機(jī)器人高速柔性放電加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種放電加工技術(shù)領(lǐng)域的加工方法，具體是一種利用機(jī)器人進(jìn)行高速柔性放電加工的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]實(shí)現(xiàn)對金屬材料特別是鈦合金、高溫合金等難加工材料進(jìn)行具有高效、柔性、低成本特征的加工一直是工程加工領(lǐng)域的努力方向。傳統(tǒng)機(jī)械加工方法雖然可實(shí)現(xiàn)相對高效的加工效果，但其高效加工效果是以高昂的刀具成本為代價(jià)的，特別是在加工難加工材料時(shí)。與機(jī)加工不同，采用電弧進(jìn)行放電加工具有非接觸式加工的優(yōu)點(diǎn)，工具電極成本低廉，且因放電過程可傳導(dǎo)上萬安培的高能放電電流，可實(shí)現(xiàn)與機(jī)加工相媲美高效加工效果，但同時(shí)也會造成粗糙的加工表面質(zhì)量，因此這些方法一般用于以材料去除為目的的粗加工過程。是當(dāng)前工業(yè)界認(rèn)可并全力發(fā)展的一種高效加工難加工材料的有效手段。
[0003]在這一工業(yè)環(huán)境下，形成了多種基于電弧放電的高效加工方法。CN 102091839A中涉及了集束電極高速放電加工方法，通過機(jī)床主軸下沉運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)工具電極相對工件加工表面的垂直運(yùn)動(dòng)完成電極對工件的拷貝加工。專利CN 1693024A中公開的分布式電弧電蝕加工方法及專利CN1397399A中公開的采用簡單中空長電極進(jìn)行高效銑削放電加工的方法，均是通過數(shù)控機(jī)床的多軸聯(lián)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)工具電極相對工件的空間目標(biāo)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)加工的。但是由于受到傳統(tǒng)機(jī)加工及電加工思想的束縛，這些已有方法都是基于機(jī)床本體的主軸運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)加工過程的。一方面，機(jī)床可實(shí)現(xiàn)的加工精度遠(yuǎn)超過電弧放電加工的工藝精度，造成“殺雞用牛刀”的效果；另一方面，機(jī)床的加工柔性與機(jī)床的主軸數(shù)量成正比，高柔性加工性能的機(jī)床的預(yù)示著機(jī)床的高成本。由上可知，采用機(jī)床實(shí)現(xiàn)電弧放電加工，會使電弧加工工藝本身的優(yōu)勢大打折扣，特別地，在采用多軸數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)空間曲面銑削加工時(shí)，這些差異體現(xiàn)的尤為顯著。
[0004]彌補(bǔ)現(xiàn)有高效電弧放電加工技術(shù)的不足，進(jìn)一步拓展適合其特點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)方式，正是推廣高效放電加工技術(shù)工程化的意義所在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]工業(yè)機(jī)器人相對于機(jī)床具有成本低、柔性大、占地面積小的優(yōu)點(diǎn),但具有加工精度較低，承載能力較差的劣勢，致使無法替代傳統(tǒng)機(jī)加工、電加工用機(jī)床載體。
[0006]電弧放電加工屬于非接觸式加工，加工負(fù)載主要來源于工具電極自重，對加工載體機(jī)械的承載要求低；此外電弧放電加工主要適用于粗加工過程，對加工載體機(jī)械的精度要求較低。
[0007]根據(jù)機(jī)器人與電弧放電加工的上述特征，相對于傳統(tǒng)機(jī)床，機(jī)器人成本低廉，且能滿足電弧放電加工精度要求及承載能力要求，更適合電弧放電加工。為此本發(fā)明提供一種“機(jī)器人高效柔性放電加工方法”，即利用機(jī)器人作為電弧放電加工載體機(jī)械，實(shí)現(xiàn)具有機(jī)器人優(yōu)勢的低成本、高柔性、占地面積小特征和具有電弧放電加工高效性特征的機(jī)器人高效柔性放電加工方法，該方法尤其適合于需要大量材料去除的復(fù)雜曲面及型腔的高效加工。
