1 引言

      在特种加工的众多技术中，电火花线切割技术已经发展成为一个重要的分支，尤其是在模具生产制造行业、电子行业以及航空航天等众多领域，电火花线切割都是关键加工技术。随着工业生产向信息化、智能化和绿色化的方向发展，研究人员采用先进的现代技术和研究手段对电火花线切割加工技术进行改进，不断研发新技术、新工艺、新设备、新元件等，促进了该技术在多领域的高速发展。

2 电火花线切割加工技术的原理及线切割机床分类电火花线切割加工技术（WEDM），是在电火花加工基础上发展起来的，靠电极丝与工件间的火花放电，对工件产生熔化、抛出作用，以达到对工件进行电蚀切割的目的，从而使产品满足尺寸、精度的要求。在加工形状复杂、精度要求较高的零件中，WEDM 充分展示了其优越性。例如，在加工冲裁凹凸模具、刀具、金属电极、形状复杂的镗腔、细小的孔槽、不规则曲线中，WEDM 不仅能够保证高精度，同时缩短了生产的周期，提高了加工效率，降低了制造成本。

      WEDM 设备机床的分类，主要是根据加工过程中电极丝所做运动的型式分为两类，如表1 所示。

      通过比较这两种机床：由于高速走丝电火花线切割机床的结构相对简单、易于维护操作，主要适用于运行成本低、对工件精度要求不高的中低端用户；在加工特殊零件、不规则曲线（曲面）、细小精密零件等，要求更高加工精度、更高表面质量的时候，国际主流上多采用低速走丝电火花线切割机床。

3 加工中常见问题及技术改进现状

3.1 运丝系统问题

（1）断丝现象改进

      在应用WEDM 加工工件的过程中若出现断丝现象，对工件质量和加工效率都有较大影响。在实践操作中引起断丝的常见原因有：电极丝损耗、装丝质量不合格、脉冲电源加工参数选择不合理、工件材质因素和冲液条件等。国际上不断有研究人员对于断丝现象进行研究并取得进展，近期有研究人员通过实验，发现在加工中发生断丝现象的瞬间，会发生电压急速上下波动的情况［2］。利用这一现象，开发了一种在加工过程中发生断丝现象前一瞬间（5～40ms），能够及时检测波动并切断脉冲，同时自动控制停止系统进给的装置，这种装置能够及时避免断丝带来的不良后果。

      日本发那科公司、三菱公司分别开发了AI脉冲控制技术、PM 控制技术，通过这两项技术在机床上的应用，能够在单位时间内准确统计有效、无效放电脉冲，准确监测加工过程中工件尺寸变化及工作介质的流通状况。实现在加工过程中不断调整工作环境、实时控制伺服系统给进、电量等，以保证生产加工过程的高速稳定、无断丝。

（2）短路现象改进

      短路现象是指电极丝与工件接触而不放电切削的现象。排屑不良是引起短路的主要原因之一。另外，切割时产生大量不导电物质也可引起短路导致无法继续加工。制定加工工艺时，需设置合理的放电间隙、运丝速度、电规准、进给速度、切削液流量等参数［4］。若加工时出现短路，可使用设备短路回退的功能，将电极丝脱离短路状态，停车及时清洗出工件中的电蚀物。发那科公司开发的电火花线切割机床可以实现自动无损探测、自动检测短路位置，定位并自动消除短路现象，这种技术大大提高了机床在无人操作时的安全性。

3.2 加工精度与工作效率问题

      WEDM 设备机床通常应用于加工硬质合金等，然而典型的表面缺陷（如裂缝、微小的凹坑以及表面再凝固层等）降低了表面的一致性和零件的寿命。线切割产品的质量主要受机械系统、工件特性、工作液、电极丝、电参数、工艺流程及操作人员水平等因素影响。

（1）脉冲电源的性能影响

      在精加工中为追求更高的表面精度，更高的工作效率，必须将脉冲电源的影响降到最低。国外的机床生产企业都相继研发了各种高效脉冲电源，力求在更短的时间内，保证放电量。

      瑞士阿奇夏米尔公司的AGIECUT PROGRESS V 系列机床，加工效率最高能够达250mm/min，他们采用的集成式电源，能够时刻监测加工过程，根据工件的变化，调整优化电源的放电功率。性能卓越的控制电源是快速加工的基础，同时也能够大大提高工件的表面质量，其工件表面粗糙度可以低于Ra0.2。

      日本沙迪克公司的线切割超高频精加工回路，是通过脉冲变压器的双脉冲输出放电来实现超精加工控制。

（2）机械平台改进

      随着WEDM 的不断发展，不仅需要不断提高设备的技术性能，对切割机床的机械平台也有更高的要求。线切割机床的机械平台的良好性能是实现加工高精度和加工效率的重要保障。

      研究人员不断开发了各种材质的机械平台，如瑞士阿奇夏米尔公司研发的以人造花岗岩为主体的线切割机械平台，工作台具有良好的稳定特性，能够满足加工重型工件的要求；日本牧野公司研发的利用绝缘液体控制热平衡的机械加工平台，实现了主机始终保持等温状态，这对提高机床加工精度和效率作用显著。

3.3 数控系统问题

      高效的数控系统是实现WEDM 应用于工业生产的关键系统，自动化、智能化一直是研究人员不断追求的目标。最新出现的如电极丝张力与丝速的多级控制、边界面切割的适应控制、拐角加工精度控制、工作液参数的适应控制和脉冲电源的适应控制等。研究人员不断地完善数据库，增强数据库的实用性，从而可以为不同数控系统提供基础参数，就目前的研究来看，国内外开发的放点检测装置及伺服控制电路都能够很好地减小误差，实现稳定高速的精加工。

      瑞士阿奇夏米尔公司的ROBOFIL 系列机床，研发ICP 防撞系统对机床五个运动轴进行保护，用以避免由编程或操作错误引起的碰撞，该系统置于运动控制部件内部，监测微小的异常力，实现在工件受损之前自动停机。

      苏州电加工机床研究所研发的DK7632 低速走丝电火花线切割机床，改进了放电状态检测及伺服控制电路，采用恒电压加工伺服控制策略，既保证了工件尺寸精度，又保证了拐角控制和变截面加工的进程，有利于加工稳定性和工件精度的提高。

4 我国电火花线切割技术的发展状况及趋势

      根据电火花线切割技术本身具有的特点，主要有四大发展趋势，即高效率化、高精度化、高自动化和绿色化，需要研究人员和一线技术工人共同努力，不断开发新的复合加工方法。

      对于高速走丝电火花线切割技术的发展，原则上应坚持技术原有的优势，在低成本的基础上不断提升加工产品的品质，满足适应更多客户生产要求，提升竞争力。高速走丝电火花线切割技术在今后的一个重要发展方向是多次加工。为了提高工件加工精度，进行多次加工，必须改进脉冲电源、进给策略和运丝系统等的控制，在往复走丝电火花线切割技术的基础上，开始使用较快丝速、较强高频电流对工件进行切割，最后则采用类似于单向走丝线切割的多次切割技术，用较慢丝速、较弱高频电流对工件进行修光，这样在一定程度上可实现高质量和高生产率的有效结合。高速走丝多次切割工艺是提高电火花线切割综合工艺指标的有效途径，有待进一步研究，更好地用于工业生产。

      在国外，低速走丝电火花线切割加工设备经过不断的发展，在技术、运行成本方面已经取得了很大的进步，技术已经很成熟。而我国与国际先进水平相差还比较大，需要及时地消化吸收国外的新技术，运用于我国产品上，并根据我国及国际市场的实际情况研发新工艺，才能使这一差距逐步缩小。