普通電火花成形機床以......



普通電火花成形機床以其經濟實用、操作簡便等特點而深受廣大用戶的青睞，是目前我國模具行業中最主要的型腔加工機床之一。同時，由于普通電火花成形機床是一種單軸（主軸Z）控制型機床，在工作中一般只能利用主軸的上、下移動來完成電極形狀的拷貝加工，其加工工藝范圍較為狹窄。如何拓寬普通電火花成形機床的加工工藝范圍，使其更好地滿足客觀生產的需要，一直是廣大普通電火花成形機床用戶所關注的現實問題。以下基于筆者多年的實際工作經驗介紹在普通電火花成形機床上加工斜齒輪模具型腔的方法。
一、問題的提出
如圖1所示為一塑料標準斜齒輪的二維圖紙及其三維模型。 上圖所示產品的塑料模具，在結構設計上一般可以采用組合式的模具型腔結構。該模具制造的關鍵在于產品斜齒部分的型腔件（如圖2所示）的制作。
顯然，上圖所示的斜齒輪模具型腔件在普通電火花成形機床上，采用常規的加工方法是無法實現的。
二、問題分析及解決
從斜齒輪輪齒的形狀上分析，斜齒輪可以看作是將直齒輪象扭麻花似的一擰而形成的，斜齒輪的輪齒形狀從軸線方向上看呈螺旋線形狀。可見，要在普通電火花成形機床上實現斜齒輪模具型腔的加工，電極必須作相應的螺旋運動（模具型腔的毛坯件是固定不動的）。 螺旋運動是由直線運動和旋轉運動這兩種基本運動合成的。要在普通電火花成形機床上實現螺旋加工，除了要利用機床主軸的上下運動使電極獲得直線移動外，同時還必須利用一定的輔助裝置使電極轉動起來，最終實現電極的螺旋運動。
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1．電極端部結構的設計
斜齒輪模具型腔的電極通常可以通過車削和滾齒加工完成。考慮到電極在工作過程中要作周向的旋轉運動，故電極不能被直接固定到機床的主軸上。現采用在電極的上端部裝配軸承的結構（如圖3所示），工作時，將軸承外圈固定到主軸夾頭上，而電極能夠靈活轉動。本例中的電極重量較小，采用單個的向心球軸承即可；若遇電極重量較大的情況時，可以采用向心球軸承組合軸向推力軸承的結構。
圖3 電極的結構
1、校準部分 2、齒形部分 3、軸承 4、壓板 5、螺釘另一方面，為了方便對電極的裝夾結果進行校準以及尋找工件中心位置的需要，電極的下端部采用如圖3所示的一直徑為7.0mm的工藝用圓柱體結構。注意：圓柱體的直徑應小于模具型腔毛坯件的底孔直徑，而底孔直徑又應小于斜齒輪的齒根圓的直徑。
齒根圓直徑的計算如下：
d（根）= mn*Z/cosβ-2.5*mn
= 0.5*20/cos8°-2.5*0.5 = 8.85（mm）
2．電極定位板的制作
取2mm左右厚度的聚甲醛（POM）塑料板作為電極定位板的材料，并在其上作一直徑為9.0mm的底孔（從理論上講，厚度越小，定位的精度越高，但厚度過小的定位板剛性太差，2mm是一個比較理想的值；采用聚甲醛材料是考慮到其綜合力學性能較好）。注意到聚甲醛材料的融化溫度為200oc左右，可以用電烙鐵或其他適當的加熱方法對電極齒形部分的下端部進行加熱，待達到要求的溫度后，用電極的齒形部分直接在聚甲醛塑料板上融化出一與電極形狀相吻合的內齒輪形狀（如圖4所示）。在此過程中，要保證電極軸線與電極板表面垂直，以滿足與實際使用情況一致的要求。
圖4 電極定位板
3．螺旋運動的實現
待電極和電極定位板均冷卻后，檢驗一下二者之間的配合情況，一般應以二者間無明顯的周向轉動間隙且二者間相對運動順暢為準。為了使二者間的相對運動更加順暢，可以在電極與定位塑料板之間加注適量的潤滑油。 加工時，只要把定位塑料板固定，那么，由于定位塑料板的約束作用，促使套在其中的電極在作軸向移動的同時，不得不作周向的轉動，而電極的綜合運動正是實現斜齒輪模具型腔加工所需要的螺旋運動。
三、加工的實現
1．將一車床用的三爪卡盤用壓板固定在機床的工作臺上，并將模具型腔的毛坯件（為縮短加工時間及減少電極的損耗，該毛坯件內部已經作了一直徑為8.0mm的通孔）固定到三爪卡盤中。（如圖5所示）
圖5 加工示意圖
1、工作臺 2、三爪卡盤 3、壓板 4、模具毛坯件 5、電極校準部分
6、定位板 7、電極齒形部分 8、軸承 9、電火花機床主軸夾頭
附圖5 著色
2．將裝配在電極上端部的軸承的外圈裝夾到機床主軸夾頭中；利用電極下端部的圓柱校準部分對電極作垂直度的校正；同樣利用電極下端部的圓柱校準部分對模具型腔毛坯件的外圓表面進行四面分中，以保證電極的中心軸線與模具毛坯件的中心軸線重合，之后，鎖住機床的X軸和Y軸。
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3．將先前已經制作好的電極定位塑料板套入電極齒形部分下端部，套入的距離應以電極齒形部分的下端部不露出電極定位板下表面為準（如圖5所示）。向下移動主軸使電極定位板與模具毛坯件的上頂面輕輕接觸，用502 膠水將定位板固定在模具毛坯件的上頂面。
4．最后，利用以上裝置對模具毛坯件進行電火花成形加工。考慮到用一個電極來完成模具型腔的電火花成形加工，而電極前端部在電火花成形加工過程中的損耗較大（電極損耗部位集中在頭部3~4mm區域內），所以在加工時要使電極齒形部分的下端部超出模具毛坯件的底部4mm以上（電極在制作時要相應加長齒形部分，并加上定位板的厚度），整個加工過程才完成。同時，為了取得理想的加工效果，在不同的加工階段，應采用不同的電規準方案。
四、結束語
以上通過一個實例向大家介紹了在普通電火花成形機床上加工斜齒輪模具型腔的方法。由于以上所述的模具型腔具有上下貫穿的結構，因此，在實際加工時只用了一個電極，也沒有用到機床的平動功能。實際上，只要定位塑料板的位置固定不動，換另外一個電極上去，也完全可以保證電極加工位置的一致性；如遇到確實需要平動的情況，則只要將上面提到過的電極定位塑料板用適當的方法固定到機床的平動頭上就可以了，這里不在贅述。