紫铜电极的雕刻.doc

第十一章 紫铜电极的雕刻第十一章 紫铜电极的加工教学提示：紫铜电极是电火花加工的工具，紫铜电极的加工是精雕机在模具行业应用范围最广的领域之一，精雕雕刻软件JDPaint开槽式等量切削和少吃快跑的加工工艺合理的解决了紫铜难以断屑及其他加工难点。本章将重点介绍紫铜电极雕刻过程中常见的一些问题以及解决这些问题的方法。11.1 紫铜电极的应用及加工要求教学目的：通过了解电火花加工原理及应用，掌握紫铜电极的加工要求。教学重点：电极的加工要求11.1.1 电火花加工基础知识紫铜电极是电火花机的基本加工工具，要想依靠精雕机加工出合格的电极，就要对电火花加工行业的一些基本知识有所了解。下面，我们就分别从电火花的加工原理、特点及应用来了解一下紫铜电极的基本加工要求。注：对于那些本来就是从事电火花加工的学员，下面内容可以不讲或选讲部分内容。1、电火花的加工原理1、自动进给调节系统 2、工具电极 3、工作液 4、工件 5、脉冲电源 SF、表面间隙 SL、侧面间隙图11-1电火花加工原理如图11-1所示（教师板书图11-1）。从图中可以看出，脉冲电源分别为工具电极和工件提供电压，自动调节进给系统控制电极靠近或远离工件。当工具电极接近工件时，在二者之间形成瞬间高压，它们之间的介质被击穿，随即发生火花放电。在火花通道中瞬时产生大量热能，使金属局部熔化甚至汽化、蒸发，而将金属腐蚀下来，最终形成所需求的模具零件形状。由此可以看出：电火花加工其实就是利用火花放电时产生的大量热能腐蚀材料进行加工的。2、电火花加工的特点前面我们知道了电火花加工的基本原理，那么电火花加工具有那些特点呢？我们可以将电火花加工的特点归纳为以下几点：（1）由于火花放电的能量密度高，它不受材料硬度影响，不受热处理状况影响，便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复合形状的工件。（2）脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围小。（3）加工时工具电极与工件材料不接触，两者之间直接的作用力极小，工具电极电火花加工时无任何机械力作用，因此，工具电极的材料不需要比工件材料硬，可以用一些导电性能相对较好，材料硬度不是很大，但是耐腐蚀的材料，如紫铜、石墨等。（4）同一台机床上可进行粗、中、精加工及连续加工。（5）可以改善加工工艺。使用多套电极加工同一个比较大而复杂的模具，减少了单位工序的工作量，使一些复杂而难于操作的模具加工变得容易起来。（6）可以进行模具或产品的快速批量生产，并保证它们的一致性。正是由于电火花加工的这些特点，才使电火花机在制造行业有着广泛的应用。3、电火花加工的应用电火花加工的主要用途有以下几点： （1）制造冲模、塑料模、锻模和压铸模。 （2）加工小孔、畸形孔以及在硬质合金上加工螺纹孔。 （3）在金属板材上切割出零件。 （4）加工窄缝。 （5）磨削平面和圆面。 （6）其它（如强化金属表面，取出折断的工具，在淬火件上穿孔，直接加工型面复杂的零件等）。要完成上述各项电火花加工，就需要有相应的工具电极来保证。11.1.2 紫铜电极的加工要求根据电火花加工的原理及特点，电极应该符合以下几点要求：1、表面粗糙度必须小，电极表面粗糙度Ra为1.600.80m以下，不准有砂眼存在，这一点是电火花加工的最基本的要求。2、曲面形体的电极侧面粗糙度必须小。3、一般电极要求侧壁陡峭，与竖直方向的夹角为10度左右。4、电极表面的棱角要分明，否则将影响模具的加工效果。