CN111203600B - 一种新型螺旋铣削电火花加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型螺旋铣削电火花加工方法，具体包括如下步骤：S1.对工件进行电火花铣削粗加工；S2.根据被加工件的加工余量选用或制备相应直径的柱状工具电极；S3.根据加工余量与工具电极直径确定轴向切削深度；S4.测量工具电极端面稳定形状并计算工具电极的长度损耗率；S5.确定螺旋角度与路径规划方法；S6.根据工具电极的长度损耗率，对生成的加工程序中加入损耗工具电极的实时长度补偿,使工具电极按照加入长度补偿后的螺旋铣削程序进行加工；S7.将储液槽加满工作液对工具电极进行预加工；S8.将储液槽加满工作液，重新进行对刀，进行工件的电火花铣削精加工；本方法消除了因分层加工而导致的工具电极长度与形状损耗不稳定产生阶梯状误差的问题。
Description
技术领域
本发明属于电火花铣削加工技术领域，具体说是一种针对快速进给，连续加工的电火花加工方法。
背景技术
随着电火花铣削加工技术的发展，如今主流的电火花铣削加工方法为分层铣削加工。其层间进给与层内加工对电极形状影响不同，形状补偿难度大；由于电极损耗规律的不同，加工至底端时，工件存在明显的阶梯状误差；为保证加工精度，减小阶梯状误差，需减小分层厚度，导致加工效率较低。因此，需要在分层铣削的基础上进行改进，提出一种新的加工方法。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种新型螺旋铣削电火花加工方法，消除了因分层加工而导致的工具电极长度与形状损耗不稳定产生阶梯状误差的问题。
为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：一种新型螺旋铣削电火花加工方法，具体包括如下步骤：
S1.对工件进行电火花铣削粗加工，并留有精加工的加工余量；
S2.根据被加工件的加工余量选用或制备相应直径的柱状工具电极；
S3.根据加工余量与工具电极直径确定轴向切削深度：如果加工型腔，根据螺旋进给策略，通过走刀深度规划螺旋走刀路径，从而将型腔内表面完全覆盖；如果加工型芯，则将工件外表面完全覆盖；
S4.测量工具电极端面稳定形状并计算工具电极的长度损耗率；
S5.确定螺旋角度与路径规划方法；
S6.根据工具电极的长度损耗率，对生成的加工程序中加入损耗工具电极的实时长度补偿,使工具电极按照加入长度补偿后的螺旋铣削程序进行加工；
S7.将储液槽加满工作液对工具电极进行预加工：对刀后，在备件上按照螺旋铣削程序中的铣削深度与工具电极的方向，进行具有补偿的单边槽铣削的工具电极预加工，加工至工具电极端面形状到达稳定的球面形状后用于工件的精加工；
S8.将储液槽加满工作液，重新进行对刀，进行工件的电火花铣削精加工，加工完毕后将储液槽内工作液排尽，清理干净被加工件、基准块和备件表面的工作液和蚀除产物；
S9.完成加工。
进一步的，步骤S4的具体实现方法为：若工具电极加工时与工件侧面方向一致，则转至D1；若加工时工具电极保持竖直方向，则转至D2；
D1设置电规准，通过加工单边槽，确定工具电极损耗率和稳定的工具电极端面形状：设定加工坐标系，确定加工原点；沿备件外轮廓进行宽度为精加工余量、深度为设定好的铣削深度的长度为1-20m m的槽的铣削加工，工具电极保持与备件侧面方向一致，确保对应长度上都发生正常放电加工去除，测量工具电极端面稳定形状并计算工具电极的长度损耗率；其工具电极端面稳定形状为球形端面；
