摘 要:在分析電火花加工原理及電極損耗對(duì)工件精度影響的基礎(chǔ)上,借助慢走絲電火花線切割電極原理,提出了移動(dòng)更新式電極的理論依據(jù),并對(duì)原有電火花設(shè)備進(jìn)行必要改裝,配置了移動(dòng)電極及輔助部件,以便減少電火花加工電極的損耗。通過(guò)分析、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該方法合理適用,能夠提高電極損耗對(duì)電火花加工精度的影響。
電火花加工(EDM)是利用放電腐蝕原理切除材料的一種全新的特種加工方法 。該方法加工過(guò)程中工件與刀具并非直接接觸,而是使工件和電極之間連續(xù)產(chǎn)生脈沖放電、高溫熔化、材料去除的過(guò)程。主要應(yīng)用于傳統(tǒng)加工方法較難切削的導(dǎo)電材料以及一些復(fù)雜形狀零件的加工。而加工中由于電極損耗,工件的最終尺寸和形狀直接被影響,很難保證加工精度。為了改善電極損耗,很多學(xué)者做了大量研究,孫鐘明等人 在其碩士論文中針對(duì)電極損耗對(duì)微細(xì)孔、型腔等加工精度的影響,討論了電極損耗的預(yù)測(cè)和補(bǔ)償方法,提出了基于放電模擬的微細(xì)電極損耗預(yù)測(cè)方法,該方法可以很好的模擬小孔加工過(guò)程,精確地預(yù)測(cè)其電極損耗狀況,并及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償,以保證工件加工精度。郝永平等人 針對(duì)引信保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)的組成零件進(jìn)行微細(xì)電火花銑削加工者電極損耗產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析,重點(diǎn)討論了加工參數(shù)以及分層銑削厚度對(duì)電極損耗的影響,通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明加工參數(shù)越大電極損耗越快,分層厚度越厚,電極的損耗越大,并且達(dá)到一定厚度時(shí),電極的損耗將會(huì)迅速加快。曾昭奇等人 討論了微細(xì)電火花加工在氣體介質(zhì)中電極損耗的情況,并根據(jù)實(shí)際損耗情況進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償,結(jié)果證明與油中電火花銑削相比,氣中電火花加工時(shí)電極損耗更低,加工表面質(zhì)量更好.王元?jiǎng)偟热?利用電磁場(chǎng)理論及Comsol Multiphysics軟件對(duì)微細(xì)電火花加工圓柱電極的損耗進(jìn)行了理論分析和計(jì)算模擬,指出電場(chǎng)強(qiáng)度能夠影響電極形狀的變化,在靠近放電點(diǎn)位置和底部電極形狀改變后,集膚效應(yīng)的作用被削弱,為電極損耗補(bǔ)償策略和加工精度的提高提供了理論依據(jù)。盡管很多學(xué)者進(jìn)行了大量研究,但主要集中在電極補(bǔ)償[6]、電極更換以及介質(zhì)影響等因素方面,而很少涉及移動(dòng)更新式電極的應(yīng)用,所以筆者在電火花慢走絲切割機(jī)床的原理 上提出了移動(dòng)更新式電極方法 ,以減少電極損耗對(duì)加工精度的影響。
1、移動(dòng)更新式電極方法的分析
1.1 移動(dòng)更新式電極方法提出的理論依據(jù)減少電火花電極的傳統(tǒng)方法主要考慮了電蝕物的排除、加工參數(shù)的選擇,加工介質(zhì)的影響等,這些方法雖然在一定程度上降低了電極損耗對(duì)工件加工精度的影響,但仍未能徹底解決電極的損耗以及對(duì)工件精度的影響。電火花慢走絲線切割是利用移動(dòng)銅絲作為刀具進(jìn)行切割,損耗的銅絲會(huì)被回收輪卷
走,取而代之的是源源不斷的新銅絲,這樣就避免了電極損耗帶來(lái)的加工誤差。由此可以想到,在電火花銑削加工中利用移動(dòng)的帶狀電極同樣可以避免電極的損耗,即移動(dòng)更新式電極法由此而生。
