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一种微三维零件电火花铣削加工方法技术

技术编号:13965014 阅读:146 留言:0更新日期:2016-11-09 09:34
本发明专利技术公开了一种微三维零件电火花铣削加工方法,包括以下步骤:选用适合直径大小的工具电极;根据工具电极的直径设置电规准和参数;确定长度损耗率和放电间隙;工具电极预变形;编制被加工件每一层电火花数控分层的铣削加工程序。本发明专利技术基于高频电源下工具电极形状特性,先让工具电极主动产生形状变化,然后利用变形后的工具电极采取连续补偿方法进行分层铣削加工,通过预加工孔消除层间进给加工对工具电极形状的影响。本发明专利技术针对微细电火花加工过程中的形状变化,提出基于特定电规准条件下保持工具电极形状稳定的方法,实现了工具电极形状恒定损耗,解决了微细电火花加工工具电极损耗中形状变化的问题,加工工艺指标达到了较高水平。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微三维零件的加工技术,特别是一种带有复杂曲面、微型结构、微细尺寸的微三维零件电火花加工方法。
技术介绍
随着微型机电系统的崛起和工程
对微型机械的迫切要求,越来越多的微型零件形状进一步复杂、尺寸进一步减小,传统的机械加工方法早已不能适应这样的微型零件加工,随之出现了三束加工、电化学加工、电火花加工(去除加工)、LIGA技术、3D打印技术(增材加工)。三束加工存在能量束密度大且分布不均、直径大的问题;电化学加工存在污染腐蚀问题;LIGA技术、3D打印技术则存在不能制作复杂三维结构和精度过低等不足之处。微细电火花加工具有非接触、无应力、无污染等优点,通过制备足够小尺寸工具电极具备加工复杂结构三维微细零件的潜能,因在微尺度条件下制备成型工具电极非常困难,通常由简单圆柱电极通过微细电火花分层铣削加工实现微细三维零件的加工。由电火花放电机理可知,工具电极因尖端放电而发生形状和长度的变化,层间进给和层内加工对工具电极形状变化的影响也不一样,形状补偿难度极大;常见的均匀损耗补偿、定长补偿等方法无法满足对被加工零件高精度质量、高效率加工的要求,因此微细电火花分层铣削加工未能在工业中得到广泛应用。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题,本专利技术要设计一种能克服工具电极形状变化导致的补偿困难进而提高加工质量的微三维零件电火花铣削加工方法。为了实现上述目的,本专利技术的技术方案如下:一种微三维零件电火花铣削加工方法,包括以下步骤:A、根据被加工件几何尺寸选用适合直径大小的工具电极,制备工具电极;B、在电火花成型加工机床上装夹被加工件和备件,所述的备件与被加工件材料相同;C、如果被加工件为型腔类零件,则转步骤C1;如果被加工件为型芯类零件,则转步骤C2;C1、对型腔类零件做预加工孔,并将预加工孔作为每一层加工程序的起始点,工具电极从起始点进入待加工层底部;转步骤D;C2、对型芯类零件在零件外部选择一固定点,将固定点作为每一层加工程序的起始点,工具电极从起始点进入待加工层底部;D、装夹工具电极,按被加工件形状调整冲液管的冲液角度和位置,以有利于蚀除产物的排出;E、根据工具电极的直径设置电规准和参数:脉宽为0.01-15微秒,脉宽间隔为1-50微秒,峰值电流为0.01-10安培,击穿维持电压为10-20伏特,工具电极接电源负极,工具电极转速每分钟0-2000转;F、根据加工精度要求选择合适的分层厚度:分层厚度为1-1000微米;G、确定长度损耗率和放电间隙:设定加工坐标系,在距离备件外轮廓线大于一个工具电极半径的区域竖直进给到待加工层所在底面的深度,铣削长度为0.1-20毫米的槽A,确保对应长度上都发生正常放电加工去除,测量并计算工具电极长度损耗率;H、工具电极预变形:更换新工具电极,设定备件坐标系,以所确定的长度损耗率为参数,在所选择的分层厚度条件下,在备件上铣削长度为0.1-10毫米的槽B,完成铣削后的工具电极即产生了预变形,将预变形后的工具电极作为被加工件分层铣削的工具电极;I、以被加工件的待加工层上表面为z轴坐标原点,x、y坐标原点恒定不变,根据工具电极的长度损耗率、分层厚度和被加工件结构编制被加工件每一层电火花数控分层的铣削加工程序;J、设定待加工层上表面为z轴坐标原点,将储液槽充满工作液,进行待加工层的电火花铣削加工,该层加工完毕后将储液槽工作液排尽,清理干净被加工件、基准块和备件上表面的工作液和蚀除产物;K、重复步骤J铣削加工另一待加工层,直至所有分层铣削加工完毕。进一步地,所述的工具电极为圆柱工具电极,工具电极的控制点为刀位点,工具电极的刀位点为工具电极底面中心点。进一步地,所述的预加工孔的直径比工具电极直径大4个放电间隙尺寸以上;所述的固定点选择在型芯类零件毛坯的轮廓区域外侧,且与毛坯最大轮廓线的直线距离大于2个工具电极半径的轮廓线上。进一步地,所述的电火花成型加工机床包括磁力吸盘、工作台、工具电极夹持器、基准块、储液槽、冲液管和控制系统,所述的被加工件、备件和基准块固定在磁力吸盘上,磁力吸盘固定在工作台上,所述的电极夹持器夹持工具电极,电极夹持器在控制系统的控制下实现工具电极转动和z轴方向往复运动,磁力吸盘在控制系统控制下实现被加工件、备件和基准块的x、y轴方向运动,所述的基准块用来测量工具电极的损耗长度。进一步地,所述的储液槽带有工作液有循环过滤功能,并带有储液箱,储液槽进液口和出液口分布在储液槽相对的两侧面,工作液呈现层流状态;储液槽中工作液液面升降可调,冲液管的冲液角度、位置、压力可调,冲液管出来的液体与储液箱液体是同一液体;所述的工作液为绝缘性的电火花加工专用油、绝缘性的乳化液或去离子水。进一步地,所述的控制系统用于设定和储存被加工件坐标系、备件坐标系和基准块坐标系。进一步地,在步骤J的铣削加工过程中发现工具电极剩余长度不足时,及时中断加工,更换新工具电极后,重新按照正在加工层的程序设定坐标系原点,从停止位置继续完成剩余程序的加工。进一步地,所述的更换新工具电极是指更换同样尺寸规格、同样材料、且未发生形状变化的工具电极,包括重新装夹已制备好的工具电极或者在现有工具电极上截去已放电损耗的部分而得到的工具电极。进一步地,所述的工具电极的长度损耗率计算方法如下:根据工具电极损耗长度和在该损耗长度下工具电极在xy平面内移动的轨迹长度进行计算,长度损耗率=损耗长度/轨迹长度;所述的工具电极损耗长度的测量方法如下:在基准块坐标系下,利用控制系统的接触感知功能,在加工前和加工后让工具电极沿着z轴负方向向基准块上表面靠近,接触瞬间工具电极停止进给运动,读出对应z轴坐标值,二者相减后的结果取绝对值,该绝对值为工具电极损耗长度。进一步地,步骤I中所述的加工程序通过手动方式或自动方式完成,每一程序行终点z轴坐标=z轴坐标值-长度损耗率×当前程序行的轨迹长度。与现有技术相比,本专利技术的有益效果如下:1、本专利技术基于高频电源下工具电极形状特性,先让工具电极主动产生形状变化,然后利用变形后的工具电极采取连续补偿方法进行分层铣削加工,通过预加工孔消除层间进给加工对工具电极形状的影响。2、本专利技术针对微细电火花加工过程中的形状变化,提出基于特定电规准条件下保持工具电极形状稳定的方法,实现了工具电极形状恒定损耗,解决了微细电火花加工工具电极损耗中形状变化的问题。3、本专利技术针对工具电极在跨层加工和层内加工损耗情况不一致问题,提出型腔类零件在预加工孔内进给、型芯类零件外设固定点实现层间进给的方式,消除了因跨层加工引起的工具电极形状和损耗的非正常变化导致降低加工精度问题。4、本专利技术针对长度补偿规律问题,提出按照预设加工条件在备件上开展加工的方法,获取长度损耗规律,采用以长度损耗率为变量系数实现工具电极长度损耗的实时补偿。5、本专利技术通过给定加工条件保证了加工过程中工具电极形状稳定,从而解决了微细电火花铣削加工的工具电极形状变化问题,进而实现电火花铣削加工,加工工艺指标达到了较高水平。附图说明图1是电火花成型加工机床结构示意图。图2是型腔类零件毛坯剖视图。图3是图2的俯视图。图4是型腔类零件剖视图。图5是图4的俯视图。图6是型芯类零件剖视图。图7是图6的俯视图。图8是实施例毛坯剖视图。图9是图8的俯视图。图10是实施例零本文档来自技高网...
一种微三维零件电火花铣削加工方法