D2设置电规准，通过加工单边槽，确定工具电极损耗率和稳定工具电极端面形状：设定加工坐标系，确定加工原点；沿备件外轮廓进行宽度为精加工余量、深度为设定好深度，长度为1-20mm的槽的铣削加工，工具电极始终保持竖直方向，进给时确保对应长度上都发生正常放电加工去除，测量工具电极端面稳定形状并计算工具电极的长度损耗率；其工具电极端面稳定形状为球形端面。
进一步的，步骤S5的具体实现方法为：利用螺旋铣削方式对走刀路径进行数控编程，首先对工件和稳定端面形状的刀具进行三维建模；然后，将三维模型导入控制软件，根据刀具球形端面高度确定铣削深度，根据刀具铣削深度与工件周长进行螺旋角度的确定，其角度α等于arctan(刀具铣削深度/工件周长)；在确定切削深度的条件下，根据S1、S2过程中的稳定工具电极端面形状及工具电极加工方向对模型进行三维螺旋铣削的加工程序的生成。
进一步的，所述工具电极为圆柱工具电极，其控制点为刀位点，该刀位点在工具电极底面中心点。
进一步的，上述加工方法是在电火花成型加工机床中实施的，所述电火花成型加工机床包括磁力吸盘、工作台、电极夹持器、基准块、储液槽、冲液管、控制系统；所述的被加工件、备件和基准块固定在磁力吸盘上，磁力吸盘安装在工作台上，所述电极夹持器用于夹持工具电极，电极夹持器在控制系统的控制下实现工具电极转动和z轴方向往复运动；磁力吸盘在控制系统控制下实现被加工件、备件和基准块的x、y轴方向运动，并能控制加工件、备件与基准块在工作台的带动下进行沿x、y轴方向的转动；所述基准块用来测量工具电极的损耗长度。
进一步的，所述的控制系统用于设定和储存被加工件坐标系、备件坐标系和基准块坐标系。
进一步的，在铣削加工过程中发现工具电极剩余长度不足时，及时中断加工，更换同样尺寸规格、同样材料、且形状变化为稳定球形的工具电极后进行定位，从停止位置继续完成剩余程序的加工。
进一步的，所述的步骤D1、D2中工具电极的长度损耗率计算方法如下：根据工具电极损耗长度和在该损耗长度下工具电极在x、y平面内移动的轨迹长度进行计算，长度损耗率＝损耗长度/轨迹长度；所述的工具电极损耗长度的测量方法如下：在基准块坐标系下，利用控制系统的接触感知功能,在加工前和加工后分别使工具电极沿着z轴负方向向着基准块上表面靠近,接触瞬间工具电极停止进给运动，读出对应z轴坐标值，二者相减后的结果取绝对值，该绝对值为工具电极损耗长度。
本发明由于采用以上技术方案，能够取得如下的技术效果：
1、本发明针对电火花分层铣削的层内与层间加工方法不同的问题，消除了因分层加工而导致的工具电极长度与形状损耗不稳定产生阶梯状误差的问题。
2、本发明加工方法为连续加工，提高了加工效率优化了电火花加工的走刀路径。
附图说明
本发明共有附图6幅：
图1是实施例中加工流程图；
图2是电火花成型加工机床结构示意图；
图3是型芯类工件三视图；
图4是走刀路径规划示意图；
图5是电极端面形状示意图；
图6是铣削单通道槽示意图；
图2中序号说明：1电火花成型加工机床，2电极夹持器，3工具电极，4备件，5基准块，6磁力吸盘，7工作台，8储液槽，9被加工件，10冲液管。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
如图1-6所示，本实施例提供一种新型螺旋铣削电火花加工方法，具体步骤为:
A对工件9进行电火花铣削的加工，并留有一定的加工余量，加工余量为精加工工具电极3的电极直径；
B根据被加工件的加工余量，选择适合直径大小的工具电极，制备工具电极3；
