譯文）電火花成形加工技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)作者：Sherry L. Baranek 來(lái)源：MM《現(xiàn)代制造》一、引言 作為先進(jìn)制造技術(shù)的一個(gè)重要分支，特種加工技術(shù)，尤其是電火花加工技術(shù)，自20世紀(jì)40年代開(kāi)創(chuàng)以來(lái)，歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，已成為先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域不可或缺的重要組成部分尤其是進(jìn)人20世紀(jì)90年代后，隨著信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、航空和航天技術(shù)、材料科學(xué)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展，電火花成形加工技術(shù)也朝著更深層次、更高水平的方向發(fā)展雖然一些傳統(tǒng)加工技術(shù)通過(guò)自身的不斷更新發(fā)展以及與其它相關(guān)技術(shù)的融合，在一些難加工材料加工領(lǐng)域（尤其在模具加工領(lǐng)域）表現(xiàn)出了加工效率高等優(yōu)勢(shì)，但這些技術(shù)的應(yīng)用沒(méi)有也不可能完全取代電火花成形加工技術(shù)在難加工材料、復(fù)雜型面、模具等加工領(lǐng)域中的地位相反，電火花成形加工技術(shù)通過(guò)借鑒其它加工技術(shù)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，正不斷向微細(xì)化、高效化、精密化、自動(dòng)化、智能化等方向發(fā)展 二、電火花成形加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 目前，在電火花加工基礎(chǔ)理論研究領(lǐng)域，由于放電過(guò)程本身的復(fù)雜性、隨機(jī)性以及研究手段缺乏創(chuàng)新性，迄今尚未取得突破性進(jìn)展但在加工工藝和控制理論研究領(lǐng)域，由于研究成果可直接應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，因此已成為目前電火花成形加工技術(shù)研究中較為活躍的領(lǐng)域，其研究熱點(diǎn)主要集中在高效加工技術(shù)、高精密加工技術(shù)（如鏡面加工技術(shù)）、低損耗加工技術(shù)、微細(xì)加工技術(shù)、非導(dǎo)電材料加工技術(shù)、電火花表面處理技術(shù)、智能控制技術(shù)（如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模糊控制技術(shù)、專家系統(tǒng)等）以及操作安全、環(huán)境保護(hù)等方面。

在工藝設(shè)備開(kāi)發(fā)方面，目前的新型電火花成形加工機(jī)床在加工功能、加工精度、自動(dòng)化程度、可靠性等方面已全面改善，許多機(jī)床已具備了在線檢測(cè)、智能控制、模塊化等功能，已不再是傳統(tǒng)意義上的特種加工機(jī)床，而更像切削加工中的數(shù)控機(jī)床甚至加工中心 三、電火花成形加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 先進(jìn)制造技術(shù)的快速發(fā)展和制造業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇對(duì)電火花成形加工技術(shù)提出了更高要求，同時(shí)也為電火花成形加工技術(shù)加工理論的研究和工藝開(kāi)發(fā)、設(shè)備更新提供了新的動(dòng)力今后電火花成形加工的加工對(duì)象應(yīng)主要面向傳統(tǒng)切削加工不易實(shí)現(xiàn)的難加工材料、復(fù)雜型面等加工，其中精細(xì)加工、精密加工、窄槽加工、深腔加工等將成為發(fā)展重點(diǎn)同時(shí)，還應(yīng)注意與其它特種加工技術(shù)或傳統(tǒng)切削加工技術(shù)的復(fù)合應(yīng)用，充分發(fā)揮各種加工方法在難加工材料加工中的優(yōu)勢(shì)，取得聯(lián)合增值效應(yīng)相對(duì)于切削加工技術(shù)而言，電火花成形加工技術(shù)仍是一門(mén)較年輕的技術(shù)，因此在今后的發(fā)展中，應(yīng)借鑒切削加工技術(shù)發(fā)展過(guò)程中取得的經(jīng)驗(yàn)與成果，根據(jù)電火花成形加工自身的技術(shù)特點(diǎn)，選用適當(dāng)?shù)募庸だ碚?、控制原理和工藝方法，并在己有成果的基礎(chǔ)上不斷完善、創(chuàng)新電火花成形加工機(jī)床向數(shù)控化方向發(fā)展的趨勢(shì)已不可逆轉(zhuǎn)，但應(yīng)注意不可盲目追求“大而全”，應(yīng)以市場(chǎng)為導(dǎo)向，建立具有開(kāi)放性的數(shù)控體系。

