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精密及微细电火花加工(一)

时间:2015-9-30 9:44:00 来源:中国打火机网

  随着科学技术的进步对机械零件及工、检、模具的精度要求曰益提高j精密电火花加工已在精密加工领域占有一席之地。例如加工伺服阀阀套方孔、阀芯异形孔及槽各种窄缝零件及栅网;精密钻模及冲模、化纤异形喷丝孔板喷墨打印机喷嘴医疗器械及微电子器件上的微孔、光阑等。

  为了探求精密及微细孔电火花加工的工艺特点,北京机床研究所利用本所研制生产的DG5432A型坐标电火花成型机床,结合具体加工对象,开展试验研究取得了重要成果。本文以研究告为基础结合近几年国外在微精及微细电火花加工中的新成果,着重介绍电火花微精加工中的特殊问题和工艺规律。其工艺数据适用于国内多年小批量生产的DG5432A型坐标电火花成型机床对近年来已在市场上大量应用的数控电火花成形机也具有意义。

  1电极精密加工中,除了直径。

  188以下的微孔加工外一般都按照电火花加工的常规,通过转换加工规准以达到所需的尺寸精度及表面粗糙度要求。这时,中、精规准加工时的加工余量很小因而对各档加工电极的几何精度、表面质量以及更换电极时的重复定位精度都提出了较高的要求。由于不能采用直接接触法计量制造电极的尺寸控制具有一定特殊性。

  1.1电极材料紫铜电极价廉易得用于孔径小、相同直径孔数少且深度不大的工件的加工。铜钨合金电极用于加工:孔径更小、要求更高的孔相同直径孔数较多或深度大的孔要求高的盲孔因结构限制不宜采用增加进给量以补偿电极损耗的型孔;工件是硬质合金材料且较深的孔;制作电极用的反拷块等。银钨合金比铜钨合金性能更好但价钱太责。黄铜电极与紫铜电极相比篇机械强度高放电加工稳定性好,特是黄铜管规格齐全,平直度好,常用作预孔加工以及作为电极直接加工,但损耗大。近几年发展起来的用线电极磨削法来精制微细电极也是用黄铜丝。钨丝类材料作为电极损耗不大,但校直及尺寸控制比较困难必要时还需配用导向机构。

  选用电极材料时应特注意材料成分。杂质及含量对电加工性能有很大影响。还应消除材料的内应力以免加工后产生弯曲。

  精密微细孔的加工条件要求)机床工作台定位精度在2"8以内;)高精度旋转主轴振摆小动态精度高。最好不用附加旋转轴型式。转速为)电极夹具的重复定位精度在2"8以内;)!、"、轴伺服分辨率不大于1"m;)各轴伺服响应速度高、增益大;)放电加工参数如电压、脉冲宽度、峰值电流、附加间隙并联电容等能做微量调整;(!)限定放电电路的电气分布参数,如电感、电容;<)恒温工作间。

  圆柱电极的制作L3,7机械加工法采用传统方式的接触式切削加工如车削、磨削制作精密微细电极濡要操作人员具有高度熟练的加工技巧。据说机械加工的最小加工直径可达0.05 88相应的加工孔径可为0.06588.通常的切削直径为0. 5~188可以作为进一步加工的毛坯。

  近年来j瑞典3R公司和瑞士ER0WA公司制作出了高精度工艺基准定位系统“,它将常用的电火花成形机床、线电极切割机床与数控车床、铣床、磨床和加工中心及三坐标测量机等做出一个统一的基准平台,组成柔性制造系统;利用数控机床工作台方向及主轴方向都有电子零点”即坐标基准点“的固定基准只要已知工件和工具电极在(以及数控回转轴%)的精确坐标位置,就能建立起工件与工具之间的快速找正系统。在制作电极时,因为都是装夹在同一工具系统中的标准电极夹具中被加工过,都有统一的同心、同位的工艺定位基准装到电火花机床上后不需再做找正调整利j用数控系统马上可以进行加工。这种工具电极的重复定位精度在±1!%以内,可以方便地用作电极制作、修整以及多电极的加工。1.3.2细丝电极法现成的电极丝有黄铜丝、紫铜丝、钨丝和钼丝。由于存在变形和弯曲的问题,往往需要利用导管或导向器进行导向。钨丝的刚度及电极损耗比较好,曾导过使用".05mm的钨丝加工出"0.07mm的微孔。汽油机和柴油机喷嘴小孔大批量生产中,小孔采用电火花加工。它采用盘状钨丝电极经重复定位、重复进给方式进行加工。

