第8讲-电火花成型机床的操作基础

模具制造工艺王建荣第8讲电火花成型机床的操作基础TELMAIL：JIANRONG.W@163.COM2017～2018第2学期版本号:第1版第8讲电火花成型机床的操作基础第8讲主要内容1电极的装夹2电极的校正3高精度电极装夹系统简介4方形电极装夹5圆形电极装夹6标准电极装夹7工件的装夹8工件的校正9加工规准转换10加工实例11电火花加工中应注意的问题电极在安装时，一般使用通用夹具或专用夹具直接将电极装夹在机床主轴的下端。常用装夹方法有下面3种：第8讲电火花成型机床的操作基础1电极的装夹标准套筒钻夹头装夹螺纹连接电极在安装时，一般使用通用夹具或专用夹具直接将电极装夹在机床主轴的下端。常用装夹方法有下面几种：第8讲电火花成型机床的操作基础1电极的装夹标准套筒钻夹头装夹螺纹连接123镶拼式电极的装夹，（1）用连接板将几块电极拼接成所需的整体，然后再用机械方法固定；（2）用聚氯乙烯醋酸溶液或环氧树脂粘合。（3）在拼接时各结合面需平整密合，然后再将连接板连同电极一起装夹在电极柄上。第8讲电火花成型机床的操作基础1电极的装夹3用连接板将几块电极拼接成所需的整体聚氯乙烯醋酸溶液或环氧树脂粘合石墨电极的装夹由于石墨较脆，故不宜攻螺孔，因此可用螺栓或压板将电极固定于连接板上。第8讲电火花成型机床的操作基础1电极的装夹4石墨电极的装夹（2）不论是整体的或拼合的电极，都应使石墨压制时的施压方向与电火花加工时的进给方向垂直。第8讲电火花成型机床的操作基础1电极的装夹4石墨压制时的施压方向不合理的拼合合理的拼合电极装夹到主轴上后，必须进行校正，一般的校正方法有：（1）根据电极的侧基准面，采用千分表找正电极的垂直度。第8讲电火花成型机床的操作基础2电极的校正用千分表校正电极垂直度图（2）电极上无侧面基准时，将电极上端面作辅助基准找正电极的垂直度。第8讲电火花成型机床的操作基础2电极的校正型腔加工用电极校正瑞士EROWA公司生产出一种高精度电极夹具，可以有效地实现电极快速装夹与校正。不仅可以在电火花加工机床上使用，还可以在车床、铣床、磨床、线切割等机床上使用，因而可以实现电极制造和电极使用的一体化，使电极在不同机床之间转换时不必再费时去找正。第8讲电火花成型机床的操作基础3高精度电极装夹系统简介电极装夹系统的卡盘通过夹紧插销与定位板连接，在卡盘外部有两种相互垂直的基准面，当卡盘装夹在机床主轴头上时，该基准面分别与机床的X、Y轴平行。在基准面下面又有四个分别与基准面垂直的定心菱形体。第8讲电火花成型机床的操作基础3高精度电极装夹系统简介当电极及定位板与卡盘连接时，四个定心棱形体插入定心板上相应的四个定心槽中进行定位，并由夹紧插销进行夹紧，定位板上的四个支承脚起限位作用。电极可以直接装在定位板上电极可以直接装在定位板上方形电极夹如图所示，有不同的规格。插在电极夹方孔中的电极柄是经过专门精密加工制作而成的。第8讲电火花成型机床的操作基础4方形电极装夹它可以直接作为制造电极的坯料(如图(a)所示)，也可以只作为专门的电极柄。专门的电极柄与电极可以用焊接或粘结的方法固定(如图(b)所示)，也可以用螺钉进行机械固定(如图(c)所示)。圆形电极夹的结构如图(a)所示，电极夹安装在定位板上。在圆形电极夹的内孔中装入像大多数数控铣床一样的弹簧套筒夹头(如图(b)所示)，可用来装夹圆形电极。图(c)所示为精密钻夹头，可装入圆形电极夹的内孔中，钻夹头可以夹持的范围为0.2～3.1mm，一般用来装夹直径很小的电极。第8讲电火花成型机床的操作基础5圆形电极装夹电极柄插入内正方后，用固紧螺钉锁紧，如果电极中心需要与电极夹中心重合时，可在内正方的固定基准两边内插入垫片以调整中心。图4-39(c)所示为U形块电极夹。第8讲电火花成型机床的操作基础6标准电极装夹小型万用块电极夹:它具有51mm×51mm的基面，在底部有相距40mm的两个M6螺钉，用来将电极坯料固定在万用块电极夹的基面上。