CN106363258B - 稀疏化进给节点的电火花加工方法 - Google Patents
稀疏化进给节点的电火花加工方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106363258B CN106363258B CN201610851607.XA CN201610851607A CN106363258B CN 106363258 B CN106363258 B CN 106363258B CN 201610851607 A CN201610851607 A CN 201610851607A CN 106363258 B CN106363258 B CN 106363258B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- feeding
- tool
- curve
- electrode
- node
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
- B23H1/00—Electrical discharge machining, i.e. removing metal with a series of rapidly recurring electrical discharges between an electrode and a workpiece in the presence of a fluid dielectric
Abstract
一种电火花加工技术领域的稀疏化进给节点的电火花加工方法，通过将工具电极加工工件的无干涉进给运动分解为基于初始进给起点的平动和转动，得到工具电极在三维平动空间和转动空间内无干涉进给的平动曲线和转动曲线；基于平动曲线和转动曲线进行稀疏化插补移动，得到各加工阶段的进给节点，并以全部进给节点为基准输出符合电火花机床加工运动形式的数控代码。本发明能够减少抬刀频率，减少抬刀耗时，提高工具电极的进给效率。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种电火花加工领域的技术，具体是一种稀疏化进给节点的电火花加工方法。
背景技术
电火花成形加工属于非接触式加工，依赖工具电极与工件之间的火花放电作用来去除材料。在电火花成形加工过程中，使用“终位形面拷贝法”来完成形面加工。该方法在加工复杂型腔时，工具电极的运动通常可以划分成为两个阶段：进给阶段和拷贝阶段。进给阶段是指，工具电极自型腔外沿着一条与零件最终形面无干涉的轨迹运动到形面偏置后的地方，即进给的终点。拷贝阶段是指，在进给的终点上通过一系列的工具电极形面拷贝运动加工出最终的工件形面。因而工具电极进给轨迹规划在电火花成形加工过程中占有非常重要的地位，会直接决定加工的成败。
目前，大多数数控机床所支持的数控代码格式都只有G代码的形式。电火花成形加工方面，将进给运动转换成数控代码的方法一般都是沿用切削加工中所用的手段，即采用广义直线插补方式去逼近原有轨迹。具体来说，是在进给运动轨迹上选取足够密集的节点，将两个节点之间的所有自由度上的运动都采用线性插补的方式实现。
电火花加工的抬刀是周期性的，即每完成一定时间的进给，随之沿着原有轨迹回退一定距离，然后再继续进给。抬刀的作用是为了改善蚀除产物的排出，因此加工中不可或缺。在抬刀过程中，机床的加减速一般采用“S”型曲线，保证速度光滑，避免对机床产生刚性冲击。针对上述方法获得的数控代码，由于代码之间的移动量非常小，导致电火花加工过程中抬刀高度内都需要跨越多行代码。由于抬刀运动又需要严格沿着已有的进给轨迹进行，一旦抬刀高度需要跨度多行代码，则机床必须在每一行数控代码所指向的数控节点上都要减速，才能精确地通过。整个抬刀运动也就需要执行多次加减速，极端的情况是，机床在每一个数控节点处都减速至零。这样会导致抬刀过程频繁地加减速，致使抬刀过程的速度不能达到机床的最大速度，增加抬刀的耗时，也削弱了抬刀对于蚀除产物排出的作用。
发明内容
本发明针对现有技术大多采用直线逼近曲线的实现方式，这样的实现方式导致在允差范围很小的情况下，数控代码的量会非常巨大而每一行代码之间的移动量会非常小，大幅度增加了电火花加工过程的抬刀频率和时间，导致加工效率较低等缺陷，提出了一种稀疏化进给节点的电火花加工方法，能够减少抬刀频率，减少抬刀耗时，提高工具电极的进给效率。
