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桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文翻譯（譯文） 第 1 頁(yè) 共 14 頁(yè) 編號(hào)： 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文翻譯 （譯文） 電火花線切割加工技術(shù)的發(fā)展水平 系 （部）： 專 業(yè)： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師單位： 姓 名： 職 稱： 年 月 日 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文翻譯（譯文） 第 2 頁(yè) 共 14 頁(yè) 電火花線切割加工技術(shù)的發(fā)展水平 K.H.Ho， S.T.紐曼， S. Rahimifard ，R.D.倫 先進(jìn)制造系統(tǒng)和技術(shù)中心，機(jī)械和制造工程的沃爾夫森學(xué)院， 拉夫堡大學(xué)，拉夫堡，萊斯特LE11 3TU ，英國(guó) 收到2003 年10 月13 日，接受2004 年4 月29 日 摘要： 電火花線切割加工是一種特殊的熱加工工藝，能夠精確加工各種具有復(fù)雜銳 邊形狀，一般連續(xù)工藝難以加工的零件。電火花線切割加工這門實(shí)用技術(shù)是在傳 統(tǒng)的電火花加工基礎(chǔ)上發(fā)展而被廣泛利用和接受的不直接接觸的材料去除技術(shù)。 自從這項(xiàng)工藝引進(jìn)以后，電火花線切割加工已經(jīng)由制作一些簡(jiǎn)單的工具發(fā)展成為 生產(chǎn)高尺寸精度和表面完成質(zhì)量的微細(xì)零件的最好選擇。 這些年以來，在短期的機(jī)床生產(chǎn)發(fā)展循法和持續(xù)增長(zhǎng)的成本壓力影響下，電 火花線切割加工機(jī)床為滿足機(jī)床需求已經(jīng)成為一個(gè)具有競(jìng)爭(zhēng)性和經(jīng)濟(jì)型的機(jī)床 優(yōu)先選擇。然而，金屬絲的磨損的風(fēng)險(xiǎn)已經(jīng)削弱了工藝的整個(gè)性能，從而大大降 低了電火花線切割加工技術(shù)的效率和精度。大量有意義的調(diào)查研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)不同 的實(shí)現(xiàn)基本電火花線切割技工目的的一套方法，通過分析排除金屬絲磨損優(yōu)化大 量工藝參數(shù)從而整體上提高工藝穩(wěn)定性。 這篇論文回顧了大量的調(diào)查研究工作，關(guān)于電火花加工工藝到電火花線切割 加工的發(fā)展概況。論文報(bào)道的電火花線切割加工研究涉及到工藝參數(shù)的最優(yōu)方 法，調(diào)查影響加工和生產(chǎn)過程的各種因素。論文也突出強(qiáng)調(diào)具有適應(yīng)能力的工藝 監(jiān)控和控制，通過調(diào)查獲得最優(yōu)加工條件的不同控制方法的可能性。 大范圍的電火花線切割加工工業(yè)應(yīng)用和混合加工工藝的發(fā)展同事被報(bào)道。論 文的最后一部分討論了這些發(fā)展以及概述了未來電火花線切割加工研究的可能 趨勢(shì)。 關(guān)鍵詞：電火花線切割加工;混合加工工藝；工藝優(yōu)化方法；切割效；材料 去除率；表面完成 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文翻譯（譯文） 第 14 頁(yè) 共 14 頁(yè) 1.引言 WEDM 是一種被廣泛接受的非傳統(tǒng)的用來加工復(fù)雜外形和輪廓零件的材料去 除工藝。它被視為傳統(tǒng)的用一個(gè)電極產(chǎn)生火花的電火花加工工藝的獨(dú)特的改進(jìn)。 然而，WEDM 利用的是能夠?qū)崿F(xiàn)在非常小的區(qū)域里循環(huán)往復(fù)移動(dòng)的由直徑約為 0.05 到0.3 毫米的黃銅或鎢做成的金屬絲電極。利用一個(gè)手動(dòng)的張力張緊調(diào)整 裝置時(shí)金屬絲一直保持張緊狀態(tài)，以降低生產(chǎn)次品的趨勢(shì)。在電火花線切割加工 工藝過程中，毛坯在金屬絲前面被腐蝕，工作區(qū)域與金屬絲之間沒有直接接觸， 避免了加工過程中產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力。除此之外，電火花線切割加工能夠制造高強(qiáng) 度高溫耐腐蝕的材料，還能避免熱處理鋼加工過程中產(chǎn)生的幾何形變。 WEDM 于20 世紀(jì)60 年代末被首度引入制造業(yè)。這一工藝的開發(fā)是尋求新技 術(shù)替代EDM 工藝中所用加工電極的結(jié)果。1974 年，D.H. Dulebohn 利用光線跟 蹤系統(tǒng)來自動(dòng)控制將由WEDM 工藝加工的元件的形狀[1]。到了1975 年，這種工 藝得到快速普及，因?yàn)檫@種工藝及其卓越功能得到制造業(yè)界更好的理解承認(rèn)[2]。 在20 世紀(jì)70 年代末，WEDM 工藝引入了計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，使這種加工工藝發(fā)生 了巨大變革。因此，WEDM 加工工藝的多種潛能得到充分開發(fā)，通過電極絲進(jìn)行 各種通孔加工--必須穿過要加工的部件。WEDM 的常見應(yīng)用包括制造沖壓和擠壓 的工具和鍛模、夾具和量器、原型、飛機(jī)和制藥部件，以及砂輪成形切刀。 