碧海2528
电火花曲面展成加工的研究 来源：福建泉州华侨大学机电及自动化学院 作者：刘石安 【摘 要】研究数控电火花铣削加工工艺，探索大面积曲面铣削加工方法，加工路径直接由通用模具设计软件生成，电极损耗补偿按加工路径均匀递增补偿法计算。 【关键词】电火花加工；电火花铣削加工；电极补偿 -/tech_asp?keyno=83 电火花成形是模具型腔加工的主要方式，其加工质量关键之一是电极的制造，由于粗、中、精加工时的放电间隙不同，电极尺寸也应不同，因此需制作多个电极才能最终满足加工精度的要求。特别是型腔加工面积较大时，有时还必须使用分割电极加工法，依次完成型腔各个部分的加工。由此使电极制作成本增高。分割电极加工时，型腔表面还会产生接缝以及电极二次装夹重复定位精度问题，这些都会影响电火花成形加工的质量。 随着数控技术的发展，模具型腔加工有了新的工艺方法——数控电火花铣削加工，即用简单电极展成复杂型面。数控电火花铣削加工工艺的关键是加工路径的生成和电极损耗的补偿。对此国内外许多电加工学者做了大量深入细致的研究，如研究等损耗分层加工模型以及基于该模型建立加工路径生成的专用CAM软件，研究电极损耗精密检测技术、在线电极补偿等[1~4]。 数控电火花铣削工艺可进行修尖角加工、窄缝加工及侧面伺服加工等，但本文更关心的是空间直线伺服进给问题，研究的主要内容集中于空间曲线轨迹加工方向、空间曲面展成加工方向，探索型腔型面的数控电火花铣削加工工艺。 本文引用金属切削加工中心的工艺路线，应用通用的模具加工软件UG造型，生成加工路径，并将加工代码编译成具体机床的数控指令。在电极损耗补偿方面，只考虑Z轴方向的补偿，并提出沿电极加工路径、按轨迹路程均匀递增补偿电极损耗的方法。 1 数控电火花铣削加工工艺 加工中心的铣削加工工艺已很成熟，故将其引入数控电火花铣削加工工艺中。经过研究和实验，已证实轮廓加工、挖槽加工、沿曲面加工、修边、去残留等加工问题都能用数控电火花铣削加工方法解决，也就是说数控电火花铣削加工中的加工路径生成问题可以用通用模具加工软件解决。 值得注意的是电火花铣削加工并不等同金属切削加工，由于放电间隙和电极损耗的存在，会对型腔尺寸精度产生影响，因此在给数控电火花铣削加工编程时必须注意如下问题： (1) 加工余量。该参量的最小值要求大于放电间隙，超精加工时加工余量并不为零，且前一道工序要给后一道工序留下余量。 (2) 加工方式。在轮廓加工或挖槽加工时可以选择生成圆弧段程序。而在沿曲面加工时必须选择直线加工方式，包括切入切出程序，即程序段必须是空间微直线段，这也有利于电极损耗补偿计算。 (3) 加工精度。加工精度越高，弦线对空间曲线的逼近度越高，空间微直线段越多，程序越长。实际加工时，粗加工可以选择低一点的精度，以减少程序段数。 (4) 残余波峰高。该参量指刀具横向进给量，其值越小，加工曲面越光顺。该参量也可以用刀具直径的百分比表示。 (5) 电极尺寸。本文要求每次加工编程时输入电极直径的实测值，这样可让电极损耗补偿计算只须放在Z轴方向。 (6) 电参量和电极长度补偿。电参量的选择要参考加工余量，超精加工时要选择正极性加工方式，要用电子的能量去修平放电痕凸起。电极损耗补偿值依工艺经验而定，它与电参量、电极材料对及工作液等相关。电极损耗补偿值均匀插入每个微直线段端点上。 数控电火花铣削加工编程路线（图1）按上述6个方面要求设置参量，就可生成粗、中、精加工路径及机床数控指令。 加工余量、加工方式、精度、残余波峰高、实际电极尺寸 零件 毛坯 UG-NX 刀具路径补偿软件 电参数 刀具长度补偿值输入 电火花数控铣削加工程序 图1 数控电火花铣削加工编程路线 用模具软件UG设计了一空间曲面，上有“电火花”字样。为体现数控电火花铣削加工能力，将所有工序全部采用数控电火花铣削加工方案。粗加工用ф14mm电极，按挖槽采用分层加工，横向进刀为电极直径的80％；中精加工用ф8mm和ф4mm的端电极，按矢量、沿曲面方式加工，横向进刀分别为电极直径的8％和5％。