數(shù)控電火花仿銑加工研究 [摘要]對(duì)2.5軸數(shù)控電火花仿銑加工進(jìn)行了研究，討論了該工藝的有效性和必要性，并給出了電極軌跡的計(jì)算方法和實(shí)例。
關(guān)鍵詞：電火花數(shù)控仿銑加工 2.5軸 電極軌跡生成
[Abstract] In thispaper, a study is made onthe 2.5 axes NC-EDMMILLING. The validityand necessity of the process is discussed. Moreover, thecalculating method and example of tool path generation ispresented.
Keywords: EDMMILLING, 2.5 axes, tool pathgeneration
電火花數(shù)控仿銑加工是一種新型的電火花成形加工工藝。這種工藝采用簡(jiǎn)單形狀的工具電極，配合工作臺(tái)及主軸多坐標(biāo)數(shù)控伺服運(yùn)動(dòng)加工零件。具有無(wú)宏觀切削力。電極制造簡(jiǎn)單，工藝準(zhǔn)備周期短。成本低，易于實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)面向產(chǎn)品零件的電火花成形加工技術(shù)的有效途徑。
2.5軸數(shù)控電火花成形機(jī)床的X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)中，可以任意兩個(gè)坐標(biāo)作聯(lián)動(dòng)插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，第三個(gè)坐標(biāo)作單獨(dú)的周期進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，能夠利用簡(jiǎn)單形狀的工具電極，仿銑加工平面輪廓曲線和簡(jiǎn)單立體曲面。在實(shí)際生產(chǎn)中，企業(yè)擁有的數(shù)控電火花成形機(jī)床中2.5軸類型所占的比例較大，但目前這類機(jī)床通常仍然采用“拷貝式電火花成形加工”的方法，用于加工平面內(nèi)腔或簡(jiǎn)單曲面類零件，設(shè)備性能沒有得到充分發(fā)揮。研究利用2.5軸數(shù)控電火花成形機(jī)床進(jìn)行仿銑加工，無(wú)疑對(duì)于挖掘設(shè)備潛力，提高企業(yè)效益具有很重要的意義。
2.5軸數(shù)控電火花仿銑加工研究.1 電極設(shè)計(jì)
采用電火花仿銑加工工藝的優(yōu)勢(shì)之一就是電極的設(shè)計(jì)與制造極為簡(jiǎn)單。加工平面輪廓類零件，通常采用圓柱棒電極，如圖1（a）所示。加工立體曲面類零件，通常采用球頭電極，如圖1(b)所示。電火花仿銑加工是非接觸式加工，無(wú)宏觀切削力，因此，對(duì)電極的剛度要求不高。對(duì)于預(yù)加工后余量較小的工件，可直接進(jìn)行精加工，電極尺寸L、D、R主要根據(jù)工件的工藝尺寸確定，在不產(chǎn)生干涉的前提下，應(yīng)取盡可能小的L值和盡可能大的D(或R)值。
圖1 電火花仿銑加工電極
防止產(chǎn)生干涉應(yīng)遵循以下原則：
L
Hmax+Mmin+Gmax+Bmin
R
rmin-Gmax
DWmin-2Gmax-T
式中 Mmin—電極*小裝夾長(zhǎng)度；
Hmax—工件的*大加工深度；
Gmax—電極與工件的*大放電間隙；
Bmin—排屑空間*小高度；
rmin—加工方向*小曲率半徑；
Wmin—型腔*窄寬度；
T—**常數(shù)（T=2 Gmax）。
2.5軸數(shù)控電火花仿銑加工
.2 工件的預(yù)加工
目前，電火花加工的加工速度尚遠(yuǎn)不能與機(jī)械加工的切削速度相比。因此，為了縮短電加工時(shí)間，降低電極**損耗，有必要對(duì)毛坯余量較大的工件在熱處理前進(jìn)行預(yù)加工，以使工件在電加工前具有恰當(dāng)?shù)募庸び嗔俊Ｔ瓌t上電加工余量在能夠保證放電加工正常進(jìn)行的前提下越小越好。一般來(lái)說(shuō)，電火花仿銑加工的單邊余量可取0.1～0.5mm。對(duì)于毛坯余量較小或者因形狀復(fù)雜預(yù)加工有困難的工件，也可直接進(jìn)行電火花仿銑加工。
