夯實(shí)基礎(chǔ)，自主創(chuàng)新特種加工技術(shù)助力航空制造發(fā)展
——走進(jìn)電火花加工技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

實(shí)驗(yàn)室概況

電火花加工技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室依托北京市電加工研究所，由北京工業(yè)大學(xué)和北京迪蒙數(shù)控技術(shù)有限責(zé)任公司參與共建，2014 年7 月通過(guò)北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)認(rèn)定。

實(shí)驗(yàn)室先后承擔(dān)國(guó)家“863”計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)、工信部智能制造專(zhuān)項(xiàng)、工信部重大項(xiàng)目等省部級(jí)以上項(xiàng)目40 余項(xiàng)，獲部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)2 項(xiàng)、市級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)6 項(xiàng)，授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利60 余項(xiàng)，制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)4 項(xiàng)。實(shí)驗(yàn)室形成了以多軸聯(lián)動(dòng)精密數(shù)控電火花成形機(jī)床、精密微細(xì)電火花加工機(jī)床、超硬刀具數(shù)控電火花磨床、精密超硬刀具機(jī)械磨床、精密激光打孔機(jī)、拉絲模超聲加工裝備等為主的系列產(chǎn)品60 余種，掌握了聚晶金剛石復(fù)合片加工、特殊材料閉式結(jié)構(gòu)扭曲型腔零件的精密電火花加工、精密微細(xì)電火花加工、微米級(jí)絲專(zhuān)用拉絲模加工和超硬刀具加工等國(guó)際國(guó)內(nèi)領(lǐng)先特種加工工藝技術(shù)，與國(guó)內(nèi)航空航天領(lǐng)域的重要企業(yè)及哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、北京大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、北京理工大學(xué)等高校開(kāi)展合作，解決國(guó)家和企業(yè)的研制急需和技術(shù)瓶頸。

實(shí)驗(yàn)室擁有一批自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、數(shù)控技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、材料學(xué)等專(zhuān)業(yè)的創(chuàng)新人才隊(duì)伍，總占地面積近4000m2，擁有特種加工相關(guān)成套實(shí)驗(yàn)加工設(shè)備和先進(jìn)機(jī)械電子測(cè)試儀器120 余臺(tái)，總價(jià)值超過(guò)5000 萬(wàn)元。

研究特色及科研成果

實(shí)驗(yàn)室堅(jiān)持“一特二精”特色（一特即特種加工技術(shù)，二精即精密機(jī)床與精密制造），近年來(lái)在電火花成形加工與小孔加工、超硬工模具加工及智能化監(jiān)測(cè)檢測(cè)技術(shù)方面取得系列進(jìn)展。

（1）電火花成形與小孔加工裝備及技術(shù)。

依托國(guó)家、北京市科技重大專(zhuān)項(xiàng)、重大項(xiàng)目等支持，針對(duì)航空航天能源領(lǐng)域大型帶冠渦輪盤(pán)、整體閉式葉輪、超精密零件、葉片打孔零件等關(guān)重零件特殊加工需求，通過(guò)自主研發(fā)攻關(guān)，攻克了高精度機(jī)床主機(jī)制造技術(shù)、高效精密低損耗微細(xì)電火花加工脈沖電源及控制技術(shù)、大功率脈沖電源、六軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)、六軸聯(lián)動(dòng)CAD/CAM 系統(tǒng)、電火花專(zhuān)用大型全浸液轉(zhuǎn)臺(tái)、在線檢測(cè)技術(shù)、穿透檢測(cè)技術(shù)、自動(dòng)化換絲刀庫(kù)以及智能化電火花高效加工工藝等關(guān)鍵技術(shù)，開(kāi)發(fā)出多行程多系列電火花小孔加工裝備、大型精密六軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電火花成形機(jī)床、六軸聯(lián)動(dòng)精密微細(xì)數(shù)控電火花加工機(jī)床等先進(jìn)裝備，解決了重型運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤(pán)、整體閉式葉輪、航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片打孔等加工難題，突破了長(zhǎng)期以來(lái)困擾慣性器件及伺服閥彈性零件微細(xì)結(jié)構(gòu)加工和檢測(cè)方面的工藝技術(shù)瓶頸，多軸聯(lián)動(dòng)電火花加工技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。通過(guò)深入開(kāi)展可靠性保障技術(shù)研究，顯著提升了機(jī)床穩(wěn)定性和可靠性，機(jī)床可靠性在國(guó)內(nèi)首屈一指，得到航空航天、能源、模具等行業(yè)用戶的廣泛認(rèn)可，促進(jìn)了我國(guó)國(guó)防軍工重點(diǎn)領(lǐng)域制造技術(shù)的進(jìn)步。