  1.3.3电火花反拷成形法即用一块块状电极(通常为铜钨或银钨合金材料俗称反拷块)作为一次电极,通过火花放电方式制造出二次电极即电火花加工用的工具电极再用之加工工件。如所示用一块长约厚约5mm的CuW80块用小压板固定在座板上,座板的!

  "、三面已经过精磨。使用前,先将铜钨合金块连同座板一起放在平面磨床上,以!面为基准面精磨出面,再将座板压紧在电火花机床的工作台上,用杠杆表找正面使与机床的一个坐标方向(通常为%方向)平行(精度在2pm内)。待加工的电极装在机床的主轴上随主轴上下伺服运动并旋转移动轴使反拷块与电极产生放电藉助二者损耗量不同,使主轴上的电极成为被加工件这时,用轴进给量控制电极的直径尺寸用'轴进给量控制电极的成形长度,同时%轴也做均匀而缓慢的移动,用以补偿反拷块的损耗。也可以将'轴伺服电气锁定进行反拷加工。在制作径向跳动量大的较长电极时,可分段用主轴电气锁定法反拷。在消除径跳后再用主轴伺服反拷,否则加工不易稳定,甚至形成椭圆形电极截面。

  反拷加工时被加工电极与反拷块间的放电加工仅是一条直线放电面积很小。为增大被加工电极的损耗量即尽快地制作出成形电极,通常选用Tr -RC即晶体管驰张式电路。被加工电极接正极,反拷块接负极。间隙并联电容量按加工要求选定。若反拷加工面积较大,卩反拷加工电极端面时,可利用晶体管脉冲电源放电间隙不再并联电容器脉宽可选为4~8,工作台接负极。)反拷加工工艺粗加工:电源电压300V峰值电流0. 9A脉宽70,停歇20!5甩容0.01!F,这时放电间隙为0.015mm.若电容为0.017!F时,虽然加工效率提高1/3,但电极加工表面粗糙度明显变差。为使火花间隙的控制能获得高峰值窄脉冲电流,提高加工稳定性和蚀除速度必须尽量减小电容放电回路的阻抗。插入式电容器盒较为合适J卩把不同值电容组装成小盒放在靠近主轴的地方,供加工选用。

  适当提高主轴旋转速度有利于改善徘除加工产物提高加工稳定性。尤其是当电极毛坯径向跳动大、反拷余量不均匀时,主轴转速低,电极升降幅度大,甚至会与反拷块产生机械摩擦甩极截面会变成桃型。

  电极夹持部分与工作部分的径向跳动量应小于0.05mm直径加工余量以0. 2~0.3mm为宜,留给精加工的余量为0.02~0. 05mm(小直径电极取大值)。

  加工空刀“槽:为减小成形电极的锥度,在电极的根部切出环形空刀”檀)。

  将主轴Z向伺服电气锁定,使主轴旋转而无升降轴实行数控或手动伺服进给看着间隙电压表使之处于偏空载状态。在轴进给到达尺寸值后再实行%向进给加工。切出空刀“槽后,首先要退出轴主轴才能回退。一艘空刀”切深为0.01精加工:电极的精修加工量一般为0. 02~0.05mm甩源电压为170V,峰值电流为0.5A,间隙并联电容为0.01!F,这时单边放电间隙约为0.01mm.对精度要求更高的电极,加工量可取为0.005~0.01mm间隙并联电容为1!F或更小。

