慢走丝线切割加工技术在雷达导引头中的应用

王泽立 王建华 闫海龙 范永庆



慢走丝线切割加工技术在雷达导引头中的应用

王泽立 王建华 闫海龙 范永庆

（北京华航无线电测量研究所，北京100013）

针对雷达导引头中异形大锥度喇叭结构的加工难题，对慢走丝线切割加工技术进行了研究和攻关，使用PEPS软件对异形大锥度喇叭结构加工过程进行了仿真，为实际加工提供了技术参考；验证了采用慢走丝线切割加工方法，可有效控制加工变形，解决了型号研制生产中的关键技术难题。

慢走丝线切割；雷达导引头；大锥度喇叭结构

1 引言

随着航空航天、国防工业的发展与进步，雷达导引头中的零件逐步向高精度、异形、小尺寸等特点发展。对于加工制造水平提出了更高的要求。因此，电火花线切割加工作为电加工的一种重要方法[1]，自问世以来，得到飞速发展，应用领域也日趋扩大。目前，慢走丝线切割已经达到高速、高表面质量、微米级高精度加工，并在继续提高指标[1]。

2 异形大锥度喇叭的结构特点及加工难点

随着对雷达导引头性能的要求越来越高，导引头的结构件也向着异形、小尺寸等特点发展。其中应用到的结构之一是异形大锥度喇叭结构。零件材料为黄铜，牌号为H62，该结构有两种零件形式，一种是普通异形大锥度喇叭，另一种为带法兰盘的异形锥度喇叭，其结构模型如图1、图2所示。此类零件的特点为上下波导口内外均呈锥度异形，且零件壁厚较薄，一般的喇叭结构壁厚仅有1mm。

图1 上下波导口异形锥度喇叭

图2 带法兰盘的异形锥度喇叭

此类零件的传统加工方法一般有两种。第一种是采用数控铣削加工成形，这种方法存在加工变形不易控制的缺点；另一种是拼接焊接的加工方法，将异形大锥度喇叭结构拆分成四片，经过铣削加工成形后，再进行焊接拼接，该方法需要设计制作拼接工装，且焊接精度不好保证。

3 慢走丝线切割加工技术在雷达导引头产品中的应用分析

3.1 慢走丝线切割加工技术特点

慢走丝线切割以铜线作为工具电极，速度一般低于0.2m/s[2]，加工过程中，在工件表面产生无数小坑，通过数控系统的控制使放电现象均匀一致，从而实现加工成形，目前精度可达0.005mm，表面质量接近磨削水平[2]。

3.2 慢走丝线切割加工技术在雷达导引头零件加工中的应用优势

采用慢走丝线切割加工技术加工异形大锥度喇叭结构，优化了现有加工工艺，简化了加工工序流程，省去了拼接工装的设计与制作，解决了由于焊接精度不高而带来的零件超差问题，在加工过程中几乎没有加工变形，并使零件强度也大幅提高。

4 慢走丝线切割加工研究

在慢走丝线切割加工试验中，对异形大锥度喇叭结构进行加工试验，确定合理的加工工艺流程及工艺参数。

4.1 异形大锥度喇叭结构慢走丝线切割加工试验

零件为上下矩形波导口内外锥度异形结构。需要采用带有大锥度切割功能的五轴联动慢走丝线切割加工，普通的快走丝线切割设备均无法实现天线中喇叭结构的加工。

4.1.1 普通喇叭切割试验

普通喇叭是指上下均为矩形波导口、内腔和外形均为直纹面的通透型喇叭，见图1。

a. 工艺方案

为了节约原材料和减少装夹找正次数，特设计组件加工工艺方案，即多个零件共用一个组件毛坯，在组件毛坯上预留工艺夹头，并按单个零件切割位置预钻喇叭内腔和外形的穿丝孔，如图3所示。实际切割过程为先切割第1个喇叭的锥度内腔，再切割第1个喇叭的锥度外形；再顺次切割第2、3、4个喇叭的内腔和外形结构。