方形块电极夹：它具有边长26.5mm的内正方，侧面带有两个固紧螺钉，适合装夹电极柄直径(或方径)最大为25mm的电极坯料。它具有20mm的内槽和两个固紧螺钉，适合装夹最大柄宽为20mm的电极，插入电极后，用固紧螺钉锁紧，如电极柄较薄需要调整中心时，可在内槽的固定基准一侧插入垫片以调整电极中心。第8讲电火花成型机床的操作基础6标准电极装夹电极柄插入内正方后，用固紧螺钉锁紧，如果电极中心需要与电极夹中心重合时，可在内正方的固定基准两边内插入垫片以调整中心。图所示为U形块电极夹。坯料电极夹。这是一个未做加工的电极夹，可根据电极的形状、尺寸和装夹方式随意制造。第8讲电火花成型机床的操作基础6标准电极装夹V型块电极夹。它具有两个相互垂直的基准面，夹紧螺钉设置在外侧的对角线处，适合装夹圆形、方形、菱形体的小型电极，电极中心到基准面的距离最大为10mm，如需要调整电极中心，可在基准面处插入垫片。第8讲电火花成型机床的操作基础7工件的装夹电火花加工工件的装夹与机械切削机床相似，但由于电火花加工中的作用力很小，因此工件更容易装夹。压板安装工件磁性吸盘安装工件：吸盘上有一个内六角孔供插入扳手，转动扳手可以让磁力吸住工件。也可以用虎钳等将工件固定在机床工作台上。第8讲电火花成型机床的操作基础8工件的校正多数用百分表来校正，使工件的基准面分别与机床的X、Y轴平行。电极相对于工件定位是指将已安装校正好的电极对准工件上的加工位置，以保证加工的孔或型腔在凹模上的位置精度。习惯上将电极相对于工件的定位过程称为找正。第8讲电火花成型机床的操作基础8工件的校正电火花机床都有接触感知功能，通过接触感知功能能较精确地实现电极相对工件的定位。以工件的分中方法为例说明接触感知功能找正的具体方法。利用数控电火花成型机床的MDI功能手动操作实现电极定位于型腔的中心，具体方法如下。第8讲电火花成型机床的操作基础8工件的校正(1)将工件型腔、电极表面的毛刺去除干净，手动移动电极到型腔的中间，执行如下指令：G80X－；G92G54X0；/一般机床将G54工作坐标系作为默认工作坐标系，故G54可省略M05G80X＋；M05G82X；/移到X方向的中心G92X0G80Y－；G92Y0；M05G80Y＋；M05G82Y；/移到Y方向的中心G92Y0；第8讲电火花成型机床的操作基础8工件的校正(2)通过上述操作，电极找到了型腔的中心。但考虑到实际操作中由于型腔、电极有毛刺等意外因素的影响，应确认找正是否可靠。方法为：在找到型腔中心后，执行如下指令：G92G55X0Y0；/将目前找到的中心在G55坐标系内的坐标值也设定为X0Y0然后再重新执行前面的找正指令，找到中心后，观察G55坐标系内的坐标值。如果与刚才设定的零点相差不多，则认为找正成功；若相差过大，则说明找正有问题，必须接着进行上述步骤，至少保证最后两次找正位置基本重合。目前生产的部分电火花成型机床有找中心按钮，这样可以避免手动输入过多的指令，但同样要多次找正，至少保证最后两次找正位置基本重合。第8讲电火花成型机床的操作基础9加工规准转换电火花加工中，在粗加工完成后，再使用其他规准加工，使工件粗糙度逐步降低，逐步达到加工尺寸。在加工中，规准的转换还需要考虑其他因素，如加工中的最大加工电流要根据不同时期的实际加工面积确定并进行调节，但总体上讲有一些共同点。第8讲电火花成型机床的操作基础9加工规准转换1．掌握加工余量这是提高加工质量和缩短加工时间的最重要环节。一般来说，分配加工余量要做到事先心中有数，在加工过程中只进行微小的调整。表面粗糙度Ra/μm最小加工余量低损耗规准的范围(θ<1%)50～25～110.20～0.400.10～0.200.05～0.100.05以下加工余量的控制，主要从粗糙度和电极损耗两方面来考虑。