  为了合理利用反拷块小电极锥度利j于控制尺寸反拷时最好将反拷块分区使用,例如,巴粗拷、精拷和切空刀“的区域分开。被损耗的部分要适时重磨。

  1.3.4其它反拷制作电极的方法、是利用反拷块的窄缝或圆孔制作电极。

  表1是两种加工方式的比较。

  表l两种加工方式比较项目反拷块式线电极磨削式成形长径比!/◎6081 -直径精度同轴度◎直线度最小直径/!m5推定4-成形时间◎装置成本◎X直径小于0.2mm的电极通常用反拷法制作。这种微细电极尤其是当长度较大时放电过程中产生的冲击力足以导致电极端部微微颤动。在主轴重复进退对电极用珩磨“加工时,电极端部放电几率增加。

  以上两种因素都可使电极产生明显的锥度,甚至将极细的尖部掉。

  将反拷块磨制或垫成一个斜角!(斜度约4/ 1000)图,在主轴伺服进给时可减少电极端部重复放电的机会。也可将主轴悬停即电气锁定,如b主轴不作上下方向的运动用横向进给对电极全长作反拷加工。每次进给量约为1~5!mJ加工间隙偏向空载状态。

  为减小微细电极的振摆,主轴转速应限定在100r/min以下。当电极直径特小时,还应停止循环液泵使反拷加工处在静止的工作液中。

  反拷加工的电规准也要降低能量。如制作直径为0.015mm的电极时最后精拷加工的电源电压为145 V间隙并联电容不大于51!F,制作的电极长度约0.2mm,即长径比为16.曰本的某公司采用精密旋转主轴头与线电极放电磨削相结合的方式崩I作出极小尺寸的电极轴,并保证了较高的尺寸和形状精度。线电极磨削丝缓慢地沿着走丝导块上的导槽面移动被加工的微小电极轴则随主轴旋转及轴向进给。电极材料是紫铜线电极丝是黄铜合金甩源电压100VJIC脉冲电源的限流电阻为2000"放电电容是1!F正极性加工工作液用煤油加工后的电极轴直径小于0.1mm甚至更小。

  1.5圆柱电极的测量5mm以上的紫铜电极和1mm以上的铜错合金电极可用干分尺直接测量。也可利用置于工作台上的基准球,使数控工作台沿:轴或:%轴方向移动以接触感知方式测量。再细的电极因易弯曲不宜作直接接触的感知测量则j用坐标法和光学测量法。

  1.5.1坐标法测量先用双向轮表法测出主轴,轴心与反拷块刃口重合时的坐标1如0所示。主轴上装杠杆表,使其触头有一回转半径!,在反拷块工作面上第一次轮表找出高点记下表头读数和坐标"(设定反拷块工作面与"坐标方向垂直)。然后在反拷块工作台上贴一块规,主轴回转180',在块规上第二次轮表,移动坐标使高点读数与第一次相同,记下坐标"2,则主轴轴心与反拷块刃口重合时的坐标为必须指出反拷块重磨后上述"值应重测。

  算出坐标".值后可根据已知的放电间隙,按坐标值控制电极的尺寸。

  当一个新安装的反拷块拷出第一根电极后还可以利用实测电极尺寸推算出反拷下一个电极时的坐标一已知的第一根电极直径一直径为I的电极反拷时最终坐标——下一个需反拷电极直径——下一个需反拷电极反拷时最终坐标上式只有当两个电极的精拷规准相同时才适用,否则应修正间隙差。也未考虑反拷块的损耗。

  坐标法控制电极尺寸,精度可达0.005 +0.01mm适用于粗、中加工用电极的反拷以及精加工电极的预加工尺寸控制。精加工电极最终尺寸控制要通过坐标法和光学测量法两者结合来实现。

  1.5.2光学测量法对中显微镜分划板应为十“字刻线)通过支架固定在工作台上。测量前用汽油浸洗将电极表面去油以避免杂光干扰提高测量精度。如1所示测I量时将光轴垂直于一个坐标(如(轴),另一坐标(如"轴佣于对焦。调到电极边缘影像清晰即把"坐标锁住。然后移动(坐标进行光屏读数。方法是:用显微镜分划板上的刻线瞄准电极一侧边界影像,读出移动(坐标,瞄准电极另一侧边界影像,读出((。

