基準(zhǔn)自修復(fù)異形梁線切割?yuàn)A具設(shè)計(jì)

清華大學(xué)基礎(chǔ)工業(yè)訓(xùn)練中心 (北京 100084) 王秋紅 李 睿

在完成我?？蒲蠪BGZD傳感器項(xiàng)目中，異形梁的加工成為完成該項(xiàng)目的關(guān)鍵。FBGZD傳感器項(xiàng)目是為了解決當(dāng)山體滑坡時(shí)，避免造成鐵路行走安全而提出的，屬于室外用振動(dòng)傳感器。異形梁是傳感器部件的核心零件，在厚度為4mm的梯形型面上，挖出一凹槽，要求留下的厚度為 (0.6±0.02)mm，光纖傳感器安裝于表面，如圖1所示。當(dāng)山體出現(xiàn)滑坡，重物砸到鐵軌產(chǎn)生振動(dòng)，異形梁0.6mm處金屬發(fā)生微小彈性變形，使光纖傳感器產(chǎn)生突發(fā)信號(hào)，通過(guò)放大電路將信號(hào)放大后傳遞出來(lái)。因此異形梁0.6mm厚度的均勻性要求很高，它直接影響到信號(hào)采集的準(zhǔn)確性。又因?yàn)槭Ｓ嗟?.6mm金屬很薄，材料受內(nèi)力作用在加工過(guò)程中極易產(chǎn)生變形，造成厚度不均勻和尺寸的偏差，使異形梁加工廢品率極高。為了解決異形梁的加工問(wèn)題，我們采用了線切割加工工藝方法并設(shè)計(jì)了專(zhuān)用加工夾具，圓滿解決了該難題。

圖1 異形梁示意圖

1.線切割機(jī)床加工基準(zhǔn)與工件定位基準(zhǔn)的統(tǒng)一

通常線切割加工前，先要將電極絲與工件支架校正垂直，然后將工件安裝在工件支架上，再進(jìn)行加工 (見(jiàn)圖2)。其校正方法通常采用廠家提供的標(biāo)準(zhǔn)校正杯，校正時(shí)，校正杯放在工件支架上，當(dāng)電極絲與校正杯上下Sa、Sb觸點(diǎn)同時(shí)接觸，指示燈同時(shí)發(fā)光，表示垂直度完好。若只有一個(gè)指示燈亮，可通過(guò)調(diào)整上下導(dǎo)輪位置、絲架位置等來(lái)滿足電極絲垂直度的要求。此種方法找正誤差較大，滿足不了異形梁加工要求。

為了解決這一難題我們?cè)O(shè)計(jì)了專(zhuān)用加工夾具，利用線切割機(jī)床自修復(fù)確定基準(zhǔn)的原理，既準(zhǔn)確地確定了基準(zhǔn)面在機(jī)床上的坐標(biāo)位置，又保證了基準(zhǔn)面與鉬絲的平行度。

圖2 鉬絲與工件支架垂直度找正示意圖

首先將夾具支撐板安裝于線切割機(jī)床上，在支撐板安裝工件一側(cè)切割出基準(zhǔn)面，將鉬絲在機(jī)床的Y向坐標(biāo)值記錄下來(lái)，作為加工工件時(shí)的零點(diǎn)，如圖3所示。

圖3 支撐板基準(zhǔn)面加工示意圖

再將夾具附件和工件安裝于夾具上，安裝時(shí)工件基準(zhǔn)面緊貼在夾具基準(zhǔn)面上，如圖4所示。以該基準(zhǔn)面為零點(diǎn)，反推出0.6mm切割尺寸，實(shí)現(xiàn)了加工基準(zhǔn)與工件定位基準(zhǔn)的統(tǒng)一，避免了由于工件厚度的不同帶來(lái)的加工誤差問(wèn)題。

圖4 夾具附件和工件安裝關(guān)系示意圖

2.材料內(nèi)力變形產(chǎn)生誤差的控制

由于異形梁要在厚度4mm上挖去3.4mm，去除了占總厚度約4/5的金屬，因此加工過(guò)程中工件內(nèi)力的平衡狀態(tài)被破壞，在材料內(nèi)力的作用下工件在加工中極易產(chǎn)生變形，造成加工尺寸出現(xiàn)偏差。為了克服這一現(xiàn)象的發(fā)生，我們?cè)趭A具上設(shè)計(jì)了兩對(duì)彎板，通過(guò)緊固螺釘和墊塊，將工件基準(zhǔn)面緊貼在支撐板的基準(zhǔn)面上，夾緊受力點(diǎn)盡量靠近工件的凹槽邊緣。在加工過(guò)程中采用多次切割方法，使其材料內(nèi)力逐步釋放，同時(shí)每去除一次金屬，將緊固螺釘旋緊一次，確保工件基準(zhǔn)面與夾緊基準(zhǔn)面緊密貼實(shí)，最終保證了異形梁的加工要求，圓滿地解決了技術(shù)難題。

一批異形梁加工結(jié)束后，夾具從機(jī)床上拆卸。新的一批異形梁加工時(shí)，將夾具支撐板安裝于線切割機(jī)床上，在支撐板安裝工件一側(cè)重新切割出基準(zhǔn)面，裝上夾具附件，即可進(jìn)行新的一批異形梁的加工，實(shí)現(xiàn)了夾具多次使用，所以此夾具為基準(zhǔn)自修復(fù)的異形梁夾具。

3.結(jié)語(yǔ)

基準(zhǔn)自修復(fù)異形梁線切割?yuàn)A具設(shè)計(jì)，采用在線切割機(jī)床上利用機(jī)床自身加工功能切割出夾具基準(zhǔn)面，避免了由于人為找正、工件尺寸公差和機(jī)床系統(tǒng)精度帶來(lái)的加工誤差，理論上實(shí)現(xiàn)了無(wú)偏差基準(zhǔn)確定。此基準(zhǔn)確定方法不但在線切割機(jī)床上可用，而且在其他機(jī)械加工機(jī)床上也有很好的推廣價(jià)值。