CN101259554A - 微细电火花电极损耗定长补偿方法 - Google Patents

Abstract

一种微细电火花电极损耗定长补偿方法，属于微细电火花加工领域。本发明在建立无补偿时单层单道微细电火花加工底面轮廓模型基础上，提出定长补偿的电极损耗补偿方法。在单层单道加工中，算出加工轨迹上每一点的电极损耗量，就能够根据实际的需要选择一个补偿精度1e，计算出电极损耗1e长度时的加工长度。在电极扫略轨迹上，每当加工L长度时就对电极进行一次长度的补偿，这就是定长补偿方法，这样就能很好弥补微细电火花加工中电极损耗对加工精度的影响。

Description

微细电火花电极损耗定长补偿方法

技术领域

本发明涉及的是一种电极在线补偿方法，特别是一种微细电火花电极损耗定长补偿方法，属于微细电火花加工领域。

背景技术

微细电火花加工技术是依靠电蚀作用而非机械接触来蚀除工件材料的，由于加工中无宏观力，所以微细工具与工件的变形问题迎刃而解。这种加工技术可以用于加工任何导电的材料，而不论该种材料的硬度与强度。近些年来，微细电火花加工技术发展迅速。国内外学者从加工机理、加工策略、电极制备、脉冲电源、控制系统、电极伺服、装置装备等多方面进行了探索。

利用微小电极，进行微细三维金属复杂结构件的加工存在着一个重大的难题，就是微细加工过程中严重的电极损耗。采用微细参数进行电火花加工时，电极的损耗约15％，这使得电极的形状很快改变，并在长度方向上缩短，从而导致无法进行高精度的三维曲面加工。

经过对现有技术文献的检索发现，王振龙、赵万生老师等在《机械工程学报》上第38卷第2期(2002年2月)22-25页上发表的“基于分层制造原理的微细电火花加工技术研究”，该文中提出根据端面磨损理论，采用分层制造的方法，每一层进行一次电极的补偿，并通过合理的规划加工路径来达到好的加工效果，该方法的无补偿微细电火花加工底面轮廓模型存在误差，补偿精度不够。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的技术问题，提出了一种微细电火花电极损耗定长补偿方法，使其在精确的无补偿微细电火花加工底面轮廓模型基础上，实现适时的、在线的电极补偿。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

第一步，建立无补偿微细电火花加工底面轮廓模型。

根据端面磨损理论，选择合适的参数，则电极在加工过程中形状保持不变，仅在长度方向上产生磨损。加工中，由于电极的损耗不是在某一点突然产生，而是一个渐进的过程，因此进行单道加工时，工件的被加工底面轮廓线不是理想的直线，而是曲线，建立无补偿微细电火花加工底面轮廓模型：

$z=-\mathrm{\ΔZ}\·e^{-\frac{4\mathrm{\γ}(d+2\mathrm{\σ})}{\mathrm{\π}{d}^2}\·l}---\left(1\right)$

其中γ是相对体积损耗比，Δz是分层厚度，d是电极的直径，σ是放电间隙，l是加工长度，z是加工深度。

第二步，根据补偿精度确定补偿长度。

已知初始切深为分层厚度Δz，当电极损耗为le时，所对应的补偿长度为L，根据底面轮廓模型求出：

$L=-\frac{\mathrm{\π}{d}^2\ln \left(\frac{\mathrm{\Δz}-\mathrm{le}}{\mathrm{\Δz}}\right)}{4\mathrm{\γ}(d+2\mathrm{\σ})}---\left(2\right)$

其中γ是相对体积损耗比，Δz是分层厚度，d是电极的直径，σ是放电间隙，le是补偿精度，L是补偿长度。

当理想工件体积对应的电极损耗量达到某个设定值le时，就补偿一次，补偿量为le，这里称之为补偿精度。对于确定的补偿精度，可以通过计算得到对应的加工长度L，这里称之为补偿长度。由于这种补偿方法是在加工轨迹上每加工定长度L后，补偿一次，且补偿量为le，称之为定长补偿方法。

