Technology and Test艺与检测 精密及微细电火花加工(二) 韩春馗张琛 Precision and Micro EDM Machining(I) HAN Chunkui. ZHANG Chen 2精密型孔加工 精密加工的精修工序或微细加工时,加余量很 小。尽管使用了能量很小的放电规准,仍嫌电极端耗 实现精密和微细加工,除了制作合格的电极、具备大。若在RC电源的充电电路中串入电阻,既降低了 相应的电加工机床和脉冲电源外,熟练地掌握合理的频率也减少了短路电流使电极端耗减小。图16是用 加工工艺是重要关键。 直径0.357mm铜电极加工厚3.2mm钢件,在串接不 2.1加工参数的选择 同电阻时的端耗。所用规准是电源300V、峰值电流 电火花加工的参数较多,每种参数的可调范围也0.9A、脉宽70μs、间隙并接电容10F。 较大。而加工对象的形状、尺寸及所要求的精度、表面 粗糙度又多种多样。因而不可能确定一个固定不变的 脉宽:70μs 参数选择方法,只能在熟练掌握基本工艺规律的基础 电极:1477mm 上,根据每个工件的具体要求,先确定分几次加工,每 次加工所要达到的表面粗糙度和留给下道工序加工时 的加工留量,分别选择合适的加工参数,进而确定电极 的尺寸。因此,操作者的经验很重要。下面仅就精密 及微细加工中的几个特定问题做简要分析。 低压峰值电流L/A 2.1.1加工面积的影响 图15嶙值电流与端耗 加工盲孔时,放电间隙 的能量密度对电极端耗有明 板厚:3mm:脉宽:64μs 显影响,图13、14、15分别表E10 示了采用实心紫铜电极及铜 管加工淬火钢,在不同面积影 及晶体管峰值电流时电极端 耗的变化规律。图中lm是 电极直径/mm 串按电阻/k 高压峰值电流,ln是低压峰 图13电极直径与端耗 值电流。 图16串接电阻与端耗 2.1.3间隙电容与表面粗糙度的关系 板厚:3mm;脉宽:64μs 在要求加工表面粗糙度在R210μm以下时,都 Ipit 7A JoL 30A 采用晶体管弛张式(Tr-RC)脉冲电源。储能元件的 I,n 7A I,7A IHH 7A IpL 7A 钢管外径 图14铜管外径与端耗 2.1.2电极端耗与串接电阻的关系 图17间隙电容与表面粗糙度的关系 2007年第3期
2 精密型孔加工 Techn010gyandTest"11"艺与检测 精密及微细电火花加工(二) 韩春馗 张 琛 PrecisionandMicroEDM Machining(Ⅱ) HAN Chunkui，ZHANG Chen 实现精密和微细加工 ，除了制作合格的电极 、具备 相应的电加工机床 和脉 冲电源外 ，熟练地掌握合理的 加工工艺是重要关键 。 2．1 ／JnT参数的选择 电火花加工的参数较多 ，每种参数的可调范围也 较大。而加工对象的形状 、尺寸及所要求的精度 、表面 粗糙度又多种多样 。因而不可能确定一个固定不变的 参数选择方法 ，只能在熟练掌握基本工艺规律的基础 上 ，根据每个工件的具体要求 ，先确定分几次加 工，每 次加工所要达到的表面粗糙度和留给下道工序加工时 的加工 留量 ，分别选择合适的加工参数 ，进而确定 电极 的尺寸 。因此 ，操作者 的经验很重要。下面仅就精密 及微细加工中的几个特定问题做简要分析 。 2．1．1 加工面积的影响 加工盲 孔 时，放 电间 隙 的能量密度对 电极端耗有 明 显影响 ，图 13、l4、l5分别表 1o 示了采用实心紫铜电极及铜 管加工淬火钢，在不同面积薹5 及晶体管峰值电流时电极端 耗的变 化规 律。图 中 ， 是 粳厚 ：3ram：脉宽：64gs 值 电流，， 是 低压峰 圈l3 值电流。 。 1 2 3 电极直径 ／ram 电极直径 与端耗 粳厚 ：3ram ：脉宽：64gs 图 14 铜管外径与端耗 2．1．2 电极端耗与 串接电阻的关系 、 ￡u篓牛耋幂0删 精密加工的精修工序或微细加工时 ，加 一余量很 小。尽管使用了能量很小的放 电规准 ，仍嫌电极端耗 大。若在 Rc电源的充电电路 中串入电阻，既降低 了 频率也减少 了短路电流 ，使电极端耗减小。图 l6是用 直径 0．357mm铜电极加工厚 3．2mm钢件 ，在串接不 同电阻时的端耗。所用规准是 电源 300V、峰值 电流 0．9A、脉宽 7O s、间隙并接电容 lO F。 2．5 5 7．5 低压峰值电流 ／A 图 15 峰值 电流与端耗 1 2 串接电阻 ／kn 图 l6 串接电阻与端耗 2．1．3 间隙电容与表面粗糙度的关系 在要求加工 表面粗糙度在 R。1．0Ixm 以下时 ，都 采用晶体 管弛张式 (Tr—RC)脉冲 电源。储 能元 件的 呈 {妊I 嚣 图 l7 问隙电容与表面粗糙度的关系 · 99 · 维普资讯 http://www.cqvip.com
