電火花銑削中電極損耗的聯合補償研究

張 歡，余 麗

（江蘇食品藥品職業技術學院機電工程系，江蘇淮安223003）

電火花銑削中電極損耗的聯合補償研究

張 歡，余 麗

（江蘇食品藥品職業技術學院機電工程系，江蘇淮安223003）

在電火花銑削加工中，工作電極的損耗是影響加零件工精度的重要因素。研究了一種電極損耗聯合補償方法，通過UG后處理程序與基準平面定位補償法相結合，對電極損耗進行了有效補償。

電火花銑削；電極損耗；聯合補償

電火花銑削加工與電火花成型加工有著類似的加工方式，都是通過工作電極放電腐蝕的方式進行材料切除。在電火花銑削過程中，由于電極放電面積與加工表面面積之比遠小于電火花成型加工，因而在電極體損耗率相同情況下，電火花銑削加工中電極損耗對加工精度造成的影響更大，有必要對電極損耗的補償方法進行研究。本文嘗試了一種電極損耗聯合補償方法，對電極損耗進行了有效補償，提高了零件加工精度。

1 損耗模型的建立

電火花銑削加工零件時，可將整個加工過程視為分層加工，其中每一層的加工又視為多道直線溝槽加工的疊加[1]。如圖1所示，加工前，將代加工毛坯表面看作一理想水平面，并保證電極側面與底面具有相等的放電間隙。加工開始后，工作電極先向Z軸負方向加工單層深度，再沿水平方向運動，如此往復，直至型腔加工完成。

圖1 電火花銑削型腔

通過實驗，采集加工過程中毛坯已加工表面高度z與電極加工距離x，可發現兩者關系是一條指數曲線，即z=f（x），如圖2所示[2]。

圖2 已加工表面高度變化曲線

2 工作電極損耗的補償

因為圖2所示的工件已加工表面高度的變化是由于工作電極的損耗引起的。所以，工件已加工表面高度的變化曲線正是工作電極的運動軌跡。因此，在工件加工前，可先計算出銑削長度x時電極的損耗值，加工時，將此損耗值補償到加工程序中[3]，即電極在加工過程中，除了正常銑削運動外，再附加上一個Z軸負方向的補償運動。

如圖3所示，設原工作電極的運動曲線為f1（x），電極附加的補償運動曲線為f2（x），加入補償后電極的實際運動曲線為f3（x）.f3（x）=f1（x）+f2（x），加工中工作電極的實際運動是兩者的復合運動。

圖3 電極復合運動

3 基于UG后處理程序的電火花銑削聯合補償

電火花銑削加工過程中，導致電極損耗的因素很多，加工中即使使用相同的工藝參數，電極損耗率也在動態變化。單一的電極損耗補償方法，很難保證工件加工精度穩定。為了解決這一問題，可先使用UG后處理程序對電極損耗進行補償[4-5]，在電極銑削了一定長度后，再利用基準平面定位法對電極的位置進行校正。這種以后處理程序補償法為主，基準平面定位補償法為輔的多重補償方法即為聯合補償法。

（1）后處理程序補償法

因電極損耗隨銑削距離x變化而變化，因此可在后處理中Z變量進行相應的改變，即

z=z0-x·θ

其中：z為電極實際z坐標；z0為電極編程z坐標；θ為電極損耗率；x為電極銑削運動距離。

因為UG后處理程序中沒有銑削距離x變量，所以需要通過“S｜mom_motion_distance”變量間接設置，其值為x+x1.其中：x為電極的銑削長度，即線性移動（G1）、圓弧運動（G2、G3）距離；x1為電極空運行距離，即快速移動（G0）運動距離。

1）線性移動

打開UG后處理事件定義文件，將線性移動事件“BLOCK_TEMPLATElinear_move”中變量名稱Z=S｜mom_pos（2）修改為Z=S｜mom_pos（2）-S｜mom_motion _distance×θ，并使用機床的R參數來表征θ，即Z=S｜mom_pos（2）-S｜mom_motion_distance×R.在實際加工過程中，可通過調整R參數修改電極損耗。

