带凸缘的盘类零件的线切割加工工艺改进

王 迹，刘 平

(成都工业学院 实训基地，成都 611730)

带凸缘的盘类零件的线切割加工工艺改进

王 迹*，刘 平

(成都工业学院 实训基地，成都 611730)

为了提高线切割机床加工的找正精度和加工精度，以槽轮零件为例，对线切割机床加工带凸缘的盘类零件的传统工艺存在的问题及原因进行了分析，指出造成传统工艺精度不高的关键原因是工件的装夹问题，并对此提出了改进的方法：采用支撑板定位装夹工件。实践证明：采用该工艺后，装夹只需一次完成，省去穿丝找正过程，机床自身保证了定位、加工精度，并且该工艺节省了2/3装夹时间，极大降低了劳动强度，提高了效率。

凸缘；盘状零件；线切割加工；槽轮

长期以来，线切割机床主要用于加工形状复杂、精密细小的工件[1]，使用专用夹具的情况并不常见。有凸缘孔的零件的内孔中心线有对中要求，且与外形尺寸同轴度要求较高(例如带凸缘孔的槽轮零件[2])，所以在机床上工件的对刀找正就成为关键，但无论是通过机床自动找正还是目测火花人工找正，都需要耗费大量时间，工人劳动强度大，并且找正精度不高。本文针对这一问题，对传统工艺进行了改进，采用支撑板定位装夹工件，对比实验证明：新的方法不需要穿丝对刀找正，省力，有效缩短时间一半，并且定位方便快捷，解决了精度不高的问题。

1 槽轮零件分析

线切割可以加工各种高硬度的导电材料，如各种淬火钢、磁钢、硬质合金等。其切割轨迹采用数控方式进行，可以切割出具有复杂形状的模具或直接切出工件。由于切割时几乎没有切割力，所以可以切割极薄的工件或切削加工容易变形的工件，加工精度可达0.01～0.02 mm[3]。对图1所示的有凸缘孔的槽轮零件(以下简称“槽轮”)，从结构特点和精度要求来看，由于铣刀不能加工出90°的内孔，槽轮厚度只有3 mm、较薄，并且该外形呈现不规则曲线，受铣床工作状态、刀具角度、工装角度等因素影响[4]，无法采用铣床加工，只能采用线切割加工。只需制定出合理的加工程序，选用合理的切割参数、电参数及工作液，线切割加工就可以满足该零件的加工要求。

2 传统加工工艺分析

2.1 传统工艺方法

传统工艺方法为：车床上车削外形(加工凸缘、内孔、外圆的加工及端面)→编程系统Autop绘制好槽轮外部图形→装夹好工件后穿丝分中→再取丝让电极丝走到工件外→再穿丝切割一部分外形→更换装夹位置→穿丝分中→再取丝让电极丝走到工件外→切割剩余外形。

图1 槽轮零件加工图

2.2 传统工艺存在的问题

1)采用找正法装夹工件，找正精度不高。目前，采用线切割机床系统自动对中内孔加工零件的方法都存在找正精度不高的情况，加工零件内孔越小误差越大；采用目测火花对中找正，则会有人为误差。同理，若加工无凸缘孔的槽轮，在对外圆四周找正时，通过火花放电同样会有精度不高的情况。对槽轮进行穿丝找正内孔中心时若不精准，就会影响到外圆与内孔的同轴度，进而影响位置精度。

2)不能一次装夹。槽轮需要直接装夹在机床上，因为不能在一次装夹完成4个均布槽的切割，所以必须经过2次以上的装夹才能完成零件的切割，由此产生的累计装夹误差会大大降低加工精度，甚至导致零件报废。

3)零件外圆须有足够的装夹余量。为了将工件装夹在机床上，而且夹紧部位不遮挡零件加工表面，必须在零件外缘留有足够的装夹余量。但在实际生产中，由于毛坯尺寸的限制或为了节省成本(如贵重材料)或由于前道工序加工考虑不周，经常会面临前一工序加工后夹紧余量较小的情况。由此造成在线切割这一工序时不能完成装夹，或即便能勉强夹住，但因为工件重量大，造成工件倾斜，从而达不到技术要求[5-6]。槽轮装夹中若没有保留足够的装夹余量，则垂直度精度也会影响槽轮外形的位置精度。

4)耗费时间长。快、中走丝线切割机床由于造价低、加工成本低，在市场上应用较多，但缺点是需要2次人工穿丝的过程。穿丝时需要电极丝具有一定的抗拉强度，才能保证电极丝正常运行，这就要求工人操作熟练，这样既浪费了时间又增加了工人的劳动强度。

