

“转轮”是多色圆珠笔中最重要的功能零件之一,其质量好坏将直接影响到圆珠笔的使用效果。在“转轮”模具的制造中,“转轮”电极的制作是关键。由于“转轮”电极的头部形状难以用常规的加工方法来实现,而传统的钳工制作方法制作效率低、制作精度差,不能很好地保证电极的质量,从而直接影响到模具的制作精度,最终导致产品质量不能保证。以下基于作者多年的实践工作经验,向大家介绍一种在普通电火花线切割上加工“转轮”电极的方法。
一、问题的提出

图1 转轮
如图1所示为四色圆珠笔中的“转轮”零件的二维图纸及其三维模型。该产品所用模具的制作难点在于四条螺旋型滑槽处型腔的制作。该型腔一般采用电火花成形加工的方法,故难点实际上在于电火花加工用电极的制作。

图2 “转轮”电极
图2是用来加工四条螺旋型滑槽的模具型面所用的电火花成形加工电极。该电极的头部形状同产品相同,也是由四条螺旋型滑槽组成。显然,采用普通普通线切割机床,按常规的加工方法是无法实现的。
二、问题分析及解决
普通线切割机床工作时,电极丝的工作位置是固定不动的,因此,要普通线切割机床上实现如图2所示的电极头部形状的加工,在加工过程中电极必须作螺旋运动。
1.螺旋运动的实现
螺旋运动是由直线运动和旋转运动两种基本运动合成的。要在普通线切割机床上实现电极螺旋运动,除了要利用线切割机床其中的一轴(X轴或Y轴)使电极获得直线运动外,还必须利用另一轴(Y轴或X轴)及必要的辅助装置使电极转起来。具体实现步骤如下:
⑴按所使用的线切割机床的步进变速装置(包括变速箱和步进电机)的型号直接到生产厂家去另购一套或者自己制作一套。如果是自己制作的话,各主要参数(包括步进电机的参数和变速箱的速比)最好同原来的一致,以简化以后具体加工时的程序编制。同时还要注意:
①变速箱内各啮合齿轮间应实现无间隙啮合,绝对不容许有反向间隙存在。通常可采用如图3所示的双片薄齿轮叠加并在中间加拉力弹簧的结构来消除齿轮啮合间隙。

图 3 双片薄齿轮消除齿轮啮合间隙
1、2—薄片齿轮 3—螺钉 4—拉力弹簧
②齿轮变速箱箱体的前、后、上、下、左、右6个面之间要做到相互垂直,变速箱内各轴间要保证相互平行并垂直于前后两个面,以满足具体加工时通过齿轮变速箱箱体表面间接完成电极校准的需要。
③输出轴端部结构的制作应有利于电极的准确定位及装夹的方便。现采用把输出轴的中心部分作成与电极的外形一致的结构,以使二者间相互配合。(如图4所示)

图4 输出轴结构
⑵把准备好的步进变速装置按图5所示方式固定到线切割机床的工作台上。在固定之前用千分表对变速箱体表面作校正以保证步进变速装置的输出轴同机床的X轴平行;将原线切割机床Y轴步进电机的连线(四根)断开,用接线桩头连接到新步进电机上。要注意连接的正确性,否则,步进电机无法正常工作。

图 5 步进变速装置的放置
1—上丝架 2—输出轴 3—齿轮变速箱 4—步进电机 5—下丝架
⑶测试新装的步进变速装置的工作情况。在控制器中输入一简单程序如:B0 B0 B4000 GYL2,看其运转是否平稳,各齿轮的啮合情况是否理想,并在齿轮上加注润滑油。一般应以齿轮间啮合无间隙、无噪音,输出轴转动平稳、灵活为准。
⑷请仔细考虑以下二个问题。 ①要想使输出轴转动一周,应输入的记数长度是多少?②工件的旋转方向如何控制?
2.电极的定位
由于该产品二侧对称槽的对称中心面与“螺旋型”滑槽的起始位置之间有一个30º的夹角(见图1的产品图纸),故采用专门的定位板来保证电极切割的起始位置。定位板如图6所示,加工时利用定位板的左右二个侧面来确定电极的周向位置(即输出轴的周向位置)及中心位置。

图6 定位板
三、编成及加工
1.考虑到电火花加工时电极的单边平动量
2.将电极及电极定位板按如图7所示方式放置到步进变速装置输出轴端部。

图7 电极及定位板的放置
1—电极 2—定位板 3—输出轴
3.接着,利用线切割电极丝对电极定位板进行校准及分中,以确定电极的周向定位及中心位置。
4.再接下来就可以编写程序进行加工了。以现在较常见的采用螺距为
1.B0 B0 B2500 GXL1 (切割第1、第3条螺旋型滑槽)
2.B2500 B1000 B2500 GXL2
3.B0 B0 B2500 GXL1 (切割第2、第4条螺旋型滑槽)
4.B2500 B1000 B2500 GXL2
程序完毕。注意,其实工件转动半周即可完成整个加工。
5.利用以上程序对电极进行加工,可以方便地得到需要的结果。
四、结束语
本人多年从事线切割加工及教学工作,在此期间,利用上述方法已多次成功解决有关螺旋型工件的线切割加工问题。除了上面向大家介绍的这一多色圆珠笔中的“转轮”模具电极的实例之外,还成功完成过多种带螺旋槽的零件、女士用口红盒模具零件、圆柱凸轮零件、端面齿轮零件等等的加工,在线切割螺旋加工方面积累了一定的经验。热忱欢迎对以上内容有兴趣的同仁同我联系,共同探讨,共同进步。(编辑:张立明)