電火花數(shù)控仿銑加工是一種新型的電火花成形加工工藝。這種工藝采用簡單形狀的工具電極，配合工作臺及主軸多坐標數(shù)控伺服運動加工零件。具有無宏觀切削力。電極制造簡單，工藝準備周期短。成本低，易于實現(xiàn)柔性化生產(chǎn)等優(yōu)點，是實現(xiàn)面向產(chǎn)品零件的電火花成形加工技術(shù)的有效途徑。

　　2.5軸數(shù)控電火花成形機床的X、Y、Z三個坐標中，可以任意兩個坐標作聯(lián)動插補運動，第三個坐標作單獨的周期進給運動，能夠利用簡單形狀的工具電極，仿銑加工平面輪廓曲線和簡單立體曲面。在實際生產(chǎn)中，企業(yè)擁有的數(shù)控電火花成形機床中2.5軸類型所占的比例較大，但目前這類機床通常仍然采用“拷貝式電火花成形加工”的方法，用于加工平面內(nèi)腔或簡單曲面類零件，設(shè)備性能沒有得到充分發(fā)揮。研究利用2.5軸數(shù)控電火花成形機床進行仿銑加工，無疑對于挖掘設(shè)備潛力，提高企業(yè)效益具有很重要的意義。

　　1　電極設(shè)計

　　采用電火花仿銑加工工藝的優(yōu)勢之一就是電極的設(shè)計與制造極為簡單。加工平面輪廓類零件，通常采用圓柱棒電極，如圖1(a)所示。加工立體曲面類零件，通常采用球頭電極，如圖1(b)所示。電火花仿銑加工是非接觸式加工，無宏觀切削力，因此，對電極的剛度要求不高。對于預(yù)加工后余量較小的工件，可直接進行精加工，電極尺寸L、D、R主要根據(jù)工件的工藝尺寸確定，在不產(chǎn)生干涉的前提下，應(yīng)取盡可能小的L值和盡可能大的D(或R)值。

圖1　電火花仿銑加工電極

　　防止產(chǎn)生干涉應(yīng)遵循以下原則：

　　L Hmax+Mmin+Gmax+Bmin

　　R rmin-Gmax

　　D Wmin-2Gmax-T

　　式中　Mmin—電極最小裝夾長度;

　　Hmax—工件的最大加工深度;

　　Gmax—電極與工件的最大放電間隙;

　　Bmin—排屑空間最小高度;

　　rmin—加工方向最小曲率半徑;

　　Wmin—型腔最窄寬度;

　　T—安全常數(shù)(T=2 Gmax)。

　　2　工件的預(yù)加工

　　目前，電火花加工的加工速度尚遠不能與機械加工的切削速度相比。因此，為了縮短電加工時間，降低電極絕對損耗，有必要對毛坯余量較大的工件在熱處理前進行預(yù)加工，以使工件在電加工前具有恰當?shù)募庸び嗔俊Ｔ瓌t上電加工余量在能夠保證放電加工正常進行的前提下越小越好。一般來說，電火花仿銑加工的單邊余量可取0.1～0.5mm。對于毛坯余量較小或者因形狀復(fù)雜預(yù)加工有困難的工件，也可直接進行電火花仿銑加工。

　　3　電極運動軌跡的生成

　　3.1　仿銑加工平面輪廓零件的電極運動軌跡的生成

　　對于沒有預(yù)加工的平面輪廓零件，電火花仿銑加工的典型過程是沿輪廓邊界留出加工余量，先用平頭圓柱電極用環(huán)切或行切法走刀，去除多余的材最后沿輪廓走刀，精加工邊界外形，對于預(yù)加工后具有恰當加工余量的工件，則直接沿輪廓走刀進行精加工。最后一次精加工清根時，所用圓柱電極的直徑D應(yīng)符合零件圖紙的規(guī)定。如圖2所示。

(a)零件模型

(b)粗加工電極軌跡

(c)精加工電極軌跡

圖2　平面輪廓零件點火花仿銑加工實力

　　刀具半徑補償?shù)闹祽?yīng)采用下式計算：

　　H=r+

　　式中　r—電極半徑;

　　—放電間隙。

　　3.2　仿銑加工簡單立體曲面零件的電極運動軌跡的生成

　　利用2.5軸數(shù)控電火花成形機床仿銑加工簡單立體曲面零件，要用分層切削的方法。即用一組垂直于電極旋轉(zhuǎn)軸的平面與零件面和毛坯體求交，將求出的交線采用平面行腔的加工方式，計算出當前層的電極運動軌跡。粗加工時采用平頭圓柱電極進行刀位計算及加工，精加工時采用球頭圓柱電極進行刀位計算及加工，如圖3 所示。

