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摘要：电极加工在现代模具制造业中，与磨削、铣削、车削和线割具有同等地位。电极加工是非接触加工，具有加工精度高，无切削力，无噪音污染，自动化程度高等优点。但随着电极应用越来越广泛，电极加工的精度和效率成为制约模具发展的一个重要因素。文章着重介绍了基于G指令电极联动加工的软件开发和自动化工装夹具的应用，提出了电极自动化加工的方式和策略。
关键词：电极 自动化加工 联程软件 G指令
1 概述
电极加工利用电腐蚀的原理工作，可以把模具型腔或型芯的内部结构如深孔、窄槽、小圆角以及尖角等转换成容易加工的电极外部形状，所以电极在模具加工中的应用非常广泛。加工电极要求精度高，周期短，传统的加工电极的方法存在加工效率低，加工精度难以保证的问题。因此如何提高加工电极的效率和加工精度，成为模具工业中的一个重要问题。本文的研究基于数控加工于编程G指令，利用C++程序语言开发加工程序管理软件，对加工后处理程序加以工序管理，辅助以使用自动化装夹工装，大大提高加工电极的效率。
2 传统加工电极方法的描述和分析
长期以来，模具加工企业用黄铜或石墨作为电极加工的基体，用车削、铣削、磨削的方式加工电极，其中铣削占有90%以上的加工量。随着加工技术的发展和数控机床的应用，数控铣高速加工电极成为模具EDM加工中的重点。虽然数控铣加工电极简单快捷，但是每加工一个电极都要进行独立的装夹、找正和确定加工基准，以及调用加工程序的操作，导致CNC加工时间占总加工时间的比例非常低。以GE模具厂为例进行时间统计，装夹一个电极并进行校表分中，平均用时10分钟，大型电极需要2个人协同操作，甚至用时20分钟才能完成，而完成一个普通电极的CNC加工程序平均用时小于5分钟，占加工总时间的比例小于1/3。分析认为，降低辅助工序占用加工时间的比例是提高电极加工效率的有效途径。
3 基于G代码的联动加工研究
统计显示，辅助工序占用时间主要分布在装夹、找正、找基准、调用加工程序等工序上。装夹、找正工序可以利用自动装夹工装有效降低工序时间。原理是自动装夹工装的装夹采用气动装夹方式，装夹牢靠，一定范围内任意尺寸的电极加工基体装夹在工装上即完成装夹和对中操作，电极基体的中心和工装装夹标准块的中心重合。
本文研究的重点是利用G指令管理电极基体的加工位置，并通过程序管理软件自动分配给加工程序，利用程序管理软件实现电极联动加工。
3.1 利用G代码对自动装夹电极基体基准位置赋值
电极加工之前，自动装夹工装已经安装完毕，工装的位置一经安装一般情况下不再变动。通过分中操作，确定工装的中心位置并作为工件位置和数控铣床的零点坐标进行校核，确定为工件坐标。自动化工装是标准工装，具有较高的位置精度，故可以通过G指令对工装上电极基体的装夹标准块位置进行赋值。在一个程序中，最多可以设置6个工件坐标系，即使用6个模态指令，分别为G54、G55、G56、G57、G58、G59。相对于传统加工方式中用G54建立独立的工件坐标系，此处利用6个模态指令对工装上标准块的位置进行了赋值，并输入到相应的寄存器如G54寄存器中。Z轴坐标原点统一选取在装夹标准块的上表面。
3.2 利用G代码对工装标准位置进行拓展
按照G指令的原则，在一个程序中最多可以利用模态指令设置6个坐标系，对工装一次装夹数量仍有限制。基此，利用G51.1指令，设置可编程镜像有效，设定6个标准块位置为一个工件，并对此工件进行镜像，2次镜像后工装可用位置达24个，基本达到一次装夹数量要求。本文研究认为，一个工装确定16个标准装夹位置，即1次最多加工16个电极，已基本达到加工要求。
3.3 利用C++程序语言编制加工程序管理软件
通过工装标准夹块和G代码的应用，可以有效解决电极基体的基准确定，有效的缩短了加工电极时装夹和找正、确定基准的辅助时间。传统的电极加工方式中加工程序直接用G54指令，直接调用工件坐标系进行加工。使用G54-G59模态指令，需要编制加工程序管理软件对加工程序进行管理。
3.3.1 坐标系赋值
