精密高效电加工关键技术取得重大突破——国家863计划、数控机床重大专项电加工课题实施成果综述

叶 军

(苏州电加工机床研究所有限公司,江苏苏州215011)

为了紧紧抓住国家振兴装备制造业、高度重视数控机床发展的重大机遇,特种加工行业积极参与并推动了电加工、特种加工项目在国家层面的立项,组织了有关课题的申报。苏州电加工机床研究所有限公司、中国机械工程学会特种加工分会、中国机床工具工业协会特种加工机床分会及行业有关领导和专家为此做了大量卓有成效的工作。2008年9月,国家高技术研究发展计划(以下简称863计划)重点项目“高效、精密电加工技术与装备”正式立项招标;2009年初,国家科技重大专项“高档数控机床与基础制造装备”(以下简称数控机床重大专项)特种加工有关课题正式立项招标,其中有关电加工方面的课题有“自动穿丝精密、高效数控单向走丝电火花线切割机床”和“五轴联动精密数控电火花成形机床”等2个课题;2010年1月,又有“全浸泡式精密电加工机床专用密封精密数控回转工作台”课题立项招标。

两年多来,行业中由产、学、研、用组成的课题组,在科技部、工信部重大专项办公室的具体领导及指导下,在课题责任单位及主要参加单位的大力支持下,一大批专家及工程技术人员围绕课题的目标任务,经过不懈努力,协同攻关,在电加工领域关键技术方面取得了重大突破,各课题均取得了一些重大的研发成果,现就有关情况作一简要评述。

1 精密高效数控单向走丝电火花线切割加工技术与装备

该方向有863计划1个课题和数控机床重大专项1个课题(2个课题组)实施研发。

1.1 课题基本情况(表1)

表1 精密高效数控单向走丝电火花线切割加工技术与装备课题基本情况

1.2 课题目标及考核指标

1.2.1 863计划课题

课题目标:研发出高效精密单向走丝型数控线切割加工机床,掌握设计控制核心技术,使我国数控单向走丝电火花线切割技术在性能指标上达到国际先进水平,提高我国特种加工机床行业的竞争力。结合重要应用领域的3种以上典型特殊材料复杂型面零件研制需求,与用户合作开发出成套工艺及数据库,进行示范应用,加工零件达到用户要求,申请发明专利2项以上。

考核指标:

(1)坐标轴行程:X 500 mm/Y 350 mm/Z 270 mm/U 70 mm/V 70 mm。

(2)最大切割效率:≥350 mm2/min。

(3)加工面最佳表面粗糙度:Ra≤0.2 μ m。

(4)切割精度:≤±0.003 mm。

(5)可用φ 0.05 mm的细丝切割。

(6)最大切割厚度:≥260 mm。

(7)切割锥度:30°/100 mm。

(8)具备切入引导、拐角及变厚度加工等控制策略,以及自动穿丝、防电解等功能。

1.2.2 数控机床重大专项课题

课题目标:研制出自动穿丝、精密、高效、数控单向走丝电火花线切割机床,基本达到目前国外同类机床产品水平。

考核指标:

(1)高成功率自动穿丝技术:直径为1 mm穿丝孔,穿丝成功率＞95%。

(2)切割精度:≤±0.002 mm。

(3)加工表面粗糙度:Ra≤0.2 μ m。

(4)加工效率:≥200 mm2/min。

(5)国内实用新型专利:2项。

(6)软件著作权:2项。

(7)发表相关论文:3篇。

(8)提出机床、电源及控制系统的制造、安装与调试的相关技术规范。

(9)申请修订《电火花线切割机(单向走丝型)技术条件》标准。

(10)参与 ISO/WD28881《Machine tools-Safety-Electro-Discharge-Machines》(电火花机床 安全防护技术要求)国际标准的制定。

(11)提出提高可靠性和精度保持性的具体方法。

(12)建立基本的可靠性试验手段,消除产品早期故障。

1.3 课题突破的关键技术及取得的成果

1.3.1 高性能的数控单向走丝电火花线切割机床(图1)

——自动穿丝恒张力运丝;

— —φ 0.05 mm 细丝切割;

