段閃閃

(商丘工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，河南 商丘 476000)

傳統(tǒng)的切削加工方法對(duì)于復(fù)雜的型腔零件的加工有一定的難度，并且精度也難于保證，所以采用新型加工方法勢(shì)在必行，電火花線(xiàn)切割加工設(shè)備可以作為模具型腔電極加工的首選[1].運(yùn)用電火花線(xiàn)切割加工設(shè)備加工金屬材料時(shí)，不會(huì)因?yàn)椴牧系挠捕群晚g性影響加工速度，所以這種加工設(shè)備常用來(lái)加工淬火鋼和硬質(zhì)合金等[1]，以及使用傳統(tǒng)的加工方法完成不了的加工.現(xiàn)今，電火花加工以其獨(dú)特的加工方式得到迅速發(fā)展，同時(shí)成為模具制造與加工行業(yè)中不可缺少的部分[2].電火花加工中常用的材料一般為紫銅和石墨，主要原因是它們導(dǎo)電好、成本不高、加工比較容易.這兩種材料的共同特點(diǎn)是在寬脈沖粗加工時(shí)都能夠?qū)崿F(xiàn)降低損耗，節(jié)約成本[3].紫銅電極形狀復(fù)雜，表面光潔度較高，因此，紫銅電極廣泛應(yīng)用于造型奇特，形狀復(fù)雜需要沖壓的模具加工，而石墨則應(yīng)用于形狀復(fù)雜的大件加工.由此，從目前來(lái)看，紫銅電極(也稱(chēng)銅公)仍然是火花機(jī)放電加工中使用最廣泛的工具電極.

本文主要針對(duì)CNC加工時(shí)紫銅電極所產(chǎn)生的問(wèn)題，探討怎樣能夠進(jìn)一步提高加工精度，避免加工誤差、測(cè)量誤差，探索并歸納電極精密加工中尺寸誤差產(chǎn)生的原因及改進(jìn)措施[4].

1 紫銅接插件結(jié)構(gòu)分析

1.1 結(jié)構(gòu)分析

產(chǎn)品零件圖見(jiàn)圖1.

由圖1可以得到如下信息：

1)產(chǎn)品名稱(chēng)：接插件電極.

2)產(chǎn)品材質(zhì)：紫銅.

3)總體尺寸：70.64mm×53.00mm×18.02mm.

4)相鄰立板之間最短距離為2.97mm；薄板的厚度為0.61mm；方臺(tái)的高度為6mm.

5)接插件主體結(jié)構(gòu)分為4大部分：方臺(tái)結(jié)構(gòu)、圓角結(jié)構(gòu)、垂直立板結(jié)構(gòu)、曲面結(jié)構(gòu).

6)中間深顏色部分立板有一定的拔模角，圖形為左右對(duì)稱(chēng)布置.

7)圖中曲面較多，有斜邊曲面、圓弧曲面.

根據(jù)產(chǎn)品零件繪制三維造形圖，如圖2.

圖2 三維模型圖

1.2 技術(shù)難點(diǎn)

1)電極產(chǎn)品的相對(duì)位置精度要求比較高，如垂直度、平行度以及相對(duì)位置度，加工時(shí)精度難以保證.

2)電極的尺寸和形狀取決于工件被加工部位的尺寸和形狀，兩者之間需要根據(jù)加工情況留出合理的間隙量[5].

3)電極表面粗糙度要求無(wú)刀痕、無(wú)拉絲紋.

4)從結(jié)構(gòu)上來(lái)分析，該電極尺寸及加工深度較小，最小曲面曲率半徑為0.5mm，若整體選用球Φ1刀具進(jìn)行精加工，則刀具避空較長(zhǎng)，剛性較差.

1.3 應(yīng)對(duì)措施

1)加工時(shí)為防止產(chǎn)生原點(diǎn)漂移需要充分暖機(jī)，以此減少主軸熱變形.

2)設(shè)定負(fù)余量，目的是通過(guò)把“表面余量”設(shè)為負(fù)值來(lái)實(shí)現(xiàn)“放電間隙”，即把電極所有加工面等距一個(gè)放電間隙值(一般在0.01mm-0.5mm之間).

3)控制半精加工余量，從而使后續(xù)精加工吃刀均勻.

