專利名稱：超硬微小半球偶件的電火花加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超硬微小半球偶件的加工方法。
背景技術(shù)：
用于動壓軸承的微小半球偶件采用一種新型輕質(zhì)硬質(zhì)合金材料，它具有極高的硬度(其HRC達(dá)到92 93)，并且對微小半球偶件的形狀精度和尺寸精度要求極高。目前微小半球偶件的粗加工普遍采用的是磨削加工方法，一方面為了保持形狀精度，該方法對機(jī)床的要求極高(即對工件軸和砂輪軸的回轉(zhuǎn)精度、各軸的導(dǎo)軌直線度要求極高)；另一方面砂輪的磨損也比較嚴(yán)重，且加工耗時(shí)，給微小半球偶件的推廣應(yīng)用造成了極大的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種超硬微小半球偶件的電火花加工方法，以解決目前超硬微小半球偶件采用磨削方法進(jìn)行粗加工存在對機(jī)床要求極高、砂輪磨損嚴(yán)重，加工時(shí)間長的問題。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是一種超硬微小半球偶件的電火花加工方法，所述超硬微小半球偶件包括兩個(gè)工件，所述兩個(gè)工件分別是凸球面半球工件和凹球面半球工件，所述超硬微小半球偶件的硬度HRC為92 93 ；所述電火花加工方法由以下步驟完成步驟一設(shè)計(jì)兩個(gè)電極；兩個(gè)電極分別是凹球面電極和凸球面電極；針對凸球面半球工件，設(shè)計(jì)凹球面電極，凹球面電極的凹球面直徑比凸球面半球工件的目標(biāo)加工直徑大40 50 μ m,凹球面電極的凹球面誤差為10 20 μ m ；針對凹球面半球工件，設(shè)計(jì)凸球面電極，凸球面電極的凸球面直徑比凹球面半球工件的目標(biāo)加工直徑小40 50 μ m,凸球面電極的凸球面誤差為10 20 μ m ；步驟二 工件與電極的安裝；首先設(shè)計(jì)兩個(gè)導(dǎo)電銅棒，兩個(gè)導(dǎo)電銅棒分別是第一導(dǎo)電銅棒和第二導(dǎo)電銅棒，第一導(dǎo)電銅棒由制成一體的小直徑圓柱體和大直徑圓柱體構(gòu)成，第二導(dǎo)電銅棒為圓柱體；第一導(dǎo)電銅棒的小直徑圓柱體與凸球面半球工件的中心通孔相配合，第一導(dǎo)電銅棒與凸球面半球工件連接，將凹球面電極裝夾在兩個(gè)第一 V形塊中，兩個(gè)第一 V形塊固定在工作臺上，第一導(dǎo)電銅棒的大直徑圓柱體的一端連接在上下可動的連接軸上，保證凹球面電極和凸球面半球工件的同軸度控制在5μπι以內(nèi)，以及凹球面電極的上平面與凸球面半球工件的最低點(diǎn)之間的距離控制在4. 5 5. 5cm之間；第二導(dǎo)電銅棒下端面上涂抹導(dǎo)電硅膠，第二導(dǎo)電銅棒的下端面通過導(dǎo)電硅膠與凸球面電極平面端面的中心處固定連接，將凹球面半球工件裝夾在兩個(gè)第二 V形塊中，兩個(gè)第二 V形塊固定在工作臺上，第二導(dǎo)電銅棒的上端連接在上下可動的連接軸上，保證凸球面電極和凹球面半球工件的同軸度控制在5μπι以內(nèi)，以及凹球面半球工件的上平面與凸球面電極的最低點(diǎn)之間的距離控制在4. 5 5. 5cm之間；
步驟三凸球面半球工件的電火花加工；先將凹球面電極浸沒在工作液中，然后將凸球面半球工件接電源的正極，將凹球面電極接電源的負(fù)極，凸球面半球工件開始運(yùn)動， 與凹球面電極接觸開始放電加工，放電參數(shù)分別為峰值電流為19 20A、脈寬為45 50 μ S、脈沖間隙為90 100 μ S,并設(shè)置每次的加工深度為0. 