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      一種微小孔電火花分流加工方法與分流裝置的制作方法

      文檔序號:3010318閱讀:289來源:國知局

      專利名稱::一種微小孔電火花分流加工方法與分流裝置的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      :屬于微細電火花加工和成形
      技術(shù)領(lǐng)域
      ,特別涉及微小孔結(jié)構(gòu)件的電火花加工技術(shù)。
      背景技術(shù)
      :現(xiàn)代機械、電子、輕工、紡織、石油、化工和國防等各種加工與裝備中,對難加工材料微小孔等微結(jié)構(gòu)件的加工需求越來越多,公知的常規(guī)電火花加工機床有最小孔徑的加工尺寸限制,一般為0.4mm-0.5mm,而對于0.3mm以下孔徑的微結(jié)構(gòu)件加工成為裝備制造中的關(guān)鍵技術(shù)與工藝難題,開發(fā)微小型電火花機床是一種途徑,但是,成本較高;在現(xiàn)有電火花加工機床基礎(chǔ)上,開發(fā)一種微孔電火花分流加工方法與裝置是一種有效的途徑,比單獨開發(fā)微小機床成本低,利用率高,應(yīng)用起來量大面廣,擴大現(xiàn)有設(shè)備的使用范圍;該方法加工的微小孔孔徑遠小于單獨放電加工的小孔尺寸,而且加工狀態(tài)穩(wěn)定;該方法與鉆、銑孔刀具相比能夠克服刀具尺寸較小引起的剛性差等缺點,克服操作勞動強度大等不足,解決由于孔數(shù)多產(chǎn)生刀具磨損、斷裂以及加工廢品率高等問題;該方法與鉆、銑孔刀具相比可用于加工材料硬度高的微小孔工件,孔的深徑比大于通常刀具加工的5:l至8:l的范圍,滿足現(xiàn)代機械、電子等領(lǐng)域中的加工與裝備要求。
      發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是為解決機械、電子、輕工、紡織、石油、化工和國防等各種加工與裝備中的難加工材料微小孔、微結(jié)構(gòu)件加工技術(shù)難題,并提供一種高效、可靠、高質(zhì)量的關(guān)鍵加工方法與裝置,以滿足各種裝備中的微結(jié)構(gòu)件加工微小孔尺寸、精度和可靠性的要求;縮短工期、降低成本,減輕勞動強度;以常規(guī)電火花加工機床D6140為例,加工孔徑最小尺寸為0.4-0.5ran,采用本發(fā)明電火花分流加工方法以及分流裝置,可大大擴展機床加工最小尺寸的極限范圍至0.1-0.3mm。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種微小孔電火花分流加工方法,在常規(guī)電火花機床上,采用原電火花機床主軸頭24和工作臺6之間的伺服系統(tǒng)進行分流裝置整體的放電進給控制;其加工方法特征是,采用分流補償回路A和分流回路B組成雙放電回路方式進行電火花微小孔加工,其中,分流補償回路A加工的微小孔工件8為有效零件,分流回路B加工的工件5為輔助工件,分流法電火花加工方法的步驟是1)先進行機床的安裝調(diào)整微小孔電火花分流加工是在常規(guī)電火花機床工作臺6上的工作液箱4中進行,首先將雙放電回路分流裝置通過T型連接軸25安裝在機床主軸頭24上,并用鎖緊螺母23固定;調(diào)整電極3使其對正工件5的加工表面,調(diào)整微小電極11使其對正微小孔工件8的加工表面,電極3和工件5接線極性與微小電極11和微小孔工件8的接線極性一致;2)對分流補償回路A加工狀態(tài)進行監(jiān)測與補償控制,是在原機床伺服系統(tǒng)控制基礎(chǔ)上,單獨監(jiān)測微小電極11與微小孔工件8之間的"通"、"斷"狀態(tài),當(dāng)電極間處于"斷"的狀態(tài)時,啟動電機19,通過絲杠16、螺母17帶動連接板20縱向移動,進而帶動微小電極11縱向進給,使分流補償回路A保持在"通"的狀態(tài),保證微小孔的加工連續(xù)進行,同時,由旋轉(zhuǎn)電機21依次驅(qū)動傳動軸13、微小夾頭12旋轉(zhuǎn),從而帶動微小電極11做回轉(zhuǎn)運動,改善微小孔加工放電狀態(tài),對微小孔工件8進行分流電火花加工。