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一种简易线切割夹具的设计

一种简易线切割夹具的设计

  • 分类:技术展品
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  • 发布时间:2010-07-08 09:52
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【概要描述】

一种简易线切割夹具的设计

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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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