3 電極運(yùn)動(dòng)軌跡的生成
3.1 仿銑加工平面輪廓零件的電極運(yùn)動(dòng)軌跡???生成
對(duì)于沒有預(yù)加工的平面輪廓零件，電火花仿銑加工的典型過(guò)程是沿輪廓邊界留出加工余量，先用平頭圓柱電極用環(huán)切或行切法走刀，去除多余的材*后沿輪廓走刀，精加工邊界外形，對(duì)于預(yù)加工后具有恰當(dāng)加工余量的工件，則直接沿輪廓走刀進(jìn)行精加工。*后一次精加工清根時(shí)，所用圓柱電極的直徑D應(yīng)符合零件圖紙的規(guī)定。如圖2所示。
(a)零件模型
(b)粗加工電極軌跡
(c)精加工電極軌跡
圖2 平面輪廓零件點(diǎn)火花仿銑加工實(shí)力
刀具半徑補(bǔ)償?shù)闹祽?yīng)采用下式計(jì)算：
H=r+
式中 r—電極半徑；
—放電間隙。
3.2 仿銑加工簡(jiǎn)單立體曲面零件的電極運(yùn)動(dòng)軌跡的生成
利用2.5軸數(shù)控電火花成形機(jī)床仿銑加工簡(jiǎn)單立體曲面零件，要用分層切削的方法。即用一組垂直于電極旋轉(zhuǎn)軸的平面與零件面和毛坯體求交，將求出的交線采用平面行腔的加工方式，計(jì)算出當(dāng)前層的電極運(yùn)動(dòng)軌跡。粗加工時(shí)采用平頭圓柱電極進(jìn)行刀位計(jì)算及加工，精加工時(shí)采用球頭圓柱電極進(jìn)行刀位計(jì)算及加工，如圖3所示。
（a）分層加工 (b)某層精加工刀軌
圖3 球面的分層加工方法
4 關(guān)于電極損耗
對(duì)于沒有預(yù)加工的工件，要先進(jìn)行粗、中加工，為*后精加工做好恰當(dāng)?shù)募庸び嗔康臏?zhǔn)備。粗、中加工階段對(duì)電極損耗不作補(bǔ)償。對(duì)于預(yù)加工后具有恰當(dāng)加工余量的工件，采用窄脈寬（小于圖2平面輪廓零件電火花仿銑加工實(shí)例20
s）、小放電電流（小于10A）直接進(jìn)行精加工，由于放電能量變小，放電間隙隨之變小，但電火花仿銑加工采用旋轉(zhuǎn)的工具電極，電極相對(duì)工件進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，排屑條件不會(huì)因此而明顯惡劣，能夠保證穩(wěn)定地加工。現(xiàn)有的工藝實(shí)驗(yàn)表明，精加工階段工具電極的**損耗值很小，一般不需進(jìn)行補(bǔ)償。如果很小的**損耗仍然不能滿足加工精度的要求，則在電極損耗發(fā)生時(shí)，返回進(jìn)行修正。重新設(shè)置Z軸高度并且重新開始仿銑加工。這些操作可在仿銑加工程序中設(shè)定，若采用自動(dòng)交換電極裝置可使操作完全自動(dòng)化。
5 計(jì)算實(shí)例
圖2(a)所示為某廠模具零件的電火花仿銑加工實(shí)例。要求加工的阿基米德螺線輪廓未進(jìn)行預(yù)加工，需分粗加工和精加工兩道工序，精加工單邊余量0.2mm。工件材料為Cr12,硬度為HRC50～55,工具電極材料為紫銅，粗、精加工電極直徑均為D=8mm,L=40mm,電極旋轉(zhuǎn)速度為400r/min。粗加工電極運(yùn)動(dòng)軌跡如圖2(b)所示。精加工電極運(yùn)動(dòng)軌跡如圖2(c)所示。在三菱M25C6G15型數(shù)控電火花成形機(jī)床上加工，加工時(shí)間39h,其中粗加工11h精加工28h,NC程序如下q
G92 X Y Z C;
G90;
M88;
M80;
G10 F150;
E9958;
M84;
G00 Z2.0;
G00 X-15.349 Y28.570;(STP)
G00 Z-16.620;
G01 X-10.307 Y24.187;(V)
G01 X-5.265 Y19.804;(W)
G02 X3.799 Y21.780 R21.780;(X)
