電火花銑削加工(也叫電火花創(chuàng)成加工)，是一種新型的電火花加工方法。它是用高速旋轉(zhuǎn)的簡單管狀或棒狀電極作三維或二維輪廓加工，像數(shù)控銑床一樣，不再需要制造復(fù)雜的成形電極。這種加工方法與電火花成型加工相比較，具有節(jié)省大量成形電極、生產(chǎn)周期短、加工費用低、加工柔性高等優(yōu)點。目前，國外已有多家公司生產(chǎn)出具有銑削功能的電火花成品機(jī)床，而國內(nèi)這方面的研究尚處起步階段。電極高速旋轉(zhuǎn)，是電火花銑削加工的特點。與普通機(jī)械銑削類似，電火花銑削加工，按照電極旋轉(zhuǎn)軸的傾斜位置，又可分為立軸、橫軸和斜軸電火花銑削。當(dāng)電極軸水平橫放或斜放時，電極與工件的相對進(jìn)給運動，可以由數(shù)控電火花機(jī)床的X、Y、 Z作三軸聯(lián)動來實現(xiàn)，也可以由數(shù)控電火花機(jī)床的X、Z二軸與工件的旋轉(zhuǎn)運動作聯(lián)動來實現(xiàn)。前者通常用于大直徑圓柱或圓錐零件的側(cè)向三維型面的加工，所用電極一般為實心球頭電極。而后者應(yīng)用較廣。對于大直徑的圓柱或圓錐零件，其側(cè)向的螺旋型槽、二維輪廓的臺或坑，均可通過后者的加工方法，利用空心圓柱電極加以實現(xiàn)。本文就是針對某航空預(yù)研項目中某大直徑難加工小錐度薄壁圓錐面上的螺旋槽、二維型臺的具體對象，對斜軸電火花銑削加工作一初步探索。

1　實現(xiàn)電火花斜軸銑削的基本條件

　　航空大直徑的薄壁零件，在其側(cè)向壁上常會有一些異型二維坑、臺、槽，這類零件受電火花機(jī)床油槽等限制，一般只能豎軸放置，顯然，這些異型加工面用機(jī)械加工方法，由于材料難加工及零件剛性差等因素，是很難加工的。采用電火花斜軸或橫軸銑削加工是可行、有效的加工方法。要實現(xiàn)這類零件側(cè)向異型面的電火花銑削加工，必須有實現(xiàn)零件周向伺服進(jìn)給的進(jìn)給機(jī)構(gòu)。為此，我們自行設(shè)計制造出一臺大型數(shù)控旋轉(zhuǎn)工作臺，該工作臺的臺面直徑約650mm，能滿足一般大型零件的放置需要。該部件的基本傳動副為大減速比的同步齒形帶傳動副。齒形帶傳動具有傳動平穩(wěn)、無明顯反向間隙、壽命長的優(yōu)點。電火花加工時，伺服進(jìn)給性能會極大地影響加工過程的穩(wěn)定性。由于工件直徑較大，電機(jī)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)工作臺上安裝的工件轉(zhuǎn)一很小的角度，都會在周向進(jìn)給方向上產(chǎn)生較大的進(jìn)給弧長，使加工產(chǎn)生過量進(jìn)給。因而，驅(qū)動電機(jī)的低速驅(qū)動性能就成為影響旋轉(zhuǎn)工作臺伺服平穩(wěn)性和加工指標(biāo)的關(guān)鍵。為此，我們選用了中、低速性能良好，并與電源驅(qū)動系統(tǒng)相適配的日本產(chǎn)交流伺服電機(jī)。該電機(jī)的脈沖分辨率為2500脈沖/轉(zhuǎn)，若按外直徑為650mm的工件計算，最小進(jìn)給弧長約為0.04mm。試驗表明，這一最小進(jìn)給當(dāng)量，基本滿足電火花斜軸銑削時周向進(jìn)給的進(jìn)給要求，加工進(jìn)給平穩(wěn)。
　　要實現(xiàn)斜軸電火花銑削加工，還必須配有夾持斜軸放置電極的專用電火花銑削附件— 電極旋轉(zhuǎn)夾頭，以實現(xiàn)管狀電極的高速旋轉(zhuǎn)、高壓沖油和調(diào)整電極軸線傾斜角度。我們自行設(shè)計、制造出的電極旋轉(zhuǎn)夾頭，也主要采用同步齒形帶傳動，其轉(zhuǎn)速可通過簡單電路進(jìn)行調(diào)節(jié)。電極旋轉(zhuǎn)精度要求較高，必須有很小的徑向跳動和軸向竄動，還要求有很好的防油密封性。整個電火花銑削實驗結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1　斜軸電火花銑削試驗結(jié)構(gòu)圖

　　我們選用了日本Sodick公司的NF40電源控制柜，并對機(jī)床作了相應(yīng)的對接改造。該電控柜，控制功能強(qiáng)，電參數(shù)豐富，可以實現(xiàn)三軸聯(lián)動加工。所需數(shù)控程序，可以在本機(jī)上編制完成，也可以借助于其它計算機(jī)CAD/CAM編程系統(tǒng)編制完成后，再移植到本機(jī)上來，或者直接通過外部接口進(jìn)行通訊聯(lián)絡(luò)。

