电火花铣削加工

l 电火花铁削(Electrical Discharge Milling )加工技术的提出
尽管电火花加工在加工脆硬材料方面具有得天独厚的优势，但自从电火花加工技术产生那一刻起，人们就一直致力于提高电火花加工速度。

电火花铣削加工就是近年来发展起来的进行电火花高速加工的一种有效手段。

电火花铣削加工机床高速旋转的主轴带动棒状或管状电极转动，同时采用多轴联动，进行电火花成形加工。

由于这种电火花加工方法的电极运动轨迹类似铣削加工，故称其为电火花铣削加工。

图9 一10 为传统的电火花加工与电火花铣削加工的比较。

电火花铣削加工具有电极制造简单、更换电极方便和电极损耗易补偿等优点。

电火花铣削加工改善了传统电火花加工存在的加工速度、电极损耗和表面质量之间的矛盾，并大大地简化了电火花工艺过程的控制，从而进一步降低了加工成本，使电火花加工技术在激烈的市场竞争中处于有利地位。

目前，国外一些有名的电火花加工设备生产厂家都在大力研究和开发电火花铣削加工技术，瑞士Charmilles 公司认为未来模具加工采用电火花铣削将占30 % ，其发展潜力是巨大的。

作为一种新颖的电火花成型加工技术，电火花铣削加工一旦在关键技术上获得突破，它将有可能逐渐取代传统电火花成型加工的地位，这种技术的拥有者在激烈的市场竟争中将占据明显的优势。

2 电火花铁削加工过程的电极损耗补偿技术
电火花铣削加工与传统铣削加工有着极为类似的运动方式，但二者又有很大区别。

除了加工机理不同外，电火花加工是一种非接触性加工，电极与工件之间存在放电间隙，而且在加工过程中电极存在较大的损耗。

电极损耗的补偿是电火花铣削加工的关键技术，它对加工精度有着直接影响。

虽然自20 世纪80 年代初开始，人们就对电火花铁削加工的相关技术进行了研究，但电极损耗的补偿技术一直没有得以较好的解决。

长期以来，电火花铣削加工只能作为传统电火花成型加工出现困难时采用的补充手段。

1 .电极损耗补偿量的测量方法
最便捷的检测电极损耗量方法是：加工前设置一个对刀参考点，记下参考点的坐标值，设为z 。

;加工过程中在必要的时候电极重新回到对刀点，读取此时坐标值，设为z 。

此时坐标值与原参考点坐标值之差(z ~z0)就是电极在此轴向(设为z 轴)的损耗量，也就是电极损耗的补偿值。

一种较为先进的测量方法叫光电图像法。

用此方法可在加工过程中检测出损耗后的电极形状，以便于实现二维甚至三维的电极损耗补偿。

在加工过程中的某特定时刻，将电极抬起使之进人光学测量区域，利用CCD 传感器(固态图像传感器)对电源损耗后的形状进行准确测量，然后计算各方向的补偿量。

如图9 一11 所示，电极长度方向上(图中y 方向)的补偿量即为此方向上的损耗量，半径方向上(图中x 方向)的补偿量可根据半径方向的损耗、(图中r= AB )、电极在各刀位的实际位置(未加补偿前的刀位)以及工件形状来计算。

自由曲面可以认为是由许多具有不同倾角的小斜面构成，也可以采用类似方法计算半径方向上的补偿量。

在加工过程中实时地检测电极损耗状况可获得准确可靠的结果，但也存在缺点。

由于为了检测电极损耗而中断了加工，而且采用了“检测一补偿”一对一的补偿方式，加工效率和加工精度难以兼顾。

检测频率过高，加工效率太低。

检测频率过低，则加工精度势必受影响。

特别是在工件形状较复杂时，如果在加工过程中大量加工点(刀位)需要补偿，这种方法几乎没有实用价值。

因此，它们仅适合于需要补偿以保证精度的加工控制点较少的场合，而且其补偿指令要在加工过程中才能产生。

2 .电极损耗量的计算
计算电极损耗量有两种途径：一种是在加工之前根据加工条件预测加工过程中电极损耗及其补偿量，在编程时即可将补偿指令加人数控代码中;另一种是在加工过程中根据加工状态计算电极损耗里，补偿指令要在加工过程中才能产生。

虽然电火花的放电加工机理很复杂，但是在加工过程中电极的损耗却具有很强的规律性。

因此，通过计算获得加工过程中电极损耗状态并加以在线补偿是可能的，这种方法可靠与否的关键在于能否准确地获得电极的损耗规律。

电极的损耗规律是非常复杂的，它受许多因素影响，与加工极性、加工时间、工作介质的种类、冲油方式、电极及工件材料、电极形状、电源类型以及电源的各项参数等都有密切关系。

