CN104889516A - 一种三维空间小孔的电火花加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三维空间小孔的电火花加工方法，其特征在于，包括其步骤：(1)制做定位夹具：定位夹具要能对工件进行装夹定位，能与机床转台稳定可靠的连接，夹具不能与加工位置干涉；(2)定义机床各轴坐标零点位置：转台平面与XY平面平行时为摆动轴B轴的零点状态时，摆动轴B轴此时的位置为零点，机床X、Y、Z轴坐标零点为摆动轴B轴在零点状态时回转轴C轴回转中心与转台平面的交点位置，回转轴C轴的零点为固定位置。

Description

一种三维空间小孔的电火花加工方法

技术领域：

本方法涉及电火花小孔加工领域，是基于有数学模型的工件上三维空间小孔的电火花加工。

背景技术：

目前常用的三维空间小孔的电火花加工方法是：按孔的理论尺寸进行划线确定孔位，采用带B、C回转轴和X、Y、Z、S直线轴的六轴电火花小孔加工机床，通过各轴的旋转和移动，使电极管定位到划线位置，通过目视对照划线位置来确定加工孔位。这种方法存在的不足：1、编程效率低，每一个孔位都需要肉眼观测对照；2、设备利用率低，空间孔位必须在机床上通过剔点的方式进行，减少了设备的有效加工时间；3、小孔定位精度差，因每个孔位采用肉眼观测确定，人为因素影响大，编程加工后的孔位偏差大。

发明内容：

本发明创造的目的是提供一种基于有数学模型的工件上的三维空间小孔不通过划线确定孔位，利用带摆动轴B轴、回转轴C轴和X、Y、Z、S直线轴的六轴电火花小孔加工机床，通过测量与坐标变换，精准定位空间矢量小孔位置的电火花小孔加工方法。该六轴电火花小孔加工机床各轴坐标指定如下：直线轴为X、Y、Z轴，正方向符合笛卡尔坐标系右手法则；旋转轴为摆动轴B轴、回转轴C轴，其中，摆动轴B轴绕Y轴旋转，回转轴C轴叠加在摆动轴B轴上绕自身中心法线旋转，正方向是从轴所指处往原点看的逆时针方向，S轴与Z轴重合为进给轴。

本方法的目的是通过下述的步骤实现的。

一种三维空间小孔的电火花加工方法，其特征在于，包括其步骤：

(1)制做定位夹具：定位夹具要能对工件进行的装夹定位，能与机床转台稳定可靠的连接，夹具不能与加工位置干涉。

(2)定义机床各轴坐标零点位置：转台平面与XY平面平行时为摆动轴B轴的零点状态时，摆动轴B轴此时的位置为零点，机床X、Y、Z轴坐标零点为摆动轴B轴在零点状态时回转轴C轴回转中心与转台平面的交点位置，回转轴C轴的零点为固定位置。

(3)对工件数学模型进行变换：使工件数学模型的坐标零点X 1、Y 1、Z 1和方向与机床X、Y、Z轴坐标零点和方向重合，工件模型的空间位置与工件在机床上的空间位置重合。

(4)确定摆动轴B轴与回转轴C轴的位置偏差：利用探针或电极通过接触感知功能快速得到，设探针或电极的直径为d，首先找正转台平面水平并将摆动轴B轴坐标置零，然后逆时针将摆动轴B轴旋转90°，利用接触感知功能得到X轴坐标x1，再顺时针将B轴旋转90°利用接触感知功能得到X轴坐标x2，那么，摆动轴B轴和回转轴C轴回转中心的之间两个方向的偏差a，b分别是：

$a=\frac{(x1+x2)}{2}$

$b=\frac{(x1-x2+d)}{2}.$

(5)获取三维空间小孔点位信息：在数学模型上，做出孔的中心向量，并将向量基点定位于孔上方；通过UG查询工具查找出该向量的参数，得到该向量的基点坐标(x,y,z)与方向向量(i,j,k)。

(6)三维空间小孔坐标转换：按着步骤(4)至(5)得到的a、b与小孔的基点坐标(x,y,z)和方向向量(i,j,k)，按下列算式进行坐标变换，即可得到机床回转轴C轴的旋转角度α、摆动轴B轴旋转角度β、X、Y、Z轴移动位置(x',y',z′)：