工事与检测 echnology and Test 间隙电容,直接影响表面质量,见图17。 电极的刚度。 还要特别注意分布参数对加工表面质量的影响。 表3精修加工规准表 为了抑制机床自身的静电电容宜采用绝缘工作台。极表面粗糙双边间隙双边余量 损耗 间电容应采用稳定性好的云母电容器,并尽可能地放 度R/μm 加工规准 /mm 置在靠近加工区,以减小放电回路的长度及电感,使放 微精电源145V,脉 宽、停歇均0.5μs, 电脉冲能量能准确地传递到放电间隙。 约0.2 015 间隙并联电容0.051 表2为实心电极及铜管盲孔加工规准表。按加工 μF,外加电阻lkn 面积的不同,分别给出典型的加工规范。表3为精加 微精电源145V,脉 工规准表。 约0320.0160.01-0.02宽22u,停歇5 表2盲孔加工规准表 电容05F,电阻30-50 1k,正极性 孔径(如工面 加工规准 实例 峰值电流0.5A,电 源170V,脉宽70 微精电源145V,脉宽加工d0.03mm孔,工 约050020.02-003ws,停歇20,电容50 1μF,电阻1kn,正 0. 1 mm 停歇均05,间隙并件厚0.02mm,表面粗 电容0051uF,外加糙度约R0.25um 极性 电阻1k,正极性 隙0.015mm 峰值电流0.9A,电 峰值电流0.5A,电源加40.085-0.005 源300V,脉宽70 70V脉宽70s,停m孔,:件厚05 约090.030.03-0.05us,停歇20,电容50-60 0.mm歇20μ,间隙并联电06m(钒),表面粗 10μF(面积小时可 容01F,外加电阻!糙度约R0.25m,间 串电阻),正极性 kΩ,正极性 陈0.02mm 高压峰值电流4A 加工40.42mm孔,工 峰值电流09A,电源件厚3mm,表面粗糙 约200040.05-01值电流5A,脉宽2 d0.3-0.6mm300V,脉宽70us,停度约RO. 端耗 us,停歌10μ5,正极 (07-0.3m2)歇40…,电容10μ,1.2-.6m,间隙 电阻1k,正极性 0.02mm,锥度<0.02 高压峰值电流4A 源170V,低压峰 高压峰值电流4A加工40.65mm孔,深 脉宽 406-1mm源170V低压峰值电45mm,表面粗糙度约 6us,停歇20μs, 端耗0 负极性 3-0.8m2)流25A脉宽16p,mm,间款0.05mn锥 停歇20μs,负极性 高压峰值电流 A旋转放大 m,预孔d3mm,表面 4m,源17V低压峰值电粗糙度约R3m,端 8~12m2)流5A,脉宽64μs,停 歇20μs,负极性 间隙 度0.1mm 高压峰值电流4A,电用4mx1mm铜管 源170V,低压峰值电 加工孔深4.6mm,表 反持块 铜管套孔加工流10A脉宽6灬,停/面粗糙度约R3wm 歇20μ,负极性 间隙0.04mm,锥度 22柱形圆孔加工 图18“拷扁”电极 精密电火花加工中经常遇到直径2mm以下的小 因为孔的尺寸公差包括其锥度值,精加工时应控 孔。在不能获取空心铜管及相应的冲油装置时,只能制孔的锥度值小于孔尺寸公差的1/2。放电间隙因颗 使用实心电极。为了改善加工区的排屑条件,常将电粒搭桥产生“二次放电”,自然形成上大下小的喇叭 极“拷扁”。即在电极工作部分的圆周上,用电火花加口,锥度超过6。为了减小型孔锥度,必须注意以下 工方法沿轴向切去一块,或对称地切去两块,如图18 电加工时加工区与外界始终保持有可靠通道。这有几点 利于排屑、排气,对于稳定加工减小孔的锥度、增加加 1)电极的锥度要小; 工孔的长径比都起到显著作用。“拷扁”的切进深度 (2)用抽油方式,使加工产物不经过已加工表面。 常取为电极工作部分直径的16~1/8,同时还要兼顾多孔加工时要将非现行加工的孔堵住。抽油压力通常 小于6600Pa; 100
