｜WEDM自動化控制技術

摘要：WEDM（Wire Electrical Discharge Machining）是線切割放電加工之縮寫，屬於非傳統加工法之一，為最具經濟效益之超高硬度金屬加工法。WEDM技術發展至今已有五十多年的歷史，相關技術已十分成熟。目前WEDM產業的發展方向除了持續精進加工速度、加工面粗度與加工精度之性能表現外，自動化與擴大應用領域亦為發展重點。在自動化發展部份，當前的WEDM機台多已具備六軸加工與自動穿線之機能，可以自動完成單一工件之多孔加工。但在精微製程中，每個零件的加工時間大幅縮短，使上下料的時間所佔比例就大幅上升，因此現階段的自動化趨勢乃是結合機械手臂進行自動上下料。本文將針對目前市場上WEDM之種類、自動化技術發展與最新市場資訊等方面進行介紹。

Abstract: WEDM, the abbreviation of Wire Electrical Discharge Machining, is one of the non-traditional refining methods on high hardness metal with the greatest economic benefit. WEDM has been developed more than fifty years and the related technologies have become mature. The further improvement of the performance on cutting speed, surface roughness, and machining accuracy, as well as the automation and expanding the application fields are the current development directions of WEDM industry. In the part of the automation, most of the WEDM machines possess the functions of six-axis control and AWT which can complete multiple-hole processing in one workpiece automatically. However, since each part of the processing time significantly reduced in micro machining process, the proportion of loading and unloading time is greatly increased. Therefore, the latest developments is the WEDM combined with the robot arm. This paper will introduce the types of WEDM, the latest automation technology development and market information.

關鍵詞：線切割機、自動化、放電加工

Keywords：WEDM, Automation, Electrical discharge machining

前言
放電加工方法最先是由蘇俄科學家於1955年所發表，接著在1960年於歐洲公佈之。線切割放電加工機自發明至今已有多年歷史，由當年的RC放電迴路搭配手動進給演進到目前的晶體控制放電迴路搭配NC伺服進給控制，在加工性能與自動化加工上有著顯著地進步。線切割放電之加工原理乃是利用金屬線做為切削刀具，於線電極與被加工物間施加一電壓，此時由電壓差所產生的電場大小與極間距離平方呈反比。隨著線電極不斷的朝被加工物靠近時極間電場強度也會持續增加，當極間距離小到一定範圍時，該強電場將產生絕緣崩潰使極間原本絕緣的狀態變成導通。絕緣崩潰瞬間會發生引弧放電現象(如同閃電)，在引弧放電的區域內會產生八千度以上的高溫，這瞬間的高溫足以融化所有的物質。因此使用放電的方法可以對於各種導電性物質進行切削加工，尤其是對於難切削之超高硬度合金，放電加工是所有加工方法中最具經濟效益的一種。

一般在國際上所稱的線切割機（WEDM、Wire EDM），在中國大陸地區稱為慢走絲，這是因為在大陸地區還有另外兩種特有線切割機機型，分別為[快走絲線切割機]及[中走絲線切割機]。快走絲與慢走絲的定義方式是以加工電極線於加工中之運動速度作區分，而中走絲則是因為兼具這兩者的部份特點而得名。快走絲線切割機，其特點是採用鉬線做為加工線，其加工液為純水＋乳化皂，且走線速度極快（約600 m/min或10 m/sec）並往復走線循環使用，在此加工方式下，加工面會有周期性的條紋（有點像用鋸子加工的鋸痕）。由於加工線材需重覆使用，需以較低能量加工以避免線損耗或斷線，因此加工速度較低，約為50～100 mm²/min，表面粗度約2 µmRa，且加工誤差約為0.05 mm。由於快走絲線切割機之應用場合與性能表現，在線切割放電加工機產業分類中被歸類於低階產品，其操作成本最低，機台成本低，整機售價也最低。中走絲線切割機，其特點是在高速往復走線的線切割機上可以進行多道次加工以改善加工精度與粗糙度，同時此類機台在製作時對於精度之要求也較高。由於加工線仍採用鉬絲且循環使用，為克服加工線的消耗及線張力變化造成的加工誤差，使得加工操作複雜化而造成操作程序較快走絲機台困難。目前中走絲線切割機在多道次加工後可消除快走絲的周期性條紋現象，加工精度誤差約為0.02 mm，表面粗度可達到約1 µmRa左右，其性能介於快走絲及慢走絲之間，而整機成本與售價也介於快走絲及慢走絲之間，在線切割放電加工機產業分類中被歸類於中階產品。

除了上述兩類機台外，在線切割放電加工機產業分類中的高階產品就是慢走絲線切割放電加工機，本文後續介紹之線切割機皆屬於此類別。高階線切割放電加工機的特點為加工精度高，加工誤差可小於5 µm，加工面粗度可達0.5 µmRa以下，其中最頂尖的機種甚至可以達到加工誤差1 µm、加工面粗度0.014 µmRa之極致性能。本類機台所使用之加工線主要是以黃銅材質為基底之金屬線，且線材一經使用即丟棄不用，因此可用較高之能量進行加工，最高加工速度甚致可以達到500 mm²/min。

線切割放電加工機這幾年在技術的發展上已漸趨成熟，各家廠商所生產的線切割機因加工性能差異度小，造成市場上之價格競爭，使得整體獲利持續下降，尤其在大陸生產製造之線切割機上市後對於整體產業衝擊更是顯著。為因應這樣的市場狀況，各家廠商莫不想盡辦法要提升公司獲利，而改善的方式大約有下列幾項，包括開拓新應用領域、提高附加價值、產品差異化與降低成本…等等，其中在提高附加價值部份，主要是與自動化系統進行整合，降低機台操作之人力需求。