目前，小模數(shù)齒輪廣泛應(yīng)用在微電機的減速機構(gòu)中，一般采用滾齒或者插齒的加工方法。在多品種小批量生產(chǎn)或者新品試制時，定制加工刀具和制作專用工裝既延長生產(chǎn)周期又將提高生產(chǎn)成本。而 傳統(tǒng)的滾齒或者插齒加工方法無法快速響應(yīng)，采用電火花線切割加工方法可以彌補傳統(tǒng)工藝的不足。
電火花線切割加工柔性好，工藝準(zhǔn)備時間短，一般情況下不受齒輪模數(shù)、壓力角、齒數(shù)的限制，通過程序改動可直接加工齒輪。然而，電火花線切割機有不同的種類和加工方式，如何選擇合適的機床種類和加工方式來滿足多品種小批量小模數(shù)齒輪制造在質(zhì)量、效率和成本上的要求，便成為了工藝設(shè)計人員需要研究解決的問題。
一、不同種類電火花線切割機的對比
電火花線切割機的分類：電火花線切割機分為三類：快走絲電火花線切割機、慢走絲電火花線切割機和中走絲電火線切割機。
快走絲電火花線切割機又被稱作高速往復(fù)走絲線切割機，一般選用鉬絲作為電極絲。電極絲以8～10m /s 的速度經(jīng)過工件并進(jìn)行放電腐蝕，因速度較快容易在工件表面形成條紋，工件表面質(zhì)量較低。同時，電極絲采用往復(fù)走絲的方式，且設(shè)備沒有恒定張力控制的措施，故切割時電極絲會發(fā)生停頓、抖動和斷絲，影響工件的加工精度，加工質(zhì)量嚴(yán)重降低。
慢走絲電火花線切割機又被稱作低速單向走絲線切割機，一般選用銅絲作為電極絲。電極絲以 0. 2 m /s 的速度進(jìn)行單向連續(xù)放電腐蝕，因電極絲速度較低且不重復(fù)使用，且設(shè)備有恒張力控制的措施，故加工平穩(wěn)、抖動較小、均勻，加工精度高，工件表面質(zhì)量接近于磨削的水準(zhǔn)。但由于機床采用無電阻防電解電源、全閉環(huán)伺服控制、精密機械結(jié)構(gòu)，其價格比較高，因此相較于快走絲線切割機，使用成本較高。
中走絲電火花線切割機是將慢走絲線切割機的切割工藝融入到快走絲線切割機中，從而達(dá)到多次切割和無條紋切割要求，一般選用鉬絲作為電極絲。中走絲兼顧了慢走絲和快走絲二者在切割工件時的優(yōu)點，即在多次切割過程中，第一次采用快走絲的高速進(jìn)行粗切割，第二次及后面幾次采用慢走絲的低速進(jìn)行精修與精磨，這樣加工精度和表面質(zhì)量可得到一定程度的提升，加工質(zhì)量比快走絲高、但比慢走絲低。
電火花線切割機主要性能和加工成本的對比：電火花線切割機的性能主要體現(xiàn)在加工精度、表面粗糙度、最大切割面積速度、切割方式等方面，表 1 詳細(xì)地列舉了現(xiàn)階段不同種類電火花線切割機的主要性能參數(shù)。
電火花線切割機的加工成本主要由機床的價格、耗材的損耗、使用時長等方面構(gòu)成，表 2 列舉了某單位不同種類電火花線切割機的加工成本。
通過對不同種類電火花線切割機主要性能和加工成本的對比，同時結(jié)合多品種小批量小模數(shù)齒輪制造時在質(zhì)量、效率和成本上的要求，我們分析得知：
(1) 慢走絲電火花線切割機的加工精度和表面質(zhì)量最高，但加工成本也最高，故加工經(jīng)濟性相對較差。在小模數(shù)齒輪加工應(yīng)用中，要綜合考慮工藝的經(jīng)濟性，即在滿足加工質(zhì)量的前提下盡可能選用加工成本低的工藝設(shè)備，所以慢走絲電火花線切割機不是最優(yōu)選擇。
(2) 快走絲電火花線切割機雖然加工成本最低，但是加工質(zhì)量也最差，無法滿足小模數(shù)齒輪精度和表面粗糙度的要求，不適合用于小模數(shù)齒輪的制造。
