CN108655522A - 一种提高大电流电弧放电铣削加工精度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高大电流电弧放电铣削加工精度的方法,改变工具电极的轴向外冲液方式,使用与工具电极存在偏心关系的偏心外冲液喷头,使得工作液非均匀的分布在工具电极的周围,进而对在工具电极端部放电的电弧进行驱动,避免对重要表面的重复蚀除。在加工时,电弧流场偏转控制器同步跟踪加工过程,并根据加工过程实时调整喷头角度,进而对工具电极轴向冲液强度在圆周方向的分布进行实时控制,以实现三维复杂形貌的加工。本发明能有效驱动电弧的扩展,可以显著提高大电流电弧放电铣削加工精度。
Description
技术领域
本发明属于放电加工技术领域,具体涉及一种提高大电流放电铣削加工精度的方法。
背景技术
电弧放电铣削加工是一种放电加工方法,在其加工过程中,绕自身旋转的工具电极和待加工工件分别接在电源的输出端上,控制系统带动带动工具电极向工件运动,当两者之间距离足够近时会产生放电现象,形成电弧等离子体,工件材料在等离子体的高温作用下气化、熔化。但是在电极旋转以及外部冲液作用下,电弧等离子体会受到严重干扰而熄灭,熔化的工件材料会随之抛出,实现材料的去除,此过程重复进行,进而形成连续的工件材料的去除。由于电弧等离子体内部存在着极高的高温,因此,诸如钛合金、镍基高温合金和模具钢等难切削材料均可被高效去除。由于电弧铣削所用电流在几百安培到几千安培之间,放电电流的增加会带来工件材料去除效率的增加,但是随之而来的是电弧对工件材料熔化深度的增加,进而导致严重的过切现象,形成较大的加工误差。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种提高大电流电弧放电铣削加工精度的方法。
本发明的技术方案如下:
一种提高大电流电弧放电铣削加工精度方法,工具电极(3)轴向流场的强度存在梯度,将流场最强的喷头位置朝向工件的重要表面(15),重要表面一侧工作液喷出量较大,非重要表面(16)一侧工作液喷出量较小,使得重要表面(15)产生的电弧向非重要表面(16)扩展,减少重要表面(15)的重复扩展。
所述的提高大电流电弧放电铣削加工精度方法,流场偏转控制器(8)分别通过刀具半径补偿方向信号线(9)、机床Y轴运动速度信号线(10)和机床X轴运动速度信号线(11),接收机床运动控制器(12)的刀具半径补偿方向信号、Y轴运动速度信号和X轴运动速度信号,流场偏转控制器(8)根据以上三个信号来控制偏心喷头控制电机(7)的转动角度;偏心喷头控制电机(7)通过传动装置(6)与偏心外冲液喷头(4)连接,偏心外冲液喷头(4)受到偏心喷头控制电机(7)的控制,可以绕工具电极(3)旋转并能实现精确定位。
所述的提高大电流电弧放电铣削加工精度方法,流场偏转控制器实时采集机床运动控制器的刀具半径补偿方向信号、机床Y轴运动速度信号Vy和机床X轴运动速度信号Vx,根据Vx和Vy的矢量值得到速度矢量和V;设定喷头内表面与工具电极的间隙最大方位与速度矢量和V的夹角为a,a<180°,其中夹角a根据实际加工效果设定;流场偏转控制器根据刀具半径补偿方向信号调整夹角a的位置,若机床运动控制器当前采用的刀具半径补偿为G42代码,则夹角a在速度矢量和V的左侧;若当前采用的刀具半径补偿为G41代码,则夹角a在速度矢量和V的右侧。
所述的提高大电流电弧放电铣削加工精度方法,通过更换具有不同内孔位置和直径的偏心喷孔板,能实现对加工精度不同程度的调控,还可以适应不同外径的工具电极。
所述的提高大电流电弧放电铣削加工精度方法,偏心外冲液喷头中工具电极导引板为可更换部件,通过更换具有不同中心孔内径的工具电极导引板,以适应不同外径的工具电极。
相对于现有技术,本发明具有如下有益效果:
