精雕之――紫銅電極的加工(上)

1、第十一章 紫銅電極的雕刻 -185-第十一章 紫銅電極的加工教學(xué)提示:紫銅電極是電火花加工的工具, 紫銅電極的加工是精雕機在模具行業(yè)應(yīng)用范圍最廣的領(lǐng)域之一, 精雕雕刻軟 件 JDPaint 開槽式等量切削和少吃快跑的加工工藝合理的解決了紫銅難以斷屑及其他加工難點。本章將重點介紹 紫銅電極雕刻過程中常見的一些問題以及解決這些問題的方法。11.1 紫銅電極的應(yīng)用及加工要求教學(xué)目的:通過了解電火花加工原理及應(yīng)用,掌握紫銅電極的加工要求。教學(xué)重點:電極的加工要求紫銅電極是電火花機的基本加工工具, 要想依靠精雕機加工出合格的電極, 就要對電火花加工行業(yè)的一些基 本知識有所了解。下面,我們就分別從電火花的

2、加工原理、特點及應(yīng)用來了解一下紫銅電極的基本加工要求。注:對于那些本來就是從事電火花加工的學(xué)員,下面內(nèi)容可以不講或選講部分內(nèi)容。1、電火花的加工原理324511、自動進給調(diào)節(jié)系統(tǒng) 2、工具電極 3、工作液 4、工件 5、脈沖電源S F 、表面間隙 S L 、側(cè)面間隙第十一章 紫銅電極的雕刻-186-圖 11-1電火花加工原理如圖 11-1所示(教師板書圖 11-1 。從圖中可以看出,脈沖電源分別為工具電極和工件提 供電壓,自動調(diào)節(jié)進給系統(tǒng)控制電極靠近或遠離工件。當(dāng)工具電極接近工件時,在二者之間形成瞬間高壓,它 們之間的介質(zhì)被擊穿, 隨即發(fā)生火花放電。 在火花通道中瞬時產(chǎn)生大量熱能, 使金屬局部

3、熔化甚至汽化、 蒸發(fā), 而將金屬腐蝕下來,最終形成所需求的模具零件形狀。由此可以看出:電火花加工其實就是利用火花放電時產(chǎn)生的大量熱能腐蝕材料進行加工的 電火花加工其實就是利用火花放電時產(chǎn)生的大量熱能腐蝕材料進行加工的 電火花加工其實就是利用火花放電時產(chǎn)生的大量熱能腐蝕材料進行加工的。 。2、電火花加工的特點前面我們知道了電火花加工的基本原理, 那么電火花加工具有那些特點呢?我們可以將電火花加工的特點歸 納為以下幾點:(1由于火花放電的能量密度高,它不受材料硬度影響,不受熱處理狀況影響,便于加工用普通的機械加工方法難于加工或無法加工的特殊材料和復(fù)合形狀的工件。(2脈沖放電持續(xù)時間極短,放電時產(chǎn)生

4、的熱量傳導(dǎo)擴散范圍小,材料受熱影響范圍小。(3加工時工具電極與工件材料不接觸,兩者之間直接的作用力極小,工具電極電火花加工時無任何機械力作用,因此,工具電極的材料不需要比工件材料硬,可以用一些導(dǎo)電性能相對較好,材料硬度不是很 大,但是耐腐蝕的材料,如紫銅、石墨等。(4同一臺機床上可進行粗、中、精加工及連續(xù)加工。(5可以改善加工工藝。使用多套電極加工同一個比較大而復(fù)雜的模具,減少了單位工序的工作量,使一些復(fù)雜而難于操作的模具加工變得容易起來。(6可以進行模具或產(chǎn)品的快速批量生產(chǎn),并保證它們的一致性。正是由于電火花加工的這些特點,才使電火花機在制造行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。3、電火花加工的應(yīng)用電火花加工

