冯莉[1]等人采用灰色关联分析法，通过对影响加工精度的脉冲宽度、脉冲间隔、峰值电流、峰值电压、进给速度的分析，从而确定了相关工艺参数的最佳组合，使加工的效率得到了较大的提高;宋小中[2]等人研究了不同实验条件下，分析了脉冲放电宽度、脉冲放电间隔、脉冲开路电压、脉冲放电电流和电极材料等工艺参数对孔径间隙和加工速度两项工艺指标影响规律，根据实验获得的结论对加工工艺参数进行了优化，从而提高了加工效率;顾丰[3]等人则采用信噪比分析和灰色理论的方法，在电火花微细加工过程中，分析各项加工参数对工艺指标的影响的主次关系，得到了同时兼顾多项工艺指标的优化组合。贾振元等[4]在电火花微小孔加工中，用正交试验法研究了放电参数和非放电参数等因素对加工速度和电极损耗工艺指标的影响规律，获得了多项工艺目标下的参数优化组合。
总结前人的研究方法，电火花加工研究主要是表面粗糙度和加工速度。针对电火花放电刃磨机床，电极的损耗是影响工件加工质量的关键因素，因此本文主要以自主研发的电火花放电刃磨数控机床为实验平台，在现有的工艺条件下，针对加工速度和电极损耗两项工艺指标进行研究，确定最优的参数组合，从而降低了石墨电极损耗和提高了EDG机床加工的效率。
1 影响因素的分析
影响因素是指对工艺指标可能产生影响的工艺参数，在电火花放电磨削加工中，影响磨削工艺指标的因素复杂多样，如果把所有因素都考虑进来，是不科学的，也是不现实的。参照常规电火花磨削工艺规律以及同类型电火花加工设备，本次正交实验选取占空比、主轴转速、加工电压、加工极性4个影响工艺指标的主要实验因素。
2 正交实验
2.1 实验设计
本文实验设备为SURREY-010型专用PCD木工刀具EDG加工数控机床，采用圆形盘状石墨电极作为工具电极，加工工件为PCD成型螺旋轮胎刀具。选取占空比、主轴转速、加工电压、加工极性作为主要的加工参数，以工件的加工速度和石墨电极的损耗作为工艺参数指标，设计针对粗加工和精加工的工艺实验。在考虑加工机床可变工艺参数的基础上，本次正交实验有3个4水平因素和1个2水平因素，属于混合正交表范畴。本次实验仅考察4个因素对实验指标的影响效果，不考虑因素间的交互作用，因此可直接套用
混合正交表，其中可将占空比、主轴转速、加工电压和加工极性依次安排在正交表第1、2、3、4列上，可以将5至9列的空列作为试验误差来衡量试验的可靠性。设计了表1和表2的实验因素水平表。
表1 电火花粗加工因素水平表
表2 电火花精加工因素水平表
2.2 实验结果分析
按照设计的正交实验进行试验，实验结果见表3和表4，运用极差分析对加工后的加工速度和电极损耗进行分析，分析结果见表5和表6。从中可以得出如下结论:
(1)计算Kjn，kjn，确定试验因素的优水平
针对电火花粗加工实验数据分析，对于时间试验指标而言，A4、B4、C1、D1分别为B、C、D因素的优水平;对于损耗试验指标而言，A2、B2、C2、D1分别为B、C、D因素的优水平。
针对电火花精加工实验数据分析，对于时间试验指标而言，A3、B4、C1、D2分别为A、B、C、D因素的优水平;对于损耗试验指标而言，A4、B2、C2、D2分别为A、B、C、D因素的优水平。
(2)确定因素的主次顺序
针对粗加工试验而言，由表5可知，对于时间指标而言，RD>RB>RC>RA，对试验指标影响的主次顺序是DBCA，即加工极性影响最大，而占空比影响较小;对于损耗指标而言，RD>RA>RC>RB，对试验指标影响的主次顺序是DACB，即加工极性影响最大，而电极转速影响较小。同理，针对精加工试验而言，由表6可知，对于时间指标而言，对试验指标影响的主次顺序是DBAC，即加工极性影响最大，而加工电压影响较小;对于损耗指标而言，对试验指标影响的主次顺序是DACB，即加工极性影响最大，而电极转速影响较小。
