靖江郊仓人力资源有限公司

摘要:針對電火花成型加工中由于電極圓形平動產(chǎn)生的加工誤差，提出了圓形平動補償修正原理，開發(fā)了電極圓形平動補償系統(tǒng)。實驗證明，該系統(tǒng)有效減少了加工誤差，提高了加工精度。

關(guān)鍵詞:電火花加工；圓形平動

電火花加工是利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導電材料的特種加工方法，又稱放電加工或電蝕加工，英文簡稱EDM。電火花加工的主要用于加工具有復(fù)雜形狀的型孔和型腔的模具和零件；加工各種硬、脆材料，如硬質(zhì)合金和淬火鋼等；加工深細孔、異形孔、深槽、窄縫和切割薄片等；加工各種成形刀具、樣板和螺紋環(huán)規(guī)等工具和量具。

由于電火花加工的原理是利用電極與工具之間的電壓差所產(chǎn)生的火花放電形成的瞬時能量來蝕出材料，因此加工之后的工件形狀與設(shè)計要求通常會產(chǎn)生一定的偏差。為了減少這種誤差，必須對電極進行修正。目前通用的做法有兩種，一種是憑經(jīng)驗通過手工修配對電極進行修正，另一種是在CAD系統(tǒng)中對電極三維模型進行曲面均勻偏置。

手工對電極進行修配效率低、勞動強度大、質(zhì)量不穩(wěn)定，而在CAD系統(tǒng)中簡單地對產(chǎn)品的三維模型進行均勻偏置得到電極模型的方法仍然存在較大的誤差。

本文提出了基于NC刀軌的電極圓形平動補償修正方法，利用VC平臺開發(fā)了EDM電極圓形平動補償系統(tǒng)，通過修正電極加工過程中的運動軌跡實現(xiàn)補償，達到減少加工誤差、提高加工精度的目的。

在電火花成型加工中，電極的圓形平動的軌跡在XY平面內(nèi)是一個圓，如圖1所示。由于我們可以將電極看作是剛體，因此電極上的任一點代表了整個電極的運動。在如圖1中，示意表示了電極平動的運動軌跡，其中中間是不平動時的位置，周圍的電極是運

動的軌跡位置，圖中為了使運動的情況表達清楚，故意把運動軌跡夸大。

圖1圓形平動的運動軌跡

電極在圓形平動中，使型腔在向外擴張，擴張的程度與電極圓形平動的平動半徑直接相關(guān)。如圖2中，左圖是電極圓形平動后的型腔情況，右圖是電極圓形平動誤差形狀原理圖。由圖中可見，電極圓形平動的誤差形狀也是電極平動軌跡的最大包絡(luò)曲面。

圖2圓形平動誤差形狀

在電極的圓形平動中，電極上的每一點都是做圓形平動，平動擴張后的電極型腔是一系列平動圓形軌跡的外包絡(luò)線，由此可見，運動后的型腔是電極的外輪廓向外擴張了平動軌跡的半徑。所以，對于圓形平動的電極補償修正，可以使電極的輪廓向里縮小平動軌跡的一個半徑值，電極的輪廓縮小一個平動半徑后的輪廓就是運動軌跡的內(nèi)包絡(luò)線。如圖3所示。

圖3圓形平動的補償修正

電極的圓形平動的補償修正，是將電極的輪廓沿著電極曲面的內(nèi)法矢在XY平面的投影偏置圓形平動軌跡的半徑，按照公式（1）進行計算。

（1）

式中：

：補償后的電極曲面；

：理想型腔曲面

：理想型腔曲面在計算點P處的法矢在XY平面上的投影；

：圓形平動軌跡的半徑。

圓形平動的電極平動補償修正要求刀軌是行切刀軌，也就是在產(chǎn)品造型上生成數(shù)控程序時刀軌平面垂直于電極平動的軸線（Z軸），即XY平面。圖4所示是行切刀軌的情況。