工艺与检潮 间隙电容 ，直接影响表面质量 ，见图 17。 还要特别注意分布参数对加工表面质量 的影响。 为 了抑制机床 自身的静电电容宦采用绝缘工作台。极 间电容应采用稳定性好 的云母 电容器 ，并尽可能地放 置在靠近加工区，以减小放电回路的长度及 电感 ，使放 电脉冲能量能准确地传递到放电间隙。 表 2为实心电极及铜管盲孑L加工规准表 。按加工 面积的不同，分别给出典型的加工规范。表 3为精加 工规准表 。 表2 盲孑L加工规准表 孔径(加工 面 加工规准 实例 积)适用范 围 微精电源 145V，脉 宽 加工 0．03mm孔 ，工 <0．1 lnm 停歇均 0．5 s，间隙，}： 件厚 0．02mm．表面粗 联电容 0．051 F，外加 糙度约 只。0．25I．Lm，间 电阻 lkn．正极性 隙 0．015mm 峰值电流 0．5A，电 源 加 4,o．085—0．005 170V，脉宽 7O s，停 mm 孔 ，T件 厚 0．5— (0．111111 歇 2O s，间 隙并 联 电 06mm(钒 )，表 面 粗 容 0．1 F，夕方Ⅱ电阻 l 糙度约 月 0．25 m，间 kll，正极性 隙 0．02mm 加工 0．42mm孔 ，工 峰值 电流 0．9A，电源 件厚 3illm，表 面粗 糙 4,o．3—0．6mil 300V，脉 宽 7O s，停 度 约 R 0．9I．Lm，端 耗 (0．07—0．3lllm ) 歇 4O s，电容 lO 。 1．2 —16 mill，间 隙 电阻 lkfl，正极性 0．02mill，锥 度 <0．02 m m 高压峰值电流 4A，电 加工 ．65mm孔，深 ． 6～1mm 源 170V，低压 峰值 电 4．5inm，表面粗糙度约 (0．3～0．8mm ) 流 2．5A，脉 宽 l6¨s， 。2～3I．Lm。端 耗 0．4 停歇 20 s，负极性 mill，间 隙 0．05mm，锥 度 0．05mm 高压峰值 电 流 2A，电 加 工 坼 mm 孔 ，深 6 击1—4llm 源 170V，低压 峰值 电 mm，预孔 (b3mm，表 面 (0．8—12mm ) 流5A，脉宽 64 s，停 粗糙度约 R3I．Lm，端 歇 2O s 耗 <0．05 mm，l1j_】隙 ， 负极性 0． 04mill，锥度 0．1mm 高压峰值 电流 4A，电 用 d)417117l×1mm铜管 ～ 10mm 源 170V，低 压 峰值 电 加 工 孔 深 4．6mm。表 铜管套孔加工 流 10A，脉宽 64 ，停 面 粗 糙度 约 R3 I．Lm， 歇 20 s， 负极性 O间隙 0．04rnm，锥度 ． 1 mm 2．2 柱形圆孔加工 精密 电火花加工中经常遇到直径 2t'l'lm 以下的小 孔。在不能获取空心铜管及相应的冲油装置时 ，只能 使用实心电极。为了改善加工区的排屑条件，常将电 极“拷扁”。即在电极工作部分的圆周上 ，用电火花加 工方法沿轴 向切去一块 ，或对称地切去两块 ，如图 l8 电加工时，加工区与外界始终保持有可靠通道。这有 利于排屑 、排气，对于稳定加工 、减小孔的锥度 、增加加 工孑L的长径 比都起到显著作用。“拷扁”的切 进深 度 常取为电极工作部分直径的 1／6～1／8，同时还要兼顾 电极 的刚度。 表3 精修加工规准表 表面粗糙 双边间隙 双边余量 加工规准 损耗 度 R。／I．Lm ／mm ／mm ／(％ ) 微精 电源 145V，脉 宽 停 歇 均 0，5 s， 约 0，25 O．Ol5 盲孔 间隙并联电容 0．051 “F，外加电阻 1kll， 正极性 微精 电源 145V。脉 约 0 宽 22 ，停歇 5I．LS， ． 32 O．Ol6 O．O1 O．O2 电容 0． 30—5O 51 ，电 阻 1kfl，正极性 峰值 电流 0．5A，电 源 170 V，脉 宽 7O 约 0．5 O．O2 O．O2～0．03 I．LS，停歇 2O s，电容 50 1o,F，电阻 1l(n，正 极性 峰值 电流 0．9A，电 源 300 V，脉 宽 7O 约 0、9 O．O3 O．O3～O．O5 I．LS。停歇 20“s，电容 50—60 1O (面 积 小时 可 串电阻)，正极性 高压峰值电流4A， 电源 170V，低压 峰 约 2．0 0．04 O．O5一O．1 值电 流 5A，脉 宽 2 30 s，停歇 lO ，正极 。陛 高压峰值 电流 4A， 电源 170V，低 压峰 约 2．5 O．O5 O．1 O．15 值电流 2．5A，脉宽 16 16I．LS，停 歇 20 s， 负极性 圈 18 “拷扁 电极 因为孔的尺寸公差包括其锥度值 ，精加工时应 控 制孔的锥度值小于孔尺寸公差 的 1／2。放电问隙因颗 粒搭桥产 生 “二次放 电”，自然 形成上 大下小 的喇 叭 口，锥度超过 6。为 了减小型孔锥 度，必须注意 以下 几点 ： (1)电极的锥度要小 ； (2)用抽油方式 。使加工产物不经过 已加工表面。 多孔加工时要将非现行加工的孔堵住。抽油压力通常 小于 6600Pa； ‘w 年 帚 0 嗣 维普资讯 http://www.cqvip.com
