激光测量系统测量成形电极损耗的研究

激光测量系统测量成形电极损耗的研究

在电火花的电代换压中，工具电极的损失会影响加工部件的几何精度和模仿精度。相关学者在电极损耗方面做了大量的研究。李冬林等本文尝试通过自主研制的非接触式激光测量系统测量损耗后电极形貌，并处理点云数据，将点云数据与标准工具电极进行比对，获取工具电极损耗情况。依据工具电极损耗具体程度，结合反成形在位修整技术，设置合理电参数，利用反拷块解决实际生产中电极损耗后的修整问题。1非粘性激光测量系统1.1传感器定位夹具、自动标定系统和erowa定位夹具的组成本文采用的非接触式激光测量系统（图1）由高精度激光位移传感、激光传感器定位夹具、自动标定系统和EROWA定位夹具构成。激光测量系统搭建在某品牌五轴高精度数控机床上，采用实验室自主研发的数控系统，采用三角反射式高精度激光位移传感器，自动标定系统集成在数控系统中。1.2非粘性激光测量系统的测量原理非接触式激光测量系统测量原理见图2。通过激光位移传感器激光发射点（以下简称“光点”）在机床坐标系下坐标（x1.3激光传感器自身精度误差在实际生产加工中，由于激光位移传感器的安装误差以激光传感器自身精度误差，激光位移传感器光点发射的激光光束方向与Z轴竖直方向之间存在方向偏差（n由于上述方向偏差（n2浪费电极的检测2.1成形电极测量根据三角反射式激光位移传感器自身工作原理，为保证测量精度，需在测量过程中确保将被测表面法向量与激光光束方向向量之间的夹角控制在3°以内。本实验使用的成形电极见图7。在测量过程中需结合成形电极的具体形状调整电极姿态。结合非接触式测量系统的五轴空间具体结构，利用运动学变换公式，推导得到式（1）所示的刀具坐标系与工件坐标系的变换矩阵G该变换矩阵G其中，B轴变换矩阵GC轴变换矩阵G平行轴变换矩阵G基于刀具坐标系与工件坐标系两者之间的变换关系，利用数控系统自主生成测量轨迹，通过非接触式激光测量系统测量损耗电极表面形貌，获取点云数据。2.2电极损耗情况非接触式激光测量系统测量得到的原始点云数据是在刀具坐标系下得到的，其存储格式为（x如下：处理后的点云数据见图8。将损耗电极的点云数据与标准电极的点云数据进行比对，可得到电极的损耗情况。针对等腰梯形成形电极，本文从成形电极加工端面平行度对电极损耗情况进行评估。图9是损耗电极的点云数据与标准电极的点云数据的对比图。可知，放电加工后的工具电极由于损耗，其加工端面由原来的水平面变化为与水平面呈1.27°的斜面。根据以上数据确定工具电极的损耗情况，并以此作为工具电极反成形修整阶段电参数的设置依据。3损耗部位直接修整工具电极损耗后的修整方式主要有以下两种：一种是根据工具电极的损耗情况，在电火花放电加工过程中进行补偿；另一种是对工具电极的损耗部位直接进行修整工具电极损耗部位补偿方案划分为两种：一种是离线的基于模型的电火花加工工具电极损耗预测，一种是在线的基于加工参数实时监测的工具电极损耗补偿本文采用工具电极修整的第二种方向，即根据工具电极损耗情况对工具电极损耗部位进行修整，使其恢复到加工之前状态，进而保证加工效果。3.1反考板及电极电极“工件”图10是为反成形修整工具电极的技术原理。在修整时，将待修整工具电极接近反拷板，并将工具电极与修整板的极性按照按正常放电加工时状态反置。此时，反拷板为“工具电极”，而待修整的工具电极为“工件”。进行放电加工，即可蚀除工具电极表面材料，从而达到修整工具电极损耗部位的目的3.2反考块的设计为保证反成形修整效果，需根据成形电极的具体几何形状来设计反拷块结构。本文结合非接触式激光测量系统测量点云数据，计算工具电极损耗量，利用反成形修整技术进行成形电极修整。反拷块结构见图11。在电火花成形机床上设置反拷块，采用如表1所示参数对损耗的成形电极进行修整。3.3．点云数据，计算利用非接触式激光测量系统测量修整后的成形电极，检验损耗电极的修整效果，得到如图12所示的点云数据。由图12可知，依据激光测量所得电极损耗情况进行电极反成形修整，修整后的工具电极平行度由修整前的1.27°变为0.24°，修整后的成形电极端面平行度相较于修整之前有较大提升。4试验中的加工4.1修复电极加工实验在电火花成形机床上，利用未修整的损耗电极和修整后的损耗电极进行异形孔加工对比实验，检测不同电极加工异形孔的尺寸精度。4.2电极形貌加工效果的改善本文以电火花成形加工的等腰梯形截面异形孔下底边长度为评判标准，分析了相同电火花机床及相同加工参数条件下已修整的工具电极和未修整工具的电极所加工异形孔的几何尺寸精度，从而对修整电极效果加工效果进行评价。相关实验数据见表2。由表2可得，经过修整后的成形电极所加工的异形孔与未修整的成形电极所加工的异形孔相比，前者的等腰梯形截面下底边几何长度标准差为0.377mm，相较于后者的标准差下降了0.064mm，加工一致性得到较大提升，且前者的尺寸更接近于标准值2.28mm，加工精度也得到改善。这进而证明，基于激光测量的成形电极损耗检测及修整技术的有效性及可行性。5电极形貌加强本文利用自主研发的非接触式激光测量系统，对已损耗的成形电极加工端面进行检测，通过对比损耗成形电极与标准成形电极两者间的点云数据，获取电极损耗情况；根据电极损耗情况，设置不同电参数，并基于反向成形技术，结合反拷块对成形电极进行修整；通过非接触式激光测量系统对成型电极修整效果进行检验