直至加工出符合要求的微小孔工件8;分流補償回路A以動態(tài)伺服補償方式監(jiān)測回路的"通"、"斷"狀態(tài),保持分流補償回路A與分流回路B同步、平衡、穩(wěn)定和連續(xù)進行;3)對分流裝置與分流回路B進行伺服控制,是采用原機床伺服系統(tǒng)控制分流回路B的放電進給;當(dāng)停止對分流補償回路A的"通"、"斷"狀態(tài)檢測與控制,進行微小孔的電火花分流加工時,分流補償回路A和分流回路B以不平衡、不同步、不連續(xù)的方式進行放電加工,即為微小孔"靜態(tài)"電火花分流法加工;4)電極直徑尺寸的確定:微小電極11直徑依據(jù)加工微小孔的尺寸而定,當(dāng)加工0.lmm微小孔時,電極3直徑取值為微小電極11的8-10倍,當(dāng)加工0.2腿微小孔時,電極3直徑取值為微小電極11的7-8倍,當(dāng)加工0.3mm微小孔時,電極3直徑取值為微小電極11的5-7倍;5)微小孔電火花分流加工參數(shù)范圍加工微小孔尺寸范圍O.l-0.3mm,電壓V總二24-60V,電流密度I,':均=3-10A/cm2,當(dāng)進行0.lmm的微小孔加工時,電壓和電流密度取推薦參數(shù)的較小值,當(dāng)進行0.2mm的微小孔加工時,電壓和電流密度取推薦參數(shù)的中間值,當(dāng)進行0.3mm的小孔加工時,電壓和電流密度取推薦參數(shù)的較大值;脈沖寬度t。,,和脈沖間隔tw均為毫秒至幾十毫秒量級的范圍,U與W,之比在0.6-0.8范圍內(nèi),以保證整個加工狀態(tài)的穩(wěn)定性。一種微小孔電火花分流加工方法采用的雙放電回路A和B的分流裝置分別安裝于橫梁28兩側(cè),在橫梁28中間用連接螺栓26、連接螺母27把T型連接軸25連接在一起,構(gòu)成微小孔的^r火花加工^^fe--電火花加工分流回路B的分流裝置由固定件1、夾頭2、電極3、工件5組成,固定件1與夾頭2螺紋連接并固定于橫梁28左側(cè),電極3用夾頭2定位和夾緊,工件5直接安裝于工作臺6上。微小孔電火花加工分流補償回路A的分流裝置由導(dǎo)向支架7、微小孔工件8、微小電極11、微小夾頭12、傳動軸13、導(dǎo)套14、固定架15、絲杠16、螺母17、減速器18、電機19、連接板20、旋轉(zhuǎn)電機21、導(dǎo)柱22、橫梁28、組合夾具9、絕緣板10組成;其中,減速器18、電機19為集成標(biāo)準(zhǔn)件,其輸出軸與絲杠16、螺母17標(biāo)準(zhǔn)組件的輸入軸相連接,由固定架15支撐,并一起固定于橫梁28右側(cè);旋轉(zhuǎn)電機21安裝于連接板20上,連接板20與螺母17連接,由安裝在橫梁28上的導(dǎo)柱22導(dǎo)向,旋轉(zhuǎn)電機21下方依次安裝傳動軸25、微小夾頭12、微小電極ll,傳動軸25由橫梁28上的導(dǎo)套14導(dǎo)向,微小電極11下端用安裝于組合夾具9上的導(dǎo)向支架7導(dǎo)向,微小孔工件8固定于組合夾具9上,組合夾具9與常規(guī)電火花機床工作臺之間安裝有絕緣板10。