enoo0de工艺与捡测 (3)尽量用低损耗规准加工,或使用铜钨合金电工实例14),因每件有多个相同尺寸,成排布置的方 孔,相关孔的共面性、尺寸分散度和孔距精度都必须在 4)当电极因径向损耗锥度变大时,用反拷法将几个微米之内,因而制作电极就须有高精度的专用工 电极端部切去。即在电极下方置一铜钨合金平板,用装,以保证电极两对平行平面相对中心线的不对称度 负极性加工电极,按髙损耗方式蚀除电极端部的某一在0.002mm之内,相对于基准侧面的不平行度在 高度 0.001mm之内。利用机床配置的“基准方箱”和带锥 (5)尽量缩短精修时间,减少“二次放电”机会;柄的基准面夹头,在平磨上可以磨出精度较高的方电 (6)如加工孔数少,可使 极。例如磨削长约15mm、断面尺寸2mm×3mm的 用如图19所示的大头细柄 铜钨合金电极,可保证电极对锥柄不同轴度2μm,对 电极。使电极的有效长度大 基准面平行度1μm。这样,更换粗、中、精电极时必须 大小于孔深,减少二次放电 的重复定位精度就可基本满足。瑞典3R或瑞士ER- 的机会 OWA公司的工艺基准定位系统,也能为加工带来极大 (7)精加工电极也可以 方便。 “拷扁”,以避免抽油加工时 2.4.2加工工艺 产生“放炮”现象 方孔加工与圆孔加工比较,主要区别在于4个角。 (8)用同一根电极精修图19大头细柄电极 其电极损耗较大,角部损耗高度约比平面部分多60% 多个孔时,应尽量让电极的 ~150%。图20是方孔加工电极角部损耗和侧面损耗 工作部分全部穿过。 曲线。用CuW80作电极,加工16个尺寸为2mm×3 为了保证加工孔尺寸的准确,精修过程中务必使m深1.2mm的孔。中加工用晶体管脉冲电源,侧 加工过程稳定,避免主轴回退。配备稳压电源可以减面损耗为10%,角部损耗为16%;精加工用晶体管弛 小电网电压波动对加工的影响。控制好环境温度、油张式脉冲电源,侧面损耗为22%,角部损耗为4% 温,减小机床变形,也是保证加工孔尺寸精度不可缺少为获得清角,减小角部损耗,提高尺寸一致性的办法 的措施 2.3微孔加工 通常是指直径小于0.1mm的孔。因电极直径 细,加工面积小,宜用一档规准一次进给完成加工。除 精加工角损耗 了可以直接使用钨丝、钼丝类成形电极外,通常用铜、 铜钨合金或银钨合金、硬质合金材料反拷制成电极。 中加工角损耗中加加 008人中加工面损耗 因其细弱异常,要特别注意以下保护措施 0.1 角耗16%44% 123456789 (1)为防止因主轴旋转、电极拨动介质油而引起 电极高/mm 振摆甚至变弯,电极不“拷扁”。加工时,主轴转速宜 图20加工方孔时的电极损耗曲线 低或不旋转; (2)为防止电极意外撞弯,加工找正时不用“接触 (1)加长电极 对刀”法; (2)采用好的电极材料 (3)为避免介质油冲击电极,或用缓冲板或减小 (3)在满足表面粗糙度要求的前提下,尽量使用 工作液流量。也可停止工作液循环。工作液液面略高晶体管脉冲电源进行加工,用同一个电极精修; 于被加工也表面即可 (4)在精修进给深度到达将近穿透时,增加充电 (4)用微细加工电源,间隙并联电容很小; 回路电阻,降低电流密度以减小角部损耗,如图21所 (5)观察电极时,切忌用口次气 示 (6)加工时间很短,注意控制进给深度。 2.5其它异形孔、槽及薄筋弹性件的加工 2.4方孔加工 2.5.1工件的装夹定位 24.1工件与电极的装夹找正 这类工件都须设计专用工装。夹具的总体尺寸应 方孔除有自身精度和表面粗糙度要求外,还有方考虑机床工作液槽尺寸及液面高度。工件位置要顾及 位限制。以伺服阀阀套为例(见下期本文第三部分加 机床主轴行程和工作台行程。分度定位机构要便于操
(3)尽量用低损 耗规准 加工，或使用铜钨合金 电 极 ； (4)当电极因径 向损耗 锥度变大时，用反拷法将 电极端部切去。即在 电极下方置一铜钨合金平板 ，用 负极性加j二电极 ，按高损耗方式蚀 除电极端部的某一 高度 ； (5)尽量缩短精修时间，减少“二次放电”机会 ； (6)如加工孔数少，可使 用如图 19所示 的大头 细柄 电极。使电极 的有效长度大 大小于 孑L深，减 少二 次放 电 的机会 ； (7)精加工 电极 也可 以 “拷扁”，以避免抽 油加工 时 产生“放炮”现象； (8)用 同一根 电极精 修 多个孔 时 ，应 尽量让 电极 的 工作部分全部穿过。 图 19 大头细柄电极 为了保证加工孑L尺寸的准确 ，精修过程 中务必使 加工过程稳定 ，避免主轴 回退。配 备稳压电源可 以减 小电网电压波动对加工 的影响。控制好环境温度 、油 温，减小机床变形，也是保证加工孔尺寸精度不可缺少 的措施 。 2．3 微 子L加工 通常是指 直径小 于 0．1mm 的孑L。因 电极 直径 细，加。