總體而言，電火花成形加工技術(shù)今后的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)是高效率、高精度、低損耗、微細(xì)化、自動(dòng)化、安全、環(huán)保等 1．電火花成形加工理論的發(fā)展趨勢(shì) 近年來(lái)，電火花成形加工的基礎(chǔ)理論研究尚未取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，雖然一些學(xué)者對(duì)加工過(guò)程的放電痕跡、材料蝕除原理等提出了一些新看法，但在電火花加工機(jī)理研究方面并未取得重大突破較為活躍的研究領(lǐng)域主要集中在加工工藝?yán)碚摵涂刂评碚摲矫?在加工工藝?yán)碚撗芯糠矫?，研究熱點(diǎn)主要是如何提高電火花成形加工的表面質(zhì)量和加工速度，降低損耗，拓展電火花加工的范圍，以及探索復(fù)雜、微細(xì)結(jié)構(gòu)的加工方法等通過(guò)將研究成果應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，全面提高了電火花成形加工的加工性能在控制理論研究方面，智能控制一直是研究重點(diǎn)國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的新型電火花成形加工機(jī)床大多采用了智能控制技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用使機(jī)床操作更容易，對(duì)操作人員要求更低同時(shí)，智能控制系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)能力，可在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)、調(diào)整加工過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的最優(yōu)化控制 雖然電火花成形加工的理論研究在基礎(chǔ)理論、加工工藝?yán)碚?、控制理論等方面都有一定發(fā)展和提高，但加工工藝?yán)碚?、控制理論要得到更進(jìn)一步全面發(fā)展，就必須在整個(gè)放電過(guò)程機(jī)理的研究上有所突破因此，電火花成形加工理論研究的發(fā)展趨勢(shì)將是在進(jìn)一步探討加工工藝?yán)碚摵涂刂评碚摚岣唠娀鸹ǔ尚渭庸さ募庸ば阅芗凹庸し秶?，取得更好控制效果的同時(shí)，重點(diǎn)研究放電過(guò)程的機(jī)理。

電火花成形加工機(jī)理研究未取得突破性進(jìn)展的主要原因除放電過(guò)程本身的復(fù)雜性、隨機(jī)性外，還由于研究方法及手段缺乏創(chuàng)新性因此，有必要借鑒其它研究領(lǐng)域的成功經(jīng)驗(yàn)，引人先進(jìn)的研究方法和試驗(yàn)技術(shù)，克服傳統(tǒng)研究方法的局限性、深人剖析和揭示整個(gè)放電過(guò)程的內(nèi)在本質(zhì)，建立可客觀反映放電過(guò)程規(guī)律的理論模型，以指導(dǎo)電火花成形加工工藝?yán)碚摵涂刂评碚摰难芯浚?jì)算機(jī)仿真技術(shù)可能是實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程的有效工具 2．電火花成形加工設(shè)備結(jié)構(gòu)的改進(jìn) 借鑒現(xiàn)代切削加工機(jī)床的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，電火花成形加工設(shè)備向數(shù)控化方向發(fā)展是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的趨勢(shì)一方面應(yīng)以高精度、高速度、自動(dòng)化為追求目標(biāo)，以技術(shù)優(yōu)勢(shì)占領(lǐng)市場(chǎng)；另一方面應(yīng)充分考慮設(shè)備的性能價(jià)格比，通過(guò)對(duì)機(jī)床功能的合理定位，進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)和模塊化設(shè)計(jì)，采用開(kāi)放性的數(shù)控系統(tǒng)，提高機(jī)床設(shè)計(jì)的合理性，以最低的價(jià)格和足夠的功能向用戶提供可滿足不同加工需要的各類電火花成形加工機(jī)床 受現(xiàn)代切削加工技術(shù)發(fā)展的沖擊，以前適合采用電火花加工的一部分加工領(lǐng)域已逐步為切削加工方式所替代但是，現(xiàn)代科技的發(fā)展對(duì)零件的制造精度提出了更高要求，各種高性能材料的應(yīng)用日益廣泛，同時(shí)，一些零件結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜化、微型化、薄型化，這都使切削加工技術(shù)在某些加工領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制，而這些恰好是電火花成形加工的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，也是其具有生存空間和發(fā)展?jié)摿Φ默F(xiàn)實(shí)依據(jù)。

