CN116900650A - 一种细高直圆柱形电极的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种细高直圆柱形电极的加工方法，包括以下步骤：装夹；粗加工，在电极毛坯上加工出开粗几何部件、基准座和毛坯座；精加工，采取螺旋切削的方式对开粗几何部件进行精加工，使开粗几何部件形成细高直圆柱形状的电极齿；其中，精加工所使用的刀具处理包括：选择直圆柱形刀具，对刀具的刀口进行磨削处理使刀口上具有环状避空段和环状刃口段。本发明将高度与直径的比达到5至15倍的细高直圆柱形电极加工成型，并达到了加工要求，该加工方法突破了常规的车床削或者磨削加工方法的限制，解决了细高直圆柱形电极的加工瓶颈，对机床并不需要过高的要求，而且所需刀具便宜，加工成本低，加工效率高，方便推广应用。

Description

一种细高直圆柱形电极的加工方法

技术领域

本发明属于电极加工技术领域，具体涉及一种细高直圆柱形电极的加工方法。

背景技术

在塑胶模具设计过程中，有许多的直圆柱形的特征（如销孔，装圆镶件的型腔等），这种特征为圆柱形，从上到下都是直的，有的是盲的，有的是通的，而且要求加工直经精度0到+0.005MM。这种直圆柱形的特征，直径大但是很浅的可以CNC直接加工，直径小又深的就需要EDM放电加工。如果直径小高度深的特征，高度(H)与直径(D)的比能达到5至15倍，这样设计出来的用于EDM放电的电极就很难加工，这种电极要求表面粗糙度很好，同心度也要求很高，同时还要保证圆度。加工这种细高直圆柱形状电极是加工中的瓶颈，用常规的车床削或者磨削加工方法是很难完成的，其需要进行多次调试，操作十分耗时且出错率较高，导致加工得到的产品合格率较低，且难以进行批量加工。

发明内容

本发明的目的是提供一种细高直圆柱形电极的加工方法，用于解决现有技术中存在的上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种细高直圆柱形电极的加工方法，包括以下步骤：

步骤A，装夹，将电极毛坯通过装夹工具定位安装于机床的加工部位；

步骤B，粗加工，在电极毛坯上加工出开粗几何部件、基准座和毛坯座，所述开粗几何部件、基准座和毛坯座从上至下依次连接，开粗几何部件呈上小下大的宝塔状，开粗几何部件具有拔模斜度A；

步骤C，精加工，采取螺旋切削的方式对开粗几何部件进行精加工，使开粗几何部件形成细高直圆柱形状的电极齿；其中，精加工所使用的刀具处理包括：选择直圆柱形刀具，对刀具进行磨削处理，使刀具上形成环状避空段，环状避空段的两端分别设置环状刃口段和刀杆段，且环状避空段和环状刃口段的总长度大于开粗几何部件的长度。

作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述环状刃口段的半径与环状避空段的半径之间的差值不小于0.3mm。

作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述环状刃口段的长度不大于1mm。

作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述刀杆段的外径与环状刃口段的外径之间的差值不小于0.01mm。

作为上述技术方案的一种可选实施方式，在步骤B中，在进行粗加工前通过编程软件建立开粗几何部件的3D模型，开粗几何部件的3D模型完全包住电极齿。

作为上述技术方案的一种可选实施方式，在步骤B中，粗加工选择型腔铣，开粗选择所述开粗几何部件进行，并选择顺铣，粗加工留有开粗余量。

作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述开粗几何部件的拔模斜度A在1.8°～2.4°范围内。

作为上述技术方案的一种可选实施方式，在步骤B中，粗加工过程中装夹工具的转速为5000～6000rpm，下刀量为0.4～0.6mm，并留0.25～0.4mm的开粗余量，进给量为2500～3000mm。

作为上述技术方案的一种可选实施方式，在步骤A中，将电极毛坯通过装夹工具定位安装于机床的加工部位包括：通过3R装夹夹具将电极毛坯装夹固定在三轴立式加工中心的工作台上，以三轴立式加工中心作为机床并通过三轴向的加工方式对电极毛坯进行加工。

作为上述技术方案的一种可选实施方式，在步骤C中，在进行精加工前利用编程软件建模模块的偏置面功能将电极齿的部分偏小一个放电火花间隙的距离，从而避免放电火花间隙产生的误差。