管理软件需要对16个电极的加工程序进行管理，首先就要对加工程序位置进行管理。利用程序语言将调入软件的加工程序坐标系G代码转换成相应位置的存储在机床寄存器中的标准块位置G代码。如使用12个标准块的工装，管理软件认为装夹在机床上的一共4个工件，每个工件利用G54-G56定义3个工件坐标系。将3个存储在机床寄存器中的G指令位置进行镜像达到12个并赋值给各个电极的加工程序。
前述12个电极通过工装标准块进行装夹，XY方向的位置通过G代码以及管理软件的应用已经完成确定，每次换刀影响到的是Z方向基准的确定。故，Z方向的基准的选取成为影响基准精度的关键因素。传统加工方式中，加工电极Z方向一般选在电极顶面上，一方面的原因是电极底面基准不确定；另一个方面的原因是电极顶面对刀相对容易，电极加工模具型腔时Z方向的基准由加工电极时加工出的基准面确定。使用标准工装后，基准面确定为加工标准块的上表面，提高了效率和精度，体现在一是所有电极基体安装的标准块的上表面统一，每使用1把刀只需对刀一次即可以完成所有电极的加工，一是工装留有独立的精准的对刀面，以方便每次Z方向的对刀。
3.3.2 工序管理
传统的加工电极的方式，是每个加工程序对应1把加工刀具，每使用一次刀具都要进行Z位置的基准校核。校核后将工件坐标系赋值给加工程序的G代码。这种加工方式不但换刀工序浪费大量的时间，而且每次对刀存在对刀误差，对加工精度存在非常大的影响。为解决此问题，笔者试图利用程序管理软件通过对加工程序的管理，减少换刀次数，通过减少换刀次数达到提高加工精度的目的。
加工程序管理软件通过程序语言提取加工程序中的T代码，即所有加工程序中的刀具代码，实现装夹在工装上的所有电极使用同一把刀加工的程序被提取出来。程序管理软件打破一个电极的所有加工程序从头到尾加工完的常规，按照用刀原则发送加工程序，实现所有电极使用相同刀具的加工程序一起加工完，不用换刀，大大节省换刀工序时间和避免对刀产生的误差。 3.3.3 交互
加工程序管理软件需要为用户操作提供方便的交互界面。利用C++编程语言，可以很好的实现用户交互界面的设定。软件交互界面设定12-16个对话窗口，对应标准安装工装上12-16个标准块位置，操作者使用时只需要把对应位置电极的加工程序放到对应位置的软件窗口中，避免误操作。
3.4 使用电极联动加工需要关注的问题
3.4.1 电极坯料和电极模型尺寸差异不可过大
电极坯料尺寸即电极基体模型的尺寸，电极加工是以基体对称中心点为基准进行加工的。如果坯料尺寸和基体模型尺寸差异较大，会造成开粗不到位或开粗吃刀量多大。严重时可以造成装夹的电极在大吃刀量力的作用下松动，或者造成刀具弹跳过大，影响电极加工精度。联动加工时一把刀精度不准确会造成所有加工的电极精度受到影响。
3.4.2 使用管理软件交互时注意位置的准确
使用加工程序管理软件进行电极联动加工，因为较多数量的电极同时加工，需要注意联动加工程序和电极位置的一一对应。在联动加工软件上，交互窗口的同一性是容易造成位置混淆的因素，在以后软件升级过程中需要对不同位置进行颜色标识，以防止加入加工程序时造成错位。
4 结论
随着模具工业的发展，电极的加工精度和效率已经成为影响模具发展的一个重要因素。使用新型的电极材料，提高电极的加工质量和效率，逐渐受到人们的关注。引进新型的自动化工装，并基于G指令代码开发自动加工联程软件，有效的减少了辅助加工时间所占比例，减少了换刀次数，提高了电极加工精度。可以使电极的加工精度由传统的+0.03mm提高到±0.005mm，电极加工效率提高83%，电极加工人员统计减员达53%。实现了电极加工0等待，基本消除电极周转所需要的时间和场地。
自动化工装的应用和基于G指令的电极联动加工软件的开发，改变了传统的电极加工理念，开创了电极类小而量大零件的加工新理念。很好的缩短了模具产品的生产周期，提高产品质量，制造质量，降低成本，为产品抢占市场赢得宝贵时间，为企业赢得更高的利润空间，更加适应市场需求。
参考文献：
[1]殷小清.数控编程与加工_基于工作过程J 中国轻工业出版社.
