近年來(lái)逊参，隨著航天航空好渠、軍工脱拼、能源領(lǐng)域的重型運(yùn)載火箭文虏、大型能源壓縮機(jī)等產(chǎn)品快速發(fā)展侣诺，眾多大型型面空間扭曲類關(guān)鍵零件需求不斷增多，如大型閉式渦輪盤氧秘、大型整體閉式葉輪年鸳、整體帶冠渦輪盤等。這類零件是發(fā)動(dòng)機(jī)丸相、大型壓縮機(jī)的“心臟”零件搔确，具有型面空間扭曲較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜灭忠、特殊材質(zhì)膳算、超硬、耐高溫等特點(diǎn)攘体，使用普通機(jī)床難以完成好浆，電火花加工則有著巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)门痕。

北京市電加工研究所針對(duì)航天領(lǐng)域重型運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)大型帶葉冠整體式渦輪盤、帶葉冠導(dǎo)向環(huán)和噴嘴葉柵環(huán)浓朋，能源領(lǐng)域整體閉式葉輪等關(guān)鍵零件的制造難題慈翔，借助國(guó)家相關(guān)科技專項(xiàng)的支持，在自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)五軸聯(lián)動(dòng)電火花加工機(jī)床及葉輪等特殊零件電火花加工技術(shù)的基礎(chǔ)上蔽碘，突破裝備技術(shù)因镊、電源開(kāi)發(fā)、軟件開(kāi)發(fā)武慨、加工工藝晋劫、裝配、檢測(cè)等技術(shù)“瓶頸”行掰，研發(fā)了國(guó)內(nèi)首臺(tái)大型精密六軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電火花成形加工機(jī)床（見(jiàn)圖1）及工藝技術(shù)怎机，為航天航空、軍工坪江、能源等領(lǐng)域提供了關(guān)鍵制造裝備仲闽，并可推廣至模具、汽車等領(lǐng)域中僵朗。

圖1  A2190大型精密六軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電火花成形機(jī)床

一赖欣、產(chǎn)品主要技術(shù)參數(shù)、性能和特點(diǎn)

1. 機(jī)床技術(shù)參數(shù)

機(jī)床部分技術(shù)參數(shù)見(jiàn)下表验庙。

2．機(jī)床主要性能

（1）具備六軸數(shù)控顶吮、六軸聯(lián)動(dòng)功能。

（2）具備數(shù)控系統(tǒng)集成三維CAD/CAM軟件粪薛，實(shí)現(xiàn)編程加工無(wú)縫連接功能悴了。

（3）具備帶冠渦輪盤、整體閉式葉輪等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的電火花成形加工功能违寿。

（4）具備加工鈦合金湃交、高溫耐熱合金等難加工材料的電火花成形加工功能。

3. 機(jī)床主要特點(diǎn)

（1）六軸聯(lián)動(dòng)大型電火花機(jī)床行程大藤巢，保證大型渦輪盤的加工空間搞莺。

（2）采用六軸聯(lián)動(dòng)加工，可減少電極設(shè)計(jì)數(shù)量菌瘪，減少裝夾次數(shù)奸桃，降低因反復(fù)裝夾產(chǎn)生的精度損失音拢。

（3）采用六軸聯(lián)動(dòng)編程加工莱芥，電極可實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜軌跡運(yùn)動(dòng)。

（4）大功率的脈沖電源實(shí)現(xiàn)高效快速的去除丈蛇，提高加工效率娩证。

二阁巨、關(guān)鍵技術(shù)研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新點(diǎn)

1. 研發(fā)大型數(shù)控電火花成形機(jī)床主機(jī)及關(guān)鍵部件

研發(fā)的大型精密六軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電火花成形機(jī)床主機(jī)（ZL201410150558.8，ZL201520382510.X）采用傾斜滑板式結(jié)構(gòu)隐睹，有效改善了現(xiàn)有機(jī)型的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性岸寿，保證了設(shè)備的加工精度。