5、的主要用途有以下幾點:(1制造沖模、塑料模、鍛模和壓鑄模。(2加工小孔、畸形孔以及在硬質(zhì)合金上加工螺紋孔。(3在金屬板材上切割出零件。(4加工窄縫。(5磨削平面和圓面。(6其它(如強化金屬表面,取出折斷的工具,在淬火件上穿孔,直接加工型面復(fù)雜的零件等 。要完成上述各項電火花加工,就需要有相應(yīng)的工具電極來保證。根據(jù)電火花加工的原理及特點,電極應(yīng)該符合以下幾點要求:1、表面粗糙度必須小,電極表面粗糙度 Ra 為 1.600.80m 以下,不準有砂眼存在,這一點是電火花加工的最基本的要求。2、曲面形體的電極側(cè)面粗糙度必須小。第十一章 紫銅電極的雕刻3、一般電極要求側(cè)壁陡峭,與豎直方向的夾角為 10度

6、左右。4、電極表面的棱角要分明,否則將影響模具的加工效果。5、電極尺寸大小要按凹模規(guī)定尺寸減去間隙值(凹槽部分加上間隙值計算,尺寸精度要求高(一般不能 低于 IT6級 ,設(shè)計時要考慮電火花加工的放電間隙,電極的放電間隙一般為 0.010.5mm之間。6、由于電極是加工模具,所以電極的形態(tài)與最終產(chǎn)品形態(tài)是一致的,不存在反向問題。7、成套電極的配合精度要高。 -187-第十一章 紫銅電極的雕刻-188- 11.2 簡單紫銅電極的雕刻教學(xué)目的:使學(xué)員掌握簡單紫銅電極的加工工藝方法。教學(xué)重點:1、產(chǎn)品特點分析。2、紫銅電極雕刻的工藝方法。3、設(shè)計與加工難點分析。前面大家了解了電極的一些基本加工要求,現(xiàn)

7、在我們就以圖 11-2這一簡單的曲面電極為例,來學(xué)習(xí)如何雕 刻電極。 圖 11-2大家現(xiàn)在所看到的就是一個已經(jīng)加工好的電極,我們經(jīng)過觀察、測量,可以獲得以下產(chǎn)品信息:1、電極的基準面是一個長為 42mm ,寬為 28mm 的矩形。2、曲面是一個長半徑為 17.5mm ,短半徑為 10mm ,基準高度為 3mm ,實際高度為 2mm ,截面形狀為橢圓 截面的,向下凹的曲面。3、圖案及文字是沿著曲面凸起來的,圖案及文字的外圍部分被雕刻的深度是 0.5mm 。已經(jīng)獲得了雕刻信息, 接下來的工作就是經(jīng)過抄圖, 得到要雕刻的圖形及曲面。 由于這部分內(nèi)容大家在前面 已經(jīng)學(xué)習(xí)過,這里就不再做詳細講解。抄好的

8、圖形如 圖 11-3所示 ,下面就生成刀具路徑過程中出現(xiàn)的加工難點 進行分析。 第十一章 紫銅電極的雕刻-189- 圖 11-31、雕刻方案分析 圖 11-4(如圖 11-4所示 曲面部分和基準面的加工可以通過整體曲面加工來完成,也可以分別進行曲面雕刻和 區(qū)域雕刻來完成。整體加工還是分區(qū)域加工 整體加工還是分區(qū)域加工 整體加工還是分區(qū)域加工? ? 哪種加工方式更合理呢?通過整體曲面加工的方法是不正確的,原因有以下幾點:(1 在講前面電極的加工要求時,我們說過:“曲面形態(tài)的電極側(cè)面粗糙度必須低 曲面形態(tài)的電極側(cè)面粗糙度必須低 曲面形態(tài)的電極側(cè)面粗糙度必須低” ,要保證這一點,單純靠曲面雕刻是做不

9、到的。(2 由于對基準面和曲面表面的要求不一樣,因此有必要把二者分開加工,以提高加工效率。(3 從刀具的使用上來考慮,曲面的精加工用球頭刀效果比較好,但球頭刀不適宜進行平面加工。(4加工直側(cè)面時,效率低,側(cè)面質(zhì)量不高。正是由于以上緣故,所以我們必須進行分區(qū)域加工。2、如何選擇曲面雕刻的邊界線既然曲面部分要和基面部分分開雕刻, 那么在曲面雕刻生成路徑時, 該怎樣選擇曲面雕刻的雕刻邊界呢? 如果選用橢圓作為曲面的雕刻邊界線,可能出現(xiàn)殘料。我們就需要另外繪制一條邊界線。 這條邊界線是由橢圓邊界向外等距得到的, 等距距離等于一倍的刀具半 徑值即可。根據(jù)前面所學(xué)的選刀原則,我們在這里可以選擇 2.0mm