4)采用騙刀的方法.所謂騙刀，簡(jiǎn)單的理解就是實(shí)際加工刀具與理論設(shè)置刀具不一致，通過(guò)把握“過(guò)切量”實(shí)現(xiàn)預(yù)留量.如我們路徑設(shè)置中用Φ3.8平底刀，可實(shí)際用Φ4平底刀加工，以到達(dá)單邊0.1mm的放電間隙值.

2 接插件電極加工工藝分析

通過(guò)對(duì)接插件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，制定如下的工序安排[6]，如表1所示.

表1 工序安排表

根據(jù)該電極造型特點(diǎn)，初步擬定各工序順序，如表2所示 ：

表2 加工工藝過(guò)程卡

3 產(chǎn)品分析及加工工藝的改進(jìn)

3.1 加工時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題分析

1)原點(diǎn)漂移問(wèn)題

本案例樣品在第一次加工時(shí)，因?yàn)榕瘷C(jī)不到位(只熱了1個(gè)小時(shí)) ，結(jié)果造成0.003mm的原點(diǎn)漂移，通過(guò)精加工重新精修側(cè)邊基準(zhǔn)的方法，將漂移的原點(diǎn)找回.經(jīng)測(cè)試，Carver400TE配置180W LDPB 2-18-TP泵,在開(kāi)啟切削液暖機(jī)的狀態(tài)下，臺(tái)面機(jī)身等部件的熱變形需暖機(jī)3個(gè)小時(shí)才能基本進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)[7]，XY的原點(diǎn)漂移量能控制在0.001mm以?xún)?nèi).因此，加工前的暖機(jī)最好控制在3個(gè)小時(shí)以上.原點(diǎn)漂移曲線(xiàn)如圖3所示，XY偏移量在3個(gè)小時(shí)左右后穩(wěn)定.

圖3 原點(diǎn)漂移曲線(xiàn)圖

2)電極變形問(wèn)題

在本案例中，接插件最薄處壁厚有0.609mm，其他部分的壁厚為2mm-4mm之間，立板成型圖，如圖4所示.因此，為了防止電極最薄處在加工過(guò)程中出現(xiàn)變形問(wèn)題，在精加工過(guò)程中，單獨(dú)將此部位軸向吃深與進(jìn)給速度均降低50%.

圖4 立板成型圖

3)尖角保護(hù)型刀具問(wèn)題

在使用二次元檢測(cè)某處斜面輪廓尺寸時(shí)，發(fā)現(xiàn)利用刀尖加工的部件尺寸較差.在二次元下觀察所使用的刀具，發(fā)現(xiàn)平底刀刀尖采用的是保護(hù)型刀尖，刀尖保護(hù)寬度為0.05mm，如圖5(a)所示.此種類(lèi)型刀具在刀尖處半徑會(huì)有輕微收縮，這很容易導(dǎo)致我們采用觸碰對(duì)刀儀測(cè)出來(lái)的刀具直徑和實(shí)際的刀尖部分的直徑相差0.006mm左右，因此會(huì)造成依賴(lài)刀尖加工的部件尺寸會(huì)有偏差.

圖5(a)是尖角保護(hù)刀具，圖5(b)是未帶尖角保護(hù)刀具.

(a) (b)

4)程序加工順序問(wèn)題

編輯工序時(shí)注意選擇合理的加工順序，必要時(shí)適當(dāng)?shù)丶右哉{(diào)整.圖6中，塊1、2、9、10放電間隙為-0.02mm，塊3-8放電間隙為-0.1mm，其余塊放電間隙為-0.04mm.在計(jì)算路徑時(shí)選擇對(duì)象不同，加工順序也會(huì)不同，可能會(huì)造成工序或刀具混亂，所以設(shè)置特征相同部分按順序加工[7].為了提高加工效率，方便后期的數(shù)據(jù)測(cè)量、分析，我們將精加工工序調(diào)整為如圖7所示的順序.