作为上述技术方案的一种可选实施方式，在步骤C中，采取螺旋切削的方式对开粗几何部件进行精加工包括：选择曲面区域驱动方法，并采取螺旋切削的模式对电极齿进行顺铣；装夹工具的转速为5000～6000rpm，下刀量为0.03～0.10mm，进给量为500～1100mm。

作为上述技术方案的一种可选实施方式，还包括步骤D，对经过精加工后的电极进行表面粗糙度、形状和同心度的检测，以判断是否合格。

作为上述技术方案的一种可选实施方式，步骤D还包括：对于不合格的电极，通过调整下刀参数重复步骤A、步骤B和步骤C，直至加工合格。

作为上述技术方案的一种可选实施方式，所述电极毛坯为黄铜毛坯。

本发明的有益效果为：

本发明提供了一种细高直圆柱形电极的加工方法，将高度与直径的比达到5至15倍的细高直圆柱形电极加工成型，并达到了加工要求，该加工方法突破了常规的车床削或者磨削加工方法的限制，解决了细高直圆柱形电极的加工瓶颈，对机床并不需要过高的要求，而且所需刀具便宜，加工成本低，加工效率高，方便推广应用。

附图说明

图1是本发明一种实施方式中细高直圆柱形电极的立体结构示意图；

图2是本发明一种实施方式中细高直圆柱形电极的正面结构示意图；

图3是本发明一种实施方式中增加了拔模斜度的电极毛坯的结构示意图；

图4是本发明一种实施方式中未处理刀具的结构示意图；

图5是本发明一种实施方式中磨削处理的刀具的结构示意图；

图6是本发明一种实施方式中刀具与电极接触加工过程示意图；

图7是本发明一种实施方式中螺旋切削刀路图。

图中：1-开粗几何部件；2-基准座；3-毛坯座；4-电极齿；5-刀具；6-环状避空段；7-环状刃口段；8-刀杆段。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

如图1-图7所示，本实施例提供了一种细高直圆柱形电极的加工方法，包括以下步骤：

（1）装夹，用3R Holder将黄铜毛坯装夹好，3R Holder是3R公司的一种夹具，主要用于快速定位，其重复定位精度高达0.002mm。用3R holder装夹电极是为了更好、更方便的将电极加工好后的高精度传递给放电加工。如果没有3R夹具，也可以用虎钳等其他装夹方式，只要符合电极加工要求。

（2）电极开粗3D几何部件处理（借助编程软件完成），通过编程软件建立开粗几何部件1的3D模型，开粗几何部件1的3D模型完全包住电极齿4，电极齿4的高度为H，电极齿4的直径为D，电极齿4的高度H与直径D的比一般为5-15。具体处理时，先将细高直圆柱形状的电极齿4增加一个拔模斜度A（即电极齿4侧壁的倾斜角），一般增加的拔模斜度A保持在1.8°到2.4°之间，让开粗几何部件1形成上小下大的宝塔状，开粗几何部件1完全包住整个电极齿4。其中，增加的拔模斜度A的作用是提高粗加工过程中电极齿4强度，可以保证电极在开粗过程中不断齿、不变形、不弹伤电极。

（3）粗加工，将装夹好电极毛坯的3R Holder放到机床的3R底座上，设好加工零位，准备好所需要的刀具5及刀具5长度，就可以运行粗加工程序加工，在电极毛坯上加工出开粗几何部件1、基准座2和毛坯座3，开粗几何部件1、基准座2和毛坯座3从上至下依次连接。粗加工程序切削参数（借助编程软件完成）：粗加工选择型腔铣，开粗选择经过增大拔模处理后的开粗几何部件1，选择顺铣，粗加工还要留够一定的开粗余量。刀具5可以根据电极齿4的高度和刀具5的长度综合考虑，一般采买的刀具5直径越大刀具5总长也越长可以用于切削的刀刃也越长，φ6的刀具5总长55MM用于切削长度35MM， φ8的刀具5总长70MM用于切削长度45MM， φ10的刀具5总长80MM用于切削长度55MM， φ12的刀具5总长100MM用于切削长度65MM。由于各厂的刀具5和机床不同也会有所差异，所以要综合考虑选刀和下刀量，总之要保证所选刀具5在加工时的可靠性。粗加工选用的刀具5具体加工参数见下表：

