《六轴联动空间摇动电火花加工方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《六轴联动空间摇动电火花加工方法.pdf（7页完整版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 CN 104084654 A (43)申请公布日 2014.10.08 C N 1 0 4 0 8 4 6 5 4 A (21)申请号 201410336174.5 (22)申请日 2014.07.15 B23H 1/00(2006.01) B23H 7/26(2006.01) (71)申请人上海交通大学 地址 200240 上海市闵行区东川路800号 (72)发明人赵万生 康小明 梁为 奚学程 陈默 陈昊 (74)专利代理机构上海交达专利事务所 31201 代理人王毓理 王锡麟 (54) 发明名称 六轴联动空间摇动电火花加工方法 (57) 摘要 一种数控加工技术领域的六轴。
2、联动空间摇动 电火花加工方法，通过对经过初加工的工件进行 余量分级处理，即将工件表面与待加工表面之间 的余量分成多级摇动表面并逐级降低各级之间的 放电规准，然后根据各级等距面得到的参考面对 应的位姿数据转换得到电极运动的数控加工代 码，并通过电极摇动将工件表面修光至设计所要 求的尺寸精度和表面粗糙度。本发明使用CAD/ CAM软件分析摇动的误差，并规划摇动的轨迹，生 成相应的摇动数据，实现最多六轴同时参与的摇 动加工。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布。
3、号 CN 104084654 A CN 104084654 A 1/1页 2 1.一种六轴联动空间摇动电火花加工方法，其特征在于，通过对经过粗加工的工件进 行余量分级处理，即将工件表面与待加工表面之间的余量分成多级摇动表面并逐级降低各 级之间的放电规准，然后根据各级等距面得到的参考面对应的位姿数据转换得到电极运动 的数控加工代码，并通过电极摇动将工件表面修光至设计所要求的尺寸精度和表面粗糙 度。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的多级是指：将摇动加工的余量划分为 若干级摇动表面，每一级对应一种电火花放电规准，保持放电规准逐级减小，获得每一级加 工的最终位置表面。 3.根据权利要求1。
4、所述的方法，其特征是，所述的参考面通过以下方式得到：在每一级 摇动到下一级摇动表面之间以最小的摇动步长插入的若干等距面，按照该级别摇动的放电 间隙偏置电极表面，获取参考面。 4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的位姿数据是指：在同一级摇动过程 中，以相邻两级摇动表面依次为起点和终点，移动参考面，并在参考面与等距面重合的位 置，选择若干等距面的切向方向对参考面进行移动，移动步距为摇动步长，同时微调旋转轴 姿态，保证两个面之间的最大法向距离小于允差要求，否则放弃当前移动矢量，重新选择， 并记录微调之后的参考面位姿数据。 5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征是，所述的转换是指：将参考面位。
5、姿数据 转换成电极各个轴的运动姿态，形成支持最多六轴同时参与的摇动轨迹并输出数控加工代 码。 权 利 要 求 书CN 104084654 A 1/3页 3 六轴联动空间摇动电火花加工方法 技术领域 0001 本发明涉及的是一种机械自动化技术领域的加工工艺，具体是一种在电火花成形 加工过程中能够提升加工效果的支持最多六轴联动的空间摇动电火花加工方法。 背景技术 0002 电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电 材料的特种加工方法。电火花加工具有很多优点，主要表现在：加工时无切削力，能够加工 普通加工方法难以加工的材料和复杂零件形状，工具电极材料硬度可低于工件材料硬等。