圖6 精加工末調(diào)整順序

圖7 精加工調(diào)整順序

3.2 實(shí)際生產(chǎn)中根據(jù)5M1E避免尺寸誤差的方法

1)在用刀原則上：遵循能使用大的刀具不使用小的刀具，能使用短的刀具不使用長(zhǎng)的刀具.因?yàn)榈缎×死速M(fèi)加工時(shí)間，刀長(zhǎng)了會(huì)造成刀跳、震動(dòng).操作員要不定期對(duì)刀具進(jìn)行檢查并及時(shí)更換.

2)路徑編輯參數(shù)上：加工時(shí)要選擇合理的切削參數(shù)，在內(nèi)圓弧處刀具的切削厚度和切削量要大于直角邊，因此，相對(duì)于直角邊，內(nèi)圓弧的進(jìn)給速度需要調(diào)小一些.加工方形部件時(shí)應(yīng)在與客戶(hù)溝通后使邊上拐角處修圓，這樣可以減少機(jī)床拐彎時(shí)急停然后進(jìn)入下一路徑.對(duì)于平底刀、球頭刀、牛鼻刀的下切，切削參數(shù)、公差、余量、轉(zhuǎn)速等進(jìn)給設(shè)置要合理[8].加工高精度產(chǎn)品時(shí)需注意進(jìn)給速度的調(diào)整，必要時(shí)可以對(duì)路徑分段進(jìn)行進(jìn)給速度的調(diào)整[9]，也可以添加清角清根程序，但要使余量盡量留均勻(底面與側(cè)面余量應(yīng)留一致).

3)裝夾時(shí)：安裝時(shí)，要確保治具表面經(jīng)過(guò)平磨，以此來(lái)減小裝夾過(guò)程中的扭曲變形.從剛性角度考慮，我們選擇超短型的熱縮刀柄進(jìn)行刀具的裝夾，并盡量縮短刀具的伸出長(zhǎng)度.另外，將半精加工和精加工刀具跳動(dòng)控制在2 μ以?xún)?nèi).裝刀前應(yīng)清理夾頭里的雜物，裝刀時(shí)操作員要明確裝刀的長(zhǎng)度，刀刃的避空不要太長(zhǎng).裝夾時(shí)，應(yīng)先清理工裝底面及工作臺(tái)表面.打表夾緊時(shí)要遵循打表夾緊的原則.

4)操作原則上：操作員對(duì)機(jī)床操作的熟練度要強(qiáng)，手動(dòng)分中時(shí)要進(jìn)行仔細(xì)檢查，應(yīng)使分中盡量保持在同一高度.手動(dòng)操作時(shí)，程序要按順序一條一條的走.在手動(dòng)快速移動(dòng)時(shí)，先將Z軸升高到工件上面再移動(dòng).工件上表面Z軸實(shí)際的升高高度值，需在程序單上寫(xiě)清楚.

5)機(jī)床運(yùn)行時(shí)：刀具或是走刀方式對(duì)表面毛刺的產(chǎn)生有一定的影響，所以我們要了解機(jī)床的性能，對(duì)有毛刺的邊進(jìn)行補(bǔ)刀.操作員可以微調(diào)速度，使機(jī)床切削的效果達(dá)到最佳，程序單上的刀具和實(shí)際程序刀具要一致.

6)產(chǎn)品檢測(cè)時(shí)：對(duì)工件高度進(jìn)行檢測(cè)時(shí)需要確保測(cè)量的工件之上有一定的安全高度.工件周邊先用油石或銼刀去毛刺再用碎布擦干凈，最后用手確認(rèn)是否干凈.在程序單上要寫(xiě)清楚刀具的長(zhǎng)度及刃長(zhǎng)(一般刀具夾長(zhǎng)度高出工件2mm-3mm、刀刃長(zhǎng)度避空為0.5mm-1.0mm).

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)紫銅電極接插件進(jìn)行工藝分析及實(shí)體加工檢測(cè)，分析了電極在加工過(guò)程中產(chǎn)生誤差的原因.為保證加工精度，采用必要的誤差控制方法來(lái)減小加工中出現(xiàn)的尺寸誤差、原點(diǎn)偏移誤差、裝夾誤差以及刀具的熱脹冷縮誤差等對(duì)其的影響，并提出如何在5M1E六個(gè)方面采取有效的對(duì)策來(lái)減少誤差，以有效地保證加工產(chǎn)品的質(zhì)量，同時(shí)也給誤差管控提供一些借鑒.