[发明专利]一种利用管电极肩部放电的高效放电铣削加工方法及电极损耗补偿方法

说明书

本发明提出一种利用管电极肩部放电的高效放电铣削加工方法及电极损耗补偿方法，本发明所述加工方法采用电极“肩部”放电方法，消除电极底面放电与侧壁放电同时引起损耗产生的相互作用，可以大大简化电极损耗过程中轮廓的变化规律，将侧壁消耗与长度消耗的补偿运动合二为一。所述补偿方法通过图像采集方法提取电极损耗轮廓投影线信息，根据几何信息在线计算补偿速度的适配程度，对补偿速度在线调整。同时，利用肩部放电中底面积趋近于零的特点，消除加工底面的放电痕迹，可得到更为平整的加工表面。

技术领域

本发明属于放电加工技术领域，特别是涉及一种利用管电极肩部放电的高效放电铣削加工方法及电极损耗补偿方法。

背景技术

高效放电加工是利用长脉宽、大电流的高能量放电现象熔化被加工材料，并通过冷却介质吹除实现材料高效率去除的加工方法。在现有文献报道中，高效放电加工有多种实现方式，被称作短电弧加工(SAM)、电火花电弧复合加工(EDAM)、运动电弧加工(MAM)、高速电弧放电加工(BEAM)等。其主要实现方式均依赖长脉宽、高峰值电流的高能脉冲与流体介质冲刷作用。其中，高效放电铣削加工作为该类加工方法中研究应用最广泛的典型，常常被用于普通加工手段难以加工的钛合金、高温合金零件大余量去除的粗加工工序。利用简单几何的圆管电极与加工轨迹数字控制(CNC)，可以大大简化模具、机匣、箱体、轮盘零件的工艺。电极通常采用价格便宜易于制作的石墨、黄铜材料，成本低廉。

实际加工应用中，现有高效放电铣削加工方法多采用管式电极端部放电，主要存在两方面问题：其一是高材料去除速度伴随高电极消耗速度。然而普通的端部放电加工中电极底面与侧面同时损耗，侧面损耗造成电极底面的放电面积减小会改变底面损耗的速度，导致电极轮廓变化规律十分复杂，随放电能量增加呈非线性规律变化，难以预测。现有电极补偿技术仅考虑电极端部损耗的长度补偿，未考虑侧壁损耗后管电极直径变化对电极长度损耗的影响，补偿效果较差，在实践操作中根据不同电极尺寸与加工深度需要在加工中反复修磨电极、调整补偿速度达到加工要求的几何精度。例如，狄士春等在专利CN204295081U中提出一种新型电火花加工电极，加工中利用电极的内外冲液孔可实现加工中向放电区域的有效冲液，虽解决了仅有内冲液时电极前端放电区域易产生冲液死角的问题。但该电极加工放电同时发生在电极端部和侧面，轮廓损耗规律复杂，存在前述难以补偿的问题。叶军等在专利CN101982280A中提出一种放电铣削加工中基于放电能量的补偿电极损耗方法，在放电铣削过程中在线实时检测电极与工件间的放电能量，根据实验测定的电极损耗量与放电能量关系模型进行补偿值计算。该方法采用端部接触感知定位测量电极消耗，仅反映电极长度消耗，并未考虑电极侧壁放电产生损耗对电极轮廓产生的影响。实际实施时由于电极在侧面和底面同时发生损耗，实际的电极损耗量与放电能量关系十分复杂，呈现难以确定描述的非线性关系，因此实际操作并不容易实现。何国健、赵万生等在专利CN108620699A中提出一种用于电弧放电加工的防短路多孔高效冲液电极，通过多数个内冲液孔和外排屑槽，可减弱非放电加工区对工作区泄压的效果，维持放电区域的强力冲液。其中给出经过加工后电极损耗的电极几何示意，可看出该电极放电加工区仍同时包含侧壁面与端部底面，未指明电极损耗的补偿方法。

第二，现有放电铣削方法依赖底面、侧面同时放电，加工出的表面是由底面放电后无数个放电蚀除痕迹叠加而成。由于放电脉冲瞬时电流可达数百至上千安培，放电痕迹一般呈现为数毫米大小的放电凹坑，包含圆形、条状、曲线形等多种不规则形状。加工后表面凸凹不平，难以直接进行后续精加工。刘永红等在专利CN103008802A中提出一种高瞬时能量密度电火花高速铣削加工方法，介绍了采用高瞬时能量密度火花放电与内外冲液结合的加工方法，未明确指出电极消耗的补偿方法，且加工中需要逐步缩小放电能量逐渐获得平整加工表面。

综合来看，现有的高效放电铣削加工方法存在电极损耗补偿难、加工表面平整度差的问题，分析可知其主要原因在于电极端部的底面和侧面同时参与放电。设法改变电极端部放电形式，减少甚至消除底面放电，不仅可以简化电极损耗的轮廓变化，还能够减少在加工表面残留的放电痕迹，从而改善加工表面质量。

发明内容