基于NX的高速电火花铣加工编程应用实践

一、引言

随着航空发动机的性能及设计结构在不断改进提高，零件的设计向整体化、复杂化方向发展，越来越多地采用难加工材料，制造难度也越来越大，为了应对这一挑战，新设备、新技术的应用日益增多。高效放电铣加工技术就是一种数控与电加工技术相结合的新技术，可以大大节省加工费用，并有效地降低数控机床的占用率，是难加工材料零件粗加工降低成本的有效手段之一。

CAD/CAM技术在不断提高，软件日益成熟，NX软件就是典型代表之一，成为航空发动机领域广为应用的软件。由于高速电火花铣加工是近几年发展的新技术，尤其独特的加工原理，不同于普通的数控加工过程。因此，如何通过NX软件的相关基础模块满足高速电火花铣加工编程的需要，是值得我们探索的。

二、高速电火花铣的工作原理及加工特点

高速电火花铣床为立式结构，可进行4轴联动加工。该技术采用简单的铜管电极，由导向器导向，在电极与工件之间施加高效高频脉冲电源，主轴带动电极在伺服系统控制下作伺服进给，在电极与工件之间产生高频脉冲放电，通过电流及轨迹控制蚀除工件材料。可进行4轴联动三维曲面的高效放电加工。加工中不仅工件浸泡在工作液中，而且还使高压水质工作液从电极的内孔喷出，对加工区实施强迫排屑冷却，保证加工顺利进行。数控系统在加工过程中对电极进行在线检测补偿，保证加工精度。机床结构如图1所示。

通过高速电火花铣的工作原理介绍，我们可以简单地理解为利用铜管放电装置代替刀具铣削功能的数控电加工技术，加工过程兼具数控加工和放电加工特点。通过数控伺服系统对电极轨迹进行精准控制，可进行复杂曲面的加工。同时，又需要考虑电加工过程放电间隙、电极放电位置（尖点放电）、电加工精度及电极自损性带来的形状变化等因素使

加工过程复杂化，直接决定了加工精度。

目前，该设备的加工精度尚不能满足精加工需要，只能进行粗加工（允许存在一定的不均匀度），尤其在曲面加工中尤为明显。但是，其加工成本低廉，适应性强，是难加工材料复杂零件粗加工的有效手段之一。

三、加工模型的前处理

高速电火花铣的加工原理决定了加工精度，因此也决定了高速电火花铣编程模型不仅仅是工序模型，而是需要编程者根据零件形状及电加工特点对零件工序模型进行一定修改而获得编程模型，最终获得理想的加工效果。这一过程就是高速电火花铣加工编程的加工模型的前处理。

加工模型可以通过如图2所示流程获得。在这里涉及到两种模型的转化过程，即设计模型到工序模型的转化和工序模型到加工模型的转化。模型的转化可以应用NX软件的同步建模功能，进行快速直观的转化。

四、加工刀轨设计特点

高速电火花铣属于电加工范畴，只是通过数控系统控制轨迹而已，不同于铣削加工。其加工过程中几乎无“切削”力，并且电极自损性等特点也决定了高速电火花加工轨迹不同于数控铣加工的刀具轨迹原则，其主要特点如下。

