2011年，當(dang)ANCA與Precorp公司（現(xian)隸屬(shu)于(yu)山特維克集(ji)團）合作(zuo)創(chuang)建ANCA EDG（電火花磨削）磨床時，目標非(fei)常明(ming)確。兩(liang)家公司都希(xi)望創(chuang)建一(yi)個(ge)高性能的(de)旋轉電火花加工(gong)（EDM）平(ping)臺，該平(ping)臺不僅能生產出一(yi)流的(de)幾(ji)何形狀的(de)刀具，其循環時間也應當(dang)處于(yu)市場領(ling)先的(de)水平(ping)。
這一創(chuang)新出自ANCA創(chuang)始人兼董事總經理Pat Boland先(xian)(xian)生，他敏銳(rui)地意識(shi)到，要(yao)(yao)想(xiang)超越現有(you)的(de)競爭對手，需要(yao)(yao)的(de)是大腦而(er)不是蠻力。“融蝕過程(cheng)既簡單，又(you)復雜。該工藝的(de)基礎是使(shi)用正負電(dian)極(ji)和電(dian)解液，與(yu)材(cai)料一起產生電(dian)火花。ANCA在(zai)制造(zao)世界一流的(de)硬質(zhi)合金和高速鋼刀具(ju)方面已有(you)45年(nian)的(de)經驗，我(wo)(wo)們希(xi)望在(zai)PCD刀具(ju)領(ling)域(yu)中也能發揮我(wo)(wo)們的(de)技術。”Boland先(xian)(xian)生表示。
研發ANCA EDG磨床的(de)(de)主(zhu)要(yao)動力在(zai)于，它需(xu)要(yao)足夠(gou)簡單，以便能(neng)夠(gou)輕松創建所有類型(xing)的(de)(de)釬焊剪(jian)切槽類刀(dao)具(ju)(ju)，但它也要(yao)足夠(gou)復(fu)(fu)雜(za)，以便創建無限多種螺(luo)旋類型(xing)的(de)(de)整體頂尖，脈紋和(he)雪(xue)佛龍PCD刀(dao)具(ju)(ju)。Boland先生補充道：“我(wo)們很早就(jiu)意識到，我(wo)們希望讓客(ke)戶能(neng)夠(gou)創建復(fu)(fu)雜(za)的(de)(de)刀(dao)具(ju)(ju)幾何(he)結構，那(nei)么在(zai)保(bao)持精確的(de)(de)融蝕間隙(xi)距離(li)的(de)(de)同時(shi)，進行(xing)5軸插補將是一項挑戰。”
彼時，Pat Boland先生(sheng)，來自墨爾本大學的(de)(de)(de)電(dian)氣(qi)工(gong)程(cheng)碩士(shi)，拜訪了皇家墨爾本理工(gong)大學，并(bing)與當年電(dian)氣(qi)工(gong)程(cheng)博士(shi)學位的(de)(de)(de)候選人(ren)，如(ru)今的(de)(de)(de)Dr. Kotler Tee相遇。Dr. Tee提出(chu)了值得推敲(qiao)的(de)(de)(de)的(de)(de)(de)設想(xiang)，并(bing)很快被ANCA聘請，來領導EDG融蝕(shi)工(gong)藝(yi)的(de)(de)(de)創(chuang)建和(he)部署(shu)。Pat Boland和(he)Dr. Tee并(bing)肩(jian)工(gong)作，提出(chu)構想(xiang)，共同創(chuang)建了當今市場上(shang)技術領先的(de)(de)(de)融蝕(shi)工(gong)藝(yi)。
步驟1：使用(yong)智能自適應(ying)控制（IAC）維持最佳的火花融蝕間隙
他(ta)們(men)需要(yao)解決的(de)(de)首要(yao)任務是(shi)(shi)，無論是(shi)(shi)在簡單的(de)(de)二(er)(er)維(wei)(wei)還是(shi)(shi)復雜的(de)(de)三維(wei)(wei)路徑(jing)(jing)下(xia)，都要(yao)保(bao)持(chi)最佳(jia)火花融(rong)(rong)蝕間(jian)隙。“在融(rong)(rong)蝕過程中，保(bao)持(chi)最佳(jia)的(de)(de)火花融(rong)(rong)蝕間(jian)隙是(shi)(shi)高(gao)效的(de)(de)基礎(chu)。對于旋轉二(er)(er)維(wei)(wei)路徑(jing)(jing)計算來說(shuo)，保(bao)持(chi)最佳(jia)間(jian)隙非常簡單。但是(shi)(shi)，當三維(wei)(wei)路徑(jing)(jing)計算涉及4個或5個軸(zhou)同時移動時，表面積、體積和路徑(jing)(jing)的(de)(de)變(bian)化都將成為挑戰，”Dr. Tee說(shuo)。“從測試中，我們(men)發現，標準做法是(shi)(shi)簡單地將磨床(chuang)進給(gei)速(su)度(du)設(she)置(zhi)為允(yun)許的(de)(de)最低值，以保(bao)持(chi)可用的(de)(de)火花間(jian)隙距離。然而，這會導致大(da)量(liang)的(de)(de)‘空運行時間(jian)’，并大(da)幅(fu)降低進給(gei)速(su)度(du)。”為了保(bao)持(chi)較高(gao)的(de)(de)進給(gei)速(su)度(du)并保(bao)持(chi)最佳(jia)火花融(rong)(rong)蝕間(jian)隙，智能(neng)自(zi)適應控制的(de)(de)概念應運而生。
