數(shù)控展成電解加工中展成運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)方法的詳細(xì)分析。

1　問(wèn)題的提出

數(shù)控電解加工是80年代中后期發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)嶄新的加工技術(shù)，它是在原拷貝式電解加工(陰極做直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng))的基礎(chǔ)上引入計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，增加了陰極軌跡控制的靈活性從而簡(jiǎn)化了陰極設(shè)計(jì)，大大地縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期。其主要目的是解決航空、航天產(chǎn)品中各類扭曲葉片型面的難加工問(wèn)題。由于電解加工自身的特點(diǎn)，如加工過(guò)程中進(jìn)給參數(shù)選擇不當(dāng)或電解液存在導(dǎo)電微粒，或機(jī)床剛性不足引起的振動(dòng)等原因，可能在加工中引起短路。這時(shí)，可通過(guò)對(duì)故障點(diǎn)的處理以恢復(fù)加工。但在處理過(guò)程中，陰極必須退出工作區(qū)，然后按原軌跡進(jìn)至加工點(diǎn)再加工。由于是扭曲型面的加工，必須是嚴(yán)格按原軌跡反向回退。如果沒有回退功能，發(fā)生故障時(shí)只能拆卸陰極，等處理完故障再裝夾并重新校正位置，其工作過(guò)程非常麻煩，且難以保證重新對(duì)刀的精度，影響加工的精度。

2　展成運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)及曲面擬合方法

2.1　展成運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)

數(shù)控展成電解加工主要面向以整體葉輪扭曲葉片型面為代表的一類直紋面的加工，無(wú)論采用旋轉(zhuǎn)陰極或非旋轉(zhuǎn)陰極都需多軸聯(lián)動(dòng)(四軸以上)。理想的方法是設(shè)計(jì)專用的數(shù)控電解加工機(jī)床和專用的數(shù)控系統(tǒng)，但由于數(shù)控展成電解加工成形規(guī)律比較復(fù)雜，且受多軸聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)的限制，一套綜合考慮各參數(shù)的控制系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外尚未見報(bào)道，我們采用改進(jìn)常用的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控展成運(yùn)動(dòng)，對(duì)五軸電解加工機(jī)床，采用上、下位機(jī)組合的控制方案，即機(jī)床的每軸都由一套可靠的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控單元控制，如圖1所示。

2.2　曲面的擬合

在上位機(jī)將葉片曲面插值計(jì)算劃分成許多曲面片，再對(duì)每一曲面實(shí)施直紋面擬合，從而簡(jiǎn)化聯(lián)動(dòng)各軸的軌跡控制。通過(guò)后置處理生成各軸的數(shù)控代碼，由通訊口傳輸給下位機(jī)，控制各數(shù)控單元的聯(lián)動(dòng)加工。這種方案較好的克服了國(guó)外引進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)的昂貴和國(guó)內(nèi)多軸系統(tǒng)運(yùn)行不夠穩(wěn)定的缺點(diǎn)，且每軸都有相當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)獨(dú)立性，給系統(tǒng)的調(diào)試帶來(lái)很大方便。重要的是通過(guò)特定編程技術(shù)解決了各軸之間的同步聯(lián)動(dòng)問(wèn)題(此技術(shù)已經(jīng)申請(qǐng)發(fā)明專利)，并通過(guò)了工藝實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，效果良好。

3　陰極原軌跡回退功能的實(shí)現(xiàn)