10、 的平底刀和 2.0mm 的球頭刀分別進行曲面 粗加工和精加工,那么,只要將橢圓向外區(qū)域等距 1 mm即可。3、如何保證電極的表面粗糙度橢圓曲面的刀具路徑生成時,一定要注意以下幾點:(1減小路徑間距并選擇合適的走刀方式。(2精加工時一定要使用球頭刀。(3注意“曲面雕刻”里“計算設(shè)置”參數(shù)的設(shè)置。注意“曲面誤差”設(shè)為 0.002。第十一章 紫銅電極的雕刻-190-4、如何設(shè)置工藝參數(shù)紫銅電極是一種比較粘又難于斷屑的材料, 加工紫銅電極時所使用的刀具必須鋒利。 但是只有合適的刀具 還是遠遠不夠的, 還需要用合理的工藝參數(shù)來保證。 下面是加工紫銅材料的工藝參數(shù)表, 大家可以在以后的加 工中直接使用。

11、(1 紫銅材料開粗加工工藝參數(shù)表表 1111-1 2020°°系列刀具加工紫銅材料的工藝參數(shù)表 系列刀具加工紫銅材料的工藝參數(shù)表刀具 刀具 一次 一次開槽深度 開槽深度 (mm 開槽 開槽 進給速度進給速度 (m/min “ 單邊切 單邊切” ” 吃刀深度 吃刀深度 (mm 側(cè)向進給 側(cè)向進給(mm “ 單邊切 單邊切” ” 進給速度 進給速度 (m/min “ 單邊切 單邊切” ” 切除率 切除率(mm 3/min 20°-2.00.3 2.4 1 0.3 720 20°-1.5 0.3 2.4 1 0.3 2.4 720 20°-1.0 0

12、.3 2.4 1 0.2 2.4 480 20°-0.8 0.2 2.4 1 0.2 2.4 480 20°-0.50.2 1.2 10.11.2 120表 1111-2 3030°°系列刀具加工紫銅材料的工藝參數(shù)表 系列刀具加工紫銅材料的工藝參數(shù)表刀具 刀具 一次 一次 開槽深度 開槽深度 (mm 開槽 開槽 進給速度 進給速度 (m/min “ 單邊切 單邊切” ” 吃刀深度 吃刀深度 (mm 側(cè)向進給 側(cè)向進給(mm “ 單邊切 單邊切” ” 進給速度 進給速度 (m/min “ 單邊切 單邊切” ” 切除率 切除率(mm3/min 30°

13、;-1.50.3 2.4 1 0.3 2.4 720 30°-1.0 0.3 2.4 1 0.3 2.4 720 30°-0.8 0.3 2.4 1 0.2 2.4 480 30°-0.50.32.4 10.22.4 480表 1111-3 使用螺紋銑刀進行金屬開粗加工時的工藝參數(shù) 使用螺紋銑刀進行金屬開粗加工時的工藝參數(shù)材料 材料 刀具直(mm工序 工序吃刀深度 /刀 側(cè)向進 給量 給量 進給速度 進給速度 主軸轉(zhuǎn)速 主軸轉(zhuǎn)速 下刀方式下刀方式 切除率 mm 3/min紫銅3 開槽 0.25mm 1.2m/min24000RPM 斜線下刀3快速去料8mm0.3m

14、m2.4m/min 24000RPM 斜線下刀5760(2紫銅材料精修加工工藝參數(shù)表表 1111-4 2020°°系列刀具精修加工紫銅材料的工藝參數(shù)表 系列刀具精修加工紫銅材料的工藝參數(shù)表刀具 刀具 “ 雙邊切 雙邊切” ” 吃刀深度 吃刀深度 (mm “ 雙邊切 雙邊切” ” 進給速度 進給速度 (m/min “ 單邊切 單邊切” ” 吃刀深度 吃刀深度(mm “ 單邊切 單邊切” ” 進給速度 進給速度 (m/min20°-1.0 0.3 2.4 12.4 20°-0.8 0.2 2.4 12.4 20°-0.5 0.2 1.2 11.2

