±1μm,高精密慢(màn)走絲加工掌控以下核心(xīn)技(jì)巧
為實現±1μm級超高精度慢走絲加工,必須係統性(xìng)地掌控以下核心技巧:
一是(shì)嚴格保障工(gōng)藝前提。確保衝液壓力穩定、噴嘴間隙精確(0.05-0.10mm),表麵要求Ra<0.35µm時選用(yòng)鍍鋅絲,精修(xiū)時保持水質純度(μS<10)。
二是精確控製溫度影響。維持20±3℃恒溫環境,大(dà)型工件單(dān)次開機完(wán)成(chéng)。加工前必須進行機床預熱(30分鍾至數十分(fèn)鍾),通過多軸聯動使(shǐ)機床達到熱平衡狀態。
三是精細維護機(jī)床狀態。定期清理導電(diàn)塊與導輪,確保冷卻水(shuǐ)路通暢(chàng),檢查並調整絲張(zhāng)力與絲速。
四是有效控製加工變形。通過加工穿絲孔、采用應力釋放切割(如兩次主切法)、優化切割路徑(從夾持(chí)端開始)、多型孔(kǒng)模板(bǎn)分階段加工(gōng)等(děng)工藝,最大(dà)限度消(xiāo)除材料內應力影響。對複雜工件建議設置多段暫留量,最後切割連(lián)接(jiē)部位。
唯有(yǒu)將環境穩(wěn)定性、機床維護、工藝參數與變(biàn)形控製技術係統結合,才能穩定(dìng)實現微米級加(jiā)工精度。
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慢走絲機床屬(shǔ)於高精密加工機(jī)床(chuáng),當下先進的慢走絲加工已經達到了(le)令人驚歎的精度水準,尺寸(cùn)精度可控製在(zài)1μm以內,精密定位可實現納米級當量的控製,表麵粗糙度指標可達Ra0.05μm以內。
但有些(xiē)工廠在使用慢走絲機(jī)床時,沒有(yǒu)精密加工(gōng)概念,以(yǐ)為好機床(chuáng)隨(suí)便就能實現高精密加工。事實上,精密(mì)加工務必注意一係列加工細(xì)節。
01、高精密加工(gōng)的(de)工藝前提
慢走絲機床都帶有工藝參數(shù)庫,其工藝參(cān)數一般都是在具(jù)體條件下(如工件材料、電極絲、溫度20±1℃、濕(shī)度40-80%等)試驗得出的。如果下述條件發(fā)生變化或者不能達標,可能會導致加工結果產生偏(piān)差。
1)衝水規範:按標準參數加工時,水(shuǐ)壓表指示值與理論值相比較(jiào)後,差值(zhí)應小於0.5bar;
2)工件與噴嘴間隙:0.05~0.10mm;
3)表麵粗糙度要求Ra≧0.35µm時可選用注重效率型的切割(gē)絲(推薦使用與機床隨機所配相同類型的絲),當Ra<0.35µm時,為了獲得好的加工表麵,選用注重表麵的鍍鋅絲進行加工;
4)精加工時,請保證水µS<10,尤其在精修加工時,請按(àn)工藝參數要求。必要時,請更換樹脂(zhī)或純淨水。
02、溫度對加工精度的(de)影響
為了進行高精確和(hé)高質量的慢走絲線切割加工,環境穩定(dìng)必須符(fú)合規定的要求,不能有任何陽光的直射或氣流,應(yīng)監控溫度變化。機床保證工作精度的溫度範圍為20±3º,如果溫差較大,則會影響(xiǎng)加工精度及表麵粗糙度。
室溫變化對加工精度有較大的影響,其影響反映在尺寸、位置、形狀三方麵。如下圖所示,溫度變化越大、工件(jiàn)尺寸越大(dà),其受溫度的影響(xiǎng)就更明顯。例如長度200mm的工件,溫度相差5度時會產生0.01mm的尺寸誤(wù)差。一個較大的零件最好(hǎo)在一次開機中完成,如果放了(le)一個(gè)晚上,隻是主切影(yǐng)響不大,但要是修切中停(tíng)止就很難保證(zhèng)加工精度了。
室溫變(biàn)化(huà)對加工精度的(de)影響
數控機床的熱特性對加工精度有(yǒu)重要影響,幾乎占到(dào)加工精度的半數以上。機床在長時間停止運(yùn)行(háng)狀態下和熱平衡狀(zhuàng)態下的(de)加(jiā)工精度差異較大,究其原因,是因為數控機床的(de)主軸和各運動軸在運行一段時間後,其溫度相對維(wéi)持在某一固定水平,且隨著加工時間的變化,數控機床的熱態精度趨(qū)於平穩,這就表明了即使是高精密的機(jī)床也隻有(yǒu)在穩定的溫度環境與熱平(píng)衡狀態下(xià)才能獲得穩定的加工精度。在開機後(hòu)就要投入高精密加工生產的情況,對機床進行預熱是(shì)最基本的精密加工常識。然而,機(jī)床的“熱身運動”這個準備(bèi)環節被很多工(gōng)廠忽視或者(zhě)不知(zhī)曉。