I面积小 ，宜用一档规准一次进给完成加工 。除 了可以直接使用钨丝 、钼丝类成形 电极外，通常用铜 、 铜钨合金或银 钨合金 、硬质合金材 料反拷制成 电极。 因其细弱异常 ，要特别注意 以下保护措施 ： (1)为防止 因主轴旋转 、电极 拨动介质油而引起 振摆甚至变弯 ，电极不“拷扁 ”。加工 时，主轴 转速宜 低或不旋转； (2)为防止电极意外撞 弯，加工找正时不用“接触 对 刀”法 ； (3)为避免介 质油冲击 电极 ，或用缓 冲板或减小 工作液流量。也可停止工作液循环。工作液液面略高 于被加工也表面即可 ； (4)用微细加工电源 ，问隙并联 电容很小 ； (5)观察电极时，切忌用 口次气 ； (6)加工时间很短 ，注意控制进给深度。 2．4 方孔加工 2．4．1 工件与电极 的装夹、找正 方孔除有 自身精度和表面粗糙度要求外，还有方 位限制 。以伺服阀阀套为例(见下期本文第三部分加 u篓工F耋帚0朋 Techn010gyand 工艺与检测 工实例 14)，因每件有多个相 同尺寸 ，成 排布置 的方 孑L，相关孔的共面性 、尺寸分散度和孑L距精度都必须在 几个微米之内，因而制作 电极就须有高精度 的专用工 装 ，以保证电极两对平行平 面相对 中心线的不对称度 在 0．002mm 之 内，相对 于基 准 侧面 的不 平 行度 在 0．001mm之内。利用机床配置的“基准方箱”和带锥 柄 的基准面夹头 ，在平磨上可以磨 出精度较高的方 电 极。例如磨削长约 15mm、断面尺寸 2mmx3mm的 铜钨合金电极 ，可保证电极对锥柄不同轴度 2 m，对 基准面平行度 1 m。这样 ，更换粗 、中、精 电极时必须 的重复定位精度就可基本满足 。瑞典 3R或瑞士 Ell— OWA公司的工艺基准定位系统 ，也能为加工带来极大 方便。 2．4．2 加工 工艺 方-fLk!~工与 圆-fLD!~工 比较 ，主要区别在于 4个角。 其电极损耗较大 ，角部损耗高度约比平面部分多 60％ ～ 150％。图 2O是方孔加工电极角部损耗和侧面损耗 曲线 。用 CuW80作电极 ，加工 16个 尺寸为 2mmx3 mill、深 1．2mm的孔 。中加工用 晶体管脉 冲电源 ，侧 面损耗为 10％，角部损耗为 16％；精加工用 晶体管弛 张式脉冲电源，侧面损耗 为 22％ ，角 部损耗为 44％ 。 为获得清角，减小 角部损耗 ，提高尺寸一致 性的办法 是 ： 0 0．02 20‘04 j}i{ 0．06 羁 0．08 0。1 、精加工角损耗 精加工面损耗 、中加工角损耗 中加工 精加工 中加工面损耗 ：；l：：： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 电极高 ／ram 图 20 加工方孔 时的 电极损耗 曲线 (1)加长电极； (2)采用好的电极材料 ； (3)在满足表面粗糙度要求 的前提下 ，尽量使用 晶体管脉 冲电源进行加工 ，用同一个 电极精修 ； (4)在精修进给深度 到达将 近穿透时 ，增加充电 回路电阻，降低电流密度 以减小角部损耗 ，如图 2l所 示 。 2．5 其它异形子L、槽及薄筋弹性件的加工 2．5．1 工件的装夹 、定位 这类工件都须设计专用工装。夹具的总体尺寸应 考虑机床工作液槽尺寸及液面高度 。工件位置要顾及 机床主轴行程和工作台行程 。分度定位机构要便于操 维普资讯 http://www.cqvip.com
工艺与检测 I Technology and Test 作,必要时应有附加冲、抽油附件。 等温处理,要注意人为误差 2.5.2正确选择和转换加工规准,合理分配加工量 (2)接触式测量。如内径表、小孔测量仪等; 选择加工参数时除了考虑尺寸精度及表面粗糙度 (3)检棒、塞尺检查。按图纸加工尺寸的下限值 外,还要考虑电极和工件的热变形。一般选用较细的制作通规,按比图纸尺寸上限值小1~3m制作止 规准,实现稳定加工。但有些加工件,须蚀除的部分规。因其能用千分尺卡量,尺寸能做到比较准确。当 多,留余的部分细薄,精度要求又高,须要由粗到精多量规进入被测量部分时,两者之间的间隙大小只能凭 档转换加工规准。各档加工量要合理分配,避免加工手的感觉。若被加工面的几何精度和表面粗糙度较 区产生的热量影响到对称性,并严格按照两个方向相好,通规进入被测部位其松紧合适时,间隙值约为1~ 向依次进给的方法。还要加强对环境温度和油温的控3μm,说明该部位尺寸比给定尺寸下限(即通规尺寸) 制。精加工工序集中在较短时间内连续完成,避免中稍大;若止规刚好进去,说明尺寸在上差值附近;若止 途长时间停机。 规进入后手感很紧,则尺寸在公差范围内。