数控精密电火花加工技术

数控精密电火花加工技术在现代模具加工中的应用李立（上海沙迪克软件有限公司系统开发部，上海徐汇区200233）摘要：分析了数控精密电火花加工技术在模具加工中的应用场合，探讨了数控精密电火花加工技术在模具加工应用中的特殊方法。关键词：数控精密电火花加工；现代模具加工；特殊方法1.引言模具作为一种高附加值的技术密集产品，它的技术水平已经成为衡量一个国家制造业水平的重要评价指标之一，而要提高模具技术水平最先离不开先进的制造设备。作为特种加工家庭的一员，数控精密电火花加工是对传统机械加工方法的有力补充和延伸，现已成为模具行业中不可缺少的重要加工方法，并正向着精密化、智能化方向发展，同时也成为设计制造中实现特殊要求所不可缺少的工艺方法。2.数控精密电火花加工概述电火花加工(ElectricalDischargeMachining,简称EDM)又称电加工，属于特种加工的技术范畴，是先进制造技术的一个重要组成部分。因为现代电火花加工都采用数控装置进行精密或超精密加工，因此称为数控精密电火花加工。电火花加工主要包括电火花成型加工和电火花线切割加工以及电火花高速小孔加工。电火花成型加工简称为电火花加工，电火花线切割加工简称为线切割加工，电火花高速小孔加工简称为小孔加工或穿孔加工。表1.1列出了常见电火花加工的分类情况及各类加工方法的主要特点与用途.表1.1常见电火花加工的分类情况及各类加工方法的主要特点与用途特点用途说明电火花成形加工①工具和工件间主要只有一个相对的伺服进给运动②工具为成形电极，与被加工表面有相同的截面和相反的形状①穿孔加工：加工各种冲模、挤压模、粉末冶金模、各种异形孔及微孔等②型腔加工：加工各类型腔模及各种复杂的型腔零件约占在电火花机床总数的30%，典型机床有北京阿奇SE系列及日本SodickAM系列等电火花成形机床电火花线切割加工①工具电极为顺电极丝轴线方向转动着的线状电极②工具与工件在两个水平方向同时有相对伺服进给运动①切割各种冲模和具有直纹面的零件②下料、截割和窄缝加工约占电火花机床总数的60％，典型机床有DK7725及日本SodickAQ数控电火花线切割机床电火花高速小孔加工①采用细管电极，管内冲人高压水基工作液②细管电极旋转③穿孔速度较高①线切割穿丝预孔②深径比很大的小孔，如喷嘴小孔等约占电火花机床的2.5%,典型机床有北京阿奇SD1电火花小孔加工机床电火花成型加工和电火花线切割加工及电火花高速穿孔加工放电加工原理相同，只是其各自的实现手法不同。电火花加工时，工件与加工所用的工具为极性不同的电极对，加工时，电极对之间多充满工作液，主要起恢复电极间的绝缘状态及带走放电时产生的热量的作用，以维持电火花加工的持续放电。为便于理解和对比，将电火花加工时所用工具称为工具电极(简称电极)，而工件则仍称作工件。在正常电火花加工过程中，电极与工件并不接触，而是保持一定的距离(称作间隙)，在工件与电极间施加一定的电压，当电极向工件进给至某一距离时，两极间的工作液介质被击穿，局部产生火花放电，放电产生的瞬时高温将电极对的表面材料熔化甚至汽化，逐步蚀除工件，通过控制连续不断地脉冲式的火花放电，就可将工件材料按人们预想的要求予以蚀除，达到加工的目的，故称作电火花加工。日、美、英等国通常称作放电加工或电蚀加工。图1-1电火花成形加工机电火花成型加工是利用成型工具电极，相对工件作简单进给运动的同时也作相反方向的回退运动，以排屑维持放电通道，在工件上“压印”出具有工具电极相同的截面或相反的形状。加工时工具电极作单方向的进给，同时又作快速的回退，在摇动加工中还拌有其它两轴的摇动动作。通过多次放电及重复动作，最终在工件的表面加工出凹坑或穿透工件的孔。图1-2电火花线切割加工机电火花线切割加工在特种加工中它又属于电火花加工一类，是直接利用电能和热能进行加工的工艺方法。加工时电极丝与工件在X、Y及U、V两个水平方向同时有相对伺服进给运动及垂直方向的直线相对运动。