如果機床擱置狀態達到多天以上時,建議(yì)在高(gāo)精(jīng)密加工前(qián)進行(háng)30分鍾以上(shàng)的(de)預熱(rè);如果擱置狀態僅(jǐn)為數小時,建議在高精(jīng)密加工前進行5-10分鍾的預熱。預熱的過程就是(shì)讓機床參與加工軸的反複移動,最(zuì)好進行多軸(zhóu)聯動,比如讓XYZ軸從坐標係的左下角位置移動到右(yòu)上角位置,反複走對角線。執行的時候可以在機床上編寫(xiě)一個宏程序,讓(ràng)機床反複執行預熱的(de)動作。
03、與(yǔ)機床維護保養相關
慢走絲加工的精度與機床的維(wéi)護保養狀況直接相關,尤其是對運絲係統的維護保養(yǎng)。要注重以(yǐ)下這些方麵:
1)需檢查(chá)導電塊冷卻水是否正常。尤其是下導電塊的冷卻水(shuǐ)是否(fǒu)有,因為切(qiē)割(gē)的過程中會掉(diào)銅末,長期(qī)使用機(jī)床後可(kě)能會堵塞下導電塊冷卻水甚至下噴嘴(zuǐ)加工用衝水,應進行清理、疏通;
2)下臂上的下導輪(lún)轉動(dòng)是靈活。檢查(chá)並清洗;
3)收絲輪是否正常;
4)檢查絲的張力及絲速,必要時重新調(diào)節;
5)檢查並清洗導絲嘴和導電塊。
04、防(fáng)止加工變形影響加工精度
可以采取一(yī)定的措(cuò)施對(duì)慢走絲加工的變形予以控製,防止變形對加工精度(dù)產生影響。
1)切割前的粗加工或應(yīng)力釋(shì)放切(qiē)割
如果需要在一塊材料上進行大麵積切割,會使(shǐ)材料內部殘(cán)餘應力的相對(duì)平衡狀態受到破壞,材料會產生(shēng)很大的變形。我們可以先消除材(cái)料的大部分(fèn)應力,辦(bàn)法是進行粗加工(粗加(jiā)工),把(bǎ)大部分的餘量先去掉,或者是進行釋放應力的路徑切割。
對於大件凹模(mó)的慢走絲加工,可以做(zuò)兩次(cì)主切,先將主切(qiē)的偏移量加大單邊(biān)0.1-0.2mm進行第一次主切(qiē),讓其應力釋放,再用標準偏移量進行第二次主切,如下圖(tú)所示。
進行釋放應力的粗加工減少變形
對於長的狹窄外(wài)形,先在此型孔內(nèi)部進行釋放應力的路徑切割(gē),再加工型孔外形,如下圖所示,
釋放應力切割
2)加工穿絲孔
切割(gē)凸模時,如果不加(jiā)工穿絲孔,直接從材料外切入,如下圖(a),因(yīn)材料應力不平衡產生變形,會產生張口變(biàn)形或閉口變形。可在材料上加工穿絲孔,進行封閉的輪廓加工,如下圖(b)可明顯減少慢走絲(sī)加工帶來的變形。
(a)變形較大(b)變形(xíng)較小
加工穿絲孔減少變形
3)優化(huà)加工路徑
一般情況下,最好將加工(gōng)起割點安排在靠近夾持端,將工件與其夾持(chí)部分分離的切割段安排在加工路(lù)徑(jìng)的末端(duān),將暫停點設在靠近(jìn)坯(pī)件夾持端(duān)部位。一些加(jiā)工中由於加工路徑安排不(bú)合理(lǐ),也是造成線切割加工變形的原因。如下圖所(suǒ)示,比較合理的加工路徑是:A→B→C→D……→A。如果按照順時針方向:A→L→K→J……→A,由於切割開始就將工件與夾持部分切斷,加工到程序的末段(duàn)時,凸模(mó)的切割精度直接受(shòu)到夾持不可(kě)靠因素的影響。
加(jiā)工路徑的安排(pái)
4)多型孔凹模板加工工藝優化
模板在慢走絲加工(gōng)時,隨著原有內應力的作用及線切割所(suǒ)產生的熱應力的影響,將產生不定(dìng)向、無規則的變形,使後麵的切割吃刀量厚薄(báo)不均,影響了加工質量和加工精度。
針(zhēn)對此種(zhǒng)情況,對精度要求比較高的模板,在多次切割加工中。第1次切割將所有型孔的廢料切掉,取出(chū)廢料後,再由(yóu)機床的自動移位功能,依次完成型孔的修(xiū)切:主切a腔,取廢(fèi)料→主切b腔,取廢料→主切c腔,取廢料→……→主切n腔,取廢料→a腔修切→b腔修(xiū)切→……→n腔修切,加工完畢。
這種切割方式能使每個型孔加工(gōng)後有足夠的時間釋放內應力,能將各個型孔因加工順序不同而(ér)產生的(de)相互影響、微量變形降低(dī)到最小程度,較(jiào)好地保證模板的加工尺寸精度。
但是這樣加工穿絲次數多,工作量較大,更適合於帶有自動穿絲機構的慢走絲線切割機床。這樣切割完後經測量(liàng),形(xíng)位尺寸符合高精度要求。
5)設置多段暫留量(liàng)
大型、複雜(zá)形狀的(de)工件加工情況(kuàng),應設(shè)置(zhì)兩處或以上的(de)暫留量,設置多個起割點,如下圖(tú)所示。編程(chéng)時以開放形狀的(de)方式加工,編程前先把圖形分解成多段,並分別串接起來(lái),加工時先加工(gōng)輪廓,最後加工暫留量部分。
±1μm,高精密慢走絲(sī)加(jiā)工掌控以下核心技(jì)巧
11-11-2025