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明涉及一种稀疏化进给节点的电火花加工方法，通过将工具电极加工工件的无干涉进给运动分解为基于初始进给起点的平动和转动，得到工具电极在三维平动空间和转动空间内无干涉进给的平动曲线和转动曲线；基于平动曲线和转动曲线进行稀疏化插补移动，得到各加工阶段的进给节点，并以全部进给节点为基准输出符合电火花机床加工运动形式的数控代码。
所述的平动和转动包括：工具电极在正交坐标系三个方向上的平动以及工具电极在三个旋转轴上轴向的转动，共六个运动自由度。
所述的稀疏化插补移动是指从平动曲线和转动曲线的起点开始，以间距最大化方式选取下一阶段的进给节点，要求这两个点之间的运动在各轴上线性变化，且工具电极不与工件干涉，并将该进给节点作为下一个加工阶段工具电极的进给起点，重复此过程直至到达曲线终点。
所述的间距最大化方式是指：以比当前节点到上个阶段节点的距离更大选取进给节点，二者之间使用线性插补会发生工具电极与工件干涉。
所述的工件包括但不限于：叶盘、模具。
技术效果
与现有技术相比，本发明通过稀疏化进给节点，采用少量数控代码完成复杂的进给，减少了抬刀频率，避免抬刀过程中的频繁加减速问题，同时代码是以多轴联动的形式出现，从而提高加工的效率；本发明虽然采用了广义的直线插补，但由于其中涉及到旋转轴的运动，工具电极上的点的运动轨迹也可以保持很好的平顺性；工具电极上的点只有转动中心所在点的运动路径是大段直线组成，其他位置的点在旋转运动的作用下，在空间走过的路径都是曲线，尤其是工具电极前端远离转动中心点的部分，旋转运动的效果体现更为明显。
附图说明
图1为本发明具体实施例中工具电极的运动自由度；
图2为本发明具体实施例中稀疏化节点的无干涉进给轨迹与密集节点的无干涉进给轨迹对比图；
图中：·为稀疏化进给节点，-----为稀疏化进给节点轨迹，——为密集进给节点轨迹，
...-..-为电极端面中心运动轨迹。
具体实施方式
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
在需要特别进行工具电极进给轨迹规划的情况中，以闭式整体叶盘类零件电火花加工的问题最具有代表性，本实施例选取的正是某一类型的叶盘加工。其中，图1为工具电极进给过程中的自由度定义。
在加工过程中，工具电极需要沿着一条无干涉的优化的轨迹从流道外逐渐进入流道内，并最终达到其尺寸缩减之后的位置。在工具电极进给过程中，伴随着工件材料的去除，数控代码会直接影响加工的效率。工具电极进给的轨迹需要包含六个自由度，可以划分成为工具电极上转动中心点的平动和其他三个转动轴上的转动，其中：平动包括工具电极在X轴、Y轴和Z轴三个方向上的平动，转动包括工具电极在A旋转轴、B旋转轴和C旋转轴三个轴向的转动，共六个运动自由度。该点的平动轨迹为三维空间的曲线，而其他三个轴上的转动可以视作旋转轴空间内的曲线，用NURBS曲线可以很容易描述，分别为：
和
其中使用的参数参照标准的NURBS曲线表达：u为NURBS曲线的参数，N为NURBS曲线控制点的数目，wi,l和wi,r分别为每个控制点的权因子，Pi和Qi分别为NURBS曲线的控制点，Gi,3(u)为NURBS曲线的基函数；由于平动和转动必须同步，两曲线需要共用参数u，故基函数也是相同的。如此，给定一个参数u则可以立即得到电极的位姿。
通过对上述运动曲线进行稀疏化插补移动，得到各加工阶段的进给节点，具体为：在Cl(u)和Cr(u)的轨迹上，以最大化间距Δu来生成数控节点，即：一个加工阶段中，工具电极从一个位姿{x(un),y(un),z(un),α(un),β(un),γ(un)}使用稀疏化插补移动到下一个位姿{x(un+Δun+1),y(un+Δun+1),z(un+Δun+1),α(un+Δun+1),β(un+Δun+1),γ(un+Δun+1)}时，当前间距Δun+1为最大，且工具电极与工件不会发生干涉，而Δun+1继续增大则在稀疏化插补移动过程中会出现干涉，其中：un为第n+1加工阶段的进给起点，Δun+1为第n+1加工阶段的移动插补间距，un+Δun+1＝un+1作为第n+1加工阶段的进给节点；x(un)、y(un)、z(un)、α(un)、β(un)、γ(un)分别表示第un个进给节点在X轴、Y轴和Z轴上的位置，以及在A旋转轴、B旋转轴和C旋转轴上的转动角度。
如图2所示，分别使用基于同一条无干涉运动轨迹的两组数控代码进行叶盘加工实验：第一组使用密集进给节点的形式，工具电极数控代码的数目为63条；第二组为本实施例使用的稀疏化进给节点的形式，共5个进给节点，对应的数控代码数目为5条，具体如下：
