一種微三維結構電火花銑削加工方法與流程

本發明屬于航天特種加工
技術領域：
，具體涉及一種微三維結構電火花銑削加工方法。
背景技術：
：目前，隨著航天空間技術高速發展，一些精密化、微細化零件更多地應用于空間飛行器中。空間攻防武器發動機產品的某些關鍵結構采用了復雜的微細三維結構，其核心部件材料多為高溫合金或鈦合金等難加工材料，表現為硬、脆、黏等難加工特性。且這些產品具有復雜的型腔結構，多為深窄槽，由于型面尺寸微細化，無法采用常規的制造方式來實現。隨著電火花技術的發展，通過EDM方法銑削加工，成為了制作此類微小三維結構產品的有效方法。微細電火花銑削加工原理：就是采用標準棒狀電極代替傳統意義的金屬銑削刀具，采用CAM軟件生成任意NC軌跡，以實現復雜形狀的電火花加工。雖然國內外已經開展了多項微細電火花CAD/CAM方法的研究和試驗，但在航天系統內此項技術還處于摸索階段，還不具備實際生產能力。目前，國內已知的工藝方法僅僅能夠完成微三維結構產品的輪廓形狀，但產品的加工精度無法滿足設計要求，產品的效率低下，電極損耗嚴重，且產品表面的加工質量較差。技術實現要素：本發明的目的在于提供一種微三維結構電火花銑削加工方法，以實現窄槽微三維結構產品的制造。為達到上述目的，本發明所采取的技術方案為：一種微三維結構電火花銑削加工方法，該方法針對航天空間發生器中六方窄槽微三維結構零件；根據微三維結構分層銑削策略，電極的運動軌跡以N層為一個周期，電極從上至下逐層進行材料的去除；單層采用順逆銑正反向交替銑削方式；電極損耗的補償采用基于接觸感知法的補償方式。所述的微三維結構共8層，每層加工深度為15μm。所述的順逆銑正反向交替銑削方式是將產品每一層切削軌跡，按順逆銑結合方式進行電火花銑削：即一圈順銑下一圈逆銑交替銑削方式進行，將上一圈的損耗用下一圈的反向電火花銑削進行補償的方式。所述的基于接觸感知法的補償方式是在加工之前設置一個對刀點，進行接觸感知并記錄坐標，加工到一個循環后中斷加工返回對刀點重新進行接觸感知，并進行坐標補償，然后再返回加工位置進行加工，具體表現為程序每執行一遍，進行一次接觸感知。加工深度105μm六方窄槽，電火花銑削適配參數為：電極材料為純鎢；參數條件C120；峰值電流0.8～1.5A；峰值電壓150V；脈寬100μs；脈間100μs；加工極性為正極性。所述的六方窄槽微三維結構樣件厚度選定不小于1mm的毛坯，樣件材料選定為鈦合金；樣件加工選定的電極材料為鎢絲，電極直徑為Φ0.2，放電間隙為0.01，相鄰軌跡步距為0.03，通過在線CCD檢測合格后，完成樣件的制造。本發明所取得的有益效果為：本發明加工的樣件尺寸精度達到了設計指標要求，具備了工業投產能力，實現了公司微三維結構窄槽產品的制備。本發明使電火花制造水平上了一個新的臺階，為今后研制更復雜的難加工材料的微三維結構零件奠定了技術基礎。(1)微細電火花銑削分層策略將分層制造方法與微細電火花加工技術相結合，借鑒分層制造原理，使用簡單形狀的微細電極，將復雜的三維實體制造過程演化為簡單的二維層面的疊加，最大程度減少微結構的應力微變形。合理設置每層加工厚度，提高加工蝕除率并且要不能使其排屑等加工條件惡化。(2)微細電火花銑削電極損耗補償方法電火花加工規程中，電極損耗是不可避免的，要控制電極端各點的損耗量均勻，對產品的電極損耗進行實時補償。目前常用的均勻損耗法，是在每層銑削過程中，僅在加工軌跡的起點對電極損耗進行一次性的補償，導致加工的初始階段深度較大，而隨著加工過程中電極的不斷損耗變短，使加工深度越來越小，加工過程不穩定。本發明提出了一種采用接觸感知法的主補償結合順逆銑正反向交替銑削的次補償的新方法，獲得了更為理想的效果。(3)微細電火花銑削適配參數的優化在微三維的電火花銑削加工中，電參數如脈寬、脈間、開路電壓、峰值電流、伺服參考電壓等會影響加工效率、電極損耗及加工表面質量。通過對微細電火花銑削加工的影響規律分析，建立更優化的銑削加工參數。