在一般型腔低损耗(θ<1%)加工中能达到的各种表面粗糙度与最小加工余量有一定的规律(如表所示)。在加工中必须使加工余量不小于最小加工余量。若加工余量太小，则最后粗糙度加工不出或者工件达不到规定的尺寸。第8讲电火花成型机床的操作基础9加工规准转换2．粗糙度逐级逼近电规准转换的另一个要点是使粗糙度逐级逼近，非常忌讳粗糙度转换过大，尤其是要防止在损耗明显增大的情况下又使粗糙度差别很大。这样电极损耗的痕迹会直接反映在电极表面上，使最后加工粗糙度变差。粗糙度逐级逼近是降低粗糙度的一种经济有效的方法，否则将使加工质量变差，效率变低。低损耗加工时粗糙度转换可以大一些。转换规准的时机是必须把前一电规准的粗糙表面全部均匀修光并达到一定尺寸后才进行下一电规准的加工。第8讲电火花成型机床的操作基础9加工规准转换3．尺寸控制加工尺寸控制也是规准转换时应予充分注意的问题之一。一般来说，X、Y平面尺寸的控制比较直观，并可以在加工过程中随时进行测量；加工深度的控制比较困难，一般机床只能指示主轴进给的位置，至于实际加工深度还要考虑电极损耗和电火花间隙。因此在一般情况下深度方向都加工至稍微超过规定尺寸，然后在加工完之后，再将上平面磨去一部分。近年来新发展研制的数控机床，有的具有加工深度的显示，比较高级的机床其显示的深度还自动地扣除了放电间隙和电极损耗量。第8讲电火花成型机床的操作基础9加工规准转换4．损耗控制在理想的情况下，当然最好是在任何粗糙度时都用低损耗规准加工，这样加工质量比较容易控制，但这并不是在所有情况下都能够办到的。同时由于低损耗加工的效率比有损耗加工要低，故对于某些要求并不太高而加工余量又很大的工件，其电极损耗的工艺要求可以低一些。有的加工，由于工艺条件或者其他因素，其电极损耗很难控制，因此要采取相应的措施才能完成一定要求的放电加工。第8讲电火花成型机床的操作基础9加工规准转换4．损耗控制(1)用石墨电极作粗加工时，电极损耗一般可以达到1%以下。(2)用石墨电极采用粗、中加工规准加工得到的零件的最小粗糙度Ra能达到3.2μm，但通常只能在6.3μm左右。(3)若用石墨作电极且加工零件的表面粗糙度Ra<3.2μm，则电极损耗约在15%～50%之间。(4)不管是粗加工还是精加工，电极角部损耗比上述还要大。粗加工时，电极表面会产生缺陷。(5)紫铜电极粗加工的电极损耗量也可以低于1%，但加工电流超过30A后，电极表面会产生起皱和开裂现象。(6)在一般情况下用紫铜作电极采用低损耗加工规准进行加工，零件的表面粗糙度Ra可以达到3.2μm左右。(7)紫铜电极的角损耗比石墨电极更大。第8讲电火花成型机床的操作基础9加工规准转换4．损耗控制石墨电极低损耗加工粗糙度Ra一般达到6.3μm左右，转向有损耗加工时其加工余量一般控制在0.20mm以下，这样就可以使总的电极损耗量小于0.20mm。当然形状不同，加工工艺条件不同，低损耗规准的要求也不一样。例如，形状简单的型腔的低损耗规准与窄槽等的低损耗规准就不一样，转换规准时机也不一样，前者Ton/Ip值可以小一些，后者则要大一些；前者在损耗值允许时，可以在粗糙度较大的情况下转换为有损耗加工，后者则为了保证成型精度，应当尽可能用低损耗规准加工到较小的粗糙度。紫铜电极加工时，除了要控制Ton/Ip值外，还要注意加工电流不要太大。规准转换时要使低损耗加工粗糙度达到尽量小的等级，使精加工损耗量减少到最低限度。第8讲电火花成型机床的操作基础10加工实例一个电极的精加工(本实例所用机床为SodickA3R，其控制电源为ExcellenceXI)。加工条件：1.电极/工件材料：Cu/St(45钢)2.加工表面粗糙度：Rmax6μm3.电极减寸量(即减小量)：0.3mm/单侧4.加工深度：5.0±0.015.加工位置：工件中心单电极加工时的加工条件及加工图形如图所示。