05mm，直至將該凸球面半球工件加工到目標(biāo)加工尺寸；凹球面半球工件的電火花加工；先將凹球面半球工件浸沒在工作液中，然后將凹球面半球工件接電源的正極，將凸球面電極接電源的負(fù)極，凸球面電極開始運(yùn)動，與凹球面半球工件接觸開始放電加工，放電參數(shù)分別為峰值電流為19 20A、脈寬為45 50 μ S、 脈沖間隙為90 100 μ s，并設(shè)置每次的加工深度為0. 05mm,直至將該凹球面半球工件加工到目標(biāo)加工尺寸。本發(fā)明的有益效果是電火花加工是基于工件和電極(接電源的正、負(fù)極)之間脈沖性火花放電時(shí)的電腐蝕現(xiàn)象來蝕除多余的金屬，以達(dá)到對工件的尺寸形狀和表面質(zhì)量預(yù)定的加工要求。電火花可以加工任何導(dǎo)電材料，由于加工過程中作用力很小，所以電火花加工不受工件材料硬度限制，且對電極的強(qiáng)度和剛度要求較低。由于工件材料是導(dǎo)電材料，用電火花加工就可以避開材料的硬度限制，在短時(shí)間里實(shí)現(xiàn)大余量的去除。本發(fā)明不僅能大大提高偶件材料的快速去除，保證形狀精度，并且對機(jī)床的要求也不高；同時(shí)還能提高加工效率，降低加工成本。本發(fā)明不但可以獲得滿意的加工速度(0. lmm/hour)、較小的電極損耗(工作液里的碳黑附著在電極表面，減緩了電極損耗)；同時(shí)工件還能獲得較好的表面精度，面形精度峰谷值(PV值)在2μπι左右，加工表面的粗糙度在0.6μπι左右。


圖1是凸球面半球工件1的主剖視圖，圖2是圖1的俯視圖，圖3是凹球面半球工件2的主剖視圖，圖4是圖3的俯視圖，圖5是凸球面電極4的主剖視圖，圖6是圖5的俯視圖，圖7是凹球面電極3的主剖視圖，圖8是圖7的俯視圖，圖9是凹球面電極3與兩個(gè)第一 V形塊6固定裝夾的俯視圖，圖10是凹球面半球工件2與兩個(gè)第二 V形塊8固定裝夾的俯視圖，圖11是第一導(dǎo)電銅棒5的臺肩端面與凸球面半球工件1的平面端面之間填充導(dǎo)電硅膠7的主剖視圖，圖12是第二導(dǎo)電銅棒9的下端面通過導(dǎo)電硅膠7與凸球面電極4平面端面的中心處固定連接的主剖視圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1 圖12說明，本實(shí)施方式的超硬微小半球偶件的電火花加工方法，所述超硬微小半球偶件包括兩個(gè)工件，所述兩個(gè)工件分別是凸球面半球工件1 和凹球面半球工件2，所述超硬微小半球偶件的硬度HRC為92 93 ；所述電火花加工方法由以下步驟完成步驟一設(shè)計(jì)兩個(gè)電極(為了獲得所需的尺寸精度、形狀精度以及高的加工效率， 在電火花加工中，需要對電極做科學(xué)的設(shè)計(jì)，對加工工藝過程進(jìn)行控制。電極的尺寸將直接影響工件的最終加工形狀，而工藝過程決定著加工效率和加工表面質(zhì)量)；兩個(gè)電極分別是凹球面電極3和凸球面電極4 ；針對凸球面半球工件1，設(shè)計(jì)凹球面電極3，凹球面電極3的凹球面直徑比凸球面半球工件1的目標(biāo)加工直徑大40 50 μ m,凹球面電極3的凹球面誤差為10 20 μ m (電極尺寸設(shè)計(jì)一方面要根據(jù)工件的尺寸，預(yù)加工目標(biāo)尺寸確定；另一方面根據(jù)電極的損耗確定)；針對凹球面半球工件2，設(shè)計(jì)凸球面電極4，凸球面電極4的凸球面直徑比凹球面半球工件2的目標(biāo)加工直徑小40 50 μ m,凸球面電極4的凸球面誤差為10 20 μ m (電極尺寸設(shè)計(jì)一方面要根據(jù)工件的尺寸，預(yù)加工目標(biāo)尺寸確定；另一方面根據(jù)電極的損耗確定)；步驟二 工件與電極的安裝；首先設(shè)計(jì)兩個(gè)導(dǎo)電銅棒，兩個(gè)導(dǎo)電銅棒分別是第一導(dǎo)電銅棒5和第二導(dǎo)電銅棒9，第一導(dǎo)電銅棒5由制成一體的小直徑圓柱體5-1和大直徑圓柱體5-2構(gòu)成，第二導(dǎo)電銅棒9為圓柱體；第一導(dǎo)電銅棒5的小直徑圓柱體5-1與凸球面半球工件1的中心通孔1-1相配合， 