CN103056460B - 一种电火花成型加工三维圆锥插补方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电火花成型机数控机床的加工方法，当X、Y轴进行摇动的同时，Z轴的加工电极在垂直方向以给定的速度进给或回退，代替了传统的插补，即由Z轴先运动到给定的圆心位置，然后由X、Y轴按水平方向轨迹运动。同时由于加工中三维的摇动进给与回退，便于加工削的排出，进一步提高加工的精度。

Description

一种电火花成型加工三维圆锥插补方法

技术领域

本发明属于数控制造领域，尤其涉及一种电火花成型数控机床加工方法。

技术背景

电火花加工技术以其独特的加工原理和良好、稳定的加工性能成为现代制造技术重要的加工手段之一。其特有的“以柔克刚、紧密微细、仿形逼真”三大特点，在难以加工的材料、复杂型面、精细表面、低刚度零件和模具等制造领域中占有极其重要的地位，经过半个多世纪的发展，已广泛应用于航空航天、仪器仪表、汽车、地质等领域。

电火花加工过程包括了工件电极的快速定位，电极的插补进给以及电极的快速回退，该过程通过不断的反复来对工件进行加工。在该过程中，插补技术是整个数控系统控制软件的核心，所谓插补就是在加工过程中，起点和终点之间进行“数据密化”工作，用一个个脉冲的输出把起点和终点之间连接起来，并且逼近的误差值要在给定范围内。由于电火花成型加工的特点，需要主轴按照加工轨迹进给与回退，而现有的插补方法只能单方向进给，因此现有的插补方法并不适用于电火花成型加工。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种电火花成型加工三维圆锥插补方法，在提高加工精度的同时，极大地提高了加工效率。

本发明为了解决上述技术问题，一种电火花成型加工三维圆锥插补方法，该方法包括以下实施步骤：

(1)控制器发出脉冲指令，控制主轴运动到指定的位置：控制器、驱动器和直线电机依次相连，直线电机与主轴固定连接，光栅尺固定在直线电机上，并与控制器相连；控制器发送相应的脉冲指令给驱动器，驱动器驱动直线电机运动，从而带动主轴精确地运行到指定的位置。

(2)当固定在主轴上的工具电极到达伺服进给的起始位置后，控制器通过直线电机控制主轴按照预定的加工轨迹进给；具体包括以下子步骤：

(2.1)工具电极从现行位置P_i(x_i,y_i,z_i)，经过一个插补周期后到达下一点P_i+1(x_i+1,y_i+1,z_i+1)，进而得到一个插补周期的x、y、z轴的进给量Δx、Δy、Δz，如此沿着三维圆锥曲线到达终点位置P_e(x_e,y_e,z_e)。

(2.2)由圆锥方程可得P_i点坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_i=t_i\cos t_i\\ y_i=t_i\sin t_i\\ z_i={\mathrm{at}}_i\end{array}\right.$

式中，x_i、y_i、z_i为起始点P_i的坐标，t为参数，a为系数。插补一步后，得到插补点P_i+1的坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{i+1}=(t_i+\mathrm{\Δt})\cos (t_i+\mathrm{\Δt})\\ y_{i+1}=(t_i+\mathrm{\Δt})\sin (t_i+\mathrm{\Δt})\\ z_{i+1}=a(t_i+\mathrm{\Δt})\end{array}\right.$

式中，x_i+1、y_i+1、z_i+1是点P_i+1的坐标，Δt为插补周期。于是得到插补步长f：

f²＝(x_i+1-x_i)²+(y_i+1-y_i)²+(z_i+1-z_i)²；

(2.3)当工具电极靠近工件后，间隙电压到达设定的伺服跟踪电压，从而开始放电加工；当加工一段时间后，为了将加工削排出防止积碳发生，工具电极按原来轨迹回退。

(2.4)随着放电加工的进行，工具电极出现损耗，控制器加大工具电极摇动半径以补偿因工具电极损耗引起的精度误差。

(3)当工具电极与工件间的电压小于间隙电压，主轴开始抬刀，与进给相同的轨迹回退。

(4)重复步骤(1)‐(3)，将工件多余部分蚀除，实现电火花成型加工。

本发明与现有的电火花成型加工的插补方法相比，具有以下有益效果：

1、实现了电火花成型加工的三维可逆插补，工具电极按原轨迹返回，避免了回退时对工件的干涉。

2、传统的插补为Z轴进给到一定位置的圆心后，再由X、Y轴摇动加工，而圆锥三维插补为X、Y轴的摇动与Z轴进给同时进行，由此避免了加工与回退的回原点的工序，因此极大地提高了加工效率。

3、由于电火花蚀除加工不可避免的存在电极损耗，通过三维圆锥的插补可以做出相应补偿。同时由于加工中三维的摇动进给与回退，便于加工削的排出，进一步提高加工的精度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明；