附圖說明圖1為本發明所述微三維結構電火花銑削加工方法流程圖；圖2為六方窄槽微三維結構零件示意圖；圖3為六方窄槽微三維結構零件分層加工示意圖；圖4為基于接觸感知法的電極損耗補償方式示意圖；圖5為順逆銑正反向交替銑削方式示意圖；圖6為單層橫截面電極軌跡步距示意圖；圖7為樣件CCD尺寸檢測示意圖；圖8為單層加工次數和加工時間、電極損耗的關系圖表；圖9為各加工層數和加工時間、電極損耗的關系圖表。具體實施方式下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。如圖1所示，本發明所述微三維結構電火花銑削加工方法包括如下步驟：本發明是針對航天空間發生器中某些關鍵結構采用的難加工材料制成的微細窄槽三維結構，其核心部件材料多為高溫合金或鈦合金等而進行的工藝技術實驗研究，試驗樣件為六方窄槽微三維結構零件，如圖2所示。步驟一：工藝規劃：根據微三維結構分層銑削策略，電極的運動軌跡應以N層為一個周期，以選定最優的銑削軌跡進行加工，工具電極從上至下逐層進行材料的去除。根據樣件試驗結果，確定每層加工深度為15μm，共8層，分層示意圖如圖3所示。步驟二：自動編程：根據分層深度，進行單層加工的程序編制。程序編制包括三部分。第一部分為單層程序編制，根據微三維結構電極損耗補償方法試驗結果，本發明采用了順逆銑正反向交替銑削方式。順逆銑正反向交替銑削方式是將產品每一層切削軌跡，按順逆銑結合方式進行電火花銑削：即一圈順銑下一圈逆銑交替銑削方式進行，將上一圈的損耗用下一圈的反向電火花銑削進行補償的方式，如圖5所示。通過正反向交替的方式進行樣件的加工試驗，可以有效地提高樣件的加工效率和加工精度。第二部分為電極損耗的補償。本發明主補償方式采用了基于接觸感知法的補償方式。基于接觸感知法的補償方式是在加工之前設置一個對刀點，進行接觸感知并記錄坐標，加工到一個循環后中斷加工返回對刀點重新進行接觸感知， 并進行坐標補償，然后再返回加工位置進行加工。具體表現為程序每執行一遍，進行一次接觸感知。如圖4所示為接觸感知法在線補償法的加工曲面。M5為最終加工面，A為加工初始面，每個加工循環后均以A面作為基準面，重新進行接觸感知，進行下一個加工循環。在第一個加工循環初始狀態，電極的總長為T0，進行一個加工循環后，電極的總長減小為T1，加工后表面為M0，電極的損耗值為T0-T1。依次類推，在進行N個加工循環后，形成M5加工面，電極的總損耗為T0-Tn。根據樣件試驗結果，加工循環總次數選為N(次)。程序執行次數見附表1。附表1每層程序執行次數本發明次補償方式采用了順逆銑正反向交替銑削方式。順逆銑正反向交替銑削方式是將產品每一層切削軌跡，按順逆銑結合方式進行電火花銑削：即一圈順銑下一圈逆銑交替銑削方式進行，將上一圈的損耗用下一圈的反向電火花銑削進行補償的方式，具體如圖5所示。通過正反向交替的方式進行樣件的加工試驗，可以有效地提高樣件的加工效率和加工精度。第三部分為微三維結構電火花銑削適配參數的優化。電參數如脈寬、脈間、開路電壓、峰值電流、伺服參考電壓等會影響加工效率、電極損耗及加工表面質量。為此要開展電參數對微三維銑削加工影響規律的實驗研究，試驗中加工深度105μm六方窄槽進行電參數對微三維銑削加工的影響規律分析并優化電火花銑削適配參數，選定的具體數據如附表2所示。附表2：電火花銑削適配參數表電極材料純鎢參數條件C120峰值電流(A)0.8～1.5峰值電壓(V)150脈寬(μs)100脈間(μs)100加工極性正極性將第一部分、第二部分和第三部分的數據合成總的數控加工程序。步驟三：樣件的加工樣件厚度選定不小于1mm的毛坯，樣件材料選定為難加工鈦合金。樣件加工選定的電極材料為鎢絲，電極直徑為Φ0.2，放電間隙為0.01，相鄰軌跡步距為0.03，如附圖6所示。按照步驟一、二生成的數控程序，進行逐層加工，通過在線CCD檢測合格后，完成樣件的制造。采用上述方法加工的六方窄槽微三維結構零件如附圖7所示，檢測結果如附表3所示。附表3尺寸檢測數據統計表其中程序加工次數與電極損耗和時間的關系如附圖8所示；加工層數與電極損耗和時間的關系如附圖9所示。樣件的尺寸、精度均滿足產品設計所提成的性能指標。當前第1頁1 2 3