在批量生 产时,这种方式尤为方便。特别要注意的是,为防止应 力变形,工件的装夹力不要大,计量时不要使工件错 材料:cuw80 动 加工后期串电阻的角耗 现代的电火花成形机,一般都放置在有温度控制 质量较好的CuW8o角 的操作间内。主轴运动采用步进电动机,旋转电动机 或直线运动电动机后,主轴热变形量大为减小。但工 作液循环系统的油泵电动机长时间连续运行,引起液 温的变化,直接影响到机床工作台及工件的热变形,因 图21加工方孔时降低电极耗损的效果 而也应当配备工作液冷却系统。 2.6加工尺寸的控制及校验 电火花加工的成形精度不仅与室温、工作液温度 影响加工精度除电极因素外,还取决于放电间隙有关电极发热引起夹具升温也造成主轴热位移,因而 的大小。熟练的操作技巧常常是关键因素,只有稳定要尽量缩短夹具和电极柄的长度。图22加工例显示 的加工过程才能保证加工尺寸的稳定 了从孔1至孔3,粗、精加工过程电极温度的变化曲 造成型孔加工尺寸偏小的可能因素有 线。在加工进行中,电极及其夹具的温度明显上升。 (1)用1根电极加工多个型孔,电极产生径向损若电极柄长度为100m,温升为20℃,则铜材料的热 耗 胀量为33um,铜材料的热胀量为22μm,很难保证高 (2)在精修期间,电,网电压低,加工间隙变小; 精度加工。 (3)电极长度不足,1根电极精修多孔时,不能以 过进给方式修正尺寸。 加工例) 口10mm 工件材质:SKs11 采取的措施是: (1)当型孔穿透深度受限时,可不拆下电极,在电 o00om:222a 极下方置一反拷块(铜或铜钨合金),以反拷加工方式 切去电极端部; No1加工⊥No2加工⊥NO.3加工 (2)对于1~2μm的微量修正,采用电极在孔中 上下重复“珩磨”的办法,或将加工电源电压升高后再 50--电 电极夹头的基面 粗 加工或“珩磨”。大约电压每升高10V,双边径向间隙 增大1 (3)微量调整放电参数,以增大放电间隙; (4)以粗、精2根电极加工多型孔,粗加工按顺 加工时间/min 序,精加工时按逆序,使加工孔径趋于一致。 图22加工进行中的电极各部位的温度变化 型孔的检验应注意以下问题 有一例在电极连接柄上加装散热片的试验,如图 (1)用光学仪器如显微镜投影仪等测量。精密23所示由于工作液实施了温度控制,只要在精加工 大型工具显微镜读数精度可达微米级,测量前工件要 翡菰
工艺与检测Techn0IogyandTest 作 ，必要时应有附加冲 、抽油附件 。 2．5．2 正确选择和转换加工规准 ，合理分配加工量 选择加工参数时除了考虑尺寸精度及表面粗糙度 外 ，还要考虑电极 和工件的热变形。一般选用较细的 规准，实现稳定加工 。但有些加工件 ，须蚀 除的部分 多 ，留余的部分细薄 ，精度要求又高，须要 由粗到精多 档转换加工规准。各档加工量要合理分配 ，避免加工 区产生的热量影响到对称性，并严格按照两个方向相 向依次进给的方法。还要加强对环境温度和油温的控 制。精加工工序集中在较短时间内连续完成 ，避免中 途长时间停机。 O 0．O2 8o．o4 耀 0．06 鞲 O．O8 O．1 ，＼＼ 不串 ~ 电阻 ： 时 C 的 uW 角 8 耗 0 ＼ 工后期串电阻的角耗 质量较好的CuW80角耗 1 2 3 4 5 6 7 8 9 电极高 ／ram 图 21 加工方 孔时降低 电极 耗损 的效果 2．6 加工尺寸的控制及校验 影响加工精度除 电极 因素外 ，还取决 于放电间隙 的大小 。熟练的操作技巧常常是关键因素 ，只有稳定 的加工过程才能保证加工尺寸的稳定。 造成型孔加工尺寸偏小的可能因素有 ： (1)用 1根 电极加 工多个 型孔 ，电极产 生径 向损 耗； (2)在精修期间，电，网电压低 ，加工间隙变小 ； (3)电极长度不足 ，1根 电极精修多孔 时，不 能以 过进给方式修正尺寸。 采取的措施是 ： (1)当型孔穿透深度受限时，可不拆下 电极，在电 极下方置一反拷块 (铜或铜钨合金 )，以反拷加工方式 切去电极端部 ； (2)对于 1—2 m的微量修正，采用电极在孔中 上下重复“珩磨”的办法 ，或将加工 电源电压升高后再 加工或“珩磨”。大约电压每升高 1OV，双边径向间隙 增大 1 m； (3)微量调整放 电参数 ，以增大放电间隙； (4)以粗 、精 2根 电极 加工 多型孔 ，粗 加工按顺 序 ，精加工时按逆序 ，使加工孔径趋 于一致。 型孔 的检验应注意以下问题 ： (1)用光学仪器如显微镜 、投影 仪等测量。精密 大型工具显微镜读数精度可达微米级 ，测量前工件要 · 102 · 等温处理 ，要注意人为误差 ； (2)接触式测量。