电火花成型加工.ppt
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1、第5章 电火花成型加工,5.1 电火花成型机床及其组成 5.2 电火花成型机床的伺服系统 5.3 电火花穿孔加工 5.4 电火花型腔加工 5.5 机床的操作与使用 5.6 数控电火花成型加工,5.1 电火花成型机床及其组成,5.1.1 FE502G-1电火花成型机的主要规格及技术参数 1.主要规格 工作台台面尺寸:760 mm450 mm;工作台纵、横向移动量:420 mm280 mm;主轴伺服行程:160 mm;,主轴座行程(液压缸驱动):380 mm;工作台与主轴装夹面最大距离:650 mm;工作台油箱内腔尺寸(长、宽、高):800 mm540 mm440 mm。,2.技术参数工件最大高度
2、:300 mm;工件最大允许重量:800 kg;电极最大允许重量:50 kg;最大输出电流:100 A;最大材料去除率:大于900 mm3/min;最低表面粗糙度Ra:小于0.8 m;,外形尺寸(长、宽、高):主机1200 mm1200 mm2400 mm,过滤油箱1300 mm1250 mm1130 mm,JS100电源箱950 mm600 mm1800 mm;重量:主机2000 kg,过滤油箱650 kg,JS100电源箱450 kg;容量:油压油箱(20号液压油)1.6 L,过滤油箱(煤油)480 L;输入电压:380 V,50 Hz 输入总功率:9 kW。,5.1.2 电火花成型机床的
3、结构 1.机床的传动系统 FE502G-1型电火花成型机床的传动系统主要包括两个部分,如图5-1所示。,图5-1 电火花成型机床的传动系统,1)工作台的纵横向移动 工作台的纵横向移动是用于工件的安装和调整的。2)主轴头座的升降 主轴头的升降采用机动的方式,可以调节电极与工件之间的上下距离。,2.机床结构 1)床身与立柱 床身与立柱为机床的基础件。2)主轴头 主轴头是电火花成型机床的关键部件。要求主轴头能满足以下几点:(1)保证稳定加工,维持最佳放电间隙,充分发挥脉冲电源的能力。(2)放电加工过程中,发生暂时的短路或拉弧时,要求主轴能迅速抬起,使电弧中断。,(3)为满足精密加工的要求,需保证主轴
4、移动的直线性。(4)主轴应有足够的刚度,使电极上不均匀分布的工作液喷射力所形成的侧面位移最小。,图5-2 主轴头的结构,(5)主轴应有均匀的进给而无爬行,在侧向力和偏载力的作用下仍应保持原有的精度和灵敏度。,3.工作台 工作台由台面、上拖板、下拖板等构成,采用镶钢滚子导轨,运动轻便、灵活、无间隙。工作台与拖板间是绝缘的,以保证加工中的人身安全。,图5-3 操作面板的结构,4.工作油箱 工作油箱固定在工作台上拖板上面,是一个带门的空箱结构。松开搭攀可将油箱前门打开,以便进行工件的安装等操作。油箱前门与箱体间有耐油橡胶,以防止油箱体与油箱前门间漏油。工作油箱的左面有挡板,可用来控制液面的高度,在加
5、工完成后,可提起挡板,使工作液快速流返油箱。工作油箱的右边有一操作面板,如图5-3所示。,5.1.3 工作液循环过滤系统 电火花加工一般是在液体介质中进行的。液体介质主要起绝缘作用,而液体介质的循环流动又起到排出电蚀产物和热量的作用。因此,工作液循环过滤系统的作用是:(1)通过过滤使工作液始终保持清洁而具有良好的绝缘性能。(2)根据加工对象的要求,采取适当的强迫循环方式,从加工区域把电蚀产物和热量排走。,工作液循环的方式很多,主要有如下几种:(1)非强迫循环工作液仅作简单循环,用清洁的工作液替换脏的工作液。电蚀产物不能被强迫排除,粗、中规准加工时可采用。(2)强迫冲油将清洁的工作液强迫冲入放电
