組合電極及工裝夾具在殼體類零件電火花加工中的應(yīng)用

針對(duì)殼體零件電火花加工效率較低的問題進(jìn)行原因分析，通過組合電極和工裝夾具的設(shè)計(jì)應(yīng)用，降低電極磨損并實(shí)現(xiàn)了零件的快速準(zhǔn)確定位。節(jié)約了更換電極和安裝零件的輔助時(shí)間，便于操作人員同時(shí)操作多臺(tái)設(shè)備，使零件加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及機(jī)床利用率都得到大幅提升。1

序言電火花加工主要是在一定的介質(zhì)中，利用成型電極對(duì)工件進(jìn)行脈沖火花放電的電蝕作用，來蝕除多余的金屬，以達(dá)到對(duì)零件的尺寸、形狀及表面質(zhì)量加工要求[1]，其成型電極對(duì)零件的加工效率、表面質(zhì)量等起著決定性作用。在進(jìn)行成型電極設(shè)計(jì)時(shí)，要從對(duì)零件的精度要求、表面質(zhì)量、加工效率、電極磨損以及電極制作難易度等幾個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮。對(duì)于殼體類零件，采用工裝夾具裝夾，既可以節(jié)約機(jī)床空間利用率，也可以實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確定位。由于工裝夾具的設(shè)計(jì)要考慮能否滿足殼體零件加工過程中的精度要求，并且要根據(jù)殼體零件整體加工狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，符合操作人員同時(shí)操作多臺(tái)設(shè)備的便利性，因此工裝夾具設(shè)計(jì)的合理性，在產(chǎn)品加工過程中能發(fā)揮較大作用。2

某航空殼體零件加工存在的問題某航空殼體零件加工工藝較為復(fù)雜，零件整體加工要求較高，加工數(shù)量較大。電火花加工部分為正反面共計(jì)32處、尺寸為20mm×8mm和4mm×8mm、公差均為±0.05mm的方孔，以及正反面共計(jì)16處拐角清角R3mm。8組方孔局部如圖1所示，8處R角清角局部如圖2所示。要求所有電火花加工面與數(shù)控銑削已加工面接平。經(jīng)前期使用單個(gè)電極臥式加工20件殼體的檢測(cè)和觀察，發(fā)現(xiàn)電極磨損情況較為嚴(yán)重，每加工20件就要更換一次電極，電極更換的校正，以及更換電極后重新校正零件的起始點(diǎn)用時(shí)較長(zhǎng)。加工過程中電極與零件發(fā)生接觸感知的次數(shù)，每加工一組4件就發(fā)生3次，單個(gè)零件加工用時(shí)4.4h，同時(shí)，加工完的方孔底面時(shí)常發(fā)生與數(shù)控銑削面接不平的現(xiàn)象。此加工方法效率較低，無法完成生產(chǎn)計(jì)劃。圖1

典型的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖28處R角清角局部3

原因分析對(duì)殼體零件整體加工狀態(tài)和特性進(jìn)行分析，改進(jìn)前的加工方法是根據(jù)方孔尺寸和R角清角尺寸設(shè)計(jì)兩個(gè)成型電極。單個(gè)方孔電極如圖3所示，單個(gè)R角電極如圖4所示。將零件臥式裝夾（見圖5）在工作臺(tái)上進(jìn)行加工。加工過程中存在以下幾個(gè)問題，導(dǎo)致零件加工效率較低。1）利用單個(gè)成型電極進(jìn)行加工，電極的磨損比較嚴(yán)重，很難保證零件的尺寸精度。電極磨損更換的頻率大幅增加，更換電極的校正會(huì)浪費(fèi)大量的輔助時(shí)間。2）零件采用浸泡式加工，由于裝夾次數(shù)和更換電極頻繁，其上下油也會(huì)浪費(fèi)很多輔助時(shí)間。3）零件采用臥式裝夾方式加工，將零件平放于工作臺(tái)上裝夾，不利于電極加工時(shí)的排屑，造成電極加工時(shí)與零件表面發(fā)生接觸感知而無法加工的現(xiàn)象。4）根據(jù)殼體零件外形尺寸特點(diǎn)采用臥式裝夾方法，使機(jī)床工作臺(tái)利用率降低，機(jī)床一次裝夾件數(shù)較少，加工效率也相應(yīng)較低。5）單個(gè)電極對(duì)零件接觸與組合電極相比較，其接觸面不相同，單次脈沖放電加工效率也不一樣。圖3單個(gè)方孔電極

圖4單個(gè)R角電極

圖5臥式裝夾4

解決措施針對(duì)零件加工效率低的問題，采取如下兩種解決措施。措施一：對(duì)電極進(jìn)行改進(jìn)。電火花加工中，電極的損耗是一項(xiàng)極其重要的指標(biāo)。由于電極磨損直接關(guān)系到零件的尺寸誤差、仿形精度，以及更換電極的次數(shù)等，這是在加工前必須考慮的[2]，所以首先要改變思維，將原先采用單個(gè)電極逐一加工的方式，改進(jìn)為組合電極加工方式。將原先單個(gè)電極一次加工2個(gè)方孔，改進(jìn)為組合電極一次加工8個(gè)方孔；拐角處的清角，由原先采用單個(gè)電極清角，改進(jìn)為設(shè)計(jì)組合電極一次加工4個(gè)拐角，同時(shí)清角。方孔組合電極如圖6所示，R角清角組合電極如圖7所示。圖6方孔組合電極

圖7R角清角組合電極措施二：利用工裝裝夾方式，電火花加工狀況由其本身加工特性決定。由于在符合圖樣加工工藝要求的加工過程中，在設(shè)置好的最佳電參數(shù)狀態(tài)下，無法改變其加工速度[3]，所以采用工裝裝夾，將之前臥式一次裝夾4件，改進(jìn)為工裝夾具一次裝夾10件。工裝夾具如圖8所示，零件裝夾效果如圖9所示。該裝夾方法可以減少加工中的裝夾次數(shù)，節(jié)約上下油輔助時(shí)間。在確保電源安全的情況下，操作人員在下班前可以暫停加工，將工裝內(nèi)已加工好的零件取出，之后將工裝填滿10件零件，重新調(diào)用程序進(jìn)行加工。在現(xiàn)有人員和設(shè)備資源情況下，提高了設(shè)備利用率。圖8工裝夾具

圖9零件裝夾效果5

改進(jìn)效果采用所設(shè)計(jì)的組合電極和工裝夾具，對(duì)后期投產(chǎn)的4000件殼體零件進(jìn)行電火花加工，加工時(shí)間由之前的每件4.4h，縮短到2.6h；電極更換頻率由改進(jìn)前的201次，減少到改進(jìn)后的54次。更換電極校正零件起始點(diǎn)比之前縮短12.3h，加工過程中由于排屑造成電極與零件接觸感知而無法加工的次數(shù)，由改進(jìn)前每加工一組發(fā)生3次，減少到改進(jìn)后每組發(fā)生0次。在采用工裝夾具后，機(jī)床利用率每天提升6h。同時(shí)，采用該工裝不僅能夠精準(zhǔn)定位零件，而且也方便了操作人員裝夾。6

結(jié)束語通過組合電極和工裝夾具的有效配合，不僅提高了殼體零件的電火花加工精度，節(jié)約操作過程中的輔助時(shí)間，有效提高了零件加工效率，而且所設(shè)計(jì)的組合電極和工裝夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，使用性能經(jīng)過加工檢驗(yàn)效果