图3 喇叭组件加工示意图

b. 具体加工步骤

采用0.25mm 直径的黄铜丝：在喇叭内腔中心钻穿丝孔6mm，用于内腔切割过程中的穿丝操作；在喇叭外形外的毛坯适当位置钻穿丝孔6mm，用于外形切割过程中的穿丝操作；为了防止在切割外形过程中造成零件变形，切割点入丝位置需要设置在毛坯内部，而不能从毛坯外面开始切割。

采用自动编程软件PEPS，绘制并指定待加工轮廓和具体穿丝点和起割点位置，如图3所示。给待加工轮廓制定切割工艺方案和具体切割参数。

对于喇叭结构，零件材料为黄铜；板厚度52mm；电极丝直径0.25mm；共切割4刀，即粗切1次，修复3次；切割后尺寸精度0.01mm，表面粗糙度为a0.8μm。输入以上加工要求后，机床工艺专家系统自动生成4次切割操作和相应的切割参数，见表1。

表1 铜材厚度52mm喇叭Φ0.25mm电极丝4刀切割参数

c. 五轴联动数控编程技术

由于喇叭结构上下异形，需要机床上机头带动、轴运动，机床下机头带动、轴运动；由、、、轴的复合联动带动电极丝偏摆和运动，从而切割出空间直纹面结构。使用PEPS软件对零件的内腔加工以及外形加工过程进行仿真，如图4、图5所示。分别指定需要切割的上下级子图；严格设定锥面切割高度等，并以下级子图所在平面设定为编程基准面，在实际零件装夹过程中将编程基准面与装夹定位基准面重合，即编程基准面必须安装于机床的横梁边框（机床基准面）上。

a 内腔

b 外形

图4 喇叭内腔、外形加工实体仿真

4.1.2 带法兰盘喇叭切割试验

带法兰盘喇叭是指上下均为矩形波导口、内腔为直纹面、外形底部带有法兰盘结构的通透型喇叭，如图5所示。

图5 带法兰盘喇叭外形切割轨迹示意图

内腔的切割工艺和方法与普通喇叭相同。对于外形结构的切割，可利用法兰盘作为装夹和定位基准，如图6所示切割轨迹共翻转装夹2次，共切割4个轨迹曲线完成。

4.1.3 异形大锥度喇叭结构加工总结

由于锥度喇叭结构上下截面不同，编制数控加工程序需要分别指定上下级子图。并通过数控系统对、轴同时进行插补运动控制，从而实现对零件进行加工的目的。经过对被加工零件的检验，零件的加工精度达到0.01mm，达到产品性能要求，实物图如图6所示。

图6 大锥度喇叭加工实物图

5 结束语

通过对异形锥度喇叭结构进行慢走丝线切割加工试验，确定了合理的加工工艺路线及工艺参数；使用五轴数控编程仿真软件PEPS进行数控加工程序的编写和仿真，确定了加工方案的可行性，为实际加工过程提供了技术参考。最终验证了采用慢走丝线切割加工方法，可有效控制加工变形，提高产品的可靠性。慢走丝线切割加工方法在雷达导引头产品中有广泛应用前景。

1 赵淑金，于海军，宋全伟. 浅谈慢走丝线切割在模具制造中的应用[J]. 防爆电机，2001(4)：32～34

2 梁光伟. 影响线切割慢走丝加工精度的几种因素[J]. 科技创新导报，2010(13)：53

Application of Low-speed WEDM Technology in Radar Seeker

Wang Zeli Wang Jianhua Yan Hailong Fan Yongqing

(Beijing Huahang Radio Measurement Research Institute, Beijing 100013)

Aiming at the processing problem of the largetaper horn structure in the radar seeker, the processing technology of the low-speed WEDM is studied and researched. The PEPS software is used to simulate the process of the special taper horn structure, supporting technological reference for actual processing. The results show that the low-speed WEDM processing methods, can effectively control the processing deformation, and solve the key technical problems of the model development and production.

low-speed WEDM；radar seeker；large taper horn structure

王泽立（1990-），硕士，数控及机械加工专业；研究方向：精密数控加工。

2017-01-12