[0008]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0009]本發(fā)明首先將中空工具電極與機(jī)器人終端固定連接，將電極端口與工作液供液系統(tǒng)固定連接，加工工件固定于工作臺上，通過機(jī)器人多關(guān)節(jié)空間柔性目標(biāo)運(yùn)動(dòng)保持工具電極工作區(qū)域與工件待加工區(qū)域的穩(wěn)定放電加工間隙，工作液供液系統(tǒng)通過中空工具電極自其端口以內(nèi)沖液方式及或通過工作液系統(tǒng)自身端口以側(cè)面外沖液方式為加工間隙提供具有一定壓力及流量的工作液，通過工作液供液系統(tǒng)、工具電極、加工間隙形成沖液回路，放電電源正極接工件、負(fù)極接工具電極，為放電間隙提供直流或脈沖直流，通過擊穿加工間隙中的工作液在間隙中形成電弧放電，使得加工間隙、工具電極、工件、放電電源之間形成放電回路，在沖液回路、放電回路共同作用下通過機(jī)器人終端帶動(dòng)工具電極在預(yù)定進(jìn)給路徑下運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)加工型面的高效柔性加工。
[0010]所述的中空工具電極是指:可以是管狀電極也可以是成形電極，具有進(jìn)、出液端口，可使工作液自進(jìn)液端口進(jìn)入，通過其中空結(jié)構(gòu)，最終從出液端口流入極間，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)型面加工的工具。
[0011]所述的機(jī)器人是指:能夠模擬人的手、臂的部分動(dòng)作，按照預(yù)定的程序、軌跡及其它要求，完成目標(biāo)作業(yè)的機(jī)電一體化自動(dòng)化裝置。
[0012]所述的工作液供液系統(tǒng)是指:對加工過程提供一定壓力及流量的可用工作液，對使用過的工作液具有回收過濾再利用的工作液循環(huán)系統(tǒng)。
[0013]所述的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)是指:機(jī)器人各關(guān)節(jié)依據(jù)加工路徑動(dòng)作并對終端實(shí)現(xiàn)有目的的預(yù)設(shè)運(yùn)動(dòng)。
[0014]所述的電源系統(tǒng)是指:提供電壓值為25V-120V，峰值電流為50A-10000A的直流電源。
[0015]所述的電源系統(tǒng)或者是指:提供脈沖寬度與脈沖間隔范圍分別為20 μ s-20ms,峰值電壓值范圍為25V-120V，峰值電流為50A-10000A的脈沖電源。
[0016]所述的工作液是指:水基工作液，如切削乳化液、民用自來水(電導(dǎo)率為125?1250 μ S/cm)。
[0017]所述的沖液回路是指:工作液供液系統(tǒng)為加工間隙內(nèi)提供具有0.05MPa及以上的壓力、0.05L/min及以上的流量的流動(dòng)工作液，保證極間穩(wěn)定的電弧放電加工過程。
[0018]所述的放電回路是指:電源系統(tǒng)在工具電極及工件加工間隙上施加可擊穿放電間隙的開路電壓，當(dāng)間隙擊穿后在極間維持具有設(shè)定量大小的放電電流的等離子體通道，保證極間形成電弧放電加工過程。
[0019]本發(fā)明的有益效果在于:利用機(jī)器人代替機(jī)床作為電弧放電加工的載體機(jī)械，實(shí)現(xiàn)具有機(jī)器人優(yōu)勢的低成本、高柔性、占地面積小特征和具有電弧放電加工高效性特征的機(jī)器人高效柔性放電加工；配合工作轉(zhuǎn)臺可在機(jī)器人高柔性基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)充加工柔性；針對機(jī)器人占地面積小的特點(diǎn)，可采用多個(gè)機(jī)器人組成機(jī)器人陣列，在擴(kuò)充加工柔性的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高整體加工效率，實(shí)現(xiàn)高柔性、高效加工的機(jī)器人陣列放電加工，這些是技術(shù)背景中所介紹的已公開的以傳統(tǒng)機(jī)床為載體機(jī)械的電弧加工方法在低成本前提下所無法實(shí)現(xiàn)的。
【附圖說明】
[0020]圖1為機(jī)器人放電加工作業(yè)示意圖。
[0021]圖2為6自由度機(jī)器人加2自由度工作臺組成的8自由度放電加工球面特征作業(yè)示意圖。
[0022]圖3為三個(gè)6自由度機(jī)器人組成的機(jī)器人陣列放電加工多型面特征作業(yè)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0024]如圖1所示，本實(shí)施例應(yīng)用環(huán)境包括:中空工具電極1、工件2、機(jī)器人3、工作臺4、放電電源5、工作液供給系統(tǒng)6，其中:首先將中空工具電極I與機(jī)器人3終端固定連接，將電極I端口與工作液供液系統(tǒng)6供液端固定連接，加工工件2固定于工作臺4上，通過機(jī)器人3多關(guān)節(jié)空間柔性目標(biāo)運(yùn)動(dòng)保持工具電極I工作區(qū)域與工件2待加工區(qū)域的穩(wěn)定放電加工間隙，工作液供液系統(tǒng)6通過工具電極I中空結(jié)構(gòu)為加