六軸聯(lián)動空間搖動電火花加工方法
【專利摘要】一種數(shù)控加工【技術(shù)領(lǐng)域】的六軸聯(lián)動空間搖動電火花加工方法，通過對經(jīng)過初加工的工件進(jìn)行余量分級處理，即將工件表面與待加工表面之間的余量分成多級搖動表面并逐級降低各級之間的放電規(guī)準(zhǔn)，然后根據(jù)各級等距面得到的參考面對應(yīng)的位姿數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換得到電極運(yùn)動的數(shù)控加工代碼，并通過電極搖動將工件表面修光至設(shè)計(jì)所要求的尺寸精度和表面粗糙度。本發(fā)明使用CAD/CAM軟件分析搖動的誤差，并規(guī)劃搖動的軌跡，生成相應(yīng)的搖動數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)最多六軸同時(shí)參與的搖動加工。
【專利說明】六軸聯(lián)動空間搖動電火花加工方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種機(jī)械自動化【技術(shù)領(lǐng)域】的加工工藝，具體是一種在電火花成形 加工過程中能夠提升加工效果的支持最多六軸聯(lián)動的空間搖動電火花加工方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 電火花加工是利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時(shí)產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導(dǎo)電 材料的特種加工方法。電火花加工具有很多優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：加工時(shí)無切削力，能夠加工 普通加工方法難以加工的材料和復(fù)雜零件形狀，工具電極材料硬度可低于工件材料硬等。 因此，電火花加工在航空航天領(lǐng)域和模具制作等行業(yè)都有非常廣泛的應(yīng)用。
[0003] 電火花加工面臨的一個(gè)比較大的問題就是加工效率不高，要獲得更好的表面質(zhì)量 意味著采用更精細(xì)的放電歸準(zhǔn)，效率低的問題就更加突出。為此在加工過程中，電火花成形 加工一般會采用粗、中、精加工分級的方式。粗加工采用大能量的放電脈沖快速去除余量， 相應(yīng)的表面質(zhì)量差。而在中加工和精加工階段采用較低能量的放電脈沖來去除較少的余 量，從而提升加工后的表面質(zhì)量。在電火花加工過程中，材料去除效率與放電功率成正比關(guān) 系，導(dǎo)致雖然在精加工階段加工余量很小，但是依然需要耗時(shí)很長。而且，粗、中、精加工需 要更換相應(yīng)的電極，導(dǎo)致電極制作成本增加，同時(shí)也增加了相應(yīng)的電極更換的時(shí)間和人力 成本。
[0004] 為了解決上述問題，在模具加工領(lǐng)域，通常采用數(shù)控?fù)u動方式快速修光型腔的表 面，即讓數(shù)控電火花加工機(jī)床的工作臺（有時(shí)工具電極也會參與），沿著一定軌跡做微量附 加運(yùn)動來修光側(cè)壁?？抗ぷ髋_帶著工件逐步向外擴(kuò)張運(yùn)動，配合主軸的運(yùn)動和放電規(guī)準(zhǔn)的 逐級轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)型腔不同規(guī)準(zhǔn)的加工。通過搖動，可以在不增加精加工電極的情況下，僅通 過機(jī)床的附加運(yùn)動而逐步修光型腔的側(cè)面，使表面粗糙度達(dá)到較高的級別（如R a〇. 8 μ m及 以下），并可以加工出清棱、清角的側(cè)壁和底邊。
[0005] 搖動的實(shí)質(zhì)是增加工具電極與工件之間的微幅相對運(yùn)動，從而改善側(cè)壁放電狀 態(tài)，進(jìn)而提高加工效率。搖動加工功能通常由機(jī)床制造商內(nèi)置在電火花數(shù)控系統(tǒng)中，通過特 殊的指令在加工代碼中調(diào)用。電火花搖動加工有很多優(yōu)點(diǎn)，如在加工余量不大的情況下可 以不更換電極，使用電火花搖動加工一次性完成零件型腔的半精加工和精加工。這樣，可以 減少多次裝夾的重復(fù)定位誤差。同時(shí)，通過搖動加工，可以改善加工過程中的排屑，實(shí)現(xiàn)穩(wěn) 定加工。機(jī)床的搖動功能主要有平面搖動和球面搖動。平面搖動即搖動的軌跡位于XY平 面或者XZ平面或者YZ平面內(nèi)（一般選擇垂直于主運(yùn)動方向的平面），搖動的形式一般只有 圓形、方形、菱形、星形和十字等幾種形式。球面搖動即在電極主加工方向上附加一個(gè)很小 的球面運(yùn)動，但目前支持球面搖動的機(jī)床比較少。
[0006] 然而這些搖動功能都是針對模具加工的需要，主要在三軸或四軸聯(lián)動的電火花加 工機(jī)床上應(yīng)用。而現(xiàn)有的五軸乃至六軸聯(lián)動的數(shù)控電火花加工機(jī)床通常是在四軸聯(lián)動機(jī)床 的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，一般只是增加了一個(gè)或兩個(gè)回轉(zhuǎn)軸，以滿足電極空間復(fù)雜路徑進(jìn)給 的需要。而機(jī)床的搖動功能多采用直接繼承的方式，很明顯，簡單的平面搖動已經(jīng)不能匹配 旋轉(zhuǎn)軸上的運(yùn)動。五軸或六軸電火花加工機(jī)床，一般用作加工復(fù)雜零件，航空航天發(fā)動機(jī)閉 式整體葉盤當(dāng)類零件屬其中的重點(diǎn)。但由于閉式整體葉盤零件加工的特殊性，原有的搖動 功能已無法支持五軸乃至六軸聯(lián)動加工模式。
