机，其效率可达 3000mm3/min[5]。
2.数控高效放电铣加工关键技术
虽然电火花铣削加工从工具及其成形运动形式上类似于数控铣削加工，其加工本质上仍然是电火花加工， 但电火花铣削加工机床不等于传统铣削加工与电火花成型加工的简单复合，必须解决好以下关键技术：
2.1电极损耗的检测及补偿
电极损耗是影响电火花铣削加工精度的重要因素， 准确的电极损耗检测是正确进行电极补偿的基础。它包含两个方面的因素：一是电极损耗的检测技术：二是电极损耗的在线补偿方式。目前研究中电极损耗检测主要采用CCD光学传感器或激光干涉仪测量，根据实际测量值进行补偿，这种方法实现简单，但在复杂三维实体的电火花铣削加工中，轮廓形状及加工面积是不断变化，加工代码又是在离线状态下由CAD/CAM软件自动编程或手工编程获得，这样，工具补偿代码与加工代码之间难以同步获得，工具损耗后，工具的刀位将发生变化，补偿代码的执行必然对后续指令产生影响，如何处理后续指令，加工效率和加工精度的矛盾，只依靠电极在线损耗检测获得数据进行补偿的方法不适合实际生产加工。需要在新技术支持下，通过大量的工艺实验，得到各种状态下电极损耗规律，最终建立电极损耗预测数学模型。
2.2CAD/CAM技术
电火花铣削加工与铣削加工编程的明显区别在于：电火花加工数控代码中除了有通用的G、M、T等代码外，还有电火花加工工艺所必需的加工条件代码E代码，（主要是脉冲电源参数）。不同的加工阶段、加工余量、加工材料及加工极性等都会对加工条件代码产生很大影响。加工条件代码不仅影响加工效率，还影响加工稳定性和加工精度，因而加工条件代码的编程还涉及到参数优化问题，它还可与知识库、专家系统以及智能学习等更高级的加工方式联系在一起，由此可见，电火花铣削加工的自动编程与其工艺规律有紧密的联系，而电火花加工工艺的复杂性也决定了加工条件代码编程的难度。除此之外，电火花加工过程中放电间隙的存在以及放电间隙的动态变化也都增加了电火花铣削加工编程的复杂性，没有一定的工艺积累是难以胜任其编程的，目前有很多三轴联动的数控电火花加工机床如汉川机床厂的HCD400K精密数控电火花成型机床（具有X，Y，Z三轴数控）、阿奇夏米尔公司的SF310精密数控电火花成型机床等，都能控制工具电极像铣削加工一样做成形运动，但是由于电火花铣削加工存在加工过程中工具的动态检测和补偿问题，需要研究相应的CAD和电极运动轨迹文件的用户接口和后置处理程序，开发出适合电火花铣削加工工艺的CAD/CAM系统。
2.3防烧弧检测控制技术
因零件加工常保持在高速及大电流状态，加工状态变化迅速，不良脉冲很容易对工件造成破坏，处理不当便会引发工件表面损伤。因此应在系统内部做好加工状况的高效检测。放电铣加工系统依据放电加工类型，开发了放电加工状态实时控制及检测策略，可快速探测各脉冲的放电、空载及短路状态，以辅助计算机实现轨迹伺服及电源参数的匹配控制。匹配控制可分成宏观控制与微观控制，宏观控制主要根据放电时间段内的放电状态统计数据调整伺服供给速率及放电脉冲参数；微观控制则依照各电脉冲起始状态，对脉冲参数大小及脉冲能量大小进行控制。利用匹配控制策略，可充分避免加工工件表面损伤的问题。 2.4冲、包、浸结合的冷却排屑技术
因放电加工电流密度与加工效率都较高，形成的大量电蚀产物很容易影响放电加工的正常进行。系统选用“冲、包、浸”结合的冷却排屑方式，将高压工作液利用电极管内孔冲射到加工区，以完成加工区内的冷却排屑；利用在电极外包裹的水柱，对工件侧壁进行冲洗，以清除黏附的蚀物；在工件液内对工件进行浸泡，可实现工件的总体冷却。此种冷却排屑技术效果稳定，可充分满足放电铣的加工标准。
3.结束语：
电火花铣削加工技术是典型的多学科交叉综合的结果，集电火花加工、分层制造、数控铣削、流体力学等学科于一身，是在复杂环境下基于复杂任务对复杂对象的控制，需要建立多输入、多输出的控制系统，因此有必要进一步完善模糊控制与人工神经网络、专家系统的结合，充分发挥各种控制方法的优势，以解决上述难题，实现高效稳定的加工过程控制。据夏米尔公司预测，未来的电火花加工将有30%采用电火花铣削进行加工，因此，开展相关技术与加强有关数控放电铣加工的研究，以逐步提升放电铣加工技术的应用质量。
参考文献：
[1]增池隆久ほか.放电加工技术の最近进步[J].精密工学会言志（特集），1998，64 （12）：1713～1746
[2]Thomas Hennige.Development of irradiation strategies for Dlaser
