基于G指令的電極聯(lián)動(dòng)加工研究

摘要：電極加工在現(xiàn)代模具制造業(yè)中，與磨削、銑削、車削和線割具有同等地位。電極加工是非接觸加工，具有加工精度高，無(wú)切削力，無(wú)噪音污染，自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。但隨著電極應(yīng)用越來(lái)越廣泛，電極加工的精度和效率成為制約模具發(fā)展的一個(gè)重要因素。文章著重介紹了基于G指令電極聯(lián)動(dòng)加工的軟件開發(fā)和自動(dòng)化工裝夾具的應(yīng)用，提出了電極自動(dòng)化加工的方式和策略。

關(guān)鍵詞：電極 自動(dòng)化加工 聯(lián)程軟件 G指令

1 概述

電極加工利用電腐蝕的原理工作，可以把模具型腔或型芯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如深孔、窄槽、小圓角以及尖角等轉(zhuǎn)換成容易加工的電極外部形狀，所以電極在模具加工中的應(yīng)用非常廣泛。加工電極要求精度高，周期短，傳統(tǒng)的加工電極的方法存在加工效率低，加工精度難以保證的問(wèn)題。因此如何提高加工電極的效率和加工精度，成為模具工業(yè)中的一個(gè)重要問(wèn)題。本文的研究基于數(shù)控加工于編程G指令，利用C++程序語(yǔ)言開發(fā)加工程序管理軟件，對(duì)加工后處理程序加以工序管理，輔助以使用自動(dòng)化裝夾工裝，大大提高加工電極的效率。

2 傳統(tǒng)加工電極方法的描述和分析

長(zhǎng)期以來(lái)，模具加工企業(yè)用黃銅或石墨作為電極加工的基體，用車削、銑削、磨削的方式加工電極，其中銑削占有90%以上的加工量。隨著加工技術(shù)的發(fā)展和數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用，數(shù)控銑高速加工電極成為模具EDM加工中的重點(diǎn)。雖然數(shù)控銑加工電極簡(jiǎn)單快捷，但是每加工一個(gè)電極都要進(jìn)行獨(dú)立的裝夾、找正和確定加工基準(zhǔn)，以及調(diào)用加工程序的操作，導(dǎo)致CNC加工時(shí)間占總加工時(shí)間的比例非常低。以GE模具廠為例進(jìn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)，裝夾一個(gè)電極并進(jìn)行校表分中，平均用時(shí)10分鐘，大型電極需要2個(gè)人協(xié)同操作，甚至用時(shí)20分鐘才能完成，而完成一個(gè)普通電極的CNC加工程序平均用時(shí)小于5分鐘，占加工總時(shí)間的比例小于1/3。分析認(rèn)為，降低輔助工序占用加工時(shí)間的比例是提高電極加工效率的有效途徑。

3 基于G代碼的聯(lián)動(dòng)加工研究

統(tǒng)計(jì)顯示，輔助工序占用時(shí)間主要分布在裝夾、找正、找基準(zhǔn)、調(diào)用加工程序等工序上。裝夾、找正工序可以利用自動(dòng)裝夾工裝有效降低工序時(shí)間。原理是自動(dòng)裝夾工裝的裝夾采用氣動(dòng)裝夾方式，裝夾牢靠，一定范圍內(nèi)任意尺寸的電極加工基體裝夾在工裝上即完成裝夾和對(duì)中操作，電極基體的中心和工裝裝夾標(biāo)準(zhǔn)塊的中心重合。

本文研究的重點(diǎn)是利用G指令管理電極基體的加工位置，并通過(guò)程序管理軟件自動(dòng)分配給加工程序，利用程序管理軟件實(shí)現(xiàn)電極聯(lián)動(dòng)加工。

3.1 利用G代碼對(duì)自動(dòng)裝夾電極基體基準(zhǔn)位置賦值

電極加工之前，自動(dòng)裝夾工裝已經(jīng)安裝完畢，工裝的位置一經(jīng)安裝一般情況下不再變動(dòng)。通過(guò)分中操作，確定工裝的中心位置并作為工件位置和數(shù)控銑床的零點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行校核，確定為工件坐標(biāo)。自動(dòng)化工裝是標(biāo)準(zhǔn)工裝，具有較高的位置精度，故可以通過(guò)G指令對(duì)工裝上電極基體的裝夾標(biāo)準(zhǔn)塊位置進(jìn)行賦值。在一個(gè)程序中，最多可以設(shè)置6個(gè)工件坐標(biāo)系，即使用6個(gè)模態(tài)指令，分別為G54、G55、G56、G57、G58、G59。相對(duì)于傳統(tǒng)加工方式中用G54建立獨(dú)立的工件坐標(biāo)系，此處利用6個(gè)模態(tài)指令對(duì)工裝上標(biāo)準(zhǔn)塊的位置進(jìn)行了賦值，并輸入到相應(yīng)的寄存器如G54寄存器中。Z軸坐標(biāo)原點(diǎn)統(tǒng)一選取在裝夾標(biāo)準(zhǔn)塊的上表面。