本文是Ho 和Newman [3]所著關(guān)于開模放電機(jī)械論文的姊妹篇，它回顧了 包括WEDM 加工工藝在內(nèi)的各個(gè)學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域。本文首先基于公認(rèn)熱導(dǎo)原理及其 應(yīng)用集粹回顧了這種加工工藝。本文的主要部分集中闡述WEDM 的主要研究活動(dòng)， 這包括WEDM 加工工藝優(yōu)化以及WEDM 工藝監(jiān)控。本文的最后部分對(duì)這些話題進(jìn)行 了討論，并暗示W(wǎng)EDM 的未來研究方向。 2.電火花線切割加工 這一部分介紹了WEDM 的基本原理以及此工藝結(jié)合其他材料去除技術(shù)的變 化。 2.1 WEDM 工藝 WEDM 材料去除技術(shù)與傳統(tǒng)的通過電火花腐蝕EDM 技術(shù)非常的相似。在WDEM 過程中，工作區(qū)域與金屬絲被連續(xù)沖洗到加工區(qū)域的絕緣液隔開，它們之間產(chǎn)生 的電火花慢慢腐蝕材料[4]。然而，今天的WEDM 工藝通常在充滿絕緣液的箱體工 作區(qū)中加工。這樣一個(gè)在絕緣液下加工的方法有利于維持溫度恒定和高效率的加 工。WEDM 工藝充分利用了負(fù)極與正極之間的離子通道里產(chǎn)生的電能，然后把它 轉(zhuǎn)化成熱能溫度達(dá)到8000℃到12000℃或高達(dá)20000℃來預(yù)熱和融化每個(gè)電極表 面的材料。當(dāng)脈動(dòng)直流電源提供的20000和30000赫茲[9]之間發(fā)生斷開時(shí)，等離 子體通道就會(huì)發(fā)生故障。這會(huì)導(dǎo)致一個(gè)突然的溫度下降使循環(huán)介電液通過等離子 體通道沖洗從磁極表面的熔融顆粒。 雖然EDM 和WEDM 材料去除技術(shù)是相似的，但他們的功能特性是不完全相同 的。WEDM 連續(xù)使用很薄的金屬絲通過工件由微處理器進(jìn)給，這使復(fù)雜形狀的零 件能夠被加工，具有很高的精度度。加工的零件錐度范圍從100mm 厚的15度到 400mm 厚的30度。微處理器也始終保持著絲和工件之間的間隙，而變化范圍從 0.025毫米至0.05毫米。WEDM 消除需要進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)成形電極,這通常需要在 EDM 執(zhí)行粗加工和精加工操作。在WEDM 的情況下，金屬絲必須做出幾個(gè)加工 通道沿著輪廓進(jìn)行加工才能達(dá)到所需尺寸精度和表面光潔度的質(zhì)量。Kunieda and Furudate[10]測(cè)試?yán)酶蒞EDM 提高精加工的精度的可行性操作，這是一個(gè)氣體中 進(jìn)行不使用電介質(zhì)流體的試驗(yàn)。典型WEDM 切削率（CRS ）對(duì)于厚50mm D2工具鋼 是300 mm2/min，對(duì)于150毫米厚的鋁[ 11 ]是750 mm2/min 且表面完成質(zhì)量為0.04 ?0.25 LRA 。此外，WEDM 使用去離子水代替烴油作為絕緣液體并將其包含它的 火花區(qū)域內(nèi)。去離子水不適合于傳統(tǒng)的EDM，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致快速的電極磨損，但 其低的粘度和快速冷卻速度使其非常適用于WEDM[ 12 ]。 2.2 混合加工工藝 也有一些混合加工工藝（HMPs）尋找線切割機(jī)床與其他機(jī)械加工技術(shù)的綜合 優(yōu)勢(shì)。這樣的一個(gè)組合是電線放電磨削（ WEDG ）這是常見的用于電子電路的細(xì) 棒微機(jī)械加工。WEDG 采用單絲導(dǎo)向以限制金屬絲張力于導(dǎo)線的邊緣和 桿之間的放電區(qū)域內(nèi)，為了盡量減少導(dǎo)線振動(dòng)。因此，能夠研磨出5 lmin 內(nèi)直 徑[ 13 ]具有精度高，良好的重復(fù)性和良好的直線性[14]的鋼筋。WEDG 其他的 優(yōu)點(diǎn)包括能加工具有大的縱橫比，并保持同心的鋼筋，具有很廣泛的形狀復(fù)雜性， 如各個(gè)部分的錐形和梯形形狀。一些科學(xué)家[ 16?19]已經(jīng)在細(xì)電極或引腳具有 大縱橫比的微機(jī)械加工中使用WEDG 工藝，這是很難通過傳統(tǒng)的精密加工微機(jī)械 加工方法如微電火花，LIGA 和準(zhǔn)分子激光鉆孔。 有些HMPs 旨在改善WEDM 如表面完整性和CR。例如超聲波振動(dòng)應(yīng)用到線電 極以提高表面完成質(zhì)量與CR 在一起，以減小殘余應(yīng)力在加工表面[20] 。在另一 方面，WECG 工藝替代用于WEDG 使用電化學(xué)的放電解決方案，生產(chǎn)出高品質(zhì)的表 面完成的廣泛的加工條件[ 15 ] 。Masuzawa 等[13,15 ]將WECG 與適合于精加 工WEDG 的表面完成質(zhì)量進(jìn)行了比較。旋轉(zhuǎn)軸被應(yīng)用到線切割機(jī)床到實(shí)現(xiàn)更高的 材料去除率（ MRR ），并使自由幾何形狀的生成[21,22] 。各種工藝參數(shù)的影響 如部分旋轉(zhuǎn)速度，焊絲輸送速度和脈沖導(dǎo)通時(shí)間的表面完整性和圓度所產(chǎn)生的部 分在可行性研究中已經(jīng)在被調(diào)查[23] 。 3. 線切割機(jī)床的應(yīng)用 本節(jié)討論了WEDM 的可行性過程中在所用的各種材料的加工特別是在模具的 應(yīng)用。 3.1 現(xiàn)代模具的應(yīng)用 WEDM 在現(xiàn)代所用的各種材料的加工工裝的應(yīng)用已獲得廣泛接受。一些科學(xué) 家[24,25 ]研究電火花線切割加工中的加工性能在硅和壓實(shí)模具加工的由燒結(jié) 碳化物組成的硅片。