[发明专利]六轴联动空间摇动电火花加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种机械自动化技术领域的加工工艺，具体是一种在电火花成形加工过程中能够提升加工效果的支持最多六轴联动的空间摇动电火花加工方法。

背景技术

电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法。电火花加工具有很多优点，主要表现在：加工时无切削力，能够加工普通加工方法难以加工的材料和复杂零件形状，工具电极材料硬度可低于工件材料硬等。因此，电火花加工在航空航天领域和模具制作等行业都有非常广泛的应用。

电火花加工面临的一个比较大的问题就是加工效率不高，要获得更好的表面质量意味着采用更精细的放电归准，效率低的问题就更加突出。为此在加工过程中，电火花成形加工一般会采用粗、中、精加工分级的方式。粗加工采用大能量的放电脉冲快速去除余量，相应的表面质量差。而在中加工和精加工阶段采用较低能量的放电脉冲来去除较少的余量，从而提升加工后的表面质量。在电火花加工过程中，材料去除效率与放电功率成正比关系，导致虽然在精加工阶段加工余量很小，但是依然需要耗时很长。而且，粗、中、精加工需要更换相应的电极，导致电极制作成本增加，同时也增加了相应的电极更换的时间和人力成本。

为了解决上述问题，在模具加工领域，通常采用数控摇动方式快速修光型腔的表面，即让数控电火花加工机床的工作台(有时工具电极也会参与)，沿着一定轨迹做微量附加运动来修光侧壁。靠工作台带着工件逐步向外扩张运动，配合主轴的运动和放电规准的逐级转换，实现型腔不同规准的加工。通过摇动，可以在不增加精加工电极的情况下，仅通过机床的附加运动而逐步修光型腔的侧面，使表面粗糙度达到较高的级别(如R_a0.8μm及以下)，并可以加工出清棱、清角的侧壁和底边。

摇动的实质是增加工具电极与工件之间的微幅相对运动，从而改善侧壁放电状态，进而提高加工效率。摇动加工功能通常由机床制造商内置在电火花数控系统中，通过特殊的指令在加工代码中调用。电火花摇动加工有很多优点，如在加工余量不大的情况下可以不更换电极，使用电火花摇动加工一次性完成零件型腔的半精加工和精加工。这样，可以减少多次装夹的重复定位误差。同时，通过摇动加工，可以改善加工过程中的排屑，实现稳定加工。机床的摇动功能主要有平面摇动和球面摇动。平面摇动即摇动的轨迹位于XY平面或者XZ平面或者YZ平面内(一般选择垂直于主运动方向的平面)，摇动的形式一般只有圆形、方形、菱形、星形和十字等几种形式。球面摇动即在电极主加工方向上附加一个很小的球面运动，但目前支持球面摇动的机床比较少。

然而这些摇动功能都是针对模具加工的需要，主要在三轴或四轴联动的电火花加工机床上应用。而现有的五轴乃至六轴联动的数控电火花加工机床通常是在四轴联动机床的基础上发展而来的，一般只是增加了一个或两个回转轴，以满足电极空间复杂路径进给的需要。而机床的摇动功能多采用直接继承的方式，很明显，简单的平面摇动已经不能匹配旋转轴上的运动。五轴或六轴电火花加工机床，一般用作加工复杂零件，航空航天发动机闭式整体叶盘当类零件属其中的重点。但由于闭式整体叶盘零件加工的特殊性，原有的摇动功能已无法支持五轴乃至六轴联动加工模式。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN1290583A，公开(公告)日期2011.04.11，公开了一种基于数控技术的电火花加工电极补偿方法，该技术先利用现有的CAD/CAM软件生成加工电极的数控刀轨，然后根据电火花成型加工中电极的摇动方式，如矢量摇动或平面圆摇动以及摇动量，采用相应的算法对数控刀轨进行补偿。将电极修正中遇到的复杂的自由曲面处理问题转化为简单的对数控刀轨的处理，从而大大简化了电极修正的理论模型。但该方法只是对电极模型进行补偿，使用的摇动方式仍为矢量摇动和平面摇动，摇动的运动依然集中于平面内，对于机床的运动轴利用较少，并没有改变摇动运动的方式。在复杂零件的多轴联动加工时，尤其是有较多转动轴参与的加工过程中，应用会受到一定限制。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种六轴联动空间摇动电火花加工方法，使用CAD/CAM软件分析摇动的误差，并规划摇动的轨迹，生成相应的摇动数据，实现最多支持六轴同时参与的摇动加工。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明通过对经过粗加工的工件进行余量分级处理，即将工件表面与待加工表面之间的余量分成多级摇动表面并逐级降低各级之间的放电规准，然后根据各级等距面得到的参考面对应的位姿数据转换得到电极运动的数控加工代码，并通过电极摇动将工件表面修光至设计所要求的尺寸精度和表面粗糙度。