6、间隙,工作液连同电蚀产物一起从电极侧面间隙中被排出,如图5-4(a)所示。,(3)强迫抽油将工作液连同电蚀产物经过电极的间隙和工件的待加工面被吸出,如图5-4(b)所示。,图5-4 强迫冲油和强迫抽油(a)强迫冲油;(b)强迫抽油,5.1.4 机床的电气系统 电气系统包括JS-100型带自适应控制的晶体管脉冲电源和机床控制电器两大部分。1.JS-100型脉冲电源 JS-100型脉冲电源是带自适应控制的高效率低损耗的晶体管电源。其电路结构原理框图如图5-5所示,等脉冲工作时的输出波形如图5-6所示。,图5-5 高频脉冲电源结构原理框图,图5-6 等脉冲工作时的脉冲电源输出波形,2.机床控制电器
7、机床控制电器的电路由液压泵、工作液泵控制,主轴头座手动控制,主轴手动伺服控制,脉动冲油,电极平动,安全保护控制和机床电器等电路部分组成。,5.1.5 主要机床附件 1.平动头 平动头主要用于型腔加工。使用平动头是使电极产生一个平面平移运动。电极上的每一点都回绕着其原始位置作圆周运动,如图5-7所示。,图5-7 平动头的运动轨迹,2.油杯 油杯亦为机床附件之一。油杯固定在工作台面上,加工工件装夹在油杯上。可利用油杯对工件进行冲油和抽油。电火花成型机床的油杯结构大同小异,一般如图5-8所示,由外套3、内套2、面板1及管接头4等组成。,图5-8 油杯,5.2 电火花成型机床的伺服系统,5.2.1 伺
8、服系统的工作原理 伺服系统也叫随动系统,是指以某一特定控制量的状态为目标,根据控制量的当前状态与理想状态间的差值自动对系统的输出进行调整,使控制量的实际值不断趋近理想值而实现稳定加工的控制系统。,5.2.2 伺服系统的结构形式 1.喷嘴挡板电液压伺服系统 如图5-9所示,电动机13驱动叶片泵14,经线隙式过滤器10供出保持恒定压力为p0的压力油,溢流阀12可调整工作压力p0。工作压力p0由压力计11指示。,图5-9 喷嘴挡板电液压伺服系统,2.电气伺服系统 FE502G-1电火花成型机床采用电气伺服系统对主轴进行升降控制,使用宽调速直流电机(直流伺服电机)作为执行元件。系统工作原理如图5-10
9、所示。,图5-10 电气伺服系统,5.3 电火花穿孔加工,5.3.1 电火花穿孔加工的工艺方法 1.直接配合法 直接配合法是用加长的钢凸模作电极加工凹模的型孔,加工后将凸模上损耗的部分去除。凸、凹模的冲裁间隙靠控制脉冲放电间隙来保证。,2.修配凸模法 凸模和工具电极分别制造,在凸模上留有一定的修配余量,钳工按电火花加工好的凹模型孔修配凸模,达到所要求的凸、凹模冲裁间隙。,3.配作电极法 工具电极和凸模分别制造,但电极的断面尺寸根据凸、凹模冲裁间隙的要求,以及所选电规准的放电间隙进行配作,使电火花加工后的凹模与凸模配合后能获得所要求的冲裁间隙。这种加工方法的缺点与修配凸模法类似。,4.二次电极法
10、 二次电极法加工是利用一次电极制造出二次电极,再分别以一次和二次电极加工出凹模和凸模,并保证凸、凹模间的冲裁间隙。二次电极法有两种情况:其一是一次电极为凹形,用于凸模制造有困难者;其二是一次电极为凸形,用于凹模制造有困难者。图5-11所示是一次电极为凹形电极时的加工方法,其工艺过程为:,根据模具尺寸要求设计并制造一次凹形电极用一次电极加工出凸模(见图5-11(a)用一次电极加工出凸形二次电极(见图5-11(b)用凸形二次电极加工出凹模(见图5-11(c)凸、凹模配合,保证冲裁间隙(见图5-11(d)。图中1、2、3分别为加工凸模、二次电极和凹模时的放电间隙。用二次电极法加工,操作过程较为复杂,