图1 数控机床重大专项课题研制的样机

——最大切割效率≥320 mm2/min;

——最佳表面粗糙度 Ra＜0.2 μ m;

——加工零件精度≤±0.002 mm;

——不同材料、不同厚度、不同直径电极丝的工艺专家系统;

——可增设 A轴;

——具有拐角控制策略。

1.3.2 高精度单向走丝电火花线切割机床主机

(1)全闭环交流伺服电机驱动

主运动轴采用交流伺服电机直联方式,以降低传动链的传动误差和迟滞,提高响应的快速性。位置环由分辨率为0.1 μ m高精度直线光栅构成。

制造过程中采用双频激光干涉仪和球杆仪进行误差测量和补偿技术,提高系统的定位精度、重复定位精度及精度保持性。

(2)机床采用经典的C型结构,左右对称设计。T型超宽高刚性床身底座、高强度的机械构造。通过有限元结构分析,有效设置加强筋来防止出现扭曲变形。

(3)主机发热部件采取绝缘性能和热稳定性高的陶瓷材料制作,提高了电气稳定性,降低温漂影响,保证实现高精度和高稳定性的加工。

通过采用综合技术措施,主机数控轴的重复定位精度 ≤±1 μ m,定位精度 ＜±3 μ m,为机床加工精度和切割表面粗糙度打下了很好的基础。

1.3.3 高成功率的自动穿丝系统

研制成功了高成功率的自动穿丝系统,其自动穿丝成功率达95%以上,填补了国内空白,见图2。

图2 自动穿丝系统

1.3.4 细丝切割技术

为实现微细丝切割,设计了微张力下恒张力、恒速细丝走丝机构。

——走丝速度由速度轮后面的AC交流伺服电机闭环控制,由计算机控制无级变速;

——放丝速度由放丝轮后面的AC交流伺服电机根据角位移传感器位置的变化进行闭环控制,使电极丝的张紧力和运丝速度保持恒定;

——能采用φ 0.05 mm的电极丝进行稳定加工。

图3是采用微细丝切割的零件。

图3 采用微细丝切割的零件

1.3.5 微精表面加工技术

纳秒级微精加工电源实现了＜50 ns的功率脉冲的放大及传输,以达到加工面最佳表面粗糙度Ra≤0.2 μ m的技术指标。

1.3.6 高效切割技术

以进一步提高最大切割速度为主要目标,对脉冲电源、加工状态检测、伺服控制技术进行进一步优化和强化。

——优化脉冲电源主振控制策略、强化功率回路的阻抗配置、能量传输效率;

——进一步提高加工状态检测的精准度及快速性;

——增强脉冲产生和能量传输回路的抗干扰措施;

——较大幅度地提高切割效率,实现了最大加工速度350 mm2/min的指标。

1.3.7 具有切入、切出、拐角精度控制策略及变厚度切割策略的加工过程智能控制技术

加工过程中由于放电爆炸力、二次放电及高压冲液的作用,对电极丝在加工轨迹上的滞后影响很大,导致拐角切割精度及小圆弧切割精度变差,切入工件和切出工件时冲液条件的剧烈变化又会加大断丝概率。课题研究的具有切入、切出、拐角精度控制策略及变厚度切割策略,则有效缓解了上述现象,实现了加工过程的智能控制,具有明显的科学性和先进性。

通过实施拐角控制策略,进行了加工实验验证,未加拐角控制策略的拐角误差达到129 μ m,进行拐角控制后,中央平面拐角误差为 11 μ m,上下平面拐角误差为16 μ m。可见控制策略是有效的,能很好地减小拐角误差。