智(zhi)能(neng)(neng)(neng)自(zi)適應(ying)控制(zhi)(zhi)（IAC）是實時(shi)的、伺服控制(zhi)(zhi)的功能(neng)(neng)(neng)，可在(zai)線自(zi)動(dong)(dong)監測并(bing)主動(dong)(dong)控制(zhi)(zhi)融(rong)蝕(shi)間(jian)隙(xi)(xi)(xi)距(ju)(ju)離。IAC利用ANCA Motion AMD5x控制(zhi)(zhi)系統的EtherCAT功能(neng)(neng)(neng)，使(shi)磨(mo)床運(yun)行與(yu)發電機性能(neng)(neng)(neng)同(tong)步。IAC調(diao)整并(bing)保持最(zui)佳(jia)的火花間(jian)隙(xi)(xi)(xi)距(ju)(ju)離，這對于在(zai)鉆(zhan)頭(tou)和(he)(he)立銑(xian)刀(dao)上融(rong)蝕(shi)三維幾何(he)形(xing)狀(zhuang)（如PCD凹(ao)槽和(he)(he)切口(kou))非常重要。幾何(he)形(xing)狀(zhuang)決定了多達5軸的同(tong)步運(yun)動(dong)(dong)，IAC自(zi)動(dong)(dong)調(diao)整間(jian)隙(xi)(xi)(xi)距(ju)(ju)離和(he)(he)磨(mo)床進給速度(du)(du)，以優(you)化融(rong)蝕(shi)速度(du)(du)和(he)(he)表面光潔(jie)度(du)(du)，這也就是指，當(dang)融(rong)蝕(shi)沿著(zhu)線性路徑時(shi)進給速度(du)(du)加快，當(dang)路徑發生變(bian)化時(shi)進給速度(du)(du)減慢(man)。
“融蝕(shi)路徑的(de)(de)變化可(ke)能(neng)導(dao)致電極輪太靠近刀具(ju)，或從(cong)刀具(ju)上脫落。這會(hui)導(dao)致軌(gui)道上既可(ke)能(neng)產(chan)生優質(zhi)的(de)(de)火花，也可(ke)能(neng)產(chan)生不良的(de)(de)火花，甚至遺漏火花。”Dr. Tee補充說。IAC能(neng)自(zi)動(dong)考慮這一點，并在(zai)任意(yi)可(ke)變路徑的(de)(de)長(chang)度(du)上保持盡可(ke)能(neng)快的(de)(de)進給(gei)速(su)度(du)。自(zi)然地，這能(neng)提高(gao)進給(gei)速(su)度(du)，避(bi)免熱(re)損傷，提高(gao)表面光潔(jie)度(du)，增加(jia)材料去(qu)除率（MRR）并縮短循環時間。
IAC的另一(yi)個好處(chu)是可以輕(qing)松制造PCD和硬質合金的微(wei)型刀具。當IAC保(bao)持最(zui)佳距離時，砂輪碰撞(zhuang)的機(ji)會很小，因此刀具損壞的幾率(lv)很低。這(zhe)一(yi)點在(zai)融(rong)蝕(shi)加工直徑(jing)小于(yu)0.5毫(hao)米(mi)的刀具時至(zhi)關重要。
步(bu)驟(zou)2：使用自適應電火花(hua)控制（ASC）優化融(rong)蝕過(guo)程
下(xia)一(yi)個挑戰是(shi)(shi)創造最佳(jia)火花(hua)以(yi)促進融(rong)蝕(shi)(shi)(shi)過(guo)程。電(dian)流、電(dian)壓、持續時(shi)間(jian)、關(guan)閉時(shi)間(jian)以(yi)及因此(ci)(ci)而(er)引(yin)起(qi)的(de)火花(hua)強度(du)會根據被(bei)融(rong)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)材料不同而(er)變化(hua)。也就是(shi)(shi)說，與(yu)硬(ying)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)合(he)金(jin)（HM）和高速鋼（HSS）相(xiang)比，PCD將需要調整更(geng)多參數(shu)。難(nan)點(dian)在于，PCD晶片通常是(shi)(shi)0.6毫米的(de)PCD，帶有1毫米硬(ying)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)合(he)金(jin)背襯(chen)。就像山特維克(ke)“紋理”工(gong)藝一(yi)樣，人(ren)字紋刀具和整體頂(ding)尖的(de)刀具也燒(shao)結在硬(ying)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)合(he)金(jin)背襯(chen)上。