1、通过判断X轴与Y轴运动速度矢量方向,结合加工过程的刀具半径补偿方向控制管状工具电极外冲液的分布,能够通过控制工具电极外部冲液的分布来驱动电弧的扩展,大大减少过切量,提高电弧放电加工精度。
2、采用该装置借助于机床运动控制器和流场偏转控制器,可以完成对工件复杂形状的连续铣削过程中加工误差的降低。
3、该方法成本低廉,提高加工精度效果明显。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明原理示意图。
图3为零件轮廓铣削流场控制原理图。
图4为偏心外冲液喷头偏转控制原理图。
图5为本发明中偏心外冲液喷头、传动装置和偏心喷头控制电机安装示意图。
图6为本发明中偏心外冲液喷头的剖视图。
图7为不同流场分布下电弧放电铣削照片。
图8为不同流场分布下电弧放电铣槽工件照片。
1工件、2工作台、3工具电极、4偏心外冲液喷头、5机床旋转主轴、6传动装置、7偏心喷头控制电机、8流场偏转控制器、9刀具半径补偿方向信号线、10机床Y轴运动速度信号线、11机床X轴运动速度信号线、12机床运动控制器、13外冲液泵送系统、14电弧放电电源,15重要表面、16非重要表面,18固定在固定支架、19主轴固定夹板、20工具电极穿入孔、21外冲液体接口,22偏心喷孔板、23旋转空心轴、24轴承压帽、25轴承、26喷头外壳、27密封圈、28工具电极导引板。
具体实施方式
以下结合具体实施例,对本发明进行详细说明。
如图1所示,一种提高大电流电弧放电铣削加工精度的装置,包括偏心外冲液喷头(4)、传动装置(6)、偏心喷头控制电机(7)、流场偏转控制器(8)、刀具半径补偿方向信号线(9)、机床Y轴运动速度信号线(10)、机床X轴运动速度信号线(11)、机床运动控制器(12);偏心喷头控制电机(7)通过传动装置(6)与偏心外冲液喷头(4)连接,偏心外冲液喷头(4)受到偏心喷头控制电机(7)的控制,可以绕工具电极(3)旋转并能实现精确定位;流场偏转控制器(8)分别通过刀具半径补偿方向信号线(9)、机床Y轴运动速度信号线(10)和机床X轴运动速度信号线(11),接收机床运动控制器(12)的刀具半径补偿方向信号、Y轴运动速度信号和X轴运动速度信号,流场偏转控制器(8)根据以上三个信号来控制偏心喷头控制电机(7)的转动角度。
被加工工件(1)安装在工作台(2)上,工作台(2)在机床X轴驱动电机和Y轴驱动电机带动下,分别在X轴方向和Y轴方向移动,管状工具电极(3)被夹持在机床旋转主轴(5)上,在其带动下做旋转运动,工具电极(3)和工件(1)分别连接在电弧放电电源(14)的负极和正极上;偏心喷头控制电机(7)和偏心外冲液喷头(4)固定在机床Z轴平台上,随机床Z轴运动。
偏心外冲液喷头(4)与外冲液泵送系统(13)之间通过管线相连,用于向工件(1)提供外部冲液。
如图2所示,在偏心外冲液喷头(4)的作用下,外冲液泵送系统(13)的工作液会非均匀的分布在工具电极的周围。由于喷头内表面与工具电极的间隙存在梯度,使得工具电极轴向流场的强度存在梯度。在加工过程中,定义最终期望形成的表面为重要表面(15),在加工的后续过程中会被去除的表面称为非重要表面(16)。由于工具电极(3)轴向流场的强度存在梯度,将流场最强的喷头位置朝向工件的重要表面(15),重要表面一侧工作液喷出量较大,非重要表面(16)一侧工作液喷出量较小,使得重要表面(15)产生的电弧向非重要表面(16)扩展,减少重要表面(15)的重复扩展,将能减少过切量,并能提高最终的加工精度。
在对复杂形貌进行加工时,按照图3方法所示,在加工过程中,偏心喷头控制电机(7)同步跟踪加工过程,并根据加工过程实时调整喷头角度,进而对工具电极(3)轴向冲液强度在圆周方向的分布进行实时控制,使得流场最强的喷头位置朝向工件的重要表面,实现三维复杂形貌的加工,加工过程中不同时刻梯度方向的设置如图3所示,a为期望得到的加工形貌,b、c、d分别对应T1、T2、T3时刻的喷头位置和朝向。