forming[J].Joumal of Material Processing Technology，2002，（103）：
102～103
[3]Thoe T B，Aspinwall D K，Killey N.Combined Ultrasonic and Elect
rical Discharge Machining of Ceramic Coated Nickel Alloy[J]，Journal of
Materials Processing Technology，1999，93 （1）：323～328
[4]刘光壮，杨晓冬，迟关心等.电火花铣削加工技术及其发展状况[J].电加工，1998，（1）：1～4
[5]CIMT2005 特种加工机床部分展品介绍[J].电加工与模具，2005，增刊：20～24
作者简介：李矢（1958-），男，广东梅州人，学历：大专，铣工技师，研究方向：主要从事数控机床和特种加工。
关键词：数控；高效放电；铣加工
对于某些空间形状相对复杂的环件、叶片、机匣、安装边零件，若选用传统的金属切削机床进行加工，不仅加工效率和质量低下，还容易造成大量材料损耗。数控高效放电铣削技术是当前对特殊难加工材料进行高效加工的一种重要方法，与传统电火花成形相比，电火花铣削加工的优势明显。因此，加强有关数控高效放电铣加工技术研究，对于提升放电铣加工的应用质量具有重要现实意义。
1.数控高效放电铣加工概述
1.1技术特点
数控高效放电铣削加工的主要技术特点有：
（1）电火花铣削加工可以对传统成形加工有困难，甚至无法加工的工件进行加工，如由复杂圆弧、直线组成的又长又深的窄槽等。
（2）采用简单标准电极加工，简化了加工工艺；采用复杂的成形电极加工，放电间隙的电介液流场不均匀，工作状态不一致以及损耗不均匀等不利因素，使得加工工艺复杂多变。
（3）加工更易稳定，由于在电火花铣削加工过程中， 电极回转以及相对应放电位置的不断改变以及由此造成的液流扰动，使电蚀产物比较容易带出加工区域等，都大大改善了放电条件，从而使得加工更加稳定，有效的避免了令人头痛的电弧放电和短路现象。
（4）采用简单电极， 是线域放电甚至是单点放电可在保持相对加工面积较小的情况下进行加工，从而有效的减小电容效应，获得更低的表面粗糙度。
（5）据统计，在传统电火花模具制造过程中，成型电极的制作时间与费用可达总制造周期与费用的一半以上。电火花铣削加工技术不但能解决“柔性制造”的问题和提高加工质量，还能大大缩短产品的电火花加工工艺流程和节省费用。
1.2国内外研究的发展趋势
从二十世纪80年代开始，国外的电加工研究机构开始研究电火花铣削加工。随着技术的进步，1997年日本东京大学余祖元博士、增泽隆久教授等人，为了解决棒状电极的边角损耗而造成电极损耗不均的难题，对型腔进行分层加工，采用了等损耗加工的工艺方法[1]。英国的Duffill和土耳其的Bayramoglu对如下电火花铣削加工工艺进行了研究 [2-3] 。目前，世界上几大电火花加工设备生产厂家都已推出了电火花铣削加工机床。
国内对电火花铣削加工技术的研究起步较晚，如南京航空航天大学的刘正埙教授、周勇博士等研究了电火花铣削加工主要工艺参数影响规律。哈尔滨工业大学的赵万生教授、刘光壮博士等研究了基于分层去除制造的电火花铣削加工技术[4]。苏州电加工机床研究所已经生产出一种数控放电高效铣削加工专机，其效率可达 3000mm3/min[5]。
2.数控高效放电铣加工关键技术
虽然电火花铣削加工从工具及其成形运动形式上类似于数控铣削加工，其加工本质上仍然是电火花加工， 但电火花铣削加工机床不等于传统铣削加工与电火花成型加工的简单复合，必须解决好以下关键技术：
2.1电极损耗的检测及补偿
电极损耗是影响电火花铣削加工精度的重要因素， 准确的电极损耗检测是正确进行电极补偿的基础。它包含两个方面的因素：一是电极损耗的检测技术：二是电极损耗的在线补偿方式。目前研究中电极损耗检测主要采用CCD光学传感器或激光干涉仪测量，根据实际测量值进行补偿，这种方法实现简单，但在复杂三维实体的电火花铣削加工中，轮廓形状及加工面积是不断变化，加工代码又是在离线状态下由CAD/CAM软件自动编程或手工编程获得，这样，工具补偿代码与加工代码之间难以同步获得，工具损耗后，工具的刀位将发生变化，补偿代码的执行必然对后续指令产生影响，如何处理后续指令，加工效率和加工精度的矛盾，只依靠电极在线损耗检测获得数据进行补偿的方法不适合实际生产加工。需要在新技术支持下，通过大量的工艺实验，得到各种状态下电极损耗规律，最终建立电极损耗预测数学模型。