當劇烈融(rong)蝕(shi)(shi)(shi)（例如(ru)粗加工(gong)）時(shi)，銅電(dian)極輪(lun)會沿(yan)PCD-硬(ying)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)合(he)金(jin)邊(bian)(bian)界融(rong)蝕(shi)(shi)(shi)。針對(dui)PCD優化(hua)的(de)融(rong)蝕(shi)(shi)(shi)參數(shu)可能(neng)會無意中融(rong)蝕(shi)(shi)(shi)硬(ying)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)合(he)金(jin)背襯(chen)。相(xiang)反的(de)情(qing)況下(xia)，又會導致PCD-硬(ying)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)合(he)金(jin)邊(bian)(bian)界處的(de)過(guo)度(du)融(rong)蝕(shi)(shi)(shi)，這被(bei)稱為“咬邊(bian)(bian)”，即(ji)它(ta)選擇性地融(rong)蝕(shi)(shi)(shi)了PCD層下(xia)的(de)硬(ying)質(zhi)(zhi)(zhi)(zhi)合(he)金(jin)。此(ci)(ci)外，它(ta)還可能(neng)導致“鈷浸出”，即(ji)PCD粘(zhan)合(he)劑鈷被(bei)優先(xian)融(rong)蝕(shi)(shi)(shi)掉(diao)，而(er)留下(xia)裸露的(de)PCD層。
這(zhe)類似于在鋪好的(de)道路地基下(xia)進行挖掘。如果你(ni)從路面下(xia)挖太多(duo)的(de)材料，路面最終會塌陷。機械加工(gong)試(shi)驗表明，粗加工(gong)過(guo)程中的(de)咬(yao)邊和滲鈷會導致切(qie)削刃(ren)脆(cui)化(hua)和刀具過(guo)早磨損。為了避(bi)免這(zhe)種情況發(fa)生并優化(hua)融蝕過(guo)程，自適應電火花控制（ASC）應運(yun)而(er)生。
既簡單又復雜的PCD刀具。整體頂尖PCD鉆頭質量(liang)出眾
ASC在(zai)發電(dian)(dian)機本(ben)身(shen)上使用超快速EtherCAT伺服(fu)系統以及DSP（數字信號處(chu)理器(qi)）和(he)FPGA（現場可編(bian)程門陣列）。 EDG融(rong)(rong)(rong)蝕(shi)(shi)發生器(qi)能夠實時(shi)監控和(he)處(chu)理每個(ge)火(huo)花(hua)。每個(ge)火(huo)花(hua)的波形(xing)被(bei)(bei)自動監視，并根據被(bei)(bei)融(rong)(rong)(rong)蝕(shi)(shi)的材(cai)料、融(rong)(rong)(rong)蝕(shi)(shi)間(jian)隙(xi)距離和(he)其他(ta)最佳融(rong)(rong)(rong)蝕(shi)(shi)過(guo)程中的必要因素進行分類。發生器(qi)隨(sui)后可以動態調整每個(ge)火(huo)花(hua)的能量水平（電(dian)(dian)流，電(dian)(dian)壓，持續(xu)時(shi)間(jian)和(he)關閉時(shi)間(jian)）以適(shi)應(ying)被(bei)(bei)融(rong)(rong)(rong)蝕(shi)(shi)的材(cai)料。
ASC優(you)化了(le)融蝕過程，從而減(jian)少(shao)了(le)鈷的(de)(de)滲出(chu)并減(jian)少(shao)了(le)PCD-硬質合金邊界處的(de)(de)咬邊，可以生(sheng)產(chan)出(chu)更強(qiang)的(de)(de)切削刃(ren)和(he)更不易崩刃(ren)的(de)(de)成(cheng)品(pin)刀具。這有助于延長(chang)刀具壽命(ming)，減(jian)少(shao)刀具磨(mo)損并降(jiang)低(di)刀具成(cheng)本。測試表明(ming)，CFRP（碳纖維增強(qiang)塑料）刀具壽命(ming)增加了(le)60％。
以上(shang)智能融蝕控(kong)制系統受到ANCA的專利保護。
0.4毫米整(zheng)體頂尖PCD鉆頭
第3步：使用ANCA Motion SparX融(rong)蝕發生(sheng)器增(zeng)大(da)電(dian)力(li)電(dian)子設備的功率