因而要得到实用可靠的电极损耗规律，必须以大量而细致的工艺实验为基础。

这种方法的优势在于不必在加工过程中检测电极损耗，从而不仅提高了加工效率，而且节省了检测设备及其相应的软硬件成本。

加工前根据加工条件计算电极损耗量，无法考虑到加工过程中的随机因素对电极损耗的影响。

电极损耗也是由于火花材料的蚀除引起的，除了与加工条件有关外，与加工状态也有密切关系。

因此，把电极损耗规律建立在加工过程中有效放电时间的基础上，更能排除一些随机因素对电极损耗的影响。

3 .电极损耗的补偿策略
1 )减小电极损耗在保证加工指标不变的前提下，根据电火花加工的工艺规律，尽量减少电极损耗对电火花铣削加工具有很大意义。

如果电极损耗控制在很小范围内，只要能保证加工精度，可以不必进行补偿。

即使无法满足整个加工过程的精度要求，也可以大大地减少补偿次数，对提高加工精度有利.在这种情况下，中断加工次数较少，可以在加工过程中检测电极损耗并加以补偿的策略，以实现准确可靠的电极损耗补偿。

2 )电极的修整或更换由于电火花加工中电极各部分损耗是不均匀的，电极修整的目的是恢复加工前电极形状。

用某电极加工一段时间后，停止它与工件之间的加工，让它与另一标准电极进行放电加工，以修整损耗后的电极。

两次修整的时间间隔由损耗状态决定，因此必须对电极损耗状态有大致的预测。

在修整加工中，被修整的电极成为被加工的工件，因此必须适当地改变加工参数(甚至加工极性)。

对平头棒状电极，可用一平面电极对它进行修整，切断有损耗的部分。

对球头电极，可以采用凹球形标准电极进行反拷放电加工来实现其形状的修整。

在电极损耗严重的场合，可以更换电极。

因此电火花铣削机床上应备有标准的电极库并具有自动换刀功能。

3 )电极损耗的在线补偿由于在某些场合电极的损耗难以减小，而且电极的修整或更换不可能频繁进行，因而解决电极损耗问题的根本策略是电极损耗的在线补偿技术。

电极损耗的在线补偿是以正确获得电极损耗状态为前提的。

如果仅能获得单一方向上的电极损耗状态，那么就仅能在这一方向上进行电极损耗补偿，即仅能解决具有单一法线方向的型面在铣削加工中的电极损耗补偿问题，如没有锥度的孔、平面以及多平台型腔等二维半型面铣削加工的补偿。

要解决三维型面电火花铣8lJ 加工中的补偿问题，可从两方面人手：一是获得电极损耗后的形状，由于电火花铣削加工中电极高速旋转，使得棒状电极各母线的损耗比较一致，即旋转电极母线的损耗状态可以比较完整地反映了电极损耗状态;二是简化电极损耗形状，采取适当的电极及其加工方式，使得电极只在单方向存在损耗(或其他方向损耗很小可以不加考虑)，从而简化了补偿，例如利用
电极底面放电加工，虽增加了走刀次数，但电极仅在轴向存在损耗，从而简化了电极损耗的补偿问题。

在某些应用场合，这些措施已经可以解决三维加工中电极损耗的补偿向题。

例如，在三维微细孔以及引线框模具、半导体模具、微细树脂模具等的加工中，采用微细电极的底面加工，可以认为电极只在轴向存在损耗，通过实时计算获得电极损耗t 并加以补偿。

总之，作为电火花铣削加工的关键技术，电极损耗的补偿技术也是电火花铣削加工研究中的难点，目前还没有一种比较通用而完善的方法。

在实际加工中，应该根据不同加工对象的特点，在综合考虑加工效率及加工精度的前提下，采用适当的补偿策略。

3 电火花铣削加工过程的CAD / CAM 技术
在传统的电火花加工中，由于是依靠复杂的成形电极形状来“复制”出工件的形状，电极的移动路径十分简单，主要是沿轴向的单向运动，最多再加上小范围的平动，因此CAD / CAM 技术似乎没有用武之地。

而对于电火花铣削加工来说，工件的形状是依靠简单电极(棒状或管状)沿一定的轨迹运动包络出来的，这一过程和数控铣削的性质相同，利用CAD / CAM 技术编制优良的电极运动轨迹程序是必不可少的。

与数控铣削程序的G 指令格式不一样，电火花铣削加工的指令必须反映电脉冲的参数，通常称为C 指令。

编制C 指令程序的好坏直接影响到加工效率、加工稳定性和加工精度，然而真正成熟的加工程序决不可忽略工艺问题，如前所述，电火花铣削的电极补偿技术尚不成熟，因此，到目前为止，对C 指令的编制和优化仍处于研究阶段。

作者：汽车模具 。