（1）在加工过程中，“刀具”（电极铜管，下同）无需抬刀横越，可在材料中直接进行加工，减少不必要刀轨。如图3所示，方式一优于方式二。

（2）“刀具”由于具有自损性，为保证“刀具”形状稳定，编程宜采用满刀加工，即“刀具”完全进入材料。即行宽等于或略小于“刀具”直径。

（3）根据加工状况，宜采用分层加工，避免加工过程中“刀具”与材料放电面积过大，引起电流超载，加工中断。

（4）在加工过程中，“刀具”可以进行进行向下的加工运动，不必考虑是否“扎刀”。

（5）进行根部 R加工时，应采取拟合方式进行，不能以成形加工方式进行，如图4所示。

（6）避免产生较长的直线刀轨，避免增加加工表面的不均匀性。

五、加工案例

机匣是航空发动机的重要承力部件，起着连接、承载、支撑和包容等作用，其主要结构特征包括安装边、加强筋、凸台和岛屿等复杂特征，在外型面加工中对加工中心的依赖程度大。由于机匣为保证性能要求，多采用难加工材料，加工时占用机床时间长，尤其是粗加工阶段。为此，采用电火花高速铣进行机匣零件的外型面加工，可以有效地节省加工中心此类设备资源，降低成本。同时，由于电加工过程无切削应力的产生，可以有效地降低零件的应力产生，易于控制加工变形。

下面以某典型机匣零件（图5）为例，进行电火花高速铣编程应用。该机匣外型面以回转圆柱体为主，分布着凸台、加强筋等特征，需要进行4轴联动加工。

首先，进行加工模型前处理，通过同步建模命令将设计模型或工序模型转变为编程模型。根据编程的需要，进行两类操作：①修改加工特征，如零件上的孔系非本工序加工内容；②修改加工轮廓，如表面无法通过CAM软件中的余量功能进行设置，可以选用同步建模。

通过同步建模模块中的“删除面”功能，选取不需要的孔内腔面，便可以删除孔特征，效果如图6所示。这样可以直接修改模型，免除了查找参数的繁复过程，是一种快捷直观的方法。这种方法还适用其他特征面的删除，如圆角等。类似的功能还包括：“移动面”、“拉出面”以及“偏置区域”等，修改模型的拓扑形状。

在加工的过程中，有些加工面需要单独留有余量，此时，可以利用“尺寸”功能直接修改。这里，机匣环形槽底部根据工艺需要，需要额外单独增加余量0.3mm，通过“尺寸-径向尺寸”功能选中第一层环槽底部，调整直径，即可将环槽半径进行修改，如图7所示。

通过以上操作，将非本道工序加工的孔系及圆角删除，使编程模型简化。将零件的径向余量调整为0.3mm，其他根据需要适当增加余量，保证凸台根部不出现过切。这是由于高速电火花铣加工放电过程中，底部放电量与侧壁放电不同造成的。最终，获得加工模型如图8所示。

机匣的毛料为简单的环形件，如图9所示。型面余量大。电火花高速铣由于设备电流的限制，切深不宜超过2mm。因此在编程时需要将零件分为2个半区分别进行加工（即2个安装边将零件分为2个区域），采用4轴变轴铣削同分层铣削的方式进行。

编程时，首先利用刀具对话框设置加工电极参数。选择圆柱形铣刀类型，刀具直径需将电极直径及放电间隙同时考虑，即刀具直径=电极直径+放电间隙*2，这样可以满足电极的测向放电要求，底部放电间隙需要通过 Z向偏置设定，如图10所示。

然后，进入多轴加工模块，依次选择加工部件、毛坯、检查区域和切削区域等相关内容。这里可以采用曲面驱动方式，选择加工槽底面，投影矢量选择垂直于驱动体。即可获得加工刀轨，如图11所示。这里需要注意的是，当加工部位有凸台时，采用安全平面设置即可获得理想的刀轨。

程序完成后，通过NX的后置处理器进行后置处理文件的构建。完成G代码程序输出。这里采用4轴带转头机床结构，FANUC控制系统。设置程序格式，如图12所示，其他设置默认即可。利用构建完成的后置处理文件，获得符合机床要求的G代码，完成机匣的加工程序编制。

六、结语

在这里我们介绍了高速电火花铣这种新理念的加工技术，其兼有电加工与数控加工技术的特点，数控程序的编制又有其独特性。以航空发动机的典型机匣零件为例，介绍了整个加工编程过程。在这个过程中，我们深刻地体验到NX作为通用性软件，其具有强大的功能，是我们在进行此类新技术应用过程中编程必不可缺的工具。通过利用NX软件，技术人员可以展示良好创新性，更好地发挥技术能力。