為全面推動(dòng)電火花成形加工設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步，在采用先進(jìn)控制系統(tǒng)的同時(shí)，機(jī)床結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也需要進(jìn)一步完善，其主要發(fā)展方向表現(xiàn)在以下兩方面： （1）直線伺服系統(tǒng)的應(yīng)用 電火花成形加工設(shè)備采用直線電機(jī)伺服系統(tǒng)可使加工性能獲得明顯改善，具體表現(xiàn)為： ①可實(shí)現(xiàn)軸的直接直線運(yùn)動(dòng)，省去絲杠一螺母?jìng)鲃?dòng)環(huán)節(jié)，從而保證軸的高速運(yùn)動(dòng)； ②采用直線電機(jī)與滑板一體化結(jié)構(gòu)，可消除滑板與電機(jī)之間因存在中間環(huán)節(jié)而引起的機(jī)械響應(yīng)滯后現(xiàn)象，提高系統(tǒng)的靈敏度，縮短動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間，保證加工過(guò)程的穩(wěn)定性； ③直線電機(jī)伺服系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方式?jīng)Q定了其位置檢測(cè)環(huán)節(jié)必須采用直線位置反饋元件，實(shí)現(xiàn)無(wú)中間環(huán)節(jié)的直接位置檢測(cè)，從而構(gòu)成一個(gè)全閉環(huán)系統(tǒng)，保證加工過(guò)程的高精度及精度保持性目前，直線伺服系統(tǒng)的應(yīng)用在深窄、微小型腔加工及模壓零件一模多腔加工方面具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)但是，這些技術(shù)優(yōu)勢(shì)要真正實(shí)現(xiàn)，除需結(jié)合電火花成形加工放電過(guò)程特性，解決直線伺服系統(tǒng)本身的技術(shù)難題外，還必須解決一系列與直線伺服系統(tǒng)配套的相關(guān)技術(shù)，如直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力平衡、工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)等 （2）機(jī)床運(yùn)動(dòng)方式的改進(jìn) 突破現(xiàn)有電火花成形加工機(jī)床運(yùn)動(dòng)方式的局限性，是發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)、推動(dòng)其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的另一重要途徑。

借鑒現(xiàn)代切削加工技術(shù)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，可在機(jī)床主要的加工成形運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)上引人圓周運(yùn)動(dòng)，特別是采用多軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)與多種直線運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)組合成多種復(fù)合運(yùn)動(dòng)方式，以適應(yīng)不同種類工件的加工要求，擴(kuò)大電火花成形加工的加工范圍，提高其在精密加工方面的比較優(yōu)勢(shì)和技術(shù)效益目前，許多電火花成形加工機(jī)床在運(yùn)動(dòng)方式上作了一些改進(jìn)，如瑞士阿奇公司生產(chǎn)的AGIF MONDO STAR20（50）機(jī)床擁有EQUIMODE功能，能實(shí)現(xiàn)空間任何方向的半球平動(dòng)，這種平動(dòng)功能在實(shí)際加工中具有很高實(shí)用價(jià)值但目前電火花成形加工機(jī)床增設(shè)的運(yùn)動(dòng)方式還較為單一，應(yīng)用范圍有限電火花成形加工要在加工精度、加工效率、加工范圍等方面取得重大突破，一個(gè)重要的發(fā)展方向就是對(duì)機(jī)床成形運(yùn)動(dòng)方式的創(chuàng)新和多樣化最近，日本東京大學(xué)余組元博士、增澤隆久教授等提出了電極等損耗概念，即通過(guò)對(duì)加工路徑的合理規(guī)劃，可使電極損耗處于等損耗狀態(tài)，從而使電極損耗的補(bǔ)償變得極為簡(jiǎn)單這一概念的提出為電火花成形加工運(yùn)動(dòng)方式的改進(jìn)提供了必要的理論依據(jù)當(dāng)然，由此產(chǎn)生的機(jī)床結(jié)構(gòu)改變及其相關(guān)技術(shù)理論的研究還需進(jìn)一步深人與完善，甚至有可能發(fā)展出一種全新的加工理論 此外，機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須充分考慮環(huán)境保護(hù)以及人一機(jī)協(xié)調(diào)性，借助先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和手段（如CAD、有限元分析等）對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面優(yōu)化設(shè)計(jì)，充分提高機(jī)床結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性和合理性。

