高效放電展成技術的應用分析

楊紅

摘 要：我國的加工制造業中，已經開始將數控高效加工技術應用到生產中。文章主要針對當前我國加工生產中所應用到的數控高效放電展成技術進行了分析，并詳細論述了放電展成加工以及軌跡伺服的自適應控制和外包液、內沖液。同時也針對電極損耗在線補償等內容進行了分析。

關鍵詞：高效放電；加工；數控；展成

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A

一、概述

傳統加工行業為我國的經濟進步以及科技進步提供了有效助力，但是隨著科技的進步以及時代的發展，傳統的加工方式已經無法適應時代的需要。例如當前航空航天產業中所是用的設備以及軍工制造中所需要的一些特殊合金的工件，這些工件利用傳統工藝已經無法生產。例如，沈陽某航空發動機制造商承接了來自國外的某項生產任務，由于該項任務中所加工的產品采用了GH163耐熱合金，并且由于產品位置特殊因而需要加工的形狀也相對復雜。該公司因此從臺灣購置了十臺數控加工設備，用于加工該工件。但是由于該項任務中的產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，因而生產效率無法提高，后續的加工環節也因產量問題而受到影響。

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

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

二、系統組成

該設備主要構成包括控制電源箱以及工作液系統，另外還包括機床主機。

在機構上，機床主機為C型結構，由于航空發動機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雜，因而設備設計了四個運動軸以及專門進行旋轉的B軸和R軸，即數控機床為六軸機床，在共建的加工過程中，通過四軸聯動，實現復雜曲面的加工。

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

三、基本原理和特點

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

四、工藝分析

利用強大的數控軟件，可以在工件的加工過程中實現自動化，從設計階段一直到制造階段，加工數據都可以自動生成，并依照加工面的實際狀況，為數控銑刀進行軌跡的設定，從而形成三維型面。若是在機床上，進行插補運算，用來計算器幾何位置，通過一根標準的電極便可以實現，通過標準電極在機床各個坐標方向進行運算，便可以加工出三維型腔。雖然理論上該種方式是可行的，但是從實際的操作中可以分析出，同機械數控銑相比，放電銑削數控系統相對更為復雜。首先該種加方式并非機械數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放電間隙，而該間隙的數值則是依照加工條件、放電參數的變化而變化。另外，為了保證加工效率，在加工區域中，電流密度相當大。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的應用、推廣，并降低了技術的加工效率以及穩定性和精度。因而針對放電展成技術進行研究，可以有效排除上述缺陷，提高加工產業的發展速度。

五、控制措施

1在線檢測

由于加工處于大電流和高速狀態，加工狀態變化很大，不良脈沖對工件的傷害是致命的，不恰當的處理就會造成工件表面損傷，所以加工狀態的實時檢測很重要。為此，針對電弧加工的特點，我們研制了放電加工狀態適時檢測電路，能有效地檢測每個脈沖的狀態（空載、放電及短路），供計算機作為對電源參數和軌跡伺服等作自適應控制的依據。自適應控制分為微觀控制和宏觀控制，微觀控制從每個放電脈沖起始狀態為依據，決定每個脈沖的能量大小及脈沖參數的大小，宏觀控制則根據較短時間段內的放電狀態的統計結果決策總體的放電脈沖參數及伺服進給的速度，作上述控制處理后，加工工件表面質量大大改善，避免了表面燒傷的現象發生。

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行控制，這是放電展成技術的重點和難點。在加工過程中，主要利用電極進行分層加工。通過將主軸伺服進給納入至數控軌跡中，同其他三軸相互配合，完成復雜的型面加工。通過技工速度的調整以及進給的調整，保證放點的穩定，并保證放電間隙的穩定，而伺服性能則通過整套的保護系統進行控制。它跟機床運動軸精度、伺服電機的性能、電源、數控軟件等諸多因素有關。數控軟件通過間隙狀態反饋信號，控制電極沿數控軌跡作自適應伺服運動。

結語

傳統加工方式中很多工件都已經無法予以加工，例如航空航天設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便可以得到有效的加工，因而高效放電加工技術成為了當前加工行業中進行此類工件加工最有效的手段。相比普通的機械加工，通過高效放電加工技術進行加工單效率可以提高3至5倍。

參考文獻

[1]朱寧.數控高效放電展成加工技術[A].2005年中國機械工程學會年會第11屆全國特種加工學術會議專輯[C]，2005.