5、电极尺寸大小要按凹模规定尺寸减去间隙值（凹槽部分加上间隙值）计算，尺寸精度要求高（一般不能低于IT6级），设计时要考虑电火花加工的放电间隙，电极的放电间隙一般为0.010.5mm之间。6、由于电极是加工模具，所以电极的形态与最终产品形态是一致的，不存在反向问题。7、成套电极的配合精度要高。 11.2 简单紫铜电极的雕刻教学目的：使学员掌握简单紫铜电极的加工工艺方法。教学重点：1、产品特点分析。2、紫铜电极雕刻的工艺方法。3、设计与加工难点分析。前面大家了解了电极的一些基本加工要求，现在我们就以图11-2这一简单的曲面电极为例，来学习如何雕刻电极。图11-211.2.1 产品特点分析大家现在所看到的就是一个已经加工好的电极，我们经过观察、测量，可以获得以下产品信息：1、电极的基准面是一个长为42mm，宽为28mm的矩形。2、曲面是一个长半径为17.5mm，短半径为10mm，基准高度为3mm，实际高度为2mm，截面形状为椭圆截面的，向下凹的曲面。3、图案及文字是沿着曲面凸起来的，图案及文字的外围部分被雕刻的深度是0.5mm。11.2.2 产品设计过程已经获得了雕刻信息，接下来的工作就是经过抄图，得到要雕刻的图形及曲面。由于这部分内容大家在前面已经学习过，这里就不再做详细讲解。抄好的图形如图11-3所示，下面就生成刀具路径过程中出现的加工难点进行分析。图11-311.2.3 加工工艺分析 1、雕刻方案分析曲面部分基准面图11-4（如图11-4所示）曲面部分和基准面的加工可以通过整体曲面加工来完成，也可以分别进行曲面雕刻和区域雕刻来完成。整体加工还是分区域加工？哪种加工方式更合理呢？通过整体曲面加工的方法是不正确的，原因有以下几点：(1) 在讲前面电极的加工要求时，我们说过：“曲面形态的电极侧面粗糙度必须低”，要保证这一点，单纯靠曲面雕刻是做不到的。(2) 由于对基准面和曲面表面的要求不一样，因此有必要把二者分开加工，以提高加工效率。(3) 从刀具的使用上来考虑，曲面的精加工用球头刀效果比较好，但球头刀不适宜进行平面加工。（4）加工直侧面时，效率低，侧面质量不高。正是由于以上缘故，所以我们必须进行分区域加工。2、如何选择曲面雕刻的边界线既然曲面部分要和基面部分分开雕刻，那么在曲面雕刻生成路径时，该怎样选择曲面雕刻的雕刻边界呢？如果选用椭圆作为曲面的雕刻边界线，可能出现残料。我们就需要另外绘制一条边界线。这条边界线是由椭圆边界向外等距得到的，等距距离等于一倍的刀具半径值即可。根据前面所学的选刀原则，我们在这里可以选择2.0mm的平底刀和2.0mm的球头刀分别进行曲面粗加工和精加工，那么，只要将椭圆向外区域等距1 mm即可。3、如何保证电极的表面粗糙度椭圆曲面的刀具路径生成时，一定要注意以下几点：（1）减小路径间距并选择合适的走刀方式。（2）精加工时一定要使用球头刀。（3）注意“曲面雕刻”里“计算设置”参数的设置。注意“曲面误差”设为0.002。 4、如何设置工艺参数紫铜电极是一种比较粘又难于断屑的材料，加工紫铜电极时所使用的刀具必须锋利。但是只有合适的刀具还是远远不够的，还需要用合理的工艺参数来保证。下面是加工紫铜材料的工艺参数表，大家可以在以后的加工中直接使用。