微细电火花铣削电极运动轨迹加工工艺实验

荣天爱，朱 波，陈济轮，张 昆，沈 岩，张万刚

（首都航天机械公司，北京 100076）

微细电火花铣削电极运动轨迹加工工艺实验

荣天爱，朱 波，陈济轮，张 昆，沈 岩，张万刚

（首都航天机械公司，北京 100076）

在微三维结构微细电火花铣削过程中，电极运动轨迹的规划直接影响产品的加工效率和工具电极的损耗。针对钛合金微三维结构进行了不同铣削方式的加工工艺实验，选取了最佳电极运动轨迹，其加工时间和电极损耗均明显低于其他铣削方式。

微三维结构；微细电火花铣削；运动轨迹

传统的电火花成形加工是利用成形工具电极对工件进行“拷贝”加工，其优势体现在复杂、不规则型腔及窄、微、薄结构的加工上[1]。在微细电火花加工中，由于微细成形电极的形状复杂而难以实现加工，同时电极损耗大，且产生的电极损耗难以实现补偿，而电火花铣削技术能很好地解决该难题。

电火花铣削加工是采用标准棒状电极代替传统的金属铣削刀具，工具电极按设定的轨迹运动，以实现复杂形状的电火花加工。即通过简单电极与工件之间不同相对位置的放电，借鉴数控铣削的方法进行三维轮廓的电火花铣削加工[2]，很好地解决了成形加工中工具电极的损耗不均问题，改善了加工间隙中工作液流场不稳定的现象。相对于成形加工，其较小面积的加工状态，可有效减小电容效应，进而获得更好的加工质量。

研究表明，实现分层电火花铣削必须遵从以下几点：将放电过程局限在电极底面；合理的电极运动轨迹规划；适当的电极损耗轴向补偿[2]。通过对横截面上电极运动轨迹的合理规划，使单加工层面获得更好的加工精度和更快的加工效率。在以往的实验研究中，通常采用轨迹重叠、往复运动的简单轨迹运动方式。为此，本文开展了不同铣削方式的加工工艺实验，分析电极运动轨迹对微细电火花铣削加工的影响规律，以选取最佳轨迹实现更好的加工效果。

1 实验装置及规划

实验在MH30精密数控微细电火花加工机床上进行，采用直径0.2 mm的纯钨电极，工件为钛合金材料，并加工成正六边形结构的窄槽试验样件，试件模型及尺寸见图1。加工深度为120 μm（考虑放电间隙1.5 μm），分为8层，每层加工深度设定为15 μm，程序执行均为10次。

此外，实验采用相同的适配电参数条件，根据电极运动轨迹规划，进行四种不同的铣削加工。

2 实验结果及分析

2.1 铣削方式及NC轨迹生成

实验采用正向铣、反向铣、正反向铣、分层正反向交替铣等四种不同的铣削方式。

（1）正向铣

采用简单电极电火花正向铣方式，产品表面质量较好，但铣削坡度及误差较明显。正向铣的轨迹规划见图2a，箭头为切削方向。

（2）反向铣

采用简单电极电火花反向铣方式，产品表面质量一般，且铣削坡度及误差较明显。反向铣的轨迹规划见图2b，箭头为切削方向。

（3）正反向铣

将产品每一层切削轨迹按正反向铣结合的方式进行电火花铣削，即上一圈正向、下一圈反向交替铣削，将上一圈正向铣的损耗用下一圈的反向铣进行补偿。通过正反向铣削方式进行了样件的加工试验，虽在一定程度上降低了电极损耗的影响，使产品表面蚀除量加大，但加工效果还有待提高。正反向铣的轨迹规划见图2c，箭头为切削方向。

（4）分层正反向交替铣

分层正反向交替铣是指上一层正向铣、下一层反向铣，也是通过正反向交替的方式，但与上述正反向铣所不同的是，该方式以层为单位进行垂直面上的轨迹规划，而正反向铣是在同一水平面上进行的正反向铣结合的轨迹规划。

（5）NC轨迹生成

实验采用四种铣削方式，并通过UG CAM系统后置处理，生成了四种加工轨迹。为检测加工过程中可能出现的问题，对加工轨迹和三维实体进行了模拟仿真，从模拟效果来看都可满足实验要求。四种铣削方式的加工轨迹和三维实体模拟图见图3。

2.2 不同铣削方式对加工时间和电极损耗的影响

根据上述四种不同的铣削方式，进行了六方形窄槽加工工艺实验，结果见表1。

从图4所示的影响规律中可看出，在电火花铣削加工过程中，加工时间和电极损耗都随着加工的进行先迅速减小，其中正反向铣的电极损耗持续减小，使层面上的电极运动轨迹内外结合。此时，电极在上一层加工轮廓边缘时的变钝现象，可在层面下一层中心部位加工时予以消除，充分发挥了电极等损耗的作用，可获得高精度的加工表面。

2.3 实验结果分析

本实验采用微细电火花加工机床自带的CCD检测系统对试件尺寸进行测量，通过控制系统连接来控制工件的移动，探测探头光标会记录工件X、Y向的距离，以此达到尺寸测量的目的。不同铣削方式的CCD检测结果见图5。

根据上述尺寸测量结果进行电极损耗补偿，尺寸数据对比见表2。

3 结论

在微三维结构微细电火花铣削加工过程中，通过横截面上的电极运动轨迹规划，选取不同的铣削方式，在其他加工条件相同的前提下，对加工时间、电极损耗及产品尺寸精度的影响规律进行了加工工艺实验，得出如下结论：

（1）正反向铣的总体加工时间最短（75 min），电极损耗最少（889 mm）。

（2）不同铣削方式的试件尺寸精度都可满足设计性能指标要求，且正反向铣的尺寸误差最小，为X方向0.3 μm、Y方向0.8 μm。

微三维结构微细电火花铣削加工的影响因素很多，虽然采用电参数适配等常用技术手段能获得一定的加工效果，但也可通过合理的电极轨迹运动规划等新方法，为微细电火花铣削技术的发展提供新的方向。本文通过加工实例验证了微三维结构电火花铣削技术中电极轨迹运动规划的重要性，为后续开展其他航天产品（如微小涡轮等）的多轴联动微细电火花铣削技术提供了有力的技术保障。

[1] 郭洁民.电火花加工技术及问答[M].北京：化学工业出版社，2008.

[2] 王至尧.中国材料工程大典 [M].北京：化学工业出版社，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

荣天爱，女，1979年生，高级工程师。