第一導(dǎo)電銅棒5與凸球面半球工件1連接，將凹球面電極3裝夾在兩個(gè)第一 V形塊6中，兩個(gè)第一 V形塊6固定在工作臺上(在裝夾時(shí)以同一平面作為參考面，保證各自相對于參考面的平面度；同時(shí)為了保證工件和電極的同軸度，利用機(jī)床的接觸感知功能，將裝夾好的工件和電極在水平面上沿著左右和前后方向接觸感知，取其中間點(diǎn)調(diào)整工件位置，來保證彼此的同軸度)，第一導(dǎo)電銅棒5的大直徑圓柱體5-2的一端連接在上下可動的連接軸上，保證凹球面電極3和凸球面半球工件1的同軸度控制在5 μ m以內(nèi)，以及凹球面電極3的上平面與凸球面半球工件1的最低點(diǎn)之間的距離控制在4. 5 5. 5cm之間； 第二導(dǎo)電銅棒9下端面上涂抹導(dǎo)電硅膠7，第二導(dǎo)電銅棒9的下端面通過導(dǎo)電硅膠 7與凸球面電極4平面端面的中心處固定連接，將凹球面半球工件2裝夾在兩個(gè)第二 V形塊 8中，兩個(gè)第二 V形塊8固定在工作臺上(在裝夾時(shí)以同一平面作為參考面，保證各自相對于參考面的平面度；同時(shí)為了保證工件和電極的同軸度，利用機(jī)床的接觸感知功能，將裝夾好的工件和電極在水平面上沿著左右和前后方向接觸感知，取其中間點(diǎn)調(diào)整工件位置，來保證彼此的同軸度)，第二導(dǎo)電銅棒9的上端連接在上下可動的連接軸上，保證凸球面電極 4和凹球面半球工件2的同軸度控制在5 μ m以內(nèi)，以及凹球面半球工件2的上平面與凸球面電極4的最低點(diǎn)之間的距離控制在4. 5 5. 5cm之間；步驟三凸球面半球工件的電火花加工；先將凹球面電極3浸沒在工作液中，然后將凸球面半球工件1接電源的正極，將凹球面電極3接電源的負(fù)極，凸球面半球工件1開始運(yùn)動，與凹球面電極3接觸開始放電加工(加工過程中要隨時(shí)觀察放電情況，判斷放電是否均勻，微調(diào)工件和電極的相對位置，以保證放電均勻)，放電參數(shù)分別為峰值電流為19 20A、脈寬為45 50 μ s、脈沖間隙為90 100 μ s (電源參數(shù)對加工過程以及加工結(jié)果的好壞起著很大作用，峰值電流、脈寬和脈沖間隙決定著加工速度，峰值電流和脈寬決定電極損耗；同時(shí)脈寬還決定著工件表面質(zhì)量好壞)，并設(shè)置每次的加工深度為0. 05mm，直至將該凸球面半球工件1加工到目標(biāo)加工尺寸；凹球面半球工件的電火花加工；先將凹球面半球工件2浸沒在工作液中，然后將凹球面半球工件2接電源的正極，將凸球面電極4接電源的負(fù)極，凸球面電極4開始運(yùn)動， 與凹球面半球工件2接觸開始放電加工(加工過程中要隨時(shí)觀察放電情況，判斷放電是否均勻，微調(diào)工件和電極的相對位置，以保證放電均勻)，放電參數(shù)分別為峰值電流為19 20A、脈寬為45 50 μ s、脈沖間隙為90 100 μ s (電源參數(shù)對加工過程以及加工結(jié)果的好壞起著很大作用，峰值電流、脈寬和脈沖間隙決定著加工速度，峰值電流和脈寬決定電極損耗；同時(shí)脈寬還決定著工件表面質(zhì)量好壞)，并設(shè)置每次的加工深度為0. 05mm，直至將該凹球面半球工件2加工到目標(biāo)加工尺寸。本實(shí)施方式中，考慮到電極磨損，要做三個(gè)相同尺寸的電極加工同一個(gè)工件(即如果加工凹球面半球工件，需要加工三個(gè)凸球面電極4 ；如果加工凸球面半球工件，需要加工三個(gè)凹球面電極幻，根據(jù)電極的磨損情況更換使用。
具體實(shí)施方式