本發(fā)明的有益效果采用微小孔的電火花雙放電回路分流裝置與分流加工原理,突破原機床可加工最小孔的尺寸極限,加工出更小尺寸微小孔的方法,成功制作出用于紡織機械生產(chǎn)線上的微結(jié)構(gòu)零件,加工出大量微小孔0.1-0.3mm、微小孔深徑比達到10:1-20:1的微結(jié)構(gòu)零件,解決紡織、石油、化工領(lǐng)域中的過濾結(jié)構(gòu)件的技術(shù)難題,滿足了微小孔的微結(jié)構(gòu)零部件的圖紙技術(shù)要求,包括各項尺寸、形狀、位置精度與質(zhì)量要求,大大降低制作成本,單件加工的生產(chǎn)效率提高4-5倍;同時,由于采用分流式電火花加工方式,可消除電火花機床在加工極限范圍孔時的不穩(wěn)定狀態(tài),即在分流放電回路作用下,使電火花機床工作在最佳參數(shù)工作狀態(tài),完成微結(jié)構(gòu)件的微小孔加工。附圖1-微小孔電火花加工分流裝置結(jié)構(gòu)圖,其中A-分流補償回路,B-分流回路,1-固定件,2-夾頭,3-電極,4-工作液箱,5-工件,6-工作臺,7-導(dǎo)向支架,8-微小孔工件,9-組合夾具,10-絕緣板,11-微小電極,12-微小夾頭,13-傳動軸,14-導(dǎo)套,15-固定架,16-絲杠,17-螺母,18-減速器,19-電機,20-連接板,2卜旋轉(zhuǎn)電機,22-導(dǎo)柱,23-鎖緊螺釘,24-機床主軸頭,25-連接軸,26-連接螺栓,27-連接螺母,28-橫梁。具體實施方式結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式,以常規(guī)電火花加工機床D6140為例,由于電源參數(shù)范圍與機床機械系統(tǒng)進給響應(yīng)范圍的限制,原機床加工最小孔尺寸為0.4-0.5mm,如果不采用分流方法及其分流裝置,加工0.3mm以下孔尺寸時,系統(tǒng)檢測微小電極的反饋信號無法滿足機床伺服進給系統(tǒng)的響應(yīng),或因電流密度過大而導(dǎo)致微小電極的損毀,或因臨界信號異常波動而導(dǎo)致微小孔電火花加工無法正常進行。采用本發(fā)明電火花分流加工方法以及分流裝置,可擴展機床加工最小尺寸0.4-0.5mm的極限范圍至0.1-0.3mm。采用雙放電回路分流裝置的分流加工原理是,在原^l床正常加工參數(shù)范圍與系統(tǒng)檢測、反饋響應(yīng)條件下,通過分流降低分流補償回路A的放電加工參數(shù)用量,使機床伺服系統(tǒng)與分流裝置中的分流補償回路A的放電狀態(tài)匹配,使不分流微小孔放電回路的臨界波動狀態(tài)趨于穩(wěn)定,從而突破常規(guī)電火花機床加工微小孔極限尺寸。分流法電火花加工電極3與微小電極11直徑尺寸確定實例以加工硬質(zhì)合金板為例,微小電極ll和電極3的直徑參數(shù)如下表所示<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>微小孔電火花分流加工是在常規(guī)電火花機床工作臺6上的工作液箱4中進行,首先進行機床的安裝和調(diào)整先將雙放電回路分流裝置通過T型連接軸25安裝在機床主軸頭24上,并用鎖緊螺母23固定;調(diào)整電極3使其對正工件5的加工表面,調(diào)整微小電極11使其對正微小孔工件8的加工表面,電極3和工件5接線極性與微小電極11和微小孔工件8的接線極性一致,驗證雙放電回路電極分別對正工件5和微小孔工件8的上表面。加工時,由于兩條放電回路的電極尺寸的差異,微小孔電極ll的尺寸損耗大,分流補償回路A呈現(xiàn)比分流回路B先斷路的趨勢,因此,欲保持微小孔一側(cè)回路的連續(xù)加工,采用絕緣板io把兩套電路分開,即對分流補償回路A的加工狀態(tài)進行單獨監(jiān)測,監(jiān)測電極間"通"、"斷"狀態(tài),當(dāng)電極間處于"斷"的狀態(tài),啟動電機19,依次帶動減速器18、絲杠16、螺母17、連接板20、傳動軸13、微小夾頭12縱向移動,從而帶動微小電極ll做豎直方向的伺服進給,使分流補償回路A保持在"通"的狀態(tài),保證微小孔加工持續(xù)進行,同時,由旋轉(zhuǎn)電機21依次驅(qū)動傳動軸13、微小夾頭12旋轉(zhuǎn),從而帶動微小電極ll做回轉(zhuǎn)運動,改善微小孔加工放電狀態(tài),對微小孔工件8進行分流電火花加工。