3.2 利用G代碼對(duì)工裝標(biāo)準(zhǔn)位置進(jìn)行拓展

按照G指令的原則，在一個(gè)程序中最多可以利用模態(tài)指令設(shè)置6個(gè)坐標(biāo)系，對(duì)工裝一次裝夾數(shù)量仍有限制?；?，利用G51.1指令，設(shè)置可編程鏡像有效，設(shè)定6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊位置為一個(gè)工件，并對(duì)此工件進(jìn)行鏡像，2次鏡像后工裝可用位置達(dá)24個(gè)，基本達(dá)到一次裝夾數(shù)量要求。本文研究認(rèn)為，一個(gè)工裝確定16個(gè)標(biāo)準(zhǔn)裝夾位置，即1次最多加工16個(gè)電極，已基本達(dá)到加工要求。

3.3 利用C++程序語(yǔ)言編制加工程序管理軟件

通過(guò)工裝標(biāo)準(zhǔn)夾塊和G代碼的應(yīng)用，可以有效解決電極基體的基準(zhǔn)確定，有效的縮短了加工電極時(shí)裝夾和找正、確定基準(zhǔn)的輔助時(shí)間。傳統(tǒng)的電極加工方式中加工程序直接用G54指令，直接調(diào)用工件坐標(biāo)系進(jìn)行加工。使用G54-G59模態(tài)指令，需要編制加工程序管理軟件對(duì)加工程序進(jìn)行管理。

3.3.1 坐標(biāo)系賦值

管理軟件需要對(duì)16個(gè)電極的加工程序進(jìn)行管理，首先就要對(duì)加工程序位置進(jìn)行管理。利用程序語(yǔ)言將調(diào)入軟件的加工程序坐標(biāo)系G代碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)位置的存儲(chǔ)在機(jī)床寄存器中的標(biāo)準(zhǔn)塊位置G代碼。如使用12個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊的工裝，管理軟件認(rèn)為裝夾在機(jī)床上的一共4個(gè)工件，每個(gè)工件利用G54-G56定義3個(gè)工件坐標(biāo)系。將3個(gè)存儲(chǔ)在機(jī)床寄存器中的G指令位置進(jìn)行鏡像達(dá)到12個(gè)并賦值給各個(gè)電極的加工程序。

前述12個(gè)電極通過(guò)工裝標(biāo)準(zhǔn)塊進(jìn)行裝夾，XY方向的位置通過(guò)G代碼以及管理軟件的應(yīng)用已經(jīng)完成確定，每次換刀影響到的是Z方向基準(zhǔn)的確定。故，Z方向的基準(zhǔn)的選取成為影響基準(zhǔn)精度的關(guān)鍵因素。傳統(tǒng)加工方式中，加工電極Z方向一般選在電極頂面上，一方面的原因是電極底面基準(zhǔn)不確定；另一個(gè)方面的原因是電極頂面對(duì)刀相對(duì)容易，電極加工模具型腔時(shí)Z方向的基準(zhǔn)由加工電極時(shí)加工出的基準(zhǔn)面確定。使用標(biāo)準(zhǔn)工裝后，基準(zhǔn)面確定為加工標(biāo)準(zhǔn)塊的上表面，提高了效率和精度，體現(xiàn)在一是所有電極基體安裝的標(biāo)準(zhǔn)塊的上表面統(tǒng)一，每使用1把刀只需對(duì)刀一次即可以完成所有電極的加工，一是工裝留有獨(dú)立的精準(zhǔn)的對(duì)刀面，以方便每次Z方向的對(duì)刀。