二 結(jié)合圖9和圖10說明，本實(shí)施方式的步驟一中的凹球面電極3 的凹球面直徑比凸球面半球工件1的目標(biāo)加工直徑大50 μ m，凹球面電極3的凹球面誤差為20 μ m ；凸球面電極4的凸球面直徑比凹球面半球工件2的目標(biāo)加工直徑小50 μ m,凸球面電極4的凸球面誤差為20 μ m。工件能獲得較好的表面精度，面形精度峰谷值(PV值)在 2 μ m左右，加工表面的粗糙度在0. 6 μ m左右。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖9和圖10說明，本實(shí)施方式的步驟三中凸球面半球工件 1開始運(yùn)動，與凹球面電極3接觸開始放電加工的峰值電流為20A、脈寬為50 μ S、脈沖間隙為100 μ S ；凸球面電極4開始運(yùn)動，與凹球面半球工件2接觸開始放電加工的峰值電流為 20Α、脈寬為50 μ S、脈沖間隙為100 μ S。工件能獲得較好的表面精度，面形精度峰谷值(PV 值)在2μπι左右，加工表面的粗糙度在0.6μπι左右。其它與具體實(shí)施方式
一或二相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式的步驟三中的工作液為煤油。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖9和圖11說明，本實(shí)施方式的步驟二中，在將凹球面電極 3裝夾在兩個(gè)第一 V形塊6中之前，在第一導(dǎo)電銅棒5的臺肩端面與凸球面半球工件1的平面端面之間填充導(dǎo)電硅膠7?？墒沟谝粚?dǎo)電銅棒5與凸球面半球工件1連接可靠。其它與具體實(shí)施方式
一相同。
權(quán)利要求
1.一種超硬微小半球偶件的電火花加工方法，所述超硬微小半球偶件包括兩個(gè)工件， 所述兩個(gè)工件分別是凸球面半球工件(1)和凹球面半球工件(2)，所述超硬微小半球偶件的硬度HRC為92 93 ；其特征在于所述電火花加工方法由以下步驟完成步驟一設(shè)計(jì)兩個(gè)電極；兩個(gè)電極分別是凹球面電極⑶和凸球面電極⑷；針對凸球面半球工件(1)，設(shè)計(jì)凹球面電極(3)，凹球面電極(3)的凹球面直徑比凸球面半球工件(1)的目標(biāo)加工直徑大40 50 μ m,凹球面電極(3)的凹球面誤差為10 20ym ；針對凹球面半球工件(2)，設(shè)計(jì)凸球面電極(4)，凸球面電極(4)的凸球面直徑比凹球面半球工件(2)的目標(biāo)加工直徑小40 50 μ m,凸球面電極(4)的凸球面誤差為10 20ym ；步驟二 工件與電極的安裝；首先設(shè)計(jì)兩個(gè)導(dǎo)電銅棒，兩個(gè)導(dǎo)電銅棒分別是第一導(dǎo)電銅棒(5)和第二導(dǎo)電銅棒(9)，第一導(dǎo)電銅棒(5)由制成一體的小直徑圓柱體(5-1)和大直徑圓柱體(5-2)構(gòu)成，第二導(dǎo)電銅棒(9)為圓柱體；第一導(dǎo)電銅棒(5)的小直徑圓柱體(5-1)與凸球面半球工件(1)的中心通孔(1-1)相配合，第一導(dǎo)電銅棒(5)與凸球面半球工件(1)連接，將凹球面電極(3)裝夾在兩個(gè)第一 V 形塊(6)中，兩個(gè)第一V形塊(6)固定在工作臺上，第一導(dǎo)電銅棒(5)的大直徑圓柱體(5-2) 的一端連接在上下可動的連接軸上，保證凹球面電極(3)和凸球面半球工件(1)的同軸度控制在5μπι以內(nèi)，以及凹球面電極(3)的上平面與凸球面半球工件⑴的最低點(diǎn)之間的距離控制在4. 5 5. 5cm之間；第二導(dǎo)電銅棒(9)下端面上涂抹導(dǎo)電硅膠(7)，第二導(dǎo)電銅棒(9)的下端面通過導(dǎo)電硅膠(7)與凸球面電極(4)平面端面的中心處固定連接，將凹球面半球工件(2)裝夾在兩個(gè)第二 V形塊(8)中，兩個(gè)第二 V形塊(8)固定在工作臺上，第二導(dǎo)電銅棒(9)的上端連接在上下可動的連接軸上，保證凸球面電極(4)和凹球面半球工件(2)的同軸度控制在5μπι 以內(nèi)，以及凹球面半球工件(2)的上平面與凸球面電極(4)的最低點(diǎn)之間的距離控制在 4. 