(佛山市顺德区捷嘉机器人科技股份有限公司)
摘要：数控电火花加工技术以计算机数控技术为中心，通过自主编程可实现一些高精端设备材料的加工制作，加工灵活且质量较高。下文介绍了数控电火花加工技术在航空航天中不同 领域的应用，主要分析多轴联动数控电火花加工技术在航空涡轮盘制造中的重要作用，分析数控电火花加工技术在航空航天领域的应用价值。
关键词：数控电火花；加工技术；航空航天；展望
数控电火花加工技术将工件和电极联系起来，并不接触，可实现对难切削材料及复杂形状的加工，可实现多轴联动加工，在工业领域应用广泛。航空航天领域的设备多需要专业定制，加工难度较大，采用数控电火花加工技术，可优化航空航天中发动机关键部件材料的加工，其中，对带叶冠整体式涡轮盘加工最为突出，加工技术可靠。为提高运载火箭实际性能，高可靠性发动机是重中之重[1]。整体式涡轮盘是发动机核心，需承受高温、高转速运行，能承受热冲击及交变载荷，涡轮盘设计先进行影响发动机性能，采用数控电火花加工技术可实现多轴联动运行，灵活解决涡轮盘加工中电极和叶片干扰问题，加工效果较理想。
1.国际上数控电火花加工技术在航空航天领域的应用
航空航天发动机整体式涡轮盘制造是发动机关键环节，其涡轮盘结构复杂，加工精度要求苛刻，且叶片表面为曲面，形状负责，工作中面临高温、高压威胁，要使用高耐性材料，如钛合金、高温合金和钛基、钛铝化合物为基本材料。采用新材料导致涡轮盘可加工性大大降低， 整体涡轮盘机械制造负担重，采用传统机械制造无法满足加工需求[2]。
航空航天发动机采用先进带叶冠整体式涡轮盘使得发动机性能大大提升，但是质量优越性提高的同时，对应零件加工也面临一定困难。带叶冠整体式涡轮盘具有一定独特性：（1）多采用高温合金、钛合金制作加工，材料加工难度大。（2）结构复杂，为半封闭带叶冠结构，采用带叶冠两极轮盘连体结构设计，加工涉及复杂的不规则切割。（3）航空航天发动机运行关乎到舱内人员生命安全，其发动机带叶冠整体式涡轮盘设计尺寸及精度要求苛刻，形位公差要求严格。
实际涡轮盘加工中，要克服多项难题：（1）叶片对加工的干涉。（2）叶片完整性加工，叶盆、背、尖不予许出现接痕。（3）确保叶型加工精度及涡轮盘中心保持一致。（4）确保涡轮盘叶底径圆及叶顶径圆圆度符合质量要求，加工不允许形成“正多边形”。
现代化航空航天发动机结构设计是发动机发展使用重要内容。以第四代战斗机为例， 其对发动机要求严格，要求采用先进技术的减少机体结构及设备重量，且发动机推重比需达到10级，在发动机气动、结构设计及材料方面打破技术限制。其中，在发动机风扇、压气机及涡轮上，采用整体涡轮盘结构设计是重中之重。例如，美国JSF战机升力风扇、艾利逊XTC16/1A核心机采用整体涡轮盘结构设计，英、法、德、意、西班牙合作的J200发动机也采用整体涡轮盘结构设计。
美、俄及欧空局先进导弹武器发动机也采用带叶冠设计的，应用多轴联动精密数控电火花加工技术。再比如，美国惠普公司的喷漆室发动机，其结构复杂，加工困难。采用多轴联动的数控电火花加工技术，整体涡轮集槽加工问题得到解决[3]。美国空军先进战机计划将整体式涡轮盘加工技术列为核心技术，要求2020年全部战机落实整体式涡轮盘技术，由此可见，数控电火花加工技术在航空航天领域的应用受到国际各国充分重视。
2.数控电火花加工技术在我国航空航天领域的应用
数控电火花加工技术属精密机械、仪器重要技术，在航空、医疗、人工智能及传感器上应用广泛，解决了材料加工难、材料制作难的问题。
传统机械加工存在切削力，小工件加工易发生变形、发热，存在的表面应力导致产品的使用性能下降。数控电火花加工技术以放电微烧蚀方式加工工件，无切削力及加工应力，可实现对小工件的精准加工，避免工件变形。因此，数控电火花加工技术在微小零件、高精端零件加工上具有显著优越性。