圖4行切刀軌

對于一條行切刀軌上的n個點，記為Ql（l＝1，2，…，n），對于每一個刀位點，按照下面的公式（2）進行圓形平動的補償修正。

（2）

式中：

——電極圓形平動的半徑；

——刀位點所在刀軌在處的外法矢量，可用下面公式進行計算。

式中：

q：點的下標記號，由刀軌的總刀位點數(shù)和需要計算的刀位點的下標號計算求得，表達式如公式（3）所示。其中“％”式模除符號。

（3）

以圖4中的一條刀軌，按照上述的圓形平動補償方法，補償修正后的刀軌如圖5所示。

圖5圓形平動補償示例

基于VC平臺開發(fā)的EDM電極圓形平動補償系統(tǒng)，其開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)主要有以下幾個步驟：

1、數(shù)控程序的讀取與存取

基于NC刀軌的系統(tǒng)開發(fā)，需要讀取用戶提供的數(shù)控程序，提取數(shù)控程序中的有效刀位點，并整理形成規(guī)定的信息，最后存放起來，形成原始的數(shù)據(jù)供給后續(xù)的處理工作。

由于數(shù)控程序所包含的刀位點可能非常大，如果直接保存在系統(tǒng)的內(nèi)存中，可能使系統(tǒng)溢出或者占用內(nèi)存后使系統(tǒng)運行速度下降。因此，需要將刀位點整理形成規(guī)定的格式，保存到系統(tǒng)硬盤中的文件中。在系統(tǒng)實現(xiàn)時，需要先開辟一個臨時文件來保存提取出來的刀位點信息，在補償計算完成后，再將臨時文件刪除。

數(shù)據(jù)的存取與數(shù)據(jù)的讀取基本采用相同的方法與思路。由于數(shù)控程序的刀位點可能非常多，無法將這些刀位點保存在系統(tǒng)內(nèi)存中，而只能保存在硬盤中的文件中。刀位點信息的存取在補償過程中需要經(jīng)常進行，刀位點的存放和讀取相當重要。

2、數(shù)控刀軌的識別及分離

電火花成型加工電極平動補償是基于數(shù)控刀軌的，因此在補償計算之前需要對數(shù)控程序的刀位點進行識別和分離。分離之后的刀位點都以刀軌的形式進行操作，因此需要記錄刀軌的數(shù)量、每一條刀軌的總的刀位點數(shù)，以及在刀軌所存儲的文件中每一條刀軌的起始位置。

3、刀軌的補償計算

刀軌補償計算是系統(tǒng)實現(xiàn)的核心。刀軌的補償計算包括刀軌文件的讀取、法矢量的計算和補償后的刀軌的保存。

刀軌的讀取可以通過刀軌信息數(shù)組中所含有的刀軌在刀軌文件中的起始位置和該刀軌的總刀位點數(shù)來進行；法矢量的計算可由圓形平動的NC刀軌補償修正方法中的公式（2）來實現(xiàn)；完成刀位點的補償后，按照存儲刀位點信息的方法，將其存放在開辟的保存補償后刀位點文件中。刀位點的序號與分離后的刀軌刀位點序號相同。

4、補償計算的交互修正

由于系統(tǒng)在補償計算時可能出現(xiàn)誤差，需要進行修正補償，因此系統(tǒng)提供用戶交互修正的功能。

對于完成補償計算后的刀軌，系統(tǒng)首先逐條顯示該刀軌補償前后的對比情況，用戶通過觀察補償計算，找出奇異點，并用鼠標捕捉需要修正的點，拖動到合適的位置，釋放鼠標，完成刀位點的修正。完成整一條刀軌的修正后，如果需要對修正的結(jié)果滿意，可以確定修正，系統(tǒng)將修正后的刀位點寫入補償文件。

系統(tǒng)開發(fā)的流程圖如圖6所示。

圖6系統(tǒng)開發(fā)流程圖

為了驗證電極圓形平動修正原理的可靠性，按如下方法進行試驗：

（1）在三維軟件中生成直徑分別為20mm、40mm、60mm的半球形電極，并依次生成電極加工的數(shù)控程序；

（2）利用電極圓形平動補償系統(tǒng)依次對三個數(shù)控程序進行修正；

（3）在數(shù)控機床上對三個未補償與已補償?shù)臄?shù)控程序分別進行加工，平動量為1mm；

（4）利用三坐標測量儀對加工之后的型腔進行測量，并對數(shù)據(jù)進行分析。

表1試驗結(jié)果數(shù)據(jù)對比

項目