(3) 中走絲電火花線切割機的加工質(zhì)量與慢走絲相似，加工成本與快走絲相近，較好地彌補了在小模數(shù)齒輪加工中慢走絲成本高、快走絲質(zhì)量差的缺陷，適用于多品種小批量小模數(shù)齒輪的生產(chǎn)。
(4) 電火花線切割機的加工效率主要由平均切割面積速度來決定，快走絲的加工效率最高，其次是中走絲，最后是慢走絲。
綜上所述，在多品種小批量小模數(shù)齒輪加工中選用中走絲電火花線切割機最合適，該機床能滿足齒輪制造時在質(zhì)量、效率和成本上的要求。
二、電火花線切割加工方式的對比
電火花線切割的加工方式分為兩種：單次切割和多次切割，其中多次切割的加工方式僅在中走絲、慢走絲電火花線切割機中可以實現(xiàn)。
單次切割的加工方式是指利用電極絲對表面進(jìn)行一次切割。單次切割過程中，采用大的脈沖能量以獲得較高的加工速度，加工質(zhì)量較低。
多次切割的方式是指利用電極絲對表面先后進(jìn)行兩次或兩次以上的切割。第一次切割時為高速走絲切割，類似于快走絲切割，并留有精割余量;第二次及后續(xù)多次切割時為低速走絲切割，采用同一切割軌跡程序，通過逐漸縮小補償量的方法進(jìn)行切割加工。隨著切割次數(shù)的增多，補償量應(yīng)逐級減小，直至最后一次切割時，補償量應(yīng)接近零。多次切割過程中，第一次切割主要進(jìn)行高速粗割，第二次及后續(xù)切割主要進(jìn)行低速精割，最后一次切割主要進(jìn)行超低速修光，以獲得理想的加工精度和表面質(zhì)量，加工質(zhì)量較高。
為了更直觀地比較兩種加工方式在加工質(zhì)量上的差異，我們選用厚 40 mm 的 Cr12 正八棱柱( 對邊距 28 mm) 作為樣件，用中走絲電火花線切割機進(jìn)行單次切割和多次切割實驗，實驗結(jié)果如表 3 所示。
采用多次切割時，工件的加工質(zhì)量得到了明顯提高，而且切割次數(shù)越多，加工質(zhì)量越高。但是過多的切割次數(shù)，會降低加工效率，提高加工成本。基于工藝經(jīng)濟性的原則，我們要嚴(yán)格控制切割次數(shù)，在滿足加工質(zhì)量的同時盡可能地提高加工效率、降低加工成本。
綜上所述，在多品種小批量小模數(shù)齒輪加工中選用多次切割的加工方式最合適，能滿足小模數(shù)齒輪制造時在質(zhì)量、效率和成本上的要求。
三、小模數(shù)齒輪加工實例
在某型號小模數(shù)齒輪加工時，我們分別采用中走絲電火花線切割機和快走絲電火花線切割機進(jìn)行加工質(zhì)量的對比，中走絲電火花線切割機在加工時采用多次切割的加工方式;而快走絲電火花線切割機在加工時采用單次切割的加工方式，加工效果如圖 1 所示。
圖1 快走絲與中走絲加工件放大圖
通過加工實物對比，我們發(fā)現(xiàn)中走絲加工的齒輪質(zhì)量明顯優(yōu)于快走絲，進(jìn)一步驗證了本文對比結(jié)果的正確性。
四、結(jié) 語
中走絲電火花線切割機的加工質(zhì)量與慢走絲相似，加工成本與快走絲相近，較好地彌補了慢走絲成本高、快走絲質(zhì)量差的缺陷。
多次切割的加工方式相比于單次切割可以獲得更好的加工質(zhì)量，而且切割次數(shù)越多，加工質(zhì)量越好。但是過多的切割次數(shù)，會降低加工效率，提高加工成本。基于工藝經(jīng)濟性的原則，我們要嚴(yán)格控制切割次數(shù)，在滿足加工質(zhì)量的同時盡可能地提高加工效率、降低加工成本。
在多品種小批量小模數(shù)齒輪加工中選用中走絲線切割機和多次切割的加工方式最合適，它能滿足齒輪制造時在質(zhì)量、效率和成本上的要求。