基于程序長度補償的電火花銑削工藝

周 林 石 民 潘曉斌 錢志強

（中國工程物理研究院機械制造工藝研究所，四川綿陽 621900）

據統計，在通常的電火花模具制造過程中，成型電極的制作時間與費用可達總制造周期與費用的一半以上。因此，自上世紀80年代后，國內外眾多學者紛紛開始嘗試使用簡單形狀的電極（如棒狀電極），借鑒數控銑削的方法進行三維輪廓的電火花加工。進入上世紀90年代后，隨著數控電火花加工技術的發展，有關電火花銑削加工技術的研究逐漸活躍起來。1993年瑞士夏米爾公司推出了電火花銑削加工機床ROBOMILL200后，電火花銑削加工技術更是引起了國內外電加工界的重視。工件固定，圓柱銅電極（φ1～12 mm）能在X、Y、Z方向上移動，還可繞Z軸旋轉，最高轉速為6 000 r/min，加工效率比傳統的電火花加工有所提高。

國內在這方面的研究起步較晚:哈爾濱工業大學對電火花銑削CAD/CAM技術做了研究，此外還對管狀電極加工半球體及型腔進行了研究;南京航空航天大學在電火花銑削的電極損耗與補償方面做了一些工作;上海交通大學對橫向進給的電火花銑削加工做了仿真研究。

總的來說，目前國外二維半的電火花銑削加工技術已經比較成熟，部分三維微細電火花銑削加工技術也日趨成熟，三維電火花銑削加工技術尚待進一步研究和發展，而其中最為關鍵的仍是電極損耗的三維在線補償技術。

1 電火花銑削程序補償策略

目前電火花銑削過程中常用的工藝策略為分層銑削，然后通過基準測量進行長度補償。

1．1 分層策略

在電火花銑削加工中，為了補償銑削過程中電極長度方向的損耗，銑削工藝一般采用分層策略。其原理如圖1所示。

在加工凹槽過程中，對凹槽型面進行分層，每一層的深度根據電極實際情況確定。在加工之前，測量并記錄電極長度值;完成第一層電火花銑削后，對電極長度進行測量，得出電極長度損耗;然后根據測量值對第二層加工程序進行電極長度補償，進行第二層的銑削加工，以此類推，直到完成內型腔的加工。

采用該工藝方法編程簡單，工藝容易實現。其缺點是每完成一層的銑削加工后，都要對電極長度進行測量，得出長度損耗值，然后進行補償，操作繁瑣，效率不高。

1．2 長度補償策略

根據上述情況，如果能夠得出電極長度方向損耗的規律曲線，在銑削過程中根據銑削的長度對電極長度進行動態補償，那么，就可以很輕易地解決分層銑削繁瑣的測量過程。

首先，采用正交試驗的方法，確定常用直徑電極（φ0.2 mm～2 mm）的銑削長度與電極長度損耗之間的關系。根據試驗數據，電極在銑削過程中的長度損耗與銑削長度之間為線性關系。那么，在銑削過程中電極長度補償量可用下列公式表達

其中:ΔL為電極長度損耗量;L為銑削長度;δ為損耗系數，根據不同直徑電極以及工件材料有所不同。

2 實際應用

以我單位電火花機床為平臺，進行了電火花銑削工藝試驗。

2．1 機床結構分析

我單位電火花機床包含4個運動軸，分別是直線軸X、Y、Z軸以及與主軸一體的旋轉軸C軸，各軸的行程見表1。

表1 電火花機床工藝范圍

2．2 電火花銑削程序格式

電火花銑削程序格式為

其中:VECT等同于通用數控機床的G01功能;X，…，Y…，Z…，分別為X、Y、Z三個軸的坐標值;E，253為機床設定的放電參數。

程序格式如下:

2．3 電極補償實現

通過上面分析，電火花銑削過程中采用分層加長度補償策略。

分層銑削在前期程序準備時直接選擇分層銑削的加工方式即可。而電極長度補償由于編程軟件不具備該功能，因此，需要在后置處理上進行相應的改制。以編程軟件Siemens NX為例，說明如何在后置處理時加入電極長度補償量。在其后置處理器中，將Z值變量更改為:

其中:Z為電極深度實際值;Z1為數控程序中電極深度值。

NX后處理器里面沒有直接的銑削長度變量，但是，由于銑削過程中滿足公式:

因此:

根據上面分析，可以得出下列公式:

其中:Z為電火花銑削程序Z坐標數值;!MOM_P0S（2）為NX系統變量，當前刀具Z方向坐標;!MOM_FEED_RATE為NX系統變量，當前的銑削速度;!MOM_CUTTING_TIME為NX系統變量，從開始到當前段總共的銑削時間;δ為損耗系數，根據不同直徑電極以及工件材料有所不同。

在做后置處理的時候，只需要將Z坐標的表達式改為公式（6）的表達式，即可實現電火花銑削長度補償。

2．4 電火花銑削工藝試驗

圖2所示為齒數為16，模數為1.5 mm的齒輪。采用電火花銑削加工，粗加工采用φ2 mm電極，單邊留量0.1 mm;精加工采用φ0.4 mm電極。銑削工藝采用分層銑削，通過數控程序補償電極長度損耗量。齒輪加工深度為5 mm，底面高度差0.05 mm。圖3為尺寸輪廓與理論輪廓的比較圖，從圖中可以看出，采用電火花銑削加工出來的零件外形輪廓與理論輪廓吻合良好，輪廓度誤差0.05 mm。

3 結語

通過分層銑削以及程序中加工電極長度損耗補償的工藝，解決了電火花銑削中電極損耗與補償的問題。通過實際電火花銑削加工驗證，該技術路線可用于難加工材料以及小型特征零件的制造。