高效放電展成技術(shù)的應(yīng)用分析

楊紅

摘 要：我國的加工制造業(yè)中，已經(jīng)開始將數(shù)控高效加工技術(shù)應(yīng)用到生產(chǎn)中。文章主要針對當(dāng)前我國加工生產(chǎn)中所應(yīng)用到的數(shù)控高效放電展成技術(shù)進(jìn)行了分析，并詳細(xì)論述了放電展成加工以及軌跡伺服的自適應(yīng)控制和外包液、內(nèi)沖液。同時(shí)也針對電極損耗在線補(bǔ)償?shù)葍?nèi)容進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：高效放電；加工；數(shù)控；展成

中圖分類號：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、概述

傳統(tǒng)加工行業(yè)為我國的經(jīng)濟(jì)進(jìn)步以及科技進(jìn)步提供了有效助力，但是隨著科技的進(jìn)步以及時(shí)代的發(fā)展，傳統(tǒng)的加工方式已經(jīng)無法適應(yīng)時(shí)代的需要。例如當(dāng)前航空航天產(chǎn)業(yè)中所是用的設(shè)備以及軍工制造中所需要的一些特殊合金的工件，這些工件利用傳統(tǒng)工藝已經(jīng)無法生產(chǎn)。例如，沈陽某航空發(fā)動機(jī)制造商承接了來自國外的某項(xiàng)生產(chǎn)任務(wù)，由于該項(xiàng)任務(wù)中所加工的產(chǎn)品采用了GH163耐熱合金，并且由于產(chǎn)品位置特殊因而需要加工的形狀也相對復(fù)雜。該公司因此從臺灣購置了十臺數(shù)控加工設(shè)備，用于加工該工件。但是由于該項(xiàng)任務(wù)中的產(chǎn)品所使用的材料粘度較高且硬度較大，因而刀具的消耗量相對較高，因而生產(chǎn)效率無法提高，后續(xù)的加工環(huán)節(jié)也因產(chǎn)量問題而受到影響。

傳統(tǒng)的加工方式在進(jìn)行高精度特殊材料工件的加工中會遇到諸多的麻煩，即傳統(tǒng)的加工方式已經(jīng)不適合現(xiàn)代化的工件加工，尤其在一些高精度軍工工件加工時(shí)，這種由于工件材料特殊而引發(fā)的問題十分常見，這類零件主要包括環(huán)件、葉片以及機(jī)匣等，由于該種加工特性，使得我國的國防以及軍工發(fā)展受到了阻礙。

除了上述工件的加工外，在其他的行業(yè)中，普通的工件加工手段也無法滿足行業(yè)的加工要求。很多行業(yè)也開始尋求新型的加工手段。例如在核電行業(yè)以及熱電行業(yè)中，其發(fā)動機(jī)的零件也相對較難加工，在軋鋼行業(yè)中，軋輥材料質(zhì)地也相對較硬，因而也難以加工，模具行業(yè)中，模具加工也存在類似的難題。文章下面便針對新型的數(shù)控放電展成技術(shù)進(jìn)行了分析，從而尋找更加高效的技工手段，為我國加工行業(yè)的發(fā)展提供基礎(chǔ)動力。

二、系統(tǒng)組成

該設(shè)備主要構(gòu)成包括控制電源箱以及工作液系統(tǒng)，另外還包括機(jī)床主機(jī)。

在機(jī)構(gòu)上，機(jī)床主機(jī)為C型結(jié)構(gòu)，由于航空發(fā)動機(jī)工件所使用的材料的特殊性，以及其整體葉輪形狀的特殊性，在加工上要求三維空間曲面相對復(fù)雜，因而設(shè)備設(shè)計(jì)了四個(gè)運(yùn)動軸以及專門進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的B軸和R軸，即數(shù)控機(jī)床為六軸機(jī)床，在共建的加工過程中，通過四軸聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面的加工。

兩個(gè)高頻脈沖電源以及控制系統(tǒng)箱等組成了控制電源箱，其中伺服控制工作由控制系統(tǒng)箱完成，并且控制電源參數(shù)以及對機(jī)床電器的控制都由其完成，而高頻脈沖電源主要進(jìn)行電源的提供。

三、基本原理和特點(diǎn)

上述放電展成加工技術(shù)在形狀復(fù)雜的工件粗加工中較為適用，例如整體葉片形狀較為復(fù)雜的工件以及葉輪等的加工中，通過六軸數(shù)控高效放電展成設(shè)備，可以有效提高加工質(zhì)量以及效率。通過銅管電極在導(dǎo)向器的導(dǎo)向作用下，在工件上進(jìn)行高頻脈沖電源的施加，并由伺服系統(tǒng)進(jìn)行控制，帶動主軸，令電極做伺服給進(jìn)，從而在工件同電極之間形成脈沖放電，對工件進(jìn)行加工。

