摘 要：本文阐述了超声辅助气中电火花铣削加工技术，作为一种新颖的电火花铣削加工工艺，具有提高加工效率、简易补偿电极且安全、绿色环保等优点。在数控系统控制下，用逐层扫描式的加工方式，对复杂零件进行柔性加工，缩短加工周期、降低加工成本、提升工件柔性等特点，拥有广阔发展前景的电火花加工工艺。超声辅助气电火花铣削加工工艺的开发，深化了气中电火花加工技术的研究，为其实用化研究指明了方向。

关键词：电火花加工;铣削;超声振动;气体介质

超声辅助气中电火花铣削加工工艺，是在20世纪90年代逐步发展起来的电火花成型加工工艺。它的工艺方式为，采用标准形状电极，在数控系统的控制下，按照一定轨迹作成型运动，通过电极与工件之间的不同相对位置的火花放电，加工出所需工件形状。与传统的电火花成型加工工艺相比，采用超声辅助气中电火花铣削加工工艺，具有减少成型电极的设计与制作、压缩产品生产周期、模具制造成本减少以及提高加工效率和工件柔性等一系列优点。目前，国内外电加工学者，主要针对常规型电火花铣削加工工艺、微细电火花铣削加工工艺和新型介质电火花铣削加工工艺拥有深层次的研究。

1 超声辅助气中电火花铣削加工工艺原理

在超声辅助气中电火花加工过程中，由于放点间隙，气中比液中小，虽然仅有十几或几微米，却极易导致拉弧甚至短路现象的发生，对加工效率的提升影响颇高。

根据超声辅助气中电火花加工工艺的基本原理，通过超声振动作用在工件或工具电极上，提高气中电火花加工性能。超声辅助实验其结果表明，在对工件或工具电极施加超声振动后，气中电火花加工过程中的拉弧甚至短路现象出现率大大降低，加工效率大幅度提升。

2 超声辅助气中电火花铣削加工工艺的特点

电火花铣削加工主要包括：大加工深度铣削工艺、精加工廓形铣削工艺以及分层铣削工艺。因此，当采用大加工深度铣削加工工艺时，主要加工面是电极侧面，缺点是电极侧面与工件之间气流很小，导致在电极间隙内电蚀产物不易排出;当对复杂廓形工件采用精细加工过程中，位于供给极间的气流极易外泄，造成加工件稳定性下降;而当采用较小的加工深度进行分层铣削加工时，才能保证气流均匀地通过供给放电间隙，提升气中电火花铣削加工状态的稳定性能。

通过以上特点，超声辅助气中电火花铣削加工技术特点总结如下：

（1）采用绿色安全性高的压缩气体介质作为工作介质;

（2）电火花介质其工作介质通过空心管状电极，并提供冲液功能;

（3）分层扫描铣削运动，由工件的X、Y轴向的伺服平动和Z轴向的间进给来实现;

（4）工具电极通过旋转运动，分散放电点分布，避免火花集中，保证电机端部均匀磨损;

（5）超声振动作用于工具电极上，通过改变电火花间隙状态，脉冲利用率得以提高，进而加工效率及加工质量得到改善。

3 超声辅助气中电火花铣削加工规律

超声振动辅助电火花铣削加工工艺中，超声振动的影响、加工时率和工件表面质量等都可以通过实验进行进一步探索。经实验表明，通过超声振动，可以通过系统延时降低对加工造成的影响，减少或避免电弧放电，使加工效率和加工表面质量得到提升。通过微细小孔超声振动电火花加工技术实验中，得出加工条件合适是超声复合微细电火花加工技术优于常规微细电火花加工工艺这一结论。在工作液中添加20g/L的SiC颗粒并在电极轴向附加超声振动，来进行加工实验，得出超声振动可以降低工件表面的表面粗糙度值、减薄重熔层厚度、表面残余应力降低并使表面显微硬度得以提升。

超声振动极间流场极为复杂，难以进行实验观察，只能通过计算机仿真手段研究其规律。通过研究超声振动辅助电火花加工技术的流场，表明超声振动促进了电介质的循环，缩小了短路和电弧放电的现象，提升了加工时效及稳定性，从而提升工件材料去除率，进而能够减小火花放电的凹坑深度，使得工件加工表明的熔融金属更均匀，降低工件加工表面粗糙度。

通过研究超声振动作用下，极间流场和蚀除颗粒分布场，有利于揭示超声振动对极间流场与蚀除颗粒分布的改善作用。

4 超声辅助气中电火花加工工藝的发展进程

超声辅助电火花加工技术，用简易电极代替成型电极，实现加工的柔性化，提高电火花加工效率。在传统的电火花加工工艺中，针对加工复杂型面工件，成型电极制备工作是一项复杂的工作，生产周期及加工成本都需要考虑，在加工规准改变时，则需要更换电极，无疑对增加辅助时间，增加制造成本。而超声辅助电火花加工技术通过简易电极代替成型电极，提升了整体加工速率，改善了工艺的加工效果。

截止目前，数控技术、智能技术等都有很大发展，可以将这些技术引入到超声振动电火花加工工艺中来，进而提升电火花加工工艺的时效性。现今，电火花加工机床，通过对加工过程的智能控制、自适应控制，加入智能数控技术，对系统的放电加工及调节伺服系统进行干预调节，进而改善加工工艺，使加工效率和表面质量得到进一步提高。但是机床工作放电过程中，由于工艺本身的复杂性、不可控性，电火花加工工件在机床改善机理方向，目前尚未取得实质性进展，通过对机床加工参数的优化设计，加强对加工过程动态研究，提升加工工艺，从而达到加工速率的提升，从而促进对电火花加工工艺机理的研究的步伐。

伴随着世界经济大环境的发展与能源问题紧张的日益突出，制造业的发展趋势有向小批量、多品种方向发展，产品的制造精度的要求也越来越高，这些都将对制造业的发展趋势做出影响。同样，电火花加工工艺也随着当今制造业的发展同样面临新的机遇与挑战。因此，超声辅助电火花加工工艺，随着先进技术的不断发展，吸取其成果，不断地改善，提高其工作效率、工件表面精度、创新技术、绿色环保等方向发展。

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作者简介：崔同磊（1993-），男，山东昌乐人，硕士研究生，研究方向：特种加工。