天線波導(dǎo)裂縫慢走絲線切割技術(shù)研究

王建華 王明軍 范永慶 梁 峰

（1.北京華航無線電測(cè)量研究所，北京100013；2.北京航星機(jī)器制造公司，北京100013）

1 引言

隨著新型雙極化復(fù)合天線設(shè)計(jì)需求的不斷提升，波導(dǎo)裂縫設(shè)計(jì)為全新的密集形平行窄縫或十字縫結(jié)構(gòu)，縫隙數(shù)量急劇增加為1000 至2000 余個(gè)，縫隙最小寬度尺寸減小為0.6mm 或者更小。若采用常規(guī)銑削加工方式，微細(xì)直徑刀具磨損和斷裂嚴(yán)重，裂縫加工精度和尺寸一致性很難保證，根本無法滿足加工要求，迫切需要采取一種全新的加工方式，本文對(duì)慢走絲線切割技術(shù)在微細(xì)波導(dǎo)裂縫加工中的應(yīng)用進(jìn)行了確定。

2 零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求

波導(dǎo)縫隙結(jié)構(gòu)分布于直徑為Φ300mm 左右、厚度1mm 或1.5mm 的鋁合金平板結(jié)構(gòu)上，零件材料為L(zhǎng)F21、Y。零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖1、圖2。典型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：

a.分布密度大，最多數(shù)量達(dá)2000 余個(gè)；

b.尺寸微細(xì)、最小縫寬0.6mm 或者更??；

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。

圖1 某天線微細(xì)縫隙陣列結(jié)構(gòu)

圖2 某天線微細(xì)縫隙陣列局部放大圖

3 存在的關(guān)鍵工藝技術(shù)問題和難點(diǎn)

選用的慢走絲線切割加工設(shè)備為CUT200SP，附帶直徑Φ0.25mm 的黃銅絲切割裝置及直徑Φ0.07mm的細(xì)絲切割裝置。

擬通過實(shí)際加工試驗(yàn)，確定出一種針對(duì)縫寬尺寸小于等于0.6mm 的裂縫結(jié)構(gòu)的數(shù)控銑削加工替代工藝方案，即慢走絲線切割加工方案。同時(shí)，確定出不同切割絲直徑對(duì)不同縫寬尺寸的加工適用性。存在的關(guān)鍵工藝技術(shù)問題有：

a.慢走絲線切割工藝方案及數(shù)控編程技術(shù)：確定合理的加工工藝流程、電極絲直徑、預(yù)鉆穿絲孔直徑和位置、粗精加工方案和精密切割次數(shù)等，保證零件整體加工精度和尺寸一致性。

b.電極絲直徑選用與縫寬的匹配性技術(shù)：確定不同的電極絲直徑切割裝置，對(duì)不同裂縫寬度尺寸的加工適用性。

c.電加工參數(shù)技術(shù)：確定不同材料和結(jié)構(gòu)形式的加工規(guī)律，設(shè)定合理的電極絲脈沖電源參數(shù)和機(jī)床參數(shù)，如電極絲張力、進(jìn)給速度、脈沖間隔、加工頻率等。

4 研究過程及主要研究?jī)?nèi)容

分別進(jìn)行了自動(dòng)穿絲的適用性試驗(yàn)、Φ0.25mm 直徑的黃銅絲切割試驗(yàn)，以及Φ0.07mm 直徑的細(xì)絲切割試驗(yàn)。

4.1.1 自動(dòng)穿絲操作的適用性試驗(yàn)

慢走絲線切割機(jī)床自動(dòng)穿絲操作的工作原理：機(jī)床發(fā)出自動(dòng)穿絲指令后，穿絲水柱依靠氣壓驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)電極絲自動(dòng)穿絲操作。經(jīng)過實(shí)際穿絲試驗(yàn)驗(yàn)證，由于CUT200SP 型機(jī)床配置的穿絲水柱的直徑為Φ0.5mm，所以，自動(dòng)穿絲操作僅適用于直徑≥Φ0.5mm的穿絲孔。對(duì)于直徑小于Φ0.5mm 的穿絲孔，僅能依靠手動(dòng)穿絲操作。

