(貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,貴州貴陽550025)
電火花線切割加工屬于特種加工范疇,一般不用于大批量生產(chǎn),實(shí)際加工中較多使用的是通用夾具。由于線切割加工的零件是通孔零件,對(duì)工作空間有特殊的要求。在慢走絲切割零件時(shí),還要考慮由于上噴嘴與工件表面的距離非常接近而造成的干涉問題。所以對(duì)線切割?yuàn)A具的選用限制較大,特別是采用懸臂式夾具在加工臨近結(jié)束時(shí),更容易出現(xiàn)掉頭現(xiàn)象,造成零件的切割面與其上下表面之間的垂直度誤差較大的情況。本研究的目的就是為了在不降低裝夾便利性的前提下,在線切割機(jī)床上采用組合夾具搭建符合使用條件的夾具,并分析該夾具對(duì)加工精度的影響。
采取組合夾具元件組裝出符合線切割加工使用的夾具,選取需要利用線切割加工方式加工的典型零件,在線切割機(jī)床上切割加工完成后,使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)床對(duì)加工后零件的形位公差進(jìn)行測(cè)量,得到測(cè)量報(bào)告,并根據(jù)報(bào)告對(duì)夾具的定位做出評(píng)價(jià)總結(jié),得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
結(jié)合線切割單件小批量生產(chǎn)的特點(diǎn),在試驗(yàn)中初選有長(zhǎng)方體和圓柱體兩種。考慮到圓形零件在線切割加工中時(shí),在夾持方面相對(duì)比較困難,采用圓柱體更具有代表性。圓柱體在實(shí)際的加工中多用于軸和孔的配合,對(duì)精度要求比較高,因此,研究圓柱體的垂直度更有實(shí)際意義。因此選用圓柱形工件的加工具有代表性和實(shí)用性。本研究中最終選取的零件材料硬度為HRC62,需要在內(nèi)部加工一個(gè)開有輪轂的內(nèi)孔,外輪廓為圓形輪廓,并已經(jīng)加工好預(yù)孔,該零件上下端面已經(jīng)經(jīng)過精加工,平行度不超過0.01 mm,如圖1所示。加工要求:輪轂內(nèi)孔的中心軸線與表面的垂直度誤差要求不大于0.03mm.
普通夾板的夾持方法是用線切割專用萬力夾具(平口鉗)夾持上下端面,然后將將平口鉗固定在機(jī)床工作臺(tái)上便可以進(jìn)行加工。雖然這個(gè)方案特別簡(jiǎn)單易行,但是在實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)被切割件的去除部分,因自重和高壓噴水的影響,特別是在零件即將結(jié)束切割的時(shí)候,容易使零件產(chǎn)生偏移,造成切割孔與工件表面垂直度誤差。
如圖2所示,用具有較高加工精度的方形底板1作為夾具的基礎(chǔ)板,使用兩塊方形基礎(chǔ)塊2與兩V型塊3用沉頭螺釘組合在一塊,形成可以在基礎(chǔ)板側(cè)面的滑槽內(nèi)自由滑動(dòng)的兩個(gè)組合塊,為保證滑動(dòng)塊的準(zhǔn)確位置,在槽內(nèi)使用導(dǎo)向定位鍵使其接觸面緊密接觸。兩個(gè)滑塊中的一個(gè)用螺栓螺母固定,使其作為固定端,另外一塊則可沿滑槽移動(dòng),在順利將滑塊相對(duì)移動(dòng),利用安裝在V型塊螺紋孔內(nèi)的螺栓將零件夾緊后,再將可移動(dòng)滑塊用T形螺栓固定在滑槽內(nèi),完成夾緊過程[1~2]。
圖2組合夾具方案一
如圖3所示,用一塊精加工過的側(cè)面開槽的方形底板1作為基礎(chǔ)板,將兩塊帶有加強(qiáng)筋的角鐵2用T形螺栓固定在基礎(chǔ)板上,另取三塊帶槽的方形支承3,其中一塊用T形螺栓將V形支承一起安裝在角鐵中間位置,其它兩塊帶槽的方形支承則用長(zhǎng)度適合加工零件尺寸的T形螺栓固定在角鐵兩端,在這兩根長(zhǎng)螺栓的另一端則用螺母將一塊回轉(zhuǎn)壓板5與零件固定在一塊,用于夾緊工件。
圖3組合夾具方案二
按下開機(jī)按鈕,進(jìn)入工作頁面。首先將夾具用壓板的方式整體固定在機(jī)床工作臺(tái)上,安裝過程中保證夾具與工作臺(tái)的上表面保持接觸,以保證夾具的安裝精度。然后將工件安裝固定在夾具上。調(diào)整噴嘴使得噴嘴盡可能的接近加工的表面。但是最重要的一點(diǎn)是不能讓噴嘴碰到工件或者夾具,所以在組裝夾具時(shí)候要考慮到噴嘴大小和位置。將銅線通過張緊裝置的調(diào)節(jié),穿入上噴嘴、工件預(yù)孔、下噴嘴,利用水流的牽引將銅絲穿過機(jī)床,完成穿絲工作。根據(jù)工件的輪廓,利用自動(dòng)編程軟件,導(dǎo)入零件數(shù)據(jù),將機(jī)床的各個(gè)參數(shù)預(yù)先設(shè)定好后,可以自動(dòng)生成用于加工的數(shù)控程序。在加工前,還需要仔細(xì)檢查程序的相關(guān)設(shè)定,保證加工的可靠性。線切割加工的電加工特性使得該機(jī)床具有簡(jiǎn)單方便的按照加工所需條件,自動(dòng)尋找零件的加工起始點(diǎn)的功能。其只需簡(jiǎn)單地根據(jù)示意圖選擇相應(yīng)的幾何形狀就可以讓機(jī)床自動(dòng)尋找相應(yīng)基準(zhǔn),既保證了精度,也降低了工作強(qiáng)度,大大方便了操作。進(jìn)入加工界面,檢查相關(guān)設(shè)定無誤后,啟動(dòng)加工,機(jī)床開始工作,自動(dòng)完成零件的加工[6]。加工結(jié)果如圖4所示。加工場(chǎng)地如圖5所示。