6、。 因此，电火花加工在航空航天领域和模具制作等行业都有非常广泛的应用。 0003 电火花加工面临的一个比较大的问题就是加工效率不高，要获得更好的表面质量 意味着采用更精细的放电归准，效率低的问题就更加突出。为此在加工过程中，电火花成形 加工一般会采用粗、中、精加工分级的方式。粗加工采用大能量的放电脉冲快速去除余量， 相应的表面质量差。而在中加工和精加工阶段采用较低能量的放电脉冲来去除较少的余 量，从而提升加工后的表面质量。在电火花加工过程中，材料去除效率与放电功率成正比关 系，导致虽然在精加工阶段加工余量很小，但是依然需要耗时很长。而且，粗、中、精加工需 要更换相应的电极，导致电极制作成本增加。
7、，同时也增加了相应的电极更换的时间和人力 成本。 0004 为了解决上述问题，在模具加工领域，通常采用数控摇动方式快速修光型腔的表 面，即让数控电火花加工机床的工作台(有时工具电极也会参与)，沿着一定轨迹做微量附 加运动来修光侧壁。靠工作台带着工件逐步向外扩张运动，配合主轴的运动和放电规准的 逐级转换，实现型腔不同规准的加工。通过摇动，可以在不增加精加工电极的情况下，仅通 过机床的附加运动而逐步修光型腔的侧面，使表面粗糙度达到较高的级别(如R a 0.8m及 以下)，并可以加工出清棱、清角的侧壁和底边。 0005 摇动的实质是增加工具电极与工件之间的微幅相对运动，从而改善侧壁放电状 态，进而提。
8、高加工效率。摇动加工功能通常由机床制造商内置在电火花数控系统中，通过特 殊的指令在加工代码中调用。电火花摇动加工有很多优点，如在加工余量不大的情况下可 以不更换电极，使用电火花摇动加工一次性完成零件型腔的半精加工和精加工。这样，可以 减少多次装夹的重复定位误差。同时，通过摇动加工，可以改善加工过程中的排屑，实现稳 定加工。机床的摇动功能主要有平面摇动和球面摇动。平面摇动即摇动的轨迹位于XY平 面或者XZ平面或者YZ平面内(一般选择垂直于主运动方向的平面)，摇动的形式一般只有 圆形、方形、菱形、星形和十字等几种形式。球面摇动即在电极主加工方向上附加一个很小 的球面运动，但目前支持球面摇动的机床比。
9、较少。 0006 然而这些摇动功能都是针对模具加工的需要，主要在三轴或四轴联动的电火花加 工机床上应用。而现有的五轴乃至六轴联动的数控电火花加工机床通常是在四轴联动机床 的基础上发展而来的，一般只是增加了一个或两个回转轴，以满足电极空间复杂路径进给 的需要。而机床的摇动功能多采用直接继承的方式，很明显，简单的平面摇动已经不能匹配 说 明 书CN 104084654 A 2/3页 4 旋转轴上的运动。五轴或六轴电火花加工机床，一般用作加工复杂零件，航空航天发动机闭 式整体叶盘当类零件属其中的重点。但由于闭式整体叶盘零件加工的特殊性，原有的摇动 功能已无法支持五轴乃至六轴联动加工模式。 0007 。
10、经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN1290583A，公开(公告)日期 2011.04.11，公开了一种基于数控技术的电火花加工电极补偿方法，该技术先利用现有的 CAD/CAM软件生成加工电极的数控刀轨，然后根据电火花成型加工中电极的摇动方式，如矢 量摇动或平面圆摇动以及摇动量，采用相应的算法对数控刀轨进行补偿。将电极修正中遇 到的复杂的自由曲面处理问题转化为简单的对数控刀轨的处理，从而大大简化了电极修正 的理论模型。但该方法只是对电极模型进行补偿，使用的摇动方式仍为矢量摇动和平面摇 动，摇动的运动依然集中于平面内，对于机床的运动轴利用较少，并没有改变摇动运动的方 式。在复杂零件的多轴。
11、联动加工时，尤其是有较多转动轴参与的加工过程中，应用会受到一 定限制。 发明内容 0008 本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种六轴联动空间摇动电火花加工方 法，使用CAD/CAM软件分析摇动的误差，并规划摇动的轨迹，生成相应的摇动数据，实现最 多支持六轴同时参与的摇动加工。 0009 本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过对经过粗加工的工件进行余量分 级处理，即将工件表面与待加工表面之间的余量分成多级摇动表面并逐级降低各级之间的 放电规准，然后根据各级等距面得到的参考面对应的位姿数据转换得到电极运动的数控加 工代码，并通过电极摇动将工件表面修光至设计所要求的尺寸精度和表面粗糙度。 。
