光学透镜、眼镜等用的凹凸球面注塑模,常用以压注聚碳酸酯等透明塑料凹凸球面透镜,广泛用于放大镜、望远镜、照相机及眼镜中。这类凹凸球面和球头采用电火花双轴回转展成法磨削加工是比较容易实现的。
(1)磨削凹凸球面、球头加工原理 图所示为其加工原理示意图。工件和空心管状工具电极各作正、反方向旋转,工具电极的旋转轴心与水平的工件轴心线调节成a角,工具电极沿其回转轴心线向工件伺服进给,即可逐步加工出精确的凹球面来,如果将a夹角调节成较小的角度,即可加工出较大R曲率半径的凹球面。球面曲率半径R、管状工具电极的中径d、球面的直径D和两轴的夹角a有如下关系:
在直角三角形OAB中
sina=AB/OA=d/2/R=d/2R
在直角三角形AC中
coa=CD/AC=D/2/d=D/2d
所以得
球面曲率半径R=d/2sina
由此可见,如果a角调节得很小,则可以加工出很大曲率半径的球面;如果a=0,则两回转轴平行,可加工出光洁平整的平面;如果a转向相反的方向,就可以加工出凸球面;如果a角更大,则可以加工出球头。
(2)电火花磨削凹凸球面、球头的优点
1)可以采取比较低的转速,例如工件为100r/min,工具电极为300~600r/min,不会引起机床的振动,易于实现机床改装。
2)可以用紫铜、黄钢管作为工具电极,以柔克刚,加工淬火后的模具钢。工具电极损耗后,可以靠进给自行补偿,因为损耗后的工具电极端面仍是球形表面的一部分。这样,工具电极的损耗可以忽略不计。
3)可以加工出比较准确、精度较高、表面粗糙度较好的大面积凹、凸球形表面,因为加工时工具电极和工件表面有相对转动,排屑较好;实际加工表面并不大,潜布、寄生电容较小。用脉冲宽度2~5μs,峰值电流1A以下或用RC线路脉冲电源即可达到Ra0.4μm的表面粗糙度,经布轮抛光即可达到镜面要求。
4)加工凹、平、凸表面只需改变夹角a,不需要更换工具电极,有很好的“柔性”和工艺适应性。
5)可以直接加工淬火钢、硬质合金等难加工材料。
加工中应注意的是:管状工具电极的壁厚应包络、覆盖工件表在的回转中心点,否则容易残留出一小突起台。另外,在加工时浇注的煤油应有足够的流量,避免在空气中火花放电引起火灾。
(3)电火花精密磨床的结构和运动方式 图所示为双轴回转展成式电火花精密磨床的结构布局和运动方式示意图,上部为正视图,下部为俯视图。工件回转轴1由伺服电动机及减速箱电动机(或直流、交流、伺服电动机或自整角机)8通过减速箱驱动,工具电极回转轴2也使用相同的驱动系统。工件回转轴1和工具电极回转轴2可用转台3调整成平行位置,也可调整成两轴间有一定的夹角Q。当Q=90°时,工件转轴和工具转轴相互垂直,可以磨削端面。工具安装在可以机动也可以手X、Y工作台上。
工件和工具的转速可以严格相同(同步)、或成整倍数(倍速)、或不等速(差动)或按共轭方式回转(例如齿轮啮合,大小齿轮节圆的线速度相等),这些不同的速比传动关系,采用数控系统和编程技术是很容易实现的。这样,该机床就有很丰富的运动功能和极广泛的工艺适应能力,可以加工出切割、磨削和其他电火花加工机床难以加工的精密、复杂表面和零件。