使_______用圓柱形的可行性線切割機(jī)床修整一個(gè)旋轉(zhuǎn)的金屬結(jié)合劑金剛石 用于精密形式砂輪陶瓷也進(jìn)行了研究[22]。結(jié)果顯示，該電火花線切割加工過程中能夠產(chǎn)生 精確的和小圓角半徑錯(cuò)綜復(fù)雜的輪廓，但一在高磨損率是觀察到的金剛石砂輪第一磨通。這 種初始的高輪磨損率是由于過度突出鉆石粒，其不經(jīng)過強(qiáng)力粘結(jié)到輪線切割加工過程 [ 26 ] 。永久的線切割機(jī)床釹鐵硼和'軟'錳鋅鐵氧體磁性材料小型系統(tǒng)中，這就需要小的磁 性使用部分，研究了它與比較光切割過程[ 27 ] 。人們發(fā)現(xiàn)，在電火花線切割加工過 程產(chǎn)生更好的尺寸精度和表面完成質(zhì)量，但有一個(gè)緩慢的CR ，5.5毫米/分鐘的 釹鐵硼和0.17毫米/分鐘的錳鋅鐵氧體。研究還做調(diào)查的機(jī)加工性能用于加工具 有高縱橫比的微WEDM 采用各種金屬，包括中尺度部分不銹鋼，奧氏體不銹鋼， 鈹銅和鈦[28]。 3.2 先進(jìn)陶瓷材料 在WEDM 過程中也演變?yōu)橐粋€(gè)為的加工最有前途的替代品先進(jìn)陶瓷。Sanchez 等 人。[29]提供了一種文獻(xiàn)調(diào)查的先進(jìn)陶瓷的電火花，已通過鉆石被普遍加工 磨削和研磨。在同一份文件，他們研究加工碳化硼（ B4C ）的可行性和采用電 火花加工硅滲透碳化硅（ SiSiC ）和線切割機(jī)床。Cheng 等人。[30]還評(píng)價(jià) 的可能性采用電火花加工基礎(chǔ)硼化鋯材料和線切割機(jī)床，而松尾和大島[31]研究 的導(dǎo)電性的碳化物含量的影響，即NBC 和TiC 等，上 氧化鋯陶瓷的CR 和表面粗糙度(氧化鋯）線切割機(jī)床中。樂和Lee [ 32 ]已經(jīng) 成功WEDMed 塞隆501和鋁氧化物。不過，他們意識(shí)到該MRR 是非常低的相比， 所述切割金屬，如合金鋼SKD- 11與表面的粗糙度一般不如用得到的1電火花加 工過程。[33]解釋說，材料去除率和表面粗糙度不僅依賴對(duì)加工參數(shù)，而且材 料部分。 克服了技術(shù)的創(chuàng)新方法電火花線切割機(jī)床和工藝的限制要求該材料的電阻率 與約100 X /厘米[ 34 ]或閾值300 X /厘米[ 35 ]最近已經(jīng)探索。有不同檔次的 工程陶瓷，其中柯尼希等。[ 34 ]列為非導(dǎo)體，天然導(dǎo)體和指揮，這是摻雜非 導(dǎo)體的結(jié)果與導(dǎo)電元件。[ 36 ]帶來了新的視角對(duì)傳統(tǒng)電火花加工通過使用一 個(gè)輔助電極，以促進(jìn)現(xiàn)高電致電阻陶瓷的火花。無論是電火花線切割機(jī)床和工藝 已成功測(cè)試擴(kuò)散導(dǎo)電粒子輔助電極上賽隆陶瓷的表面通過絕緣協(xié)助供給電極材 料。同樣的技術(shù)也已試驗(yàn)在其他類型的絕緣陶瓷材料的包括氧化物陶瓷，例如氧 化鋯和氧化鋁，這已經(jīng)很有限的導(dǎo)電性能[37] 。 3.3 現(xiàn)代復(fù)合材料 在幾乎所有的不同材料去除工藝當(dāng)中，WEDM 被認(rèn)為是現(xiàn)代復(fù)合材料加工中 既高效又經(jīng)濟(jì)的工藝手段。幾個(gè)比較性研究[38,39]已應(yīng)用于電火花線切割和激光切割的 加工金屬基復(fù)合材料（MMC），碳纖維和增強(qiáng)液晶聚合物復(fù)合材料。這些研究表明，WEDM 產(chǎn)生更好的切削刃質(zhì)，并具有更好的控制過程參數(shù)，產(chǎn)生較少的工件表面損傷。 但是，它對(duì)于所有被測(cè)試的復(fù)合材料具有較慢MRR。Gadalla 和Tsai [ 40 ]比 較了線切割機(jī)床與常規(guī)金剛石鋸，發(fā)現(xiàn)它產(chǎn)生的粗糙度和硬度具有低速金剛石鋸 但具有更高M(jìn)RR。Yan 等人[41]調(diào)查了在MMC 上進(jìn)行各種加工工藝，利用旋轉(zhuǎn)電 火花加上一個(gè)圓盤狀的電極Al2O3/6061Al 復(fù)合材料進(jìn)行試驗(yàn)加工。其他研究 [42,43]上的線切割機(jī)床已進(jìn)行調(diào)查的Al2O3顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料在電火花線切割 加工性能的工藝參數(shù)的影響。人們發(fā)現(xiàn)，工藝參數(shù)對(duì)表面粗糙度的影響較小但對(duì) CR 產(chǎn)生不利影響。 4 電火花線切割加工研究的主要領(lǐng)域 作者們組織了各種線切割機(jī)床研究分為兩個(gè)主要領(lǐng)域，即電火花線切割加工 工藝優(yōu)化與電火花線切割加工過程監(jiān)控和控制。 4.1 電火花線切割加工工藝優(yōu)化 今天，最有效的加工策略是通過識(shí)別影響的各種因素決定的在線切割加工過 程中，追求的不同方式獲得最佳的加工條件和性能。本節(jié)提供了一個(gè)研究的眾多 涉及的設(shè)計(jì)加工策略工藝參數(shù)和過程的建模。 4.1.1 工藝參數(shù)設(shè)計(jì) 對(duì)各種工藝參數(shù)的設(shè)置在電火花線切割加工過程中起到了至關(guān)重要的作用 需要產(chǎn)生一個(gè)最佳的機(jī)械加工性能。這部分顯示了一些分析和統(tǒng)計(jì)的用于研究的 參數(shù)的作用的方法措施，典型的線切割機(jī)床的性能如CR,MRR 和SF 。 4.1.1.1 影響測(cè)量性能的因素 WEDM 是通過控制一個(gè)復(fù)雜的加工工藝大量的工藝參數(shù)，如脈沖持續(xù)時(shí)間， 放電頻率和放電電流強(qiáng)度。