G01X 0.8013Y 39.3838Z125.0000A 0.5000C-24.3500；
G01X 3.0684Y 27.6710Z120.0000A 1.1000C-19.3000；
G01X 0.8951Y 27.4474Z120.0000A 0.8500C-12.9500；
G01X-3.0369Y 24.3669Z120.0000A 0.7000C 4.0000；
G01X 0.0000Y 23.0000Z120.0000A 0.0000C 0.0000。
两组数控代码采用的工具电极相同，材料为POCO EDM-C3，使用下同的加工参数。采用密集进给节点进行加工的时长为139分钟，采用本实施例稀疏化进给节点的加工时长为106分钟，加工时间减少了23.7％，有效提高了电火花成形加工中工具电极进给的效率。
Claims (3)
1.一种稀疏化进给节点的电火花加工方法，其特征在于，通过将工具电极加工工件的无干涉进给运动分解为基于初始进给起点的平动和转动，得到工具电极在三维平动空间和转动空间内无干涉进给的平动曲线和转动曲线；基于平动曲线和转动曲线进行稀疏化插补移动，得到各加工阶段的进给节点，并以全部进给节点为基准输出符合电火花机床加工运动形式的数控代码；
所述的平动和转动包括：工具电极在正交坐标系三个方向上的平动以及工具电极在三个旋转轴上轴向的转动，共六个运动自由度；
所述的稀疏化插补移动是指从平动曲线和转动曲线的初始进给起点开始，以间距最大化方式选取下一加工阶段的进给节点，要求这两个点之间的运动在各旋转轴上线性变化，且工具电极不与工件干涉，并将该进给节点作为下一个加工阶段工具电极的进给起点，重复此过程直至到达曲线终点；
所述的间距最大化方式是指：以比当前节点到上个阶段节点的距离更大选取进给节点，二者之间使用线性插补会发生工具电极与工件干涉。
2.根据权利要求1所述的稀疏化进给节点的电火花加工方法，其特征是，所述的平动曲线
所述的转动曲线其中：使用的参数参照标准的NURBS曲线表达：u为NURBS曲线的参数，N为NURBS曲线控制点的数目，wi,l和wi,r分别为每个控制点的权因子，Pi和Qi分别为NURBS曲线的控制点，Gi,3(u)为NURBS曲线的基函数；由于平动和转动必须同步，两曲线需要共用参数u，故基函数相同。
3.根据权利要求2所述的稀疏化进给节点的电火花加工方法，其特征是，在Cl(u)和Cr(u)的轨迹上，以最大化间距Δu来生成数控节点，即：一个加工阶段中，工具电极从一个位姿{x(un),y(un),z(un),α(un),β(un),γ(un)}使用稀疏化插补移动到下一个位姿{x(un+Δun+1),y(un+Δun+1),z(un+Δun+1),α(un+Δun+1),β(un+Δun+1),γ(un+Δun+1)}时，当前间距Δun+1为最大，且工具电极与工件不会发生干涉，而Δun+1继续增大则在稀疏化插补移动过程中会出现干涉，其中：un为第n+1加工阶段的进给起点，Δun+1为第n+1加工阶段的移动插补间距，un+Δun+1＝un+1作为第n+1加工阶段的进给节点；x(un)、y(un)、z(un)、α(un)、β(un)、γ(un)分别表示第un个进给节点在X轴、Y轴和Z轴上的位置，以及在A旋转轴、B旋转轴和C旋转轴上的转动角度。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2016107871623 | 2016-08-31 | ||
| CN201610787162 | 2016-08-31 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN106363258A CN106363258A (zh) | 2017-02-01 |
| CN106363258B true CN106363258B (zh) | 2018-03-06 |
Family
ID=57897490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201610851607.XA Active CN106363258B (zh) | 2016-08-31 | 2016-09-26 | 稀疏化进给节点的电火花加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN106363258B (zh) |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0569237A (ja) * | 1991-07-08 | 1993-03-23 | Makino Milling Mach Co Ltd | 放電創成加工方法 |
