榮天愛，朱 波，陳濟輪，張 昆，沈 巖，張萬剛

（首都航天機械公司，北京 100076）

微細電火花銑削電極運動軌跡加工工藝實驗

榮天愛，朱 波，陳濟輪，張 昆，沈 巖，張萬剛

（首都航天機械公司，北京 100076）

在微三維結構微細電火花銑削過程中，電極運動軌跡的規(guī)劃直接影響產品的加工效率和工具電極的損耗。針對鈦合金微三維結構進行了不同銑削方式的加工工藝實驗，選取了最佳電極運動軌跡，其加工時間和電極損耗均明顯低于其他銑削方式。

微三維結構；微細電火花銑削；運動軌跡

傳統(tǒng)的電火花成形加工是利用成形工具電極對工件進行“拷貝”加工，其優(yōu)勢體現(xiàn)在復雜、不規(guī)則型腔及窄、微、薄結構的加工上[1]。在微細電火花加工中，由于微細成形電極的形狀復雜而難以實現(xiàn)加工，同時電極損耗大，且產生的電極損耗難以實現(xiàn)補償，而電火花銑削技術能很好地解決該難題。

電火花銑削加工是采用標準棒狀電極代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬銑削刀具，工具電極按設定的軌跡運動，以實現(xiàn)復雜形狀的電火花加工。即通過簡單電極與工件之間不同相對位置的放電，借鑒數(shù)控銑削的方法進行三維輪廓的電火花銑削加工[2]，很好地解決了成形加工中工具電極的損耗不均問題，改善了加工間隙中工作液流場不穩(wěn)定的現(xiàn)象。相對于成形加工，其較小面積的加工狀態(tài)，可有效減小電容效應，進而獲得更好的加工質量。

研究表明，實現(xiàn)分層電火花銑削必須遵從以下幾點：將放電過程局限在電極底面；合理的電極運動軌跡規(guī)劃；適當?shù)碾姌O損耗軸向補償[2]。通過對橫截面上電極運動軌跡的合理規(guī)劃，使單加工層面獲得更好的加工精度和更快的加工效率。在以往的實驗研究中，通常采用軌跡重疊、往復運動的簡單軌跡運動方式。為此，本文開展了不同銑削方式的加工工藝實驗，分析電極運動軌跡對微細電火花銑削加工的影響規(guī)律，以選取最佳軌跡實現(xiàn)更好的加工效果。

1 實驗裝置及規(guī)劃

實驗在MH30精密數(shù)控微細電火花加工機床上進行，采用直徑0.2 mm的純鎢電極，工件為鈦合金材料，并加工成正六邊形結構的窄槽試驗樣件，試件模型及尺寸見圖1。加工深度為120 μm（考慮放電間隙1.5 μm），分為8層，每層加工深度設定為15 μm，程序執(zhí)行均為10次。

此外，實驗采用相同的適配電參數(shù)條件，根據(jù)電極運動軌跡規(guī)劃，進行四種不同的銑削加工。

2 實驗結果及分析

2.1 銑削方式及NC軌跡生成

實驗采用正向銑、反向銑、正反向銑、分層正反向交替銑等四種不同的銑削方式。

（1）正向銑

采用簡單電極電火花正向銑方式，產品表面質量較好，但銑削坡度及誤差較明顯。正向銑的軌跡規(guī)劃見圖2a，箭頭為切削方向。

（2）反向銑

采用簡單電極電火花反向銑方式，產品表面質量一般，且銑削坡度及誤差較明顯。反向銑的軌跡規(guī)劃見圖2b，箭頭為切削方向。

（3）正反向銑

將產品每一層切削軌跡按正反向銑結合的方式進行電火花銑削，即上一圈正向、下一圈反向交替銑削，將上一圈正向銑的損耗用下一圈的反向銑進行補償。通過正反向銑削方式進行了樣件的加工試驗，雖在一定程度上降低了電極損耗的影響，使產品表面蝕除量加大，但加工效果還有待提高。正反向銑的軌跡規(guī)劃見圖2c，箭頭為切削方向。