在這個(gè)過程中參數(shù)的任何細(xì)微變化可以影響措施的機(jī) 加工性能如表面粗糙度和CR ，這是兩種在線切割加工操作的最顯著的方面 [44] 。鈴木汽車和岸[ 45 ]研究了放電的減少能得到更好的表面粗糙度，而羅[46] 發(fā)現(xiàn)了一個(gè)高能的額外要求效率保持較高的加工速度而不損壞導(dǎo)線。一些作者 [47]有還研究了絲刀具性能的演變影響加工精度，成本和性能措施。 適當(dāng)?shù)募庸l件的選擇對(duì)線切割加工過程是基于相關(guān)分析各種工藝參數(shù)，以不同的表現(xiàn) 措施，即CR ， MRR 和SF 。傳統(tǒng)上，這是開展嚴(yán)重依賴操作者的經(jīng)驗(yàn)或保守技術(shù)由電火 花線切割設(shè)備制造商提供的數(shù)據(jù)，這產(chǎn)生不一致的機(jī)械加工性能。Levy 和馬吉[48]表明， 由制造商給定的參數(shù)設(shè)定只適用于普通鋼種。設(shè)置用于加工的新材料，如先進(jìn)陶瓷和MMC 卡，必須進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。 4.1.1.2 在切割工藝參數(shù)的影響率 許多不同類型的解決問題的質(zhì)量工具已經(jīng)被用于研究的顯著因素及其與其 它變量的相互關(guān)系在獲得最佳的電火花線切割加工的CR 。今田等人[ 49 ]分類 影響的各種潛在因素措施為五大類線切割機(jī)床的性能工件即不同性質(zhì)的材料和 介電液，機(jī)械特性，可調(diào)加工參數(shù)和組件幾何。此外，它們應(yīng)用的設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì) （DOE ）技術(shù)，研究和優(yōu)化變量在流程設(shè)計(jì)可能產(chǎn)生的影響和發(fā)展，并驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 結(jié)果用噪音對(duì)信號(hào)（S / N）比分析。Tarng 等。[ 50]采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與 應(yīng)用模擬退火算法求解多響應(yīng)優(yōu)化問題。它結(jié)果發(fā)現(xiàn)，加工參數(shù)，如脈沖開/關(guān) 時(shí)間，峰值電流，開路電壓，伺服基準(zhǔn)電壓，電容和工作臺(tái)速度是估算的關(guān)鍵參 數(shù)CR 和SF。Huang 等人[ 51 ]認(rèn)為那幾個(gè)發(fā)表作品[ 50,52,53 ]關(guān)注大多與這 些參數(shù)的優(yōu)化粗加工切割作業(yè)，并提出了實(shí)用的過程從粗加工計(jì)劃精加工策略 操作。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該脈沖導(dǎo)通時(shí)間和導(dǎo)線外圍之間的距離和工件表面影響 CR 和SF 顯著。放電能量對(duì)的影響CR 和一個(gè)MMC 的SF 也進(jìn)行了研究[54] 。 4.1.1.3 效果上的材料去除速率的加工參數(shù)。 加工的影響在體積MRR 參數(shù)也已認(rèn)為是加工性能的量度。Scott 等人[ 52 ] 采用析因設(shè)計(jì)需要數(shù)的實(shí)驗(yàn)來確定最有利組合線切割機(jī)床參數(shù)。他們發(fā)現(xiàn)，該放 電電流，脈沖持續(xù)時(shí)間和脈沖頻率是影響顯著控制因素MRR 和SF ，而線速度， 線張力和介質(zhì)流速有最小的影響。Liao 等人[ 53 ]建議確定的參數(shù)的方法基于 田口品質(zhì)設(shè)計(jì)方法設(shè)置和方差分析。結(jié)果表明材料去除率和SF 很容易被工作臺(tái) 進(jìn)給的影響率的脈沖的導(dǎo)通時(shí)間，從而也可用于控制放電頻率為預(yù)防斷線。黃廖 本[ 55 ]提出利用灰色關(guān)聯(lián)度和S / N 比分析，這也顯示了類似的結(jié)果證明的影 響工作臺(tái)的進(jìn)給脈沖導(dǎo)通時(shí)間對(duì)材料去除率。實(shí)驗(yàn)研究確定不同的材料去除率和 SF 加工參數(shù)也已進(jìn)行[ 56 ] 。該結(jié)果已被用于與熱模型分析了斷線的現(xiàn)象。 4.1.1.4 對(duì)表面光潔度的工藝參數(shù)的影響 也有一些已經(jīng)發(fā)表的作品僅研究對(duì)加工參數(shù)的影響該WEDMed 表面。Go¨ kler 和Ozano ¨ ¨ ZGU [ 57 ]研究了最合適的切割選擇和偏移參數(shù)組合，以 獲得所期望的表面粗糙度對(duì)于恒定線速度和介質(zhì)沖洗壓力。Tosun 的等人 [ 58 ]研究的效果脈沖持續(xù)時(shí)間，開路電壓，線速度和在WEDMed 工件介質(zhì)沖洗 壓力表面粗糙度。人們發(fā)現(xiàn)，在增加脈沖持續(xù)時(shí)間，開路電壓和送絲速度用表面 粗糙度增大，而越來越多介質(zhì)流體壓力減小表面粗糙度。阿南德[ 59 ]用部分因 子試驗(yàn)正交陣列布局，以獲得最可取的工藝規(guī)范對(duì)于提高在電火花線切割加工的 尺寸精度和表面粗糙度。斯佩丁和Wang [ 60 ]優(yōu)化的過程利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參 數(shù)設(shè)置建模的WEDMed 工件表面特征，而威廉姆斯和Rajurkar [ 61 ]提出當(dāng)前 調(diào)查的特性的結(jié)果產(chǎn)生的電火花線切割加工表面。 