| JP3396302B2 (ja) * | 1994-09-09 | 2003-04-14 | 三菱電機株式会社 | 放電加工装置 |
| CN103056460B (zh) * | 2012-12-27 | 2015-05-06 | 浙江大学 | 一种电火花成型加工三维圆锥插补方法 |
| CN103934528B (zh) * | 2014-04-14 | 2016-02-10 | 上海交通大学 | 一种用于电火花加工的六轴联动插补方法 |
| CN104084654B (zh) * | 2014-07-15 | 2016-08-31 | 上海交通大学 | 六轴联动空间摇动电火花加工方法 |
| CN105345187B (zh) * | 2015-11-24 | 2017-08-15 | 上海交通大学 | 闭式整体叶盘电火花加工电极最大自由运动行程轨迹搜索方法 |
| CN105643030B (zh) * | 2016-03-01 | 2017-11-03 | 上海交通大学 | 一种用于多轴联动电火花加工的进给速度后处理器设计方法 |
-
2016
- 2016-09-26 CN CN201610851607.XA patent/CN106363258B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN106363258A (zh) | 2017-02-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102298358B (zh) | 五轴数控加工双nurbs刀具轨迹速度规划方法 | |
| CN103084636B (zh) | 整体叶盘复合数控铣削垂直结构机床 | |
| CN104384586B (zh) | 四轴数控铣机床加工整体叶轮的方法 | |
| CN102825315B (zh) | 槽特征内型的螺旋铣加工方法 | |
| CN106292529B (zh) | 一种机床的加工路径生成方法 | |
| CN103645674B (zh) | 一种整体叶轮叶片的粗-半精-精铣混合路径生成方法 | |
| CN103100744B (zh) | 整体叶盘复合数控铣削复合结构机床 | |
| CN103084637B (zh) | 整体叶盘复合数控铣削折叠结构机床 | |
| CN102147600A (zh) | 实时生成曲率连续路径的数控插补系统 | |
| CN101206472A (zh) | 用于高速数控加工轨迹拐角的速度平滑方法 | |
| CN104084654B (zh) | 六轴联动空间摇动电火花加工方法 | |
| CN104460516A (zh) | 一种基于后置处理五轴刀具半径补偿方法 | |
| CN106378478B (zh) | 一种规则金字塔微结构的微铣削加工方法 | |
| CN1101740C (zh) | 放电加工装置及其方法 | |
| CN1888992A (zh) | 变量可分离的正高次代数曲线合成差分插补数控加工方法 | |
| CN207386665U (zh) | 一种多功能龙门铣床 | |
| CN105643030A (zh) | 一种用于多轴联动电火花加工的进给速度后处理器设计方法 | |
| CN104985244B (zh) | 大型螺杆压缩机转子齿廓面沿螺旋线逐行铣削的方法 | |
| CN103769548A (zh) | 一种大型数字化无模铸造成形机 | |
| CN102350509B (zh) | 一种等切屑载荷车削复杂光学曲面的方法 | |
| CN106363258B (zh) | 稀疏化进给节点的电火花加工方法 | |
| CN107030343A (zh) | 球头复合阴极在线修整装置及其使用方法 | |
| CN110497727A (zh) | 一种立体石雕加工的最优加工空间选取方法 | |
| CN102554379B (zh) | 一种超硬刀具电火花加工装置及操作方法 | |
| CN108710339B (zh) | 一种周铣加工表面形貌快速建模方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |