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項目二電火花加工模具錐孔面項目二電火花加工模具錐孔面學(xué)習(xí)任務(wù)一工件與電極的準(zhǔn)備學(xué)習(xí)任務(wù)二電極的精確定位知識目標(biāo)1.掌握常用電極材料性能2.掌握電極的結(jié)構(gòu)設(shè)計3.掌握電極的制造方法4.掌握常用的ISO代碼5.理解影響加工速度的因素6.理解影響表面質(zhì)量的因素能力目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)1.能熟練裝夾和校正電極2.能精確進行電極定位1.培養(yǎng)安全規(guī)范生產(chǎn)意識2.形成嚴(yán)謹認真的工作作風(fēng)3.培養(yǎng)舉一反三的學(xué)習(xí)能力項目二電火花加工模具錐孔面工件是電火花加工的加工對象,電極是電火花加工不可缺少的工具之一。電火花加工通常是整個零件加工中的最后一道工序或者接近最后一道工序,它的加工質(zhì)量將影響到工件的最終質(zhì)量,所以在加工前必須做好工件和電極的準(zhǔn)備工作。任務(wù)導(dǎo)入掌握工件的準(zhǔn)備工作掌握常用電極材料性能掌握電極的結(jié)構(gòu)形式掌握電極的制造方法
知識目標(biāo)1
能力目標(biāo)2
素質(zhì)目標(biāo)3培養(yǎng)嚴(yán)謹認真的工作作風(fēng)能夠設(shè)計電極的結(jié)構(gòu)任務(wù)目標(biāo)知識鏈接一、工件的準(zhǔn)備(1)所留余量要均勻、合適,否則會造成電極損耗不均勻,影響表面加工精度和表面粗糙度。(2)對于一些形狀復(fù)雜的型腔,預(yù)加工比較困難,可直接進行電火花加工。(3)在缺少通用夾具的情況下,在預(yù)加工中需要將工件多次裝夾。(4)預(yù)加工后使用的電極上可能有銑削等加工痕跡,如用該電極進行精加工,則可能影響到工件的表面粗糙度。(5)預(yù)加工過的工件進行電火花加工時,在起始階段加工穩(wěn)定性可能存在問題。1.工件的預(yù)加工2.基準(zhǔn)面要加工的工件必須有一個相對于其他形狀、孔或表面,容易定位的基準(zhǔn)面,這個基準(zhǔn)面必須精密加工。通常,基準(zhǔn)面從水平或垂直的兩個面中選取或者從中心孔和一個底面選取。3.熱處理工件在預(yù)加工后,便可進行淬火、回火等熱處理,即熱處理工序盡量安排到電火花加工前,因為這樣可避免熱處理變形對電火花加工尺寸精度、型腔的變形等的影響。熱處理安排在電火花加工前也有它的弱點,如:電火花加工將淬火表層加工掉一部分,影響了熱處理的質(zhì)量和效果。所以,有些型腔模安排在熱處理前進行電火花加工,這樣型腔加工后的鉗工拋光容易,并且淬火時的淬透性也較好。由上可知,在生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)實際情況,恰當(dāng)?shù)匕才艧崽幚淼墓ば颉?.其他工序在電火花加工前,必須對工件進行除銹去磁,以免加工過程中工件吸附鐵屑引起拉弧燒傷,影響成形表面的加工質(zhì)量。一、工件的準(zhǔn)備1.電極材料的選用電極材料電加工性能機加工性能說明穩(wěn)定性電極損耗紫銅好較大較差磨削困難,難與凸模連接后同時加工黃銅好大尚好電極損耗太大石墨尚好小尚好機械強度較差,易崩角鋼較差中等好在選擇電規(guī)準(zhǔn)時注意加工穩(wěn)定性鑄鐵一般中等好加工冷沖模時常用的電極材料銅鎢合金好小尚好價格貴,在深孔、直壁孔、硬質(zhì)合金模具加工中使用銀鎢合金好小尚好價格貴,一般少用目前常用的電極材料為紫銅(純銅)和石墨。電火花加工常用電極材料的性能2.電極的結(jié)構(gòu)形式一個完整的電極由產(chǎn)品形狀部分、火花位、打表分中位、避空直身位(俗稱沖水位)、基準(zhǔn)角組成。電極結(jié)構(gòu)根據(jù)電極結(jié)構(gòu)的合并與否,電極通常又分整體式電極(俗稱整公)和分散式電極(俗稱散公)固定用螺孔固定板電極整體式電極組合式電極鑲拼式電極3.電極的制造(1)切削加工銅電極銑削加工石墨電極銑削加工在用混合法穿孔加工沖模的凹模時,為了縮短電極和凸模的制造周期,保證電極與凸模的輪廓一致,通常采用電極與凸模聯(lián)合成形磨削的方法。電極與凸模粘結(jié)(2)線切割加工機械加工線切割加工(3)電鑄加工電鑄方法主要用來制作大尺寸電極,特別是在板材沖模領(lǐng)域。使用電鑄制作出來的電極的放電性能特別好。任務(wù)實施一、工藝分析工序工序名稱工序內(nèi)容工序1工件準(zhǔn)備對工件進行預(yù)加工,將工件除磁去銹工序2工件裝夾將工件裝夾到工作臺上工序3工件校正對工件進行平行度和垂直度校正工序4電極結(jié)構(gòu)設(shè)計對電極進行結(jié)構(gòu)設(shè)計工序5電極裝夾將電極裝夾到機床主軸上工序6電極校正對電極進行平行度和垂直度校正工序7電極與工件定位將電極定位到工件待加工部位上方工序8加工選擇合適的加工參數(shù)進行加工工序9加工后檢驗對加工完成部位進行檢驗二、工件準(zhǔn)備1.工件預(yù)加工通過分析零件尺寸、形狀、位置等要求,可知錐孔面采用電火花加工,其余部分仍然用機械加工的方法,因此對工件進行預(yù)加工2.工件的裝夾與校正預(yù)加工后的工件將工件去除毛刺,除磁去銹,按前述任務(wù)的操作方法用永磁吸盤裝夾在電火花機床工作臺上,使工件的定位基準(zhǔn)面分別與機床的工作臺面、機床的X軸、機床的Y軸平行。三、電極的準(zhǔn)備1.電極的結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)本任務(wù)加工要求,電極材料選擇紫銅。電極的結(jié)構(gòu)設(shè)計要考慮電極的裝夾與校正。序號名稱作用1產(chǎn)品形狀部分直接加工部分,用于成形錐孔面2避空直身位錐孔位置較深,電極需伸入孔中,同時產(chǎn)品形狀部分細長,為提高強度,增加該位置直徑3打表分中位電極為圓柱,實際加工時難以校正電極垂直度,設(shè)打表分中位方便進行電極校正4裝夾部分便于電極與機床主軸進行裝夾5基準(zhǔn)角方便識別電極方向2.電極的裝夾與校正
將電極裝夾在電極夾頭上,關(guān)掉火花機的接觸感知開關(guān),先用目測法大致校正電極,然后將校表表座吸在工作臺上,分別調(diào)整電極旋轉(zhuǎn)角度、電極左右方向、前后方向,直到完全校正方可。任務(wù)拓展電火花成形加工的加工速度,是指在一定電規(guī)準(zhǔn)下,單位時間內(nèi)工件被蝕除的體積V或質(zhì)量m。一般常用體積加工速度(mm3/min)來表示,有時為了測量方便,也用質(zhì)量加工速度(g/min)表示。電火花成形加工的加工速度分別為:
粗加工(加工表面粗糙度為10~20μm)時可達200~300mm3/min,
半精加工(加工表面粗糙度為2.5~10μm)時降低到20~100mm3/min,
精加工(加工表面粗糙度為0.32~2.5μm)時一般在10mm3/min以下。一、加工速度任務(wù)拓展
二、影響加工速度的因素影響加工速度的因素分電參數(shù)和非電參數(shù)兩大類。電參數(shù)主要是指電壓脈沖寬度ti、電流脈沖寬度te、脈沖間隔t0、脈沖頻率f、峰值電流?e、峰值電壓?i和極性等;非電參數(shù)包括加工面積、深度、工作液種類、沖油方式、排屑條件及電極的材料、形狀等。1.電參數(shù)的影響(1)脈沖寬度對加工速度的影響單個脈沖能量的大小是影響加工速度的重要因素。對于矩形波脈沖電源,當(dāng)峰值電流一定時,脈沖能量與脈沖寬度成正比。脈沖寬度增加,加工速度隨之增加,因為隨著脈沖寬度的增加,單個脈沖能量增大,使加工速度提高。但若脈沖寬度過大,加工速度反而下降。這是因為單個脈沖能量雖然增大,但轉(zhuǎn)換的熱能有較大部分散失在電極與工件之中,不起蝕除作用。同時,在其它加工條件相同時,隨著脈沖能量過分增大,蝕除產(chǎn)物增多,排氣排屑條件惡化,間隙消電離時間不足導(dǎo)致拉弧,加工穩(wěn)定性變差等。因此加工速度反而降低。(2)脈沖間隔對加工速度的影響在脈沖寬度一定的條件下,若脈沖間隔減小,則加工速度提高。這是因為脈沖間隔減小導(dǎo)致單位時間內(nèi)工作脈沖數(shù)目增多、加工電流增大,故加工速度提高;但若脈沖間隔過小,會因放電間隙來不及消電離引起加工穩(wěn)定性變差,導(dǎo)致加工速度降低。1.電參數(shù)的影響(3)峰值電流的影響
當(dāng)脈沖寬度和脈沖間隔一定時,隨著峰值電流的增加,加工速度也增加。因為加大峰值電流,等于加大單個脈沖能量,所以加工速度也就提高了。但若峰值電流過大(即單個脈沖放電能量很大),加工速度反而下降。
此外,峰值電流增大將降低工件表面粗糙度和增加電極損耗。在生產(chǎn)中,應(yīng)根據(jù)不同的要求,選擇合適的峰值電流。1.電參數(shù)的影響2.非電參數(shù)的影響(1)加工面積的影響加工面積較大時,它對加工速度沒有多大影響。但若加工面積小到某一臨界面積時,加工速度會顯著降低,這種現(xiàn)象叫做“面積效應(yīng)”。因為加工面積小,在單位面積上脈沖放電過分集中,致使放電間隙的電蝕產(chǎn)物排除不暢,同時會產(chǎn)生氣體排除液體的現(xiàn)象,造成放電加工在氣體介質(zhì)中進行,因而大大降低加工速度。(2)排屑條件的影響①沖(抽)油的影響圖(a)、(b)為沖油式,較易實現(xiàn),排屑沖刷能力強,一般常采用,但電蝕產(chǎn)物仍通過已加工區(qū),稍影響加工精度;圖(c)、(d)為抽油式,在加工過程中,分解出來的氣體易積聚在抽油回路的死角處,遇電火花引燃會爆炸“放炮”,因此,一般用得較少,但在要求小間隙、精加工時也有使用的。2.非電參數(shù)的影響
在加工中對于工件型腔較淺或易于排屑的型腔,可以不采取任何輔助排屑措施。但對于較難排屑的加工,不沖(抽)油或沖(抽)油壓力過小,則因排屑不良產(chǎn)生的二次放電的機會明顯增多,從而導(dǎo)致加工速度下降;但若沖油壓力過大,加工速度同樣會降低。這是因為沖油壓力過大,產(chǎn)生干擾,使加工穩(wěn)定性變差,故加工速度反而會降低。②“抬刀”對加工速度的影響同樣加工深度時,采用自適應(yīng)“抬刀”比定時“抬刀”需要的加工的時間短,即加工速度高。同時,采用自適應(yīng)“抬刀”,加工工件質(zhì)量好,不易出現(xiàn)拉弧燒傷。2.非電參數(shù)的影響(3)電極材料和加工極性的影響在電參數(shù)選定的條件下,采用不同的電極材料與加工極性,加工速度也大不相同。由圖可知,采用石墨電極,在同樣加工電流時,正極性比負極性加工速度高。在加工中選擇極性,不能只考慮加工速度,還必須考慮電極損耗。如用石墨做電極時,正極性加工比負極性加工速度高,但在粗加工中,電極損耗會很大。故在不計電極損耗的通孔加工、取折斷工具等情況,用正極性加工;而在用石墨電極加工型腔的過程中,常采用負極性加工。從圖中還可看出,在同樣加工條件和加工極性情況下,采用不同的電極材料,加工速度也不相同。例如,中等脈沖寬度、負極件加工時,石墨電極的加工速度高于銅電極的加工速度。在脈沖寬度較窄或很寬時,銅電極加工速度高于石墨電極。此外,采用石墨電極加工的最大加工速度,比用銅電極加工的最大加工速度的脈沖寬度要窄。2.非電參數(shù)的影響(4)工件材料的影響
在同樣加工條件下,選用不同工件材料,加工速度也不同。這主要取決于工件材料的物理性能(熔點、沸點、比熱、導(dǎo)熱系數(shù)、熔化熱和汽化熱等)。
一般說來,工件材料的熔點、沸點越高,比熱、熔化潛熱和氣化潛熱越大,加工速度越低,即越難加工。如加工硬質(zhì)合金鋼比加工碳素鋼的速度要低40~60%。對于導(dǎo)熱系數(shù)很高的工件,雖然熔點、沸點、熔化熱和氣化熱不高,但因熱傳導(dǎo)性好,熱量散失快,加工速度也會降低。2.非電參數(shù)的影響(5)工作液的影響
在電火花加工中,工作液的種類、粘度、清潔度對加工速度有影響。
目前電火花成形加工主要采用油類作為工作液,粗加工時采用的脈沖能量大、加工間隙也較大、爆炸排屑拋出能力強,往往選用介電性能、粘度較大的機油,且機油的燃點較高,大能量加工時著火燃燒的可能性小;而在中、精加工時放電間隙比較小,排屑比較困難,故一般選用粘度小、流動性好、滲透性好的煤油作為工作液,但考慮到實際加工的方便性,一般均采用火花油或煤油做為工作介質(zhì)。
水的絕緣性能和粘度較低,在同樣加工條件下,和煤油相比,水的放電間隙較大,對通道的壓縮作用差,蝕除量較少,且易銹蝕機床,但經(jīng)過采用各種添加劑,可以改善其性能。研究成果表明,水基工作液在粗加工時的加工速度可大大高于煤油,但在大面積精加工中取代煤油還有一段距離。對于電火花線切割而言,低速單向走絲選用去離子水作為工作介質(zhì),而高速往復(fù)走絲則采用乳化液、水基工作液或復(fù)合工作液等水溶性工作介質(zhì)。
綜上所述,工作液對加工速度的影響,就工作液的種類來說,其對應(yīng)的加工速度大致順序是:
高壓水>(煤油+機油)>煤油>酒精水溶液。在電火花成形加工中,應(yīng)用最多的工作液是煤油。2.非電參數(shù)的影響在電火花加工中,電極與加工工件之間相對定位的準(zhǔn)確程度直接決定加工的精度。目前生產(chǎn)的大多數(shù)電火花機床都有接觸感知功能,通過接觸感知功能可精確地實現(xiàn)電極相對工件的定位。任務(wù)導(dǎo)入1.掌握常用的ISO代碼2.掌握電極精確定位的方法
知識目標(biāo)1
能力目標(biāo)2
素質(zhì)目標(biāo)3培養(yǎng)安全規(guī)范的生產(chǎn)意識能夠?qū)﹄姌O進行精確定位任務(wù)目標(biāo)數(shù)控電火花加工編程有自動編程和手工編程兩種方法。(1)自動編程數(shù)控電火花自動編程是通過數(shù)控電火花加工機床系統(tǒng)的智能編程軟件,以人機對話方式確定加工對象和加工條件,自動進行運算并生成程序指令的過程,自動編程是只要輸入如加工開始位置、加工方向、加工深度、電極縮放量、表面粗糙度要求、平動方式、平動量等條件,系統(tǒng)即可自動生成數(shù)控程序。(2)手工編程手工編程是指由人工完成數(shù)控編程中各個階段工作的過程。編程時加工的軌跡、加工的參數(shù)均由人為指定來完成。知識鏈接一、數(shù)控電火花加工編程的方法二、數(shù)控電火花編程常識1.機床坐標(biāo)軸(1)面對工作臺左右方向為X軸,右邊為X軸的正向,左邊為X軸的負向。(2)面對工作臺前后方向為Y軸,前面為Y軸的正向,后面為Y軸的負向。(3)主軸頭運行的上下方向為Z軸,向上為Z軸的正向,向下為Z軸的負向。(4)圍繞X軸旋轉(zhuǎn)的圓周進給坐標(biāo)軸為A軸,逆時針為正向,順時針為負向。(5)圍繞Y軸旋轉(zhuǎn)的圓周進給坐標(biāo)軸為B軸,逆時針為正向,順時針為負向。