北京航科发动机控制系统科有限公司（102200) 吕红梅 张 喆 李 欢

一、问题的提出

在航空航天领域中，细长杆类零件的应用非常广泛，经常作为活塞杆、间隙活门等使用，它们在燃油调节器中起着十分重要的作用。但是它的高精度要求和微型窗口也给我们的加工带来了很大困难。对于一般窗口我们采用铣床或加工中心加工，精密窗口一般采用高精度线切割机床加工，但对于微小方窗口本文主要介绍电火花机床的加工方法。

XX轴是某型号燃油调节器关键零组件，同时其组件也是某航空型号产品中的重要件。离心飞重伺服系统、加速三维凸轮及转速设定三维凸轮均安装于其上，具体结构如图1所示。

具体工作原理:轴组件内部为典型喷嘴-挡板控制机构，定压油经过节流器变成伺服油，伺服油通过出油窗口流入低压腔。离心飞重感受发动机转速，向上输出轴向力，推动分油活门组件向上移动，以改变出油窗口开度来改变伺服腔油压，带动加速三维凸轮及转速设定三维凸轮轴向移动，以给出适合发动机要求的燃油流量。微型窗口在这里起了非常大的作用。

图1

XX轴零件结构如图2所示，在外圆上有3个径向窗口，窗口特别小，长度(0.7±0.1)mm，宽度 (1.6±0.12)mm，而且最关键的是窗口拐角处要求尖边R0.05max。

图2

窗口在圆周方向上均布，窗口尺寸小，用铣床和加工中心铣削的办法刀具无法制作，线切割机床切孔无法实现在圆周上的均布，且并非是通孔，传统的机械加工方法都达不到零件的设计需求。电火花加工的工艺特点是利用极间火花放电时产生的电腐蚀现象，靠高温熔化和汽化金属进行蚀除加工。一般使用较软的纯铜等电极，对任何导电的难加工材料 (硬质合金、耐热合金、不锈钢及淬火钢等，用普通方法难以加工或无法加工)进行加工，以达到以柔克刚的效果。由于电火花加工是一种非接触式加工，加工时不受工具和工件刚度限制，因而有利于实现微细的窗口加工。但加工时因尖边放电现象，工具电极会产生损耗，R0.05mm处电极磨损最快，这会影响加工精度，导致R0.05mm超差。而且零件是氮化零件，在加工时，窗口处总有崩边现象。尖边倒圆过大和窗口崩边，都严重影响该型号泵的调试参数。试制阶段首批加工完后，试验时参数不达标，全部报废。如何解决高硬度微型窗口尖边加工的问题，已经迫在眉睫。

二、问题的解决

通过对首批大量试验得到的数据，总结归纳教训，尝试通过以下3个方面进行调整和改善。

1.多电极更换法加工

根据零件加工的特点和需求，我们采用了多电极更换法。多电极更换法是指根据1个型腔在粗、中、精加工中放电间隙各不相同的特点，采用几个不同尺寸的工具电极完成1个型腔的粗、中、精加工。在加工时，首先用粗加工电极蚀除大量金属，然后更换电极进行中、精加工 (见图3);对于加工精度高的型腔，往往需要较多的电极来精修。

图3

多电极更换加工法的优点是仿形精度高，尤其适用于尖角、窄缝多的型腔模加工。它的缺点是需要制造多个电极，并且对电极的重复制造精度要求很高。另外，在加工过程中，电极的依次更换需要有一定的重复定位精度。

2.电极的结构设计和材料选取

为了降低在精加工时电极的磨损，我们在粗加工时选用普通的纯铜作为电极材料，精加工时选用了材料较硬的铜钨合金材料作为电极，以减少精加工时电极尖边处的磨损。确立了加工方法后，我们根据多电极更换法的加工特点，来设计电极的结构和尺寸，图4所示是粗、精加工分别设计的电极尺寸。

3.加工参数的优化

图4

工具电极与工件表面之间保持一定的放电间隙，通常是几微米至几十微米。如果间隙过大，极间电压不能击穿间介质，则不会产生电火花放电;如果间隙过小，很容易造成短路。在设计电极时，间隙大小对形状精度也有影响，间隙越大，则复制精度越差，特别是对复杂形状的加工表面。如电极为尖角时，而由于放电间隙的等距离，工件则为圆角。因此，为了减少加工尺寸误差，应该采用较弱小的加工规准，缩小放电间隙，另外还必须尽可能使加工过程稳定。放电间隙在精加工时一般为0.01～0.1mm，粗加工时可达0.5mm以上。针对此类零件的特点，分粗加工和精加工，粗加工时选取放电间隙是0.05mm，精加工时选取放电间隙是0.02mm。其他加工参数可参考一下数据:

(1)脉冲宽度 (TA) 一般来说，在峰值电流一定的条件下，脉宽越大，表面粗糙度越差，但电极损耗越小，所以粗加工时选择600μs;精加工时逐渐减小选择200μs。

(2)脉冲间隔 (TB) 脉间增大时，电极损耗会增大，但有利于排渣。本机设有EDM自动匹配功能，一般情况下脉间由自动匹配而定，若发现积碳较重时可将自动匹配后的脉间再加大一档。例如自动匹配后的脉冲间隔为3μs，我们选择改为4μs。

(3)高压电流 (BP) 高压脉动的主要作用是形式先导击穿，有利于加工稳定和提高加工效率。一般加工时高压电流选为0～2A，在加工大面积或深孔时可适当加大高压电流，以利于加工稳定和提高加工效率。加工时我们选择高压电流选1A。

(4)低压电流 (AP) 在脉宽和脉间一定时，低压电流增大，加工速度提高，电极损耗增大。低压电流的选择因根据电极放电面积而确定，若电流密度过大，则容易产生电弧烧伤，因此一般选择低压电流，使得通过电极加工表面每平方厘米面积的电流不超过6A，我们选择4A。

(5)间隙电压 粗加工时选取较低值，以利于提高加工效率;精加工时选取较高值，以利于排渣，一般情况下由EDM自动匹配即可。

(6)伺服敏感度 机头上升、下降时间一般由EDM自动匹配，在积碳严重时，可以减少下降时间或加大上升时间来解决。

(7)编制程序 程序如下:

最后精打参数:

三、结语

经过多次调整加工参数，反复试验，最终零件的窗口加工效果良好，能够达到设计图要求，并保证不会在窗口边缘崩边。

在电火花成形加工领域，微型加工和尖边加工是普遍存在的加工难题。本文针对此类问题，以某一航空部件为例，对电加工的方法和电极设计加工参数等方面进行阐述，在其他特种加工行业可进行引用和推广。