图2为中精加工刀具路径。 电极ф8mm，E293 电极ф4mm，E250 （a）中加工 (b)中精加工 电极ф4mm，E250 电极ф4mm，E200 (c)中精加工 (d)精加工 图2 电火花中、精铣削加工刀具路径 在图2d中左下角有一块粉红色的残留区域（在曲面曲率较大凹处），该区域端刀无法深入，因此在精加工之后还需要再用ф4mm指状R刀电极进行最后的光整和去残留加工。 另外，在同一加工余量条件下，工艺上还要求生成反向刀具路径，进行反向铣削加工，消除前一道工序正向加工时因电极损耗而产生的阶梯波浪面，以提高表面形状精度。 2 电极损耗补偿对策 1 电极损耗的影响 在数控电火花铣削加工过程中，放电一般发生在电极端部前沿尖角处，电流密度较大，放电集中度高，存在着较严重的电极损耗现象。在加工的开始阶段，工件材料去除量较大；在加工的末尾阶段，工件材料去除量最小，因此实际加工面是一个“斜坡面”，如图3A表面所示。在A表面与B表面之间是本道工序的未加工区。显而易见，电极损耗影响加工精度。 电极补偿过量面C 无电极损耗理想加工面B 没有补偿的加工面A h1当前层厚度 h2下一层厚度 图3 电极损耗补偿控制参考面 2 电极损耗补偿的目的 一方面可控制每一层铣削加工的尺寸及形状精度，另一方面还可给下一层铣削加工减少加工余量累计负担。电极损耗补偿值的给定应按不过度补偿为原则，即其值应小于本层加工量与下一层加工余量之和。 3 电极损耗补偿计算的方法 沿曲面铣削加工时按直线方式生成加工路径，所有程序段都是空间微直线段，假设在加工路径相对较长的条件下，电极损耗沿路程均匀分布，其补偿值沿轨迹，按路程均匀递增补偿到每段空间直线终点上，那么电极损耗补偿值在第i程序段的值为： △i=(△/∑Lk)·(∑j=0→iLj) 式中：△i为第i程序段的电极损耗补偿值；△为当前层铣削加工电极损耗预估值；∑Lk为当前层总的加工路径长；∑j=0→iLj为电极在第i程序段已走过的加工路径长。 △值与电参数和加工路径长度有关，主要用于电火花中、精加工；超精加工时其值设为零。 △i值用于第i程序段的电极损耗Z轴方向的补偿值，是用离线补偿计算法得到的。 3 电火花曲面铣削加工工艺实验 工艺实验在RobForm30三轴数控电火花成形机上进行，用UG软件造型、生成加工路径文件，选用专家系统生成的加工余量和电参数，再经电极损耗补偿处理，生成数控电火花铣削加工程序代码。 表1 是实验选用的加工参数。在精加工中去除的工件材料厚016mm，而预估电极损耗△取值05～07mm（实验值），实际的加工路径总长约为00mm，如按理论计算，每100mm长得到10～16μm的补偿，18000条程序平均每条得到0025～0038μm的补偿，因此，如果按规格化计算，那么只有刀具加工很长一段距离之后，刀具电极才会作出实际意义上的补偿，真正作出实际意义上补偿的程序段比例很低。 表1 电火花铣削加工参 mm 加工类型 加工余量 电参数 电极补偿 粗加工 粗加工 中加工 中精加工 精加工 超精加工 800 E383 500 400 E373 250 200 E293 100 150 E250 075 134 E220 050～070 122 E200 0 注：电参数采用RobForm30电火花成形机规准。 粗加工时电极补偿视具体情况而定，首先选择补偿方式加工，补偿取值一般小于加工余量，如果电极损耗较大，电极端面圆角过大，此时应更换电极，Z轴重新对零位后，再进行加工。超精加工时只需生成正、反向加工刀具路径，来回打光打抛曲面。实验中还加入了轮廓加工、残余加工、修边，并考虑了加工精度设置、最大微直线段长度设置等内容。 电极制作部分是一个比较重要的环节，故自制了机上修磨装置，依据铣床刀具工具磨原理，设计有“电碰”定位基准，可精确定位，可修整电极圆柱面，也可修整电极端部球面。但由于铜电极在机械力作用下容易变形让刀，因此只成功修整了φ5～8mm指状棒电极。 图4是数控电火花铣削加工的实物照片，是一个面积约为100mm×70mm的曲面。 答案补充 也可以去百度去看看！ 