陰極沿原軌跡回退是進(jìn)給加工的逆過(guò)程，也是進(jìn)給過(guò)程的反問(wèn)題求解。為了求得陰極回退的軌跡，通常的方法是通過(guò)陰極擺軸中心點(diǎn)的位置求得陰極刃邊的實(shí)際位置(發(fā)生故障，停止進(jìn)給時(shí)的位置)，以此位置作為起始點(diǎn)，對(duì)原加工型面進(jìn)行擬合、插補(bǔ)，求得陰極回退的軌跡坐標(biāo)，進(jìn)一步計(jì)算出陰極擺軸中心點(diǎn)的軌跡，形成回退的數(shù)控代碼;而電解加工是有間隙加工，加工間隙遠(yuǎn)大于插補(bǔ)的誤差，因此，直接從控制加工送進(jìn)的數(shù)控代碼中得到回退的數(shù)控代碼，則可以避免重新插補(bǔ)、擬合運(yùn)算，編程也簡(jiǎn)單。其原理如圖2所示：程序主要有兩部分組成。一是中斷指令號(hào)的獲得。它根據(jù)故障停止時(shí)的系統(tǒng)坐標(biāo)獲取數(shù)控系統(tǒng)此時(shí)的中斷指令號(hào)，因?yàn)橄到y(tǒng)故障急停時(shí)，不顯示當(dāng)時(shí)的指令號(hào);二是段代碼分析子程序。它通過(guò)對(duì)進(jìn)給代碼的分析獲得回退數(shù)控代碼。

3.1　程序中斷指令號(hào)的獲得

開始，輸入故障停止時(shí)基準(zhǔn)軸的坐標(biāo)值Z。判斷原數(shù)控指令是相對(duì)編程或絕對(duì)編程。若絕對(duì)編程則逐段計(jì)算Zi-Z(Zi為第i段指令Z向坐標(biāo)值),若相對(duì)編程則逐段計(jì)算∑Wi-Z(Wi為第i段指令Z向相對(duì)坐標(biāo)值),直到數(shù)控指令的結(jié)束。根據(jù)Zi-Z或∑Wi-Z的符號(hào)變化次數(shù)，獲取中斷指令號(hào)。若變號(hào)次數(shù)為一次則可以斷定i-1是當(dāng)前指令號(hào)，若變號(hào)次數(shù)多于一次，說(shuō)明陰極軌跡坐標(biāo)Z向非單調(diào)遞增或遞減，應(yīng)輸入X向的坐標(biāo)值進(jìn)一步確定當(dāng)前指令號(hào)k。然后從第k段指令開始按指令號(hào)遞減的方向逐段取出，調(diào)用段代碼分析子程序，生成陰極回退數(shù)控代碼。

3.2　段代碼分析子程序

段代碼分析子程序是通過(guò)對(duì)一段代碼的分析，包括編程方式、是直線還是園弧，是圓弧則進(jìn)一步斷判順圓還是逆圓及是否過(guò)象限。然后根據(jù)進(jìn)給段代碼的坐標(biāo)求得對(duì)應(yīng)的回退段代碼的坐標(biāo)。圖3是第一象限順圓加工，相對(duì)編程方式，求取回退代碼的示例。原代碼G02 U(x2-x1) W(z2-z1) I(x0-x1) K(z0-z1) Fv,v是進(jìn)給加工的速度。用運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系UW移至該段指令位置的終點(diǎn)，以相對(duì)編程方式表示，形成的回退段代碼為G03 U-x1 W-z1 I(x0-x2) K(z0-z2)Fv'，v'是回退的速度(可以根據(jù)工藝要求設(shè)定)。若是故障停止指令段，則用停止處坐標(biāo)代替(x2,z2)。直線段指令的回退代碼較簡(jiǎn)單，在此從略。

程序的研制過(guò)程中充分考慮了故障點(diǎn)的隨機(jī)性及機(jī)床本身和數(shù)控系統(tǒng)的控制精度及反向間隙補(bǔ)償量的控制。充分考慮了由于上、下位機(jī)有效位數(shù)的不同可能引起的小進(jìn)給量加工時(shí)可能引起的無(wú)效指令代碼等。經(jīng)過(guò)聯(lián)機(jī)考查和程序運(yùn)行，完全可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控展成電解加工中陰極按原軌跡回退的要求。

4　結(jié)論

數(shù)控展成電解加工陰極原軌跡回退和再進(jìn)給加工是數(shù)控電解加工中必須解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。該程序已和原計(jì)算機(jī)輔助編程系統(tǒng)集成在同一界面下，應(yīng)用方便可靠，并獲得良好的實(shí)驗(yàn)效果