[0007] 經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻(xiàn)號CN1290583A，公開（公告）日期 2011. 04. 11，公開了一種基于數(shù)控技術(shù)的電火花加工電極補(bǔ)償方法，該技術(shù)先利用現(xiàn)有的 CAD/CAM軟件生成加工電極的數(shù)控刀軌，然后根據(jù)電火花成型加工中電極的搖動方式，如矢 量搖動或平面圓搖動以及搖動量，采用相應(yīng)的算法對數(shù)控刀軌進(jìn)行補(bǔ)償。將電極修正中遇 到的復(fù)雜的自由曲面處理問題轉(zhuǎn)化為簡單的對數(shù)控刀軌的處理，從而大大簡化了電極修正 的理論模型。但該方法只是對電極模型進(jìn)行補(bǔ)償，使用的搖動方式仍為矢量搖動和平面搖 動，搖動的運(yùn)動依然集中于平面內(nèi)，對于機(jī)床的運(yùn)動軸利用較少，并沒有改變搖動運(yùn)動的方 式。在復(fù)雜零件的多軸聯(lián)動加工時(shí)，尤其是有較多轉(zhuǎn)動軸參與的加工過程中，應(yīng)用會受到一 定限制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種六軸聯(lián)動空間搖動電火花加工方 法，使用CAD/CAM軟件分析搖動的誤差，并規(guī)劃搖動的軌跡，生成相應(yīng)的搖動數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)最 多支持六軸同時(shí)參與的搖動加工。
[0009] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明通過對經(jīng)過粗加工的工件進(jìn)行余量分 級處理，即將工件表面與待加工表面之間的余量分成多級搖動表面并逐級降低各級之間的 放電規(guī)準(zhǔn)，然后根據(jù)各級等距面得到的參考面對應(yīng)的位姿數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換得到電極運(yùn)動的數(shù)控加 工代碼，并通過電極搖動將工件表面修光至設(shè)計(jì)所要求的尺寸精度和表面粗糙度。
[0010] 所述的多級是指：將搖動加工的余量劃分為若干級搖動表面，每一級對應(yīng)一種電 火花放電規(guī)準(zhǔn)，保持放電規(guī)準(zhǔn)逐級減小，獲得每一級加工的最終位置表面；
[0011] 所述的參考面通過以下方式得到：在每一級搖動到下一級搖動表面之間以最小的 搖動步長插入的若干等距面，按照該級別搖動的放電間隙偏置電極表面即為參考面。
[0012] 所述的位姿數(shù)據(jù)是指：在同一級搖動過程中，以相鄰兩級搖動表面依次為起點(diǎn)和 終點(diǎn)，移動參考面，并在參考面與等距面重合的位置，選擇若干等距面的切向方向?qū)⒖济?進(jìn)行移動，移動步距為搖動步長，同時(shí)微調(diào)旋轉(zhuǎn)軸姿態(tài)，保證兩個(gè)面之間的最大法向距離小 于允差要求，否則放棄當(dāng)前移動矢量，重新進(jìn)行選擇，并記錄微調(diào)之后的參考面位姿數(shù)據(jù)。
[0013] 所述的轉(zhuǎn)換是指：將參考面位姿數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電極各個(gè)軸的運(yùn)動姿態(tài)，形成最多六 軸同時(shí)參與的搖動軌跡并輸出數(shù)控加工代碼。 技術(shù)效果
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明涉及的搖動的軌跡不再局限在平面內(nèi)，而是根據(jù)需要在 三維空間內(nèi)的多軸聯(lián)動的微幅運(yùn)動，最多可以支持六軸聯(lián)動的搖動，對于電火花加工會更 加有利。本發(fā)明涉及的搖動軌跡形式更加靈活，可以根據(jù)電極和工件形面進(jìn)行調(diào)整，針對自 由曲面的工件加工也可以使用，軌跡相比傳統(tǒng)的搖動方法也更加光滑，在微小空間內(nèi)運(yùn)動 可以使得放電更加穩(wěn)定。同時(shí)，本發(fā)明涉及的搖動的步長可控，一般為微米級別，可以根據(jù) 電極和工件形貌進(jìn)行調(diào)整。其次，本發(fā)明涉及的搖動方法采用CAD軟件內(nèi)分析搖動的誤差， 可以確保搖動的誤差滿足允差要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的電火花加工各運(yùn)動軸定義的示意圖。
[0016] 圖2是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的多軸搖動軌跡獲取流程圖。
[0017] 圖3是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的等距面和參考面。
[0018] 圖4是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】中的等距面上切向運(yùn)動。