（4）电极精修3D几何部件处理（借助编程软件完成），将电极齿4的部分偏小一个放电火花间隙的距离，以保证精加工程序按零位3D加工到数。放电火花间隙在设计电极时已经确定，并标注在电极图纸上，可以根据图纸标注扣掉放电火花间隙，具体操作可以用编程软件建模模块里的偏置面功能来去掉放电火花间隙，从而避免放电火花间隙产生的误差。

（5）精加工的刀具5选择与刀具5使用前的处理，包括以下步骤。

S1，刀具5选择，刀具5可以参考粗加工的大小，选平刀加工，刀具5刀尖要好，切削性要好，一般选择锋利的白钢为益。选择白钢刀的原因是，白钢刀比硬质合金刀锋利，刀尖更尖。齿太高的电极，要选择大刀。由于电极齿4高，加工的刀具5装夹时悬长也会很长，所以要充分考虑刀具5在切削运动过程中的刚性。选择平刀主要是减少切削过程中的横向切削力，保证电极齿4不会受力弹伤。还要注意刀具5磨损的问题，加工时间超过正常加工时间就必须换新刀。刀具5包括刀刃和刀杆，刀刃的直径为d，刀杆的直径为D，刀刃和刀杆的总长度为C。

S2，刀具5使用前的处理，当刀具5选定之后，要对所选刀具5进行磨削处理，通常需要对刀刃和刀杆进行磨削，使刀具5上形成环状避空段6，环状避空段6的两端分别设置环状刃口段7和刀杆段8，且环状避空段6和环状刃口段7的总长度M大于开粗几何部件1的长度2mm左右。

其中，环状刃口段7的半径与环状避空段6的半径之间的差值S不小于0.3mm，环状刃口段7的长度L不大于1mm，刀杆段8的外径D与环状刃口段7的外径d之间的差值不小于0.01mm。对于所选择的刀具5，需要用砂轮将刀具5外径磨小0.3mm，磨小部分后形成环状避空段6，刀口未磨小的部分为环状刃口段7，环状刃口段7的长度为1.0mm，使整个精加工过程中始终只有1.0mm的环状刃口段7与开粗几何部件1接触。

由于是需要加工的电极齿4是直圆柱形，刀具5也是直圆柱形，在精加工时，刀具5侧边会和直圆柱电极一直接触，接触面过大会导致刀具5和电极形状都会弹动，直圆柱电极的形状会被弹伤。因此本发明设计了环状避空段6，刀具5上依次设置刀杆段8、环状避空段6和环状刃口段7，环状刃口段7的长度是小于刀杆段8的。此处处理刀具5的目的就是减少刀具5与电极的接触面，减少接触力，避免刀具5尺寸铣伤工件，同时防止刀具5弹伤电极。此外，环状避空段6的设计使刀具5与电极之间形成避让区间，也可以更好的排屑。

精加工选用的刀具5具体加工参数见下表：

（6）精加工的刀具5选择与刀具5使用前的处理，精加工选择曲面区域驱动方法加工，并采取螺旋切削的模式铣削，设置顺铣，整个顺铣铣削要一气呵成。

（7）运动方式，选择精密三轴立式加工中心加工，转速5000rpm以上。电极通过3RHolder装夹固定在加工中心工作台上，工作台控制X轴左右移动，加工中心主轴转动并控制Y轴和Z轴，形成前后和上下移动。

（8）电极加工完后，要进行检测。电极连同3R Holder一起从3R底座上取下。先看表面粗糙度是否达到要求，再用投影机检测形状及同心度，也可以进行三坐标自动检测。检测合格后将电极和3R Holder一起进行电极放电工序。不合格就要调整下刀参数再进行重复加工，直至加工合格。如果没有3R holder就按平常加工流程送下序加工。

本发明提供了一种细高直圆柱形电极的加工方法，将高度与直径的比达到5至15倍的细高直圆柱形电极加工成型，并达到了加工要求，该加工方法突破了常规的车床削或者磨削加工方法的限制，解决了细高直圆柱形电极的加工瓶颈，对机床并不需要过高的要求，而且所需刀具5便宜，加工成本低，加工效率高，方便推广应用。