2　工藝試驗

　　電火花銑削加工，大多以電極先作一軸向進(jìn)給，在實體工件上加工出一圓柱形坑開始，這個圓柱形坑的深度稱為預(yù)進(jìn)給深度。斜軸電火花銑削加工主要受電極材料、尺寸、電極旋轉(zhuǎn)速度、工件材料、沖液壓力、預(yù)進(jìn)給深度、電參數(shù)(脈寬t_i、脈間t_o、峰值電流I_p)等因素的影響。本試驗主要研究脈寬t_i、脈間t_o、峰值電流I_p、電極直徑、電極旋轉(zhuǎn)速度對普通鋼材料的加工蝕除速度和電極相對損耗的影響。全部試驗采用紫銅—45鋼電極對；預(yù)進(jìn)給深度為3mm；工作液為煤油；沖油壓力為1.5MPa；試驗件的旋轉(zhuǎn)直徑為450mm；負(fù)極性加工。試驗裝備見圖1。試驗采用單因素法。
　　(1)脈寬t_i對加工蝕除速度V_w及電極損耗θ的影響
　　電火花銑削加工，由于工具電極高速旋轉(zhuǎn)，并常附有高壓沖液，排屑性能良好，加工較穩(wěn)定，故脈寬t_i與脈間t_o的比值大致定為3:1，電極外徑為10mm，內(nèi)徑為3mm的空心圓柱紫銅管。電極旋轉(zhuǎn)速度n＝300r/min。試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2　脈寬t_i對V_w、θ的影響

　　試驗發(fā)現(xiàn)，隨著脈寬t_i的增大，蝕除速度V_w逐漸增大，加工表面粗糙度也逐漸增大，這是由于單個脈沖的能量也逐漸增大。而隨著t_i的增大，電極相對損耗θ則逐漸下降。
　　(2)峰值電流I_p對蝕除速度V_w及電極損耗θ的影響
　　峰值電流I_p也是影響單個脈沖放電能量的主要參數(shù)，其對V_w及θ的影響試驗，見圖3。

圖3　峰值電流I_p對V_w、θ的影響

　　試驗發(fā)現(xiàn)，隨著I_p的逐漸增大，V_w逐漸提高，但I(xiàn)_p過大，則加工不太穩(wěn)定，從放電波形觀察，拉弧波形與空載波形都有增加，因而，V_w反而有所下降。這就說明，對應(yīng)于不同旋轉(zhuǎn)速度，不同電極直徑，應(yīng)有相應(yīng)的最佳峰值電流I_p，相應(yīng)地，隨著I_p的增大，θ逐漸增大，當(dāng)I_p大于45A時，電極表面有燒傷跡象。
　　(3)電極外徑D對蝕除速度V_w及電極損耗θ的影響
　　電火花銑削加工，一般應(yīng)結(jié)合具體零件的結(jié)構(gòu)，選擇相應(yīng)直徑的管狀或棒狀電極。研究D對V_w及θ的影響很有必要。其試驗結(jié)果如圖4所示。

圖4　電極外徑D對V_w、θ的影響

　　試驗發(fā)現(xiàn)，隨著電極外徑D的增大，V_w也逐漸增大，這與放電面積增大，脈沖利用率提高有關(guān)；但D大于12mm以后，V_w的增大則不太明顯，很顯然，這主要由于脈沖能量的限制。相應(yīng)地，隨著D的增大，電極相對損耗θ逐漸下降。D過小，工具電極壁厚太薄，電流密度過大，因而，電極相對損耗嚴(yán)重。
　　(4)電極旋轉(zhuǎn)速度n對蝕除速度V_n及電極損耗θ的影響
　　電火花銑削特征之一，是電極的高速旋轉(zhuǎn)。電極高速旋轉(zhuǎn)，有利于加工過程的排屑和加工的穩(wěn)定。電極旋轉(zhuǎn)速度n對V_w及θ的影響試驗，見圖5。

圖5　電極旋轉(zhuǎn)速度n對V_w、θ的影響

　　試驗發(fā)現(xiàn)，對于外徑為10mm的紫銅電極，隨著n的增加，V_w也相應(yīng)增加，但n大于300r/min后，n對V_w的影響就不太明顯了。這說明，對于某一直徑的電極，有一相應(yīng)的使加工穩(wěn)定、高效的基本轉(zhuǎn)速。隨著n的增加，電極相對損耗逐漸下降，當(dāng)n大于基本轉(zhuǎn)速后，影響則很小。這與轉(zhuǎn)速大幅提高后，高壓沖液對加工區(qū)的沖刷作用增強(qiáng)、電極鍍覆效應(yīng)減弱有關(guān)。

3　結(jié)論

　　(1)利用國產(chǎn)主機(jī)，配以先進(jìn)電控系統(tǒng)和自行設(shè)計的數(shù)控旋轉(zhuǎn)工作臺以及專用電極旋轉(zhuǎn)夾頭，可以方便地實現(xiàn)斜軸電火花銑削加工。
　　(2)對大直徑薄壁復(fù)雜件，運用斜軸電火花銑削加工方法，是有效可行的選擇手段。
　　(3)電火花斜軸銑削時，主要電參數(shù)對加工蝕除速度V_w及電極相對損耗θ的影響規(guī)律，與電火花成型加工時相似。
　　(4)試驗全過程發(fā)現(xiàn)，電極損耗會較大影響加工面的形狀、尺寸精度。進(jìn)一步研究電極損耗的實時檢測和補(bǔ)償，很有必要。