请参阅图1和图4,如图4所示,流场偏转控制器(8)实时采集机床运动控制器(12)的刀具半径补偿方向信号、机床Y轴运动速度信号Vy和机床X轴运动速度信号Vx,根据Vx和Vy的矢量值得到速度矢量和V。设定喷头内表面与工具电极的间隙最大方位所在的喷头直径线与速度矢量和V的夹角为a(a<180°),其中夹角a在加工过程中是固定的,在加工之前提前设定。在传统金属铣削加工中,刀具半径补偿代码使得刀具自动偏向工件的一边一个特定的距离,而刀具所偏向的工件一边为所期望得到的边缘,与本发明中所定义的重要表面(15)相符合。在电弧放电铣削加工过程中,为了让流场偏转控制器(8)找到加工过程中的重要表面(15),在机床运动控制器(12)的加工代码中添加刀具半径补偿代码,设置极小的刀具半径补偿代码,机床运动控制器(12)内的PLC程序判断刀具半径补偿代码是G41还是G42,机床运动控制器(12)通过刀具半径补偿方向信号线(9)输出判断值。流场偏转控制器(8)根据刀具半径补偿方向信号线(9)的信号调整夹角a的位置,若机床运动控制器(12)当前采用的刀具半径补偿为G42代码,则夹角a在速度矢量和V的左侧;若当前采用的刀具半径补偿为G41代码,则夹角a在速度矢量和V的右侧。
请结合参阅图1和图5,如图5所示,本发明中的偏心外冲液喷头(4)和偏心喷头控制电机(7)固定在固定支架(18)上,固定支架(18)被固定在主轴固定夹板(19)上;用主轴固定夹板(19)将本发明中偏心外冲液喷头(4)、传动装置(6)和偏心喷头控制电机(7)固定在主轴的外表面上,并保证偏心外冲液喷头(4)与机床主轴外圆同心;主轴旋转夹头上的工具电极(3)穿过偏心外冲液喷头(4)的工具电极穿入孔(20);外冲液泵送系统(13)通过管线接入外冲液体接口(21);偏心喷头控制电机(7)通过传动装置(6)实现对偏心外冲液喷头(4)旋转角度的准确调整。
请结合参阅图5和图6,如图6所示为本发明中偏心外冲液喷头的剖视图,偏心外冲液喷头包括偏心喷孔板(22)、旋转空心轴(23)、轴承压帽(24)、轴承(25)、喷头外壳(26)、密封圈(27)和工具电极导引板(28)。偏心喷孔板(22)通过外螺纹安装固定在旋转空心轴(23)的内部,偏心喷孔板(22)上开有一个与旋转空心轴(23)存在偏心关系的圆孔,通过更换不同偏心距和圆孔直径的偏心喷孔板22,可以适应不同的工况。在装配时,偏心喷孔板(22)的下端面突出或持平于旋转空心轴(23)下端面。旋转空心轴(23)被轴承(25)支撑,被固定于喷头外壳(26)上,旋转空心轴(23)外部的凹槽内放置密封圈(27),用于喷头外壳(26)和旋转空心轴(23)之间的密封防止工作液泄露。
轴承(25)被轴承压帽(24)紧压在喷头外壳(26)内。工具电极导引板(28)包括上部的圆板和与圆板同心固定在一起的圆筒结构,圆筒结构的中心孔为工具电极穿入孔(20)。在工具电极导引板(28)的圆板上,围绕着工具电极穿入孔(20)开设外冲液体接口(21),工作液通过外冲液体接口(21)进入旋转空心轴(23)、工具电极导引板(28)以及偏心喷孔板(22)共同限定的内部空腔中,并从偏心喷孔板(22)和工具电极导引板(28)之间的空隙喷出。
所述装置在工作时,偏心喷头控制电机通过传动装置,对旋转空心轴(23)的旋转角度进行精确控制,实现偏心喷孔板(22)偏心姿态的改变;密封圈(27)用来防止旋转空心轴(23)旋转时工作液的泄漏。工具电极导引板(28)上所开设的工具电极穿入孔(20)直径比工具电极外径稍大,防止高速旋转工具电极与工具电极导引板(28)的摩擦。
实施例1
