近年來，國外電火花成形加工技術發展很快，電火花銑削加工、混粉加工、模糊控制、微細電火花加工等技術的發展以及直線電機和專家系統的應用，使電火花成形機的性能得到很好的提高。我國在這兩方面與國外相比差距很大，現有的單軸數控電火花成形機不能實現電火花銑削加工，混粉電火鏡面加工的研究還處于起步階段，模糊控制、微細電火花加工等還都處于研究階段紐。

為此，我們面向中小型企業，結合模具技術發展的要求。研究開發了技術先進、性能優越、價格適中的精密數控電火花成形機。

1精密電火花成形機總體結構設計

精密電火花成形機的總體結構如圖1所示，機床由底座、立柱、工作臺、主軸和工作液循環系統等組成。電火花成形機常見的結構布局形式有立柱式和龍門式。立柱式成形運動工作臺實現X軸和Y軸平動，主軸實現Z軸進給運動和旋轉運動。龍門式，主軸機構安裝在龍門上，龍門實現Y軸平動，主軸在龍門上實現X軸平動和Z軸進給運動及旋轉運動。我們采用立柱式布置，工作液循環系統相對機床獨立布置。 

2精密電火花成形機的運動系統設計

機床工作臺運動系統通常都采用滾動導軌導向、直流伺服（或步進電機）驅動，滾珠絲杠傳動，目前，國內外的數控電火花成形機床大多都采用這種傳動方案，在技術上較成熟。現有的3軸數控電火花成形機大多采用的是圖2。

所示的方案，主軸部件安裝在溜板上，采用直流或交流伺服電機直接驅動，主軸進給運動采用滾動導軌導向，直流或交流伺服電機驅動，滾珠絲杠傳動，帶動溜板進給。這種結構為了承受主軸高速跳躍所產生的沖擊力，采用較粗的滾珠絲杠和較大的軸承，使主軸的重量加大，為了提高主軸的高速性能，選用大功率和高轉速的電機。

近年來，直線電機直接驅動、電主軸技術發展很快，德國、日本等已成功地將直線電機、電主軸應用到機床結構中，本設計采用圖2b所示的方案，主軸進給運動采用THK精密直線滾動導軌導向，西門子直線電機直接驅動，主軸的旋轉由電主軸直接驅動。去掉了滾珠絲杠及其支承裝置，這樣主軸箱的結構更加緊湊。由于省去了中間部件，減輕了主軸箱的重量，傳動精度更高，高速運動性能更好。 

3精密電火，花成形機控制系統結構

本文設計的精密電火花成形機控制系統總體結構如圖3所示。

方案采用基于工業PC的開放式數控，系統由伺服驅動控制一、脈沖電源控制、放電間隙狀態檢測與控制、工作液循環系統控制等部分組成，為了縮短研發周期，采用固高科技的GT-400-SV型4軸電機控制卡進行4軸電機控制，采用凌華科技的ACL-8112型多功能DAQ卡進行脈沖電源控制與加工狀態的數據采集。  伺服精度控制是伺服控制系統中的關鍵，在控系統的實際應用中，有開環、半閉環和全閉環3種控制形式。國外進口的高精度數徑電火花成形機一般采用圖4a所示的閉環控制方案，特點是精度高，但系統的結構復雜、調試維修難度大，價格也較貴。 

 本設計中，工作臺采用滾珠絲杠傳動，有較高的動精度，綜合考慮經濟成本等方面的因素，工作臺的伺服控制采用圖4b所示的半閉環控制方案，而主軸的伺服控制精度對加工過程有較大影響，因此主軸進給伺服采用全閉環控制方案，如圖5所示，由于本設計采用直線電機直接驅動，減少了中間環節，降低了調試的難度。

4精密電火花成形機的控制軟件開發

針對控制系統的要求，本文在Windows操作系統下采用虛擬儀器開發軟件LabWindows/CVI開發了控制軟件，軟件主體包括用戶管理、工藝管理、系統調試、幫助等功能模塊。用戶管理模塊負責系統用戶的增減與維護、系統登陸與注銷等管理工作;工藝管理模塊包括加工工藝設置與加工過程控制;系統調試模塊可進行機床參數的配置及數控與電源模塊的調試;幫助模塊包括系統介紹和相關的幫助文件。軟件主界面如圖6所示。 

5總結

針對模具制造技術的發展要求，設計開發了4軸精密電火花成形機，該設備具有結構簡潔、性能可靠、系統可拓展性強等優點。