(1) 紫铜材料开粗加工工艺参数表表11-120系列刀具加工紫铜材料的工艺参数表刀具一次开槽深度(mm)开槽进给速度(m/min)“单边切”吃刀深度(mm)侧向进给(mm)“单边切”进给速度(m/min)“单边切”切除率(mm3/min )20-2.00.32.410.32.472020-1.50.32.410.32.472020-1.00.32.410.22.448020-0.80.22.410.22.448020-0.50.21.210.11.2120表11-230系列刀具加工紫铜材料的工艺参数表刀具一次开槽深度(mm)开槽进给速度(m/min)“单边切”吃刀深度(mm)侧向进给(mm)“单边切”进给速度(m/min)“单边切”切除率(mm3/min )30-1.50.32.410.32.472030-1.00.32.410.32.472030-0.80.32.410.22.448030-0.50.32.410.22.4480表11-3使用螺纹铣刀进行金属开粗加工时的工艺参数材料刀具直径（mm）工序吃刀深度/刀侧向进给量进给速度主轴转速下刀方式切除率mm3/min紫铜3开槽0.25mm1.2m/min24000RPM斜线下刀3快速去料8mm0.3mm2.4m/min24000RPM斜线下刀5760（2）紫铜材料精修加工工艺参数表表11-420系列刀具精修加工紫铜材料的工艺参数表刀具“双边切”吃刀深度(mm)“双边切”进给速度(m/min)“单边切”吃刀深度(mm)“单边切”进给速度(m/min)20-1.00.32.412.420-0.80.22.412.420-0.50.21.211.220-0.40.10.60.51.220-0.30.10.40.50.420-0.20.050.20.50.220-0.10.020.10.020.1表11-530系列刀具精修加工紫铜材料的工艺参数表刀具“双边切”吃刀深度(mm)“双边切”进给速度(m/min)“单边切”吃刀深度(mm)“单边切”进给速度(m/min)30-1.00.32.412.430-0.80.32.412.430-0.50.32.412.430-0.40.11.20.52.430-0.30.11.20.51.830-0.20.10.20.50.430-0.10.020.10.020.15、如何保证曲面加工及投影雕刻时，不再加工基准面及直侧面曲面直侧面图11-5通过渲染（如图11-5）我们可以发现，曲面的侧面是一直侧面，在进行曲面加工时，就会加工到直侧面及基准平面部分，造成不必要的下刀，导致加工效果不理想。具体解决办法为构造保护面。构造一保护面作为曲面雕刻及投影雕刻的辅助图，防止刀具路径超越曲面表面范围。曲面雕刻边界线曲面边界线图11-6具体构造方法为：将曲面的边界线与曲面雕刻的边界线（如图11-6所示）集合，选择集合后的图形，构造一基准高度是3 mm 的矩形截面的曲面即可（如图11-7所示），新形成的曲面如图11-8所示。 图11-7 图11-8 6、加工工序表 根据我们前面的学习，我们不难得出这个电极的加工工序表。表11-6 “MOTOROLA”电极加工工序表工序序号工序名称使用刀具目的1铣平面平底JD3.0使毛坯表面水平2区域雕刻平底JD2.0矩形与椭圆之间部分的区域雕刻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球头刀曲面部分精修加工5区域粗加工30-0.4图案及文字部分的区域去粗加工6区域精加工30-0.2图案及文字部分的区域精修加工7投影雕刻使用原有参数将图案和文字的区域雕刻路径投影到曲面上8轮廓切割平底JD2.0将模具从毛坯上切割下来11.2.4 生成刀具路径1、区域雕刻参数设置 刀具路径 图11-92、曲面雕刻参数设置 图11-10刀具路径图11-113、文字图案部分雕刻参数设置（1）区域雕刻开粗加工部分的参数设置图（11-12）。 图11-12根据上述参数生成的刀具路径图如图11-13所示。刀具路径图11-13（2）区域雕刻精修加工部分的参数设置图（11-14）及生成后的路径图（11-15）。 