基于G指令的電極聯動加工研究

摘要：電極加工在現代模具制造業中，與磨削、銑削、車削和線割具有同等地位。電極加工是非接觸加工，具有加工精度高，無切削力，無噪音污染，自動化程度高等優點。但隨著電極應用越來越廣泛，電極加工的精度和效率成為制約模具發展的一個重要因素。文章著重介紹了基于G指令電極聯動加工的軟件開發和自動化工裝夾具的應用，提出了電極自動化加工的方式和策略。

關鍵詞：電極 自動化加工 聯程軟件 G指令

1 概述

電極加工利用電腐蝕的原理工作，可以把模具型腔或型芯的內部結構如深孔、窄槽、小圓角以及尖角等轉換成容易加工的電極外部形狀，所以電極在模具加工中的應用非常廣泛。加工電極要求精度高，周期短，傳統的加工電極的方法存在加工效率低，加工精度難以保證的問題。因此如何提高加工電極的效率和加工精度，成為模具工業中的一個重要問題。本文的研究基于數控加工于編程G指令，利用C++程序語言開發加工程序管理軟件，對加工后處理程序加以工序管理，輔助以使用自動化裝夾工裝，大大提高加工電極的效率。

2 傳統加工電極方法的描述和分析

長期以來，模具加工企業用黃銅或石墨作為電極加工的基體，用車削、銑削、磨削的方式加工電極，其中銑削占有90%以上的加工量。隨著加工技術的發展和數控機床的應用，數控銑高速加工電極成為模具EDM加工中的重點。雖然數控銑加工電極簡單快捷，但是每加工一個電極都要進行獨立的裝夾、找正和確定加工基準，以及調用加工程序的操作，導致CNC加工時間占總加工時間的比例非常低。以GE模具廠為例進行時間統計，裝夾一個電極并進行校表分中，平均用時10分鐘，大型電極需要2個人協同操作，甚至用時20分鐘才能完成，而完成一個普通電極的CNC加工程序平均用時小于5分鐘，占加工總時間的比例小于1/3。分析認為，降低輔助工序占用加工時間的比例是提高電極加工效率的有效途徑。

3 基于G代碼的聯動加工研究

統計顯示，輔助工序占用時間主要分布在裝夾、找正、找基準、調用加工程序等工序上。裝夾、找正工序可以利用自動裝夾工裝有效降低工序時間。原理是自動裝夾工裝的裝夾采用氣動裝夾方式，裝夾牢靠，一定范圍內任意尺寸的電極加工基體裝夾在工裝上即完成裝夾和對中操作，電極基體的中心和工裝裝夾標準塊的中心重合。

本文研究的重點是利用G指令管理電極基體的加工位置，并通過程序管理軟件自動分配給加工程序，利用程序管理軟件實現電極聯動加工。

3.1 利用G代碼對自動裝夾電極基體基準位置賦值

電極加工之前，自動裝夾工裝已經安裝完畢，工裝的位置一經安裝一般情況下不再變動。通過分中操作，確定工裝的中心位置并作為工件位置和數控銑床的零點坐標進行校核，確定為工件坐標。自動化工裝是標準工裝，具有較高的位置精度，故可以通過G指令對工裝上電極基體的裝夾標準塊位置進行賦值。在一個程序中，最多可以設置6個工件坐標系，即使用6個模態指令，分別為G54、G55、G56、G57、G58、G59。相對于傳統加工方式中用G54建立獨立的工件坐標系，此處利用6個模態指令對工裝上標準塊的位置進行了賦值，并輸入到相應的寄存器如G54寄存器中。Z軸坐標原點統一選取在裝夾標準塊的上表面。

3.2 利用G代碼對工裝標準位置進行拓展

按照G指令的原則，在一個程序中最多可以利用模態指令設置6個坐標系，對工裝一次裝夾數量仍有限制。基此，利用G51.1指令，設置可編程鏡像有效，設定6個標準塊位置為一個工件，并對此工件進行鏡像，2次鏡像后工裝可用位置達24個，基本達到一次裝夾數量要求。本文研究認為，一個工裝確定16個標準裝夾位置，即1次最多加工16個電極，已基本達到加工要求。

3.3 利用C++程序語言編制加工程序管理軟件

通過工裝標準夾塊和G代碼的應用，可以有效解決電極基體的基準確定，有效的縮短了加工電極時裝夾和找正、確定基準的輔助時間。傳統的電極加工方式中加工程序直接用G54指令，直接調用工件坐標系進行加工。使用G54-G59模態指令，需要編制加工程序管理軟件對加工程序進行管理。

