CNC火花机的摇动与精度

CNC火花机的摇动与精度
如今CNC火花机已经广泛应用.要使用火花机,摇动是最重要的功能,摇动对于减少加工时间和得到良好的表面是非常有效的.然而并不是每个客户都把摇动功能用的很好.主要原因是设计者不想使用足够的电极减寸量,他们担心太大会降低精度。

如果我们对电极减寸量和摇动有足够的了解就可以使用适当的电极减寸量,提高加工效率。

1 电极减寸量
1.1 电极减寸量的意义
放电在阴极和阳极间产生火花间隙.因为这个原因,电极必须要比要加工的形状小.减小的数值叫做电极减寸量 . 电极减寸量一般以每边的减少显示.
电极减寸量在图形中以『R』显示R=(型腔尺寸－电极尺寸)÷2
Fig 1. 电极减寸量
1.2 电极减寸量决定了加工速度。

如果电极放电量大,间隙会大;反之相反.容易想象,如果加工时能量大,那么加工速度也就会快。

根据拇指法则,如果电极减寸量加倍,加工速度(铁屑去除率)会提高5倍.另外重要的一点是粗加工条件不仅速度快而且损耗小.那也就说明如果电极减寸量足够的话,你可以使用有效而且低损耗的条件。

2.如何得到良好的表面质量.
粗加工的表面质量很差，但是我们又希望在短时间内得到良好的表面质量.要实现这一目标的最好办法就是用粗加工条件加工掉大部分,然后再用精加工条件去加工表面。

另外,要减少加工时间,加工条件就要在适当的时间变化.例如,如果你开始粗加工的最大粗糙度是40μ,而最后你要得到最大粗糙度是5μ,那么你就必须在粗加工和精加工间有7段来改变加工条件。

(对于每种工件材料,电极材料和加工面积,牧野EDNC系列机床都有标准的模型数据)
2.1 底部表面
底部表面可以通过改变条件和设置高度来实现，但是侧面因为粗加工的的间隙比精加工的要大而不能实现。

2.2摇动实现侧面加工.
要加工侧面,电极就必须要接近侧面
在垂直于加工方向的平面内的运动就叫做摇动
摇动的目的是完成侧面的加工
3. 摇动(2维)对精度的影响
3.1 摇动后的形状
首先我们要了解摇动加工后的形状.如果电极以一定的形状摇动,电极的每一部分都要以相同的形状摇动(Fig 6).然后画出电极的外形状.
该图形的外部形状就是精加工后的形状(Fig 7).
该方法可用在任意一种摇动形状上.这是一种有效的确定加工形状的方法.
有些摇动会导致不精确的形状,但是从一般的考虑,错误并不是很大。