11、实际生产中一般不常采用。此法加工冲模的冲裁间隙为 Z=2(1-2+3),图5-11 一次电极为凹形时的二次电极法,1.电极材料 根据放电加工原理,可以说任何导电材料都可以用来制作工具电极。但在生产中应选择放电损耗小、放电过程稳定、生产效率高、机械加工性能良好、来源丰富、价格低廉的材料作电极材料。常用的电极材料有钢、铸铁、石墨、黄铜、紫铜、铜钨合金和银钨合金等,其电加工和机械加工的性能如表5-1所示。,表5-1 穿孔加工常用电极材料的性能,2.电极结构 电极的结构形式应根据其外形尺寸的大小与复杂程度、电极的结构工艺性等因素综合考虑。1)整体式电极 整体式电极是用一块整体材料加工而成的。对于横截面
12、积及重量较大的电极,可在电极上开孔以减轻电极重量,但孔不能开通,孔口朝上,如图5-12所示。,图5-12 整体式电极,图5-13 组合式电极,2)组合式电极 当同一凹模上有多个型孔时,在某些情况下可以把多个电极组合在一起,如图5-13所示,一次穿孔可完成各型孔的加工。3)镶拼式电极 有些电极采用整体结构时造成机械加工困难,因此常将电极分成几块,分别加工后再镶拼成为整体,如图5-14所示。,图5-14 镶拼式电极,3.电极的尺寸 1)电极的横截面尺寸 垂直于电极进给方向的电极截面尺寸称为电极的横截面尺寸。穿孔加工所获得的凹模型孔要比电极的横截面轮廓均匀扩大一个放电间隙。当按型孔尺寸确定电极的横截
13、面尺寸时,电极的轮廓应比型孔轮廓均匀缩小一个放电间隙,如图5-15所示。与型孔尺寸相对应的电极尺寸为 a=A-2,b=B+2,c=C r1=R1+,r2=R2-,图5-15 按型孔尺寸计算电极横截面尺寸,当按凸模的尺寸确定电极的横截面尺寸时,则随凸、凹模冲裁间隙Z(双面)的不同,分为三种情况:冲裁间隙Z等于脉冲放电间隙(Z=2)时,电极与凸模横截面尺寸完全相同;冲裁间隙Z大于脉冲放电间隙(Z2)时,电极横截面应以凸模横截面均匀增大,但形状相似;冲裁间隙Z小于脉冲放电间隙(Z2)时,电极横截面尺寸应以凸模横截面均匀缩小,但形状相似。,电极沿横截面轮廓均匀增大或缩小的数值为,式中,a1为电极沿横截
14、面轮廓的均匀增大或缩小量;Z为凸、凹模冲裁间隙(双面);为单边脉冲放电间隙。,2)电极的长度尺寸 电极的长度取决于凹模的结构形式、型孔的复杂程度、加工深度、电极材料、电极使用次数、装夹形式及电极制造工艺等一系列因素,可按图5-16进行计算:L=Kt+h+l+(0.40.8)(n-1)Kt,在生产中,为了减少脉冲参数的转换次数,使操作简化,将电极适当加长,并将增长部分的横截面尺寸均匀减小,作成阶梯状,称为阶梯电极,如图5-17所示。阶梯部分的长度L1一般取为凹模加工厚度的1.5倍左右;阶梯部分的均匀缩小量h1=0.10.15 mm。对阶梯部分不便切削加工的电极,常用化学浸蚀的方法将断面尺寸均匀缩
15、小。,图5-16 电极长度计算,图5-17 阶梯电极,5.3.3 电规准的选择与转换 电火花加工中所选用的一组电脉冲参数称为电规准。电规准应根据工件的加工要求、电极和工件材料、加工的工艺指标等因素来选择。选择的电规准是否恰当,不仅影响模具的加工精度,还直接影响加工的生产率和经济性。电规准在生产中主要通过工艺试验确定(这一试验一般由机床厂家在电火花机床的调试过程中进行,并将加工数据提供给机床的使用者)。通常要用几个(一组)电规准才能完成凹模型孔加工的全过程。电规准分为粗、中、精三种。,中规准是粗、精加工间过渡性加工所采用的电规准,用以减少精加工余量,促使加工的稳定性和加工速度提高。中规准一般采用
