五轴联动精密数控电火花加工技术及装备分析

五轴联动精密数控电火花加工技术及装备分析

摘要：五轴联动精密数控电火花加工技术及装备在我国的机械制造业上有着极

为重要的作用。基于此，本文将会从五轴联动精密数控机床的加工技术与主要装

备如电火花小孔加工机床，微细电火花加工机床方面展开论述。帮助我国的机械

从业者更好的完成工作。

关键词：机械加工；五轴联动；精密微细加工

引言：

我国五轴联动精密数控电火花加工技术与装备往往存在着技术水平差，自动化程度低，

人工成本高等弊端。当前我国五轴联动精密数控电火花加工技术与装备则有着自动化程度高，人工成本低，加工时间短等优势。希望经过本文的论述可以提升机械行业的加工水平，加强

工作效率。

一、五轴联动精密数控电火花加工技术分析

（一）脉冲电源适配技术

高能量输出的脉冲电源适配技术是五轴联动数控电火花加工机床的基础技术保证，只有

加工机床在使用了高能量输出的脉冲电源，才能达到最佳的加工效果。高能量输出的脉冲电

源往往有着以下的几种优势：拥有针对短路，断路，过载，缺压，缺相等多种保护功能[1]。

还拥有着镜面加工电源回路，电路低损耗，隙间检测电源加工回路的能力。目前国内生产厂

商所制造的数控电火花加工设备已经掌握了高能量脉冲电源研制技术，以及脉冲电源所配有

的自适控制，超精度加工电路，自动清理电弧等功能，可以做到高效率，长时间，高质量的

电火花加工。其中主要的技术指标已经达到国际先进水平，可以直接应用到五轴联动精密加

工方向。但是需要解决脉冲电源与国产五轴精密加工机床相适配的问题，使用五轴加工机床

原有的IP地址与其进行适配调制，即可解决这一问题，提升整体的工作效率。

（二）放电状态检测技术

精准且快速的放电状态与控制技术同样是五轴联动加工技术的重要组成部分。通过研发

基础放电间隙的快速检测电路回路，以及电压的最大，最小阈值的比较，可以解决放电电流

增大的快速检测设备工作过程中所产生的异常放电状态。使用脉冲快速切断和放电间隔控制

技术来精确控制设备的放电状态。快速除去异常放电电弧，二次线路放电等对设备有害的放

电状态，并降低设备内的工作温度，为设备的正常工作提供良好的放电工作环境。降低设备

内所加工的金属元件出现高熔点金属薄膜的机率，可以使金属的表面光洁度进一步提升。需

要注意的是，这项技术需要耗费大量的电能，因此用电成本较高，且在应用过程中，其内会

通过较大的电流，操作人员需做好专门的防护措施，保障自身的安全性。

（三）电容增爆回路技术

电容增爆回路技术可以增加短时间内，特定电路内部的电压与电流，以大连机床厂生产

的搭载有电容增爆回路技术的五轴精密加工机床设备为例。它所配有的电容增爆回路技术可

以在几飞秒内增加放电爆炸力，可以去除掉设备工作时，其内产生的高强度磁场所造成金属

元件磁化作用所吸引的粘附带电杂质，不但可以保证加工设备内的精密放电加工，还有保证

加工设备的整体安全。过多的杂质粘附在金属元件的外表面，在高速转动时会导致温度升高，很可能会达到杂质的可燃燃点，造成粘附的杂质在加工设备内发生自燃现象。不但会损坏被

加工的元件，还有极大的可能性破坏加工设备的内部线路，最终导致金属元件加工的失败，

还会威胁到工作人员的个人安全。

二、五轴联动精密数控电火花加工装备

（一）电火花小孔加工机床

电火花小孔加工机床主要是用来加工航空航天领域的器件，在航空航天领域中有比较多

的金属器件需要进行微小孔加工。这些小孔的直径大约有5~10mm左右，且必须做到表面光

滑无金属毛刺，这对于传统的机械加工领域是一个非常具有挑战性的任务。因为电火花小孔

加工技术属于高热源加工技术，与传统的机械钻削不同，不会形成微米级别的金属毛刺，这

样电火花小孔加工技术就被广泛应用。经过几十年的发展，我国的电火花小孔加工机床生产

企业有很多，绝大多数的精密小孔机所加工的金属元件基本上是喷嘴类元件。以杭州电火花

加工所研制的专门加工航空航天元器件的电火花加工机床SEWL 009为例，其在加工航天发

动机和航运专用的燃气轮机等元器件的密布小孔方面有着极高的效率。且这种电火花小孔加

工机床的自动化程度和精度极高，加工的小孔误差值基本上在0.001mm之下，可以满足航空领域的严格要求。

（二）微细电火花加工机床

随着我国机械加工技术的发展与进步，市场上对于机械加工元件的精度要求越来越高，

就产生了能够加工微尺度金属合金类元件的加工机床需求。尽管当前精密电加工机床可以实

现金属合金元件的微米级别的加工，但是加工过程中需要能量低，放电时间短的脉冲能量。

这种脉冲能量对精密度的要求很高，对机床的切割，火花放电能力的精度同样达到纳米级别。且要想达到更高的加工质量，就需要进行放电电极的现场制备，修复的功能来去除掉电极工

作时产生的定位误差影响，这就代表着必须要使用专用的微细电火花加工机床[2]。当前我国

国内企业的生产厂商还未能推出可以量产化的微细电火加工机床，但是我国的各大高校与机

械加工研究所已经研制出了实验性质的微细电火花加工机床。例如，东北大学，复旦大学等

科研机构均研制出了微细电火花加工机床，并在航空航天领域内发挥了巨大的作用，提高了

机械加工行业整体的工作效率。

（三）慢走丝电切割机床

慢走丝电切割机床是一种新型机床，其在近些年才诞生，是拥有较高的工作效率，以及

纳米级别的加工精度和对元件表面进行精密加工的机床。不但在航空航天领域有着极为广泛

的应用，在传统的医疗设备的制造中也发挥了极为巨大的作用。最近几年来，在国家工业部

门大量资金的投资下，国内的慢走丝电切割加工机床有着长足的发展，已经逐渐追上欧美等

先进国家的技术水平，其加工设备和工艺设计能力等多项关键指标也达到了国际先进水平。

以北京安德公司所生产的慢走丝电切割机床为例。其生产的AQ 2000的慢走丝电切割机床就

有着自动穿丝的先进功能，还可以做到六轴360度无死角数控空间坐标轴的现场加工，以及

配有前文所论述的脉冲电源适配技术，可以对多种类型的金属材料进行加工。保证了加工的

精度，也提升了加工效率，降低了整体金属元件加工成本。

（四）油槽升降式机床

油槽升降式精密数控电火花加工机床的主要优点就是精度高，可以做到金属表面的镜面

加工，对所加工的材料损耗相对较少，加工材料的范围也比较大，可以自动升降加工油槽，

并且可以在线编程。其加工的主要元件对象为工业模具，可以进行超硬材料，比如钛合金方

面的加工，其它的加工机床往往不具备加工高强度金属材料的条件。这种加工机床的结构设

计相对比较合理，拥有着足够高的静态刚度和动态刚度。既使加工机床可以加工硬度较高的

金属材料，也可以保证整个加工机床系统的稳定性。该设备可以进行基础的民用器具制备，

例如微电子领域，同时还有汽车，家用电器等方面的加工，这种油槽升降式机床可以提高民

用机械领域的加工效率和降低了整体的成本。