数控高效放电铣削加工数控技术

1 研发背景

　　在航天、航空及军工制造业中，有大量采用高温耐热合金、钛合金等用传统的金属切削机床难以加工的零件。如机匣、整体叶盘、各类环件、安装边、叶片等，它们空间形状复杂，采用金属切削机床加工刀具损耗极大，效率很低，还需大量占用昂贵的加工装备，这类零件的加工已成为该制造领域的技术难题、加工瓶颈，严重制约了我国国防装备制造业的发展。

　　另外，在其他一些行业也存在大量难加工材料的高效加工问题。如热电、核电行业的发动机零件，轧钢行业的硬面轧辊，模具行业的大型淬火模具等零件的高效去余量加工。

　　国内外一直在探索对这类难加工材料零件复杂型面的更经济有效的加工方法。电化学成形加工是主要加工方法之一。这种加工方法效率高，加工表面质量好，能满足一定的精度要求，但污染严重，备购置费高，加工工艺也较难掌握。采用数控金属切削机床，虽然可满足一些零件的加工要求，但不仅其加工效率低，刀具费用很大，设备昂贵，而且还存在一些因工件需加工部位刚性很差或刀具难以伸及而无法完成最终加工的情况。

　　本文研究的高效放电铣削数控技术及装备，是我国自主原创的一种全新的、对特殊难加工材料高效低成本的加工方法和手段，已获4项国家发明专利。该技术可使高温合金、钛合金等难加工材料零件的空间复杂型面加工成本大幅降低，效率明显提高。如对某高温耐热合金整体叶盘三维形槽进行高效去余量加工，电极费用不到2000元，是金切刀具费用的1／50，设备费用也仅为5轴加工中心的1／20～1／10，加工效率可提高20％～50％，总体成本与金切机床加工相比，几乎可以“忽略不计”。本加工方法还具有安全、无污染的优点。

　　本技术的实施，不仅能提高我国电加工行业的技术水平和技术创新能力，促进行业的技术进步，更重要的是能为我国的航空航天、军工生产企业提供急需的、先进的高效低成本的加工设备，解决特种材料工件复杂型面的加工难题，进一步增强我圉航空航天、军工等国防装备的研发、制造和董点型号产品批生产能力，增强对外转包生产等困际合作机会。也可为其他有关行业提供解决难加工材料零件的加工问题的先进装备。

2 技术原理

　　数控高效放电铣削加工原理见图1。它利用电火花加工不怕材料硬、脆、韧的优势，采用简单的超长铜管作电极，由导向器导向，在两者之问施加高效高频脉冲电源，对加工区施以冲、包、浸工作液进行有效冷却排屑，通过专用数控系统控制工件与电极之间相对运动轨迹，在两者之间产生高频脉冲放电，以类似数控铣的方式，实现对零件复杂型面的高效去余量加工。其控制轨迹由CAD／CAM软件生成数控程序，通过专用数控系统控制进行3轴以上联动三维曲面的高效放电加工。为保证加工精度，在加工过程中对电极损耗进行在线检测及补偿。

图1 数控商效放电铣削加工原理图

3 技术特点

　　(1)采用简单的长圆管电极，电极制造方便，可有效实现电极损耗补偿。

　　(2)电极成本低，每根电极只需几十元，是采用金切机床加工所需刀具费用的几十分之一。

　　(3)加工效率高，可达3 000 mm3／min。

　　(4)可加：亡复杂的三维型面。

　　(5)采用水质工作液，安全、无污染。

　　(6)与加工中心比较，改备的成本相对很低。