CN109277658A - 一种多轴电火花机床加工闭式叶轮轨迹后置处理方法 - Google Patents

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唐博雅
刘忠璐
王崇岩
勾连践
孙宏迪
靳学伟
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H7/00—Processes or apparatus applicable to both electrical discharge machining and electrochemical machining
    • B23H7/14—Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply
    • B23H7/20—Electric circuits specially adapted therefor, e.g. power supply for programme-control, e.g. adaptive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H9/00—Machining specially adapted for treating particular metal objects or for obtaining special effects or results on metal objects

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Abstract

一种多轴电火花机床加工闭式叶轮轨迹后置处理方法，属于机床加工技术领域，本发明为了解决目前没有可用的多轴电火花机床后置处理方法的问题。步骤a，建立工件坐标系；步骤b，电极顶面法向矢量的转换，即电极相对于工件的转动或摆动，建立A角和C角计算公式；步骤c，建立机床电极运动坐标矩阵，代入电极摆动后电极顶面中心Ch0在工件坐标系OXmYmZm中的坐标系位置关系式，推导出机床运动坐标X、Y、Z的轨迹方程，完成轨迹后置处理。本发明的一种多轴电火花机床加工闭式叶轮轨迹后置处理方法可以直接利用后处理器，后处理并输出电火花机床数控程序，节约时间，提高效率。

Description

一种多轴电火花机床加工闭式叶轮轨迹后置处理方法
技术领域
本发明涉及多轴电火花机床后置处理方法，具体涉及一种多轴电火花机床加工闭式叶轮轨迹后置处理方法，属于机床加工技术领域。
背景技术
高温合金开、闭式叶轮类零件广泛应用于航天、武器装备等领域，但该类零件具有以下特点：①高温合金材料的难加工性、②叶轮类零件结构的复杂性、③闭式叶轮的低开敞性、④加工刀具与加工型面的易干涉性、⑤叶片多且大弯扭性，这五种特点导致了机械加工中直柄刀具加工盲区常具有较差的可加工性，随之造成了低效率与高成本的问题。
针对中国制造2025提出的增材制造3D打印技术以快速成形，节约材料等特点被逐渐的应用于航天，医疗等领域，但是3D打印增材制造的精度与强度还有待于进一步的提高，因此目前还不适用于开、闭式叶轮类零件的精密制造。目前通用的手段是用多轴数控铣加工，但由于刀具损耗严重，制造成品极高。故现采用一种新的加工方式，即利用多轴电火花机床进行闭式叶轮的加工，但目前无可用的后置处理方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种多轴电火花机床加工闭式叶轮轨迹后置处理方法，以解决目前没有可用的多轴电火花机床后置处理方法的问题。
一种多轴电火花机床加工闭式叶轮轨迹后置处理方法，包括以下步骤：
步骤a，建立工件坐标系；工件坐标系为OXmYmZm，电极绕坐标轴Z摆动A，0°<A<90°，电极可绕坐标轴X转动C角，电极顶面中心Ch0，偏到对刀点C0的距离为L，对刀点C0在工件坐标系中的位置为(ZC0、YC0、-XC0)，电极顶面法向矢量α(单位矢量)在工件坐标系中的位置(αz、αy、αx)；
步骤b，电极顶面法向矢量的转换，即电极相对于工件的转动或摆动，建立A角和C角计算公式；
步骤c，建立机床电极运动坐标矩阵，代入电极摆动后电极顶面中心Ch0在工件坐标系OXmYmZm中的坐标系位置关系式，推导出机床运动坐标X、Y、Z的轨迹方程，完成轨迹后置处理。
优选的：步骤b中电极顶面法向矢量的转换方法为：工作台工件相对电极转动，其转角以顺时针方向为正方向，将电极顶面法向矢量α绕XC轴顺时针转动A角到(-YA)(-XA)平面上，再将电极顶面法向矢量绕-ZC轴顺时针转动A角到与XA坐标方向一致，这样转动可以保证
这样就完成了电极顶面法向矢量的转换，工作台的动作为工作台绕A回转轴顺时针转动A角，工作台C回转轴顺时针转动C角。
优选的：步骤b中A角和C角的计算公式为，
优选的：步骤c中机床电极运动坐标矩阵包括
1)电极顶面中心Ch0以对刀点C0为中心绕Z轴摆动A角，变换矩阵为式
2)电极顶面中心Ch0以对刀点C0为中心绕X轴摆动C角，变换矩阵为式
优选的：步骤c中电极摆动后电极顶面中心Ch0在工件坐标系OXmYmZm中的坐标系位置关系式为
(ZY-X1)＝(00L1)T1T2(ZCOYC0-XC01)
将上式展开可得轨迹方程
利用轨迹方程完成多轴电火花机床加工闭式叶轮轨迹后置处理。
本发明与现有产品相比具有以下效果：
多轴电火花的特种加工技术可以实现高精度，无宏观切削力的薄壁件的加工。以实现机械的集成化、小型化、高寿命为目标，使叶轮类零件的生产成本与产能满足实际的需求。该后置处理方法实现后，可以直接利用后处理器，后处理并输出电火花机床数控程序，节约时间，提高效率。
附图说明
图1是工件坐标系示意图；
具体实施方式
下面根据附图详细阐述本发明优选的实施方式。
对于FORM400型电火花机床后置处理算法，该机床的坐标系如图1所示，本发明所述的一种多轴电火花机床加工闭式叶轮轨迹后置处理方法，包括以下步骤：
步骤a，建立工件坐标系；工件坐标系为OXmYmZm，电极绕坐标轴Z摆动A，0°<A<90°，电极可绕坐标轴X转动C角，电极顶面中心Ch0，偏到对刀点C0的距离为L，对刀点C0在工件坐标系中的位置为(ZC0、YC0、-XC0)，电极顶面法向矢量α(单位矢量)在工件坐标系中的位置(αz、αy、αx)；
步骤b，电极顶面法向矢量的转换，即电极相对于工件的转动或摆动，建立A角和C角计算公式；
步骤c，建立机床电极运动坐标矩阵，代入电极摆动后电极顶面中心Ch0在工件坐标系OXmYmZm中的坐标系位置关系式，推导出机床运动坐标X、Y、Z的轨迹方程，完成轨迹后置处理。
进一步：步骤b中电极顶面法向矢量的转换方法为：工作台工件相对电极转动，其转角以顺时针方向为正方向，将电极顶面法向矢量α绕XC轴顺时针转动A角到(-YA)(-XA)平面上，再将电极顶面法向矢量绕-ZC轴顺时针转动A角到与XA坐标方向一致，这样转动可以保证
这样就完成了电极顶面法向矢量的转换，对于FORM400型号电火花机床，为实现以上转换，工作台的动作为工作台绕A回转轴顺时针转动A角，工作台C回转轴顺时针转动C角，则A轴转角的计算公式为
进一步：步骤c中机床电极运动坐标矩阵包括
1)电极顶面中心Ch0以对刀点C0为中心绕Z轴摆动A角，变换矩阵为式
2)电极顶面中心Ch0以对刀点C0为中心绕X轴摆动C角，变换矩阵为式
进一步：步骤c中电极摆动后电极顶面中心Ch0在工件坐标系OXmYmZm中的坐标系位置关系式为
(ZY-X1)＝(00L1)T1T2(ZCO YC0-XC01)
将上式展开可得轨迹方程
利用轨迹方程完成多轴电火花机床加工闭式叶轮轨迹后置处理。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (5)