自主研發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的HS600 六軸精密數(shù)控電火花小孔加工機(jī)床，具備六軸數(shù)控五軸聯(lián)動(dòng)加工能力，可加工異形孔，加工孔徑Φ0.2～3.0mm，深徑比最大可達(dá)1∶160，重熔層厚度≤0.02mm，在高溫合金等典型渦輪葉片材料上制備的孔無(wú)裂紋、無(wú)拉弧、無(wú)缺陷，適用于各類(lèi)金屬材料孔加工需求，尤其是航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、能源等領(lǐng)域小孔、槽類(lèi)零件的加工。

（2）超硬刀具加工裝備及技術(shù)。

圍繞以PCD（聚晶金剛石）為代表的超硬刀具加工技術(shù)及裝備，開(kāi)展了基于尺度效應(yīng)的PCD 刀具微細(xì)電火花放電磨削加工關(guān)鍵技術(shù)、V-CUT 刀自動(dòng)化加工技術(shù)、基于視覺(jué)檢測(cè)反饋控制的全自動(dòng)化超硬刀具磨削技術(shù)及激光刃磨技術(shù)研究，突破了基于圖像識(shí)別技術(shù)的數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)、IPC 與PLC 控制、智能跟蹤、精密傳動(dòng)、激光加工控制等關(guān)鍵技術(shù)，開(kāi)發(fā)出全自動(dòng)化磨刀機(jī)床、激光磨刀機(jī)床、超硬V-CUT 刀自動(dòng)刃磨機(jī)床等新型裝備，實(shí)現(xiàn)直線刃口、圓弧刃口的自動(dòng)磨削和各種異形孔的加工及V-CUT 刀自動(dòng)刃磨，解決了PCD/PCBN 刀片、焊接刀具快速磨削和高精度磨削的量產(chǎn)需求，被加工刀具尺寸一致性好、精度高、刃口質(zhì)量高，達(dá)到國(guó)外進(jìn)口超硬刀具的精度指標(biāo)和使用壽命，為我國(guó)超硬刀具生產(chǎn)企業(yè)節(jié)約資金、降低刀具制造成本提供了選擇。

（3）智能化監(jiān)測(cè)檢測(cè)技術(shù)。

基于物聯(lián)網(wǎng)與云計(jì)算技術(shù)，在電火花特種加工領(lǐng)域開(kāi)展智能化監(jiān)測(cè)檢測(cè)技術(shù)研究，開(kāi)發(fā)出基于云端的壽命保障系統(tǒng)、復(fù)雜薄壁件加工變形控制技術(shù)等，建立加工過(guò)程監(jiān)測(cè)診斷和加工振動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了軍工領(lǐng)域關(guān)鍵復(fù)雜薄壁結(jié)構(gòu)件的高效精密加工；通過(guò)移動(dòng)監(jiān)控終端和本地監(jiān)控終端對(duì)多臺(tái)機(jī)床及其關(guān)鍵部件的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵部件壽命的預(yù)測(cè)預(yù)警、故障定位，提高效率，降低維護(hù)成本，提升了機(jī)床生產(chǎn)企業(yè)的自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化程度。

