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实现三轴联动电火花机床仿铣加工刀具补偿的新方法
来源:中国数控机床网   发表时间:2019/3/17 16:51:00  浏览次数:
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实现三轴联动电火花机床仿铣加工刀具补偿的新方法刘德凯裴景玉胡德金(上海交通大学,上海200030)通过三角函数的计算方法来实现刀具补h偿的功能。此方法具有简单,运算精度高,可用于电火花加工机||床的CNC系统中。

 

  电火花加工的原理蚀基于电极和工件之间的脉冲性火花放电蚀的腐蚀现象来蚀除多余的金属,以达到对零件的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。通常的电火花机床用于成形加工,加工前必须制造与待加工工件互补的工具电极。工具电极可以用加工性比较好的铜、铜合金或者石墨制造,但是在一般情况下其形状复杂,加工周期和难度比较大的。据统计电极的加工时间和加工费用要分别占总加工时间和总加工费用的一半以上,因此电火花仿铣加工应运而生。电火花仿铣加工就是使用简单形状的电极如棒状电极〕,借助数控仿铣的方法进行三维轮廓的电火花加工。电火花仿铣加工技术的出现给传统的电火花加工带来了巨大的变化。首先,省去了成型电极的设计与制造过程。其次,由于加工中采用简单形状电极在数控系统控制下进行走刀加工,因此将大大提高复杂型腔的加工稳定性和加工质量。

  众所周知,本系统控制电极移动的轨迹实际上为电极中心的轨迹。由于电极半径的存在必须进行偏移。加工外轮廓时,需向轮廓外偏移一个电极半径。加工内轮廓时,必须向轮廓内偏移一个电极半径。从某种意义上来说,不具有刀具补偿的数控系统是没有任何的实用价值的。

  下面结合笔者协助上海某电子设备有限公司开发的一套基于固高运动控制卡的三轴联动电火花机床数控系统软件,给出能实现刀具补偿的新算法。这个数控系统使用的操作平台为PC 1系统的构成本系统是由工业控制计算机和嵌入式轴控制卡两部分组成的主从式结构的系统。主机为工业控制计算机(CPU采用Intel586TM,主频100MHv),从机是轴控制卡DSP子系统(主频40MHv)。主CPU主要芫成仿真、分析、窗口显示、交互式操作界面及通信等实时或非实时的请求。从CPU即DSP负责芫成PID(比例、积分和微分)控制算法、插补算法和I/O处理等实时请求。主从机之间采用存储器通信方式。系统构成所示。

  圄1系统结构圄通用输入口用来接受外部信号,比如:液面,油温等。通用输出口用来控制各种电磁换向阀。放电状态检测放电是否正常,如果出现短路或者拉弧就沿原来加工轨迹回退。如果放电正常的话,继续加工,直到加工芫成。本系统采用定时抬刀,让工作液带走电蚀物。

  2仿铣加工刀具补偿的关键技术首先介绍一下CNC系统刀具半径补偿机制。CNC系统的刀具补偿机制一共有两种:B功能刀具半径补偿和C功能刀具半径补偿。在B功能刀具半径补偿的情况下:在直线插补时经过刀具半径补偿后的刀具中心轨迹是与原来直线相平行的直线,并且两条直线的距离为刀具的半径。因此只需计算出刀具中心轨迹的起点和终点坐标值;在弧插补时,刀具补偿后的中心轨迹是一段与零件轮廓弧同心的弧并且在半径方向上两段弧的距离为刀具半径。因此弧插补时只需计算出刀具半径补偿后弧的起点,终点坐标值及刀具半径补偿后的弧半径值。只有B功能刀具补偿的CNC系统在实际的运用中是没有价值的。因为它对刀具半径补偿后的一些特殊情况没有考虑,所谓的特殊情况是指相邻两段程序的刀具中心轨迹之间出现间断点或交叉点。这就是要引入C功能刀具半径补偿的。C功能刀具半径补偿和B刀具半径补偿的区别实质是C功能刀具半径补偿能预测由于刀具半径补偿所造成的下一段加工轨迹对本段加工轨迹的影响。所以要实现C功能刀具半径补偿,必须采用了计算芫本段编程轨迹后,提前读入下一段程序,然后根据它们的转接的具体情况求得本段程序的刀具中心轨迹。

  对具有直线,弧刀具补偿功能的数控系统,其相邻两端的编程轨迹不外乎以下几种转接线型:直线对直线;直线对弧;弧对直线:弧对弧。相邻两端的过渡类型申长型缩短型和插入型。

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