電火花銑削中電極損耗的聯(lián)合補(bǔ)償研究

張 歡，余 麗

（江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，江蘇淮安223003）

電火花銑削中電極損耗的聯(lián)合補(bǔ)償研究

張 歡，余 麗

（江蘇食品藥品職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，江蘇淮安223003）

在電火花銑削加工中，工作電極的損耗是影響加零件工精度的重要因素。研究了一種電極損耗聯(lián)合補(bǔ)償方法，通過UG后處理程序與基準(zhǔn)平面定位補(bǔ)償法相結(jié)合，對(duì)電極損耗進(jìn)行了有效補(bǔ)償。

電火花銑削；電極損耗；聯(lián)合補(bǔ)償

電火花銑削加工與電火花成型加工有著類似的加工方式，都是通過工作電極放電腐蝕的方式進(jìn)行材料切除。在電火花銑削過程中，由于電極放電面積與加工表面面積之比遠(yuǎn)小于電火花成型加工，因而在電極體損耗率相同情況下，電火花銑削加工中電極損耗對(duì)加工精度造成的影響更大，有必要對(duì)電極損耗的補(bǔ)償方法進(jìn)行研究。本文嘗試了一種電極損耗聯(lián)合補(bǔ)償方法，對(duì)電極損耗進(jìn)行了有效補(bǔ)償，提高了零件加工精度。

1 損耗模型的建立

電火花銑削加工零件時(shí)，可將整個(gè)加工過程視為分層加工，其中每一層的加工又視為多道直線溝槽加工的疊加[1]。如圖1所示，加工前，將代加工毛坯表面看作一理想水平面，并保證電極側(cè)面與底面具有相等的放電間隙。加工開始后，工作電極先向Z軸負(fù)方向加工單層深度，再沿水平方向運(yùn)動(dòng)，如此往復(fù)，直至型腔加工完成。

圖1 電火花銑削型腔

通過實(shí)驗(yàn)，采集加工過程中毛坯已加工表面高度z與電極加工距離x，可發(fā)現(xiàn)兩者關(guān)系是一條指數(shù)曲線，即z=f（x），如圖2所示[2]。

圖2 已加工表面高度變化曲線

2 工作電極損耗的補(bǔ)償

因?yàn)閳D2所示的工件已加工表面高度的變化是由于工作電極的損耗引起的。所以，工件已加工表面高度的變化曲線正是工作電極的運(yùn)動(dòng)軌跡。因此，在工件加工前，可先計(jì)算出銑削長(zhǎng)度x時(shí)電極的損耗值，加工時(shí)，將此損耗值補(bǔ)償?shù)郊庸こ绦蛑衃3]，即電極在加工過程中，除了正常銑削運(yùn)動(dòng)外，再附加上一個(gè)Z軸負(fù)方向的補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)。

如圖3所示，設(shè)原工作電極的運(yùn)動(dòng)曲線為f1（x），電極附加的補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)曲線為f2（x），加入補(bǔ)償后電極的實(shí)際運(yùn)動(dòng)曲線為f3（x）.f3（x）=f1（x）+f2（x），加工中工作電極的實(shí)際運(yùn)動(dòng)是兩者的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。

圖3 電極復(fù)合運(yùn)動(dòng)

3 基于UG后處理程序的電火花銑削聯(lián)合補(bǔ)償

電火花銑削加工過程中，導(dǎo)致電極損耗的因素很多，加工中即使使用相同的工藝參數(shù)，電極損耗率也在動(dòng)態(tài)變化。單一的電極損耗補(bǔ)償方法，很難保證工件加工精度穩(wěn)定。為了解決這一問題，可先使用UG后處理程序?qū)﹄姌O損耗進(jìn)行補(bǔ)償[4-5]，在電極銑削了一定長(zhǎng)度后，再利用基準(zhǔn)平面定位法對(duì)電極的位置進(jìn)行校正。這種以后處理程序補(bǔ)償法為主，基準(zhǔn)平面定位補(bǔ)償法為輔的多重補(bǔ)償方法即為聯(lián)合補(bǔ)償法。

（1）后處理程序補(bǔ)償法

因電極損耗隨銑削距離x變化而變化，因此可在后處理中Z變量進(jìn)行相應(yīng)的改變，即

z=z0-x·θ

其中：z為電極實(shí)際z坐標(biāo)；z0為電極編程z坐標(biāo)；θ為電極損耗率；x為電極銑削運(yùn)動(dòng)距離。

因?yàn)閁G后處理程序中沒有銑削距離x變量，所以需要通過“S｜mom_motion_distance”變量間接設(shè)置，其值為x+x1.其中：x為電極的銑削長(zhǎng)度，即線性移動(dòng)（G1）、圓弧運(yùn)動(dòng)（G2、G3）距離；x1為電極空運(yùn)行距離，即快速移動(dòng)（G0）運(yùn)動(dòng)距離。

1）線性移動(dòng)

打開UG后處理事件定義文件，將線性移動(dòng)事件“BLOCK_TEMPLATElinear_move”中變量名稱Z=S｜mom_pos（2）修改為Z=S｜mom_pos（2）-S｜mom_motion _distance×θ，并使用機(jī)床的R參數(shù)來表征θ，即Z=S｜mom_pos（2）-S｜mom_motion_distance×R.在實(shí)際加工過程中，可通過調(diào)整R參數(shù)修改電極損耗。

2）圓弧移動(dòng)

“S｜mom_motion_distance”不能表示兩位置點(diǎn)間的圓弧距離，因此需要利用TCL語(yǔ)言，使用mom變量，定義一個(gè)計(jì)算圓弧距離的表達(dá)式。