1.3.8 A轴联动切割技术

通过第六数控A轴与相关轴联动或 A轴分度控制,实现盘状PCD刀具及其他零件的加工。图4是A轴结构及加工的工件。

图4 A轴结构及加工的工件

1.3.9 五轴四联动单向走丝线切割加工数控系统

(1)对Windows平台的数控系统进行了完善开发。

(2)开发了Linux平台的数控系统。

(3)建立了更完善的智能化工艺专家系统。

1.3.10 完成了多个试验研究平台建设

建立了微精加工脉冲电源试验平台、高效脉冲电源试验平台、数控化伺服系统测试平台、自动穿丝试验平台、走丝系统试验平台。

1.3.11 形成了一批自主知识产权

获得或已申报国家发明专利3项,实用新型专利4项,软件著作权 6项,发表论文 9篇,参与修订行业标准1项,参与制定国际标准1项。

2 特殊材料高效数控放电铣削加工技术与装备

2.1 课题基本情况

本课题是863计划项目,基本情况见表2。

2.2 课题目标及考核指标

课题目标:开发出高效数控放电铣削加工专用设备,掌握设计控制核心技术,结合重要应用领域3种以上典型特殊材料复杂型面零件研制,与用户合作开发出成套工艺及数据库,并示范应用,加工零件达到用户要求,申请发明专利2项以上,提交1项国家标准草案。

表2 特殊材料高效数控放电铣削加工技术与装备课题基本情况

主要技术和经济指标:

(1)数控轴数:6;各轴行程:X 800 mm/Y 600 mm/Z 800 mm/W 500 mm/A 360/B 90/B ±10°。

(2)最大加工电流:300 A。

(3)最大加工效率:3 000 mm3/min。

(4)最佳表面粗糙度:Ra≤2.5 μ m;。

(5)具有电极损耗在线检测及自动补偿功能。

(6)除交换电极外,整个加工过程自动完成。

(7)专用数控系统:六轴五联动,直线轴控制当量0.002 mm,旋转轴制当量0.002°。

(8)根据粗、中加工建立φ 5～φ 16 mm 10种不同规格电极、3种特殊材料(高温耐热合金、钛合金、不锈钢)对加工电流、脉宽、脉间、工作液压力、电极转速等5种工艺参数进行优化配置的工艺数据库。

(9)进行机匣和整体叶盘类3种以上零件加工的示范应用。

(10)提交《数控高效放电铣削机床精度检验》国家标准草案。

2.3 课题突破的关键技术及取得的成果

2.3.1 高效数控放电铣加工专用设备(图5)

——六轴数控五联动;

——最大加工电流 300 A;

——最大加工效率 3 000 m3/min;

图5 高效数控放电铣加工专用设备

——最佳表面粗糙度＜2.5 μ m;

——具有电极损耗在线检测及自动补偿功能。

2.3.2 数字化大功率高效节能放电铣脉冲电源

——根据高效放电铣特点,主回路采用45 V低压,降能耗60%;

——根据高效放电铣特点实施“三层级”高效放电铣加工脉冲电源适应控制策略。

2.3.3 外置式卸荷全闭环A轴(图6)

——密封简单,运行可靠;

——维护方便;

——操作空间大,装夹工件方便;

——已申报国家发明专利。

图6 外置式卸荷全闭环A轴

2.3.4 满足高效放电铣要求的专用主轴(图7)

——大能量可靠蚀电;

——高压工作液旋转密封。

图7 专用主轴

2.3.5 高效放电铣专用六轴五联动数控系统

——六轴五联动;

——各加工轴的伺服控制;

——脉冲电源、工作液压力流量、电极旋转等工艺参数适应控制;

——根据电极补偿策略对电极损耗进行在线检测及实时补偿。

2.3.6 高效放电铣加工电极损耗在线检测和实时补偿技术

——电极损耗在线检测“对刀”系统;

——对刀块防电解技术;

——提高“对刀”水平的对刀策略;

——基于放电能量的电极损耗在线实时检测及补偿技术。

2.3.7 数控高效放电铣的工艺技术

——通过对高效放电脉冲电源的主要参数进行“三因素八水平”正交试验,确定了脉冲电极损耗和加工效率的影响显著度,找到了优化的工艺数据组;

——建立了10种不同规格电极、3种特殊材料、5种工艺参数优化配置的工艺数据库。

2.3.8 特殊材料典型零件的高效放电铣加工(图8)

完成了航空发动机特殊材料制作机匣和整体叶盘两大类5种典型零件的加工,并形成了成套工艺。

——加工特殊材料零件电极费用仅为刀具费用的1/30～1/20;

——加工效率提高 30%～50%;

——设备购置及使用成本是加工中心的1/10;

——单边留2 mm余量。

图8 高效数控放电铣加工的典型零件

2.3.9 形成了一批自主知识产权

该课题研发的技术及装备属完全自主原创,具有完全自主的知识产权。课题前期已获3项发明专利,课题执行中已获1项发明专利,申报2项发明专利,课题研制的1项标准已完成报批稿。

3 五轴联动精密电火花加工技术与装备

该方向有863计划1个课题和数控机床重大专项1个课题(2个课题组)实施研发。

3.1 课题基本情况(表3)

3.2 课题目标及考核指标

课题目标:研制出固定工作台式五轴联动精密数控电火花成形加工机床,基本达到目前国外同类机床水平。

表3 五轴联动精密电火花加工技术与装备课题基本情况表

考核指标:

(1)实现数控电火花加工过程中X、Y、Z、A、C的五轴联动。

(2)直线轴行程:X≥500 mm,Y≥400 mm,Z≥350 mm;定位精度≤0.005 mm;重定位精度≤0.002 mm;各轴的最大移动速度≥1 000 mm/min。

(3)旋转轴:A、C二个旋转数控轴,定位精度≤15″,重复定位精度≤5″。

(4)脉冲电源平均最大工作电流100 A。

(5)表面粗糙度:Ra≤0.2 μ m。

(6)最高加工效率:≥400 mm3/min。

(7)最小电极损耗:≤0.1%。

(8)形成3项专利技术或专有技术。

(9)提出机床、电源及控制系统的制造、安装与调试的相关技术规范。

(10)申请制定《数控电火花成形机床 技术条件》行业标准。

(11)参加 ISO/WD 28881《Machine-tools-Safety-Electro-Discharge-Machines》(电火花机床 安全防护技术要求)国际标准的制定。

(12)提出提高可靠性和精度保持性的具体方法。

(13)形成数控电火花机床用的精密数控 A、C轴装置。

(14)形成3种规格的精密数控五轴联动电火花机床新产品。

(15)发表相关论文3～5篇。

3.3 课题突破的关键技术及取得的成果

3.3.1 DK7132、DK7140、DK7150(AA50)及 N850等4种规格的五轴联动精密数控电火花成形机床(图9)

——五轴联动:可实现对带冠整体涡轮盘扭曲叶形及其他复杂型面数控电火花成形加工;

——高精度:直线数控轴重复定位精度＜2 μ m,定位精度＜5 μ m;转动数控轴重复定位精度＜5″,定位精度＜15″;

——实现对高温耐热合金、钛合金材料进行高效稳定加工;

——最大加工电流 50～150 A;

——最低电极损耗 0.1%;

——最佳表面粗糙度 Ra＜0.2 μ m;

——配置智能工艺数据库。

图9 五轴联动精密数控电火花成形机床

3.3.2 高精度电火花加工专用数控转台

(1)直驱式精密C轴(图10)

——采用先进的直驱电机、全闭环控制;

——结构简单、元中间传动元件;

——体积小,使用灵活;

——高精度,重复定位精度＜5″,定位精度＜15″。

(2)外置、卸荷式 A轴(B轴)(图 11)

回转分度机构全置于工作液槽外部。

——密封结构简单,密封可靠,寿命高,维护方便;

——操作、加工空间大,装调方便;

——全闭环 、高精度,重复定位精度 ＜5″,定位精度＜15″。

(3)全密封浸泡式数控回转工作台

——全闭环 、精度高、重复定位精度 ＜5″,定位精度＜15″;

——可灵活作为 A、B、C 轴使用。

3.3.3 高精度主机

——数控轴全闭环控制,控制当量0.1 μ m 和1″;

——主要结构件有限元分析,优化设计;

——建立变形检测平台,进行主机变形分析,工作液温控,保证工作精度;

——全新固定工作台牛头式布局。

3.3.4 主轴高速抬刀技术

——对主轴结构、导轨、丝杠、传动、支撑的精心分析、设计、运用;

——对高速抬刀速度、加速度曲线科学规划;