微小電極取熔點高、導(dǎo)電率高的銅鎢合金等材料;為獲得微小電極直徑0.08-0.24mm尺寸,采用專門的微小電極反拷裝置,直至加工出符合要求的電極直徑尺寸;電極3尺寸與微小電極11尺寸的匹配是這種電火花分流加工方法中的關(guān)鍵參數(shù),微小電極11直徑依據(jù)加工孔尺寸而定,以加工硬質(zhì)合金為例,當(dāng)加工O.lmm微小孔時,電極3直徑取較大值,是微小電極11的10倍,當(dāng)加工0.微小孔時,電極3直徑取中間值,為微小電極11的8倍,當(dāng)加工O.3mm微小孔時,電極3直徑取較小值,是微小電極11的6倍;由于分流作用,該方法加工微小孔的深徑比得到大大提高,可達10:1-20:1;電火花加工微小孔參數(shù)范圍為微小孔直徑尺寸范圍0.1-0.3ram,電壓V總=24-60V,電流密度I平均=3-10A/cm2,當(dāng)加工O.lmm時,取推薦參數(shù)為電壓V,e=24_35V,電流密度I平均=3-5A/cm2,當(dāng)加工0.2mm時,取推薦參數(shù)為電壓V,&=35_45V,電流密度I平均=5-8A/cm2,當(dāng)加工O.3mm時,取推薦參數(shù)為電壓V總二45-60V,電流密度I平均=8-10A/cm2,;脈沖寬度U和脈沖間隔t。ff均為毫秒至幾十毫秒量級的范圍,t。。與Wf之比在0.6-0.8范圍內(nèi),以保證整個加工狀態(tài)的穩(wěn)定性,該放電加工過程中,工件5只起輔助作用,而微小孔工件8是最終要得到的被加工工件。。為保證微小孔分流法電火花加工穩(wěn)定性,雙放電回路的機械與電加工參數(shù)需要嚴格平衡,在分流裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計上,橫梁28有較大的剛性、分流回路B與分流補償回路A的重量盡量接近1:1;在伺服進給控制上,要求對分流補償回路A的放電狀態(tài)檢測有較高的靈敏性,使雙放電回路加工同步進行。微小孔分流法電火花加工方法中,分流補償回路A為動態(tài)伺服補償方式,監(jiān)測回路的"通"、"斷"狀態(tài),保持分流補償回路A與分流回路B同步、平衡、穩(wěn)定和連續(xù)進行;如果停止分流補償回路A的"通"、"斷"狀態(tài)檢測與控制,也可以進行微小孔的電火花分流加工,所不同的是,分流補償回路A與分流回路B由于電極尺寸的不同,放電加工以不平衡、不同步、不連續(xù)的方式進行;所以,稱分流補償回路A為微小孔"動態(tài)"電火花分流法加工,而完全靠通用電火花機床伺服系統(tǒng),對雙放電回路進行伺服控制,稱為微小孔"靜態(tài)"電火花分流法加工。在常規(guī)電火花機床進行的微小孔分流法電火花加工方法,同樣適合于微小型電火花機床的分流法加工,從而進一步降低微小型電火花機床的最小加工尺寸范圍,尺寸范圍可達0.0卜O.l腿量級。本發(fā)明可應(yīng)用在機械、電子、輕工、紡織、石油、化工和國防等各種裝備的微結(jié)構(gòu)件加工中。權(quán)利要求1、一種微小孔電火花分流加工方法與分流裝置,在常規(guī)電火花機床上,采用原電火花機床主軸頭[24]和工作臺[6]之間的伺服系統(tǒng)進行分流裝置整體的放電進給控制;其加工方法特征是,采用分流補償回路[A]和分流回路[B]組成雙放電回路方式進行電火花微小孔加工,其中,分流補償回路[A]加工的微小孔工件[8]為有效零件,分流回路[B]加工的工件[5]為輔助工件,分流法電火花加工方法的步驟是1)先進行機床的安裝調(diào)整微小孔電火花分流加工是在常規(guī)電火花機床工作臺[6]上的工作液箱[4]中進行,首先將雙放電回路分流裝置通過T型連接軸[25]安裝在機床主軸頭[24]上,并用鎖緊螺母[23]固定;調(diào)整電極[3]使其對正工件[5]的加工表面,調(diào)整微小電極[11]使其對正微小孔工件[8]的加工表面,電極[3]和工件[5]接線極性與微小電極[11]和微小孔工件[8]的接線極性一致;2)對分流補償回路[A]加工狀態(tài)進行監(jiān)測與補償控制,是在原機床伺服系統(tǒng)控制基礎(chǔ)上,單獨監(jiān)測微小電極[11]與微小孔工件[8]之間的“通”、“斷”狀態(tài),當(dāng)電極間處于“斷”的狀態(tài)時,啟動電機[19],通過絲杠[16]、螺母[17]帶動連接板[20]縱向移動,進而帶動微小電極[11]縱向進給,使分流補償回路[A]保持在“通”的狀態(tài),保證微小孔的加工連續(xù)進行,同時,由旋轉(zhuǎn)電機[21]依次驅(qū)動傳動軸[13]、微小夾頭[12]旋轉(zhuǎn),從而帶動微小電極[11]做回轉(zhuǎn)運動,改善微小孔加工放電狀態(tài),直至加工出符合要求的微小孔工件[8];分流補償回路[A]為動態(tài)伺服補償方式,監(jiān)測回路的“通”、“斷”狀態(tài),保持分流補償回路[A]與分流回路[B]同步、平衡、穩(wěn)定和連續(xù)進行;3)對分流回路[B]進行伺服控制,是采用原機床伺服系統(tǒng)控制分流回路[B]的放電進給;當(dāng)停止對分流補償回路[A]的“通”、“斷”狀態(tài)檢測與控制,進行微小孔的電火花分流加工時,分流補償回路[A]和分流回路[B]是以不平衡、不同步、不連續(xù)的方式進行放電加工,即為微小孔“靜態(tài)”電火花分流法加工;4)電極直徑尺寸的確定微小電極[11]直徑依據(jù)加工微小孔的尺寸而定,當(dāng)加工0.1mm微小孔時,電極[3]直徑取值為微小電極[11]的8-10倍,當(dāng)加工0.2mm微小孔時,電極[3]直徑取值為微小電極[11]的7-8倍,當(dāng)加工0.3mm微小孔時,電極[3]直徑取值為微小電極[11]的5-7倍;5)微小孔電火花分流加工參數(shù)范圍加工微小孔尺寸范圍0.1-0.3mm,電壓V總=24-60V,電流密度I平均=3-10A/cm2,當(dāng)進行0.1mm的微小孔加工時,電壓和電流密度取推薦參數(shù)的較小值,當(dāng)進行0.2mm的微小孔加工時,電壓和電流密度取推薦參數(shù)的中間值,當(dāng)進行0.3mm的小孔加工時,電壓和電流密度取推薦參數(shù)的較大值;脈沖寬度ton和脈沖間隔toff均為毫秒至幾十毫秒量級的范圍,ton與toff之比在0.6-0.8范圍內(nèi),以保證整個加工狀態(tài)的穩(wěn)定性;全文摘要本發(fā)明一種微小孔電火花分流加工方法與分流裝置屬于微細電火花加工和成形
      技術(shù)領(lǐng)域
      ,特別涉及微小孔結(jié)構(gòu)件的電火花加工技術(shù)。在常規(guī)電火花機床上,采用分流補償回路和分流回路構(gòu)成的雙放電回路進行微小孔電火花加工,分流補償回路加工的微小孔工件為有效零件,分流回路加工的工件為輔助工件。先進行機床的安裝調(diào)整,雙放電回路分流裝置分別安裝于橫梁兩側(cè),在橫梁中間用螺栓、螺母把T型連接軸連接在一起,構(gòu)成微小孔的電火花加工分流裝置;對分流補償回路加工狀態(tài)進行監(jiān)測與補償控制;對分流回路進行伺服控制。采用本發(fā)明可突破原機床加工最小孔的尺寸極限,加工出更小尺寸的微小孔,可應(yīng)用在機械、電子、紡織、石化和國防裝備微結(jié)構(gòu)件加工中。文檔編號B23H9/14GK101239409SQ20071015834公開日2008年8月13日申請日期2007年11月15日優(yōu)先權(quán)日2007年11月15日發(fā)明者徐文驥,楊連文,王續(xù)躍,王連吉申請人:大連理工大學(xué)
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