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CNC精密电火花机床的摇动加工

时间:2020-03-26     作者:鸿奥机械【原创】

       如今CNC火花机已经广泛应用,摇动功能是CNC火花机最重要的功能,摇动对于减少火花机CNC精密加工时间和得到良好的表面是非常有效的,然而并不是每个工厂都把摇动功能用的很好。主要原因是设计者不想使用足够的电极减寸量,他们担心太大会降低精度。如果我们对电极减寸量和摇动有足够的了解,就可以使用适当的电极减寸量,大幅度提高加工效率。

       1. 电极减寸量

       (1)电极减寸量的概念

       放电加工过程中存在火花间隙,因为这个原因,电极必须做得比要加工的形状小。减小的数值叫做电极减寸量。

       电极减寸量R=(型腔尺寸-电极尺寸)÷2






电极减寸量示意图▲

       (2)电极减寸量决定了加工速度

       放电加工的能量大,加工速度就会快,放电间隙也会大。如果电极减寸量加大,加工速度(去除率)可提高数倍,另外重要的一点是粗加工条件不仅速度快而且损耗小。那也就说明如果电极减寸量足够的话,可以使用高效而且低损耗的条件。





电极减寸量决定了速度▲

       2. 如何得到良好的表面质量

       粗加工的表面质量很粗糙,但是我们又希望在短时间内得到良好的表面质量。要实现这一目标的最好办法就是用粗加工条件加工掉大部分,然后再用精加工条件去加工表面。

       另外,要减少加工时间,加工条件就要在适当的时间变化。例如,如果你开始粗加工的最大粗糙度是40μm,而最后你要得到粗糙度是5μm,那么你就必须在粗加工和精加工间有多段来改变加工条件。

       (1)底部表面

       底部表面可以通过改变条件和设置高度来实现。但是侧面因为粗加工的的放电间隙比精加工的要大而不能实现。






底部加工▲


       (2)摇动实现侧面加工

       要加工侧面,电极就必须要接近侧面。






底面和侧面加工▲

       在垂直于加工方向的平面内的运动就叫做摇动,摇动的目的是完成侧面的加工。






摇动和加工方向▲


       3. 二维摇动对精度的影响

       (1)摇动后的形状

       首先我们要了解摇动加工后的形状。如果电极以一定的形状摇动,电极的每一部分都要以相同的形状摇动,然后画出电极的外形状,该图形的外部形状就是精加工后的形状。该方法可用在任意一种摇动形状上,这是一种有效的确定加工形状的方法。

       有些摇动会导致不精确的形状,但是从一般的考虑,错误并不是很大。我们要对这些有足够的了解才行,我们先从两维形状的摇动分析开始。






摇动时电极的每一部分都走同样的形状▲

       (2)圆形摇动

       电极在每个尺寸上都会比实际要的形状要小一点,所以要得到想要的形状尺寸就要在各个方向上扩大一个R的尺寸。在各个方向上扩大一个R就相当于每个点都做R的圆形运动。下图显示了直线部分是正确的,但是尖角部分却是不够的。








       对于一般的形状,如下图,电极减寸量使外角半径小,而内角半径大,这种变形就像图形偏置一样,在使用圆形摇动后,加工形状就正确了。如果用CNC或线切割做电极且用偏移来确定电极减寸量,圆形摇动做出正确的形状,没有尖角。







       另外重要的一点是:圆形摇动这是标准的摇动方式,没有过切。如果你不是很了解摇动,那么建议选择该摇动方式。

       (3)方形摇动

       对于EDM,角落加工是最重要的加工之一。如果型腔本身是方形或者矩形,如下图,方形摇动就比圆形摇动好。此时,方形平动比圆形平动的加工效率要高一些。







       但是如果你对于一般的形状也使用方形摇动就会出现问题。例如下图,你使用方形摇动,那么斜线区域就会过切,最明显的错误就是45度角的时候。






使用方形平动斜线部分被过切▲


       4. 三维摇动对精度的影响

       三维摇动对于尺寸的影响可以参考二维对于X-Y 平面Y-Z 或 Z-X 平面。






3D的电极▲


       (1)底部简单形状

       对于一般的CNC EDM机器来说,摇动值是从上到下不变的(该方法叫做“底部简单形状”)。如果X-Y平面是圆形平动的话,X-Z或Y-Z平面和方形摇动一样。这意味着底部半径和底部斜度的是一样的。通常,因为R的加工偏移原因,底部半径和斜度会变小。如果你使用底部简单形状的电极,底部的尖角就会过切。过切的数值要根据电极R的比例来确定。因为此原因,粗加工容易出现过切。

       对于3D的电极,如果你想要使用底部简单形状的模式,那么你电极的底部角半径和斜度的就必须和最终的形状相一致。








       (2)底部复杂形状

       如上图,有些电极你很难确定它的底部半径,或者有时电极底部并不平整。这些电极就不可能像以上所提到的那样做。“底部复杂形状”(球形平动)的三维模式可解决这一问题。







       典型的方式是:底部复杂形状。这在侧面(Z ― X 或 Y―Z 平面)看来是和圆形的平动一样的。没有过切的区域。如果使用大电极,该方式对于粗加工也是适用的。






底部形状简单和底部形状复杂▲


       5. 结论

       ①适当的R,尽可能取大一些,可以大幅度减少加工时间。

       ②基本上,摇动应该选用圆形,因为它在各个方向上都是一样的R值, 圆形摇动是最安全的方式。

       ③选择方形摇动会在尖角和斜边部分引起过切,只适合在矩形类形状。

       ④简单形状的二维摇动,使用圆形摇动,它的X-Y平面是圆形,但X-Z、Y-Z却是方形摇动,因此对于底部复杂形状也会产生过切。

       ⑤基于圆形摇动是最安全的原理,使用三维球形摇动,在各个方向都是圆形摇动,故在3个尺寸都是安全的。

       ⑥对于高精度要求的复杂型腔一定要选择三维球形摇动;而对于大多数放电加工,一般选择二维的圆形平动能够满足要求,较三维球形摇动容易获得好的光洁度与高效率。


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