【技术保护点】
一种微三维零件电火花铣削加工方法,其特征在于:包括以下步骤:A、根据被加工件(7)几何尺寸选用适合直径大小的工具电极(3),制备工具电极;B、在电火花成型加工机床(1)上装夹被加工件(7)和备件(4),所述的备件(4)与被加工件(7)材料相同;C、如果被加工件(7)为型腔类零件(14),则转步骤C1;如果被加工件(7)为型芯类零件(21),则转步骤C2;C1、对型腔类零件(14)做预加工孔(12),并将预加工孔(12)作为每一层加工程序的起始点,工具电极(3)从起始点进入待加工层底部;转步骤D;C2、对型芯类零件(21)在零件外部选择一固定点(22),将固定点(22)作为每一层加工程序的起始点,工具电极(3)从起始点进入待加工层底部;D、装夹工具电极(3),按被加工件(7)形状调整冲液管(10)的冲液角度和位置,以有利于蚀除产物的排出;E、根据工具电极(3)的直径设置电规准和参数:脉宽为0.01‑15微秒,脉宽间隔为1‑50微秒,峰值电流为0.01‑10安培,击穿维持电压为10‑20伏特,工具电极(3)接电源负极,工具电极转速每分钟0‑2000转;F、根据加工精度要求选择合适的分层厚度:分层厚度为1‑1000微米;G、确定长度损耗率和放电间隙:设定加工坐标系,在距离备件(4)外轮廓线大于一个工具电极半径的区域竖直进给到待加工层所在底面的深度,铣削长度为0.1‑20毫米的槽A(36),确保对应长度上都发生正常放电加工去除,测量并计算工具电极(3)的长度损耗率;H、工具电极(3)预变形:更换新工具电极,设定备件(4)坐标系,以所确定的长度损耗率为参数,在所选择的分层厚度条件下,在备件(4)上铣削长度为0.1‑10毫米的槽B(37),完成铣削后的工具电极(3)即产生了预变形,将预变形后的工具电极(3)作为被加工件(7)分层铣削的工具电极(3);I、以被加工件(7)的待加工层上表面为z轴坐标原点,x、y坐标原点恒定不变,根据工具电极(3)的长度损耗率、分层厚度和被加工件(7)的结构编制被加工件(7)每一层电火花数控分层的铣削加工程序;J、设定待加工层上表面为z轴坐标原点,将储液槽(9)充满工作液,进行待加工层的电火花铣削加工,该层加工完毕后将储液槽(9)工作液排尽,清理干净被加工件(7)、基准块(5)和备件(4)上表面的工作液和蚀除产物;K、重复步骤J铣削加工另一待加工层,直至所有分层铣削加工完毕。...

