激光測量系統(tǒng)測量成形電極損耗的研究

激光測量系統(tǒng)測量成形電極損耗的研究

在電火花的電代換壓中，工具電極的損失會影響加工部件的幾何精度和模仿精度。相關(guān)學(xué)者在電極損耗方面做了大量的研究。李冬林等本文嘗試通過自主研制的非接觸式激光測量系統(tǒng)測量損耗后電極形貌，并處理點云數(shù)據(jù)，將點云數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)工具電極進行比對，獲取工具電極損耗情況。依據(jù)工具電極損耗具體程度，結(jié)合反成形在位修整技術(shù)，設(shè)置合理電參數(shù)，利用反拷塊解決實際生產(chǎn)中電極損耗后的修整問題。1非粘性激光測量系統(tǒng)1.1傳感器定位夾具、自動標(biāo)定系統(tǒng)和erowa定位夾具的組成本文采用的非接觸式激光測量系統(tǒng)（圖1）由高精度激光位移傳感、激光傳感器定位夾具、自動標(biāo)定系統(tǒng)和EROWA定位夾具構(gòu)成。激光測量系統(tǒng)搭建在某品牌五軸高精度數(shù)控機床上，采用實驗室自主研發(fā)的數(shù)控系統(tǒng)，采用三角反射式高精度激光位移傳感器，自動標(biāo)定系統(tǒng)集成在數(shù)控系統(tǒng)中。1.2非粘性激光測量系統(tǒng)的測量原理非接觸式激光測量系統(tǒng)測量原理見圖2。通過激光位移傳感器激光發(fā)射點（以下簡稱“光點”）在機床坐標(biāo)系下坐標(biāo)（x1.3激光傳感器自身精度誤差在實際生產(chǎn)加工中，由于激光位移傳感器的安裝誤差以激光傳感器自身精度誤差，激光位移傳感器光點發(fā)射的激光光束方向與Z軸豎直方向之間存在方向偏差（n由于上述方向偏差（n2浪費電極的檢測2.1成形電極測量根據(jù)三角反射式激光位移傳感器自身工作原理，為保證測量精度，需在測量過程中確保將被測表面法向量與激光光束方向向量之間的夾角控制在3°以內(nèi)。本實驗使用的成形電極見圖7。在測量過程中需結(jié)合成形電極的具體形狀調(diào)整電極姿態(tài)。結(jié)合非接觸式測量系統(tǒng)的五軸空間具體結(jié)構(gòu)，利用運動學(xué)變換公式，推導(dǎo)得到式（1）所示的刀具坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系的變換矩陣G該變換矩陣G其中，B軸變換矩陣GC軸變換矩陣G平行軸變換矩陣G基于刀具坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系兩者之間的變換關(guān)系，利用數(shù)控系統(tǒng)自主生成測量軌跡，通過非接觸式激光測量系統(tǒng)測量損耗電極表面形貌，獲取點云數(shù)據(jù)。2.2電極損耗情況非接觸式激光測量系統(tǒng)測量得到的原始點云數(shù)據(jù)是在刀具坐標(biāo)系下得到的，其存儲格式為（x如下：處理后的點云數(shù)據(jù)見圖8。將損耗電極的點云數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)電極的點云數(shù)據(jù)進行比對，可得到電極的損耗情況。針對等腰梯形成形電極，本文從成形電極加工端面平行度對電極損耗情況進行評估。圖9是損耗電極的點云數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)電極的點云數(shù)據(jù)的對比圖。可知，放電加工后的工具電極由于損耗，其加工端面由原來的水平面變化為與水平面呈1.27°的斜面。根據(jù)以上數(shù)據(jù)確定工具電極的損耗情況，并以此作為工具電極反成形修整階段電參數(shù)的設(shè)置依據(jù)。3損耗部位直接修整工具電極損耗后的修整方式主要有以下兩種：一種是根據(jù)工具電極的損耗情況，在電火花放電加工過程中進行補償；另一種是對工具電極的損耗部位直接進行修整工具電極損耗部位補償方案劃分為兩種：一種是離線的基于模型的電火花加工工具電極損耗預(yù)測，一種是在線的基于加工參數(shù)實時監(jiān)測的工具電極損耗補償本文采用工具電極修整的第二種方向，即根據(jù)工具電極損耗情況對工具電極損耗部位進行修整，使其恢復(fù)到加工之前狀態(tài)，進而保證加工效果。3.1反考板及電極電極“工件”圖10是為反成形修整工具電極的技術(shù)原理。在修整時，將待修整工具電極接近反拷板，并將工具電極與修整板的極性按照按正常放電加工時狀態(tài)反置。此時，反拷板為“工具電極”，而待修整的工具電極為“工件”。進行放電加工，即可蝕除工具電極表面材料，從而達到修整工具電極損耗部位的目的3.2反考塊的設(shè)計為保證反成形修整效果，需根據(jù)成形電極的具體幾何形狀來設(shè)計反拷塊結(jié)構(gòu)。本文結(jié)合非接觸式激光測量系統(tǒng)測量點云數(shù)據(jù)，計算工具電極損耗量，利用反成形修整技術(shù)進行成形電極修整。反拷塊結(jié)構(gòu)見圖11。在電火花成形機床上設(shè)置反拷塊，采用如表1所示參數(shù)對損耗的成形電極進行修整。3.3．點云數(shù)據(jù)，計算利用非接觸式激光測量系統(tǒng)測量修整后的成形電極，檢驗損耗電極的修整效果，得到如圖12所示的點云數(shù)據(jù)。由圖12可知，依據(jù)激光測量所得電極損耗情況進行電極反成形修整，修整后的工具電極平行度由修整前的1.27°變?yōu)?.24°，修整后的成形電極端面平行度相較于修整之前有較大提升。4試驗中的加工4.1修復(fù)電極加工實驗在電火花成形機床上，利用未修整的損耗電極和修整后的損耗電極進行異形孔加工對比實驗，檢測不同電極加工異形孔的尺寸精度。4.2電極形貌加工效果的改善本文以電火花成形加工的等腰梯形截面異形孔下底邊長度為評判標(biāo)準(zhǔn)，分析了相同電火花機床及相同加工參數(shù)條件下已修整的工具電極和未修整工具的電極所加工異形孔的幾何尺寸精度，從而對修整電極效果加工效果進行評價。相關(guān)實驗數(shù)據(jù)見表2。由表2可得，經(jīng)過修整后的成形電極所加工的異形孔與未修整的成形電極所加工的異形孔相比，前者的等腰梯形截面下底邊幾何長度標(biāo)準(zhǔn)差為0.377mm，相較于后者的標(biāo)準(zhǔn)差下降了0.064mm，加工一致性得到較大提升，且前者的尺寸更接近于標(biāo)準(zhǔn)值2.28mm，加工精度也得到改善。這進而證明，基于激光測量的成形電極損耗檢測及修整技術(shù)的有效性及可行性。5電極形貌加強本文利用自主研發(fā)的非接觸式激光測量系統(tǒng)，對已損耗的成形電極加工端面進行檢測，通過對比損耗成形電極與標(biāo)準(zhǔn)成形電極兩者間的點云數(shù)據(jù)，獲取電極損耗情況；根據(jù)電極損耗情況，設(shè)置不同電參數(shù)，并基于反向成形技術(shù)，結(jié)合反拷塊對成形電極進行修整；通過非接觸式激光測量系統(tǒng)對成型電極修整效果進行檢驗