G02 X27.261Y6.390R25.579;(Y)
G02 X27.261 Y6.390 R25.579;(Y)
G03 X-10.307 Y24.187 R28.0;(V)
G01 X-5.265Y19.804;(W)
G01 X-7.805 Y2.527;(Q)
G03 X-8.077 Y0.0 R11.876;(R)
G03 X0.0 Y-8.077 R8.077;(S)
G03 X4.278 Y-3.799 R4.278;(T)
G03 X4.077 Y-3.397 R0.278;(U)
G02 X-7.805 Y2.527 R10.0;(Q)
G01 X-5.265 Y19.804;(W)
G01 X-12.685 Y29.737;(Z)
H01=實(shí)測(cè)電極半徑Rt+粗加工單邊放電間隙
+精加工單邊余量
G42 X-12.685 Y29.737 H01;(Z)右刀補(bǔ)
G01 X-1.891 Y10.266;(P)
G01 X0.599 Y5.777;(A)
G03 X1.820 Y5.324 R1.0;(B)
G02 X3.799 Y5.680 R5.680;(C)
G02 X13.278 Y-3.799 R9.479;(D)
G02 X0.0Y-17.077 R13.278;(E)
G02 X-17.077 Y0.0 R17.077;(F)
G02 X-12.566 Y12.961 R20.876;(G)
G03 X-12.694 Y114.337 R1.0;(H)
G01 X-16.546 Y17.686;(I)
G03 X-17.974 Y17.559 R1.0;(J)
G03 X-24.177 Y0.0 R27.976;(K)
G03 X0.0 Y-24.177 R24.177;(L)
G03 X20.378 Y-3.799 R20.378;(M)
G03 X3.799 Y12.780 R16.579;(N)
G03 X-1.426 Y11.663 R12.780;(O)
G03 X-1.891 Y10.266 R24.177;(P)
G41 X-1.891 Y10.266 H01;(P)左刀補(bǔ)
G01 X-12.685 Y29.737;(Z)
E9960;
H02=實(shí)測(cè)電極半徑Rt+精加工單邊放電間隙
G42 X-12.685 Y29.737 H01;(Z)右刀補(bǔ)
G01 X-1.891 Y10.266;(P)
G01 X0.599Y5.777;(A)
G03 X1.820 Y5.324 R1.0;(B)
G02 X3.799 Y5.680 R5.680;(C)
G02 X13.278Y-3.799 R9.479;(D)
G02 X0.0Y-17.077 R13.278;(E)
G02 X-17.077 Y0.0 R17.077;(F)
G02 X-12.566 Y12.961 R20.876;(G)
G03 X-12.694 Y114.337 R1.0;(H)
G01 X-16.546 Y17.686;(I)
G03 X-17.974 Y17.559 R1.0;(J)
G03 X-24.177 Y0.0 R27.976;(K)
G03 X0.0 Y-24.177 R24.177;(L)
G03 X20.378 Y-3.799 R20.378;(M)
G03 X3.799 Y12.780 R16.579;(N)
G03 X-1.426 Y11.663 R12.780;(O)
G03 X-1.891 Y10.266 R24.177;(P)
G41 X-1.891 Y10.266 H01;(P) 左刀補(bǔ)
G01 X-12.685 Y29.737;(Z)
M85;
M81;
M89;
M02;
%
圖3(a)所示為一半球面零件模型。工件材料為45鋼，機(jī)械預(yù)加工后單邊余量0.2mm,工具電極材料為紫銅，電極球頭半徑R=8mm,L=50mm,電極旋轉(zhuǎn)速度為400r/min。分層加工，某一層的電極運(yùn)動(dòng)軌跡如圖3(b)所示。在三菱M25C6G15型數(shù)控電火花成形機(jī)床上加工，加工時(shí)間6h,NC程序如下。
G92 X Y Z C;
G90;
M88;
M80;
G10 F150;
