急需金属技术方面的论文
来源:福建泉州华侨大学机电与自动化学院作者:刘世安
研究了数控电火花铣削技术，探索了大面积曲面的加工方法。加工路径由通用模具设计软件直接生成，电极损耗补偿采用加工路径均匀增量补偿法计算。
电火花加工；关键词；电火花铣削；电极补偿
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电火花加工是模具型腔加工的主要方式，其加工质量的关键之一是电极的制造。由于粗、中、精加工的放电间隙不同，电极尺寸也要不同，所以需要制造多个电极才能最终满足加工精度的要求。特别是当型腔加工面积较大时，有时需要采用分体式电极加工方法依次完成型腔各部分的加工。从而增加了电极制造成本。加工分割电极时，型腔表面也会有接缝，二次装夹时电极的重复定位精度也会影响电火花加工质量。
随着数控技术的发展，模具型腔加工出现了一种新的工艺方法——数控电火花铣削，即利用简单电极生成复杂曲面。数控电火花铣削加工的关键是加工路径的生成和电极损耗的补偿。国内外许多电加工学者对此做了大量深入细致的研究，如研究等损耗分层加工模型并基于该模型建立加工路径生成专用CAM软件，研究电极损耗精确检测技术和在线电极补偿[1~4]。
数控电火花铣削加工可用于切角、窄槽加工和侧向伺服加工，但本文更关注空间直线伺服进给问题。主要研究内容围绕空间曲线轨迹和空间曲面生成的加工方向，探索型腔曲面的数控电火花铣削加工工艺。
本文引用了金属切削加工中心的工艺路线，利用通用模具加工软件UG生成加工路径，并将加工代码编译成具体机床的数控指令。在电极损耗补偿方面，仅考虑Z轴方向的补偿，提出了一种电极损耗补偿方法，即沿着电极加工路径，按照轨迹距离均匀递增。
1数控电火花铣削技术
加工中心的铣削工艺已经非常成熟，所以引入数控电火花铣削工艺。通过研究和实验证明，数控电火花铣削可以解决轮廓加工、开槽加工、沿曲面加工、修边和去渣等加工问题，也就是说，数控电火花铣削中的加工路径生成问题可以通过通用模具加工软件来解决。
值得注意的是，电火花铣削并不等同于金属切削。由于放电间隙和电极损耗的存在，腔体的尺寸精度会受到影响。因此，数控电火花铣削编程时必须注意以下问题:
(1)加工余量。该参数的最小值要求大于放电间隙，超精加工时加工余量不为零，上道工序要给下道工序留余量。
(2)处理方法。你可以选择在轮廓加工或开槽加工时生成弧段程序。沿曲面加工时，必须选择直线加工方式，包括切入和切出程序，即程序段必须是空间微直线段，这也有利于电极损耗补偿的计算。
(3)加工精度。加工精度越高，弦对空间曲线的逼近程度越高，空间微直线段越多，程序越长。在实际加工中，可以选择较低的精度进行粗加工，以减少程序段的数量。
(4)残留峰高。该参数是指刀具的横向进给，其值越小，加工表面越光滑。该参数也可以表示为刀具直径的百分比。
(5)电极尺寸。本文要求在每次加工编程时输入电极直径的测量值，这样电极损耗补偿的计算只能放在Z轴方向。
(6)电参数和电极长度的补偿。电参数的选择应参考加工余量，超精加工时应选择正极性加工方式，利用电子的能量磨平放电痕迹突起。电极损耗补偿值取决于工艺经验，与电参数、电极材料对、工作流体有关。电极损耗补偿值被均匀地插入每个微直线段的端点。
数控电火花铣削的编程路线(图1)可以根据上述六个要求，通过设置参数，生成机床的粗、中、精加工路径和数控指令。
加工余量、加工模式、精度、剩余峰高和实际电极尺寸。
成分
半成品
UG-NX
刀具路径补偿软件
电参数
刀具长度补偿值输入
电火花数控铣削程序
图1数控电火花铣削的编程路线
利用模具软件UG设计了一个带有“EDM”字样的空间曲面。为了体现数控电火花的加工能力，所有工序都采用数控电火花加工。фф14mm电极粗加工，根据开挖采用分层加工，横向进给为电极直径的80%；用于介质光整加工的ф8mm和ф4mm端电极采用矢量加工和沿曲面加工，横向进给分别为电极直径的8%和2.5%。图2显示了中等精加工的刀具轨迹。