因为这种方法是用一根移动着的金属线(电极丝)作为工具电极与工件之间产生火花放电对工件进行切割，故称为线切割加工。图1-3电火花高速小孔加工电火花高速小孔加工是采用细管电极，管内冲人高压水基工作液或油性工作液，细管电极旋转的同时作Z方向快速进给，宏观上不间断地向下加工，类似于铣床钻孔，但穿孔速度比钻削速度高得多。3.数控精密电火花加工在现代模具加工中的应用场合3.1数控精密电火花加工在冲模加工中的应用图1-4扇形齿与椭圆齿轮冷冲模具图1-5水果刀冷冲模具冲模一般包括冲裁模/压弯模/引伸模/挤压模等。目前冲裁模的冲孔模/落料模/切边模/切断模/剖切模/切口模/整修模等采用电火花线切割加工的比较多，特别是跳步模（或称级进模）和落料冲孔复合模，在模具上有重复位置精度要求的，均采用电火花线切割加工。电火花成型加工的使用情况：（1）适合于“钢打钢”/“反打正用”的冲模。即用上冲头从凹模的背面加工，产生合理的加工斜度及合适的模具配合间隙。（2）周边较长，配合间隙要求特别精密/均匀的冲模。为了使模具间隙配合均匀，往往反冲头组装成一整体作为电极，加工出形状复杂/槽孔数又多的凹模。（3）特殊情况还得电火花穿孔成形加工。如凹模有空刀要求的/凸模有凸缘要求的，还需要电火花穿孔/成型加工。至于其它模具因结构的特殊性，往往均不是透孔，为形状各异的立方体形状，所以仍广泛采用电火花穿孔成型加工。3.2数控精密电火花加工在型腔模加工中的应用•图1-6型腔模中的前模型腔模又分为锻模/塑料模/压铸模等，其中以塑料模加工最为常见。在塑料模具中，动模和定模是塑料模具的主要组成部分。动模也称型芯或凸模，是成型塑件内表面的模具零件，多装在注塑机的动模板上。定模也称型腔或凹模，是成型塑件外表面的模具零件，多装在注塑机的定模板上。动模和定模通常都要经过淬火处理，硬度极高，一般加工方法难以加工，特别是小孔与异型孔。数控电火花线切割在动模加工中的应用常有镶件孔、顶针孔、司筒孔、斜顶孔等的加工。在定模加工中的应用常有镶件孔、镶针孔等的加工。电火花成型加工在塑料模加工中常有动模和定模的表面加工或深孔加工，对高速铣削加工后进行最终尺寸的精打或作角落加工的补充。4.数控精密电火花加工在现代模具加工中的特殊应用方法4.1数控精密电火花线切割的特殊应用方法4.1.1上下异形件的线切割加工方法图1-8上下异形上下异形是指工件的上端与下端形状不一样，如上端为一个圆，下端为一正方形。上下异形的程式例如下：•G54•G21•G90•G92X0.Y-31.25U0.V0.•T84•C101H001•G142•G01Y-25.:G01Y-18.75•X25.:G03X13.2582Y-13.2583J18.75•Y25.:X13.2583Y13.2583I-13.2582J13.2583•X-25.:X-13.2582I-13.2583J-13.2583•Y-25.:Y-13.2583I13.2582J-13.2583•X0.:X0.Y-18.75I13.2582J13.2583•Y-31.25:G01Y-31.25•G140•M02在上面的程式中，以两点隔开，前面的程式是下面的形状为正方形，后面的程式是上面的形状为圆形。它为一个复合程式，是将上下两个程式并在一起走，下面数据走X、Y轴，上面的数据走U、V轴，最终加工出上下面形状各异的立体直纹面。4.1.2斜齿轮的线切割加工方法图1-9斜齿轮凸模图１－１０斜齿轮凹模斜齿轮是机械传动中比较特殊的一种传动部件，如果尺寸较小或模数特殊，传统的加工方法很难加工，而线切割在这方面有着许多的优势。其加工的方法还是利用上下异形，用3D软件分析出下面齿轮和上面齿轮相差的角度。在机床软件或专业软件中画好两个齿轮，再将某一齿轮旋转相差的角度，然后按图编写上下异形程式，生成斜齿轮专用切割程式。斜齿轮的程式例下：•(GEAR)•G21•G90•G54G00X0.Y0.U0.V0.