(6)圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)的圓周進給坐標(biāo)軸為C軸,逆時針為正向,順時針為負向。若機床的Z軸可以連續(xù)轉(zhuǎn)動但不是數(shù)控的,如電火花打孔機,則不能稱為C軸、只能稱為R軸。2.坐標(biāo)系坐標(biāo)系分為機械坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系。(1)機械坐標(biāo)系機械坐標(biāo)系是用來確定工件坐標(biāo)系的基本坐標(biāo)系,機械坐標(biāo)系的零點稱為機械原點。機械原點的位置一般由機床參數(shù)設(shè)定,一經(jīng)設(shè)定這個零點便被確定下來維持不變,不會因斷電或改變工件坐標(biāo)值等原因而改變。(2)工件坐標(biāo)系工件坐標(biāo)系是在機床己經(jīng)建立了機械坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上,根據(jù)編程需要在工件或其他地方選定某一己知點設(shè)定零點建立的坐標(biāo)系。工件坐標(biāo)系的零點稱為工件零點。3.數(shù)控電火花程序的構(gòu)成一般來說,數(shù)控電火花加工程序是由遵循一定結(jié)構(gòu)、句法和格式規(guī)則的多個程序段組成的,每個程序段又是由若干個代碼字組成的。每個代碼字則由一個地址(用字母表示)和一組數(shù)字組成,有些數(shù)字還帶有符號。(1)程序名程序名就是程序的文件名,每一個程序都應(yīng)有一個獨立的文件名,程序號的地址為英文字母(通常為O、P、%等),緊接著為4位數(shù)字,可編的范圍為0001~9999,如O0018。(2)主程序和子程序數(shù)控電火花加工程序的主體分為主程序和子程序。數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行程序時,按主程序指令運行,在主程序中遇到調(diào)用子程序的情形時,數(shù)控系統(tǒng)轉(zhuǎn)入子程序按其指令運行,當(dāng)子程序調(diào)用結(jié)束后,便重新返回繼續(xù)執(zhí)行主程序。主程序由程序起始部分、調(diào)用子程序部分、結(jié)束部分三部分構(gòu)成.在加工中往往會有相同的工作步驟,將這些相同的步驟編寫固定的程序,即為子程序,在需要的地方調(diào)用,那么整個程序?qū)玫胶喕涂s短。3.數(shù)控電火花程序的構(gòu)成(3)順序號和程序段順序號亦稱程序段號、程序段序號,是指加在每個程序段前的編號,順序號用英文字符N開頭,后接4位十進制數(shù),程序段號可編的范圍為0001~9999。程序段號通常以每次遞增1以上的方式編號,如N0010,N0020,N0030,……每次遞增10,其目的是留有插入新程序的余地。一個完整的零件加工程序由多個程序段組成。一個程序段可以有多個代碼字,也可以只有一個代碼字。如M05G00Z10,程序段中包含了三個代碼字,又如G54,程序段中只有一個代碼字。電火花ISO代碼程序中常用的代碼和數(shù)據(jù)的輸入形式如下:G_:準(zhǔn)備功能,可指令插補、平面、坐標(biāo)系等,如G00,G17。X_,Y_,Z_,U_,V_,W_:坐標(biāo)值代碼,指定坐標(biāo)移動值。I_,J_,K_:表示圓弧中心坐標(biāo),如I5。A_:指定加工錐度。M_:輔助功能指令,其后續(xù)數(shù)控一般為2位數(shù)(00~99),如M02。D_,H_:用于指定補償量,如D0001或者H0001表示取1號補償值。