3.3.2 工序管理

傳統(tǒng)的加工電極的方式，是每個(gè)加工程序?qū)?yīng)1把加工刀具，每使用一次刀具都要進(jìn)行Z位置的基準(zhǔn)校核。校核后將工件坐標(biāo)系賦值給加工程序的G代碼。這種加工方式不但換刀工序浪費(fèi)大量的時(shí)間，而且每次對(duì)刀存在對(duì)刀誤差，對(duì)加工精度存在非常大的影響。為解決此問(wèn)題，筆者試圖利用程序管理軟件通過(guò)對(duì)加工程序的管理，減少換刀次數(shù)，通過(guò)減少換刀次數(shù)達(dá)到提高加工精度的目的。

加工程序管理軟件通過(guò)程序語(yǔ)言提取加工程序中的T代碼，即所有加工程序中的刀具代碼，實(shí)現(xiàn)裝夾在工裝上的所有電極使用同一把刀加工的程序被提取出來(lái)。程序管理軟件打破一個(gè)電極的所有加工程序從頭到尾加工完的常規(guī)，按照用刀原則發(fā)送加工程序，實(shí)現(xiàn)所有電極使用相同刀具的加工程序一起加工完，不用換刀，大大節(jié)省換刀工序時(shí)間和避免對(duì)刀產(chǎn)生的誤差。

3.3.3 交互

加工程序管理軟件需要為用戶操作提供方便的交互界面。利用C++編程語(yǔ)言，可以很好的實(shí)現(xiàn)用戶交互界面的設(shè)定。軟件交互界面設(shè)定12-16個(gè)對(duì)話窗口，對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)安裝工裝上12-16個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊位置，操作者使用時(shí)只需要把對(duì)應(yīng)位置電極的加工程序放到對(duì)應(yīng)位置的軟件窗口中，避免誤操作。

3.4 使用電極聯(lián)動(dòng)加工需要關(guān)注的問(wèn)題

3.4.1 電極坯料和電極模型尺寸差異不可過(guò)大

電極坯料尺寸即電極基體模型的尺寸，電極加工是以基體對(duì)稱中心點(diǎn)為基準(zhǔn)進(jìn)行加工的。如果坯料尺寸和基體模型尺寸差異較大，會(huì)造成開粗不到位或開粗吃刀量多大。嚴(yán)重時(shí)可以造成裝夾的電極在大吃刀量力的作用下松動(dòng)，或者造成刀具彈跳過(guò)大，影響電極加工精度。聯(lián)動(dòng)加工時(shí)一把刀精度不準(zhǔn)確會(huì)造成所有加工的電極精度受到影響。

3.4.2 使用管理軟件交互時(shí)注意位置的準(zhǔn)確

使用加工程序管理軟件進(jìn)行電極聯(lián)動(dòng)加工，因?yàn)檩^多數(shù)量的電極同時(shí)加工，需要注意聯(lián)動(dòng)加工程序和電極位置的一一對(duì)應(yīng)。在聯(lián)動(dòng)加工軟件上，交互窗口的同一性是容易造成位置混淆的因素，在以后軟件升級(jí)過(guò)程中需要對(duì)不同位置進(jìn)行顏色標(biāo)識(shí)，以防止加入加工程序時(shí)造成錯(cuò)位。

4 結(jié)論

隨著模具工業(yè)的發(fā)展，電極的加工精度和效率已經(jīng)成為影響模具發(fā)展的一個(gè)重要因素。使用新型的電極材料，提高電極的加工質(zhì)量和效率，逐漸受到人們的關(guān)注。引進(jìn)新型的自動(dòng)化工裝，并基于G指令代碼開發(fā)自動(dòng)加工聯(lián)程軟件，有效的減少了輔助加工時(shí)間所占比例，減少了換刀次數(shù)，提高了電極加工精度?？梢允闺姌O的加工精度由傳統(tǒng)的+0.03mm提高到±0.005mm，電極加工效率提高83%，電極加工人員統(tǒng)計(jì)減員達(dá)53%。實(shí)現(xiàn)了電極加工0等待，基本消除電極周轉(zhuǎn)所需要的時(shí)間和場(chǎng)地。

自動(dòng)化工裝的應(yīng)用和基于G指令的電極聯(lián)動(dòng)加工軟件的開發(fā)，改變了傳統(tǒng)的電極加工理念，開創(chuàng)了電極類小而量大零件的加工新理念。很好的縮短了模具產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，制造質(zhì)量，降低成本，為產(chǎn)品搶占市場(chǎng)贏得寶貴時(shí)間，為企業(yè)贏得更高的利潤(rùn)空間，更加適應(yīng)市場(chǎng)需求。

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