3 线切割加工槽轮零件的工艺改进

3.1 工艺改进

根据对传统加工方法的分析可知，造成以上问题的关键是工件的装夹。因此，我们针对槽轮线切割装夹方法进行了改进，采用支撑板定位装夹工件。该装夹方法是先用一块尺寸大于工件外廓尺寸，厚度大约在3～5 mm的金属薄板(常用钢板或铝板)作为支承板(考虑到经济成本因素，可以选用加工后不规则形状的废料)，形状如图2所示。在切割工件前先将支承板用压板、螺钉装夹在机床上，采用单悬臂式支撑，然后采用就地加工的方法加工出定位孔(定位孔的直径根据工件凸缘外径尺寸确定)，为了消除工件凸缘与定位孔的配合间隙，提高定位精度，定位孔的直径比凸缘外径小0.05～0.10 mm。待支撑板内孔加工完成后，工件通过凸缘定位在支撑板内孔上(装配图如图3所示)，再采用夹子将工件与支撑板夹紧(夹子的数量和夹紧点根据工件具体情况确定)，即完成工件的装夹。最后再打开数控机床，完成槽轮零件外形的加工。

图2 支撑板

图3 支撑板、工件、压板螺钉装配图

3.2 加工实验

加工实验使用成都无线电专用设备厂生产的DK7725A线切割机床、MCY-87型高频脉冲电源及HL系统Autop绘图编程控制软件。下面实验对比传统工艺和改进工艺的装夹、找正时间。

3.3 改进工艺的优点

1)定位精度高。工件定位基准与定位孔为小过盈配合，定位基准位移误差为零，从而使工件获得较高的定位精度；

2)一次装夹完成零件的切割加工。由于工件安装在支承板上，在切割时可以工件和支承板一起切割，不会因为装夹部位的遮挡影响工件的切割加工，因此只需一次装夹，避免了多次装夹造成的误差，提高了零件的加工精度；

3)工件不需要留装夹余量。由于工件安装在支承板上，不需要留装夹余量，从而减小了毛坯材料尺寸，有利于节约贵重材料，降低生产成本；

4)不需找正，节约时间。由于定位孔采用就地加工，与编程原点高度重合，因此零件装夹完成后，即可按程序放电切割，极大地节约了时间。

4 结语

采用传统工艺加工，通过工件的内外径分中，每加工一个工件，需要保留足够的加工余量，装夹时都要打表找正，穿丝2次到开始加工，花费时间需要20～25 min，加工精度主要取决于操作工人的技术水平，加工质量不稳定。工艺改进后，无须装夹多次，省去找正过程，每加工一个工件无需穿丝，装夹时间节约了2/3，工人劳动强度大大降低，加工精度取决于前一工序凸缘孔与凸缘外径的同轴度，工艺稳定的对称度误差≤0.04 mm，质量稳定性有了保证。

此外，利用此种工装夹具还可对非凸缘零件的外形进行加工,只需要根据工件内孔尺寸再加工一根心轴，用于工件自身内孔与支撑板定位，既能通过机床保证外形的精度要求，又能够提高生产效率。

[1] 彭丽,慕东,肖人瑞,等.大直径内孔槽线切割专用工装的改进[J].机床与液压,2011,39(6):40-41,57.

[2] 蔡晔敏.基于MasterCAM的槽轮数控机床加工[J].上海工程技术大学学报,2009,23(3):213-215.

[3] 聂福全,巴新华,徐舸.数控电火花线切割在内花键孔加工中的应用[J].工程机械,2005(6):56-58,107.

[4] 方昭华.线切割加工卡尺尺框的工艺改进[J].机械工程师,2014(3):155-156.

[5] 赖英姿,许齐鹏.电火花线切割加工中不同类型工件的装夹方法[J].金属加工(冷加工),2011(14):53-55.

[6] 赵引良.用线切割机床加工轴类零件的工装设计[J].机械管理开发,2007,97(S1):15-16.

Improvement of the Process for Discoid Parts with Flange by Using WEDM

WANGJi*，LIUPing

(School of State Mech-electric Training, Chengdu Technological University, Chengdu 611730, China)

Parts of grooved wheel are exemplified to improve the process of plate-shaped parts with rim for machining line cutters. Comparatively, conventional process requires multiple times of claiming, which results in accumulative errors and low alignment precision. Besides, it has some requirements for the remained amount of clamping. Thus, it is not only time-consuming and laborious, but also leads to low machining precision. Once the process is improved, the clamping can be completed for all at one time. Without the need for threading silk and aligning, the cutter independently guarantees the positioning and the machining precision. Furthermore, the process saves two-thirds of the time for clamping, so it greatly decreases labor intensity and increases work efficiency.

flange; discoid part; WEDM; grooved wheel

10.13542/j.cnki.51-1747/tn.2015.04.009

2015-07-13

王迹(1984— )，男(汉族)，四川西昌人，讲师，硕士，研究方向：机电一体化，数控技术，通信作者邮箱：540739617@qq.com。 刘平(1955— )，男(汉族)，四川崇州人，高级工程师，研究方向：机械制造及其自动化。

TG484

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2095-5383(2015)04-0028-03