（4）分層正反向交替銑

分層正反向交替銑是指上一層正向銑、下一層反向銑，也是通過正反向交替的方式，但與上述正反向銑所不同的是，該方式以層為單位進行垂直面上的軌跡規(guī)劃，而正反向銑是在同一水平面上進行的正反向銑結合的軌跡規(guī)劃。

（5）NC軌跡生成

實驗采用四種銑削方式，并通過UG CAM系統(tǒng)后置處理，生成了四種加工軌跡。為檢測加工過程中可能出現(xiàn)的問題，對加工軌跡和三維實體進行了模擬仿真，從模擬效果來看都可滿足實驗要求。四種銑削方式的加工軌跡和三維實體模擬圖見圖3。

2.2 不同銑削方式對加工時間和電極損耗的影響

根據(jù)上述四種不同的銑削方式，進行了六方形窄槽加工工藝實驗，結果見表1。

從圖4所示的影響規(guī)律中可看出，在電火花銑削加工過程中，加工時間和電極損耗都隨著加工的進行先迅速減小，其中正反向銑的電極損耗持續(xù)減小，使層面上的電極運動軌跡內外結合。此時，電極在上一層加工輪廓邊緣時的變鈍現(xiàn)象，可在層面下一層中心部位加工時予以消除，充分發(fā)揮了電極等損耗的作用，可獲得高精度的加工表面。

2.3 實驗結果分析

本實驗采用微細電火花加工機床自帶的CCD檢測系統(tǒng)對試件尺寸進行測量，通過控制系統(tǒng)連接來控制工件的移動，探測探頭光標會記錄工件X、Y向的距離，以此達到尺寸測量的目的。不同銑削方式的CCD檢測結果見圖5。

根據(jù)上述尺寸測量結果進行電極損耗補償，尺寸數(shù)據(jù)對比見表2。

3 結論

在微三維結構微細電火花銑削加工過程中，通過橫截面上的電極運動軌跡規(guī)劃，選取不同的銑削方式，在其他加工條件相同的前提下，對加工時間、電極損耗及產品尺寸精度的影響規(guī)律進行了加工工藝實驗，得出如下結論：

（1）正反向銑的總體加工時間最短（75 min），電極損耗最少（889 mm）。

（2）不同銑削方式的試件尺寸精度都可滿足設計性能指標要求，且正反向銑的尺寸誤差最小，為X方向0.3 μm、Y方向0.8 μm。

微三維結構微細電火花銑削加工的影響因素很多，雖然采用電參數(shù)適配等常用技術手段能獲得一定的加工效果，但也可通過合理的電極軌跡運動規(guī)劃等新方法，為微細電火花銑削技術的發(fā)展提供新的方向。本文通過加工實例驗證了微三維結構電火花銑削技術中電極軌跡運動規(guī)劃的重要性，為后續(xù)開展其他航天產品（如微小渦輪等）的多軸聯(lián)動微細電火花銑削技術提供了有力的技術保障。

[1] 郭潔民.電火花加工技術及問答[M].北京：化學工業(yè)出版社，2008.

[2] 王至堯.中國材料工程大典 [M].北京：化學工業(yè)出版社，2006.

Processing Technology Experimental of Electrode Trajectory in Micro EDM Milling

RONG Tianai，ZHU Bo，CHEN Jilun，ZHANG Kun，SHEN Yan，ZHANG Wangang
（Capital Aerospace Machinery Company，Beijing 100076，China）

The planning of electrode trajectory directly affects the machining efficiency and the tool electrode wear during the micro EDM milling of micro 3D structure.Based on different milling technology experimental of titanium alloy micro 3D structure，the best electrode trajectory was selected，its machining efficiency and tool electrode wear were significantly lower than the other milling method.

micro 3D structure；micro EDM milling；trajectory

TG661

A

1009－279X（2017）01－0023-03

2016-10-10

榮天愛，女，1979年生，高級工程師。