金属工艺在中国历史工艺美术舞台上的发展 内容提要：本文展述了什么是中国工艺美术，中国工艺美术之一的金属工艺在中国工艺美术中的地位，发展和金属工艺在当代有哪些需求的市场，以及金属工艺在设计、艺术中的一些可行性的创造，并且介绍我们身边一位以金属工艺进行艺术创造的人和她的艺术行为。关键词：中国古代工艺美术、景泰蓝/烧瓷/花丝镶嵌/斑铜工艺/锡制工艺/铁画/金银饰品等等、金属工艺的当今市场、金属工艺用途、创造金属工艺、“铁哥们”、郭新、双城（twocities）正文：首先我们要了解，什么是中国古代工艺美术？中国古代工艺美术是中国人民为满足自己的物质需要和精神需要，在不同的历史条件下，采用各种物质材料和工艺技术所创造的人工造物的总称。它是中华民族造型艺术的重要组成部分，既体现了工艺美术的一般本质特征，在内涵和形式上保持着实用性与审美性的统一，又显示了中华民族文化自身所具有的鲜明个性。中国工艺美术以其悠久的历史、别具一格的风范、高超精湛的技艺和丰富多样的形态，为整个人类的文化创造史谱写了充满智慧和灵性之光的一章。工艺美术有物质文明和精神文明的又重属性，尽管它不是纯艺术，创作不以震撼人心或道德说教等为宗旨，但它对人的影响又绝不小于纯艺术。因为，人可以不去欣赏纯艺术，却不必去专门欣赏它，而它却永远在源源不断地提供着形式语言，潜移默化地培育起人的基本审美意识，如影随形般左右了人的终极审美判断。中国古代工艺美术夙享盛誉，长期是中华文明传播的承载体，域外人士在使用中国工艺美术的同时，也潜移默化地认知了中华文明。（参考《天公开物》）工艺美术这个词，就具有悠久技艺传统的，富有地方和民族特色，反映中国古典文化精神的传统工艺美术，其主要门类有烧造、煅冶、染织、编扎、雕刻、木工、髹饰工艺等等。而金属工艺就是其中一项中国优秀的传统民族技艺。金属工艺是中国工艺艺术的一个特殊门类，主要包括景泰蓝（景泰蓝是用细扁铜丝掐成图案的，焊在铜胎上，再填点上彩色釉料，经烧制而成）、烧瓷（又名“铜胎画珐琅” ，与景泰蓝的区别在于不用掐丝，而是在以铜制胎之后，在胎体上敷上一层白釉，烧结后用釉色进行彩绘，经二、三次填彩、修正后再烧结、镀金、磨光而成。）、花丝镶嵌（又叫“细金工艺”。它是用金、银等材料，镶嵌各种宝石、珍珠，或用编织技艺制造而成。）、斑铜工艺（斑铜工艺品是云南独有的民间传统工艺品， 它采用高品位的铜基合金原料，经过铸造成型，精工打磨，以及复杂的后工艺处理制作而成，它"妙在有斑，贵在浑厚"，褐红色的表面呈现出离奇闪烁、瑰丽斑驳、变化微妙的斑花而独树一帜，堪称金属工艺之冠。）、锡制工艺、铁画（也称铁花，是以低炭钢为原料，将铁片和铁线锻打焊接成的各种装饰画。）、金银饰品等等。中国金属艺术历史悠久，品种繁多，技艺精湛，风格独特，是中华民族璀璨的瑰宝，亦是中国优秀文化传统的结晶。我认为中国金属工艺在从古至今的岁月变迁中，是处在半消亡半沿袭状态的下的。这相对于其他中国工艺美术门类的发展情况看来，是趋于一个悲哀而并不绝望的状态，一种发展的涌动的状态。金属工艺在当今，也占有非常大的需求量。这不会象我们在现在的生活中，去更多的去用塑料代替漆器，用玻璃代替了陶瓷，用工业印染的面料代替了传统织物等等。我们现在有许多酒吧、别墅、环境雕塑、绿化景观围栏等等，这些都需要去用到许多传统金属工艺的沿袭手段的，并且将金属工艺加以发扬光大，再设计再创造，使其与传统形式又有所区别，使得金属工艺更花样百出，更为当今的产业，人文，大众审美，或艺术家的创造所提供材料与技术的服务。但是，当今的金属工艺纯手工的几乎灭亡，这些内容也只是通过工业手段完成，利用机器，科技。我们能看见的传统的，废功费时的纯手工制作的金属工艺制品或许只有在一些艺术院校，或金属手工工作室内产出。纯科技带领的金属工艺的大量浮现，这样的情况势必使我们的社会有更多的有关金属工艺的商机出现，商机出现会带动这个种工艺的的需求量，也会增加这种工艺本身的种类变化。达到我们以前通过手工艺无法达到的目的。