C根据加工余量与工具电极直径确定轴向切削深度：由于加工方式为螺旋进给，如果加工工件为型腔类工件，根据螺旋形进给策略，通过合理的走刀深度规划螺旋走刀路径，将型腔类工件内表面完全覆盖；如果加工型芯类工件，通过合理走刀深度规划螺旋走刀路径，将工件外表面完全覆盖；
D测量工具电极端面稳定形状并计算工具电极3的长度损耗率。若工具电极3加工时与工件9侧面方向一致，则转至D1；若加工时工具电极3保持竖直方向，则转至D2；
D1设置电规准，通过加工单边槽，确定工具电极损耗率和稳定的工具电极端面形状：设定加工坐标系，确定加工原点。沿备件外轮廓进行宽度为精加工余量、深度为设定好的铣削深度的长度为1-20m m的槽的铣削加工，工具电极3保持与备件4侧面方向一致，确保对应长度上都发生正常放电加工去除，测量工具电极3端面稳定形状并计算工具电极3的长度损耗率。工具电极3端面稳定形状为球形端面；
D2设置电规准，通过加工单边槽，确定工具电极损耗率和稳定工具电极端面形状：设定加工坐标系，确定加工原点。沿备件外轮廓进行宽度为精加工余量、深度为设定好深度，长度为1-20mm的槽的铣削加工，工具电极3始终保持竖直方向，进给时确保对应长度上都发生正常放电加工去除，测量工具电极3端面稳定形状并计算工具工具电极3的长度损耗率。工具电极3端面稳定形状为球形端面；
E确定螺旋角度与路径规划方法：利用螺旋铣削方式对走刀路径进行数控编程，首先对工件和稳定端面形状的刀具进行三维建模。然后，将三维模型导入控制软件，根据刀具球形端面长度确定铣削深度，根据刀具铣削深度与工件周长进行螺旋角度的确定，其角度α等于a rctan(刀具铣削深度/工件周长)。在确定切削深度的条件下，根据D1、D2过程中的稳定工具电极端面形状及工具电极加工方向对模型进行三维螺旋铣削的加工程序的生成；
F根据工具电极3的长度损耗率，对生成的加工程序中加入工具电极损耗的实时长度补偿：根据工具电极等损耗原理可知，工具电极补偿长度与加工量成正比关系，比例为计算过的工具电极损耗率；
G使工具电极3按照加入长度补偿后的螺旋铣削程序进行加工；
H将储液槽8充满工作液，对工具电极3进行预加工：对刀后，在备件上按照加工程序中的铣削深度与工具电极3的方向，进行具有补偿的单边槽铣削的工具电极3预加工，加工至工具电极端面形状到达稳定的球面形状后用于工件9的精加工；
I将储液槽8充满工作液，重新进行对刀，在控制系统下进行工件9的电火花铣削精加工，加工完毕后将储液槽8工作液排尽，清理干净被加工件9、基准块5和备件4表面的工作液和蚀除产物；
J完成加工。
进一步说明操作细节：
所述工具电极为圆柱工具电极3，工具电极的控制点为刀位点，刀位点为工具电极底面中心点；
上述加工方法是在电火花成型加工机床中实施的，所述电火花成型加工机床包括磁力吸盘6、工作台7、电极夹持器2、基准块5、储液槽8、冲液管10和控制系统，所述的被加工件9、备件4和基准块5固定在磁力吸盘6上，磁力吸盘6固定在工作台7上,所述的电极夹持器2夹持工具电极3，电极夹持器2在控制系统的控制下实现工具电极3转动和z轴方向往复运动，磁力吸盘6在控制系统控制下实现被加工件9、备件4和基准块5的x、y轴方向运动，并能控制加工件9、备件4与基准块5在工作台7上进行沿x、y轴方向的转动；所述的基准块5用来测量工具电极3的损耗长度。
所述的控制系统用于设定和储存被加工件坐标系、备件坐标系和基准块坐标系。
在铣削加工过程中发现工具电极剩余长度不足时，及时中断加工，更换同样尺寸规格、同样材料、且形状变化为稳定球形的工具电极3后进行定位，从停止位置继续完成剩余程序的加工。