如内径表、小孔测量仪等； (3)检棒、塞尺检查 。按图纸加工尺寸的下限值 制作通规 ，按 比图纸尺 寸上限值小 1—3 m制作 止 规 。因其能用千分尺卡量 ，尺寸能做到 比较准确 。当 量规进入被测量部分时，两者之间的间隙大小只能凭 手的感觉。若被 加工面 的几何精度和表面粗糙 度较 好 ，通规进入被测部位其松紧合适时 ，间隙值约为 1— 3 m，说 明该部位尺寸比给定尺寸下 限(即通规尺寸) 稍大；若止规刚好进去，说明尺寸在上差值附近；若止 规进入后手感很 紧，则尺寸在公差范围内。在批量生 产时 ，这种方式尤为方便 。特别要注意的是 ，为防止应 力变形 ，工件 的装夹力不要 大，计量时不要使 工件错 动。 现代的电火花成形机 ，一般都放置在有温度控制 的操作间内。主轴运动采用步进电动机，旋转电动机 或直线运动电动机后 ，主轴热变形量大为减小 。但工 作液循环系统的油泵电动机长时间连续运行 ，引起液 温的变化，直接影响到机床工作台及工件的热变形，因 而也应当配备工作液冷却系统。 电火花加 工的成形精度不仅与室温 、工作液温度 有关 ，电极发热引起夹具升温也造成主轴热位移 ，因而 要尽量缩短夹具和 电极柄的长度。图 22加工例显示 了从孔 1至孔 3，粗 、精加 工过程 电极 温度的变化 曲 线。在加工进行 中，电极及其夹 具的温度明显上升 。 若电极柄长度为 100mm，温升为 2O℃ ，则铜材料 的热 胀量为 33 m，铜材料的热胀量为 22 m，很难保证高 精度加工。 6O p 50 4o 辚 脚 30 2O 工件材质 ：SKS11 电极材质 ：10ram×10ram 橱 加工深度 ：1ram 加工电流 ：粗 15A，精 10A 加工顺序 ：NO．1 NO．2 NO．3 粗／^ ．．精 - 一 一 一 ．’ - O 30 60 加工时问 ／rain 图22 加工进行中的电极各部位的温度变化 有一例在 电极连接柄上加装散热片 的试验 ，如图 23所示 。由于工作液实施 了温度控制 ，只要在精加工 ， zUu， ■ J等 维普资讯 http://www.cqvip.com
Technology and Test与检测 点阵式测头成像视觉三坐标测量系统建模 张雪飞彭凯刘书桂 (天津大学精密测试技术与仪器国家重点实验室,天津300072) 摘要:在透视投影和坐标变换的基础上,建立测头成像视觉三坐标测量系统的数学模型;求解了共线、共面 和空间三种点阵式测头构成的系统模型,以最简单的共线三点型点阵测头为例建立实测视觉坐标测 量系统,实验结果证明系统模型的正确性。 关键字:透枧投影视觉坐标测量系统模型 Modeling Vision 3 D Coordinates Measuring System with a Special Probe ZHANG Xuefei, PENG Kai, LIU Shug State Key Laboratory of Precision Measuring Technology and Instrument, Tianjin University, Tianjin 300072, CHN) Abstract: In terms of perspective projection and coordinates transformation, the mathematical model is proposed for a vision 3D coordinates measuring system using an n-point probe. The different solution of model is cussed using collinear, coplanar or spatial n-point probe. As a representative example, the dinate measuring system is set up with a collinear 3-point probe. The experimental results that the system model is available Keywords: Perspective Projection; Vision Coordinate Measurement; System Model 测头成像视觉三坐标测量系统是近年来发展起来数学模型的正确性 的一种便携的视觉坐标测量机1。本文在透视投 影2和坐标变换的基础上,建立了点阵式测头成像视 系统组成 觉三坐标测量系统的数学模型,并搭建实验装置证明 测头视觉测量系统组成如图1所示,包括一台电 前把粗加工时所积聚的热量散尽,精加工就能取得很 好的效果。