數控展成電解加工中展成運動的實現方法的詳細分析。

1　問題的提出

數控電解加工是80年代中后期發展起來的一項嶄新的加工技術，它是在原拷貝式電解加工(陰極做直線進給運動)的基礎上引入計算機控制技術，增加了陰極軌跡控制的靈活性從而簡化了陰極設計，大大地縮短了產品的生產周期。其主要目的是解決航空、航天產品中各類扭曲葉片型面的難加工問題。由于電解加工自身的特點，如加工過程中進給參數選擇不當或電解液存在導電微粒，或機床剛性不足引起的振動等原因，可能在加工中引起短路。這時，可通過對故障點的處理以恢復加工。但在處理過程中，陰極必須退出工作區，然后按原軌跡進至加工點再加工。由于是扭曲型面的加工，必須是嚴格按原軌跡反向回退。如果沒有回退功能，發生故障時只能拆卸陰極，等處理完故障再裝夾并重新校正位置，其工作過程非常麻煩，且難以保證重新對刀的精度，影響加工的精度。

2　展成運動的實現及曲面擬合方法

2.1　展成運動的實現

數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，無論采用旋轉陰極或非旋轉陰極都需多軸聯動(四軸以上)。理想的方法是設計專用的數控電解加工機床和專用的數控系統，但由于數控展成電解加工成形規律比較復雜，且受多軸聯動控制技術的限制，一套綜合考慮各參數的控制系統國內外尚未見報道，我們采用改進常用的經濟型數控系統實現多軸聯動數控展成運動，對五軸電解加工機床，采用上、下位機組合的控制方案，即機床的每軸都由一套可靠的經濟型數控單元控制，如圖1所示。

2.2　曲面的擬合

在上位機將葉片曲面插值計算劃分成許多曲面片，再對每一曲面實施直紋面擬合，從而簡化聯動各軸的軌跡控制。通過后置處理生成各軸的數控代碼，由通訊口傳輸給下位機，控制各數控單元的聯動加工。這種方案較好的克服了國外引進數控系統的昂貴和國內多軸系統運行不夠穩定的缺點，且每軸都有相當的調節獨立性，給系統的調試帶來很大方便。重要的是通過特定編程技術解決了各軸之間的同步聯動問題(此技術已經申請發明專利)，并通過了工藝實驗驗證，效果良好。

3　陰極原軌跡回退功能的實現

陰極沿原軌跡回退是進給加工的逆過程，也是進給過程的反問題求解。為了求得陰極回退的軌跡，通常的方法是通過陰極擺軸中心點的位置求得陰極刃邊的實際位置(發生故障，停止進給時的位置)，以此位置作為起始點，對原加工型面進行擬合、插補，求得陰極回退的軌跡坐標，進一步計算出陰極擺軸中心點的軌跡，形成回退的數控代碼;而電解加工是有間隙加工，加工間隙遠大于插補的誤差，因此，直接從控制加工送進的數控代碼中得到回退的數控代碼，則可以避免重新插補、擬合運算，編程也簡單。其原理如圖2所示：程序主要有兩部分組成。一是中斷指令號的獲得。它根據故障停止時的系統坐標獲取數控系統此時的中斷指令號，因為系統故障急停時，不顯示當時的指令號;二是段代碼分析子程序。它通過對進給代碼的分析獲得回退數控代碼。

3.1　程序中斷指令號的獲得

開始，輸入故障停止時基準軸的坐標值Z。判斷原數控指令是相對編程或絕對編程。若絕對編程則逐段計算Zi-Z(Zi為第i段指令Z向坐標值),若相對編程則逐段計算∑Wi-Z(Wi為第i段指令Z向相對坐標值),直到數控指令的結束。根據Zi-Z或∑Wi-Z的符號變化次數，獲取中斷指令號。若變號次數為一次則可以斷定i-1是當前指令號，若變號次數多于一次，說明陰極軌跡坐標Z向非單調遞增或遞減，應輸入X向的坐標值進一步確定當前指令號k。然后從第k段指令開始按指令號遞減的方向逐段取出，調用段代碼分析子程序，生成陰極回退數控代碼。

3.2　段代碼分析子程序

段代碼分析子程序是通過對一段代碼的分析，包括編程方式、是直線還是園弧，是圓弧則進一步斷判順圓還是逆圓及是否過象限。然后根據進給段代碼的坐標求得對應的回退段代碼的坐標。圖3是第一象限順圓加工，相對編程方式，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是進給加工的速度。用運動坐標系UW移至該段指令位置的終點，以相對編程方式表示，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(可以根據工藝要求設定)。若是故障停止指令段，則用停止處坐標代替(x2,z2)。直線段指令的回退代碼較簡單，在此從略。

程序的研制過程中充分考慮了故障點的隨機性及機床本身和數控系統的控制精度及反向間隙補償量的控制。充分考慮了由于上、下位機有效位數的不同可能引起的小進給量加工時可能引起的無效指令代碼等。經過聯機考查和程序運行，完全可以實現數控展成電解加工中陰極按原軌跡回退的要求。

4　結論

數控展成電解加工陰極原軌跡回退和再進給加工是數控電解加工中必須解決的關鍵技術問題。該程序已和原計算機輔助編程系統集成在同一界面下，應用方便可靠，并獲得良好的實驗效果