图11-14图11-15是根据上述参数生成的刀具路径图，删除掉多余的路径后如图11-16所示。 图11-15 图11-16（2）投影雕刻部分图11-1711.3 复杂曲面紫铜电极的雕刻教学目的：使学员熟练掌握复杂紫铜电极的加工工艺方法。教学重点：1、怎样生成曲面边界线及保护面；2、各雕刻参数的设置。大家在前面学习了简单曲面电极的文件设计方法，这种电极只是在一个简单的浮雕曲面上投影字及图案，整个图形的绘制及路径文件的生成过程都可以在JDPaint里完成。下面我们以一个表壳电极（如图11-18）为例，来讲解一下对复杂曲面电极应该怎样生成路径，才能保证正确、有效地加工电极。直侧面的粗糙度符合要求曲面表面的粗糙度符合要求 图11-1811.3.1 产品加工要求通过观察它的具体形态，根据各部分的特点，得到各部分的加工要求（图11-18所示）。根据电极的加工要求，在实际生产中需要做到如下几点：（1）曲面表面的粗糙度符合要求；（2）直侧面的粗糙度符合要求；（3）表壳的尺寸精度符合要求。要达到上面的要求，就要求有合理的工艺来保证。下面我们就来分析一下该电极的加工工艺中的一些难点。11.3.2 产品设计过程对于复杂的曲面电极，其造型一般都是其它软件完成的，生成IGES文件，利用JDPaint提供的输入功能，我们可以直接调用这个文件。本例就是直接调用IGES文件。输入IGES文件后，为了能生成正确的刀具路径，一般需要对文件进行诸如边界线、保护面等处理。这时就需要用到JDPaint软件中的相关设计功能，下面我们详细讲解。1、如何得到各边界线为了生成正确的曲面雕刻路径，就需要找出各区域边界线，那么怎样得到各部分的边界线呢？在大家以后的工作中，可以通过以下几种途径来得到各边界线：（1）如果上游客户在其它软件中已经绘制出来了曲面的二维图，那么可以通过JDPaint软件的“输入”功能直接调入使用。（2）根据客户提供的图纸在JDPaint里绘制出来。（3）如果客户只有曲面的原始设计图，可以依靠JDPaint的“生成曲线”中的“曲面二维轮廓”功能，找出曲面的一些简单曲面轮廓边界线（教师演示步骤如图11-19所示）。2、点击如下命令3、得到结果1、选中要生成曲线的曲面图11-19（4）在其它软件里找出各边界线，然后通过“输入”功能调入到JDPaint软件即可。2、生成保护面所谓保护面就是为了避免出现曲面加工中的扎刀和过切现象而生成的辅助曲面。根据分析我们知道此例需要生成如下保护面。如图11-20及11-21所示分别为生成保护面后的曲面图及渲染图。保护面 图11-20 图11-213、选择合适的曲面雕刻边界线为了避免不必要的空走刀和重复雕刻，一般需要用区域限制曲面的雕刻范围，因此在生成路径之前要仔细分析雕刻方案，选择合适的曲面雕刻边界线。11.3.3 加工工艺与分析1、如何保证直侧面的粗糙度我们要保证的直侧面有：表壳的外轮廓边和表壳的两个内圈边界。我们一般都是用平面雕刻方式，来保证曲面侧边的粗糙度。具体做法为（如图11-22）：(1) 为了保证表壳的外轮廓这个直侧面的粗糙度，我们需要在曲面外轮廓生成轮廓切割路径。(2) 表壳的两个内圈区域分别进行区域雕刻。电极基面矩形边框生成轮廓切割路径内圈边界1：进行区域雕刻进内圈边界2：进行区域雕刻 图11-222、刀具半径补偿法的实际应用电极的特殊性在于它具有粗打电极与精打电极之分（有些精密模具的制造还可能需要几套半精打电极），而粗打电极与精打电极由于考虑火花放电间隙的因素，尺寸是不同的。如何保证在原始文件尺寸不变的情况下，得到合格的电极呢？在精雕CNC雕刻中，一般是靠“刀