从图24可以看出,散热片有效地抑制了电 电极上无散热片 极温升 采取下述的措施,也能 电极上有散热片 改善加工质量 加工液 1)加工之前开机预热 lh,使机床各部分温度均衡 加工时间/min 工件也拿到操作间内使其与 图24散热片效果 机床同温; (2)一个或一批相同的 极 工件,尽可能地将精加工工 (5)选用结构对称或紧凑的C型立柱型机床。控 序集中在一段时间内完成 图23散热片 制Z轴伸出量。提髙机床刚度及热稳定性; 这时尤其要严格控制环境温 (6)机床位置不直接对着空调冷、热风出口。也 要避免阳光直射 (3)尽量缩短加工周期,不要因电极或其它原因 (待续) 造成停机等待。同一工件上的同尺寸孔或槽的精加工 (编辑宋业钧)(收稿日期: 要连续加工; 文章编号:73126 如果您想发表对本文的看法,请将文章端号填入读者意见调查表中的相应位量 (4)精加工前应按基准点校对坐标,并冷却加工
Techn0l0gyandTesfZ荡与检测 点阵式测头成像视觉三坐标测量系统建模 张雪飞 彭 凯 刘书桂 (天津大学精密测试技术与仪器国家重点实验室，天津 300072) 摘 要：在透视投影和坐标变换的基础上，建立测头成像视觉三坐标测量系统的数学模型 ；求解了共线、共面 和空间三种点阵式测头构成的系统模型 ，以最简单的共线三点型点阵测头为例建立实测视觉坐标测 量系统。实验结果证明系统模型的正确性。 关键字：透视投影 视觉坐标测量 系统模型 Modeling Vision3D CoordinatesMeasuring System witha SpecialProbe ZHANG Xuefei，PENG Kai，LIU Shugui (StateKeyLaboratoryofPrecisionMeasuringTechnologyandInstrument，TianjinUniversity，Tianjin300072，CHN) Abstract：Intermsofperspectiveprojectionandcoordinatestransformation，themathematicalmodelisproposedfor a vision 3D coordinatesmeasuringsystem usingann—pointprobe．Thedifferentsolution ofmodelisdiscussedusingcollinear，coplanarorspatialn—pointprobe．Asarepresentativeexample，thevisioncootdinatemeasuringsystem issetupwithacollinear3一pointprobe．Theexperimentalresultshaveshown thatthe system modelisavailable． Keywords：PerspectiveProjection；VisionCoordinateMeasurement；System Model 测头成像视觉三坐标测量系统是近年来发展起来 的一种 便携 的视 觉 坐 标测 量 机 。本文 在透 视 投 影 和坐标变换 的基础上 ，建立了点 阵式测头成像视 觉三坐标测量系统 的数学模 型，并搭建实验装置证明 数学模型的正确性。 1 系统组成 测头视觉测量系统组成如 图1所示 ，包括一台 电 前把粗加工时所积聚的热量散尽 ，精加工就能取得很 好的效果。从图24可以看出，散热片有效地抑制了电 极温升。 采取 下述 的措 施 ，也 能 改善加工质量 ： (1)加工之前开机 预热 1h，使机床各部分温度均衡 。 工件也拿到操作 间内使其与 机床同温 ； (2)一个 或一批相 同 的 工件 ，尽可能地将 精加 工工 序集 中在一段 时间 内完成。 这时尤其要严格控制环境温 度 ： 图 23 散热片 (3)尽量缩短加 工周期 ，不要 因电极 或其 它原因 造成停机等待 。同一工件上的同尺寸孑L或槽的精加工 要连续加工 ； (4)精加工前应按基准点校对坐标 ，并冷却加工 芝 蓄 图 24 散热片效果 电极 ； (5)选用结构对称或紧凑 的 c型立柱型机床。控 制 Z轴伸出量。提高机床刚度及热稳定性； (6)机床位置不直接对着 空调冷 、热风出 口。也 要避免 阳光直射。 (待续 ) (编辑 宋业钧) (收稿日期：2006—08—29) 尊 ：=73·J‘一。__…L^…___-一-- 一 — 维普资讯 http://www.cqvip.com