E9960;
M84;
G01 Z-0.185;
G01 X1.378;
G01 Z-0.245;
G03 X-1.378 Y0.0R-1.378;
G03 X1.378 Y0.0R-1.378;
G01 X2.746;
G01 Z-0.425;
G03 X-2.746 Y0.0R-2.746;
G03 X2.746 Y0.0R-2.746;
G01 X4.093;
G01 Z-0.724;
G03 X-4.093 Y0.0R-4.093;
G03 X4.093Y0.0R-4.093;
G01 X5.409;
G01 Z-1.139;
G03 X-5.409 Y0.0R-5.409;
G03 X5.409 Y0.0R-5.409;
G01 X6.684;
G01 Z-1.667;
G03 X-6.684 Y0.0R-6.684;
G03 X6.684 Y0.0R-6.684;
G01 X7.908;
G01 Z-2.304;
G03 X-7.908 Y0.0R-7.908;
G03 X7.908 Y0.0R-7.908;
G01 X9.071;
G01 Z-3.045;
G03 X-9.071 Y0.0 R-9.071;
G03 X9.071Y0.0R-9.071;
G01 X10.166;
G01 Z-3.885;
G03 X-10.166 Y0.0 R-10.166;
G03 X10.166 Y0.0R-10.166;
G01 X11.183;
G01 Z-4.817;
G03 X-11.183 Y0.0 R-11.183;
G03 X11.183Y0.0R-11.183;
G01 X12.115;
G01 Z-5.834;
G03 X-12.115 Y0.0 R-12.115;
G03 X12.115 Y0.0R-12.115;
G01 X12.955;
G01 Z-6.929;
G03 X-12.955 Y0.0 R-12.955;
G03 X12.955 Y0.0R-12.955;
G01 X13.696;
G01 Z-8.093;
G03 X-13.696 Y0.0 R-13.696;
G03 X13.696 Y0.0R-13.696;
G01 X14.333;
G01 Z-9.316;
G03 X-14.333 Y0.0 R-14.333;
G03 X14.333 Y0.0R-14.333;
G01 X14.861;
G01 Z-10.591;
G03 X-14.861 Y0.0 R-14.861;
G03 X14.861 Y0.0R-14.861;
G01 X15.276;
G01 Z-11.907;
G03 X-15.276 Y0.0 R-15.276;
G03 X15.276 Y0.0R-15.276;
G01 X15.575;
G01 Z-13.254;
G03 X-15.575 Y0.0 R-15.575;
G03 X15.575 Y0.0R-15.575;
G01 X15.755;
G01 Z-14.622;
G03 X-15.755 Y0.0 R-15.755;
G03 X15.755 Y0.0 R-15.755;
G01 X15.815;
G01 Z-16.000;
G03 X-15.815 Y0.0 R-15.815;
G03 X15.815 Y0.0R-15.815;
G01 Z0.0;
G01 X0.0;
M85;
M81;
M89;
M02;
%
加工完成后的工件與電極實(shí)物如圖4所示。
圖4 完成加工后的工件與電極實(shí)物照片
6 結(jié)論
采用2.5軸電火花數(shù)控仿銑工藝，加工平面輪廓曲線和簡(jiǎn)單立體曲面，具有柔性好，適用面廣，工具電極設(shè)計(jì)制造簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)被加工對(duì)象形狀、尺寸更改或處于小批量、多品種試制及生產(chǎn)時(shí)、上述特點(diǎn)就更為突出。一般地說(shuō)，只要NC程序編制正確，電規(guī)準(zhǔn)選擇得當(dāng)，放電間隙控制穩(wěn)定，便能夠獲得理想的加工精度和表面質(zhì)量。2.5軸數(shù)控電火花仿銑加工研究(數(shù)控電火花,加工技術(shù),加工工藝)