五轴联动电火花铣削加工技术研究

论文摘要

电火花铣削加工是二十世纪九十年代发展起来的一种新型加工工艺。它具备放电加工不受工件材料强度、硬度、韧性等物理性能制约的特点,同时又具有机械加工利用多轴联动对工件进行铣削加工的特点。在航空制造业、模具加工业等领域应用前景十分广阔。本文结合五轴联动电火花加工机床的研究与开发,以理论分析和工艺试验为基础,围绕电火花铣削加工的关键技术问题进行了探索性的研究。本文的主要研究工作如下:(1)分析五轴电火花机床的结构布局,确定布局方案。对摆动机构和电极夹头进行结构设计,分别提出不同的设计方案,并对各方案进行比较,选择最优方案作为最终方案。(2)根据圆柱形电极的损耗规律,建立了电极损耗的补偿模型,并进行与无补偿电火花铣削加工工件之间尺寸精度的对比实验。实验结果表明,本文提出的电极损耗补偿模型能够正确反映加工过程中电极的损耗状态,以补偿模型为依据进行损耗补偿的方法是可行的。(3)针对放电加工的特殊性,研究了电火花铣削加工的数控编程技术。在所建补偿模型的基础上,提出了典型轮廓、平面型腔及曲面加工的电极运动轨迹算法。根据五轴联动电火花加工机床的结构,在所建立机床坐标系统的基础上求解该机床的运动学逆解,得到了该机床各个坐标轴驱动量的数学表达式。为机床数控系统自动编程软件的开发提供了重要的理论依据。(4)总结了电火花铣削加工的工艺路线及电火花铣削加工工艺参数的选择原则,通过加工实验分析了加工精度和效率的影响因素,验证了所提出电极运动轨迹算法的正确性和UG CAM应用于电火花铣削的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 五轴联动电火花机床的发展及应用现状
• 1.3 电火花铣削加工技术的发展及现状
• 1.4 课题提出的背景和意义
• 1.5 本论文的主要研究内容
• 2 五轴联动电火花机床的结构设计与运动仿真实验
• 2.1 机床结构方案设计
• 2.1.1 机床结构方案设计的主要内容
• 2.1.2 机床结构方案设计的方法
• 2.1.3 五轴电火花机床的结构设计
• 2.2 摆动机构的方案设计
• 2.2.1 摆动机构设计要求
• 2.2.2 摆动机构设计方案
• 2.2.3 方案对比
• 2.3 电极夹头的结构设计
• 2.3.1 电极夹头设计要求
• 2.3.2 电极夹头设计方案
• 2.3.3 方案对比
• 2.4 电火花机床空间运动仿真实验
• 2.4.1 ADAMS建模与约束设置
• 2.4.2 运动功能仿真
• 2.5 本章小结
• 3 电火花铣削加工技术
• 3.1 电火花铣削加工技术
• 3.1.1 电火花铣削加工的基本原理及主要特点
• 3.1.2 电火花铣削加工的关键技术问题
• 3.1.3 电火花铣削加工的加工对象
• 3.2 电火花铣削加工技术的特性
• 3.2.1 电极的形状与放电方式
• 3.2.2 放电面积
• 3.2.3 电火花铣削加工的工艺指标
• 3.3 本章小结
• 4 电火花铣削加工中的电极损耗研究
• 4.1 电火花铣削加工中的电极损耗
• 4.1.1 电极损耗的定义
• 4.1.2 电极损耗的主要影响因素
• 4.1.3 降低电极损耗的措施
• 4.2 电极损耗状态的检测及补偿
• 4.2.1 电极损耗状态的检测
• 4.2.2 电极损耗补偿的实现方式
• 4.3 电极损耗补偿的数学建模
• 4.3.1 电极侧面放电电极损耗的补偿模型
• 4.3.2 电极底面放电电极损耗的补偿模型
• 4.4 电极损耗补偿模型的实验验证
• 4.4.1 实验条件
• 4.4.2 损耗比标定实验
• 4.4.3 无补偿加工实验
• 4.4.4 补偿加工实验
• 4.5 本章小结
• 5 电火花铣削数控编程技术研究
• 5.1 电火花铣削数控编程的特殊性
• 5.1.1 放电间隙
• 5.1.2 电极损耗
• 5.1.3 直流电弧
• 5.1.4 电参数
• 5.2 典型轮廓加工的电极运动轨迹算法
• 5.2.1 直线轮廓的电极运动轨迹算法
• 5.2.2 圆弧轮廓的电极运动轨迹算法
• 5.3 平面型腔加工的电极运动轨迹算法
• 5.3.1 侧面加工的电极运动轨迹算法
• 5.3.2 底面加工的电极运动轨迹算法
• 5.4 曲面加工电极运动轨迹算法
• 5.4.1 曲面的参数表达式
• 5.4.2 单点偏置法刀位点的计算
• 5.4.3 干涉的检查、处理及刀位修正
• 5.4.4 生成电极运动轨迹的算法
• 5.5 五轴联动电火花机床的运动学逆解
• 5.5.1 机床坐标系的建立
• 5.5.2 求解运动学逆解
• 5.6 本章小结
• 6 电火花铣削加工实验研究
• 6.1 电火花铣削加工的工艺路线
• 6.1.1 分析工件图纸,明确加工内容及技术要求
• 6.1.2 工件的准备
• 6.1.3 确定工艺方案
• 6.1.4 电极的准备
• 6.1.5 电极与工件的装夹定位
• 6.1.6 走刀路线规划
• 6.1.7 选择加工参数
• 6.1.8 数控程序的编制
• 6.1.9 加工检验
• 6.2 电火花铣削加工工艺参数的选择
• 6.2.1 加工余量
• 6.2.2 峰值电流
• 6.2.3 脉冲宽度
• 6.2.4 切削宽度
• 6.2.5 切削深度
• 6.3 加工实验
• 6.3.1 平面型腔
• 6.3.2 抛物面
• 6.4 实验分析与总结
• 6.4.1 精度分析
• 6.4.2 效率分析
• 6.5 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 今后展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文