15、20°-0.40.1 0.6 0.51.2第十一章 紫銅電極的雕刻 -191-20°-0.3 0.1 0.4 0.5 0.4 20°-0.2 0.05 0.2 0.5 0.2 20°-0.1 0.02 0.1 0.02 0.1表 1111-5 3030°°系列刀具精修加工紫銅材料的工藝參數(shù)表 系列刀具精修加工紫銅材料的工藝參數(shù)表刀具 刀具 “ 雙邊切 雙邊切” ” 吃刀深度 吃刀深度 (mm“ 雙邊切 雙邊切” ” 進給速度 進給速度 (m/min “ 單邊切 單邊切” 吃刀深度 吃刀深度 (mm “ 單邊切 單邊切” ” 進給速度

16、進給速度 (m/min 30°-1.0 0.3 2.4 12.4 30°-0.8 0.3 2.4 12.4 30°-0.5 0.3 2.4 12.4 30°-0.4 0.1 1.2 0.52.4 30°-0.3 0.1 1.2 0.51.8 30°-0.2 0.1 0.2 0.50.4 30°-0.10.02 0.1 0.020.15、如何保證曲面加工及投影雕刻時,不再加工基準面及直側(cè)面圖 11-5通過渲染(如圖 11-5我們可以發(fā)現(xiàn),曲面的側(cè)面是一直側(cè)面,在進行曲面加工時,就會加工到直側(cè)面及基準平面部分,造成不必要的下刀,

17、導(dǎo)致加工效果不理想。 具體解決辦法為 構(gòu)造保護面 構(gòu)造保護面。 。構(gòu)造一保護面作為曲面雕刻及投影雕刻的輔助圖,防止刀具路徑超越曲面表面范圍。圖 11-6具體構(gòu)造方法為:將曲面的邊界線與曲面雕刻的邊界線(如圖 11-6所示集合,選擇集合后的圖形,構(gòu) 造一基準高度是 3 mm 的矩形截面的曲面即可(如圖 11-7所示 ,新形成的曲面如圖 11-8所示。第十一章 紫銅電極的雕刻 -192-圖 11-7 圖 11-86、加工工序表根據(jù)我們前面的學(xué)習(xí),我們不難得出這個電極的加工工序表。表 11-6 “ MOTOROLA” 電極加工工序表工序 序號 工序名稱 使用刀具 目的1 銑平面 平底 JD3.0 使

18、毛坯表面水平2 區(qū)域雕刻 平底 JD2.0 矩形與橢圓之間部分的區(qū)域雕刻3 曲面粗加工 平底 JD2.0 曲面部分去粗加工 4 曲面精加工 2.0球頭刀曲面部分精修加工5 區(qū)域粗加工 30º-0.4 圖案及文字部分的區(qū)域去粗加工 6 區(qū)域精加工 30º-0.2 圖案及文字部分的區(qū)域精修加工7 投影雕刻 使用原有參數(shù) 將圖案和文字的區(qū)域雕刻路徑投影到曲面上8輪廓切割平底 JD2.0將模具從毛坯上切割下來1、區(qū)域雕刻參數(shù)設(shè)置第十一章 紫銅電極的雕刻 -193-圖 11-92、曲面雕刻參數(shù)設(shè)置圖11-10圖 11-113、文字圖案部分雕刻參數(shù)設(shè)置(1區(qū)域雕刻開粗加工部分的參數(shù)設(shè)置

19、圖(11-12。第十一章 紫銅電極的雕刻 -194- 圖 11-12根據(jù)上述參數(shù)生成的刀具路徑圖如圖 11-13所示。 圖 11-13(2區(qū)域雕刻精修加工部分的參數(shù)設(shè)置圖(11-14及生成后的路徑圖(11-15 。 圖 11-14圖 11-15是根據(jù)上述參數(shù)生成的刀具路徑圖,刪除掉多余的路徑后如圖 11-16所示。 第十一章 紫銅電極的雕刻 -195-圖 11-15 圖 11-16(2投影雕刻部分圖 11-1711.3 復(fù)雜曲面紫銅電極的雕刻教學(xué)目的:使學(xué)員熟練掌握復(fù)雜紫銅電極的加工工藝方法。教學(xué)重點:1、怎樣生成曲面邊界線及保護面; 2、各雕刻參數(shù)的設(shè)置。大家在前面學(xué)習(xí)了簡單曲面電極的文件設(shè)