(a)分層加工　　　(b)某層精加工刀軌

圖3　球面的分層加工方法

　　4　關(guān)于電極損耗

　　對于沒有預(yù)加工的工件，要先進行粗、中加工，為最后精加工做好恰當?shù)募庸び嗔康臏蕚洹４帧⒅屑庸るA段對電極損耗不作補償。對于預(yù)加工后具有恰當加工余量的工件，采用窄脈寬(小于圖2平面輪廓零件電火花仿銑加工實例20

　　s)、小放電電流(小于10A)直接進行精加工，由于放電能量變小，放電間隙隨之變小，但電火花仿銑加工采用旋轉(zhuǎn)的工具電極，電極相對工件進行插補運動，排屑條件不會因此而明顯惡劣，能夠保證穩(wěn)定地加工。現(xiàn)有的工藝實驗表明，精加工階段工具電極的絕對損耗值很小，一般不需進行補償。如果很小的絕對損耗仍然不能滿足加工精度的要求，則在電極損耗發(fā)生時，返回進行修正。重新設(shè)置Z軸高度并且重新開始仿銑加工。這些操作可在仿銑加工程序中設(shè)定，若采用自動交換電極裝置可使操作完全自動化。

　　5　計算實例

　　圖2(a)所示為某廠模具零件的電火花仿銑加工實例。要求加工的阿基米德螺線輪廓未進行預(yù)加工，需分粗加工和精加工兩道工序，精加工單邊余量 0.2mm。工件材料為Cr12,硬度為HRC50～55,工具電極材料為紫銅，粗、精加工電極直徑均為D=8mm,L=40mm,電極旋轉(zhuǎn)速度為 400r/min。粗加工電極運動軌跡如圖2(b)所示。精加工電極運動軌跡如圖2(c)所示。在三菱M25C6G15型數(shù)控電火花成形機床上加工，加工時間39h,其中粗加工11h精加工28h,NC程序如下q

　　G92 X Y Z C;

　　G90;

　　M88;

　　M80;

　　G10 F150;

　　E9958;

　　M84;

　　G00 Z2.0;

　　G00 X-15.349 Y28.570;(STP)

　　G00 Z-16.620;

　　G01 X-10.307 Y24.187;(V)

　　G01 X-5.265 Y19.804;(W)

　　G02 X3.799 Y21.780 R21.780;(X)

　　G02 X27.261Y6.390R25.579;(Y)

　　G02 X27.261 Y6.390 R25.579;(Y)

　　G03 X-10.307 Y24.187 R28.0;(V)

　　G01 X-5.265Y19.804;(W)

　　G01 X-7.805 Y2.527;(Q)

　　G03 X-8.077 Y0.0 R11.876;(R)

　　G03 X0.0 Y-8.077 R8.077;(S)

　　G03 X4.278 Y-3.799 R4.278;(T)

　　G03 X4.077 Y-3.397 R0.278;(U)

　　G02 X-7.805 Y2.527 R10.0;(Q)

　　G01 X-5.265 Y19.804;(W)

　　G01 X-12.685 Y29.737;(Z)

　　H01=實測電極半徑Rt+粗加工單邊放電間隙

　　+精加工單邊余量

　　G42 X-12.685 Y29.737 H01;(Z)右刀補

　　G01 X-1.891 Y10.266;(P)

　　G01 X0.599 Y5.777;(A)

　　G03 X1.820 Y5.324 R1.0;(B)

　　G02 X3.799 Y5.680 R5.680;(C)

　　G02 X13.278 Y-3.799 R9.479;(D)

　　G02 X0.0Y-17.077 R13.278;(E)

　　G02 X-17.077 Y0.0 R17.077;(F)

　　G02 X-12.566 Y12.961 R20.876;(G)

　　G03 X-12.694 Y114.337 R1.0;(H)

　　G01 X-16.546 Y17.686;(I)

　　G03 X-17.974 Y17.559 R1.0;(J)

　　G03 X-24.177 Y0.0 R27.976;(K)

　　G03 X0.0 Y-24.177 R24.177;(L)

　　G03 X20.378 Y-3.799 R20.378;(M)

　　G03 X3.799 Y12.780 R16.579;(N)

　　G03 X-1.426 Y11.663 R12.780;(O)

　　G03 X-1.891 Y10.266 R24.177;(P)

　　G41 X-1.891 Y10.266 H01;(P)左刀補

　　G01 X-12.685 Y29.737;(Z)

　　E9960;

　　H02=實測電極半徑Rt+精加工單邊放電間隙

　　G42 X-12.685 Y29.737 H01;(Z)右刀補

　　G01 X-1.891 Y10.266;(P)

　　G01 X0.599Y5.777;(A)

　　G03 X1.820 Y5.324 R1.0;(B)

　　G02 X3.799 Y5.680 R5.680;(C)

　　G02 X13.278Y-3.799 R9.479;(D)

　　G02 X0.0Y-17.077 R13.278;(E)

　　G02 X-17.077 Y0.0 R17.077;(F)

　　G02 X-12.566 Y12.961 R20.876;(G)

　　G03 X-12.694 Y114.337 R1.0;(H)

　　G01 X-16.546 Y17.686;(I)

　　G03 X-17.974 Y17.559 R1.0;(J)

　　G03 X-24.177 Y0.0 R27.976;(K)