2）圓弧移動

“S｜mom_motion_distance”不能表示兩位置點間的圓弧距離，因此需要利用TCL語言，使用mom變量，定義一個計算圓弧距離的表達式。

式中:S｜mom_arc_angle為運動圓弧的圓心角；S｜mom_arc_radius為圓弧半徑。

然后在圓弧移動事件“BLOCK_TEMPLATE circ ular_move”中將變量名稱修改為。

Z=S｜mom_pos（2）-S｜mom_arc_angle

（2）基準平面定位補償方法

該補償法是指電極先沿水平方向加工指定的距離x0，然后在Z軸方向進行補償。具體實施時，可在“BLOCK_TEMPLATElinear_move”和“BLOCK_TEMPL ATE circular_move”中各添加一個新地址，用于生成每行NC加工程序中電極的銑削距離，用xi表示。其VB開發流程圖如圖4所示。

圖4 基準平面定位補償法流程圖

基準平面定位校正補償代碼如下：

主程序

G90；絕對坐標編程；

G0 X0 Y0 Z20；電極快速至原點上方20 mm；

G1 Z-0.1；電極下降至Z0.1 mm處；

Y25；加工至Y 25 mm處；

M98 P1111；調用基準平面定位補償子程序；

G1 Y50；加工至Y 50 mm處；

Z20；電極沿退至Z20 mm位置；

M2；結束。

子程序

O1111；子程序名

G90；絕對坐標編程；

G83 X002 Y003 Z004；記錄坐標；

G0 Z20；電極定位到Z20mm位置；

X10 Y10；快速定位；

G80 Z-（Z0）；打開接觸感知，沿Z-軸定位至基準點；

G92 Z0；將Z0設為接觸點；

G0 M5 Z20；關閉接觸感知，電極快速抬高至Z20 mm；

XH002 YH003 ZH004；電極回到記錄點；

M99；子程序結束。

根據流程圖，使用VB開發了電火花銑削電極損耗聯合補償系統，如圖5所示。

圖5 聯合補償法VB界面

4 補償實驗驗證

為了驗證聯合補償法的補償效果，進行無補償加工、基準平面定位補償法加工和聯合補償法加工三組實驗。

取實驗參數：ton=100 μs，脈間toff=50 μs，峰值電流Ip=37 A，沖液壓力P=0.2 MPa.使用損耗率為3%的紫銅電極（外徑2 mm，內徑0.5 mm）加工長度為200 mm的45#鋼，銑削厚度0.3 mm.基準平面定位補償法加工和聯合補償法加工時并每加工40 mm對電極進行一次定位校準。使用三坐標測量儀對加工表面進行測量，每組取20個采樣點。結果如圖6所示。

圖6 三種加工模式下工件表面精度

由實驗結果可以看出，聯合補償法可以提高零件加工精度，且效果優于單一補償法。

5 結束語

電火花銑削加工中，由于電極損耗的存在，被加工表面呈指數曲線變化。聯合補償法基于UG后處理程序，將程序補償法和基準平面定位補償法同時使用，有效地降低了電極損耗帶來的加工誤差，顯著提高了零件的加工精度。

[1]裴景玉，鄧容，胡德金.微細電火花加工的底面輪廓模型及定長補償方法[J].上海交通大學學報，2009（01）：42-46.

[2]董穎懷.一種微型渦輪發動機的關鍵結構及其制造技術的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2009.

[3]王小平，姚英學，荊懷靖.數控機床幾何誤差建模及誤差補償的研究[J].機械工程師，2005（09）：18-20.

[4]Xinhe Qu，Yuan Lu，Ying Hu.A Post-Processing Algorithm Based on UG/Post-Builder for 4ax-1300[C].ICMTMA 2011 3rd International Conference on Measuring Technology and MechatronicsAutomation，Shanghai，ChinaIEEEComputer Society，2011.

[5]周林，石民，潘曉斌，等.基于程序長度補償的電火花銑削工藝[J].制造技術與機床，2011（10）：41-43.

Joint Compensation of Electrode Wear in EDM Milling

ZHANG Huan，YU Li
（Department of Mechanical and Electrical Engineering，Jiangsu Food and Drug Engineering，Career Technical College，Huaian Jiangsu 223003，China）

The loss of working electrode is an important factor to affect the precision of machining parts.In this paper，a combined compensation method of electrode wear is studied，and the electrode loss is compensated effectively by the combination of the UG post processing program and the reference plane positioning compensation method.

electric spark milling；electrode wear；compensation

TH164

A

1672-545X（2016）11-0153-03

2016-08-23

張歡（1980-），男，江蘇淮安人，講師，碩士，研究方向：機械工程。