高效放电展成技术的应用分析

杨红

摘 要：我国的加工制造业中，已经开始将数控高效加工技术应用到生产中。文章主要针对当前我国加工生产中所应用到的数控高效放电展成技术进行了分析，并详细论述了放电展成加工以及轨迹伺服的自适应控制和外包液、内冲液。同时也针对电极损耗在线补偿等内容进行了分析。

关键词：高效放电；加工；数控；展成

中图分类号：TG659 文献标识码：A

一、概述

传统加工行业为我国的经济进步以及科技进步提供了有效助力，但是随着科技的进步以及时代的发展，传统的加工方式已经无法适应时代的需要。例如当前航空航天产业中所是用的设备以及军工制造中所需要的一些特殊合金的工件，这些工件利用传统工艺已经无法生产。例如，沈阳某航空发动机制造商承接了来自国外的某项生产任务，由于该项任务中所加工的产品采用了GH163耐热合金，并且由于产品位置特殊因而需要加工的形状也相对复杂。该公司因此从台湾购置了十台数控加工设备，用于加工该工件。但是由于该项任务中的产品所使用的材料粘度较高且硬度较大，因而刀具的消耗量相对较高，因而生产效率无法提高，后续的加工环节也因产量问题而受到影响。

传统的加工方式在进行高精度特殊材料工件的加工中会遇到诸多的麻烦，即传统的加工方式已经不适合现代化的工件加工，尤其在一些高精度军工工件加工时，这种由于工件材料特殊而引发的问题十分常见，这类零件主要包括环件、叶片以及机匣等，由于该种加工特性，使得我国的国防以及军工发展受到了阻碍。

除了上述工件的加工外，在其他的行业中，普通的工件加工手段也无法满足行业的加工要求。很多行业也开始寻求新型的加工手段。例如在核电行业以及热电行业中，其发动机的零件也相对较难加工，在轧钢行业中，轧辊材料质地也相对较硬，因而也难以加工，模具行业中，模具加工也存在类似的难题。文章下面便针对新型的数控放电展成技术进行了分析，从而寻找更加高效的技工手段，为我国加工行业的发展提供基础动力。

二、系统组成

该设备主要构成包括控制电源箱以及工作液系统，另外还包括机床主机。

在机构上，机床主机为C型结构，由于航空发动机工件所使用的材料的特殊性，以及其整体叶轮形状的特殊性，在加工上要求三维空间曲面相对复杂，因而设备设计了四个运动轴以及专门进行旋转的B轴和R轴，即数控机床为六轴机床，在共建的加工过程中，通过四轴联动，实现复杂曲面的加工。

两个高频脉冲电源以及控制系统箱等组成了控制电源箱，其中伺服控制工作由控制系统箱完成，并且控制电源参数以及对机床电器的控制都由其完成，而高频脉冲电源主要进行电源的提供。

三、基本原理和特点

上述放电展成加工技术在形状复杂的工件粗加工中较为适用，例如整体叶片形状较为复杂的工件以及叶轮等的加工中，通过六轴数控高效放电展成设备，可以有效提高加工质量以及效率。通过铜管电极在导向器的导向作用下，在工件上进行高频脉冲电源的施加，并由伺服系统进行控制，带动主轴，令电极做伺服给进，从而在工件同电极之间形成脉冲放电，对工件进行加工。

四、工艺分析

利用强大的数控软件，可以在工件的加工过程中实现自动化，从设计阶段一直到制造阶段，加工数据都可以自动生成，并依照加工面的实际状况，为数控铣刀进行轨迹的设定，从而形成三维型面。若是在机床上，进行插补运算，用来计算器几何位置，通过一根标准的电极便可以实现，通过标准电极在机床各个坐标方向进行运算，便可以加工出三维型腔。虽然理论上该种方式是可行的，但是从实际的操作中可以分析出，同机械数控铣相比，放电铣削数控系统相对更为复杂。首先该种加方式并非机械数控铣削加工那样的接触加工方式，而是一种非接触加工，在工件同电极之间存在一个放电间隙，而该间隙的数值则是依照加工条件、放电参数的变化而变化。另外，为了保证加工效率，在加工区域中，电流密度相当大。所以在加工过程中，冷却以及排屑成为了突出难题，还会损耗大量的电极，这些问题极大地影响了放电展成技术的应用、推广，并降低了技术的加工效率以及稳定性和精度。因而针对放电展成技术进行研究，可以有效排除上述缺陷，提高加工产业的发展速度。

五、控制措施

1在线检测

由于加工处于大电流和高速状态，加工状态变化很大，不良脉冲对工件的伤害是致命的，不恰当的处理就会造成工件表面损伤，所以加工状态的实时检测很重要。为此，针对电弧加工的特点，我们研制了放电加工状态适时检测电路，能有效地检测每个脉冲的状态（空载、放电及短路），供计算机作为对电源参数和轨迹伺服等作自适应控制的依据。自适应控制分为微观控制和宏观控制，微观控制从每个放电脉冲起始状态为依据，决定每个脉冲的能量大小及脉冲参数的大小，宏观控制则根据较短时间段内的放电状态的统计结果决策总体的放电脉冲参数及伺服进给的速度，作上述控制处理后，加工工件表面质量大大改善，避免了表面烧伤的现象发生。

2轨迹伺服控制

对加工过程中工件同电极之间的放电间隙进行控制，这是放电展成技术的重点和难点。在加工过程中，主要利用电极进行分层加工。通过将主轴伺服进给纳入至数控轨迹中，同其他三轴相互配合，完成复杂的型面加工。通过技工速度的调整以及进给的调整，保证放点的稳定，并保证放电间隙的稳定，而伺服性能则通过整套的保护系统进行控制。它跟机床运动轴精度、伺服电机的性能、电源、数控软件等诸多因素有关。数控软件通过间隙状态反馈信号，控制电极沿数控轨迹作自适应伺服运动。

结语

传统加工方式中很多工件都已经无法予以加工，例如航空航天设备中高温耐热核心以及超硬超粘合金等，或者在军工制造中的一些特殊的合金材料工件的加工。而这些工件通过高效放电技术便可以得到有效的加工，因而高效放电加工技术成为了当前加工行业中进行此类工件加工最有效的手段。相比普通的机械加工，通过高效放电加工技术进行加工单效率可以提高3至5倍。

参考文献

[1]朱宁.数控高效放电展成加工技术[A].2005年中国机械工程学会年会第11届全国特种加工学术会议专辑[C]，2005.