重大成果工程化應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)室電火花成形加工技術(shù)團(tuán)隊(duì)利用掌握的五軸、六軸聯(lián)動(dòng)電火花先進(jìn)設(shè)計(jì)、制造、工藝技術(shù)完成的整體閉式葉輪在航空企業(yè)新機(jī)交付中發(fā)揮重要作用。該產(chǎn)品對(duì)于提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能有重要作用，但由于該類(lèi)零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，加工技術(shù)難度大，采用數(shù)控銑削方式加工，刀具剛性受限制致使加工成本較高。而采用五軸聯(lián)動(dòng)精密數(shù)控電火花加工裝備和技術(shù)，解決了其加工制造難題，單件節(jié)約刀具成本10 余萬(wàn)元。

使用五軸、六軸聯(lián)動(dòng)電火花加工技術(shù)和裝備為中國(guó)航發(fā)企業(yè)完成了軍用渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣、壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子、閉式整體渦輪盤(pán)、機(jī)匣內(nèi)套等20 多種精密復(fù)雜零部件的加工。其中，閉式整體渦輪盤(pán)的材料為高溫合金，葉片形面精度高，流道彎扭狹長(zhǎng)，最窄處僅數(shù)毫米，采用切削加工，刀具可達(dá)性難以保證形面精度，刀具磨損也到了難以接受的程度；改用電火花加工后，合理的工具電極設(shè)計(jì)和工具電極進(jìn)給軌跡不僅保證了加工精度，效率也明顯提高，解決了新型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)和艦用燃?xì)廨啓C(jī)研發(fā)過(guò)程中關(guān)鍵型號(hào)的研制難題，為國(guó)家軍、民建設(shè)創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，對(duì)保證國(guó)防制造安全起到有力的促進(jìn)作用。

HS600六軸精密數(shù)控電火花小孔加工機(jī)床

實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的多軸聯(lián)動(dòng)電火花成形加工工藝技術(shù)及系列化機(jī)床已進(jìn)入航空工業(yè)、中國(guó)航發(fā)、航天科工、航天科技、沈鼓集團(tuán)、哈工大、清華、北大、北航、北理工等國(guó)家大型重點(diǎn)企業(yè)、高校及科研院所，覆蓋航空航天、軍工能源、汽車(chē)、化工等多個(gè)領(lǐng)域，完成的透平壓縮機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)用整體閉式葉輪、大型薄壁件空間復(fù)雜位置孔、微細(xì)傷痕模擬、碳纖維增強(qiáng)型碳化硅（Cf/SiC）復(fù)合材料、ZrB2-SiC材料超高溫陶瓷基復(fù)合材料零件等都是航空航天所需的重要零部件，多軸聯(lián)動(dòng)精密電火花加工裝備及工藝技術(shù)為上述單位解決了關(guān)鍵技術(shù)“瓶頸”問(wèn)題，節(jié)省了人力、物力、財(cái)力和時(shí)間成本，創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

對(duì)外交流與合作

實(shí)驗(yàn)室與首都航天機(jī)械有限公司成立“特種加工技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”，在航空航天電火花加工工藝國(guó)產(chǎn)化、特種加工自動(dòng)化組線方面開(kāi)展深入合作。作為承辦單位，實(shí)驗(yàn)室每?jī)赡杲M織電火花成形加工技術(shù)領(lǐng)域的品牌學(xué)術(shù)會(huì)議“全國(guó)電火花成形加工技術(shù)研討會(huì)”，該會(huì)議自2000 年來(lái)，已成功舉辦10 屆，對(duì)我國(guó)電火花成形加工技術(shù)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步發(fā)揮了積極作用，已成為我國(guó)特種加工領(lǐng)域的一項(xiàng)重要學(xué)術(shù)活動(dòng)。實(shí)驗(yàn)室依托單位作為企業(yè)博士后流動(dòng)工作站，始終保持開(kāi)放合作交流的發(fā)展理念，與哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)、北京航空航天大學(xué)以及航空、航天、能源領(lǐng)域企業(yè)共同開(kāi)展重大項(xiàng)目攻關(guān)、復(fù)雜關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)以及人才培養(yǎng)等。