通過(guò)CAD/CAE建模仿真分析鹿脯、基于多體運(yùn)動(dòng)學(xué)理論的電火花機(jī)床幾何誤差分析践斟、熱-結(jié)構(gòu)耦合變形分析等技術(shù)的應(yīng)用，從設(shè)計(jì)階段保證了機(jī)床的高精度和持續(xù)改進(jìn)抵师；通過(guò)在制造加工環(huán)節(jié)進(jìn)行材料優(yōu)選顶赎、熱處理、選取合適的加工方法及在線檢測(cè)等手段坤学，保證各零部件的加工精度疯坤；在裝配環(huán)節(jié)，通過(guò)優(yōu)化裝配順序深浮、嚴(yán)格控制裝配誤差等压怠，保證機(jī)床各部分完美配合，達(dá)到設(shè)計(jì)精度要求飞苇。機(jī)床主機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2所示菌瘫。

圖2  大型精密六軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電火花成形機(jī)床主機(jī)結(jié)構(gòu)

各軸系采用自主設(shè)計(jì)的全閉環(huán)控制技術(shù)，該技術(shù)可對(duì)各種干擾和非線性因素對(duì)運(yùn)動(dòng)軸位移產(chǎn)生的影響進(jìn)行有效的動(dòng)態(tài)校正布卡，使任何時(shí)刻運(yùn)動(dòng)軸的實(shí)際位移時(shí)時(shí)跟隨設(shè)定值變化突梦，因而可以保證機(jī)床具有非常高的動(dòng)、靜態(tài)精度羽利。

此外宫患，針對(duì)重型運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)帶葉冠整體式渦輪盤及環(huán)形件、大型壓縮機(jī)整體閉式葉輪的大件加工需求这弧，開(kāi)發(fā)出直徑600mm以上的大型直驅(qū)全浸液電火花專用數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)(ZL201621416804.0)娃闲，密封等級(jí)IP68。該全浸液轉(zhuǎn)臺(tái)定位精度0.0014°匾浪，滿足這類零件精度需求逛徽。

2. 研發(fā)電火花專用Windows+RTX六軸數(shù)控系統(tǒng)

研發(fā)出基于Windows系統(tǒng)的六軸聯(lián)動(dòng)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)(2016SR084163)，通過(guò)RTX實(shí)時(shí)內(nèi)核補(bǔ)丁插件實(shí)現(xiàn)Windows下的實(shí)時(shí)任務(wù)調(diào)度蚜烹∷朊猓基于高性能的X86處理器，研發(fā)了包含COMExpress模塊和COMExpress載板的數(shù)控主板报案，滿足控制算法及集成CAD/CAM對(duì)數(shù)控系統(tǒng)性能的需求趋臼。

基于高性能FPGA，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)/放電一體化控制卡的開(kāi)發(fā)，提升放電控制和運(yùn)動(dòng)控制協(xié)同算法的并行性能和實(shí)時(shí)性能簿翔。

基于Windows+RTX開(kāi)發(fā)出實(shí)時(shí)系統(tǒng)接骄、六軸矢量分配插補(bǔ)算法，實(shí)現(xiàn)了電火花加工六軸聯(lián)動(dòng)回退牺会、抬刀锈犯、搖動(dòng)等功能，實(shí)現(xiàn)了CAD/CAM系統(tǒng)與數(shù)控系統(tǒng)的全集成道葬，能夠?qū)崿F(xiàn)編程加工無(wú)縫連接献爷，提升了數(shù)控系統(tǒng)的靈活性和電火花加工機(jī)床的易用性。數(shù)控系統(tǒng)硬件如圖3所示陷揪， Windows六軸數(shù)控系統(tǒng)界面如圖4所示刨疼。