$\mathrm{\α}=\frac{j}{\sqrt{j^2}}[180-\arccos \left(\frac{i}{\sqrt{(i^2+j^2)}}\right)]$

$\mathrm{\β}=\frac{i}{\sqrt{i^2}}[180-\arccos \left(\frac{k}{\sqrt{(i^2+k^2)}}\right)]$

$(x^{\′},y^{\′},z^{\′},1)=(x,y,z,1)\left[\begin{array}{cccc}\cos \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}& \sin \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}& 0\\ -\sin \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}& \cos \mathrm{\α}& -\sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}& 0\\ \sin \mathrm{\β}& 0& \cos \mathrm{\β}& 0\\ -a\cos \mathrm{\β}-b\sin \mathrm{\β}+a& 0& -a\sin \mathrm{\β}-b\cos \mathrm{\β}+b& 1\end{array}\right].$

(7)编写加工程序：重复步骤(4)至(6)，即可得出不同三维空间小孔的机床坐标值，编写出整个工件的加工程序进行加工。

需要换加工设备或工件时，重复步骤(1)至(7)即可。

本方法的优点：1、提高了三维空间小孔的编程效率和孔位精度，2、三维空间小孔编程无需采用在机床上划线剔点的方法进行，提高了机床的利用率，3、有效避免了人为因素对加工精度的影响，极大的提高了加工效率和加工质量。

附图说明：

图1是六轴电火花小孔加工机床各轴坐标示意图；

图2是零件模型坐标变换示意图；

图3是摆动轴B与回转轴C的位置偏差a、b示意图；

图4是小孔矢量位置绘制示意图；

具体实施方式：

参阅图1-4，一种三维空间小孔的电火花加工方法，其特征在于，包括其步骤：

(1)制做定位夹具：定位夹具要能对工件进行的装夹定位，能与机床转台稳定可靠的连接，夹具不能与加工位置干涉。

(2)定义机床各轴坐标零点位置：参阅图1,转台平面与XY平面平行时为摆动轴B轴的零点状态时，摆动轴B轴此时的位置为零点，机床X、Y、Z轴坐标零点为摆动轴B轴在零点状态时回转轴C轴回转中心与转台平面的交点位置，回转轴C轴的零点为固定位置。

(3)对工件数学模型进行变换：参阅图2使工件数学模型的坐标零点X1、Y 1、Z 1和方向与机床X、Y、Z轴坐标零点和方向重合，工件模型的空间位置与工件在机床上的空间位置重合。

(4)确定摆动轴B轴与回转轴C轴的位置偏差：参阅图3,利用探针或电极通过接触感知功能快速得到，设探针或电极的直径为d，首先找正转台平面水平并将摆动轴B轴坐标置零，然后逆时针将摆动轴B轴旋转90°，利用接触感知功能得到X轴坐标x1，再顺时针将B轴旋转90°利用接触感知功能得到X轴坐标x2，那么，摆动轴B轴和回转轴C轴回转中心的之间两个方向的偏差a，b分别是：

$a=\frac{(x1+x2)}{2}$

$b=\frac{(x1-x2+d)}{2}.$

(5)获取三维空间小孔点位信息：参阅图4,在数学模型上，做出孔的中心向量，并将向量基点定位于孔上方；通过UG查询工具查找出该向量的参数，得到该向量的基点坐标(x,y,z)与方向向量(i,j,k)。

(6)三维空间小孔坐标转换：按着步骤(4)至(5)得到的a、b与小孔的基点坐标(x,y,z)和方向向量(i,j,k)，按下列算式进行坐标变换，即可得到机床回转轴C轴的旋转角度α、摆动轴B轴旋转角度β、X、Y、Z轴移动位置(x',y',z′)：

$\mathrm{\α}=\frac{j}{\sqrt{j^2}}[180-\arccos \left(\frac{i}{\sqrt{(i^2+j^2)}}\right)]$

$\mathrm{\β}=\frac{i}{\sqrt{i^2}}[180-\arccos \left(\frac{k}{\sqrt{(i^2+k^2)}}\right)]$

