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一种简易线切割夹具的设计
http://www.CHINA-NTM.com 技术交流 2010年7月8日
作者:冯辉英,熊毅(河南工业职业技术学院)
电火花线切割在机械加工中应用非常广泛,有一些中小型的机械零件,由于其本身尺寸较小,设计时又没有很好地考虑其如何装夹与找正,导致这些零件在线切割加工前的装夹与找正非常困难,甚至因无法装夹而不能加工。因此,针对这类零件的结构特点设计一些简单方便的专用夹具就非常实用。
1 工件的线切割加工工艺分析
零件的结构见图1(图略)。该零件材料为45(钢调质处理),批量为50件,零件的内部形状较复杂,且直径74 mm圆弧与外圆同心。当前工序内容是加工内形轮廓,由于内部结构有尖角,需采用线切割加工。
目前线切割编程及控制系统已较成熟,所以线切割加工的编程并不是工艺难点,难点是工件如何快速找正和可靠装夹。
在产品试加工阶段,采用线切割机床上自带的压板进行装夹,由于线切割需切割最大内径达到84 mm,故单边可夹持余量只有5.5 mm(实际上小于5.5 mm),操作难度极大。花费约30 min。装夹完毕后,需将电极丝定位于工件中心,虽可利用机床的自动找中心功能实现,但由于线切割机床采用的是步进电机,进给速度很低,中心孔直径为74 mm,故定位也需30 min。当然,电极丝定位也可手动进行,但手动进行需要计算刻度盘的刻度值,容易出错。准备工作完毕后,开始切割,整个切割时间在60 min左右,故整个工件的加工需花费120 min左右。其中有一半的时间用于装夹与定位,如能将这部分时间缩短,加工效率将大大提高。
2 夹具设计与使用
2.1 夹具设计
由于该零件的批量不算大,故夹具设计应注意以下几点:① 结构简单,成本低。② 操作容易,能明显提高装 夹与定位的效率。③ 夹具工作可靠。
首先考虑零件的定位,零件的定位为基准直径95 mm外圆的轴线。如果在夹具上做一个直径95 mm的孔,将零件外圆套在夹具孔中,则夹具孔和零件外圆同心。若将电极丝定位于夹具孔中心,则实现了电极丝对工件的定位。若不考虑机床的误差,那么只需在第一次加工前定位电极丝,记住X、Y工作台刻度盘数据,以后将刻度盘移动到该位置,即实现了电极丝的定位。这样基本上省略了电极丝定位的时间。
再考虑零件的装夹,有两种方案(图2略):
方案A:直径95 mm做成通孔,在其侧面加工一个螺钉孔,利用螺钉的旋转使工件紧固。
方案B:直径95 mm下方做一个台阶孔,84 mm直径<95 mm,利用台阶紧固。
为了保证顺利地装夹与取出工件,夹具中直径95 mm孔与工件外圆呈间隙配合。
方案A的优点是夹具容易加工(采用图2a中的夹具)。第一次加工前需将电极丝定位到直径95 mm孔中心,然后将工件放入孔中,拧紧右侧螺钉,以后各次加工不用再定位电极丝。由于右侧螺钉的紧定作用,工件与夹具孔的间隙不均匀,右侧间隙比左侧大,会导致切割后的内形与外圆同轴度误差较大。若工件要求不严格时,可用此方案。
方案B采用了台阶孔固定,上下两个孔的直径分别为95 mm和85 mm,且两孔同心。第一次加工前,将电极丝定位到直径85 mm的孔中心,然后将工件放入直径95 mm孔中,台阶孔将工件支承。这个方案操作比方案A更简单,安装和取出工件更方便,且容易保证间隙的均匀性。但该方案的加工比方案A稍复杂。
对于直径85 mm,直径比84 mm稍大,目的是为了保证切割加工时不被切割,保护夹具,其直径在84~95 mm范围内,保证不被切割,同时起到台阶的作用。若夹具中直径85 mm和直径95 mm两孔之间的位置精度很低时,可在加工第一件前,利用工件直径74 mm内孔来定位电极丝,这样可降低夹具的加工难度。
为了保证工件外圆和夹具直径95 mm的内孔的间隙配合,此处设计夹具内孔尺寸为直径,直径85 mm孔尺寸精度要求不高,但要求与直径95 mm同轴,且表面粗糙度值低,方便于电极丝的定位。最后,得到该工件的线切割夹具见图3(图略)。
2.2 加工过程
2.2.1 工件及电极丝的准备
(1) 先进行电极丝垂直度校正。
(2) 将夹具桥接到工作台,并用压板固定。
(3) 解开电极丝,穿丝,利用自动找中心功能将电极丝定位到直径85 mm的孔中心,并记下X、Y轴刻度盘的刻度值。
(4) 解开电极丝,装入工件,穿丝,加工准备完毕。
2.2.2 编制线切割程序
利用线切割自动编程系统,程序如下:
N 1: B 100 B 36900 B 36900 GY L1 ;
N 2: B 0 B 4932 B 4932 GY L2 ;
N 3: B 15583 B 8437 B 15583 GX L4 ;
N 4: B 2087 B 4476 B 4476 GY L1 ;
N 5: B 11793 B 15789 B 15789 GY L4 ;
N 6: B 29563 B 22082 B 22182 GY SR1 ;
N 7: B 4933 B 0 B 4933 GX L1 ;
N 8: B 8438 B 15583 B 15583 GY L3 ;
N 9: B 4477 B 2087 B 4477 GX L4 ;
N 10: B 15790 B 11793 B 15790 GX L3 ;
N 11: B 22082 B 29563 B 22182 GX SR4 ;
N 12: B 0 B 4933 B 4933 GY L4 ;
N 13: B 15582 B 8438 B 15582 GX L2 ;
N 14: B 2087 B 4477 B 4477 GY L3 ;
N 15: B 11794 B 15790 B 15790 GY L2 ;
N 16: B 29563 B 22082 B 22182 GY SR3 ;
N 17: B 4932 B 0 B 4932 GX L3 ;
N 18: B 8437 B 15582 B 15582 GY L1 ;
N 19: B 4476 B 2087 B 4476 GX L2 ;
N 20: B 15789 B 11794 B 15789 GX L1 ;
N 21: B 22082 B 29563 B 22182 GX SR2 ;
N 22: B 100 B 36900 B 36900 GY L3 ;
N 23: DD
准备工作完成后,设置好电参数,即可进入加工。整个加工耗时60 min。
加工完毕后,将电极丝解开,取下工件。因为加工完成后电极丝回到起点,电极丝又回到了直径85 mm孔中心,故安装好第2个工件,将电极丝穿好,直接加工即可。
3 结束语
采用该夹具后,平均每件加工时间(包括找正和装夹时间)在65 min左右,比未采用专用夹具时提高了一倍,并且能保证工件的加工精度。这说明设计合理的专用夹具能大幅度提高加工效率,同时能保证加工质量。在设计夹具时注意以下几点:
(1) 仔细分析工件,找准工件待加工部位的定位基准。
(2) 对大批量生产的工件,应提高夹具的自动化程度,而中小批量加工的工件,应注重夹具简单,降低成本。
(3) 夹具本身要有足够的强度和稳定性。
摘自《电加工与模具》2009年第6期
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