EDM加工机床

在EDM加工机床行业中，实现自动化作业是一个很重要的课题。其中一个主要的目的是为了让部件的全面加工能够获得很高的成本效益。因此，我们正在努力寻求更多的自动化解决方案，让它们与不同的生产工艺结合使用。

自动化的迅猛发展毫无例外地横扫了整个机床行业的所有领域。其涉及的范围包括：从工件和刀具的自动交换，一直到独立的机床组合成复合生产线。瑞士GF阿奇夏米尔集团的自动化系统新应用领域部主任Ralf Loettgen先生认为：“目前的各种生产工艺明显地处于一个向综合性方向发展的趋势。”最新的自动化解决方案倾向于将不同类型的生产工艺结合在一起，如EDM、HSM和HPM。

图1  大型EDM线切割机床可以加工的工件尺寸
达2000mm×1600mm×395mm，重量达4000kg，
主要能够加工图中所示的各类成套复合模具

自动化提高生产率

EDM机床自动化的关键因素在于要达到提高生产率和降低单件成本的目标，以及尽可能减少人工参与夜班和周末的加工工作。此外，还需要能够调节生产能力，减少因订货量波动而产生的问题，尽可能缩短生产周期和交货时间。

Ralf Loettgen先生强调说：“将各种生产工艺复合在一起，可以增强生产工艺知识和了解相关的加工程序。”他以GF阿奇夏米尔集团的ConceptCell概念单元系统为例做了说明。它提供了确保工艺安全的复合系统，该系统包括在Mikron HSM 300型机床上的石墨电极高速铣削加工、在FO 350S型机床上的EDM加工、在Mikron HSM 400U型机床上零件生产的5轴高速铣削加工，以及在一台AC Challenge V2型机床上的EDM线切割加工。对于使用EDM机床的自动化生产，Ralf Loettgen先生确信：“现在比过去任何时候都需要采用石墨电极。因为石墨的金属切削（采用高速铣削加工的石墨生产）不会产生毛刺，它能满足工厂无需人工监督操作的核心要求。”

采用ConceptCell概念单元系统以后，机床的组合通过一个由Fanuc公司提供的7轴线性移动搬运装置实施，该系统可从492个刀位的刀库中为其工作托盘和总计9个卡盘提供服务。所有的生产程序由采用相应Agie-Charmilles Sigma单元控制软件的主计算机自动管理。

图2  在柔性的ConceptCell自动化解决方案中，
高速铣削加工和EDM线切割加工被集成在一起

EDM线切割机床和EDM加工机床是加工模具的关键技术设备，它们不但用于高性能模具和冲模的生产，而且也适合于精密零件的直接生产，由这类机床生产的模具主要应用于塑料件、玻璃零件和金属零件的模压生产。几个月以前，该公司引进了一台Form 2000 EDM机床，这是一台由瑞士开发的CUT 20新型优质EDM线切割机床。此外，还引进了一台瑞士GF阿奇夏米尔集团生产的Mikron HSM 400U型加工中心，已经过日常生产的试运行和试生产。其目的是要成为模具和成型制造业的电火花加工机床及高效和高速铣加工的供应商。

Zimmer & Kreim公司设立在Brensbach市，该公司的执行总裁Roland Ruppel先生说：“多功能机床的方案正在日益增强。实际上这不能代表初期的主要投资，深思熟虑和创造性的结构，这些是转入自动化操作前最重要的关键要求。”

图3  Form 2000/3000系列是瑞士GF阿奇夏米尔集团最新开
发的产品。其产品实现了高速和加速度的高效率和高精度

全球质量标准激励革新

然而，自动化不但是属于高收入国家的一个课题，也是劳动力费用较低地区的一个课题。Zimmer & Kreim公司的市场营销部主任Wolfgang Emert先生承认：“特别是在亚洲市场，强调质量问题对我们来说是非常重要的。单纯依靠人工生产的方法再也不能满足全球工业界所要求的质量标准。”在东亚的情况是自动化并不是像欧洲那样作为“削减生产成本”的一种主要功能。实际情况恰恰相反。在亚洲，这类系统的投资费用相对较高。只有降低劳务费用，才能保证生产和加工操作中的安全性。只有毫无缺陷和精密的生产，才能保证提供优质的产品和按期交货。

该公司为未来而开发的最新产品是“ZK”品牌的“Cube”系列EDM加工机床，该机床主要是为加工大型开放式模具而设计生产的。新型机床的特点是在于其行程距离：X轴行程为700mm，Y轴行程为500mm；工作台尺寸为900mm×700mm。此外，Z轴的行程为500mm。“Cube”机床采用矿石铸件的床身，其结构非常结实，当结合使用相对尺寸的平衡时，它可以达到高效率。对于这种尺寸的机床而言，电介质高度在工作台以上500mm的情况是非同寻常的。

图4  作为一种高端机床的设计，一般需要采用龙门式结构才能达到高性能水平

6轴控制加工大型部件性能卓越

但这仅仅是其中一个特点。实际上EDM机床的设计采用的是一种经过改造的半龙门结构方式，X轴上采用两个同步化数字驱动装置。各轴配有玻璃光栅测量尺，因此测量精度极高。C轴采用高惯量力矩控制，即使是大型部件也能够以很高的精度精密定位。不管其尺寸如何，“Cube”机床可以采用全封闭加工。同时，它可以用于大型单件加工，也适合于自动化生产。”对于ZK新系列机床的定位问题，Ruppel先生评论说：“Cube机床代表了我们始终不渝的自动化应用理念。”