四、工藝分析

利用強(qiáng)大的數(shù)控軟件，可以在工件的加工過程中實(shí)現(xiàn)自動化，從設(shè)計(jì)階段一直到制造階段，加工數(shù)據(jù)都可以自動生成，并依照加工面的實(shí)際狀況，為數(shù)控銑刀進(jìn)行軌跡的設(shè)定，從而形成三維型面。若是在機(jī)床上，進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，用來計(jì)算器幾何位置，通過一根標(biāo)準(zhǔn)的電極便可以實(shí)現(xiàn)，通過標(biāo)準(zhǔn)電極在機(jī)床各個(gè)坐標(biāo)方向進(jìn)行運(yùn)算，便可以加工出三維型腔。雖然理論上該種方式是可行的，但是從實(shí)際的操作中可以分析出，同機(jī)械數(shù)控銑相比，放電銑削數(shù)控系統(tǒng)相對更為復(fù)雜。首先該種加方式并非機(jī)械數(shù)控銑削加工那樣的接觸加工方式，而是一種非接觸加工，在工件同電極之間存在一個(gè)放電間隙，而該間隙的數(shù)值則是依照加工條件、放電參數(shù)的變化而變化。另外，為了保證加工效率，在加工區(qū)域中，電流密度相當(dāng)大。所以在加工過程中，冷卻以及排屑成為了突出難題，還會損耗大量的電極，這些問題極大地影響了放電展成技術(shù)的應(yīng)用、推廣，并降低了技術(shù)的加工效率以及穩(wěn)定性和精度。因而針對放電展成技術(shù)進(jìn)行研究，可以有效排除上述缺陷，提高加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度。

五、控制措施

1在線檢測

由于加工處于大電流和高速狀態(tài)，加工狀態(tài)變化很大，不良脈沖對工件的傷害是致命的，不恰當(dāng)?shù)奶幚砭蜁斐晒ぜ砻鎿p傷，所以加工狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測很重要。為此，針對電弧加工的特點(diǎn)，我們研制了放電加工狀態(tài)適時(shí)檢測電路，能有效地檢測每個(gè)脈沖的狀態(tài)（空載、放電及短路），供計(jì)算機(jī)作為對電源參數(shù)和軌跡伺服等作自適應(yīng)控制的依據(jù)。自適應(yīng)控制分為微觀控制和宏觀控制，微觀控制從每個(gè)放電脈沖起始狀態(tài)為依據(jù)，決定每個(gè)脈沖的能量大小及脈沖參數(shù)的大小，宏觀控制則根據(jù)較短時(shí)間段內(nèi)的放電狀態(tài)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果決策總體的放電脈沖參數(shù)及伺服進(jìn)給的速度，作上述控制處理后，加工工件表面質(zhì)量大大改善，避免了表面燒傷的現(xiàn)象發(fā)生。

2軌跡伺服控制

對加工過程中工件同電極之間的放電間隙進(jìn)行控制，這是放電展成技術(shù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在加工過程中，主要利用電極進(jìn)行分層加工。通過將主軸伺服進(jìn)給納入至數(shù)控軌跡中，同其他三軸相互配合，完成復(fù)雜的型面加工。通過技工速度的調(diào)整以及進(jìn)給的調(diào)整，保證放點(diǎn)的穩(wěn)定，并保證放電間隙的穩(wěn)定，而伺服性能則通過整套的保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行控制。它跟機(jī)床運(yùn)動軸精度、伺服電機(jī)的性能、電源、數(shù)控軟件等諸多因素有關(guān)。數(shù)控軟件通過間隙狀態(tài)反饋信號，控制電極沿?cái)?shù)控軌跡作自適應(yīng)伺服運(yùn)動。

結(jié)語

傳統(tǒng)加工方式中很多工件都已經(jīng)無法予以加工，例如航空航天設(shè)備中高溫耐熱核心以及超硬超粘合金等，或者在軍工制造中的一些特殊的合金材料工件的加工。而這些工件通過高效放電技術(shù)便可以得到有效的加工，因而高效放電加工技術(shù)成為了當(dāng)前加工行業(yè)中進(jìn)行此類工件加工最有效的手段。相比普通的機(jī)械加工，通過高效放電加工技術(shù)進(jìn)行加工單效率可以提高3至5倍。

參考文獻(xiàn)

[1]朱寧.數(shù)控高效放電展成加工技術(shù)[A].2005年中國機(jī)械工程學(xué)會年會第11屆全國特種加工學(xué)術(shù)會議專輯[C]，2005.