4.1.2 Φ0.25mm 直徑的黃銅絲套裝切割試驗(yàn)

采用Φ0.25mm 直徑的黃銅絲，對(duì)寬度0.6 mm 的裂縫結(jié)構(gòu)進(jìn)行了切割試驗(yàn)。

a.數(shù)控加工中心在每個(gè)寬度0.6mm的裂縫一端圓弧圓心處鉆Φ0.5mm 穿絲孔。

b.采用自動(dòng)編程軟件PEPS，繪制并指定待加工輪廓和具體穿絲點(diǎn)和起割點(diǎn)位置，見圖3。

圖3 裂縫外形輪廓及切割軌跡

c.制定待加工輪廓切割工藝方案和具體切割參數(shù)。CUT200SP 線切割機(jī)床自帶工藝專家系統(tǒng)，可根據(jù)用戶的加工需求自動(dòng)生成切割工藝參數(shù)。所以，用戶只需要在機(jī)床的交互式界面中輸入材料、零件高度、錐度專家參數(shù)、切割次數(shù)、要求的尺寸精度和表面粗糙度、并選擇電極絲材料及直徑，工藝專家系統(tǒng)即可根據(jù)用戶需求自動(dòng)生成每次切割的速度、加工余量、上下機(jī)頭偏移量等切割參數(shù)。

對(duì)于縫隙陣列結(jié)構(gòu)，在機(jī)床操作界面輸入以下參數(shù)：零件材料鋁LF21、Y；板厚度1mm；電極絲直徑Φ0.25mm；共切割4 刀，即粗切1 次，修復(fù)3 次；切割后尺寸精度0.01mm；表面粗糙度為Ra0.8μm。

輸入以上加工要求后，機(jī)床工藝專家系統(tǒng)自動(dòng)生成4 次切割操作和相應(yīng)的切割參數(shù)，見表1、表2。

表1 機(jī)床操作系統(tǒng)人機(jī)交互界面

表2 具體切割參數(shù)

4.1.3 Φ0.07mm 直徑的細(xì)絲套裝切割試驗(yàn)

采用Φ0.07mm 直徑的黃銅絲，對(duì)寬度0.2mm 的裂縫結(jié)構(gòu)進(jìn)行了切割試驗(yàn)。

在寬度0.2mm 的裂縫一端圓弧圓心處鉆Φ0.15mm 穿絲孔。經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)，因穿絲水柱直徑為Φ0.5mm，所以無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穿絲操作。只能手動(dòng)穿絲，實(shí)現(xiàn)切割功能。

在寬度0.2mm 的裂縫一端圓弧圓心處鉆Φ0.5mm穿絲孔。可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穿絲操作。自動(dòng)穿絲后，可實(shí)現(xiàn)對(duì)寬度0.2mm 裂縫的切割功能；但裂縫一端Φ0.5mm穿絲孔過大，不滿足裂縫圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)束語

通過對(duì)加工中的關(guān)鍵問題進(jìn)行攻關(guān)，驗(yàn)證了慢走絲線切割加工對(duì)微細(xì)波導(dǎo)裂縫結(jié)構(gòu)加工的可行性：

a.寬度≥0.6mm 的波導(dǎo)裂縫，可以采用Φ0.25mm直徑的黃銅絲切割套裝進(jìn)行慢走絲線切割加工，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)穿絲功能。

b.寬度0.2 ～0.5mm 的波導(dǎo)裂縫，可以采用Φ0.07mm 直徑的黃銅絲切割套裝進(jìn)行慢走絲線切割加工，但需要進(jìn)行手動(dòng)穿絲操作。