•T91•T84•C101H001•M98P0001•T85•C102H002•M98P0002•C103H003•M98P0001•T90•M02••O0001•G90•G142•G01X-.3216Y13.5962:G01X-.3216Y13.5962•G02X.0599Y13.5999I.3216J-13.5962:G02X-.1775Y13.5988I.3216J-13.5962•X.1184Y13.4849I-5.5543J-2.8998:X-.117Y13.4849I-5.5029J-2.9962•X.173Y13.3719I-5.3129J-2.636:X-.0604Y13.3729I-5.266J-2.7283•X.2258Y13.2562I-5.2109J-2.4494:X-.0056Y13.2581I-5.1674J-2.54•X.2744Y13.1431I-4.9346J-2.1878:X.045Y13.1459I-4.8956J-2.2735•X.3212Y13.0268I-4.8102J-2.0027:X.0938Y13.0304I-4.7746J-2.0863•X.3634Y12.9139I-4.4899J-1.7437:X.138Y12.9182I-4.4588J-1.8218•X.4038Y12.7967I-4.3373J-1.5607:X.1804Y12.8018I-4.3094J-1.6361•X.4391Y12.6844I-3.9575J-1.305:X.2177Y12.6901I-3.9341J-1.3739•。。。。。。。。。。。。。。。。。。•。。。。。。。。。。。。。。。。。。•。。。。。。。。。。。。。。。。。。•X-.5889Y13.4725I5.4522J-2.3341:X-.824Y13.4602I5.4922J-2.2386•X-.5345Y13.5895I5.7066J-2.5872:X-.7715Y13.5781I5.7509J-2.4872•X-.3216Y13.5962I.5345J-13.5895:X-.3216Y13.5962I.7715J-13.5781•G01X0.Y0.:G01X0.Y0.•G140•G90•M99•••O0002•G90•G141•G01X-.3216Y13.5962:X-.3216Y13.5962•G03X-.5345Y13.5895I.3216J-13.5962:G03X-.7715Y13.5781I.3216J-13.5962•X-.5889Y13.4725I5.6521J-2.7042:X-.824Y13.4602I5.6984J-2.6051•X-.6395Y13.3577I5.4016J-2.4489:X-.8726Y13.3445I5.4436J-2.3543•X-.6883Y13.2403I5.2932J-2.266:X-.9193Y13.2262I5.332J-2.1733•X-.7329Y13.1255I5.0079J-2.0142:X-.9619Y13.1107I5.0423J-1.9265•X-.7756Y13.0076I4.8772J-1.8336:X-1.0025Y12.9921I4.9085J-1.7481•X-.8139Y12.8933I4.548J-1.586:X-1.0388Y12.8771I4.575J-1.5064•。。。。。。。。。。。。。。。。。。•。。。。。。。。。。。。。。。。。。•。。。。。。。。。。。。。。。。。。•X.3634Y12.9139I-4.3777J-1.4436:X.138Y12.9182I-4.3518J-1.5197•X.3212Y13.0268I-4.5321J-1.6308:X.0938Y13.0304I-4.503J-1.7096•X.2744Y13.1431I-4.857J-1.8863:X.045Y13.1459I-4.8234J-1.9708•X.2258Y13.2562I-4.9832