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数控电火花加工技术中，电火花微小孔加工技术是重要技术组成之一，在航空航天火箭中，部门零件尺寸巨大，但局部为微小孔结构。例如，在火箭箭体气封限流片、发动机叶片气膜冷却孔等位置，都需采用电火花微小孔加工技术加工精确的小孔。电火花微小孔加工技术技术加工孔洞精度极高，精度达到±2.5μm，圆度达到0.5μm，一些直径在0.12mm以下的孔采用管电极支持，管电极旋转，管内冲液加工，加工迅速完成，便于后期工业自动化加工。
若孔径在0.1mm以下，则采用“反铐电极”方式加工，确保加工精度符合要求。但是该方式加工效率不高。综合分析，电火花微小孔加工技术加工质量优势突出，应用前景广阔。
3.数控电火花加工技术在航空航天领域的展望分析
由上可得，数控电火花加工技术在国内外航空航天领域应用广泛。 我国国防实力不断提高的今天，对数控电火花加工技术需求逐渐增加。进口设备机械运动精度突出，故障率低。但是相较于国内数控电火花加工技术及设备，还需进一步展望分析。
3.1应积极发展国产4-5轴联动数控电火花加工设备
整体式涡轮盘以带叶冠设计结构为中心，在航空航天领域中占比逐渐增加，是未来飞行器的发动机重要组成。当下，多轴联动数控电火花加工是合理加工整体式涡轮盘的重要技术，需重视4-5轴联动数控电火花加工设备技术的深入研究，掌握核心技术，投入市场使用。
3.2需进一步提高国内设备工艺数据库工艺指导性
对使用用户而言，应用数据库主要是发挥设备工艺数据库资源优势，提高加工效果，得到满意的加工作品。采用工艺数据库，对应设备制造商需不断进行工艺试验，以试验结果数据验证加工是否可靠。此外，要提高设备加工精度，控制脉冲电源优劣性能，发挥工艺数据库最大化价值，使设备提供的工艺数据库准确可靠，具有指导性，用户可灵活应用。
此外，钛合金材料在数控电火花加工技术加工工艺数据库上存在较大差异，要积极探索除钛合金材料加工优势外，数控电火花加工技术的其他优势特点。
3.3注重提高国产适合数控电火花加工的数控转台精度
和数控电火花加工对应的数控转台需满足多个条件。首先，其长时间处于浸油环境，需在该环境下正常工作；其次，数控转台需具备各角度分度功能，可承担伺服运动轴；再者，其角向定位精度要满足在14.4’’以下。当下，我国国产适合数控电火花加工的数控转台精度不高，数控电火花加工技术在航空航天领域的合理应用需注重提高数控转台精度。
4.结束语
综上所述，在国家经济持续发展的今天，国家国防科技水平不断提高，数控电火花加工技术在航空航天事业中发挥关键技术作用，且在重要技术上加工成效较理想。国防科技工业需求不断增加，数控电火花加工技术应用前景较广阔，数控电火花加工技术需向多轴联动精密数控电火花加工设备及赌赢高精度数控转台方向着重研发，突破核心部件的批量生产瓶颈，建立高端材料工艺数库，推动数控电火花加工技术在国防航空航天科技中科学应用。
参考文献:
[1]任连生, 闫明芳, 郭建梅,等. 流体通道电火花加工技术研究及应用[J]. 航空制造技术, 2018, 61(3):36-40.
[2]赵建社, 汪文峰, 吕焱明,等. 难加工材料闭式整体构件精密电火花加工技术研究[J]. 航空制造技术, 2017, 522(3):22-27.
[3]郭刚. 标准球在数控电火花成形加工精密定位中的应用探讨[J]. 深圳职业技术学院学报, 2018, v.17；No.84(3):15-17.
论文作者:曹兴旺
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/17
标签：加工论文; 电火花论文; 数控论文; 涡轮论文; 技术论文; 发动机论文; 航空航天论文; 《电力设备》2019年第8期论文;