第8讲电火花成型机床的操作基础10加工实例H0000=+00005000；/加工深度N0000；G00G90G54XYZl.0；/加工开始位置，Z轴距工件表面距离为1.0mmG24；/高速跃动G01C170LN002STEPl0Z330-H000M04；/以C170条件加工至距离底面0.33mm，M04然后返回加工开始位置G01C140LN002STEP134Z156-H000M04；/以C140条件加工至距离底面0.156mm加工程序：第8讲电火花成型机床的操作基础10加工实例G01C220LN002STEP196Z096-H000M04;/以C220条件加工至距离底面0.096mmG01C210LN002STEP224Z066-H000M04;/以C210条件加工至距离底面0.066mmG01C320LN002STEP256Z040-H000M04;/以C320条件加工至距离底面0.040mmG01C300LN002STEP280Z020-H000M04；/以C300条件加工至距离底面0.020mmM02;/加工完了加工程序：第8讲电火花成型机床的操作基础10加工实例(1)本程序为SodickA3R机床的程序，加工前根据具体的加工要素(如加工工件的材料、电极材料、加工要求达到的表面粗糙度、采用的电极个数等)在该机床的操作说明书上选用合适的加工条件。本加工选用的加工条件如表所示。程序分析：C代码ONIPHPPPZ轴进给余量/μm摇动步距/μm33010156134C22013035110Z096196C21012025110Z066224C32008025110Z040256C30005015210Z020280第8讲电火花成型机床的操作基础10加工实例(2)由表4-3所示的加工条件表可以看出：加工中峰值电流(IP)、脉冲宽度(ON)逐渐减小，加工深度逐渐加深，摇动的步距逐渐加大。即加工中首先是采用粗加工规准进行加工，然后慢慢采用精加工规准进行精修，最后得到理想的加工效果。(3)最后采用的加工条件为C300，摇动量为280μm，高度方向上电极距离工件底部的余量为20μm。由此分析可知，在该加工条件下机床的单边放电间隙为20μm。程序分析：第8讲电火花成型机床的操作基础11电火花加工中应注意的问题1．加工精度问题 加工精度主要包括“仿形”精度和尺寸两个方面。所谓“仿形”精度，是指电加工后的型腔与加工前工具电极几何形状的相似程度。 影响“仿形”精度的因素有：

(1)使用平动头造成的几何形状失真，如很难加工出清角，尖角变圆等。

(2)工具电极损耗及“反粘”现象的影响。第8讲电火花成型机床的操作基础11电火花加工中应注意的问题加工精度主要包括“仿形”精度和尺寸两个方面。所谓“仿形”精度，是指电加工后的型腔与加工前工具电极几何形状的相似程度。

1.影响“仿形”精度的因素有：(1)使用平动头造成的几何形状失真，如很难加工出清角，尖角变圆等。(2)工具电极损耗及“反粘”现象的影响。(3)电极装夹校正装置的精度和平动头、主轴头的精度以及刚性影响。(4)规准选择转换不当，造成电极损耗增大。第8讲电火花成型机床的操作基础11电火花加工中应注意的问题2.影响尺寸精度的因素有：(1)操作者选用的电规准与电极缩小量不匹配，以致加工完成以后，使尺寸精度超差。(2)在加工深型腔时，二次放电机会较多，使加工间隙增大，以致侧面不能修光，或者即使能修光，也超出了图纸尺寸。(3)冲油管的放置和导线的架设存在问题。导线与油管产生阻力，使平动头不能正常进行平面圆周运动。(4)电极制造误差。(5)主轴头、平动头、深度测量装置等机械误差。第8讲电火花成型机床的操作基础11电火花加工中应注意的问题3.表面粗糙度问题(1)电极对工作台的垂直度没校正好，使电极的一个侧面成了倒斜度，这样相对应模具侧面的上部分就会修不光。(2)主轴进给时，出现扭曲现象，影响了模具侧表面的修光。(3)