【具體實(shí)施方式】
[0019] 下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。 實(shí)施例1
[0020] 如圖1所示，展示了閉式整體葉盤電火花加工中六軸聯(lián)動電火花加工機(jī)床的各坐 標(biāo)軸的定義。圖2為六軸聯(lián)動空間搖動軌跡獲取的流程圖。本方法使用CAD/CAM軟件分析 搖動的誤差，并規(guī)劃搖動的軌跡，生成相應(yīng)的搖動數(shù)據(jù)，通過數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)最多六軸參與的 搖動加工。具體做法是：將搖動加工的總余量劃分級數(shù)，每一級對應(yīng)一種逐級減小的電火花 放電規(guī)準(zhǔn)。在相鄰終位形面之間插入間距為最小搖動步長的等距面，根據(jù)每一級放電間隙 偏置電極表面形成參考面，以等距面為終點(diǎn)移動參考面，并在參考面貼近等距面的位置，選 擇若干等距面的切向方向移動參考面，沿各個(gè)直線軸和旋轉(zhuǎn)軸微調(diào)等距面的姿態(tài)，使得參 考面與等距面之間的的法向距離最小，具體為：
[0021] 為了不失一般性，在第i級搖動和第i+Ι級搖動終位表面之間，均勻插入間距為最 小搖動步長（一般為微米級別）的等距面，如圖3所示。將電極的表面也偏置放電間隙的 距離，作為參考平面。以等距面為終點(diǎn)移動參考面，并在參考面貼近每一個(gè)等距面的位置， 在等距面上選取若干切向矢量作為參考面的移動方向，如圖4所示。沿著這些方向以最小 搖動步長移動參考面，然后調(diào)整旋轉(zhuǎn)軸上的姿態(tài)，保證兩個(gè)面之間的最大法向距離小于允 差要求。如果最大的法向距離大于允差要求，則需要重新選擇切向矢量進(jìn)行運(yùn)動。記錄參 考面上的運(yùn)動的位姿數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換成為電極各個(gè)軸運(yùn)動姿態(tài)的輸出，成為電極搖動軌跡，并 輸出相應(yīng)的數(shù)控代碼。
[0022] 最后，通過電極搖動將工件表面修光至設(shè)計(jì)所要求的尺寸精度和表面粗糙度。
[0023] 從實(shí)際加工效果來看，在本實(shí)施例中，工件材料選為鎳基高溫合金Inconel718,電 極材料選擇PCO EDM-C3滲銅石墨，通過兩級搖動（即分別采用中加工基準(zhǔn)和精加工基準(zhǔn) 進(jìn)行搖動），可以將粗加工之后的表面粗糙度提升至Ral. 184 μ m，而不使用搖動而采用相 同參數(shù)加工完成的工件表面粗糙度Ra為2. 227 μ m?？梢姸噍S搖動加工的對于表面修光的 作用明顯。同時(shí)，兩次搖動采用同一電極，相比不采用搖動需要粗、中、精加工三類電極，可 以減少電極數(shù)目。
【權(quán)利要求】
1. 一種六軸聯(lián)動空間搖動電火花加工方法，其特征在于，通過對經(jīng)過粗加工的工件進(jìn) 行余量分級處理，即將工件表面與待加工表面之間的余量分成多級搖動表面并逐級降低各 級之間的放電規(guī)準(zhǔn)，然后根據(jù)各級等距面得到的參考面對應(yīng)的位姿數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換得到電極運(yùn)動 的數(shù)控加工代碼，并通過電極搖動將工件表面修光至設(shè)計(jì)所要求的尺寸精度和表面粗糙 度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的多級是指：將搖動加工的余量劃分為 若干級搖動表面，每一級對應(yīng)一種電火花放電規(guī)準(zhǔn)，保持放電規(guī)準(zhǔn)逐級減小，獲得每一級加 工的最終位置表面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的參考面通過以下方式得到：在每一級 搖動到下一級搖動表面之間以最小的搖動步長插入的若干等距面，按照該級別搖動的放電 間隙偏置電極表面，獲取參考面。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所述的位姿數(shù)據(jù)是指：在同一級搖動過程 中，以相鄰兩級搖動表面依次為起點(diǎn)和終點(diǎn)，移動參考面，并在參考面與等距面重合的位 置，選擇若干等距面的切向方向?qū)⒖济孢M(jìn)行移動，移動步距為搖動步長，同時(shí)微調(diào)旋轉(zhuǎn)軸 姿態(tài)，保證兩個(gè)面之間的最大法向距離小于允差要求，否則放棄當(dāng)前移動矢量，重新選擇， 并記錄微調(diào)之后的參考面位姿數(shù)據(jù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征是，所述的轉(zhuǎn)換是指：將參考面位姿數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)換成電極各個(gè)軸的運(yùn)動姿態(tài)，形成支持最多六軸同時(shí)參與的搖動軌跡并輸出數(shù)控加工代 碼。
【文檔編號】B23H7/26GK104084654SQ201410336174
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】趙萬生, 康小明, 梁為, 奚學(xué)程, 陳默, 陳昊 申請人:上海交通大學(xué)