图1为控制系统结构示意图；

图2为空间圆锥可逆插补轨迹示意图；

图3为电极三维插补示意图。

具体实施方式

本发明通过三维圆锥可逆插补技术实现电火花成型加工的空间可逆插补。本发明电火花成型加工三维圆锥插补方法，包括以下实施步骤：

1、控制器发出脉冲指令，使得主轴快速响应，以一定的速度运动到指定的位置。

如图1所示，控制器、驱动器和直线电机依次相连，直线电机与主轴固定连接，光栅尺固定在直线电机上，并与控制器相连。控制器可以由DSP来实现，控制器发送相应的脉冲指令，使得系统运动部件按照指令运行。上位控制器将脉冲指令发送给驱动器，再通过电机实现快速响应并精确的运行到指定的位置。

2、当固定在主轴上的工具电极到达伺服进给的起始位置后，主轴开始以一定的速度按照预定的加工轨迹进给。

1)工具电极从现行位置P_i(x_i,y_i,z_i)，经过一个插补周期后到达下一点P_i+1(x_i+1,y_i+1,z_i+1)，进而得到一个插补周期的x、y、z轴的进给量Δx、Δy、Δz，如此沿着三维圆锥曲线到达终点位置P_e(x_e,y_e,z_e)。

2)如图2所示，由圆锥方程可得P_i点坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_i=t_i\cos t_i\\ y_i=t_i\sin t_i\\ z_i={\mathrm{at}}_i\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中，x_i、y_i、z_i为起始点P_i的坐标，t为参数，a为系数。插补一步后，得到插补点P_i+1的坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{i+1}=(t_i+\mathrm{\Δt})\cos (t_i+\mathrm{\Δt})\\ y_{i+1}=(t_i+\mathrm{\Δt})\sin (t_i+\mathrm{\Δt})\\ z_{i+1}=a(t_i+\mathrm{\Δt})\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中，x_i+1、y_i+1、z_i+1是点P_i+1的坐标，Δt为插补周期。于是得到插补步长f：

f²＝(x_i+1-x_i)²+(y_i+1-y_i)²+(z_i+1-z_i)²  (3)

通过计算验证能够保证所有插补点均落在实际曲线上，不产生累积误差。

3)如图3所示，当电极1靠近工件2后，间隙电压到达设定的伺服跟踪电压，从而开始放电加工；当加工一段时间后，为了将加工削排出防止积碳发生，电极1按原来轨迹回退。

4)随着放电加工的进行，电极出现损耗，加大摇动半径以补偿因电极损耗引起的精度误差。

3、当工具电极与工件间的电压小于间隙电压，主轴开始抬刀，与进给相同的轨迹回退。

4、通过上述步骤的不断重复，将工件多余部分蚀除。

本发明为了避免传统插补回原点从而提高加工效率，采用三维圆锥可逆插补，既当X、Y轴摇动进给的同时，Z轴垂直进给，使工具电极沿着圆锥曲线到达预定位置，当电极抬刀时，按原来轨迹回退。随着加工的进行，进行电极损耗补偿，即加大摇动半径，进一步提高了加工的精度。

Claims (1)

1.一种电火花成型加工三维圆锥插补方法，其特征在于，该方法包括以下实施步骤：

(1)控制器发出脉冲指令，控制主轴运动到指定的位置：控制器、驱动器和直线电机依次相连，直线电机与主轴固定连接，光栅尺固定在直线电机上，并与控制器相连；控制器发送相应的脉冲指令给驱动器，驱动器驱动直线电机运动，从而带动主轴精确地运行到指定的位置；

(2)当固定在主轴上的工具电极到达伺服进给的起始位置后，控制器通过直线电机控制主轴按照预定的加工轨迹进给；具体包括以下子步骤：

(2.1)工具电极从现行位置P_i(x_i,y_i,z_i)，经过一个插补周期后到达下一点P_i+1(x_i+1,y_i+1,z_i+1)，进而得到一个插补周期的x、y、z轴的进给量Δx、Δy、Δz，如此沿着三维圆锥曲线到达终点位置P_e(x_e,y_e,z_e)；

(2.2)由圆锥方程可得P_i点坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_i=t_i\cos t_i\\ y_i=t_i\sin t_i\\ z_i={\mathrm{at}}_i\end{array}\right.$

式中，x_i、y_i、z_i为起始点P_i的坐标，t为参数，a为系数；插补一步后，得到插补点P_i+1的坐标为：

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{i+1}=(t_i+\mathrm{\Δt})\cos (t_i+\mathrm{\Δt})\\ y_{i+1}=(t_i+\mathrm{\Δt})\sin (t_i+\mathrm{\Δt})\\ z_{i+1}=a(t_i+\mathrm{\Δt})\end{array}\right.$

式中，x_i+1、y_i+1、z_i+1是点P_i+1的坐标，Δt为插补周期；

于是得到插补步长f：

f²＝(x_i+1-x_i)²+(y_i+1-y_i)²+(z_i+1-z_i)²；

(2.3)当工具电极靠近工件后，间隙电压到达设定的伺服跟踪电压，从而开始放电加工；当加工一段时间后，为了将加工削排出防止积碳发生，电极按原来轨迹回退；

(2.4)随着放电加工的进行，电极出现损耗，控制器加大电极摇动半径以补偿因电极损耗引起的精度误差；

(3)当工具电极与工件间的电压小于间隙电压，主轴开始抬刀，与进给相同的轨迹回退；

(4)重复步骤(1)‐(3)，将工件多余部分蚀除，实现电火花成型加工。