多型腔模具电火花加工工艺分析

段贤勇，韩忠冠

（安徽机电职业技术学院，安徽芜湖241000）

0 引言

目前，模具型腔主要采用高速铣（简称HSM）和电火花（简称EDM）加工，但各自的加工方法和用途不尽相同[1]。在多型腔模具零件加工中，各单型腔结构不同时，电火花加工需不同的电极，采用高速铣优于电火花加工；各单型腔结构相同时，编制合理的数控程序，采用单电极电火花完成粗、精加工，可提高加工效率且降低成本。以典型模具零件为例，研究分析具有相同结构的多型腔的单电极数控电火花加工工艺。

1 模具零件及加工条件

1.1 模具零件

如图1所示，模具零件材料为SKD11，共12个型腔，各型腔底部三角形的朝向角度都不相同，可以分为0，90，180，270四种角度类型。

1.2 加工条件

选用北京阿奇夏米尔SA30镜面电火花成型机床，可实现4轴联动数控加工，配置有6个电极的电极刀库，装有C轴可作合理转速的旋转运动。本例中使用粗、精共两个紫铜电极来加工，如图2所示，采用电极调节夹头装夹，分别将两个电极校正好，粗加工电极放入1号刀架，精加工电极放入2号刀架。加工中采用基准球进行接触感知定位，定位精度高。

2 工艺分析

模具12个型腔有角度要求，电火花加工时如用普通夹头，每个加工位置都需要旋转C轴，电极与主轴产生偏心，且每一个电极只有一个电极偏心修正，在12个位置点电极需要进行四次修正（即四个角度），自动编程很难实现。

参照机床功能，分析各位置点的特点及相互关联，编程时将电极看成相对零点，每旋转一个角度创建一个相对零点，再使用基准球定位，通过旋转C轴来调换位置，自动完成加工，以解决烦琐的手动旋转C轴加工问题。

3 工艺方案

3.1 工艺过程

模具零件在型腔电火花前，进行模坯加工，具体加工工艺过程：备料→锻造→退火→铣六面→淬火、低温回火→磨六面→型腔电火花加工。

3.2 数控编程及加工

数控编程中，首先用测量头对基准球“四面分中”而正确定位，确定工件坐标原点，然后利用电极对基准球分中定位，C轴旋转角度，来设定12个“相对零点”[2]，并且修正自编程序的参数，最后建立一个程序文件完成所有型腔加工。

3.2.1 装夹、校正和定位

1)确定对刀点：将工件、电极分别安装于工作台、机床主轴上进行校正，在工件边放置一个基准球，将测头安装在6号刀架上。

2)创建新加工程序：输入新程序名。

3)设定工件原点：自动更换电极6，用测头对基准球进行四面分中，如图3所示，找出中心后，Z向进行感知，预设X、Y、Z向坐标，如图4所示。再使用测头对工件进行分中，Z向进行感知，此时不要预设坐标X、Y、Z，而记录X、Y中心、Z0位的坐标值（当前为121.51,52.65,-53.8），将其视作为工件原点。

4)确定“相对零点”：自动更换电极1，用电极1（此时C轴的坐标为0度）对基准球进行分中，Z向进行感知，预设坐标X、Y、Z，在程序中选择“相对零点”，确定为“相对零点1”，相对于选择“原点”→“当前位置”→“零点位置”后“确定”，这样建立了“相对零点1”，如图5所示。

使用移动功能使C轴旋转至90度，如图6所示，按照上述操作，建立了“相对零点2”。再使用移动功能使C轴旋转，依次建立“相对零点3”、“相对零点4”。自动更换电极2，同样方法，建立“相对零点5”至“相对零点8”。

3.2.2 程序编制

1）在程序菜单中，选择“加工位置”→“新建”→“下一步”→“矩阵”，根据工件的零点坐标值（121.51,52.65,-53.8），如图7所示，计算模具零件左上角的第一个型腔的坐标，计算值输入“位置”，其他位置通过输入行列参数由系统自动计算，可以得到12个型腔的位置。因每个型腔C轴角度不相同，按照图纸要求逐个对应修改加工位置C轴值，如图8所示。

2）添加“自动编程”来创建程序，自动生成ISO代码。因为有粗、精加工两个电极，选择“脉冲参数”与“电极资料”的设置，如图9所示。自动生成“程序步骤”165段，如图10所示，对生成的程序段进行必要的修改，使程序符合加工要求，检查各加工位置。

3.2.3 加工

首先将程序模拟一遍，检查加工位置是否正确，预防加工错误发生。程序完全正确后，即可执行加工。机床将自动实现更换电极、旋转C轴，完成所有型腔的粗、精加工[3]。提高了操作效率，发挥了机床的自动化功能。

4 结束语

通过对多型腔模具电火花加工技术的深入分析和研究，综合运用数控电火花成型机床的基准球定位、刀库及C轴旋转技术，自动编程完成加工，经过实践加工，验证了工艺的可行性和经济性，为同类零件加工提供参考[4]。

[1]沈则亮，刘永贵，韩忠冠.基于HSM与EDM的模具型腔加工研究[J].组合机床与自动化加工技术，2010（4）.

[2]赵伟，张云鹏，王忠惠，等.电火花铣削的应用研究[J].电加工与模具，2006（6）.

[3]卓健燕.浅析模具制造中电火花技术的应用[J].装备制造技术，2012（9）.

[4]杨嵩，史昊天，龚志刚.不规则异形零件的加工工艺研究[J].现代制造工程，2014（5）.