難題的最(zui)后一步是優化電子(zi)器(qi)件，以期(qi)在實(shi)現(xian)更高表面光潔度的同時，實(shi)現(xian)更高、更強的融(rong)蝕(shi)。ANCA依(yi)靠其姊(zi)妹公司ANCA Motion的專業技術解決(jue)了這(zhe)一難題。基于AMD5x伺(si)服平(ping)臺，高級電氣工程師Richard Colin負責創建(jian)行業領先的融(rong)蝕(shi)發(fa)生器(qi)。Richard擅長高頻、大功(gong)率電子(zi)設備，在ANCA Motion工作之前，他(ta)曾為航空業設計過地(di)面動(dong)力裝置(zhi)（GPU）。“我抓住了這(zhe)個(ge)機會(hui)。我一直期(qi)待研發(fa)最(zui)新的一流半導體(ti)電力電子(zi)產品，以實(shi)現(xian)寬(kuan)帶隙開關速度。”
與等效(xiao)元件(jian)相(xiang)比，每脈沖(chong)(chong)兆安培技術使(shi)ANCA客戶能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)夠擴(kuo)大(da)其可達(da)到(dao)和使(shi)用(yong)的(de)(de)(de)功率范(fan)圍。ANCA Motion SparX融(rong)蝕(shi)發生器在超(chao)重型粗加工到(dao)超(chao)精(jing)(jing)細精(jing)(jing)加工操作范(fan)圍內表現(xian)出了卓越的(de)(de)(de)性能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)，利用(yong)微脈沖(chong)(chong)技術進行高能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)量密度燒蝕(shi)，其帶來(lai)的(de)(de)(de)優秀(xiu)可控性為客戶提供優化的(de)(de)(de)進給速度、優越的(de)(de)(de)表面(mian)光潔度和大(da)幅減少的(de)(de)(de)循環(huan)時間。這種脈沖(chong)(chong)精(jing)(jing)度能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)滿足用(yong)于特(te)殊的(de)(de)(de)超(chao)精(jing)(jing)細拋光超(chao)低能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)量脈沖(chong)(chong)，也(ye)能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)完成快速去除原(yuan)材料的(de)(de)(de)高能(neng)(neng)(neng)(neng)(neng)量脈沖(chong)(chong)。
在PCD融蝕(shi)過程中，循環時(shi)間與材(cai)料去除率（MRR）息(xi)息(xi)相關。 ANCA Motion SparX融蝕(shi)發生器利用(yong)新的(de)(de)(de)超(chao)粗(cu)加(jia)工，超(chao)精(jing)加(jia)工和(he)超(chao)精(jing)細(xi)精(jing)加(jia)工操(cao)作(zuo)，可提(ti)供無與倫(lun)比的(de)(de)(de)MRR增長，循環時(shi)間減少了50％。此外，在所有功率模式(shi)下，融蝕(shi)表面質(zhi)量都得到了改善。使(shi)用(yong)微脈沖技術的(de)(de)(de)最新 “超(chao)精(jing)細(xi)拋光(guang)”工藝可以輕松實現Ra <0.1μm和(he)Rz <0.5μm的(de)(de)(de)表面光(guang)潔度。這(zhe)些操(cao)作(zuo)可以生產出(chu)苛刻(ke)的(de)(de)(de)切削刀具所需(xu)的(de)(de)(de)優質(zhi)切削刃。
這(zhe)些提升不(bu)僅幫助ANCA客戶在(zai)競爭(zheng)(zheng)中脫穎而(er)(er)出，而(er)(er)且使(shi)刀具制(zhi)造的方(fang)法更加智(zhi)能(neng)。“我們(men)與(yu)競爭(zheng)(zheng)對(dui)手之間的差異在(zai)于(yu)(yu)，ANCA專注于(yu)(yu)客戶融蝕的目的。他們(men)明確地告(gao)訴我們(men)，他們(men)想要一(yi)種針對(dui)螺旋和圓柱(zhu)PCD刀具的優化工藝(yi)。我們(men)與(yu)ANCA Motion緊密合作，設計(ji)了融蝕發生器，不(bu)僅適用于(yu)(yu)剪切類刀具，還(huan)適用于(yu)(yu)無數(shu)的高度復(fu)雜的幾何形狀，而(er)(er)不(bu)是重復(fu)使(shi)用最初為電火(huo)花加工（Wire-EDM）創建的發生器技術。我們(men)的解決方(fang)案在(zai)整個(ge)行(xing)業(ye)中獨樹(shu)一(yi)幟(zhi)。我們(men)讓幾何參數(shu)決定(ding)工藝(yi)，而(er)(er)不(bu)是由過(guo)程決定(ding)可用的幾何參數(shu)。”
Dr. Tee打趣道： “我們用智慧(hui)勝(sheng)過蠻力(li)，正所謂力(li)挑一百， 智舉(ju)千斤。”