2.2CAD/CAM技术
电火花铣削加工与铣削加工编程的明显区别在于：电火花加工数控代码中除了有通用的G、M、T等代码外，还有电火花加工工艺所必需的加工条件代码E代码，（主要是脉冲电源参数）。不同的加工阶段、加工余量、加工材料及加工极性等都会对加工条件代码产生很大影响。加工条件代码不仅影响加工效率，还影响加工稳定性和加工精度，因而加工条件代码的编程还涉及到参数优化问题，它还可与知识库、专家系统以及智能学习等更高级的加工方式联系在一起，由此可见，电火花铣削加工的自动编程与其工艺规律有紧密的联系，而电火花加工工艺的复杂性也决定了加工条件代码编程的难度。除此之外，电火花加工过程中放电间隙的存在以及放电间隙的动态变化也都增加了电火花铣削加工编程的复杂性，没有一定的工艺积累是难以胜任其编程的，目前有很多三轴联动的数控电火花加工机床如汉川机床厂的HCD400K精密数控电火花成型机床（具有X，Y，Z三轴数控）、阿奇夏米尔公司的SF310精密数控电火花成型机床等，都能控制工具电极像铣削加工一样做成形运动，但是由于电火花铣削加工存在加工过程中工具的动态检测和补偿问题，需要研究相应的CAD和电极运动轨迹文件的用户接口和后置处理程序，开发出适合电火花铣削加工工艺的CAD/CAM系统。
2.3防烧弧检测控制技术
因零件加工常保持在高速及大电流状态，加工状态变化迅速，不良脉冲很容易对工件造成破坏，处理不当便会引发工件表面损伤。因此应在系统内部做好加工状况的高效检测。放电铣加工系统依据放电加工类型，开发了放电加工状态实时控制及检测策略，可快速探测各脉冲的放电、空载及短路状态，以辅助计算机实现轨迹伺服及电源参数的匹配控制。匹配控制可分成宏观控制与微观控制，宏观控制主要根据放电时间段内的放电状态统计数据调整伺服供给速率及放电脉冲参数；微观控制则依照各电脉冲起始状态，对脉冲参数大小及脉冲能量大小进行控制。利用匹配控制策略，可充分避免加工工件表面损伤的问题。 2.4冲、包、浸结合的冷却排屑技术
因放电加工电流密度与加工效率都较高，形成的大量电蚀产物很容易影响放电加工的正常进行。系统选用“冲、包、浸”结合的冷却排屑方式，将高压工作液利用电极管内孔冲射到加工区，以完成加工区内的冷却排屑；利用在电极外包裹的水柱，对工件侧壁进行冲洗，以清除黏附的蚀物；在工件液内对工件进行浸泡，可实现工件的总体冷却。此种冷却排屑技术效果稳定，可充分满足放电铣的加工标准。
3.结束语：
电火花铣削加工技术是典型的多学科交叉综合的结果，集电火花加工、分层制造、数控铣削、流体力学等学科于一身，是在复杂环境下基于复杂任务对复杂对象的控制，需要建立多输入、多输出的控制系统，因此有必要进一步完善模糊控制与人工神经网络、专家系统的结合，充分发挥各种控制方法的优势，以解决上述难题，实现高效稳定的加工过程控制。据夏米尔公司预测，未来的电火花加工将有30%采用电火花铣削进行加工，因此，开展相关技术与加强有关数控放电铣加工的研究，以逐步提升放电铣加工技术的应用质量。
参考文献：
[1]增池隆久ほか.放电加工技术の最近进步[J].精密工学会言志（特集），1998，64 （12）：1713～1746
[2]Thomas Hennige.Development of irradiation strategies for Dlaser
forming[J].Joumal of Material Processing Technology，2002，（103）：
102～103
[3]Thoe T B，Aspinwall D K，Killey N.Combined Ultrasonic and Elect
rical Discharge Machining of Ceramic Coated Nickel Alloy[J]，Journal of
Materials Processing Technology，1999，93 （1）：323～328
[4]刘光壮，杨晓冬，迟关心等.电火花铣削加工技术及其发展状况[J].电加工，1998，（1）：1～4
[5]CIMT2005 特种加工机床部分展品介绍[J].电加工与模具，2005，增刊：20～24
作者简介：李矢（1958-），男，广东梅州人，学历：大专，铣工技师，研究方向：主要从事数控机床和特种加工。