16、的脉冲宽度为620 s。被加工表面粗糙度Ra为102.5 m。,5.4 电火花型腔加工,5.4.1 电火花加工型腔的工艺方法 1.单电极平动法 单电极平动法使用机床的平动头附件,用一个电极完成型腔的加工。加工时先采用低损耗(电极相对损耗小于1%)、高生产率的电规准对型腔进行粗加工,,然后启动平动头带动工具电极作平面圆周运动,同时按照粗、中、精的加工顺序逐级转换电规准,并相应加大电极作平面圆周运动的回转半径,将型腔加工到所要求的尺寸精度及表面粗糙度。,2.多电极更换法 多电极更换加工法是用多个电极,依次更换,加工同一个型腔。每个电极都要对型腔的整个表面进行加工,但电规准各不相同,所以在设计电极时
17、,必须根据各电极所用电规准的放电间隙来确定各电极的尺寸。,3.分解电极法 分解电极法是根据型腔的几何结构形状,把电极分解成主型腔电极和副型腔电极分别制造。先用主型腔电极加工出型腔的主要部分,再用副型腔电极加工型腔的尖角、窄缝等部位。,5.4.2 电极的设计 1.电极材料和结构的选择 目前,在型腔加工中应用最多的电极材料是石墨和紫铜,其性能如表5-1所示。,2.电极尺寸的确定 1)电极的水平尺寸 电极在垂直于机床主轴轴线方向上的尺寸称为电极的水平尺寸,如图5-18所示。加工过程中电极的平动量大小可调整,为使计算过程简化,常采用以下公式进行:a=AKb b=+Hmax-hmax,图5-18 电极水
18、平截面尺寸缩放示意,图5-19 电极的垂直尺寸,2)电极的垂直尺寸 电极在平行于机床主轴轴线方向上的尺寸称为电极的垂直尺寸,如图5-19所示。在垂直方向上电极的有效工作尺寸可按下式计算:h1=h1+C1h1+C2s-j,考虑同一个电极因多次重复使用引起的垂直尺寸消耗以及加工终了时不使电极固定板和模具相碰,还应将电极的尺寸适当增加h2,所以电极在垂直方向的高度尺寸为 h=h1+h2,3.排气孔和冲油孔 由于型腔加工的排气、排屑条件比穿孔加工困难,因此为防止排气、排屑不畅而影响加工速度、加工稳定性和加工质量,设计电极时应在电极上设置适当的排气孔和抽油孔。一般情况下,冲油孔要设计在难于排屑的拐角、窄
19、缝处,如图5-20所示。排气孔要设计在蚀除面积较大的位置(如图5-21所示)和电极端部有凹入的位置。,图5-20 设强迫冲油孔的电极,图5-21 设排气孔的电极,5.4.3 电规准的选择与转换 1.电规准的选择 正确选择和转换电规准,实现低损耗、高效率加工,对保证型腔的加工精度和经济效益是很重要的。图5-22是用晶体管脉冲电源加工时,脉冲宽度与电极损耗间的关系曲线。对于一定的电流峰值,随着脉冲宽度减小,电极损耗增大。脉冲宽度愈小,电极损耗上升趋势愈明显。当脉冲宽度tk500 s时,电极损耗可以小于1%。峰值电流和生产率的关系如图5-23所示。,图5-22 脉冲宽度与电极损耗的关系,图5-23
20、脉冲峰值电流和生产率的关系,(1)粗规准:要求粗规准能以高的蚀除速度加工出型腔的基本轮廓,电极损耗要小,电蚀表面不能太粗糙,以免增加精加工的工作量。(2)中规准:粗、中规准之间并无明显的界限。(3)精规准:用来使型腔达到加工的最终要求,所去除的余量一般不超过0.10.2 mm。,2.电规准的转换与平动量的分配 电规准转换的挡数,应根据加工对象确定。加工尺寸小、形状简单的浅型腔,电规准转换挡数可少些;加工尺寸大、深度大、形状复杂的型腔,电规准转换的挡数应多些。粗规准一般选择1挡,中规准和精规准选择24挡。用晶体管脉冲电源、石墨电极加工型腔时,电规准的转换与平动量的分配实例见表5-2。,表5-2
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