第三步，基于第二步确定的补偿长度，在实际加工中，每加工L的长度时，就在轴向对电极进行le长度的补偿。

比如：开始加工时l＝0，切深为z＝Δz，当加工到l＝L时，切深就要多补偿le，即z＝Δz+le，如此类推，当l＝n*L切深为z＝Δz+n*le。

第三步中，也可以在电火花加工机床的内部设定一个可调整的参数S，该参数自动记录机床的实际加工路程，电火花加工机床在参数S每增加L的距离时，就自动对电火花加工机床的工件坐标系在某一个轴向上进行le的调整。这样在加工中就可以不用考虑电极损耗进行编程加工，而机床可以自动对电极进行定长补偿。

本发明很好的解决了单层单道微细电火花加工中电极损耗对加工精度影响的问题，该方法加工出来的底面呈很小的锯齿状，加工的精度取决于补偿精度le的选择。并且使电火花机床具有自动对电极进行补偿的能力。

附图说明

图1无补偿微细电火花加工底面轮廓曲线图

图2是Δz分别为5μm，10μm，20μm时的底面轮廓理论仿真图

图3定长补偿方法示意图

图4加工窄槽深度随加工长度变化曲线图

具体实施方式

下面结合附图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。

根据本发明补偿方法进行了单层单道加工试验，直径d＝100μm的钨电极，工件材料采用奥氏体不锈钢lCrl8Ni9Ti，各项电参数如表：

脉冲间隔[μs]	6.4
		加工电压[v]	200
脉冲宽度[μs]	0.2
		峰值电流[A]	0.5

电极相对体积损耗比γ＝12.9％，分层加工厚度设为20μm，σ＝21μm，le＝1μm。

(1)建立无补偿微细电火花加工底面轮廓模型

$z=-\mathrm{\Δz}\·e^{-\frac{4\mathrm{\γ}(d+2\mathrm{\σ})}{\mathrm{\π}{d}^2}\·l}=-20\·e^{-0.00233\·l}$

(2)根据le由公式(2)求出L

$L=-\frac{\mathrm{\π}{d}^2\ln \left(\frac{\mathrm{\Δz}-\mathrm{le}}{\mathrm{\Δz}}\right)}{4\mathrm{\γ}(d+2\mathrm{\σ})}=22\mathrm{\μm}$

(3)加工中每加工22μm对电极进行le＝1μm长度的补偿，取得了很好的加工效果。加工20μm深的窄槽，实际测量了窄槽的深度随长度变化的曲线如图4所示，底面深度波动范围＜6μm。

单层单道补偿的加工方法是进行单层多道，甚至是多层多道加工的基础。在此基础上才能够很好的进行微细电火花三维型腔的高精度加工。

Claims (3)

1、一种微细电火花电极损耗定长补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，建立无补偿微细电火花加工底面轮廓模型

进行单道加工时，工件的被加工底面轮廓线是曲线，建立无补偿微细电火花加工底面轮廓模型： $z=-\mathrm{\Δz}\·e^{-\frac{4\mathrm{\γ}(d+2\mathrm{\σ})}{\mathrm{\π}{d}^2}\·l}$

其中γ是相对体积损耗比，Δz是分层厚度，d是电极的直径，σ是放电间隙，l是加工长度，z是加工深度；

第二步，根据补偿精度确定补偿长度

已知初始切深为分层厚度Δz，当电极损耗为le时，所对应的补偿长度为L，根据底面轮廓模型求出： $L=-\frac{\mathrm{\π}{d}^2\ln \left(\frac{\mathrm{\Δz}-\mathrm{le}}{\mathrm{\Δz}}\right)}{4\mathrm{\γ}(d+2\mathrm{\σ})}$

其中γ是相对体积损耗比，Δz是分层厚度，d是电极的直径，σ是放电间隙，le是补偿精度，L是补偿长度；

第三步，基于第二步确定的补偿长度，在实际加工中，每加工L的长度时，就在轴向对电极进行le长度的补偿。

2、根据权利要求1所述的微细电火花电极损耗定长补偿方法，其特征是，所述的第三步，在实际加工中，开始加工时l＝0，切深为z＝Δz，当加工到l＝L时，切深多补偿le，即z＝Δz+le，如此类推，当l＝n*L时，切深为z＝Δz+n*le。

3、根据权利要求1所述的微细电火花电极损耗定长补偿方法，其特征是，所述的第三步，在实际加工中，或者在电火花加工机床的内部设定一个可调整的参数S，该参数自动记录机床的实际加工路程，电火花加工机床在参数S每增加L的距离时，就自动对电火花加工机床的工件坐标系在某一个轴向上进行le的调整。

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