所述的步骤D1、D2中工具电极的长度损耗率计算方法如下：根据工具电极损耗长度和在该损耗长度下工具电极在x、y平面内移动的轨迹长度进行计算，长度损耗率＝损耗长度/轨迹长度；所述的工具电极损耗长度的测量方法如下：在基准块坐标系下，利用控制系统的接触感知功能，在加工前和加工后让工具电极沿着z轴负方向向着基准块上表面靠近，接触瞬间工具电极停止进给运动，读出对应z轴坐标值，二者相减后的结果取绝对值,该绝对值为工具电极损耗长度。
以上螺旋铣削程序通过自动方式完成，其运行在控制系统中，工具电极的方向分为竖直和与工件侧面方向一致两种，工具电极在加工过程中始终保持旋转状态。
具体加工方法包括以下步骤：
(1)在磁力吸盘上装夹工件9毛坯、备件4和基准块5；
(2)对工件9毛坯进行加工，并将加工余量设定为0.6毫米；
(3)根据被加工件9的加工余量选用直径为1.0毫米的工具电极3为型芯加工工具电极；
(4)精加工时再次设置坐标系，装夹直径为1.0毫米的工具电极到电极夹持器2上；
(5)设置电规准，选择铣削工具电极方向并确定工具电极长度损耗率：沿备件外表面进行单边槽铣削走刀，工具电极选定加工方向(选择与工件加工面同一方向或沿竖直方向)，计算工具电极的长度损耗率为15％，测量工具电极稳定端面形状为球形端面；
(6)利用螺旋铣削方式对走刀路径进行数控编程，首先对工件9和稳定端面形状的工具电极进行三维建模，然后，将三维模型导入控制软件，根据上一步所选择的工具电极加工方向(与工件加工面同一方向或沿竖直方向)进行螺旋走刀编程；
(7)根据工具电极损耗率对程序进行刀具损耗补偿的修整并输入至机床控制系统；
(8)将储液槽充满工作液，在备件上按照加工程序中的铣削深度与工具电极方向，进行铣削单边槽的工具电极3预加工，加工至工具电极端面形状到达稳定的球面形状后用于工件的正式加工；
(9)将储液槽充满工作液，重新进行对刀，进行工件9的电火花铣削精加工，加工完毕后将储液槽工作液排尽，清理干净被加工件9、基准块5和备件4表面的工作液和蚀除产物；
(10)得到精加工后的型芯类工件9。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种新型螺旋铣削电火花加工方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1.对工件进行电火花铣削粗加工，并留有精加工的加工余量；
S2.根据被加工件的加工余量选用或制备相应直径的柱状工具电极；
S3.根据加工余量与工具电极直径确定轴向切削深度：如果加工型腔，根据螺旋进给策略，通过走刀深度规划螺旋走刀路径，从而将型腔内表面完全覆盖；如果加工型芯，则将工件外表面完全覆盖；
S4.测量工具电极端面稳定形状并计算工具电极的长度损耗率；
S5.确定螺旋角度与路径规划方法；
S6.根据工具电极的长度损耗率，对生成的加工程序中加入损耗工具电极的实时长度补偿,使工具电极按照加入长度补偿后的螺旋铣削程序进行加工；
S7.将储液槽加满工作液对工具电极进行预加工：对刀后，在备件上按照螺旋铣削程序中的铣削深度与工具电极的方向，进行具有补偿的单边槽铣削的工具电极预加工，加工至工具电极端面形状到达稳定的球面形状后用于工件的精加工；
S8.将储液槽加满工作液，重新进行对刀，进行工件的电火花铣削精加工，加工完毕后将储液槽内工作液排尽，清理干净被加工件、基准块和备件表面的工作液和蚀除产物；
S9.完成加工。