按照图1所述原理,进行电弧放电铣削加工实验,偏心喷孔板(22)上所开的圆孔内径11mm,其与旋转空心轴(23)的偏心距是0.5mm。喷头内表面与工具电极的间隙最大方位所在的喷头直径线与速度矢量和V的夹角为a=90°,设置峰值电流500A,击穿电压200V,电极转速1000rpm,管状石墨电极外径10mm,内径2mm,在实验过程中对放电过程进行录像,发现当偏心外冲液喷头设置分别如图7(a)和图7(c)时,放电时的状态截然相反,其放电加工过程分别如图7(a)和图7(c)所示,放电加工蚀除产物的抛出方向与偏心外冲液喷头偏心方向相反。而采用没有偏心的喷头时(图7(b)),其放电加工过程如图7(b)所示,该种条件下蚀除产物的抛出方向呈现出随机性。
实施例2
按照图1所述原理,进行电弧放电铣削加工实验,偏心喷孔板(22)上所开的圆孔内径11mm,其与旋转空心轴(23)的偏心距是0.5mm。喷头内表面与工具电极的间隙最大方位所在的喷头直径线与速度矢量和V的夹角为a=90°,设置峰值电流500A,击穿电压200V,电极转速1000rpm,管状石墨电极外径10mm,内径2mm,进行了Y轴方向的直槽加工,槽的长度是35mm,深度5mm。采用如图8(a)所示的偏心外冲液喷头设置时的加工效果如图8(a)所示,可以看出,右侧边缘的精度要明显高于左侧边缘。采用如图8(b)所示的偏心外冲液喷头设置时的加工效果如图8(b)所示,可以看出,左侧边缘的精度要明显高于右侧边缘。
应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种提高大电流电弧放电铣削加工精度方法,其特征在于,工具电极(3)轴向流场的强度存在梯度,将流场最强的喷头位置朝向工件的重要表面(15),重要表面一侧工作液喷出量较大,非重要表面(16)一侧工作液喷出量较小,使得重要表面(15)产生的电弧向非重要表面(16)扩展,减少重要表面(15)的重复扩展。
2.根据权利要求1所述的提高大电流电弧放电铣削加工精度方法,其特征在于,流场偏转控制器(8)分别通过刀具半径补偿方向信号线(9)、机床Y轴运动速度信号线(10)和机床X轴运动速度信号线(11),接收机床运动控制器(12)的刀具半径补偿方向信号、Y轴运动速度信号和X轴运动速度信号,流场偏转控制器(8)根据以上三个信号来控制偏心喷头控制电机(7)的转动角度;偏心喷头控制电机(7)通过传动装置(6)与偏心外冲液喷头(4)连接,偏心外冲液喷头(4)受到偏心喷头控制电机(7)的控制,可以绕工具电极(3)旋转并能实现精确定位。
3.根据权利要求1所述的提高大电流电弧放电铣削加工精度方法,其特征在于,流场偏转控制器实时采集机床运动控制器的刀具半径补偿方向信号、机床Y轴运动速度信号Vy和机床X轴运动速度信号Vx,根据Vx和Vy的矢量值得到速度矢量和V;设定喷头内表面与工具电极的间隙最大方位与速度矢量和V的夹角为a,a<180°,其中夹角a根据实际加工效果设定;流场偏转控制器根据刀具半径补偿方向信号调整夹角a的位置,若机床运动控制器当前采用的刀具半径补偿为G42代码,则夹角a在速度矢量和V的左侧;若当前采用的刀具半径补偿为G41代码,则夹角a在速度矢量和V的右侧。
4.根据权利要求1所述的提高大电流电弧放电铣削加工精度方法,其特征在于,通过更换具有不同内孔位置和直径的偏心喷孔板,能实现对加工精度不同程度的调控,还可以适应不同外径的工具电极。
5.根据权利要求1所述的提高大电流电弧放电铣削加工精度方法,其特征在于,偏心外冲液喷头中工具电极导引板为可更换部件,通过更换具有不同中心孔内径的工具电极导引板,以适应不同外径的工具电极。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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