[2]王成勇“石墨电极的高速加工”《制造设备与机床》2002年第3期.
[3]潘建新.“数控加工中相对坐标系的应用”湖南广播电视大学学报.2004年第2期.
关键词：电极 自动化加工 联程软件 G指令
1 概述
电极加工利用电腐蚀的原理工作，可以把模具型腔或型芯的内部结构如深孔、窄槽、小圆角以及尖角等转换成容易加工的电极外部形状，所以电极在模具加工中的应用非常广泛。加工电极要求精度高，周期短，传统的加工电极的方法存在加工效率低，加工精度难以保证的问题。因此如何提高加工电极的效率和加工精度，成为模具工业中的一个重要问题。本文的研究基于数控加工于编程G指令，利用C++程序语言开发加工程序管理软件，对加工后处理程序加以工序管理，辅助以使用自动化装夹工装，大大提高加工电极的效率。
2 传统加工电极方法的描述和分析
长期以来，模具加工企业用黄铜或石墨作为电极加工的基体，用车削、铣削、磨削的方式加工电极，其中铣削占有90%以上的加工量。随着加工技术的发展和数控机床的应用，数控铣高速加工电极成为模具EDM加工中的重点。虽然数控铣加工电极简单快捷，但是每加工一个电极都要进行独立的装夹、找正和确定加工基准，以及调用加工程序的操作，导致CNC加工时间占总加工时间的比例非常低。以GE模具厂为例进行时间统计，装夹一个电极并进行校表分中，平均用时10分钟，大型电极需要2个人协同操作，甚至用时20分钟才能完成，而完成一个普通电极的CNC加工程序平均用时小于5分钟，占加工总时间的比例小于1/3。分析认为，降低辅助工序占用加工时间的比例是提高电极加工效率的有效途径。
3 基于G代码的联动加工研究
统计显示，辅助工序占用时间主要分布在装夹、找正、找基准、调用加工程序等工序上。装夹、找正工序可以利用自动装夹工装有效降低工序时间。原理是自动装夹工装的装夹采用气动装夹方式，装夹牢靠，一定范围内任意尺寸的电极加工基体装夹在工装上即完成装夹和对中操作，电极基体的中心和工装装夹标准块的中心重合。
本文研究的重点是利用G指令管理电极基体的加工位置，并通过程序管理软件自动分配给加工程序，利用程序管理软件实现电极联动加工。
3.1 利用G代码对自动装夹电极基体基准位置赋值
电极加工之前，自动装夹工装已经安装完毕，工装的位置一经安装一般情况下不再变动。通过分中操作，确定工装的中心位置并作为工件位置和数控铣床的零点坐标进行校核，确定为工件坐标。自动化工装是标准工装，具有较高的位置精度，故可以通过G指令对工装上电极基体的装夹标准块位置进行赋值。在一个程序中，最多可以设置6个工件坐标系，即使用6个模态指令，分别为G54、G55、G56、G57、G58、G59。相对于传统加工方式中用G54建立独立的工件坐标系，此处利用6个模态指令对工装上标准块的位置进行了赋值，并输入到相应的寄存器如G54寄存器中。Z轴坐标原点统一选取在装夹标准块的上表面。
3.2 利用G代码对工装标准位置进行拓展
按照G指令的原则，在一个程序中最多可以利用模态指令设置6个坐标系，对工装一次装夹数量仍有限制。基此，利用G51.1指令，设置可编程镜像有效，设定6个标准块位置为一个工件，并对此工件进行镜像，2次镜像后工装可用位置达24个，基本达到一次装夹数量要求。本文研究认为，一个工装确定16个标准装夹位置，即1次最多加工16个电极，已基本达到加工要求。
3.3 利用C++程序语言编制加工程序管理软件
通过工装标准夹块和G代码的应用，可以有效解决电极基体的基准确定，有效的缩短了加工电极时装夹和找正、确定基准的辅助时间。传统的电极加工方式中加工程序直接用G54指令，直接调用工件坐标系进行加工。使用G54-G59模态指令，需要编制加工程序管理软件对加工程序进行管理。
3.3.1 坐标系赋值
管理软件需要对16个电极的加工程序进行管理，首先就要对加工程序位置进行管理。利用程序语言将调入软件的加工程序坐标系G代码转换成相应位置的存储在机床寄存器中的标准块位置G代码。如使用12个标准块的工装，管理软件认为装夹在机床上的一共4个工件，每个工件利用G54-G56定义3个工件坐标系。将3个存储在机床寄存器中的G指令位置进行镜像达到12个并赋值给各个电极的加工程序。