ф8mm焊条，E293ф4mm焊条，E250
(a)中等加工(b)精细加工
ф4毫米焊条，E250焊条ф4毫米焊条，E200
(c)中等精整(d)精整
图2电火花中、精铣加工的刀具轨迹
图2d左下角(曲面曲率较大的凹陷处)有粉红色残留区域，无法被端刀穿透，需要使用ф4mm指形R刀电极进行最终精加工，精加工后去除残留。
此外，在加工余量相同的情况下，还要求生成反向刀轨，进行反向铣削，以消除前道工序中电极损耗造成的阶梯波面，提高表面形状精度。
2电极损耗补偿对策
2.1电极损耗的影响
在数控电火花铣削加工过程中，放电通常发生在电极尖端前沿的尖角处，电流密度大，放电浓度高，导致电极损耗严重。在加工的初始阶段，工件材料去除量大；在加工的最后阶段，工件的材料去除量最小，因此实际加工表面是一个“斜面”，如图3A的表面所示。在表面A和表面B之间是这个过程的未处理区域。显然，电极损耗影响加工精度。
电极补偿过度表面c
无电极损耗的理想加工表面b
无补偿加工表面a
H1当前层厚度
H2下一层厚度
图3电极损耗补偿控制参考平面
2.2电极损耗补偿的目的
一方面可以控制每一层铣削的尺寸和形状精度，另一方面可以减少下一层铣削加工余量的累积负担。电极损耗补偿值应按照不过度补偿的原则给定，即其值应小于本层加工能力与下一层加工余量之和。
2.3电极损耗补偿的计算方法
沿曲面铣削时，加工路径以直线方式生成，所有程序段都是空间微直线段。假设在加工路径相对较长的情况下，电极损耗沿距离均匀分布，其补偿值沿轨迹补偿到每条空间直线的终点，则I程序段中的电极损耗补偿值为:
△i=(△/∑Lk) (∑j=0→iLj)
其中:△i为第I个程序段的电极损耗补偿值；△为当前层铣时的预计电极损耗；∑Lk是当前层的总加工路径长度；∑j=0→iLj是电极在第I个程序段中行进的加工路径长度。
△值与电参数和加工路径长度有关，主要用于电火花中、精加工；它的值在超精加工过程中被设置为零。
△i值用于第I个程序段Z轴方向的电极损耗补偿值，采用离线补偿计算方法得到。
3电火花表面铣削工艺实验
在RobForm30三轴数控电火花成形机上进行了工艺实验。利用UG软件建模生成加工路径文件，选择专家系统生成的加工余量和电参数，通过电极损耗补偿生成数控电火花铣削程序代码。
表1是实验中选择的加工参数。精加工去除的工件材料厚度为0.016mm，估算的电极损耗△为0.05~0.07mm(实验值)。加工路径实际总长度约为45000.00 mm，根据理论计算，每100mm长度为0.10 ~ 0.16微米。18000个节目平均每个补偿0.0025 ~ 0.0038微米。所以如果归一化计算，刀具电极在刀具加工一段较长距离后，才会有实际意义上的补偿，真正有实际意义上补偿的程序段比例很低。
表1电火花铣削参数mm
加工类型加工余量电参数的电极补偿
粗加工
粗加工
中等加工
中级精加工
结束
超精加工
0.800 E383 0.500
0.400 E373 0.250
0.200 E293 0.100
0.150 E250 0.075
0.134 E220 0.050~0.070
0.122 E200 0
注:电气参数由RobForm30电火花机床调节。
粗加工时，电极补偿视具体情况而定。一、选择补偿方式进行加工，补偿值一般小于加工余量。如果电极损耗较大，电极端面圆角过大，此时应更换电极，并在加工前再次调零Z轴。超精加工时只需要生成正反向加工刀具轨迹，表面需要来回打磨抛光。实验中还增加了轮廓加工、余量加工和修整，并考虑了加工精度的设定和微直线段的最大长度。
电极制造部分是一个重要的环节，所以机上研磨装置是我们自己做的。根据铣床的工具磨削原理，设计了“电接触”定位基准，可以精确定位、修整电极圆柱面和电极端球面。但由于铜电极在机械力的作用下容易变形，给刀具让路，目前只有φ5 ~ 8mm的指杆电极修剪成功。
图4是数控电火花铣削的实物照片，是一个曲面，面积约为100 mm× 70 mm..也可以去百度看看！