4.1.2 流程建模 另外，電火花線切割加工的由建模數(shù)學(xué)技術(shù)手段也已經(jīng)適用于有效地與眾多 工藝變量的過程的不同表現(xiàn)。斯佩丁和Wang [ 62 ]開發(fā)的建模技術(shù)采用響應(yīng)曲 面法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來預(yù)測(cè)過程性能如CR ， SF 和表面波紋度在一個(gè)合理 的大范圍的輸入因子水平。劉和Esterling [ 63 ]提出了一種實(shí)體建模方法， 它可以精確表示幾何切割由電火花線切割加工過程，而Hsue 等[ 64 ]開發(fā)了一 個(gè)模型來估計(jì)MRR 在幾何通過考慮與偏轉(zhuǎn)線切割導(dǎo)線中心的轉(zhuǎn)化指數(shù)軌跡。Spur 和Scho¨nbeck [65]設(shè)計(jì)了一個(gè)理論模型研究工件材料的影響，并在工件的電火花線切割 加工的脈沖型屬性與陽(yáng)極極性。Han 等人。[ 66 ]開發(fā)一個(gè)仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)可精確地再 現(xiàn)電火花線切割放電現(xiàn)象。該系統(tǒng)還應(yīng)用自適應(yīng)控制，它自動(dòng)生成最佳加工條件進(jìn)行高精度 WEDM。 4.2 電火花線切割加工過程監(jiān)測(cè)和控制 自適應(yīng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用在線切割加工是用于監(jiān)測(cè)和控制至關(guān)重要的過程。本節(jié)將 探討先進(jìn)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，包括模糊，斷線和自調(diào)諧的自適應(yīng)控制在電火花線切 割加工過程中使用的系統(tǒng)。 4.2.1 模糊控制系統(tǒng) 比例控制器歷來在伺服進(jìn)給控制系統(tǒng)用于監(jiān)視和在電火花線切割加工過程評(píng) 估差距的條件。然而，控制器的性能是有限的由加工條件，這大大與參數(shù)設(shè)定而 有所不同。Kinoshita 等人[ 67 ]調(diào)查的焊絲輸送速度，焊絲卷繞的影響速，絲 的張力和對(duì)電參數(shù)電火花線切割加工過程中間隙條件。其結(jié)果是，許多常規(guī)基于 顯式的數(shù)學(xué)控制算法和統(tǒng)計(jì)模型已經(jīng)被開發(fā)用于電火花線切割加工或操作 [ 68-72 ] 。幾位作者[ 73,74 ]還開發(fā)了脈沖判別系統(tǒng)提供分析和監(jiān)測(cè)的手段 各種線切割機(jī)床條件下的脈沖序列定量。雖然這些類型的控制系統(tǒng)可以適用于很 寬范圍的加工條件下，它不能向間隙狀態(tài)響應(yīng)當(dāng)有一個(gè)意想不到的干擾[ 75 ] 。 在最近幾年中，模糊控制系統(tǒng)已應(yīng)用于電火花線切割加工工藝，以達(dá)到最佳和 高效加工。一些研究者聲稱，模糊邏輯控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了控制戰(zhàn)略，抓住了專家 的知識(shí)或操作者在保持所需的經(jīng)驗(yàn)加工操作[76] 。此外，模糊邏輯控制器不需 要任何數(shù)學(xué)綜合模型適應(yīng)的動(dòng)態(tài)行為在線切割加工操作[ 77 ] 。一些作者 [ 75,78 ]提出火花頻率控制與自適應(yīng)基于模糊邏輯控制和控制系統(tǒng)的調(diào)整策略， 這可以應(yīng)用到很寬一系列的加工條件。廖和胡[ 79 ]也設(shè)計(jì)了在線監(jiān)測(cè)脈沖模糊 控制器系統(tǒng)隔離放電噪聲和歧視每個(gè)脈沖的點(diǎn)火延遲時(shí)間。電火花脈沖可以分為 開放，火花，電弧，關(guān)閉或總之，這是依賴于點(diǎn)火延遲時(shí)間，并且對(duì)材料去除率， 磨損和零件精度[ 80,81 ]有直接影響。 4.2.2 線誤差自適應(yīng)控制系統(tǒng) 電火花線切割加工過程中發(fā)生的最不理想的加工特征之一大大影響加工精 度和性能連同該部分的質(zhì)量制造。許多嘗試取得了開發(fā)的自適應(yīng)控系統(tǒng)提供在線 辨識(shí)的任何不正常的加工條件和控制策略防止導(dǎo)線的斷裂不影響各種措施的線 切割機(jī)床的性能。這公布的部分報(bào)告研究弗羅馬集合涉及斷線的自適應(yīng)控制工作 滯后和振動(dòng)線。 4.2.2.1 金屬絲破損 各種各樣的控制策略防止導(dǎo)線的斷裂是建立上的導(dǎo)線斷裂的特性的知識(shí)。 Kinoshita 等人[82]觀察到的快速上漲間隙電壓，繼續(xù)為脈沖頻率前約5-40毫秒 斷線。他們開發(fā)一個(gè)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)，它關(guān)掉脈沖發(fā)生器和伺服系統(tǒng)防止導(dǎo)線 從斷裂，但它影響加工效率。一些作者[ 83,84 ]也有人認(rèn)為濃度放電在某一點(diǎn) 的線，這將導(dǎo)致增加的局部溫度從而在金屬絲的斷裂。然而，自適應(yīng)控制系統(tǒng)集 中在檢測(cè)火花的位置和排出的還原未做任何考慮，開發(fā)能源到MRR。導(dǎo)線的斷裂 有也被認(rèn)為與上升的短路數(shù)脈沖持續(xù)時(shí)間超過30毫秒，直到金屬絲破損[85] 。 其他作者[86]認(rèn)為，斷線是相關(guān)，在火花頻率突然增加。