【技术特征摘要】
1.一种微三维零件电火花铣削加工方法,其特征在于:包括以下步骤:A、根据被加工件(7)几何尺寸选用适合直径大小的工具电极(3),制备工具电极;B、在电火花成型加工机床(1)上装夹被加工件(7)和备件(4),所述的备件(4)与被加工件(7)材料相同;C、如果被加工件(7)为型腔类零件(14),则转步骤C1;如果被加工件(7)为型芯类零件(21),则转步骤C2;C1、对型腔类零件(14)做预加工孔(12),并将预加工孔(12)作为每一层加工程序的起始点,工具电极(3)从起始点进入待加工层底部;转步骤D;C2、对型芯类零件(21)在零件外部选择一固定点(22),将固定点(22)作为每一层加工程序的起始点,工具电极(3)从起始点进入待加工层底部;D、装夹工具电极(3),按被加工件(7)形状调整冲液管(10)的冲液角度和位置,以有利于蚀除产物的排出;E、根据工具电极(3)的直径设置电规准和参数:脉宽为0.01-15微秒,脉宽间隔为1-50微秒,峰值电流为0.01-10安培,击穿维持电压为10-20伏特,工具电极(3)接电源负极,工具电极转速每分钟0-2000转;F、根据加工精度要求选择合适的分层厚度:分层厚度为1-1000微米;G、确定长度损耗率和放电间隙:设定加工坐标系,在距离备件(4)外轮廓线大于一个工具电极半径的区域竖直进给到待加工层所在底面的深度,铣削长度为0.1-20毫米的槽A(36),确保对应长度上都发生正常放电加工去除,测量并计算工具电极(3)的长度损耗率;H、工具电极(3)预变形:更换新工具电极,设定备件(4)坐标系,以所确定的长度损耗率为参数,在所选择的分层厚度条件下,在备件(4)上铣削长度为0.1-10毫米的槽B(37),完成铣削后的工具电极(3)即产生了预变形,将预变形后的工具电极(3)作为被加工件(7)分层铣削的工具电极(3);I、以被加工件(7)的待加工层上表面为z轴坐标原点,x、y坐标原点恒定不变,根据工具电极(3)的长度损耗率、分层厚度和被加工件(7)的结构编制被加工件(7)每一层电火花数控分层的铣削加工程序;J、设定待加工层上表面为z轴坐标原点,将储液槽(9)充满工作液,进行待加工层的电火花铣削加工,该层加工完毕后将储液槽(9)工作液排尽,清理干净被加工件(7)、基准块(5)和备件(4)上表面的工作液和蚀除产物;K、重复步骤J铣削加工另一待加工层,直至所有分层铣削加工完毕。2.根据权利要求1所述的一种微三维零件电火花铣削加工方法,其特征在于:所述的工具电极(3)为圆柱工具电极,工具电极(3)的控制点为刀位点,工具电极(3)的刀位点为工具电极(3)底面中心点。3.根据权利要求1所述的一种微三维零件电火花铣削加工方法,其特征在于:所述的预加工孔(12)的直径比工具电极(3)的直径大4个放电间隙尺寸以上;所述的固定点(22)选择在...

【专利技术属性】
技术研发人员:王元刚
申请(专利权)人:大连大学
类型:发明
国别省市:辽宁;21

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