——最大抬刀速度12 m/min,深窄槽加工效果显著;

——一般抬刀速度加工2 mm宽窄槽时,在深度超过30 mm后就很难加工。采用高速抬刀后,加工100 mm深度变得很顺利。

3.3.5 钛合金、高温耐热合金等难加工材料高效加工脉冲电源

——高精度的稳压电源;

——脉冲前沿快速、精准检测,实现等能量加工;

——对放电状态的检测,加工过程的适应控制;

——钛合金加工效率829 mm3/min,加工表面粗糙度Ra 0.166 μ m;高温耐热合金加工效率2 351 mm3/min,加工表面粗糙度 Ra 0.078 μ m,达到国际领先或先进水平。

3.3.6 超光加工技术

——研发了特殊回路超光加工脉冲电源,对电感及间隙电容科学设计、搭配组合,放电、微能量的有限控制;

——大量工艺试验参数的合理选取,伺服状态、工作液的科学控制;

— —最佳表面粗糙度达 Ra 0.078 μ m 。

3.3.7 五轴五联动电火花成形加工专用数控系统

——以Linux为操作系统平台,与 Windows比开放性、安全性更好,可充分利用软、硬件资源;

——五轴五联动全闭环控制;

——实现加工过程的伺服及适应控制。

3.3.8 智能工艺专家系统

可利用人工神经网络,进行数据训练、计算、优化生成新的加工工艺数据。

3.3.9 带冠整体涡轮轮盘扭曲叶型的五轴联动电火花成形加工技术

——开发了带冠整体涡轮盘扭曲叶形五轴联动电火花成形加工CAD/CAM软件系统;

——形成了整套加工工艺;

——完成了高温耐热合金、钛合金材料带冠整体涡轮盘扭曲叶形的五轴联动电火花成形加工。

图12是钛合金双极整体带冠涡轮盘。使用电极个数:左电极 16支,右电极11支,合计27支;总加工时间:合计约239 h。

另外,加工了高温镍基合金单级整体带冠涡轮盘,总加工时间为147.5 h,加工精度经检验合格,加工效果很好。

图13是加工中的高温耐热合金带冠扭曲叶型火箭发动机涡轮盘。

3.3.10 建立了多个试验研究平台

建立了成形加工脉冲电源试验平台、成形加工伺服性能试验平台、数控轴运动精度与性能测试平台、五轴联动数控系统开发及平台。

3.3.11 形成了一批自主知识产权

到目前为止,课题已获专利2项,其中发明专利2项,已申报专利5项,其中发明专利3项;已获软件著作权2项,已申报1项;已完成2项行业标准的修订,并参加了国际标准制定;已发表论文20篇。

4 特殊材料复杂形面电解加工技术与装备

4.1 课题基本情况

本课题是863计划项目,基本情况见表4。

表4 特殊材料复杂形面电解加工技术与装备课题基本情况

4.2 课题目标及考核指标

课题目标:针对特殊材料的整体叶盘/叶片电解加工设备和工艺开展研究,通过突破工具电极空间运动轨迹优化与控制、主动分流与减振控制的电解液流场设计、整体叶盘电解加工稳流密封单元设计、工具电极计算机辅助几何形状快速设计方法、电解加工过程检测与控制、电解加工脉冲电源等关键技术,研制出整体叶盘/叶片电解加工设备,实现高温合金、钛合金等材料整体叶盘/叶片的精密、高效电解加工。形成具有自主知识产权的制造技术,突破国外技术封锁,提高发动机整体叶盘/叶片的制造水平。

考核指标:

(1)加工材料:镍基高温合金GH4169、钛合金TC17等典型材料。

(2)典型结构:复杂空间扭曲型面。

(3)研制出整体叶轮的高效、精密电解加工机床设备,其技术指标为:

——加工范围:直径400～700 mm整体叶轮;——机床轴数:七轴分组联动;

— —X 、Y 、Z轴行程 ≥150 mm;

——定位精度±0.005 mm/150 mm,重复定位精度 4 μ m;

——快进速度≥150 mm/min;

——最大可加工面积2 000×2 mm2,最大加工效率4 000 mm3/min;