有人還發(fā)現(xiàn)，他們的建 議的監(jiān)察和控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上的在線分析火花次數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)脈沖關(guān)斷時(shí)間會(huì) 影響材料去除率。Liao 等人[87]補(bǔ)救通過與材料去除率的加工問題參數(shù)和使 用新的電腦輔助脈沖基于脈沖串的分析判別系統(tǒng)提高了加工速度。而燕和廖 [ 88,89 ]應(yīng)用了自學(xué)習(xí)模糊控制策略不僅要控制的火花頻率，但也保持較高的 MRR 通過實(shí)時(shí)調(diào)整停機(jī)時(shí)間脈沖下的恒定進(jìn)給率加工條件。 導(dǎo)線的破損也是由于過度的熱負(fù)荷對(duì)電線產(chǎn)生不必要的熱量電極。大多數(shù)過 程中產(chǎn)生的熱能在電火花線切割加工過程被轉(zhuǎn)移到金屬絲而其余散失到?jīng)_洗流 體或輻射[86] 。但是，當(dāng)瞬時(shí)能量比率超過某一限制根據(jù)熱性能線材，電線會(huì) 斷裂。幾位作者[ 90-92 ]研究了不同的影響在電線上的熱載的加工參數(shù)并制定 了熱模型模擬線切割機(jī)床過程。除了產(chǎn)生火花的特征或溫度分布，其機(jī)械強(qiáng)度導(dǎo) 線也有對(duì)發(fā)生一個(gè)顯著作用的斷線。羅[93]聲稱，絲材料屈服和斷裂向斷線，而 溫度的升高加劇失敗的過程。 4.2.2.2 金屬絲滯后和振動(dòng)線 造成的幾何誤差主要因素WEDMed 部分都作用于各種工藝勢(shì)力電線導(dǎo)致它離 開了編程的路徑。這些力量包括所產(chǎn)生的機(jī)械壓力其外由所形成的氣泡侵蝕機(jī)制 等離子，軸向力應(yīng)用拉直的鋼絲，液壓力量引起的沖洗，作用在導(dǎo)線上的靜電力 和固有的火花電動(dòng)態(tài)力代[ 94,95 ] 。其結(jié)果是，靜撓度在呈圓滯后導(dǎo)線的作用 是至關(guān)重要的研究，以便產(chǎn)生精確的切削刀具路徑。幾位作者[ 93,96,97 ]進(jìn)行 的幾何參數(shù)研究的部分的不精確性所造成的導(dǎo)線的滯后并試圖以數(shù)學(xué)建模電火 花線切割加工工藝。而貝爾特拉米和Dauw [ 98 ]監(jiān)測(cè)和一個(gè)通過一個(gè)在線控制 線位置用的控制算法使實(shí)質(zhì)上的光學(xué)傳感器任何輪廓在相對(duì)高的切割要切割速 度。許多幾何工具的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，這增加了加工間隙和防止計(jì)量或電線破損切 削區(qū)時(shí)，具有高曲率，如小半徑彎道也已經(jīng)開發(fā)[ 99100 ] 。Lin 等人[ 101 ] 開發(fā)了基于模糊邏輯控制策略提高加工精度和濃縮在拐角部位引發(fā)不影響切割 進(jìn)給率。 此外，電線的過程中的動(dòng)態(tài)行為線切割機(jī)床也被限制以避免切割不準(zhǔn)確。上 有設(shè)計(jì)一些討論和監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)的開發(fā)補(bǔ)償導(dǎo)線振動(dòng)的行為[ 86,102 ] 。 Dauw 等[103]另?yè)?jù)報(bào)道，導(dǎo)線的振動(dòng)可以顯著減少時(shí)在導(dǎo)線和導(dǎo)線導(dǎo)板完全浸沒 在填充有離子交換水，工作油箱。幾個(gè)文獻(xiàn)[ 104 ]給出了一個(gè)數(shù)學(xué)模型分析導(dǎo) 線振動(dòng)的瞬態(tài)響應(yīng)的基礎(chǔ)上在單次放電作用于工具電線力過程。一些作者 [ 105,106 ]的審閱的各種先進(jìn)的研究和開發(fā)在電火花加工中使用的監(jiān)測(cè)和控制 系統(tǒng)和電火花線切割加工工藝。 4.2.3 自整定自適應(yīng)控制系統(tǒng) 在最近幾年中，電火花線切割加工的研究和開發(fā)有研究控制策略調(diào)整到變化 在加工一個(gè)所需的功率密度工件具有不同的厚度。幾位作者[ 82,85 ]發(fā)現(xiàn)，在 工件厚度的變化機(jī)械加工導(dǎo)致的增加的線中熱密度和導(dǎo)線的最終斷裂。Rajurkar 等人[ 107,108 ]提出了一種自適應(yīng)控制系統(tǒng)具有多個(gè)輸入模型，用于監(jiān)視和控 制根據(jù)網(wǎng)上的火花頻率確定工件高度。其他作者[ 72 ]開發(fā)了包括一個(gè)明確的數(shù) 學(xué)系統(tǒng)模型需要大量的實(shí)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)技術(shù)。Yan 等人[109]所使用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來估 計(jì)所述工件的高度和模糊控制邏輯來抑制斷線時(shí)工件具有可變高度加工。 以知識(shí)為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)中的應(yīng)用控制線切割機(jī)床的不利條件也得到了 試驗(yàn)。Snoeys 等人[ 110 ]提出了一種知識(shí)基礎(chǔ)的系統(tǒng)，它包括三個(gè)單元，即 工作的準(zhǔn)備，過程控制和操作員協(xié)助或故障診斷，使監(jiān)控和電火花線切割加工過 程的控制。勞動(dòng)預(yù)備制模塊確定最佳的加工參數(shù)設(shè)置，同時(shí)操作者的援助和 故障診斷數(shù)據(jù)庫(kù)告知經(jīng)營(yíng)者和診斷的加工誤差。