圖4加工結(jié)果
圖5加工現(xiàn)場(chǎng)
本次測(cè)量使用的是??怂箍礕lobal Silver橋式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(機(jī)器型號(hào))。以下為測(cè)量方法:?jiǎn)?dòng)測(cè)量機(jī)主機(jī),在機(jī)床系統(tǒng)自檢完畢后給控制系統(tǒng)上電,啟動(dòng)測(cè)量系統(tǒng),進(jìn)入正常待測(cè)工作狀態(tài)。測(cè)量前工件需要適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行安放在測(cè)量機(jī)床的工作臺(tái)上,為便于測(cè)量相關(guān)的形位特征,因此盡量將需要測(cè)量的特征擺放為開放型的。由于本研究中的零件沒有現(xiàn)成的CAD模型,評(píng)價(jià)中僅需要特征的相對(duì)位置精度,因此測(cè)量重點(diǎn)是如何精確地得到相應(yīng)特征的測(cè)量值。最終采取的測(cè)量策略是手動(dòng)采特征點(diǎn),最后在將機(jī)床轉(zhuǎn)換為自動(dòng)模式,將所有手動(dòng)所采的特征點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量,對(duì)手動(dòng)采點(diǎn)路徑進(jìn)行精確修正。
根據(jù)本研究的目的,需要對(duì)零件上表面相對(duì)于切割的內(nèi)孔安裝圓柱軸線的垂直度進(jìn)行評(píng)價(jià)。將不同夾持方式下加工后的零件分別進(jìn)行測(cè)量,將相應(yīng)的測(cè)量參數(shù)輸入后,選取上述2個(gè)特征,通過測(cè)頭在已經(jīng)加工出的輪轂的內(nèi)表面的圓柱面和零件的端面采點(diǎn)生成垂直度評(píng)價(jià)指標(biāo),即可得到本研究所需的測(cè)量結(jié)果[9]。
圖6為采取萬力夾具的加工結(jié)果圖。從圖中可以看出,用普通夾具加工時(shí),盡管每次加工夾緊零件時(shí)候都需要校核平口鉗的上端面與圓柱面的上端面重合,但由于平口鉗在夾持工件時(shí)候,夾持面積不大,無法保證是兩個(gè)面與圓柱體的端面接觸,在零件自重和高壓噴水的作用下會(huì)發(fā)生偏移,造成切割加工后零件的表面和切割內(nèi)孔的中心軸線的垂直度誤差較大,達(dá)到0.24,超差0.174,所以該夾持方式盡管在加工前用其它手段對(duì)表面和絲架的垂直度進(jìn)行了校正,但仍有較大的加工誤差,只適合加工一些輕型的微小零件,不適合大型和較重的零件。
圖6采取萬力夾具的加工結(jié)果
圖7為采用方案一的加工結(jié)果圖。圖7反映了在采取組合夾具方案一的方式加工零件后的檢測(cè)情況。在按照要求把每個(gè)面仔細(xì)裝配在一起,每次加工只要調(diào)節(jié)螺釘改變兩個(gè)v形塊之間的距離(或更換更大的V形塊),就可以夾持不同規(guī)格的圓柱體。圖中所示,圓柱孔和表面的垂直度誤差為0.017,未超差,說明該方式較好地控制了加工過程中的形位誤差,也說明采取這種組合夾具的方式不僅調(diào)整方便,而且加工精度也是滿足加工要求的。
圖7采用方案一的加工結(jié)果
圖8為采用方案二的加工結(jié)果圖。圖8中的測(cè)量結(jié)果較圖6中的結(jié)果,誤差稍小一些,但也超差了0.016,這是由于該方案中,夾具的組裝過程中對(duì)裝配精度的要求要高于方案一,造成了裝配后的組合夾具體的安裝面和工作面的位置精度下降。由此可看出,組合夾具的應(yīng)用中,應(yīng)重視裝配精度以減小由此帶來的定位誤差[8]。
圖8采用方案二的加工結(jié)果
通過對(duì)組合夾具代替專用夾具應(yīng)用到線切割機(jī)床上的研究,探索了專用夾具應(yīng)用到線切割上帶來誤差的原因和解決辦法。通過本研究,說明充分利用組合夾具靈活多變的特點(diǎn)與線切割單件小批量的生產(chǎn)特點(diǎn)結(jié)合起來,可以提高線切割?yuàn)A具的定位精度,改善便利性和進(jìn)一步減少非切削時(shí)間,具有較好的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性[10]。
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