——加工精度≤±25 mm,叶片型面表面粗糙度Ra≤0.63 mm。

(4)研制出工具电极几何形状计算机辅助快速设计系统。

(5)研制出具有代表性的发动机整体叶盘和压气机叶片。

(6)发表学术论文 10篇以上,其中 SCI、EI源期刊不少于4篇。

(7)申请发明专利4～6项。

(8)培养研究生24名,青年教师3名。

4.3 课题突破的关键技术及取得的成果

4.3.1 数控整体叶盘电解加工机床(图14)

——七轴分组联动;

——快速进给,轨迹控制,精确对刀,高效加工。

4.3.2 电解加工系统软件(图15)

基于虚拟仪器技术的复杂形面电解加工控制系统,实现阴极空间进给、叶盘加工、数据采集等功能。

图14 自主研制的整体叶盘电解加工机床

图15 整体叶盘电解加工控制系统

4.3.3 复杂形面精密电解加工工作液循环系统

——电解液稳定输送至加工区;

——两级精密电解液过滤;

——电解液压力、流量、温度等参数实时监测。

4.3.4 工具电极进给路径优化模式和方法

——三面柔性进给新模式;

——工具电极任意角度进给,非对称角度进给,曲线进给;

——加工通道贴合叶片形状,适合扭曲通道加工,余量均匀,提高精度;

——轨迹优化控制,实现工具电极无干涉运动。

4.3.5 电解液主动分流控制方法

——叶盒、叶背电解液主动分开,减少流场杂乱现象,消除流量不均,随机变化显著弊端,提高加工稳定性;

——设计W型电解液流动方式,使流均更均匀稳定,改变电极两侧承压状态,减少薄片电极变形。

4.3.6 复杂形面电解加工稳流密封单元,保证整体叶盘电解加工稳定

4.3.7 工具电极数字化综合设计系统

——阴极型面的逆向求解;

——求解工具电极最优进给角度和路径;

——分析叶片型面各种样点间隙分布;

——计算工具电极型面几何形状及实体造型。

4.3.8 复杂型面叶片电解加工试验研究

——复杂形面电解成形加工各工艺参数及影响规律研究;

——脉冲电流电解加工研究;

——建立复杂形面电解加工工艺数据库;

——加工出的复杂曲面叶片满足设计要求。

5 微细结构多功能电加工技术与装备

5.1 课题基本情况

本课题是863计划项目,基本情况见表5。

表5 微细结构多功能电加工技术与装备课题基本情况

5.2 课题总体目标及考核指标

5.2.1 课题目标

(1)针对精密微细孔和微小模具的制造需求背景,研究开发出微细构件多功能电加工系统技术,构建出微细电火花加工、微细电化学加工、微细超声加工及其复合加工模块的多功能模块集成的微细加工装备。

(2)研究解决各加工核心机构模块、高频脉冲电源、加工状态检测、加工进给伺服控制、三轴联动数控软件及系统控制等关键技术问题。

(3)完成微细孔顺序加工、二维阵列微细结构批量加工及三维微细复杂结构加工等3种典型工艺的研究开发。

具体指标:

(1)研制出高精度多用途微细电加工装备样机2套。所研制的微细构件多功能电加工装备具有以下性能指标:三轴联动,X、Y、Z行程均≥100 mm,重复定位精度≤±1 μ m;脉冲电源最小脉宽≤100 ns。

(2)实验研究达到工件最小加工特征尺寸≤30 μ m、最佳表面粗糙度 Ra≤0.1 μ m的工艺技术水平。结合重要应用领域用户需求,利用功能模块各完成2种典型微细构件的精密加工,并在用户单位示范应用。加工出具有代表性的微小孔类、三维微细结构的零部件样件。

(3)提出对应微细孔、阵列微细结构和三维微细复杂结构加工制造的微细电加工工艺,提交相应的实验研究报告和技术报告。发表体现研究成果的学术研究论文16篇以上(其中SCI论文6篇以上)。