圖3  數(shù)控系統(tǒng)硬件         圖4  Windows六軸數(shù)控系統(tǒng)界面

3. 研發(fā)六軸聯(lián)動(dòng)CAD/CAM系統(tǒng)

六軸聯(lián)動(dòng)CAD/CAM系統(tǒng)（2018SR037238）可用于解決復(fù)雜曲面零件（如整體閉式葉輪或渦輪盤類零件）的電極設(shè)計(jì)和軌跡仿真。該系統(tǒng)可極大地提高電極設(shè)計(jì)效率鹅龄，縮短該類零件的加工周期揩慕，可嵌入到大型專業(yè)三維CAD軟件，接口方便快捷扮休。運(yùn)用該系統(tǒng)能快速檢測(cè)所設(shè)計(jì)電極的合理性迎卤，自動(dòng)優(yōu)化電極軌跡，通過(guò)不斷的模擬仿真進(jìn)而不斷完善電極設(shè)計(jì)玷坠。電極和軌跡優(yōu)化完成后可一鍵自動(dòng)生成電火花加工G代碼蜗搔，極大地提高編程效率，節(jié)約了大量的人工成本八堡。圖5是數(shù)控系統(tǒng)集成CAD/CAM界面樟凄，圖6是CAM仿真系統(tǒng)。

圖5  數(shù)控系統(tǒng)集成CAD/CAM       圖6  CAM仿真系統(tǒng)

基于EROWA兄渺、3R等多個(gè)系列的標(biāo)準(zhǔn)夾具產(chǎn)品建立了夾具庫(kù)缝龄，將現(xiàn)有的N系列、B系列寝典、M系列電火花成形機(jī)床的三維模型集成到CAD/CAM系統(tǒng)中林没，形成機(jī)床數(shù)據(jù)庫(kù)，能夠滿足虛擬加工的快速裝夾及加工仿真需求缅坯。

基于CAD/CAM API接口的網(wǎng)絡(luò)通信軟件開(kāi)發(fā)婶苦，實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)器端的通信連接及系統(tǒng)控制功能。開(kāi)展了基于網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAM系統(tǒng)License授權(quán)管理軟件開(kāi)發(fā)怠播，用戶可以通過(guò)License授權(quán)進(jìn)行訪問(wèn)CAD/CAM系統(tǒng)云端服務(wù)平臺(tái)以獲得相應(yīng)服務(wù)吴位，從而保證用戶訪問(wèn)服務(wù)平臺(tái)的有效性。

4. 研發(fā)高效率大功率脈沖電源

針對(duì)重型運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)帶冠渦輪盤及環(huán)形件加工去除量較大块启，而電火花加工效率較低的特點(diǎn)嚣刺，開(kāi)發(fā)了大功率PWM開(kāi)關(guān)電源(見(jiàn)圖7)誉倦，采用疊層母線主回路設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖8)，顯著降低放電寄生電感字钓；研發(fā)了SiCMOSFET的納米級(jí)低損耗加工模塊和終端增爆模塊，開(kāi)發(fā)的高效率大功率脈沖電源恰壁，經(jīng)國(guó)家機(jī)床質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢驗(yàn)姊象，脈沖電源最大加工電流200A，電機(jī)驅(qū)動(dòng)精度0.1μm晓褪，驅(qū)動(dòng)當(dāng)量0.1μm堵漱。

圖7  PWM大功率開(kāi)關(guān)電源          圖8  疊層母線主回路

對(duì)POCO的EDM-AF5、EDM-C3涣仿、EDM-3三種型號(hào)的石墨電極材料進(jìn)行分析和大量工藝試驗(yàn)勤庐，構(gòu)建了石墨材料加工工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，采用新型加工回路好港，實(shí)現(xiàn)了1000mm³/min以上的鈦合金高效率加工和2000mm³/min以上的模具鋼高效加工愉镰。

5. 開(kāi)展大型六軸聯(lián)動(dòng)電火花加工工藝技術(shù)