20、計方法, 這種電極只是在一個簡單的浮雕曲面上投影字及圖案, 整 個圖形的繪制及路徑文件的生成過程都可以在 JDPaint 里完成。下面我們以一個表殼電極(如圖 11-18為例, 來講解一下對復(fù)雜曲面電極應(yīng)該怎樣生成路徑,才能保證正確、有效地加工電極。第十一章 紫銅電極的雕刻-196- 圖 11-18通過觀察它的具體形態(tài),根據(jù)各部分的特點,得到各部分的加工要求(圖 11-18所示 。根據(jù)電極的加工要求,在實際生產(chǎn)中需要做到如下幾點:(1曲面表面的粗糙度符合要求;(2直側(cè)面的粗糙度符合要求;(3表殼的尺寸精度符合要求。對于復(fù)雜的曲面電極,其造型一般都是其它軟件完成的,生成 IGES 文件,利用 J

21、DPaint 提供的輸入功能, 我們可以直接調(diào)用這個文件。本例就是直接調(diào)用 IGES 文件。輸入 IGES 文件后,為了能生成正確的刀具路徑, 一般需要對文件進行諸如邊界線、保護面等處理。這時就需要用到 JDPaint 軟件中的相關(guān)設(shè)計功能,下面我們詳 細講解。1、如何得到各邊界線為了生成正確的曲面雕刻路徑, 就需要找出各區(qū)域邊界線, 那么怎樣得到各部分的邊界線呢?在大家以后 的工作中,可以通過以下幾種途徑來得到各邊界線:(1如果上游客戶在其它軟件中已經(jīng)繪制出來了曲面的二維圖,那么可以通過 JDPaint 軟件的“輸入”功 能直接調(diào)入使用。(2根據(jù)客戶提供的圖紙在 JDPaint 里繪制出來。

22、(3如果客戶只有曲面的原始設(shè)計圖,可以依靠 JDPaint 的“生成曲線”中的“曲面二維輪廓”功能,找 出曲面的一些簡單曲面輪廓邊界線(教師演示步驟如圖 11-19所示 。第十一章 紫銅電極的雕刻 -197-圖 11-19(4在其它軟件里找出各邊界線,然后通過“輸入”功能調(diào)入到 JDPaint 軟件即可。2、生成保護面所謂保護面就是為了避免出現(xiàn)曲面加工中的扎刀和過切現(xiàn)象而生成的輔助曲面。 根據(jù)分析我們知道此例需 要生成如下保護面。如圖 11-20及 11-21所示分別為生成保護面后的曲面圖及渲染圖。圖 11-20 圖 11-213、選擇合適的曲面雕刻邊界線為了避免不必要的空走刀和重復(fù)雕刻, 一

23、般需要用區(qū)域限制曲面的雕刻范圍, 因此在生成路徑之前要仔細 分析雕刻方案,選擇合適的曲面雕刻邊界線。1、如何保證直側(cè)面的粗糙度我們要保證的直側(cè)面有:表殼的外輪廓邊和表殼的兩個內(nèi)圈邊界。我們一般都是用平面雕刻方式,來保 證曲面?zhèn)冗叺拇植诙?。具體做法為(如圖 11-22 :(1 為了保證表殼的外輪廓這個直側(cè)面的粗糙度,我們需要在曲面外輪廓生成輪廓切割路徑。 (2 表殼的兩個內(nèi)圈區(qū)域分別進行區(qū)域雕刻。第十一章 紫銅電極的雕刻 -198-圖 11-222、刀具半徑補償法的實際應(yīng)用電極的特殊性在于它具有粗打電極與精打電極之分(有些精密模具的制造還可能需要幾套半精打電極 , 而粗打電極與精打電極由于考慮火花放電間隙的因素, 尺寸是不同的。 如何保證在原始文件尺寸不變的情況下, 得到合格的電極呢?在精雕 CNC 雕刻中,一般是靠“刀具半徑補償法”來保證電極的尺寸精度的。所謂刀具半徑