3.3.1 坐標系賦值

管理軟件需要對16個電極的加工程序進行管理，首先就要對加工程序位置進行管理。利用程序語言將調入軟件的加工程序坐標系G代碼轉換成相應位置的存儲在機床寄存器中的標準塊位置G代碼。如使用12個標準塊的工裝，管理軟件認為裝夾在機床上的一共4個工件，每個工件利用G54-G56定義3個工件坐標系。將3個存儲在機床寄存器中的G指令位置進行鏡像達到12個并賦值給各個電極的加工程序。

前述12個電極通過工裝標準塊進行裝夾，XY方向的位置通過G代碼以及管理軟件的應用已經完成確定，每次換刀影響到的是Z方向基準的確定。故，Z方向的基準的選取成為影響基準精度的關鍵因素。傳統加工方式中，加工電極Z方向一般選在電極頂面上，一方面的原因是電極底面基準不確定；另一個方面的原因是電極頂面對刀相對容易，電極加工模具型腔時Z方向的基準由加工電極時加工出的基準面確定。使用標準工裝后，基準面確定為加工標準塊的上表面，提高了效率和精度，體現在一是所有電極基體安裝的標準塊的上表面統一，每使用1把刀只需對刀一次即可以完成所有電極的加工，一是工裝留有獨立的精準的對刀面，以方便每次Z方向的對刀。

3.3.2 工序管理

傳統的加工電極的方式，是每個加工程序對應1把加工刀具，每使用一次刀具都要進行Z位置的基準校核。校核后將工件坐標系賦值給加工程序的G代碼。這種加工方式不但換刀工序浪費大量的時間，而且每次對刀存在對刀誤差，對加工精度存在非常大的影響。為解決此問題，筆者試圖利用程序管理軟件通過對加工程序的管理，減少換刀次數，通過減少換刀次數達到提高加工精度的目的。

加工程序管理軟件通過程序語言提取加工程序中的T代碼，即所有加工程序中的刀具代碼，實現裝夾在工裝上的所有電極使用同一把刀加工的程序被提取出來。程序管理軟件打破一個電極的所有加工程序從頭到尾加工完的常規，按照用刀原則發送加工程序，實現所有電極使用相同刀具的加工程序一起加工完，不用換刀，大大節省換刀工序時間和避免對刀產生的誤差。

3.3.3 交互

加工程序管理軟件需要為用戶操作提供方便的交互界面。利用C++編程語言，可以很好的實現用戶交互界面的設定。軟件交互界面設定12-16個對話窗口，對應標準安裝工裝上12-16個標準塊位置，操作者使用時只需要把對應位置電極的加工程序放到對應位置的軟件窗口中，避免誤操作。

3.4 使用電極聯動加工需要關注的問題

3.4.1 電極坯料和電極模型尺寸差異不可過大

電極坯料尺寸即電極基體模型的尺寸，電極加工是以基體對稱中心點為基準進行加工的。如果坯料尺寸和基體模型尺寸差異較大，會造成開粗不到位或開粗吃刀量多大。嚴重時可以造成裝夾的電極在大吃刀量力的作用下松動，或者造成刀具彈跳過大，影響電極加工精度。聯動加工時一把刀精度不準確會造成所有加工的電極精度受到影響。

3.4.2 使用管理軟件交互時注意位置的準確

使用加工程序管理軟件進行電極聯動加工，因為較多數量的電極同時加工，需要注意聯動加工程序和電極位置的一一對應。在聯動加工軟件上，交互窗口的同一性是容易造成位置混淆的因素，在以后軟件升級過程中需要對不同位置進行顏色標識，以防止加入加工程序時造成錯位。

4 結論

隨著模具工業的發展，電極的加工精度和效率已經成為影響模具發展的一個重要因素。使用新型的電極材料，提高電極的加工質量和效率，逐漸受到人們的關注。引進新型的自動化工裝，并基于G指令代碼開發自動加工聯程軟件，有效的減少了輔助加工時間所占比例，減少了換刀次數，提高了電極加工精度。可以使電極的加工精度由傳統的+0.03mm提高到±0.005mm，電極加工效率提高83%，電極加工人員統計減員達53%。實現了電極加工0等待，基本消除電極周轉所需要的時間和場地。

自動化工裝的應用和基于G指令的電極聯動加工軟件的開發，改變了傳統的電極加工理念，開創了電極類小而量大零件的加工新理念。很好的縮短了模具產品的生產周期，提高產品質量，制造質量，降低成本，為產品搶占市場贏得寶貴時間，為企業贏得更高的利潤空間，更加適應市場需求。

參考文獻：

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