(4)申报国家发明专利2项以上。

(5)促进学科交叉研究发展,培养博士研究生6名,硕士研究生12名。

5.3 课题突破的关键技术及已取得的成果

(1)研制出高精度多用途微细电加工机床样机(图16)

——三轴联动;

——机床设计重复定位精度≤±1 μ m;机床技术采用模块化设计,可自由实现微细电火花加工、微细电化学加工、微细超声加工的组合。

图16 高精度多用途微细结构电加工装备样机

(2)四轴联动微细加工机床数控系统开发

——采用实时 Linux作为操作系统平台,PMAC运动控制器作为运动控制核心,通过基于上、下位机方式来实现数控系统的集成控制功能;

——可实现对微细电火花加工、微细超声加工、微细电化学加工的集中控制;

——可实现工具电极在线加工、点位控制、三维扫描加工及自动补偿等。

(3)微细电火花加工模块、微细电花学加工模块和微细超声加工模块设计与制作

——设计并实现微细电火花加工用Z轴及回转主轴部件,可用于微细电火花加工、微细电化学加工、微细超声加工及微细超声复合加工;

——采用模块化设计思想,完成微细电化学模块、微细超声加工模块的设计制作,使其与微加工机床本体之间有较好的机械接口和电气接口,方便多种加工方法的组合。

(4)微细电火花加工高频脉冲电源

——该电源具有纳秒级脉宽晶体管脉冲回路及RC放电回路,满足微细电火花加工工艺要求,并与数控系统进行硬件及软件集成;

——显著提升了微细电火花加工的加工性能,最佳加工尺度由原来的20 μ m减小到现在的5 μ m。

(5)研制微细电化学加工用纳秒级脉宽多模式微能脉冲电源,利用分组模式间隔时间周期性伺服控制电极的抬起,以利于间隙内电解液的循环更新,使加工顺利进行。

(6)提出了电极摇动和超声波振动辅助加工微孔的新方法,使微孔加工的深径比达到29。

(7)提出了电极均匀损耗法和层内线形补偿法相结合的三维微细电火花加工新方法,使加工效率提高、电极损耗降低和表面粗糙度值降低。

(8)形成了一批知识产权。已发表18篇学术论文;已获得发明专利2项;待申请发明专利3项;软件著作权1项。

6 863计划与数控机床重大专项电加工课题实施的重大作用与意义

(1)通过课题的实施,促使电加工技术与装备的一系列关键技术取得了重大突破。不仅一些技术达到了国际先进水平,有的还达到了国际领先水平,明显缩小了与国际先进技术的差距,而且有些技术实现了创新,特别是原始创新。这些成果涉及了电火花线切割加工、电火花成形加工、电火花微细加工、电火花高效铣削、电解成形加工等一些主要的电加工技术及主导产品,将有力地支撑我国电加工、特种加工技术的发展,增强相关电加工装备在国内、国外市场上的竞争优势。

(2)课题的成果将为我国航天、航空、军工、船舶、汽车、发电、精密模具等重要制造领域提供急需的、传统加工方法难以解决的先进制造技术及装备,打破某些国家对我国的技术封锁,明显增强这些领域的制造能力和水平。

(3)通过课题的实施,明显增强了我国电加工、特种加工行业的技术创新能力。一大批专业技术人员在课题实施中得到了很大的锻炼,提高了水平,积累了经验;相关课题的参加单位通过试验平台建设、实验室建设、产业化基地建设,明显增强了创新的实力。通过产、学、研、用相结合的模式进行课题的实施,也为今后我国电加工、特种加工领域更好地整合行业技术资源、聚力创新打下了良好的基础。

7 存在的问题

(1)我国高端电加工、特种加工技术与装备与国际先进水平相比,一些关键技术还存在明显差距,装备的综合技术水平不够高,还必须加大赶超、创新力度。

(2)我国电加工、特种加工创新能力与国际先进水平相比,还较薄弱,人才队伍的数量特别是高端人才明显不足,科研支撑条件及企业的创新投入能力仍然不够强,创新体系及机制也不够完善。

(3)课题取得的某些成果还需进一步完善、提升、整合,提高成熟度,以得到更好的推广应用效果。

感谢各有关单位课题组提供相关基本资料。