采用本发明的可以加工方法实现细高直圆柱形电极的计算机数字化控制精密机械加工（CNC加工），极大的提高了加工效率，比起传统的车床削或者磨削加工，CNC加工更加智能，操作更加简单，减少人力手动操作，大大节约加工成本，有利于在整个塑胶模具行业中推广应用。

在本发明描述中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，可以是固定连接，可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，对本领域技术人员而言，可以理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，实施例描述的具体特征、结构等包含于至少一种实施方式中，在不相互矛盾的情况下，本领域技术人员可以将不同实施方式的特征进行组合。本发明的保护范围并不局限于上述具体实施方式，根据本发明的基本技术构思，本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种细高直圆柱形电极的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A，装夹，将电极毛坯通过装夹工具定位安装于机床的加工部位；

步骤B，粗加工，在电极毛坯上加工出开粗几何部件（1）、基准座（2）和毛坯座（3），所述开粗几何部件（1）、基准座（2）和毛坯座（3）从上至下依次连接，开粗几何部件（1）呈上小下大的宝塔状，开粗几何部件（1）具有拔模斜度A；

步骤C，精加工，采取螺旋切削的方式对开粗几何部件（1）进行精加工，使开粗几何部件（1）形成细高直圆柱形状的电极齿（4）；其中，精加工所使用的刀具（5）处理包括：选择直圆柱形刀具（5），对刀具（5）进行磨削处理，使刀具（5）上形成环状避空段（6），环状避空段（6）的两端分别设置环状刃口段（7）和刀杆段（8），且环状避空段（6）和环状刃口段（7）的总长度大于开粗几何部件（1）的长度。

2.根据权利要求1所述的细高直圆柱形电极的加工方法，其特征在于，所述环状刃口段（7）的半径与环状避空段（6）的半径之间的差值不小于0.3mm。

3.根据权利要求1所述的细高直圆柱形电极的加工方法，其特征在于，所述环状刃口段（7）的长度不大于1mm；所述刀杆段（8）的外径与环状刃口段（7）的外径之间的差值不小于0.01mm。

4.根据权利要求1所述的细高直圆柱形电极的加工方法，其特征在于，在步骤B中，在进行粗加工前通过编程软件建立开粗几何部件（1）的3D模型，开粗几何部件（1）的3D模型完全包住电极齿（4）。

5.根据权利要求1所述的细高直圆柱形电极的加工方法，其特征在于，在步骤B中，粗加工选择型腔铣，开粗选择所述开粗几何部件（1）进行，并选择顺铣，粗加工留有开粗余量；粗加工过程中装夹工具的转速为5000～6000rpm，下刀量为0.4～0.6mm，并留0.25～0.4mm的开粗余量，进给量为2500～3000mm。

6.根据权利要求1所述的细高直圆柱形电极的加工方法，其特征在于，所述开粗几何部件（1）的拔模斜度A在1.8°～2.4°范围内。

7.根据权利要求1所述的细高直圆柱形电极的加工方法，其特征在于，在步骤A中，将电极毛坯通过装夹工具定位安装于机床的加工部位包括：通过3R装夹夹具将电极毛坯装夹固定在三轴立式加工中心的工作台上，以三轴立式加工中心作为机床并通过三轴向的加工方式对电极毛坯进行加工；所述电极毛坯为黄铜毛坯。

8.根据权利要求1所述的细高直圆柱形电极的加工方法，其特征在于，在步骤C中，在进行精加工前利用编程软件建模模块的偏置面功能将电极齿（4）的部分偏小一个放电火花间隙的距离。

9.根据权利要求1所述的细高直圆柱形电极的加工方法，其特征在于，在步骤C中，采取螺旋切削的方式对开粗几何部件（1）进行精加工包括：选择曲面区域驱动方法，并采取螺旋切削的模式对电极齿（4）进行顺铣；装夹工具的转速为5000～6000rpm，下刀量为0.03～0.10mm，进给量为500～1100mm。

10.根据权利要求1所述的细高直圆柱形电极的加工方法，其特征在于，还包括步骤D，对经过精加工后的电极进行表面粗糙度、形状和同心度的检测，以判断是否合格；对于不合格的电极，通过调整下刀参数重复步骤A、步骤B和步骤C，直至加工合格。