表3 粗加工试验方案及试验数据
(3)确定试验因素的最优水平组合
对于电火花粗加工试验而言，时间指标的优化水平组合为A4B4C1D1，损耗指标的优化水平组合为A2B2C2D1。对于电火花精加工试验而言，时间指标的优化水平组合为A3B4C1D2，损耗指标的优化水平组合为A4B2C2D2。
表4 精加工试验方案及试验数据
表5 电火花粗加工试验数据极差分析表
不论是电火花粗加工试验还是电火花精加工试验，由于以上双指标各自分析得出的优化组合不一致，所以必须根据因素影响的主次顺序，综合考虑后再确定最佳的工艺条件。对于电火花粗加工试验而言，对于因素A，其对时间指标影响大小排第4位，此时取A4;其对损耗指标影响排第2位，取A2;但取A2时，时间指标比取A4增加了3.7 min，且由损耗指标看，取A2与A4损耗相当，故A因素取A4。同理分析可知B取B4，C取C1，D取D1，优组合为A4B4C1D1;对于精加工而言，同理可得，A取A3，B取B4，C取C1，D取D2，优组合为A3B4C1D2。
表6 电火花精加工试验数据极差分析表
3 单因素实验
如上分析得到最优组合条件后，控制其他条件不变的前提下，针对某一因素进行单一变量的试验，可以清晰的看出加工精度随着变量变化的趋势。分别针对电极旋转方向、电极转速和占空比做了相关试验，其结果如下文所示。
(1)实验一
实验条件:负极性粗加工、占空比0.37、加工电压60~70 V，对主轴转速做单因素实验，实验结果如表7所示。
表7 主轴转速单因素实验
由表7可知:在占空比、加工电压、加工极性均不变的前提下，主轴转速在100~1 100 r/min范围内变化时，不同的转速对应的电极损耗几乎没有变化，对应的加工时间变化较大。由图1所示的实验数据变化趋势可知，当电极转速大于等于700 r/min时，加工时间最短，电极的损耗相对较小。
(2)实验二
实验条件:负极性粗加工、加工电压60~70 V、主轴转速700 r/min，对占空比做单因素实验，实验结果如表8所示。在主轴转速、加工电压、加工极性均不变的前提条件下，占空比在0.10~0.43范围内变化时，不同的占空比对应的电极损耗不同，当占空比大于等于0.31的时候，电极损耗几乎不变，不同的占空比对应的加工时间变化较大，其变化趋势如图2所示，通过占空比单因素实验数据趋势图可知，当占空比为0.37时，不仅所需加工时间最短，而且对电极的损耗也相对较小。
表8 占空比单因素实验
实验条件:负极性粗加工、加工余量为0.15 mm、加工电压60~70 V、主轴转速700 r/min、粗加工占空比为0.37、对精加工不同占空比位置做单因素实验，实验结果如表9所示。
由表9可知:粗加工时，精加工开关和粗加工开关同时打开，粗加工占空比为0.37、加工电压60~70 V、主轴转速700 r/min、精加工占空比为0.26，不仅所需加工时间最短，而且对电极的损耗也相对较小。
4 结语
通过设计正交试验分析了占空比、主轴转速、加工电压和加工极性电火花放电刃磨PCD成型螺旋轮胎刀具的加工速度和电极损耗工艺指标的影响，通过极差分析出加工的最优参数组合:粗加工时，加工极性为负极性加工、粗加工开关和精加工开关都打开，粗加工占空比为0.37、精加工占空比为0.26、主轴转速为700 r/min、电压维持在60~70 V时，不仅所需加工时间最短，而且对电极的损耗也较小;精加工时，加工极性为正极性加工、粗加工工开关关闭、精加工开关打开占空比为0.38、主轴转速为700 r/min、电压维持在50~60 V时，不仅所需加工时间最短，而且对电极的损耗也较小。以上优化的加工参数，对于实际加工具有一定的指导意义。