因此，該功能這些模塊增加自主 權(quán)給予的金額到線切割機(jī)床。黃廖本[ 111 ]有也表明了運(yùn)營(yíng)商援助的重要性， 并為電火花線切割加工過程中的故障診斷系統(tǒng)。他們提出了一個(gè)原型人工神經(jīng)為 維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的專家系統(tǒng)時(shí)間表及線切割機(jī)床的故障診斷。德凱塞等人[112]開發(fā)集 成了一個(gè)熱模用于預(yù)測(cè)和控制專家系統(tǒng)熱過載經(jīng)歷了上線。雖然該模型提高了機(jī) 器的自治水平，需要大量的計(jì)算量，這會(huì)降低處理速度和在線破壞控制性能。 5 討論與未來的研究方向 作者們歸類廣泛的發(fā)表關(guān)于在線切割加工過程分為三個(gè)作品，主要范疇即優(yōu) 化過程變量，監(jiān)測(cè)和控制的過程中，電火花線切割機(jī)床的發(fā)展。本節(jié)討論分類線 切割機(jī)床研究領(lǐng)域和未來可能的研究方向，如圖1所示。 5.1 優(yōu)化過程變量 在線切割加工過程的優(yōu)化往往被證明是由于許多調(diào)節(jié)一個(gè)困難的任務(wù)加工 變量。一個(gè)單一的參數(shù)變化會(huì)影響以復(fù)雜的方式[52]的處理。因此，影響該過程 的各種因素必須是理解，以確定該過程的趨勢(shì)變化，如4.1.1節(jié)中討論。選擇的 工藝參數(shù)的最佳組合實(shí)現(xiàn)了最佳的加工性能涉及的分析和統(tǒng)計(jì)方法。然而，這是 非常復(fù)雜的涉及到與輸入工藝參數(shù)測(cè)量輸出性能，并得出最優(yōu)導(dǎo)致使用模擬退火 算法。華潤(rùn)， MRR 和SF 通常選擇作為該過程的措施性能。然而，這些方法提供 了一個(gè)識(shí)別影響該變量的有效手段機(jī)械加工性能。 此外，該方法的建模也是解決有關(guān)的繁瑣問題的有效途徑工藝參數(shù)對(duì)措施的 表現(xiàn)。正如4.1.2節(jié)，多次嘗試都已經(jīng)進(jìn)行了建模過程中調(diào)查到電火花線切割加 工參數(shù)的影響性能，并確定最佳的加工條件從組合的無窮數(shù)。如因此，它提供了 一個(gè)準(zhǔn)確的尺寸檢驗(yàn)和驗(yàn)證的過程中產(chǎn)生了更好的穩(wěn)定性并為電火花線切割加 工工藝更高的生產(chǎn)力。然而，侵蝕的復(fù)雜性和隨機(jī)性過程電火花線切割加工中需 要確定的應(yīng)用以及隨機(jī)方法[61] 。因此，在線切割加工工藝的優(yōu)化仍將是重點(diǎn) 研究領(lǐng)域相匹配的眾多工藝參數(shù)與措施的表現(xiàn)。 5.2 監(jiān)測(cè)和控制的過程 多年來，監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)已在最大限度地減少了重要貢獻(xiàn)在電火花線切割加 工性能的干擾的效果。多參數(shù)加工設(shè)置進(jìn)行了很難清楚地了解，并獲得最佳的加 工條件。它需要一個(gè)控制算法這往往是基于明確的數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)模式，以配合加工 過程。然而，模糊控制邏輯的應(yīng)用程序有帶來了很大的變化，以常規(guī)監(jiān)測(cè)和控制 的電火花線切割加工工藝的方法。模糊控制邏輯可以考慮幾個(gè)加工變量，權(quán)衡顯 著因素影響過程，并進(jìn)行更改加工不應(yīng)用詳細(xì)的數(shù)學(xué)條件模型，正如上文第4.2.1 節(jié)。另外，應(yīng)用所述專家系統(tǒng)能的可行性提供意見和解決問題也一直研究[110] 。 這種制度將極大地吸引車間運(yùn)作的需要，要求無人值守線切割機(jī)床的操作。 斷線和的彎曲的風(fēng)險(xiǎn)電線也限制了效率和準(zhǔn)確性電火花線切割加工工藝。斷 線的發(fā)生直接降低已經(jīng)很低的加工速度影響在加工過程的總效率。雖然，在控制 策略中報(bào)告第4.2.2旨在解決斷線的問題，它完全依賴于可能的指示發(fā)生和產(chǎn)生 結(jié)果調(diào)查不充分的斷線現(xiàn)象的根本原因。這些策略可能因而被視為是一種挫折當(dāng) 用可變加工工件要求在加工一個(gè)急劇變化的高度條件。 此外，電線的振動(dòng)行為和靜態(tài)偏轉(zhuǎn)容易影響的幾何精度部分生產(chǎn)。典型的解 決這些問題的經(jīng)常是非常保守的性質(zhì)通過增加加工間隙或減小放電能量，這被認(rèn) 為是一個(gè)主要的缺點(diǎn)為電火花線切割處理效率。圖。圖2顯示了大量的研究工作 集中在改善通過應(yīng)用程序所引起的電線的誤差的自適應(yīng)控制系統(tǒng)。Jennes 和 Snoey[113]認(rèn)為，傳統(tǒng)的研究目的是不提高加工效率，而且，以防止從加工過程 中金屬絲斷裂。因此，一種可能的新的挑戰(zhàn)，線切割機(jī)床和未來工作區(qū)將爭(zhēng)取實(shí) 現(xiàn)更高的被操縱通過收購(gòu)華潤(rùn)較高的加工效率和MRR 具有低線量和頻率。 5.3 線切割機(jī)床的發(fā)展 在線切割加工過程是一個(gè)合適的加工選項(xiàng)在滿足當(dāng)今的現(xiàn)代應(yīng)用的需求。它 已被廣泛應(yīng)用于汽車，航空航天，模具，工具和模具制造等行業(yè)。電火花線切割 加工的應(yīng)用程序，也可以在醫(yī)療發(fā)現(xiàn)，光，牙科，珠寶等行業(yè)，以及在汽車和航 空航天研發(fā)領(lǐng)域[ 114 ] 。