5 5. 5cm之間；步驟三凸球面半球工件的電火花加工；先將凹球面電極(3)浸沒在工作液中，然后將凸球面半球工件(1)接電源的正極，將凹球面電極(3)接電源的負(fù)極，凸球面半球工件(1) 開始運(yùn)動，與凹球面電極(3)接觸開始放電加工，放電參數(shù)分別為峰值電流為19 20A、 脈寬為45 50 μ s、脈沖間隙為90 100 μ s,并設(shè)置每次的加工深度為0. 05mm，直至將該凸球面半球工件(1)加工到目標(biāo)加工尺寸；凹球面半球工件的電火花加工；先將凹球面半球工件(2)浸沒在工作液中，然后將凹球面半球工件(2)接電源的正極，將凸球面電極(4)接電源的負(fù)極，凸球面電極(4)開始運(yùn)動，與凹球面半球工件(2)接觸開始放電加工，放電參數(shù)分別為峰值電流為19 20A、脈寬為45 50 μ s、脈沖間隙為90 100 μ s,并設(shè)置每次的加工深度為0. 05mm，直至將該凹球面半球工件(2)加工到目標(biāo)加工尺寸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超硬微小半球偶件的電火花加工方法，其特征在于步驟一中的凹球面電極(3)的凹球面直徑比凸球面半球工件(1)的目標(biāo)加工直徑大50 μ m，凹球面電極(3)的凹球面誤差為20 μ m;凸球面電極(4)的凸球面直徑比凹球面半球工件(2) 的目標(biāo)加工直徑小50 μ m,凸球面電極(4)的凸球面誤差為20 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種超硬微小半球偶件的電火花加工方法，其特征在于 步驟三中凸球面半球工件(1)開始運(yùn)動，與凹球面電極(3)接觸開始放電加工的峰值電流為20A、脈寬為50 μ S、脈沖間隙為100 μ s ；凸球面電極(4)開始運(yùn)動，與凹球面半球工件 (2)接觸開始放電加工的峰值電流為20Α、脈寬為50 μ S、脈沖間隙為100 μ S。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超硬微小半球偶件的電火花加工方法，其特征在于步驟三中的工作液為煤油。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超硬微小半球偶件的電火花加工方法，其特征在于步驟二中，在將凹球面電極(3)裝夾在兩個(gè)第一 V形塊(6)中之前，在第一導(dǎo)電銅棒(5)的臺肩端面與凸球面半球工件(1)的平面端面之間填充導(dǎo)電硅膠(7)。
全文摘要
超硬微小半球偶件的電火花加工方法，本發(fā)明涉及一種超硬微小半球偶件的加工方法。以解決目前超硬微小半球偶件采用磨削方法進(jìn)行粗加工，對機(jī)床要求高、砂輪磨損嚴(yán)重，加工時(shí)間長問題。設(shè)計(jì)凹、凸球面電極各一個(gè)；第一導(dǎo)電銅棒與凸球面半球工件固接，凹球面電極用兩個(gè)第一V形塊裝夾固定后浸沒在工作液中，將凸球面半球工件接電源的正極，將凹球面電極接電源的負(fù)極，凸球面半球工件開始運(yùn)動，與凹球面電極接觸開始放電加工，直至將該凸球面半球工件加工到目標(biāo)加工尺寸；凹球面半球工件的加工方法與上述凸球面半球工件的相同，只是將凹球面半球件用兩個(gè)第二V形塊裝夾固定。本發(fā)明用于高精度動壓氣浮軸承上的超硬微小半球偶件的加工。
文檔編號B23H1/08GK102151920SQ20111005011
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月2日
發(fā)明者房小艷, 謝大綱, 趙清亮, 陳俊云 申請人:上海機(jī)床廠有限公司, 哈爾濱工業(yè)大學(xué)