2.根据权利要求1所述一种新型螺旋铣削电火花加工方法，其特征在于，步骤S4的具体实现方法为：若工具电极加工时与工件侧面方向一致，则转至步骤D1；若加工时工具电极保持竖直方向，则转至步骤D2；
D1设置电规准，通过加工单边槽，确定工具电极损耗率和稳定的工具电极端面形状：设定加工坐标系，确定加工原点；沿备件外轮廓进行宽度为精加工余量、深度为设定好的铣削深度的长度为1-20mm的槽的铣削加工，工具电极保持与备件侧面方向一致，确保对应长度上都发生正常放电加工去除，测量工具电极端面稳定形状并计算工具电极的长度损耗率；其工具电极端面稳定形状为球形端面；
D2设置电规准，通过加工单边槽，确定工具电极损耗率和稳定工具电极端面形状：设定加工坐标系，确定加工原点；沿备件外轮廓进行宽度为精加工余量、深度为设定好深度，长度为1-20mm的槽的铣削加工，工具电极始终保持竖直方向，进给时确保对应长度上都发生正常放电加工去除，测量工具电极端面稳定形状并计算工具电极的长度损耗率；其工具电极端面稳定形状为球形端面。
3.根据权利要求1所述一种新型螺旋铣削电火花加工方法，其特征在于，步骤S5的具体实现方法为：利用螺旋铣削方式对走刀路径进行数控编程，首先对工件和稳定端面形状的刀具进行三维建模；然后，将三维模型导入控制软件，根据刀具球形端面高度确定铣削深度，根据刀具铣削深度与工件周长进行螺旋角度的确定，其角度α等于arctan（刀具铣削深度/工件周长）；在确定切削深度的条件下，根据S1、S2过程中的稳定工具电极端面形状及工具电极加工方向对模型进行三维螺旋铣削的加工程序的生成。
4.根据权利要求1所述一种新型螺旋铣削电火花加工方法，其特征在于，所述工具电极为圆柱工具电极，其控制点为刀位点，该刀位点在工具电极底面中心点。
5.根据权利要求1所述一种新型螺旋铣削电火花加工方法，其特征在于，上述加工方法是在电火花成型加工机床中实施的，所述电火花成型加工机床包括磁力吸盘、工作台、电极夹持器、基准块、储液槽、冲液管、控制系统；所述的被加工件、备件和基准块固定在磁力吸盘上，磁力吸盘安装在工作台上，所述电极夹持器用于夹持工具电极，电极夹持器在控制系统的控制下实现工具电极转动和z轴方向往复运动；磁力吸盘在控制系统控制下实现被加工件、备件和基准块的x、y轴方向运动，并能控制加工件、备件与基准块在工作台的带动下进行沿x、y轴方向的转动；所述基准块用来测量工具电极的损耗长度。
6.根据权利要求5所述一种新型螺旋铣削电火花加工方法，其特征在于，所述的控制系统用于设定和储存被加工件坐标系、备件坐标系和基准块坐标系。
7.根据权利要求1所述一种新型螺旋铣削电火花加工方法，其特征在于，在铣削加工过程中发现工具电极剩余长度不足时，及时中断加工，更换同样尺寸规格、同样材料、且形状变化为稳定球形的工具电极后进行定位，从停止位置继续完成剩余程序的加工。
8.根据权利要求2所述一种新型螺旋铣削电火花加工方法，其特征在于，所述的步骤D1、D2中工具电极的长度损耗率计算方法如下：根据工具电极损耗长度和在该损耗长度下工具电极在x、y平面内移动的轨迹长度进行计算，长度损耗率=损耗长度/轨迹长度；所述的工具电极损耗长度的测量方法如下：在基准块坐标系下，利用控制系统的接触感知功能,在加工前和加工后分别使工具电极沿着z轴负方向向着基准块上表面靠近,接触瞬间工具电极停止进给运动，读出对应z轴坐标值，二者相减后的结果取绝对值，该绝对值为工具电极损耗长度。
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