天線波導裂縫慢走絲線切割技術研究

王建華 王明軍 范永慶 梁 峰

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

1 引言

隨著新型雙極化復合天線設計需求的不斷提升，波導裂縫設計為全新的密集形平行窄縫或十字縫結構，縫隙數量急劇增加為1000 至2000 余個，縫隙最小寬度尺寸減小為0.6mm 或者更小。若采用常規銑削加工方式，微細直徑刀具磨損和斷裂嚴重，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，本文對慢走絲線切割技術在微細波導裂縫加工中的應用進行了確定。

2 零件結構特點和設計要求

波導縫隙結構分布于直徑為Φ300mm 左右、厚度1mm 或1.5mm 的鋁合金平板結構上，零件材料為LF21、Y。零件結構簡圖見圖1、圖2。典型結構特點為：

a.分布密度大，最多數量達2000 余個；

b.尺寸微細、最小縫寬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。

圖1 某天線微細縫隙陣列結構

圖2 某天線微細縫隙陣列局部放大圖

3 存在的關鍵工藝技術問題和難點

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

擬通過實際加工試驗，確定出一種針對縫寬尺寸小于等于0.6mm 的裂縫結構的數控銑削加工替代工藝方案，即慢走絲線切割加工方案。同時，確定出不同切割絲直徑對不同縫寬尺寸的加工適用性。存在的關鍵工藝技術問題有：

a.慢走絲線切割工藝方案及數控編程技術：確定合理的加工工藝流程、電極絲直徑、預鉆穿絲孔直徑和位置、粗精加工方案和精密切割次數等，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：確定不同的電極絲直徑切割裝置，對不同裂縫寬度尺寸的加工適用性。

c.電加工參數技術：確定不同材料和結構形式的加工規律，設定合理的電極絲脈沖電源參數和機床參數，如電極絲張力、進給速度、脈沖間隔、加工頻率等。

4 研究過程及主要研究內容

分別進行了自動穿絲的適用性試驗、Φ0.25mm 直徑的黃銅絲切割試驗，以及Φ0.07mm 直徑的細絲切割試驗。

4.1.1 自動穿絲操作的適用性試驗

慢走絲線切割機床自動穿絲操作的工作原理：機床發出自動穿絲指令后，穿絲水柱依靠氣壓驅動，帶動電極絲自動穿絲操作。經過實際穿絲試驗驗證，由于CUT200SP 型機床配置的穿絲水柱的直徑為Φ0.5mm，所以，自動穿絲操作僅適用于直徑≥Φ0.5mm的穿絲孔。對于直徑小于Φ0.5mm 的穿絲孔，僅能依靠手動穿絲操作。

4.1.2 Φ0.25mm 直徑的黃銅絲套裝切割試驗

采用Φ0.25mm 直徑的黃銅絲，對寬度0.6 mm 的裂縫結構進行了切割試驗。

a.數控加工中心在每個寬度0.6mm的裂縫一端圓弧圓心處鉆Φ0.5mm 穿絲孔。

b.采用自動編程軟件PEPS，繪制并指定待加工輪廓和具體穿絲點和起割點位置，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。CUT200SP 線切割機床自帶工藝專家系統，可根據用戶的加工需求自動生成切割工藝參數。所以，用戶只需要在機床的交互式界面中輸入材料、零件高度、錐度專家參數、切割次數、要求的尺寸精度和表面粗糙度、并選擇電極絲材料及直徑，工藝專家系統即可根據用戶需求自動生成每次切割的速度、加工余量、上下機頭偏移量等切割參數。

對于縫隙陣列結構，在機床操作界面輸入以下參數：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，機床工藝專家系統自動生成4 次切割操作和相應的切割參數，見表1、表2。

表1 機床操作系統人機交互界面

表2 具體切割參數

4.1.3 Φ0.07mm 直徑的細絲套裝切割試驗

采用Φ0.07mm 直徑的黃銅絲，對寬度0.2mm 的裂縫結構進行了切割試驗。

在寬度0.2mm 的裂縫一端圓弧圓心處鉆Φ0.15mm 穿絲孔。經實際試驗，因穿絲水柱直徑為Φ0.5mm，所以無法實現自動穿絲操作。只能手動穿絲，實現切割功能。

在寬度0.2mm 的裂縫一端圓弧圓心處鉆Φ0.5mm穿絲孔。可實現自動穿絲操作。自動穿絲后，可實現對寬度0.2mm 裂縫的切割功能；但裂縫一端Φ0.5mm穿絲孔過大，不滿足裂縫圖紙設計要求。

5 結束語

通過對加工中的關鍵問題進行攻關，驗證了慢走絲線切割加工對微細波導裂縫結構加工的可行性：

a.寬度≥0.6mm 的波導裂縫，可以采用Φ0.25mm直徑的黃銅絲切割套裝進行慢走絲線切割加工，可實現自動穿絲功能。

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