改变工具电极端部形貌的电火花加工方法及系统与流程

本发明涉及特种加工技术领域，特别涉及一种改变工具电极端部形貌的电火花加工方法及系统。

背景技术：

电火花加工是指在一定的介质中，通过工具电极和工件电极之间的脉冲放电的电蚀作用，对工件进行加工的一种特种加工技术。由于电火花加工是利用电、热能进行加工，因此不受材料强度、硬度的限制，广泛应用于各种模具、难加工材料、复杂形貌以及某些特殊或极端要求的零部件的加工。

电火花加工过程中产生的电蚀产物如果不能及时排出加工间隙，会堆积在加工表面，造成二次放电，不仅影响加工的稳定性，而且会造成电火花加工面烧蚀等问题，严重影响加工面的表面质量。为了促进排屑，通常采用的方法是冲油和加工过程中电极抬起，冲油的压力过小，无法有效排屑，冲油压力过大，则会影响放电通道的建立，导致加工效率降低，而在加工过程中不断抬起电极，则会导致无法连续加工，也会造成电火花加工效率低。

针对电火花加工在应用的过程中存在加工效率低、排屑效果差等问题，近几年国内外学者开始研究具有更高能量以及更大去除效率的电弧铣削加工，如短电弧加工、直流运动电弧加工等。电弧铣削加工改变了传统电火花逐点、间歇式的加工方式，在很大程度上提高了电火花加工的材料去除率。但是由于加工过程中能量大，冲液效果不好，造成加工面表面粗糙度值高，并且工具电极的形状是常见的圆柱形，在铣削加工工程中，底部不断磨损，电极损耗非常严重，无法保证加工精度，尤其是在加工具有一定长度的沟槽时，会造成加工沟槽底部呈现斜面状，即沟槽末端深度比刚开始加工端深度小；除此之外，随着工具电极的不断磨损，加工的沟槽侧壁的倾斜角度也越来越大。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种改变工具电极端部形貌的电火花加工方法，该方法能够提高加工质量的电火花加工工艺。

本发明的另一个目的在于提出一种改变工具电极端部形貌的电火花加工系统。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了改变工具电极端部形貌的电火花加工方法，包括以下步骤：采用在线法或离线法制备预设端部形貌的工具电极；对所述预设端部形貌的工具电极进行冲液效果观察实验，观察飞溅的水花形状，根据所述水花形状对预设端部形貌和冲液参数进行优化；利用优化后的冲液参数和优化后的预设端部形貌的工具电极进行放电实验，观察所述优化后的预设端部形貌的工具电极的放电现象，根据所述放电现象对工艺参数进行优化；采用优化后的工艺参数和所述优化后的预设端部形貌的工具电极进行电弧铣削加工。

本发明实施例的改变工具电极端部形貌的电火花加工方法，通过改变工具电极端部形貌，改善冲液效果，促进排屑，降低相对电极损耗率，提高加工质量的电火花加工工艺。

另外，根据本发明上述实施例的改变工具电极端部形貌的电火花加工方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述在线法包括研磨法和反拷法，其中，当待处理的工具电极的尺寸大于5mm或壁厚大于1mm时，采用所述研磨法，当所述待处理的工具电极的尺寸小于5mm或壁厚小于1mm时，采用所述反拷法。

进一步地，在本发明的一个实施例中，采用所述研磨法时，安装倾斜研磨板，旋转所述待处理的工具电极，并使所述待处理的工具电极向下进给，利用所述研磨板将所述待处理的工具电极的端部研磨成所述预设端部形貌的工具电极。

进一步地，在本发明的一个实施例中，采用所述反拷法时，安装倾斜反拷板，使脉冲电源正负极分别接所述待制备的工具电极和所述反拷板，接通所述脉冲电源后，使所述待处理的工具电极向下进给，直至得到所述预设端部形貌的工具电极。