机床的控制系统可以控制EDM机床的6个轴，尽管不经常发生这样的情况，但对于加工大型零件来说，这是非常重要的。Ruppel先生补充说：“特别是当EDM机床用单一整体材料加工大型转子时，我们不但能够在节约时间方面获得很好的效果，而且还可以达到很高的加工精度。”该系统的设计很好，适合于工件的搬运。可以保证吊车接近机床，以便于安装工件。凡是需要加工复杂大型零件和高精度开放式模具表面的用户，可以放心地采用这种机床加工。

图5  Zimmer & Kreim公司的执行
总裁Roland Ruppel博士说：“深
思熟虑和创造性的结构是进入自
动化操作前最重要的关键条件。”

位于Oberndorf的Exeron公司正在寻求EDM加工和HSC加工，希望将其作为技术上的补充工艺，用于良好成本效益的模具生产。客户对这类机床的规格要求越来越倾向于多功能合一的解决方案，部分采用与自动化相结合的方法和综合软件概念。在这样的情况下，越来越多的公司希望从单一的来源获得这些概念。这被看作是一大优点，对于EDM加工和HSC铣削加工工艺而言，可以与一家已经掌握这些工艺技术并能提供咨询服务和技术支持的供货商合作，不管涉及到什么样的工艺，一旦考虑投资的时候，上述条件是不可缺少的。

提供带有自动化系统的EDM机床以及独立的系统解决方案是Exeron公司的核心业务。这一揽子方案可以通过自动化系统得到补充，并可以在此基础上，增加几台机床和周边设备，开发一个生产单元。由于独立的机床和驱动装置的结构是开放式的，因此机床实现自动化是不成问题的，如可以采用托盘和电极交换系统。如果将几台机床通过工业机器人组合在一起，并将这些机床连接，纳入到一个工作管理系统、一个数据测量系统或一个CAD系统，那就可以使这套系统达到更大的柔性化，获得更高的加工效率。

图6  FA-S Advance EDM机床的CNC数控系
统，采用友好的用户界面，可靠性高，具有
很多内置特性，其中包括机床文件和维护说明

工件质量和成本压力推动EDM机床发展

目前使用的自动化格式有两种：Exo-Cell 100/8系统作为全套解决方案；Awex 100/5系统是用于单一机床的自动化解决方案。Exo-Cell 100/8系统是一个全自动的EDM加工单元。它由两台EDM机床组成，Exeron 312型和Exeron 313型，采用Fanuc工业机器人，它可以为机床提供重量达70kg的电极和托盘。Awex 100/5系统属于单机自动化解决方案。4个托盘和100根电极将一台EDM机床组成一个EDM加工单元，从而增加了机床的操作时间，并增强了它的竞争能力。

目前，对现代化EDM线切割机床的需求变化很大，并在不断地增长。2007年底，位于Ratingen市的欧洲三菱电气公司自动化工厂引进了新的FA-S Advance型EDM线切割机床。该机床的床身采用经过多年实践考验的铸铁结构，其性能相当结实和稳定，机床经过多次改进，并采用多种方法使其进一步精益求精。最明显的创新在于其新的CNC数控系统，采用15″彩色触摸屏，与以前还未制定新标准的数控系统相比，其界面设计显得更为友好和可靠。新控制系统内设置了可以储存整个机床文件和维护说明的内置数据库，还有许多其他的新特色。发生器的改进并不十分明显。另供选购的V发生器配置了一个数字控制的防电解（AE）发生器，它可以控制对工件的垂直放电位置。在EDM加工过程中，为了使高大型工件的加工达到最大程度的托盘化，应该将放电量集中到工件下面，以补偿切割线的损耗。这个功能是第一次在世界范围内推出，它的特点是能够在不移动U轴和V轴的情况下，使切割线的磨损得到补偿。如果采用备选的数字超精加工发生器（D-FS），其表面粗糙度可达Ra0.1μm，也可根据需要提供V发生器，它可以与D-FS结合使用，以实现最佳切削性能。

PCD工具是以它本身的含义命名的，用于金属加工行业中轻质材料和复合材料的加工，还包括它们在生产制造中的复杂加工任务。作为一个特别的经济解决方案，PCD工具在EDM机床上的加工，不但是为了生产制造的需要，而且也是为了重新磨削加工的需要。过去，采用EDM机床加工是不可能达到今天这种精度标准和表面质量的。

从本质上来说，采用线电极加工的机床与采用圆盘电极加工的那些机床是有区别的。这两种加工方法均由Biberach/Riss市Vollmer公司的Q系列机床提供。EDM线切割机床配有2个CNC数控旋转轴，并与3个线性轴相结合，还配有一个中心尾架。所有5根CNC数控轴的工作都由路径插补完成。

开放式的工具编程系统，可以对复杂的几何形状，如复杂的外形轮廓和钟形模具进行很好的加工。为了使切削刃的几何形状达到最高精度的加工状态，线电极需要不断的更换。此外，线切割技术应该与先进的软件一起使用，以适应其最大范围的变化，让切削刃自由地发挥作用。