  ((-(I的绝对值即为电极直径。

  如对中显微镜不带专用光源,则需临时加上光源和罩子(见1)。使用这种漫反射光测量,由于电极表面的光晕现象,边界呈现亮带,使扣线读数值偏大。而若在电极背面衬以绿色反射板,则又因为光衍射作用使扣线读数值偏小。为解决这一问题,可先后采用两种方法扣线再调整坐标取其中间位置读数值。

  熟练掌握上述反拷及测量要领可使电极尺寸精度达到0.002+0.005mn(包括锥度在内)。

  1.6异形电极的制作异形电极的材料多为紫铜与铜钨合金。形状简单的电做方形、三角形等)都可利用相应的夹具在传统机床上制作。数控机床的普及为制作各种复杂形状电极带来极大方便而3R系列夹具及ER0WA系列夹具则达到了更高的重复定位精度。在无法使用机械加工法的(如电极尺寸太小),也可采用线电极切割或电火花反拷加工方式。

  用反拷法制作异形电极,在制作异形电极前用拼装法制作各种异形反拷拼块。拼块的工作部分多采用铜钨合金制成,其型孔即为待制作电极的断面形状。

  拼块经精加工后装在基座上,根据待反拷的电极尺寸对拼块进行调整。拼块的型孔尺寸应根据电极尺寸及所用规准的放电间隙进行推算或试验后确定。若当用反拷拼块制作加工用的电极所用的加工规准与以后基于多体运动学理论的齿轮测量中心几何结构建模分析范晋伟刘宏旭胡勇谷志敏(北京工业大学机电学院;北京100022础,计及测量中心自身的27项几何结构误差参数和运动误差参数,推导出齿轮精密测量方程式和理想测量方程式,为齿轮测量结果的误差补偿和仿真分析作了必要准备。

  齿轮测量仪是生产各种齿轮的必音高精度检测设音对提高精密齿轮的质量具有重要意义。大型齿轮测量中心属于数控机械设音,由于零件误差、装配误差、设音环境、工作状况和载荷情况的影响,它的测量结果不可避免地存在着误差。本研究就是针对如何克服几何结构误差和运动误差对齿轮测量中心测量精度的影响从而提高齿轮测量中心的测量精度而提出的。

  在本文的研究中系统地对3920型大型齿轮测量中心的几何结构误差进行了描述,建立了测量中心的几何拓扑结构。应用多体运动学理论与拓扑分析方法建立齿轮测量中心的几何运动误差数学模型,推导出齿轮用该电极加工工件所用的加工规准相同时,则反拷拼块的型孔尺寸可以按照被加工工件所要求的型孔名义尺寸给定。2为四种异形电极的反拷拼块图形。其中双点划线为电极毛坯轮廓,斜线部分为反拷制作出的电极截面形状。

  反拷拼块调好之后安装在电加工机床上。为使其中心线与机床的主轴轴心线重合,可对拼块基座的外圆或拼块上相应的基准面用轮表法确定。如2d的精密测量方程式和理想测量方程式。通过这两个方程式我们可以对齿轮测量结果进行误差补偿计算和仿真分析。

  1多体拓扑结构分析方法多体系统理论研究对象有开环系统和闭环系统两大类。开环系统是最基本的多体系统形式,闭环系统可以通过附加特定的约束条件而转化为开环系统。在此;将引入多体理论分析方法进行齿轮测量中心的几何误差建模分析。由机身、立柱、测量臂、转台、测头等部件构成的测量中心可以视为典型的多体系统,可以三叶电极其拼块是三块相同尺寸的菱形块,在工具显微镜下拼装而成。找正中心坐标是在菱形块组成的正六边形上轮表实现的。

  反拷加工制作电极时主轴不旋转。

  (待续)(编辑宋业钓)(收稿曰期2006文草编号:7222如果您想发表对本文的看法,请将文章编号填入读者意见调查表中的相应位置。

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