古时候，我们祖先基本只用金属制作兵器和餐具，或者是女子装饰物和居室装饰物。如今，金属工艺大到被用做建凿高楼大厦，航天航海工具，小到肉眼无法看到科学仪器。电器需要它，店面装饰需要它，城市雕塑要它，房屋中的旋转楼梯需要它……中国古代人就对冶金技术很是着迷，他们迷恋于发现金属工艺能创造出不同性质的物体所带来的装饰性。但是，中国古代金属技术的成就及其在科学技术上的地位，并未为世界乃至包括中国人自己所充分了解。中国的青铜器早已举世闻名，但直到20世纪60年代初，商周青铜器的冶铸技术仍被视作是难解之谜。中国的古人更乐忠于金属工艺的装饰。就拿中国女子的发簪做例子，中过古代女子的发簪形式多种多样，但它不注重其功能性，只要是能扎在头发里做装饰便可，它更重视其装饰效果，如明代，凤金簪zan；宋代，金钗 chai，钗形状如叉，是有两跟针脚的簪；唐代 四蝶银步摇；宋代，银栉 zhi，栉下面有齿、上面有背，齿有疏密，疏者称梳，用以梳理头发，密者称篦，用以篦除发垢，等等。而如今，我们生活中的金属工艺更简洁，更注重它的性能方面，如有：黑色金属的两瓣式发夹，简洁大方从小姑娘到老奶奶都可以使用。弹簧式的发夹；圈套丁字形发夹等等；除了在这些金属工艺的使用方面以外，我们更可喜的是能看到，金属工艺被我们所创作和设计。越来越多的艺术家和设计师，喜欢使用金属做为他们艺术创作的材料。如，著名北欧家具设计IKEA，也喜欢利用金属工艺做一些金属家具，如，床。在中国我们个大美术院校也力在培养大量的金属工艺沿袭者。并且还有专门的当代金属艺术作品展览。如，清华大学美术学院建院五十周年，美院工艺美术系于10月26日至11月5日在美院举行了金属艺术展。在他们学院，金属艺术专业随着他们美术学院特艺系的建立，经过了几十年的逐步完善和发展，目前形成了金属艺术和首饰艺术这两个有特色的专业方向。他们的作品，这些金属艺术作品也从不同程度上体现出中国传统文化的内涵。（参考《现代艺术设计丛书》——《金工艺术》）在这次的田野考察中，我去了莫干山路50号，去看了”铁哥们”工作室，这个工作室的艺术家，将一些平时看似废弃的金属材料制作成了一些玩具式的作品，有唱京戏拿大刀的角，还有欧洲的骑士，小恐龙，门口的彩色铁皮风铃罐头等等，都十分的有趣和生动，并且将废铜烂铁变废为宝，这个是具有很好的环保理念的创举，在日益耗尽的资源面前，艺术应该作为一种先发至人的东西存在，来以它的形式，广而告知那些尚未意识到问题的人们。在今后我们更应该在环保上多作考虑。金属并不应该无限制的制造，这样的话总有一样会耗尽所有，所以还当反复使用。这一点“铁哥们”走出了希望的步伐，将一堆废气金属变为了装饰性很强的艺术品。值得我们深思和学习。我还重点去采访，并且接触了我们上海大学美术学院综合材料造型工作室，做首饰艺术的女艺术家，郭新老师和她的双城手工艺工作室（twocities）。郭老师拥有美国印第安大学文学硕士与艺术硕士学位。她用金属工艺做“艺术首饰”，以艺术首饰作为艺术创作的形式。”艺术首饰”(art jewelry)是目前首饰设计的最前卫的艺术表现形式。它直根于现代艺术。她教导学员设计首饰造型一定要有创造性，创作出艺术性个性化的东西来。艺术首饰可以由多种不同材料表现，不受限制，而金属正是艺术首饰中最常见和最常使用的一种。她说，金属工艺在中国传统中已近流失。这是非常令人痛惜的事情。而在西方，高速发展的科技并没有使手工艺术消亡。在西方的许多美术学院里都设有金工艺术课程。许多金工艺术课程是和首饰作为同一个专业研究的。一把全手工锻造的茶壶要花近两个月的时间敲打出来。在现代手工艺术运动中，手工锻造的餐具、器皿是现代设计理念加上与传统手工艺的完美组合。（参考《郭新：上海大学美术学院教师作品集》）科技引领的金属工艺手段，可以说是“加工型”的金属工艺，这需要我们通过大脑和手工艺实践，所谓的“创意型” 相互的结合，并且是后着影响牵引前者发展。那么随着人们的艺术修养的提高，金属工艺从古至今会越走越好。并且创造出更灿烂的金属创作的未来
