專利名稱：一種基于反成形原理的電火花加工中電極損耗補償方法
技術領域：
本發(fā)明屬于特種加工領域，尤其涉及一種電火花加工中離線預測和補償電極損耗的方法。
背景技術：
電火花加工(EDM)作為一種特種加工方法，在工業(yè)領域有著廣泛的應用。其最主要的特征是利用瞬時放電產生大量的熱以蝕除材料，而無需關注材料的硬度；同時，由于這種加工方式為非接觸式加工，不存在機械應力、變形等問題，因而在超硬難加工材料、深孔、窄槽等的加工上表現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢，被廣泛用于模具制造、航空航天、汽車等領域。然而，由于不可避免的存在電極損耗問題，特別是在電極邊緣和尖角處，損耗更為嚴重，造成了電極形狀變形，嚴重影響了加工精度。目前，在電火花成型加工領域，為了解決該問題，一般采用更換電極和人工修配電極的方法。但這種方法一方面對經驗的依賴性強，可靠性不高，補償精度難以控制；另一方面電極的制作費時費力，周期長，且復雜電極的制作成本高昂。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于反成形原理的電火花加工中電極損耗補償方法，用于解決電火花加工中電極損耗預測和補償問題。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的:一種基于反成形原理的電火花加工中電極損耗補償方法，該方法包括以下步驟:(I)建立幾何模型:根據想要獲得的工件或型腔的形狀，建立對應的工件和電極的幾何模型，設定相應的初始加工條件，包括電極和工件的仿真起始形狀、放電間隙、單次放電的等蝕除量等。(2)建立仿真模型，模擬反成形結果:根據電火花放電的基本過程，搜索放電位置；由損耗規(guī)律蝕除相應位置的材料；更新電極和工件的幾何模型，以移除蝕除單元，形成蝕除坑；依次循環(huán)，模擬其反向成型過程，經與正向成型同樣的放電加工過程后，可使電極恢復為所需的初始形狀，即最終真正用來加工的電極的形狀。(3)制作預補償電極，完成加工:按模擬所得的結果制作電極，利用該預補償后的電極進行實際加工，可抵消電極損耗的影響，獲得具有理想形狀的工件或型腔。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的方法在加工前，根據欲獲得的目標工件的理想形狀，利用電極損耗機理，反推所需的電極初始形狀。使得具有該形狀的電極，在放電加工損耗后，恰能加工出具有所需理想形狀的工件。即通過電極形狀的預變形，抵消電極損耗的影響，可實現(xiàn)電極損耗補償，提高電火花的加工精度。


圖1是反成型原理圖，其中，Ca)是正向成型原理圖，(b)是反向成型原理圖2是電極反成形補償流程圖；圖3是電機和工件的幾何模型示意圖；圖4是電火花成型加工的仿真模型結構圖；圖5是一般的未經電極補償的電火花加工示意圖，其中，(a)放電前示意圖是，(b)是放電后不意圖；圖6是經反成形補償的電火花加工示意圖，其中，(a)是放電前示意圖，(b )是模擬結果示意圖，(C)是放電加工前示意圖，(d)是放電加工結果示意圖。
具體實施例方式如圖1所示(為了簡化說明，忽略了放電間隙)，只需將具有目標形狀的工件作為電極，相應的電極作為工件，反向加工，經過與正向成型同樣的放電加工工序，即可獲得電極和工件的初始形狀。在正向成型，即正常的加工過程中，電極進給F，由于存在電極損耗(陰影部分)，電極形狀發(fā)生了變形，其底面由原來的平面變?yōu)榱嘶∶?，如圖1(a)所示。在反向成型中，如圖1(b)所示，交換電極和工件的放電極性，讓工件反向進給F，作為電極來加工轉為工件的電極，并以其正向成型加工中的最終形狀作為初始形狀，經過相同工序的放電加工后，同樣由于損耗(陰影部分)而產生了變形。由于和正向成型加工的唯一不同之處在于，電極和工件材料移除率發(fā)生了對換，因此兩處陰影部分完全相同，使得電極恢復了原始形狀，其底面由原來的弧面恢復為平面。如圖2所示，為電極反成形補償流程圖。大致分為3步，(1)建立幾何模型根據想要獲得的工件或型腔的形狀，建立對應的工件和電極的幾何模型，設定相應的初始加工條件，包括電極和工件的仿真起始形狀、放電間隙、單次放電的等蝕除量等，并制定加工工序。如圖3所示，可將電極和工件的幾何表示均采用體單元網格模型，可視由無數個微小立方體單元組成，通過三維矩陣Model[X] [Y] [Z]來表示,每個矩陣元素Model [i] [j][k]代表一個微小單元(i，j，k，分別表示該單元在X，y, z方向的單元索引位置)，保存了該單元的坐標信息及單元類型信息，指明該單元是模型的表面單元、內部單元還是蝕除單元。各單元的坐標MOci j k yi j k, Zi, j k)可由下式計算。
權利要求
1.種基于反成形原理的電火花加工中電極損耗補償方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)建立幾何模型:根據想要獲得的工件或型腔的形狀，建立對應的工件和電極的幾何模型，設定相應的初始加工條件，包括電極和工件的仿真起始形狀、放電間隙、單次放電的等蝕除量等。
(2)建立仿真模型，模擬反成形結果:根據電火花放電的基本過程，搜索放電位置；由損耗規(guī)律蝕除相應位置的材料；更新電極和工件的幾何模型，以移除蝕除單元，形成蝕除坑；依次循環(huán)，模擬其反向成型過程，經與正向成型同樣的放電加工過程后，可使電極恢復為所需的初始形狀，即最終真正用來加工的電極的形狀。
(3)制作預補償電極，完成加工:按模擬所得的結果制作電極，利用該預補償后的電極進行實際加工，可抵消電極損耗的影響，獲得具有理想形狀的工件或型腔。
2.據權利要求1所述基于反成形原理的電火花加工中電極損耗補償方法，其特征在于，所述步驟I中，所述根據想要獲得的工件或型腔的形狀，建立對應的工件和電極的幾何模型具體為:將電極和工件的幾何表示均采用體單元網格模型，視為由無數個微小立方體單元組成，通過三維矩陣Model [X] [Y] [Z]來表示,每個矩陣元素Model [i] [j] [k]代表一個微小單元(i, j, k,分別表示該單元在X, y, z方向的單元索引位置),保存了該單元的坐標信息及單元類型信息，指明該單元是模型的表面單元、內部單元還是蝕除單元。各單元的坐標M(Xijjjk, Yijjjk, zijJjk)可由下式計算:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于反成形原理的電火花加工中電極損耗補償方法，在加工前，根據欲獲得的目標工件的理想形狀，利用電極損耗機理，反推所需的電極初始形狀，使得具有該形狀的電極，在放電加工并損耗后，恰能加工出具有所需理想形狀的工件。即通過對原先是理想目標形狀的電極進行預變形，以抵消電極損耗的影響，達到電極補償的目的。為了獲得變形后的電極初始形狀，只需將具有目標形狀的工件轉為電極，對應的電極轉為工件，反向加工模擬，經過與正常放電加工同樣的放電加工工序，即可獲得電極的初始形狀。
文檔編號B23H1/04GK103093033SQ20121057866
公開日2013年5月8日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權日2012年12月27日
發(fā)明者王進, 孫鐘明, 張永平, 陳健, 汪洋, 陸國棟 申請人:浙江大學, 張永平