3．電火花成形加工工藝的發(fā)展趨勢(shì) 通過(guò)對(duì)電火花成形加工機(jī)理的研究，進(jìn)一步揭示放電過(guò)程的內(nèi)在規(guī)律，并以此為指導(dǎo)，推動(dòng)電火花成形加工工藝向高效率、高精度、低損耗方向發(fā)展，同時(shí)還應(yīng)注意微細(xì)化加工方面的發(fā)展1）加工過(guò)程的高效化 加工過(guò)程的高效化不僅體現(xiàn)在通過(guò)改進(jìn)電火花加工伺服系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、工作液系統(tǒng)、機(jī)床結(jié)構(gòu)等，減少上述因素對(duì)電火花成形加工效率的影響，在保證加工精度的前提下提高粗、精加工效率，同時(shí)還應(yīng)盡量減少輔助時(shí)間（如編程時(shí)間、電極與工件定位時(shí)間、維修時(shí)間等），這就需要增強(qiáng)機(jī)床的自動(dòng)編程功能，擴(kuò)展機(jī)床的在線后臺(tái)編程能力，改進(jìn)和開(kāi)發(fā)適用的電極與工件定位裝置在機(jī)床維護(hù)方面，應(yīng)增強(qiáng)機(jī)床的多媒體功能和在線幫助功能，對(duì)于常見(jiàn)故障，操作人員可直接根據(jù)計(jì)算機(jī)提示實(shí)現(xiàn)故障排除，同時(shí)這也有利于增強(qiáng)機(jī)床的可操作性和操作人員的操作技能 （2）加工過(guò)程的精密化 通過(guò)采用一系列先進(jìn)加工技術(shù)和工藝方法，目前電火花成形加工精度已有全面提高，有的已可達(dá)到鏡面加工水平但從總體來(lái)看，先進(jìn)技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用還不夠成熟和廣泛，因此有必要全面推動(dòng)已有先進(jìn)技術(shù)的進(jìn)一步完善及向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展在保證加工速度、加工成本的前提下，使電火花成形加工的精度水平進(jìn)一步提高，使電火花成形加工成為一些主要零件、關(guān)鍵零件的最終加工方式。

同時(shí)，對(duì)加工精度的衡量不能僅僅局限于工件的尺寸精度和表面粗糙度，還應(yīng)包括型面的幾何精度、變質(zhì)層厚度以及微觀裂紋、氧化、銹蝕等 （3）加工過(guò)程的微細(xì)化 電火花成形加工的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域是窄槽、深腔、微細(xì)零件的加工，因此加工過(guò)程的微細(xì)化是今后一個(gè)重要的發(fā)展方向電火花微細(xì)加工機(jī)理與常規(guī)電火花成形加工相同，但有自身的工藝特點(diǎn)：每個(gè)脈沖的放電能量很小，工作液循環(huán)困難，穩(wěn)定的放電間隙范圍小等基于這些工藝特點(diǎn)，微細(xì)電火花成形加工的加工裝置、工作液循環(huán)系統(tǒng)、電極制備等必然與常規(guī)電火花成形加工有很大區(qū)別因此，需要重點(diǎn)研究非機(jī)械作用力及其干擾對(duì)加工過(guò)程的影響等，進(jìn)一步提高加工效率、加工精度及加工過(guò)程的穩(wěn)定性 （4）應(yīng)用范圍的擴(kuò)大 目前，電火花成形加工不僅可加工各種導(dǎo)電金屬材料和復(fù)雜型腔，還能實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體材料、非導(dǎo)電材料的加工，并取得了較好的加工效果同時(shí)，電極材料的種類也不斷增多這方面的主要發(fā)展趨勢(shì)為：進(jìn)一步研究半導(dǎo)體材料、非導(dǎo)電材料的放電加工機(jī)理，促進(jìn)其加工效率、加工精度、加工過(guò)程穩(wěn)定性的提高，擴(kuò)大可加工材料的范圍；除加工復(fù)雜型腔外，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)三維型腔、復(fù)雜型面的加工；研制性能優(yōu)越的新型電極材料 四、操作安全與環(huán)境保護(hù) 隨著科技進(jìn)步和人類文明的發(fā)展，人們對(duì)工作條件的改善和環(huán)境保護(hù)的要求越來(lái)越高。

電火花成形加工由于其自身特點(diǎn)，在加工過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生工作液飛濺、煙霧、噪聲、電磁輻射、有害氣體等不安全因素和污染，對(duì)操作者人身安全及環(huán)境的危害不可忽視因此，為保證電加工產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，必須根據(jù)“綠色制造”原則，實(shí)現(xiàn)資源的最有效利用和廢棄物的最低限度產(chǎn)生與排放 具體應(yīng)采取以下措施：①封閉的機(jī)床工作區(qū)這有利于改善工作液、煙霧、電磁輻射等對(duì)人體、機(jī)床、工作環(huán)境的污染，有利于操作過(guò)程中防止觸電危險(xiǎn)以及對(duì)有害氣體的集中處理排放；②替代性技術(shù)的運(yùn)用例如，為減少使用工作液所造成的環(huán)境污染，可在保證加工效率、加工精度、加工成本以及加工過(guò)程穩(wěn)定性的前提下，盡量選用污染較小的工作液，同時(shí)應(yīng)大力研究、開(kāi)發(fā)不使用工作液的成形加工技術(shù)；③廢棄物的后處理對(duì)于加工中產(chǎn)生的廢液、廢氣必須經(jīng)過(guò)處理后才能排放需要特別指出，對(duì)加工過(guò)程產(chǎn)生的污染物的合理處理，不僅有利于提高工作的安全。