　　G03 X0.0 Y-24.177 R24.177;(L)

　　G03 X20.378 Y-3.799 R20.378;(M)

　　G03 X3.799 Y12.780 R16.579;(N)

　　G03 X-1.426 Y11.663 R12.780;(O)

　　G03 X-1.891 Y10.266 R24.177;(P)

　　G41 X-1.891 Y10.266 H01;(P) 左刀補

　　G01 X-12.685 Y29.737;(Z)

　　M85;

　　M81;

　　M89;

　　M02;

　　%

　　圖3(a)所示為一半球面零件模型。工件材料為45鋼，機械預(yù)加工后單邊余量0.2mm,工具電極材料為紫銅，電極球頭半徑R=8mm,L=50mm, 電極旋轉(zhuǎn)速度為400r/min。分層加工，某一層的電極運動軌跡如圖3(b)所示。在三菱M25C6G15型數(shù)控電火花成形機床上加工，加工時間 6h,NC程序如下。

　　G92 X Y Z C;

　　G90;

　　M88;

　　M80;

　　G10 F150;

　　E9960;

　　M84;

　　G01 Z-0.185;

　　G01 X1.378;

　　G01 Z-0.245;

　　G03 X-1.378 Y0.0R-1.378;

　　G03 X1.378 Y0.0R-1.378;

　　G01 X2.746;

　　G01 Z-0.425;

　　G03 X-2.746 Y0.0R-2.746;

　　G03 X2.746 Y0.0R-2.746;

　　G01 X4.093;

　　G01 Z-0.724;

　　G03 X-4.093 Y0.0R-4.093;

　　G03 X4.093Y0.0R-4.093;

　　G01 X5.409;

　　G01 Z-1.139;

　　G03 X-5.409 Y0.0R-5.409;

　　G03 X5.409 Y0.0R-5.409;

　　G01 X6.684;

　　G01 Z-1.667;

　　G03 X-6.684 Y0.0R-6.684;

　　G03 X6.684 Y0.0R-6.684;

　　G01 X7.908;

　　G01 Z-2.304;

　　G03 X-7.908 Y0.0R-7.908;

　　G03 X7.908 Y0.0R-7.908;

　　G01 X9.071;

　　G01 Z-3.045;

　　G03 X-9.071 Y0.0 R-9.071;

　　G03 X9.071Y0.0R-9.071;

　　G01 X10.166;

　　G01 Z-3.885;

　　G03 X-10.166 Y0.0 R-10.166;

　　G03 X10.166 Y0.0R-10.166;

　　G01 X11.183;

　　G01 Z-4.817;

　　G03 X-11.183 Y0.0 R-11.183;

　　G03 X11.183Y0.0R-11.183;

　　G01 X12.115;

　　G01 Z-5.834;

　　G03 X-12.115 Y0.0 R-12.115;

　　G03 X12.115 Y0.0R-12.115;

　　G01 X12.955;

　　G01 Z-6.929;

　　G03 X-12.955 Y0.0 R-12.955;

　　G03 X12.955 Y0.0R-12.955;

　　G01 X13.696;

　　G01 Z-8.093;

　　G03 X-13.696 Y0.0 R-13.696;

　　G03 X13.696 Y0.0R-13.696;

　　G01 X14.333;

　　G01 Z-9.316;

　　G03 X-14.333 Y0.0 R-14.333;

　　G03 X14.333 Y0.0R-14.333;

　　G01 X14.861;

　　G01 Z-10.591;

　　G03 X-14.861 Y0.0 R-14.861;

　　G03 X14.861 Y0.0R-14.861;

　　G01 X15.276;

　　G01 Z-11.907;

　　G03 X-15.276 Y0.0 R-15.276;

　　G03 X15.276 Y0.0R-15.276;

　　G01 X15.575;

　　G01 Z-13.254;

　　G03 X-15.575 Y0.0 R-15.575;

　　G03 X15.575 Y0.0R-15.575;

　　G01 X15.755;

　　G01 Z-14.622;

　　G03 X-15.755 Y0.0 R-15.755;

　　G03 X15.755 Y0.0 R-15.755;

　　G01 X15.815;

　　G01 Z-16.000;

　　G03 X-15.815 Y0.0 R-15.815;

　　G03 X15.815 Y0.0R-15.815;

　　G01 Z0.0;

　　G01 X0.0;

　　M85;

　　M81;

　　M89;

　　M02;

　　%

　　加工完成后的工件與電極實物如圖4所示。

圖4　完成加工后的工件與電極實物照片

　　6　結(jié)論

　　采用2.5軸電火花數(shù)控仿銑工藝，加工平面輪廓曲線和簡單立體曲面，具有柔性好，適用面廣，工具電極設(shè)計制造簡單、成本低等優(yōu)點。當被加工對象形狀、尺寸更改或處于小批量、多品種試制及生產(chǎn)時、上述特點就更為突出。一般地說，只要NC程序編制正確，電規(guī)準選擇得當，放電間隙控制穩(wěn)定，便能夠獲得理想的加工精度和表面質(zhì)量。