我们要对这些有足够的了解才行，我想从两维的形状开始。

3,2 圆形平动
电极在每个尺寸上都会比实际要的形状要小一点(Fig 8)。

所以要得到想要的形状尺寸就要在各个方向上扩大一个R的尺寸。

在各个方向上扩大一个R就相当于每个点都做R的圆形运动。

Fig 9显示了直线部分是正确的，但是尖角部分却是不够的。

加工的半径是R，等于电极减寸量。

对于一般的形状，如图Fig 11，电极减寸量使外角半径小，而内角半径大。

这种变形就象『Offset machining』(Fig 12)一样。

在使用圆形平动后，加工形状就正确了(Fig 13)。

如果用CNC或线切割做电极且用偏移来确定电极减寸量，圆形平动做出正确的形状，没有尖角。

另外重要的一点是：圆形平动没有过切。

这是标准的平动方式，没有过切。

如果你不是很了解平动，那么建议选择该平动方式。

3.3 方行平动
对于EDM，角落加工是最重要的加工之一。

如果图Fig 14，方形平动就比圆形平动好。

对于Fig 15所示图形（既圆且方），你必须选择角落的半径和最后的半径一致。

这是使用方形平动的最好方式。

Fig 14和Fig 15由角落线所决定，但是如果你对于一般的形状也使用方形平动就会出现问题。

例如，如果对于Fig 16，你使用方形平动，那么斜线区域就会过切。

图Fig 17
显示了原因。

最明显的错误就是45度角的时候。

该摇动形式只能用在如Fig 18所示形状。

此时，方形平动比圆形平动的加工效率要高一些。

3.4 自由平动
关于三角形(Fig 16)，如果你使用圆形平动，斜边的尺寸是正确的。

但是看这些角，就有没有加工到的部分。

在此时你就可以使用自由平动。

如果摇动半径是三角形，角就可以加工到。

MAKINO EDNC系列有自由平动的功能。

很简单。

程序仅仅要求电极形状的外形。

程序和结果的例子如Fig 20所示：
关于Fig 21所示形状，就不可能使用自由平动。

在圆形平动后，如果你想把尖角部分做的更尖，其他部分就会过切。

对于这些形状，圆形平动就比较合适。

4 摇动对精度的影响(3 dimension)
3D的摇动对于尺寸的影响可以参考2D对于X－Y 平面Y－Z 或 Z－X 平面。

3D形状的电极因为在各个方向有同样的R的原因，要放在最后形状的合适位置。

到该位置的时候，你必须使用电极粗工放电条件所允许的R。

然后改变成精加工的加工条件。

5.1 底部简单形状
对于一般的CNC EDM机器来说，摇动值是从上到下不变的（该方法叫做“底部简单形状”）。

如果X-Y平面是圆形平动的话，Z-X或Y-Z平面和方形平动一样。

这意味着底部半径和底部斜度的是一样的(cf. Fig 15)。

通常，因为R的加工偏移原因，底部半径和斜度会变小。

如果你使用底部简单形状的电极，底部的尖角就会过切。

过切的数值要根据电极R的比例来确定。

因为此原因，粗加工容易出现过切。

对于3D的电极，如果你想要使用底部简单形状的模式，那么你电极的底部角半径和斜度的就必须和最终的形状相一致。

5.2 底部复杂形状
就象如图Fig 24所示的图形一样，有些电极你很难确定它的底部半径，或者有时电极底部并不平整。

这些电极就不可能象以上所提到的那样做。

MAKINO EDNC系列机器有“底部复杂形状”的模式来解决这一问题。

典型的方式是：底部复杂形状。

这在侧面（Z ― X 或Y―Z 平面）看来是和圆形的平动一样的。

没有过切的区域。

如果使用大电极，该方式对于粗加工也是适用的。

Fig 23所示已经过切了。

Fig 26 显示了方式和加工的结果。

如果使用“底部复杂形状”，请确认可以用Fig 23的电极来获得Fig 24的结果。

5.3 底部复杂加工
5.3 底部复杂加工的方法
对于不同的底面形状，Makino EDNC系列机床有许多种加工方法。

5.3新式球面摇动加工（加工方法8）
一般来说，我们推荐以下方法：粗加工使用复杂形状底面而精加工使用简单底面形状。

然而，对于三维的电极，因为三个方向的电极同时消耗，上述方法也同样适用，对于精加工，复杂形状的底面不易得到较高的精度。

（102 Z**R**E**I**J**O**L23P1111M0B0
对于这样的形状，我们推出了新的加工方式8,18,28
G102Z**R**E**I**J**O**L28P1111M0B0 (侧面加工不适用)
对于大面积的加工，尤其是HQSF加工，我们推荐该加工方法。

该过程不仅是圆柱运动而且也是3D形状的运动，如下所示：
为了减少加工时间，机器决定了结束时的检查点，当机器确认该点已经加工完毕以后就会转到下一段去加工。

5.5 复杂的
实际上产品的形状在底部有因素。

尤其是利边部分的形状（没有平整的形状）很难得到正确的形状。

如果角度很锋利，差异就比较大。

它会在R值上增大。

底部形状复杂的电极因fig 21所示原因就不能得到正确的形状。

对于精度很高的形状或尖角的设计，R值就不可以很大，如果可能的话，设置为0。

一般地，我们设置R值小于0.1并且摇动半径设置很小。

问题是精加工程序段的时间问题。

要减少该段的加工时间，粗工电极就要选底部形状复杂球形的模式，粗加工必须做到和精工段。

6.结论
①合适的R能减少加工时间。

②基本上，摇动的R值应该选用圆形，因为它在各个方向上都是一样的R值。

③由于摇动而引起的不准确会集中在角的部分，并且和R值有关系。

但是圆形平动是最安全的.。

④请在选择摇动方式前检查电极形状。

⑤摇动会在尖角和斜边部分引起过切。

⑥如果能够补偿这些过切的区域的话，方形摇动的效率更高。

⑦在X-Z，Y-Z平面底部简单形状做的尺寸和方形摇动在X-Y平面的是一样的。

底部复杂球形在各个方向都是圆形平动。

故在3个尺寸都是安全的。

⑧对于粗加工，请使用底部形状复杂的摇动方式，在那种情况下，你可以使用足够大的R 值.
⑨一般来说，底部形状简单就可以了，因为R值很小.
⑩但是在分型面,这种不精确会引起配合时间较长等问题.基本上此时都是选用较小的R只值.
⑪摇动的目的是为了侧面的加工。

如果只有底面加工的话就不需要摇动了。