L_:用于指定子程序的循環(huán)執(zhí)行次數(shù),如L3表示循環(huán)3次。3.數(shù)控電火花程序的構(gòu)成(3)順序號和程序段4.G功能指令(準(zhǔn)備功能指令)G功能指令通常分為模態(tài)與非模態(tài)。功能指令功能功能指令功能G00電極以預(yù)先設(shè)定的快速移動速度,從當(dāng)前位置快速移動到程序段指定的目標(biāo)點G21指定程序中尺寸值的單位為公制G01電極從當(dāng)前點進行直線插補到達指定的目標(biāo)點上G30指定加工中電極的抬刀方式為按照指定方向進行G02電極在指定平面內(nèi)進行順時針方向圓弧插補加工G31指定加工中電極的抬刀方式為技照加工路徑反方向抬刀G03電極在指定平面內(nèi)進行逆時針方向圓弧插補加工G32指定加工中電極的抬刀方式為伺服軸回平動中心點后抬刀G04執(zhí)行完該指令的上一段程序之后,暫停一指定的時間,再執(zhí)行下一個程序段G40取消電極補償模式G05X軸鏡像,按指令方向的相反方向運動指定的距離G41電極中心軌跡在編程軌跡上向左進行一個偏移G06Y軸鏡像,按指令方向的相反方向運動指定的距離G42電極中心軌跡在編程軌跡上向右進行一個偏移G07Z軸鏡像,按指令方向的相反方向運動指定的距離G53在固化的子程序中,進入子程序坐標(biāo)系G08指定其指令后的X軸指令值與Y軸指令值交換G54機床提供的工作坐標(biāo)系1G09取消程序指定的鏡像、交換模態(tài)G55機床提供的工作坐標(biāo)系2G11跳過段首有“/”的程序段,不去執(zhí)行該段程序G80接觸感知,使指定軸沿指定方向前進,直到電極與工件接觸為止G12忽略段首有“/”的符號,照常執(zhí)行程序段G81使機床指定軸回到極限位置G15使C軸返回機械零點,對G54-G59坐標(biāo)中的U值置零G82使電極移動到指定軸當(dāng)前坐標(biāo)的1/2處G17指定OXY平面G83把指定軸的當(dāng)前坐標(biāo)值讀到指定的H寄存器中G18指定OXZ平面G90絕對坐標(biāo),所有點的坐標(biāo)值均以坐標(biāo)系的零點為參考點G19指定OYZ平面G91增量坐標(biāo),當(dāng)前點的坐標(biāo)值是以上一點為參考點得出的G20指定程序中尺寸值的單位為英制G92把當(dāng)前點的坐標(biāo)值設(shè)置成所需要的值5.M功能指令(輔助功能指令)功能指令功能M00暫停程序的運行M02結(jié)束整個程序的運行M05忽略接觸感知M98調(diào)用子程序M99子程序結(jié)束6.T功能指令功能指令功能功能指令功能T82加工介質(zhì)排液T86加工介質(zhì)噴淋T83保持加工介質(zhì)T87加工介質(zhì)停止噴淋T84液壓泵打開T96向加工槽送液T85液壓泵關(guān)閉T97停止向加工槽送液7.C功能指令C功能指令是用來在程序中選擇加工條件代碼的指令。在程序中,C功能指令用于選擇加工條件,格式為C***。C和數(shù)字間不能有別的字符,數(shù)字也不能省略,不夠3位要補“0”,如C005。三、常用程序任務(wù)實施一、電極定位本任務(wù)要求電極進行精確定位,電火花加工定位過程如圖所示。將電極移到工件左側(cè),Y軸坐標(biāo)大致與中心線相同,具體程序為:G80X+;G90G92X0;M05G00X-10.;G91G00Y-95;G90G00X212.5.;G80Y+;G92Y0;M05G00Y-2.;G91G00Z10.;G90G00X212.5Y92.5;二、機床操作加工完成工件裝夾與校正、電極裝夾與
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