前述12个电极通过工装标准块进行装夹，XY方向的位置通过G代码以及管理软件的应用已经完成确定，每次换刀影响到的是Z方向基准的确定。故，Z方向的基准的选取成为影响基准精度的关键因素。传统加工方式中，加工电极Z方向一般选在电极顶面上，一方面的原因是电极底面基准不确定；另一个方面的原因是电极顶面对刀相对容易，电极加工模具型腔时Z方向的基准由加工电极时加工出的基准面确定。使用标准工装后，基准面确定为加工标准块的上表面，提高了效率和精度，体现在一是所有电极基体安装的标准块的上表面统一，每使用1把刀只需对刀一次即可以完成所有电极的加工，一是工装留有独立的精准的对刀面，以方便每次Z方向的对刀。
3.3.2 工序管理
传统的加工电极的方式，是每个加工程序对应1把加工刀具，每使用一次刀具都要进行Z位置的基准校核。校核后将工件坐标系赋值给加工程序的G代码。这种加工方式不但换刀工序浪费大量的时间，而且每次对刀存在对刀误差，对加工精度存在非常大的影响。为解决此问题，笔者试图利用程序管理软件通过对加工程序的管理，减少换刀次数，通过减少换刀次数达到提高加工精度的目的。
加工程序管理软件通过程序语言提取加工程序中的T代码，即所有加工程序中的刀具代码，实现装夹在工装上的所有电极使用同一把刀加工的程序被提取出来。程序管理软件打破一个电极的所有加工程序从头到尾加工完的常规，按照用刀原则发送加工程序，实现所有电极使用相同刀具的加工程序一起加工完，不用换刀，大大节省换刀工序时间和避免对刀产生的误差。 3.3.3 交互
加工程序管理软件需要为用户操作提供方便的交互界面。利用C++编程语言，可以很好的实现用户交互界面的设定。软件交互界面设定12-16个对话窗口，对应标准安装工装上12-16个标准块位置，操作者使用时只需要把对应位置电极的加工程序放到对应位置的软件窗口中，避免误操作。
3.4 使用电极联动加工需要关注的问题
3.4.1 电极坯料和电极模型尺寸差异不可过大
电极坯料尺寸即电极基体模型的尺寸，电极加工是以基体对称中心点为基准进行加工的。如果坯料尺寸和基体模型尺寸差异较大，会造成开粗不到位或开粗吃刀量多大。严重时可以造成装夹的电极在大吃刀量力的作用下松动，或者造成刀具弹跳过大，影响电极加工精度。联动加工时一把刀精度不准确会造成所有加工的电极精度受到影响。
3.4.2 使用管理软件交互时注意位置的准确
使用加工程序管理软件进行电极联动加工，因为较多数量的电极同时加工，需要注意联动加工程序和电极位置的一一对应。在联动加工软件上，交互窗口的同一性是容易造成位置混淆的因素，在以后软件升级过程中需要对不同位置进行颜色标识，以防止加入加工程序时造成错位。
4 结论
随着模具工业的发展，电极的加工精度和效率已经成为影响模具发展的一个重要因素。使用新型的电极材料，提高电极的加工质量和效率，逐渐受到人们的关注。引进新型的自动化工装，并基于G指令代码开发自动加工联程软件，有效的减少了辅助加工时间所占比例，减少了换刀次数，提高了电极加工精度。可以使电极的加工精度由传统的+0.03mm提高到±0.005mm，电极加工效率提高83%，电极加工人员统计减员达53%。实现了电极加工0等待，基本消除电极周转所需要的时间和场地。
自动化工装的应用和基于G指令的电极联动加工软件的开发，改变了传统的电极加工理念，开创了电极类小而量大零件的加工新理念。很好的缩短了模具产品的生产周期，提高产品质量，制造质量，降低成本，为产品抢占市场赢得宝贵时间，为企业赢得更高的利润空间，更加适应市场需求。
参考文献：
[1]殷小清.数控编程与加工_基于工作过程J 中国轻工业出版社.
[2]王成勇“石墨电极的高速加工”《制造设备与机床》2002年第3期.
[3]潘建新.“数控加工中相对坐标系的应用”湖南广播电视大学学报.2004年第2期.