式中:S｜mom_arc_angle為運(yùn)動(dòng)圓弧的圓心角；S｜mom_arc_radius為圓弧半徑。

然后在圓弧移動(dòng)事件“BLOCK_TEMPLATE circ ular_move”中將變量名稱修改為。

Z=S｜mom_pos（2）-S｜mom_arc_angle

（2）基準(zhǔn)平面定位補(bǔ)償方法

該補(bǔ)償法是指電極先沿水平方向加工指定的距離x0，然后在Z軸方向進(jìn)行補(bǔ)償。具體實(shí)施時(shí)，可在“BLOCK_TEMPLATElinear_move”和“BLOCK_TEMPL ATE circular_move”中各添加一個(gè)新地址，用于生成每行NC加工程序中電極的銑削距離，用xi表示。其VB開發(fā)流程圖如圖4所示。

圖4 基準(zhǔn)平面定位補(bǔ)償法流程圖

基準(zhǔn)平面定位校正補(bǔ)償代碼如下：

主程序

G90；絕對(duì)坐標(biāo)編程；

G0 X0 Y0 Z20；電極快速至原點(diǎn)上方20 mm；

G1 Z-0.1；電極下降至Z0.1 mm處；

Y25；加工至Y 25 mm處；

M98 P1111；調(diào)用基準(zhǔn)平面定位補(bǔ)償子程序；

G1 Y50；加工至Y 50 mm處；

Z20；電極沿退至Z20 mm位置；

M2；結(jié)束。

子程序

O1111；子程序名

G90；絕對(duì)坐標(biāo)編程；

G83 X002 Y003 Z004；記錄坐標(biāo)；

G0 Z20；電極定位到Z20mm位置；

X10 Y10；快速定位；

G80 Z-（Z0）；打開接觸感知，沿Z-軸定位至基準(zhǔn)點(diǎn)；

G92 Z0；將Z0設(shè)為接觸點(diǎn)；

G0 M5 Z20；關(guān)閉接觸感知，電極快速抬高至Z20 mm；

XH002 YH003 ZH004；電極回到記錄點(diǎn)；

M99；子程序結(jié)束。

根據(jù)流程圖，使用VB開發(fā)了電火花銑削電極損耗聯(lián)合補(bǔ)償系統(tǒng)，如圖5所示。

圖5 聯(lián)合補(bǔ)償法VB界面

4 補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證聯(lián)合補(bǔ)償法的補(bǔ)償效果，進(jìn)行無補(bǔ)償加工、基準(zhǔn)平面定位補(bǔ)償法加工和聯(lián)合補(bǔ)償法加工三組實(shí)驗(yàn)。

取實(shí)驗(yàn)參數(shù)：ton=100 μs，脈間toff=50 μs，峰值電流Ip=37 A，沖液壓力P=0.2 MPa.使用損耗率為3%的紫銅電極（外徑2 mm，內(nèi)徑0.5 mm）加工長(zhǎng)度為200 mm的45#鋼，銑削厚度0.3 mm.基準(zhǔn)平面定位補(bǔ)償法加工和聯(lián)合補(bǔ)償法加工時(shí)并每加工40 mm對(duì)電極進(jìn)行一次定位校準(zhǔn)。使用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)加工表面進(jìn)行測(cè)量，每組取20個(gè)采樣點(diǎn)。結(jié)果如圖6所示。

圖6 三種加工模式下工件表面精度

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，聯(lián)合補(bǔ)償法可以提高零件加工精度，且效果優(yōu)于單一補(bǔ)償法。

5 結(jié)束語(yǔ)

電火花銑削加工中，由于電極損耗的存在，被加工表面呈指數(shù)曲線變化。聯(lián)合補(bǔ)償法基于UG后處理程序，將程序補(bǔ)償法和基準(zhǔn)平面定位補(bǔ)償法同時(shí)使用，有效地降低了電極損耗帶來的加工誤差，顯著提高了零件的加工精度。

[1]裴景玉，鄧容，胡德金.微細(xì)電火花加工的底面輪廓模型及定長(zhǎng)補(bǔ)償方法[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2009（01）：42-46.

[2]董穎懷.一種微型渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及其制造技術(shù)的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2009.

[3]王小平，姚英學(xué)，荊懷靖.數(shù)控機(jī)床幾何誤差建模及誤差補(bǔ)償?shù)难芯縖J].機(jī)械工程師，2005（09）：18-20.

[4]Xinhe Qu，Yuan Lu，Ying Hu.A Post-Processing Algorithm Based on UG/Post-Builder for 4ax-1300[C].ICMTMA 2011 3rd International Conference on Measuring Technology and MechatronicsAutomation，Shanghai，ChinaIEEEComputer Society，2011.

[5]周林，石民，潘曉斌，等.基于程序長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)碾娀鸹ㄣ娤鞴に嘯J].制造技術(shù)與機(jī)床，2011（10）：41-43.

Joint Compensation of Electrode Wear in EDM Milling

ZHANG Huan，YU Li
（Department of Mechanical and Electrical Engineering，Jiangsu Food and Drug Engineering，Career Technical College，Huaian Jiangsu 223003，China）

The loss of working electrode is an important factor to affect the precision of machining parts.In this paper，a combined compensation method of electrode wear is studied，and the electrode loss is compensated effectively by the combination of the UG post processing program and the reference plane positioning compensation method.

electric spark milling；electrode wear；compensation

TH164

A

1672-545X（2016）11-0153-03

2016-08-23

張歡（1980-），男，江蘇淮安人，講師，碩士，研究方向：機(jī)械工程。