进一步地，在本发明的一个实施例中，采用所述离线法时，旋转待处理的工具电极，并将所述待处理的工具电极与抛光机平面呈预设角度，使所述待处理的工具电极向所述抛光机进给，直至所述待处理的工具电极端部形成倒角。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了改变工具电极端部形貌的电火花加工系统，包括：制备模块，用于采用在线法或离线法制备预设端部形貌的工具电极；第一优化模块，用于对所述预设端部形貌的工具电极进行冲液效果观察实验，观察飞溅的水花形状，根据所述水花形状对预设端部形貌和冲液参数进行优化；第二优化模块，用于利用优化后的冲液参数和优化后的预设端部形貌的工具电极进行放电实验，观察所述优化后的预设端部形貌的工具电极的放电现象，根据所述放电现象对工艺参数进行优化；加工模块，用于采用优化后的工艺参数和所述优化后的预设端部形貌的工具电极进行电弧铣削加工。

本发明实施例的改变工具电极端部形貌的电火花加工系统，通过改变工具电极端部形貌，改善冲液效果，促进排屑，降低相对电极损耗率，提高加工质量的电火花加工工艺。

另外，根据本发明上述实施例的改变工具电极端部形貌的电火花加工系统还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述在线法包括研磨法和反拷法，其中，当待处理的工具电极的尺寸大于5mm或壁厚大于1mm时，采用所述研磨法，当所述待处理的工具电极的尺寸小于5mm或壁厚小于1mm时，采用所述反拷法。

进一步地，在本发明的一个实施例中，采用所述研磨法时，安装倾斜研磨板，旋转所述待处理的工具电极，并使所述待处理的工具电极向下进给，利用所述研磨板将所述待处理的工具电极的端部研磨成所述预设端部形貌的工具电极。

进一步地，在本发明的一个实施例中，采用所述反拷法时，安装倾斜反拷板，使脉冲电源正负极分别接所述待制备的工具电极和所述反拷板，接通所述脉冲电源后，使所述待处理的工具电极向下进给，直至得到所述预设端部形貌的工具电极。

进一步地，在本发明的一个实施例中，采用所述离线法时，旋转待处理的工具电极，并将所述待处理的工具电极与抛光机平面呈预设角度，使所述待处理的工具电极向所述抛光机进给，直至所述待处理的工具电极端部形成倒角。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的改变工具电极端部形貌的电火花加工方法流程图；

图2为根据本发明一个实施例的基于预设端部形貌工具电极提高加工质量的电弧铣削加工工艺流程图，其中，(a)为改变工具电极端部的形貌过程，(b)为冲液效果观察实验，(c)为工具电极放电实验，(d)为电弧铣削加工过程；

图3为根据本发明一个实施例的改变工具电极端部形貌的在线法示意图，其中，(a)为研磨法，(b)为反拷法；

图4为根据本发明一个实施例的改变工具电极端部形貌的离线法示意图；

图5为根据本发明一个具体实施例的改变工具电极端部形貌并进行电弧铣削加工流程图；

图6为根据本发明一个实施例的改变工具电极端部形貌的电火花加工系统结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的改变工具电极端部形貌的电火花加工方法及系统，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的改变工具电极端部形貌的电火花加工系统。

图1是本发明一个实施例的改变工具电极端部形貌的电火花加工方法流程图。

如图1所示，该改变工具电极端部形貌的电火花加工方法包括以下步骤：

在步骤s101中，采用在线法或离线法制备预设端部形貌的工具电极。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在线法包括研磨法和反拷法，其中，当待处理的工具电极的尺寸大于5mm或壁厚大于1mm时，采用研磨法，当待处理的工具电极的尺寸小于5mm或壁厚小于1mm时，采用反拷法。

进一步地，在本发明的一个实施例中，采用研磨法时，安装倾斜研磨板，旋转待处理的工具电极，并使待处理的工具电极向下进给，利用研磨板将待处理的工具电极的端部研磨成预设端部形貌的工具电极。

进一步地，在本发明的一个实施例中，采用反拷法时，安装倾斜反拷板，使脉冲电源正负极分别接待制备的工具电极和反拷板，接通脉冲电源后，使待处理的工具电极向下进给，直至得到预设端部形貌的工具电极。

