精密电火花磨削加工的切向进给法

作者：哈尔滨工业大学耿春明

摘要：采用块状工具电极的精密电火花磨削加工法是低刚度轴和微细轴类零件电火花加工的主要方法之一，该方法过去采用的是径向进给方式。文章提出一种新的块状工具电极的进给方式——切向进给方式，阐述了这种进给方式的优点和应用前景，并进行了初步的验证试验。

1 精密电火花磨削轴类零件的两种主要方法

块状电极径向进给电火花磨削法

块状电极径向进给电火花磨削法亦称成形块反拷法或反拷模块法。它是采用表面形状与微细轴母线形状相同的块状电极，使成形表面正对着转动的微细轴的轴线作径向伺服进给。

线电极电火花磨削法

线电极电火花磨削法，是日本东京大学的增泽隆久教授于1984年发明的。它特别适合于精密电火花磨削微细轴类零件。线电极电火花磨削法用沿固定在数控工作台上的导向器(不是转动导轮)的导向表面作均匀移动的线电极作为加工工具，数控系统控制固定导向器切点的相对运动轨迹，使线电极沿转动的微细轴的径向和轴向作伺服进给。

两种加工方法的比较

由于放电加工区大小的巨大差异，块状电极法的蚀除速度明显优于线电极法(约为5倍以上)。

由于块状电极法工具电极的损耗不能及时补偿，导致经常中断加工，需要经常测量加工尺寸，观察工具损耗情况，更新工具的放电工作表面。由于加工过程的中断一般只能进行有限几次人工干预，故结束加工时工具电极表面的损耗情况难以控制，影响工件的形状和尺寸精度。特别是多件加工时，工件的形状和尺寸的一致性差。而线电极损耗能通过线电极的移动源源不断地进行补偿，可以不考虑工具的损耗，工件的形状和尺寸精度由数控运动精度来保证。

在块状电极法加工中，人工干预多，难以实现加工自动化：而在线电极法加工中，因为没有这些问题，可以连续实现粗、精加工。

块状电极损耗表面修复后可以重新使用。而线电极是一次性使用，加工时间长，线电极消耗大，还需要一套精密的走丝机构，故线电极法加工成本高。

块状电极的制造、定位和调整水平要求较高。线电极的形状和尺寸精度及走丝的平稳性同样对加工精度产生影响。

2 块状电极切向进给电火花磨削法

为克服以上两种方法的不足，我们提出了能自动进行电极损耗补偿的新块状电极电火花磨削法———工具电极切向进给方式。

切向进给方式是以水平放置的工具电极的上表面作为主要工作表面，并使其上表面与工件轴线之间的距离为e，该距离就是工件预达到的加工半径，工具上表面沿着水平方向作切向伺服进给。在加工的过程中，加工区的工具电极表面损耗后，通过切向的伺服进给使损耗得到自动补偿，直至达到工件的预定的加工半径而结束加工。工具电极的上表面应足够长，使工件最终从未损耗或损耗很小的工具表面退出加工，因此可以达到预定的形状和尺寸精度。

3 块状电极切向进给精密电火花磨削法的特点

实现工具电极损耗的自动补偿工具电极的损耗补偿与伺服进给合二为一，克服了块状电极径向进给法的工具电极损耗补偿困难的缺点，且不需要如线电极法那样的专门的工具电极补偿(走丝)机构。

特别适合于批量加工。可以使用一块电极，经过一次调整，连续加工多个工件，加工工件的形状和尺寸的一致性好。
每批加工的工件数量和工具电极的损耗率与工具电极的长度等有关。例如，用切向进给法将Ø5mm某种弹性合金棒料加工到Ø0.6mm，使用块状紫铜电极，采用中规准的电参数，测得的电极损耗率为1.75%。连续加工8个工件后，电极前端上表面的显著损耗区的长度约为4mm，前端损耗深度约为2mm，损耗区的形状为一斜边为曲线的直角三角形。若电极长度为80mm，一块电极至少可以连续加工160个工件。若采用径向进给法，要达到相同的加工质量，用相同长度的电极表面最多只能加工10件。

切向进给法加工的工件就像“从一个模子里出来的”，其形状主要取决于工具电极表面的形状，其尺寸主要取决于工具电极相对于工件轴线的偏移位置，以及工具与工件之间的放电间隙，因此加工的可控性强，从理论上讲可以达到很高形状和尺寸的一致性。至于尺寸精度的控制，主要取决于工具电极的制造精度和调整水平，可以通过试磨一个工件来检验调整情况，如果达到尺寸要求即可开始成批生产。

工具电极的材料利用率高与线电极法补偿方式不同，切向进给法的工具电极经充分损耗后才自动补偿进给，没有多余的移动：多件加工时，工具电极已损耗的表面自然而然地参与到下一工件的加工，使工具电极利用更充分：上表面完全损耗的工具电极，经重新加工后可以继续使用。因此切向进给法的工具电极利用率要高于径向进给法和线电极法。

可提高加工自动化程度工具电极一次调整后，自动加工工件到尺寸：多件加工时，除装卸工件外，减少了其他人工干预：采用合理的编程，可以实现粗、中、精加工在一次进给过程中连续完成。

变相地细化了进给的脉冲当量切向进给法在加工过程中类似于作小角度的斜面进给，实际产生的单个脉冲进给量被大大地缩小。微小的进给脉冲当量有利于伺服进给的稳定，特别对于精微电火花加工更为有利。微小的进给脉冲当量同样导致回退速度的显著降低，可能存在难以摆脱电弧的隐患。虽然电火花磨削加工不易产生电弧，但也应采取措施，防患于未然。

蚀除速度高由于切向进给法的小角度斜面进给效果，使得放电加工更加连续稳定，蚀除速度也有较大幅度的提高，与径向进给法相比，大致能提高20%～30%。更重要的是，切向进给法省去了大量的人工干预辅助时间，因此生产率大大高于径向进给法。

工具电极的制造、定位和调整水平要求较高。我们对于块状电极切向进给电火花磨削法进行了初步实验研究。实验结果表明，块状电极切向进给电火花磨削法是可行的，加工出的工件具有很好的形状和尺寸的一致性。

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