開(kāi)展了大型電火花加工機(jī)床六軸聯(lián)動(dòng)的工藝試驗(yàn)，制定了基于球面的變深度钧汹、變截面的S形曲線六軸聯(lián)動(dòng)電火花加工工藝方法丈探，并完成了試件的加工。開(kāi)展了基于六軸聯(lián)動(dòng)電火花加工裝備的重型運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金拔莱、高溫耐熱合金整體帶冠渦輪盤（ZL201310000946.3碗降、ZL201610053352.2）、大型壓縮機(jī)整體閉式葉輪與結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄壁件塘秦、環(huán)形件的智能化電火花高效加工工藝技術(shù)研究讼渊，建立了工藝數(shù)據(jù)庫(kù)。同時(shí)完成了大型壓縮機(jī)整體閉式葉輪的工藝設(shè)計(jì)規(guī)范和驗(yàn)證钩厕，形成了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)针榜。

三、成果應(yīng)用及推廣情況

本項(xiàng)目研發(fā)的大型智能精密六軸聯(lián)動(dòng)電火花成形裝備舌恒，突破了大型六軸聯(lián)動(dòng)電加工機(jī)床及工藝關(guān)鍵核心技術(shù)孙远，可解決以重型運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)帶葉冠整體式渦輪盤、噴嘴葉柵環(huán)及復(fù)雜薄壁件蟀蛆、大型壓縮機(jī)整體閉式葉輪等復(fù)雜形狀零件為代表的大型關(guān)鍵零部件加工友熟，解決了加工“瓶頸”問(wèn)題。

應(yīng)用項(xiàng)目成果男沛，為航天領(lǐng)域完成了多種型號(hào)的帶葉冠整體渦輪盤的加工栓占，解決了重型運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤葉片扭曲度高、尺寸大滞泣、精度要求高橡彬、表面質(zhì)量要求高等問(wèn)題媳阴，并推廣至航空、船舶橄霉、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜零件加工窃爷、復(fù)雜模具加工等國(guó)防軍工與民用領(lǐng)域，推動(dòng)了其所在行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步姓蜂；同時(shí)按厘，利用項(xiàng)目成果，形成了系列化大型牛頭電火花機(jī)床新產(chǎn)品钱慢，已成功用于中國(guó)航發(fā)南方工業(yè)有限公司逮京、蘇州中悅百毅光電科研開(kāi)發(fā)有限公司、南京歐霸機(jī)電有限公司束莫、寧波方正汽車模具有限公司等單位懒棉，提高了用戶的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，降低了生產(chǎn)成本览绿。

應(yīng)用項(xiàng)目成果加工的透平壓縮機(jī)策严、發(fā)動(dòng)機(jī)用整體閉式葉輪、導(dǎo)行轉(zhuǎn)子等關(guān)鍵零件饿敲，都是這些單位所承擔(dān)的國(guó)家國(guó)防重大項(xiàng)目涉及的零件以及重大技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目應(yīng)用零件享钞，解決了這些單位所承擔(dān)的國(guó)家國(guó)防重大項(xiàng)目中關(guān)鍵技術(shù)難題，為國(guó)家重要基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)诀蓉、能源等領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步提供了重要支撐泄楷。

與此同時(shí)，通過(guò)項(xiàng)目研發(fā)劝讯，推動(dòng)了我國(guó)大型精密六軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電火花成形裝備在設(shè)計(jì)眠荒、制造、加工工藝等方面的技術(shù)突破持乌，增強(qiáng)了我國(guó)大薄称、精、尖裝備的創(chuàng)新能力硫搏。同時(shí)丐忠，項(xiàng)目所開(kāi)發(fā)的技術(shù)，將為類似電火花成形機(jī)床的開(kāi)發(fā)提供技術(shù)支撐涝调，也將進(jìn)一步提升企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力坦推。

（中國(guó)機(jī)床工具工業(yè)協(xié)會(huì)）

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