具体而言，如图3所示，预先采用在线法或离线法制备预设端部形貌的工具电极，其中，在线法分为研磨法和反拷法，当待处理的工具电极的尺寸大于5mm或壁厚大于1mm时采用研磨法，研磨法采用的装置为成形砂轮，具体实施过程为：(1)将待处理的工具电极安装在加工机床夹具上；(2)安装研磨工具电极所需要的成形砂轮，并调好角度，即安装倾斜研磨板；(3)使待处理的工具电极高速旋转，并向下进给，逐渐靠近成形砂轮；(4)在研磨过程中，不断调整成形砂轮的位置和角度，直至工具电极端部被研磨成所需形貌。当待处理的工具电极的尺寸直径小于5mm或者壁厚小于1mm时，采用反拷法，反拷法采用的装置为带有预加工孔的反拷电极板，具体实施过程为：(1)将待处理的工具电极安装在加工机床夹具上；(2)安装带有预先加工好的孔的反拷电极板；(3)将待处理的工具电极通过导线连接到脉冲电源的正极，反拷电极通过导线连接到反拷电源的负极；(4)接通脉冲电源，工具电极沿着轴向向下进给，直至得到所需的工具电极端部形貌。

可以理解的是，在线加工出的预设端部形貌的工具电极，可直接用于电弧铣削加工，避免了重复装夹工具电极造成是时间和人力的浪费。

进一步地，在本发明的一个实施例中，采用离线法时，旋转待处理的工具电极，并将待处理的工具电极与抛光机平面呈预设角度，使待处理的工具电极向抛光机进给，直至待处理的工具电极端部形成倒角。

如图4所示，具体地，离线法用的装置为研磨机，适用于直径大于5mm，且壁厚大于1mm的工具电极，具体实施步骤为：(1)将待处理的工具电极与研磨机平面呈一定角度(如45°)放置：(2)启动研磨机，使研磨机以较高转速旋转；(3)将工具电极接触研磨机平面，研磨过程中，不断旋转工具电极；(4)工具电极端部研磨成所需形貌后，加工完成，关闭研磨机。需要说明的是，离线法操作简单，但是需要操作人员有较高的操作技能。

在步骤s102中，对预设端部形貌的工具电极进行冲液效果观察实验，观察飞溅的水花形状，根据水花形状对预设端部形貌和冲液参数进行优化。

也就是说，利用制备的不用端部形貌的工具电极进行进行冲液效果观察实验，通过观察飞溅的水花形状，对端部形貌、冲液参数进行优化，得到最优冲液效果的端部形貌和冲液参数。

具体而言，如图2所示，具体的优化步骤为：(1)将预设端部形貌的工具电极装夹到机床主轴上；(2)进给预设端部形貌的工具电极至与工件保持微小间隙，更改冲液参数，观察冲液飞溅的水花形状；(3)选取冲液效果更好的端部形貌和冲液参数。

在步骤s103中，利用优化后的冲液参数和优化后的预设端部形貌的工具电极进行放电实验，观察优化后的预设端部形貌的工具电极的放电现象，根据放电现象对工艺参数进行优化。

也就是说，采用优化后的工具电极端部形貌和冲液参数，进行工具电极沿z轴正向进给加工实验，通过ccd观察工具电极放电现象以及加工面上的加工痕迹，对加工间隙和加工电压、工具电极转速等加工参数进行优化。

具体而言，如图2所示，具体的优化步骤为：(1)选取步骤s102优化后的预设端部形貌的工具电极端部形貌和冲液参数；(2)改变不同的加工参数，如加工电压、电极转速，观察铣削加工效果；(3)选取铣削加工效果更好的加工间隙和电参数优选参数范围。

在步骤s104中，采用优化后的工艺参数和优化后的预设端部形貌的工具电极进行电弧铣削加工。

也就是说，采用优化后的工艺参数，使用端部形貌经更改后的工具电极进行电弧铣削加工。

如图5所示，以一个实际的制备特定端部形貌的工具电极并用于电弧铣削加工为例，进一步说明利用特定工具电极端部形貌改善冲液效果，促进排屑，提高加工质量的电弧铣削加工工艺步骤：