$(x^{\′},y^{\′},z^{\′},1)=(x,y,z,1)\left[\begin{array}{cccc}\cos \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}& \sin \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}& 0\\ -\sin \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}& \cos \mathrm{\α}& -\sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}& 0\\ \sin \mathrm{\β}& 0& \cos \mathrm{\β}& 0\\ -a\cos \mathrm{\β}-b\sin \mathrm{\β}+a& 0& -a\sin \mathrm{\β}-b\cos \mathrm{\β}+b& 1\end{array}\right].$

(7)编写加工程序：重复步骤(4)至(6)，即可得出不同三维空间小孔的机床坐标值，编写出整个工件的加工程序进行加工。

需要换加工设备或工件时，重复步骤(1)至(7)即可。

用此方法加工三维空间小孔，可以不用通过划线剔点肉眼目视确定孔位，只需利用数学模型进行三维空间小孔基点坐标信息与矢量方向信息采集，利用探针或电极测量机床旋转轴的位置偏差，利用变换矩阵得到三维空间小孔的加工坐标，机床各轴只需根据得到的加工坐标值进行旋转和移动，就能实现复杂三维空间小孔的电火花加工。

Claims (1)

1.一种三维空间小孔的电火花加工方法，其特征在于，包括其步骤：

(1)制做定位夹具：定位夹具要能对工件进行装夹定位，能与机床转台稳定可靠的连接，夹具不能与加工位置干涉；

(2)定义机床各轴坐标零点位置：转台平面与XY平面平行时为摆动轴B轴的零点状态时，摆动轴B轴此时的位置为零点，机床X、Y、Z轴坐标零点为摆动轴B轴在零点状态时回转轴C轴回转中心与转台平面的交点位置，回转轴C轴的零点为固定位置；

(3)对工件数学模型进行变换：使工件数学模型的坐标零点和方向与机床X、Y、Z轴坐标零点和方向重合，工件模型的空间位置与工件在机床上的空间位置重合；

(4)确定摆动轴B轴与回转轴C轴的位置偏差：利用探针或电极通过接触感知功能快速得到，设探针或电极的直径为d，首先找正转台平面水平并将摆动轴B轴坐标置零，然后逆时针将摆动轴B轴旋转90°，利用接触感知功能得到X轴坐标x1，再顺时针将B轴旋转90°利用接触感知功能得到X轴坐标x2，那么，摆动轴B轴和回转轴C轴回转中心的之间两个方向的偏差a，b分别是：

$a=\frac{(x1+x2)}{2}$

$b=\frac{(x1-x2+d)}{2};$

(5)获取三维空间小孔点位信息：在数学模型上，做出孔的中心向量，并将向量基点定位于孔上方；通过UG查询工具查找出该向量的参数，得到该向量的基点坐标(x,y,z)与方向向量(i,j,k)；

(6)三维空间小孔坐标转换：按着步骤(4)至(5)得到的a、b与小孔的基点坐标(x,y,z)和方向向量(i,j,k)，按下列算式进行坐标变换，即可得到机床回转轴C轴的旋转角度α、摆动轴B轴旋转角度β、X、Y、Z轴移动位置(x',y',z′)：

$\mathrm{\α}=\frac{1}{\sqrt{j^2}}[180-\arccos \left(\frac{i}{\sqrt{(i^2+j^2)}}\right)]$

$\mathrm{\β}=\frac{i}{\sqrt{i^2}}[180-\arccos \left(\frac{k}{\sqrt{(i^2+k^2)}}\right)]$

$(x^{\′},y^{\′},z^{\′},1)=(x,y,z,1)\left[\begin{array}{cccc}\cos \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}& \sin \mathrm{\α}& \cos \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}& 0\\ -\sin \mathrm{\α}\cos \mathrm{\β}& \cos \mathrm{\α}& -\sin \mathrm{\α}\sin \mathrm{\β}& 0\\ \sin \mathrm{\β}& 0& \cos \mathrm{\β}& 0\\ -a\cos \mathrm{\β}-b\sin \mathrm{\β}+a& 0& -a\sin \mathrm{\β}-b\cos \mathrm{\β}+b& 1\end{array}\right]$

(7)编写加工程序：重复步骤(4)至(6)，即可得出不同三维空间小孔的机床坐标值，编写出整个工件的加工程序进行加工。