天线波导裂缝慢走丝线切割技术研究

王建华 王明军 范永庆 梁 峰

（1.北京华航无线电测量研究所，北京100013；2.北京航星机器制造公司，北京100013）

1 引言

随着新型双极化复合天线设计需求的不断提升，波导裂缝设计为全新的密集形平行窄缝或十字缝结构，缝隙数量急剧增加为1000 至2000 余个，缝隙最小宽度尺寸减小为0.6mm 或者更小。若采用常规铣削加工方式，微细直径刀具磨损和断裂严重，裂缝加工精度和尺寸一致性很难保证，根本无法满足加工要求，迫切需要采取一种全新的加工方式，本文对慢走丝线切割技术在微细波导裂缝加工中的应用进行了确定。

2 零件结构特点和设计要求

波导缝隙结构分布于直径为Φ300mm 左右、厚度1mm 或1.5mm 的铝合金平板结构上，零件材料为LF21、Y。零件结构简图见图1、图2。典型结构特点为：

a.分布密度大，最多数量达2000 余个；

b.尺寸微细、最小缝宽0.6mm 或者更小；

c.精度要求高，尺寸公差±0.01mm，位置度0.01mm；

d.表面粗糙度要求高，Ra0.8μm；

e.加工一致性要求高。

图1 某天线微细缝隙阵列结构

图2 某天线微细缝隙阵列局部放大图

3 存在的关键工艺技术问题和难点

选用的慢走丝线切割加工设备为CUT200SP，附带直径Φ0.25mm 的黄铜丝切割装置及直径Φ0.07mm的细丝切割装置。

拟通过实际加工试验，确定出一种针对缝宽尺寸小于等于0.6mm 的裂缝结构的数控铣削加工替代工艺方案，即慢走丝线切割加工方案。同时，确定出不同切割丝直径对不同缝宽尺寸的加工适用性。存在的关键工艺技术问题有：

a.慢走丝线切割工艺方案及数控编程技术：确定合理的加工工艺流程、电极丝直径、预钻穿丝孔直径和位置、粗精加工方案和精密切割次数等，保证零件整体加工精度和尺寸一致性。

b.电极丝直径选用与缝宽的匹配性技术：确定不同的电极丝直径切割装置，对不同裂缝宽度尺寸的加工适用性。

c.电加工参数技术：确定不同材料和结构形式的加工规律，设定合理的电极丝脉冲电源参数和机床参数，如电极丝张力、进给速度、脉冲间隔、加工频率等。

4 研究过程及主要研究内容

分别进行了自动穿丝的适用性试验、Φ0.25mm 直径的黄铜丝切割试验，以及Φ0.07mm 直径的细丝切割试验。

4.1.1 自动穿丝操作的适用性试验

慢走丝线切割机床自动穿丝操作的工作原理：机床发出自动穿丝指令后，穿丝水柱依靠气压驱动，带动电极丝自动穿丝操作。经过实际穿丝试验验证，由于CUT200SP 型机床配置的穿丝水柱的直径为Φ0.5mm，所以，自动穿丝操作仅适用于直径≥Φ0.5mm的穿丝孔。对于直径小于Φ0.5mm 的穿丝孔，仅能依靠手动穿丝操作。

4.1.2 Φ0.25mm 直径的黄铜丝套装切割试验

采用Φ0.25mm 直径的黄铜丝，对宽度0.6 mm 的裂缝结构进行了切割试验。

a.数控加工中心在每个宽度0.6mm的裂缝一端圆弧圆心处钻Φ0.5mm 穿丝孔。

b.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，见图3。

图3 裂缝外形轮廓及切割轨迹

c.制定待加工轮廓切割工艺方案和具体切割参数。CUT200SP 线切割机床自带工艺专家系统，可根据用户的加工需求自动生成切割工艺参数。所以，用户只需要在机床的交互式界面中输入材料、零件高度、锥度专家参数、切割次数、要求的尺寸精度和表面粗糙度、并选择电极丝材料及直径，工艺专家系统即可根据用户需求自动生成每次切割的速度、加工余量、上下机头偏移量等切割参数。

对于缝隙阵列结构，在机床操作界面输入以下参数：零件材料铝LF21、Y；板厚度1mm；电极丝直径Φ0.25mm；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Ra0.8μm。

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2。

表1 机床操作系统人机交互界面

表2 具体切割参数

4.1.3 Φ0.07mm 直径的细丝套装切割试验

采用Φ0.07mm 直径的黄铜丝，对宽度0.2mm 的裂缝结构进行了切割试验。

在宽度0.2mm 的裂缝一端圆弧圆心处钻Φ0.15mm 穿丝孔。经实际试验，因穿丝水柱直径为Φ0.5mm，所以无法实现自动穿丝操作。只能手动穿丝，实现切割功能。

在宽度0.2mm 的裂缝一端圆弧圆心处钻Φ0.5mm穿丝孔。可实现自动穿丝操作。自动穿丝后，可实现对宽度0.2mm 裂缝的切割功能；但裂缝一端Φ0.5mm穿丝孔过大，不满足裂缝图纸设计要求。

5 结束语

通过对加工中的关键问题进行攻关，验证了慢走丝线切割加工对微细波导裂缝结构加工的可行性：

a.宽度≥0.6mm 的波导裂缝，可以采用Φ0.25mm直径的黄铜丝切割套装进行慢走丝线切割加工，可实现自动穿丝功能。

b.宽度0.2 ～0.5mm 的波导裂缝，可以采用Φ0.07mm 直径的黄铜丝切割套装进行慢走丝线切割加工，但需要进行手动穿丝操作。