(1)安装好图4离线法所需的研磨机和工具电极；

(2)设置外径10mm，内径6mm的工具电极相对研磨机平面角度α＝45°；启动研磨机，研磨过程中不断旋转工具电极，并向下进给1.3mm，得到所需的端部形貌为锥形的工具电极；

(3)将端部形貌为锥形的工具电极装夹到机床主轴上，进给工具电极，直至与加工件保持微小间隙，更改冲液参数，通过ccd观察加工间隙冲液效果，获得端部形貌为45°锥形的工具电极的最优冲液压力为0.2mpa，最优加工间隙为0.02mm；

(4)采用上述优化后的参数进行工具电极放电实验，接通加工电源以及驱动电极旋转的电机，改变加工电压、电极转速，通过ccd观察放电现象，获得端部形貌为45°锥形的工具电极最优加工参数为：加工电压70v，电极转速570rpm；

在上述优化组合参数下，进行端部形貌为45°锥形的工具电极电弧铣削加工实验，首先将工具电极以0.01mm/s的速度沿着轴向进给，进给深度为3mm，然后以0.06mm/s的速度沿着x轴正向铣削加工不锈钢工件，加工时间为5min，得到加工深度为3mm，长度为18mm的槽。

根据本发明实施例提出的改变工具电极端部形貌的电火花加工方法，通过分别采用在线法和离线法，实现不同尺寸的电极制备不同的端部形貌，原理简单且操作方便；不同端部形貌的工具电极能很好的改善加工区域的冲液效果，在电弧铣削加工中，不同端部形貌的工具电极有助于端部放电的约束集中和改善冲液效果，从而促进加工屑的排出，有利于加工效率的提高和加工表面质量的改善，又提前优化了加工间隙和加工参数，使得工具电极加工过程中能够保持原有形状，相对电极损耗率很低。

其次参照附图描述根据本发明实施例提出的改变工具电极端部形貌的电火花加工系统。

图6是本发明一个实施例的改变工具电极端部形貌的电火花加工系统结构示意图。

如图6所示，该系统10包括：制备模块100、第一优化模块200、第二优化模块300和加工模块400。

其中，制备模块100用于采用在线法或离线法制备预设端部形貌的工具电极。第一优化模块200用于对预设端部形貌的工具电极进行冲液效果观察实验，观察飞溅的水花形状，根据水花形状对预设端部形貌和冲液参数进行优化。第二优化模块300用于利用优化后的冲液参数和优化后的预设端部形貌的工具电极进行放电实验，观察优化后的预设端部形貌的工具电极的放电现象，根据放电现象对工艺参数进行优化。加工模块400用于采用优化后的工艺参数和优化后的预设端部形貌的工具电极进行电弧铣削加工。

进一步地，在本发明的一个实施例中，在线法包括研磨法和反拷法，其中，当待处理的工具电极的尺寸大于5mm或壁厚大于1mm时，采用研磨法，当待处理的工具电极的尺寸小于5mm或壁厚小于1mm时，采用反拷法。

进一步地，在本发明的一个实施例中，采用研磨法时，安装倾斜研磨板，旋转待处理的工具电极，并使待处理的工具电极向下进给，利用研磨板将待处理的工具电极的端部研磨成预设端部形貌的工具电极。

进一步地，在本发明的一个实施例中，采用反拷法时，安装倾斜反拷板，使脉冲电源正负极分别接待制备的工具电极和反拷板，接通脉冲电源后，使待处理的工具电极向下进给，直至得到预设端部形貌的工具电极。

进一步地，在本发明的一个实施例中，采用离线法时，旋转待处理的工具电极，并将待处理的工具电极与抛光机平面呈预设角度，使待处理的工具电极向抛光机进给，直至待处理的工具电极端部形成倒角。

根据本发明实施例提出的改变工具电极端部形貌的电火花加工系统，通过改变工具电极端部形貌，改善冲液效果，促进排屑，降低相对电极损耗率，提高加工质量的电火花加工工艺。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。