它的大池的應(yīng)用中，如圖所示。2 ，主要是欠加工 技術(shù)，這是沒有限制的硬度，強(qiáng)度或工件的韌性材料。如上文第3節(jié)的在線切割 加工HSTR ，現(xiàn)代的復(fù)合材料和先進(jìn)陶瓷材料，這正顯示出越來越多的趨向于許 多工程應(yīng)用程序，也已嘗試。它有更換加工陶瓷的常規(guī)手段，即超聲波加工和激 光束加工，這不僅是昂貴的機(jī)器，但損壞的陶瓷構(gòu)件的表面完整性。然而，由于 引入的超過20個(gè)非傳統(tǒng)在過去50年的加工工藝和在堅(jiān)硬，堅(jiān)韌的發(fā)展快速增長(zhǎng)做 強(qiáng)工件材料[115] ，在線切割加工過程中不可避免地要在不斷煥發(fā)青春為了競(jìng)爭(zhēng) 和滿足未來的關(guān)鍵加工要求。 此外，在線切割加工過程中一直尋求的好處與其他材料的去除方法相結(jié)合的 進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用，提高了加工特性。作者們歸類在線切割加工機(jī)到不同的物理 特性，它明確區(qū)分了不同的機(jī)器特點(diǎn)類型影響性能措施，機(jī)械加工能力和配套設(shè) 施，如圖所示3 。其中，最實(shí)用和精度HMP 安排使用的WEDG 過程主要以生產(chǎn)小 尺寸和復(fù)雜形狀細(xì)桿，它可以很容易地彎曲或折斷由橫向使用傳統(tǒng)的磨削工藝 時(shí)，可強(qiáng)制。數(shù)控系統(tǒng)的精度也有份為WEDG [116]的準(zhǔn)確性。因此，該HMP 過 程，特別是WEDG 過程中，將繼續(xù)得到深入研究的關(guān)注特別是在微電子電路的增 長(zhǎng)制造業(yè)領(lǐng)域。 還有一個(gè)重要的推動(dòng)朝無人值守線切割機(jī)床的操作實(shí)現(xiàn)一機(jī)加工性能可以 由熟練的操作員才能實(shí)現(xiàn)的水平。這樣的目標(biāo)已經(jīng)通過應(yīng)用程序部分地滿足，的 CNC 控制的加工策略以防止斷線和自動(dòng)化系統(tǒng)。環(huán)境友好型和大容量介質(zhì)再生系 統(tǒng)，這自主地保持在介質(zhì)的質(zhì)量在線切割加工機(jī)內(nèi)循環(huán)，也一直實(shí)驗(yàn)[117] 。然 而，由于考慮仍要給予改善WED 性能并提升自動(dòng)化為未來整合的水平內(nèi)的電火花 線切割機(jī)床和工藝CIM 環(huán)境[118] 。然后，將能夠合理滿足高技能電火花短缺/ 線切割機(jī)床經(jīng)營(yíng)者和實(shí)現(xiàn)更具成本效益和成本有效的機(jī)械加工操作。 6 結(jié)束語(yǔ) WEDM 是一種行之有效的非傳統(tǒng)能夠滿足材料去除過程由提出要求的不同加 工要求金屬切削行業(yè)。它已被普遍適用于加工和微機(jī)械加工零件復(fù)雜形狀和不同 硬度要求高調(diào)的準(zhǔn)確性和嚴(yán)格的尺寸公差。但是該方法的主要缺點(diǎn)是相對(duì)低的加 工速度，相比于其他非傳統(tǒng)的加工工藝，如激光切割的過程中，主要是由于其熱 加工技術(shù)。此外，較新的發(fā)展而更奇特的材料提出了挑戰(zhàn)生存能力在未來的制造 業(yè)在線切割加工過程中環(huán)境。因此，持續(xù)改進(jìn)需要可向電流線切割加工性狀，以 擴(kuò)大加工能力，提高了加工生產(chǎn)率和效率。 在線切割加工過程的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確，高效的加工操作而不損害機(jī)械 加工性能。這主要是進(jìn)行以理解的相互關(guān)系影響的各種因素之間的過程和確定最 佳的加工條件其外的組合無限多。該自適應(yīng)監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)也有被廣泛實(shí)施馴服 瞬態(tài)電火花線切割加工行為，而不線斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。此外，一些監(jiān)測(cè)和控制算法基 于顯式的數(shù)學(xué)模型，專家的知識(shí)或智能系統(tǒng)已經(jīng)報(bào)道減少所引起的振動(dòng)特性的誤 差和電線的靜撓度。與連續(xù)趨勢(shì)走向無人值守加工操作和自動(dòng)化，在線切割加工 過程必須不斷提高維護(hù)作為競(jìng)爭(zhēng)和在現(xiàn)代模具車間經(jīng)濟(jì)的加工操作制造領(lǐng)域。雖 然筆者認(rèn)為該電火花線切割加工過程中，因?yàn)樗軌蛴行У貦C(jī)械零件與難加工材 料和幾何形狀具有無法比擬的它自己的應(yīng)用程序領(lǐng)域。 致謝 作者要感謝支持拉夫堡大學(xué)，特別是在歐勝機(jī)械與制造工程學(xué)院用于資助當(dāng) 前的研究獎(jiǎng)學(xué)金。 參考文獻(xiàn) [1] E.C.詹姆森， 描述和放電的發(fā)展加工(EDM)、電火花加工技術(shù)，社會(huì)的制 造工程師，Dearbern，密歇根州2001 年，頁(yè)16。 [2] G.F.本尼迪克特，放電加工(EDM)，非傳統(tǒng)制造過程，馬塞爾· 戴克，公 司新紐約& 巴塞爾，1987 年，頁(yè)231–232。 [3] K.H.何世倜紐曼先進(jìn)的電氣放電加工(EDM)，int。J.電機(jī)工具麥迪43 (13) (2003 年)1287–1300。 [4] 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