1.2 移動(dòng)更新式電極方法的解析
針對(duì)目前特種加工中常用的立式多軸聯(lián)動(dòng)電火花加工設(shè)備,其主軸(電極固定軸)具有Z軸方向的上下移動(dòng),可對(duì)工件進(jìn)行電腐蝕切割,但電極是無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)更新,損耗不可避免,所以結(jié)合電火花慢走絲線切割機(jī)的原理,在原有電極上另外包裹一層可移動(dòng)電極(銅帶),以便保證電極的無(wú)損,這就需要對(duì)現(xiàn)有機(jī)床提出相應(yīng)的改裝,即在主軸上通過(guò)固定裝置固定一個(gè)配有輸帶輔動(dòng)輪和回收主動(dòng)輪,通過(guò)電機(jī)控制其輸送速度,保證適當(dāng)?shù)募庸に俣取<庸み^(guò)程中,機(jī)床主軸帶動(dòng)原有電極按照設(shè)定路徑進(jìn)行加工,移動(dòng)電極在伴隨著固定電極移動(dòng)的過(guò)程中進(jìn)行著新舊電極(銅帶)的更換,其運(yùn)行原理簡(jiǎn)圖如圖1所示。
圖1 移動(dòng)帶電極簡(jiǎn)圖
由圖1可見(jiàn),主動(dòng)力即回收輪在電機(jī)的帶動(dòng)下進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)把已經(jīng)被損耗的電極帶收回,而新的電極帶被動(dòng)由從動(dòng)輪釋放加入電腐蝕切割,在電極帶你傳輸過(guò)程中,根據(jù)電火花機(jī)床的結(jié)構(gòu)不同,需要在適當(dāng)?shù)奈恢门鋫浯笮〔煌膶?dǎo)論,以便電極帶在小力作用下進(jìn)行移動(dòng),防止受力過(guò)大使電極帶變形而影響切割精度。
2 、移動(dòng)更新式電極銑削分析
2.1 加工對(duì)象
本實(shí)驗(yàn)采用銅電極對(duì)硬質(zhì)合金鋼工件進(jìn)行凹槽銑削加工,工件幾何特征如圖2所示,其中14*3*3為所需加工部分。
圖2 工件幾何特征
切割過(guò)程分3層進(jìn)行,每次下降1mm,固定電極為倒角0.5mm 的矩形銅塊,方便移動(dòng)電極帶的傳輸,后期通過(guò)相應(yīng)電極修補(bǔ)工件的尖角部位。
2.2 移動(dòng)更新式電極對(duì)工件精度的分析
結(jié)合圖1與圖2及試驗(yàn)可知在銑削凹槽時(shí),傳統(tǒng)電極從凹槽一端開始放電加工,此時(shí)工件被加工的同時(shí)電極也會(huì)被消耗,加工完一層后凹槽底面由于電極的損耗,導(dǎo)致非平面而是傾斜的面。利用新的移動(dòng)更新式電極加工此工件時(shí),固定電極行走路徑與傳統(tǒng)電極無(wú)異,只是在固定電極進(jìn)給時(shí),包裹在固定電極上的移動(dòng)電極帶在不斷地舍舊更新中,損
耗的舊電極帶被回收,同時(shí)新的電極帶輸送到位,這樣加工中永遠(yuǎn)保持無(wú)損耗電極在與工件放電加工,所以加工結(jié)果能夠很好地保證工件的加工精度。
3、 結(jié)論
通過(guò)本文提出的新方法,在實(shí)際加工中加以驗(yàn)證得到:①由于在加工中與工件進(jìn)行放電的電極始終都是新的電極帶,所以移動(dòng)更新式電極可以避免傳統(tǒng)電極由于本身?yè)p耗而帶來(lái)的尺寸及形狀誤差,能夠很好地減少由電極損耗導(dǎo)致工件精度的問(wèn)題。②由于移動(dòng)更新式電極在加工中移動(dòng)電極帶要依附固定電極進(jìn)行傳送,所以對(duì)于小孔加工無(wú)法實(shí)現(xiàn),主要用于銑削加工。③該新法在運(yùn)行過(guò)程中要保持主動(dòng)輪和從動(dòng)輪間良好的傳送力,防止電極帶被大力拉伸導(dǎo)致電極薄厚不均帶來(lái)不必要的誤差。
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