12、0010 所述的多级是指：将摇动加工的余量划分为若干级摇动表面，每一级对应一种电 火花放电规准，保持放电规准逐级减小，获得每一级加工的最终位置表面； 0011 所述的参考面通过以下方式得到：在每一级摇动到下一级摇动表面之间以最小的 摇动步长插入的若干等距面，按照该级别摇动的放电间隙偏置电极表面即为参考面。 0012 所述的位姿数据是指：在同一级摇动过程中，以相邻两级摇动表面依次为起点和 终点，移动参考面，并在参考面与等距面重合的位置，选择若干等距面的切向方向对参考面 进行移动，移动步距为摇动步长，同时微调旋转轴姿态，保证两个面之间的最大法向距离小 于允差要求，否则放弃当前移动矢量，重新进行选择。
13、，并记录微调之后的参考面位姿数据。 0013 所述的转换是指：将参考面位姿数据转换成电极各个轴的运动姿态，形成最多六 轴同时参与的摇动轨迹并输出数控加工代码。 技术效果 0014 与现有技术相比，本发明涉及的摇动的轨迹不再局限在平面内，而是根据需要在 三维空间内的多轴联动的微幅运动，最多可以支持六轴联动的摇动，对于电火花加工会更 加有利。本发明涉及的摇动轨迹形式更加灵活，可以根据电极和工件形面进行调整，针对自 由曲面的工件加工也可以使用，轨迹相比传统的摇动方法也更加光滑，在微小空间内运动 可以使得放电更加稳定。同时，本发明涉及的摇动的步长可控，一般为微米级别，可以根据 电极和工件形貌进行调整。。
14、其次，本发明涉及的摇动方法采用CAD软件内分析摇动的误差， 可以确保摇动的误差满足允差要求。 说 明 书CN 104084654 A 3/3页 5 附图说明 0015 图1是本发明具体实施方式中的电火花加工各运动轴定义的示意图。 0016 图2是本发明具体实施方式中的多轴摇动轨迹获取流程图。 0017 图3是本发明具体实施方式中的等距面和参考面。 0018 图4是本发明具体实施方式中的等距面上切向运动。 具体实施方式 0019 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。 实施例1 。
15、0020 如图1所示，展示了闭式整体叶盘电火花加工中六轴联动电火花加工机床的各坐 标轴的定义。图2为六轴联动空间摇动轨迹获取的流程图。本方法使用CAD/CAM软件分析 摇动的误差，并规划摇动的轨迹，生成相应的摇动数据，通过数控系统实现最多六轴参与的 摇动加工。具体做法是：将摇动加工的总余量划分级数，每一级对应一种逐级减小的电火花 放电规准。在相邻终位形面之间插入间距为最小摇动步长的等距面，根据每一级放电间隙 偏置电极表面形成参考面，以等距面为终点移动参考面，并在参考面贴近等距面的位置，选 择若干等距面的切向方向移动参考面，沿各个直线轴和旋转轴微调等距面的姿态，使得参 考面与等距面之间的的法向距。
16、离最小，具体为： 0021 为了不失一般性，在第i级摇动和第i+1级摇动终位表面之间，均匀插入间距为最 小摇动步长(一般为微米级别)的等距面，如图3所示。将电极的表面也偏置放电间隙的 距离，作为参考平面。以等距面为终点移动参考面，并在参考面贴近每一个等距面的位置， 在等距面上选取若干切向矢量作为参考面的移动方向，如图4所示。沿着这些方向以最小 摇动步长移动参考面，然后调整旋转轴上的姿态，保证两个面之间的最大法向距离小于允 差要求。如果最大的法向距离大于允差要求，则需要重新选择切向矢量进行运动。记录参 考面上的运动的位姿数据，并转换成为电极各个轴运动姿态的输出，成为电极摇动轨迹，并 输出相应的数。
17、控代码。 0022 最后，通过电极摇动将工件表面修光至设计所要求的尺寸精度和表面粗糙度。 0023 从实际加工效果来看，在本实施例中，工件材料选为镍基高温合金Inconel718，电 极材料选择PCO EDMC3渗铜石墨，通过两级摇动(即分别采用中加工基准和精加工基准 进行摇动)，可以将粗加工之后的表面粗糙度提升至Ra1.184m，而不使用摇动而采用相 同参数加工完成的工件表面粗糙度Ra为2.227m。可见多轴摇动加工的对于表面修光的 作用明显。同时，两次摇动采用同一电极，相比不采用摇动需要粗、中、精加工三类电极，可 以减少电极数目。 说 明 书CN 104084654 A 1/2页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 104084654 A 2/2页 7 图3 图4 说 明 书 附 图CN 104084654 A 。