专利名称：基于数控技术的电火花加工电极补偿方法
技术领域：
本发明涉及基于数控技术的电火花加工电极补偿方法。
电火花加工是模具型腔加工中最常用的方式之一，其原理是采用与产品外形相同的电极通过电蚀作用加工出模具型腔。理论上，电极外表面与模具型腔表面应该是耦合的，即完全相同，如
图1所示。然而实际加工中，为提高加工表面质量，常常采用摇动加工的方式，即在加工过程中将电极按某种轨迹进行摇动。显然，这种摇动必然使型腔表面形状偏离电极的表面形状，从而导致型腔表面形状偏离设计目标，即电极摇动造成型腔尺寸扩大2δ，如图2所示。因此，为保证对产品外形的精确加工，必须对电极的表面形状按摇动方式，摇动距离进行修正，从而抵消电极摇动的影响，即将电极尺寸减少2δ，如图3所示。
电极摇动方式的复杂多样使得其补偿变得十分困难。除球面摇动外，对其它摇动方式的补偿即使是在模具制造业较发达的国家，也只能依靠经验对电极进行初步的修正，在试模之后对模具进行大量的手工修配。这种方法存在以下缺点1)补偿质量对经验依赖性强，可靠性不高；2)补偿精度难以控制；3)补偿周期长，且经常返工；4)对复杂的形体表面难以进行补偿。目前还不存在针对电极摇动进行电加工补偿的计算方法和软件。
本发明的目的是提出了一个基于数控技术的电火花加工电极补偿方法，即通过直接对加工电极所用的数控刀轨进行修正达到对电极形状进行补偿。
为了达到上述目的本发明通过直接对加工电极所用的数控刀轨进行修正达到对电极形状进行补偿。即称为刀轨补偿法。其基本路线是先利用现有的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和摇动量采用相应的算法对数控刀轨进行补偿。工作基本流程是1)在现有的CAD／CAM软件中生成电极的几何造型；2)针对电极的摇动方式，利用现有的CAD／CAM软件生成用于加工电极的数控刀轨；3)针对电极摇动方式对数控加工刀轨进行修正，并输出加工程序；4)利用修正后的数控加工程序对电极进行加工，并输出加工程序。
本发明的优点是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。使电极的自动补偿技术的实现成为可能。该方法同时具有实施简单可靠的特点。
下面结合附图对本发明作详细说明。
图1是不存在电极摇动时的加工示意图；图2是存在电极摇动且未进行电极补偿时的加工示意图；图3是存在电极摇动并进行电极补偿时的加工示意图；图4是电极摇动方式分类图；图5是针对矢量摇动的刀轨补偿原理图；图6是针对平面圆摇动的刀轨补偿原理图；图7是两个补偿实例图；电火花加工是模具型腔加工中最常用的方式之一，其原理是采用与产品外形相同的电极通过电蚀作用加工出模具型腔。理论上，电极外表面与模具型腔表面应该是耦合的，即完全相同，如图1所示。
实际加工中，为提高加工表面质量，常常采用摇动加工的方式，即在加工过程中将电极按某种轨迹进行摇动。显然，这种摇动必然使型腔表面形状偏离电极的表面形状，从而导致型腔表面形状偏离设计目标，如图2所示。
因此，为保证对产品外形的精确加工，必须对电极的表面形状按摇动方式、摇动距离进行修正，从而抵消电极摇动的影响，如图3所示。
电极摇动的方式是多种多样的，图4列出了其中常用的几种。图中p为电极上的任一点，以箭头表示摇动矢量，Ω表示摇动矢量端点集合。
经过分析，可将这些摇动方式按其对加工结果的影响分为三类1)矢量摇动，即Ω由离散点组成(图4a)；2)平面摇动，即Ω为一平面圆(图4b)；3)球面摇动，即Ω为一球面(图4c)。其中针对球面摇动的补偿可用现有的CAD／CAM软件实现，本方法不予讨论。
对矢量摇动的刀轨补偿原理可由图5所示。其补偿计算方法为1)沿摇动矢量v生成加工电极的m条行切刀轨Γk(k=0，…，m)；2)令计数变量p=0；3)取Γp并对其上的n个刀位点Q1(l=1，…，n)作如下修正(如图5)Q1′=Q1-dνn1·v|n1·v|]]>式中
4)若p＜m，则令p=p+1，返回3)；否则结束补偿操作。
对平面圆摇动的刀轨补偿原理可由图6所示。其补偿计算方法为1)生成加工电极的等高线刀轨Γk(k=0，…，m)；2)令计数变量p=0；3)取Γp并对其上各刀位点Q1(l=1，…，n)作如下修正(如图6)Q1=Q1+dn1(6)式中nl=Qq+1-Qq|Qq+1-Qq|+Qq-1-Qq|Qq-1-Qq|/|Qq+1-Qq|Qq+1-Qq|+Qq-1-Qq|Qq-1-Qq||q=(n+l)%n]]>这里％为模除符号。
4)若p＜m，则令p=p+1，返回3)；否则结束补偿操作。
图7给出了在矢量摇动和平面圆摇动下的刀轨补偿实例。其中图7a、图7b分别为针对矢量摇动和平面圆摇动补偿。
权利要求
1．基于数控技术的电火花加工电极补偿方法，其特征是先利用现有的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和摇动量，采用相应的算法对数控刀轨进行补偿。该方法工作基本流程是1)在现有的CAD／CAM软件中生成电极的几何造型；2)针对电极的摇动方式，利用现有的CAD／CAM软件生成用于加工电极的数控刀轨；3)针对电极摇动方式对数控加工刀轨进行修正，并输出加工程序；4)利用修正后的数控加工程序对电极进行加工，并输出加工程序。
2．根据权利要求1所述的基于数控技术的电火花加工电极补偿方法，其特征是对矢量摇动的刀轨补偿计算方法为1)沿摇动矢量ν生成加工电极的m条行切刀轨Гk(k=0，...，m)；2)令计数变量p=0；3)取Гp并对其上的n个刀位点Ql(l=1，...，n)作如下修正(如图5)Ql′=Ql-dνn1·ν|n1·ν|]]>式中 4)若p＜m，则令p=p+1，返回3)；否则结束补偿操作。
3．根据权利要求1所述的基于数控技术的电火花加工电极补偿方法，其特征是对平面圆摇动的刀轨补偿计算方法为1)生成加工电极的等高线刀轨Гk(k=0，...，m)；2)令计数变量p=0；3)取Гp并对其上各刀位点Ql(l=1，...，n)作如下修正(如图6)Ql=Ql+dnl，(6)式中nl=Qq+1-Qq|Qq+1-Qq|+Qq-1-Qq|Qq-1-Qq|/|Qq+1-Qq|Qq+1-Qq|Qq-1-Qq|Qq-1-Qq||q=(n+l)%n]]>这里％为模除符号。4)若p＜m，则令p=p+1，返回3)；否则结束补偿操作。
全文摘要
本发明公开的基于数控技术的电火花加工电极补偿方法,是先利用现有的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,使电极的自动补偿技术的的实现成为可能,该方法同时具有实施简单可靠的特点。
文档编号B23H7/00GK1290583SQ00127430
公开日2001年4月11日 申请日期2000年11月14日 优先权日2000年11月14日
发明者单岩, 何余仁 申请人:浙江大学