1.一种多轴电火花机床加工闭式叶轮轨迹后置处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a，建立工件坐标系；工件坐标系为OXmYmZm，m为machine加工，电极绕坐标轴Z摆动A角，0°<A<90°，电极可绕坐标轴X转动C角，电极顶面中心Ch0，偏到对刀点C0的距离为L，对刀点C0在工件坐标系中的位置为(ZC0、YC0、-XC0)，电极顶面法向矢量α，单位矢量在工件坐标系中的位置(αz、αy、αx)；
步骤b，电极顶面法向矢量的转换，即电极相对于工件的转动或摆动，建立A角和C角计算公式；
步骤c，建立机床电极运动坐标矩阵，代入电极摆动后电极顶面中心Ch0在工件坐标系OXmYmZm中的坐标系位置关系式，推导出机床运动坐标X、Y、Z的轨迹方程，完成轨迹后置处理。
2.根据权利要求1所述的一种多轴电火花机床加工闭式叶轮轨迹后置处理方法，其特征在于：所述步骤b中电极顶面法向矢量的转换方法为：工作台工件相对电极转动，其转角以顺时针方向为正方向，将电极顶面法向矢量α绕XC轴顺时针转动A角到(-YA)(-XA)平面上，再将电极顶面法向矢量绕-ZC轴顺时针转动A角到与XA坐标方向一致，这样转动可以保证
这样就完成了电极顶面法向矢量的转换，工作台的动作为工作台绕A回转轴顺时针转动A角，工作台C回转轴顺时针转动C角。
3.根据权利要求1所述的一种多轴电火花机床加工闭式叶轮轨迹后置处理方法，其特征在于：所述步骤b中A角和C角的计算公式为，
C轴转角的计算公式为，当αx＝0时，令
4.根据权利要求1所述的一种多轴电火花机床加工闭式叶轮轨迹后置处理方法，其特征在于：所述步骤c中机床电极运动坐标矩阵包括
1)电极顶面中心Ch0以对刀点C0为中心绕Z轴摆动A角，变换矩阵为式
2)电极顶面中心Ch0以对刀点C0为中心绕X轴摆动C角，变换矩阵为式
5.根据权利要求1所述的一种多轴电火花机床加工闭式叶轮轨迹后置处理方法，其特征在于：所述步骤c中电极摆动后电极顶面中心Ch0在工件坐标系OXmYmZm中的坐标系位置关系式为
(ZY-X1)＝(00L1)T1T2(ZCOYC0-XC01)
将上式展开可得轨迹方程
Z＝XC0+LsinAsinC
利用轨迹方程完成多轴电火花机床加工闭式叶轮轨迹后置处理。
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