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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 2.1 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 2.2 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。 2.3 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0.016mm,而预估电极损耗△取值0.05~0.07mm(实验值),实际的加工路径总长约为45000.00mm,如按理论计算,每100mm长得到0.10~0.16μm的补偿,18000条程序平均每条得到0.0025~0.0038μm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 0.800 E383 0.500 0.400 E373 0.250 0.200 E293 0.100 0.150 E250 0.075 0.134 E220 0.050~0.070 0.122 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。
电火花加工的应用
电火花加工主要用于模具生产中的型孔、型腔加工,已成为模具制造业的主导加工方法,推动了模具行业的技术进步。电火花加工零件的数量在3000件以下时,比模具冲压零件在经济上更加合理。按工艺过程中工具与工件相对运动的特点和用途不同,电火花加工可大体分为:电火花成形加工、电火花线切割加工、电火花磨削加工、电火花展成加工、非金属电火花加工和电火花表面强化等。
(1)电火花成形加工 该方法是通过工具电极相对于工件作进给运动,将工件电极的形状和尺寸复制在工件上,从而加工出所需要的零件。它包括电火花型腔加工和穿孔加工两种。电火花型腔加工主要用于加工各类热锻模、压铸模、挤压模、塑料模和胶木膜的型腔。电火花穿孔加工主要用于型孔(圆孔、方孔、多边形孔、异形孔)、曲线孔(弯孔、螺旋孔)、小孔和微孔的加工。近年来,为了解决小孔加工中电极截面小、易变形、孔的深径比大、排屑困难等问题,在电火花穿孔加工中发展了高速小孔加工,取得良好的社会经济效益。
(2)电火花线切割加工 该方法是利用移动的细金属丝作工具电极,按预定的轨迹进行脉冲放电切割。按金属丝电极移动的速度大小分为高速走丝和低速走丝线切割。我国普通采用高速走丝线切割,近年来正在发展低速走丝线切割,高速走丝时,金属丝电极是直径为φ0.02~φ0.3mm的高强度钼丝,往复运动速度为8~10m/s。低速走丝时,多采用铜丝,线电极以小于0.2m/s的速度作单方向低速运动。线切割时,电极丝不断移动,其损耗很小,因而加工精度较高。其平均加工精度可达0.0lmm,大大高于电火花成形加工。表面粗糙度Ra值可达1.6或更小。
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