專利名稱：微小倒錐孔的電火花加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于特種微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種微小倒錐孔的電火花加工裝置。
背景技術(shù)：
已有的大量理論和實(shí)驗(yàn)研究表明，噴油嘴噴孔采用倒錐形狀(即噴孔內(nèi)ロ直徑大于外ロ直徑)，有助于提升噴孔的流量系數(shù)和霧化效果。倒錐形的噴孔已在柴油機(jī)中被廣泛的采用，隨著各國對機(jī)動車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)的日益提高，噴孔的直徑已減小到了 200μπι以下，如何加工如此微小的倒錐孔仍是ー個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。電火花加工是使工具電極和エ件之間產(chǎn)生脈沖性火花放電，利用放電時(shí)局部瞬時(shí)產(chǎn)生的高溫蝕除金屬材料。在電火花普通微孔加工中，常采用微細(xì)圓柱狀電極對エ件進(jìn)行 孔加工，電極沿一定方向進(jìn)給，在電極與エ件的間隙有工作液沖刷，以帶走加工產(chǎn)物。研究發(fā)現(xiàn)，在電火花向下加工微孔的過程中，在孔被加工貫穿前，加工產(chǎn)物難以完全被工作液沖刷帶走，而是有部分在孔底部聚集，由于加工產(chǎn)物有一定導(dǎo)電性，有助于擴(kuò)大火花放電的作用范圍，隨著加工的深入，加工產(chǎn)物越積越多，電極端部的加工范圍就越來越大，所以在孔被加工貫穿前的大部分距離內(nèi)，加工的微孔由外向內(nèi)孔徑是逐漸變大的。另ー方面，在電火花加工中，工具電極也會有一定量的損耗，在微孔加工過程中，電極損耗的部位主要在端部，隨著加工的深入，電極端部逐漸變細(xì)變尖，使電極端部的加工范圍逐漸變小，當(dāng)孔被加エ貫穿后，工作液穿孔流過，將累積的加工產(chǎn)物沖刷帶走，這進(jìn)ー步減小了電極端部的加工范圍，所以加工完成的微孔，孔徑從加工入ロ沿加工方向先逐漸變大，在加工出ロ附近，孔徑沿加工方向逐漸縮小。文ip* “Micro-EDM drilling of tapered holes for industrial applications，，(Journal of Materials Processing Technology. 2004，149 :296-303)中給出了一種電火花加工倒錐孔的方法。這種方法使用一定機(jī)構(gòu)使電極偏擺，即電極旋轉(zhuǎn)且電極軸向與電極整體的旋轉(zhuǎn)方向偏離一定角度，這樣就可以在エ件上加工出具有一定錐度的倒錐孔。這種方法的成形精度高，但所使用的電極偏擺機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造較為復(fù)雜，使得噴孔加工的成本升聞。中國實(shí)用新型專利“倒錐微孔的電火花加工方法”(申請?zhí)?01110046319. 4)中提出了ー種電火花加工倒錐微孔的方法，實(shí)時(shí)檢測孔的加工深度，控制電火花加工裝置的脈沖電源參數(shù)和伺服進(jìn)給速度，使脈沖電源的放電能量隨著加工深度的増加而漸近増大；伺服進(jìn)給速度隨加工深度的増加而漸近降低，使微孔出口處產(chǎn)生二次放電的幾率漸近増大，從而實(shí)現(xiàn)倒錐微孔的加工。這種方法不需要復(fù)雜的電極偏擺機(jī)構(gòu)，且加工的倒錐孔有一定錐度。但在這種方法中，孔被加工貫穿后，在加工出較小的錐度后，加工產(chǎn)物已被工作液沖刷帶走，加工間隙內(nèi)的介質(zhì)為均勻一致的工作液，極間最近點(diǎn)已不在出口附近，再提高放電能量和降低進(jìn)給速度，已無助于錐度的擴(kuò)大，所以用這種方法能夠加工出的倒錐孔錐度較小。另ー方面，這種方法實(shí)時(shí)控制了工具電極的進(jìn)給速度，使其隨加工深度的増加而漸近降低，而在目前成熟的電火花加工中，工具電極的進(jìn)給速度一般不需要主動控制，檢測系統(tǒng)自動檢測極間的放電狀態(tài)，系統(tǒng)據(jù)此自動調(diào)整電極的進(jìn)給速度，使放電間隙保持在最優(yōu)狀態(tài)，這樣的自適應(yīng)控制使加工速度始終保持在最優(yōu)狀態(tài)，而這種方法中主動地控制電極進(jìn)給速度隨加工深度的増加而漸近降低，并不能達(dá)到最優(yōu)的加工速度，不利于生產(chǎn)效率的提高。美國專利“EDMprocess for manufacturing reverse tapered holes”(專利號US7572997B2)也給出了ー種電火花加工倒錐微孔的方法。首先，エ件為正極，工具電極為負(fù)極，對エ件進(jìn)行電火花孔加工，加工一定深度后，工具電極損耗變尖，這時(shí)翻轉(zhuǎn)極性，エ具電極為正極，エ件為負(fù)極，對工具電極進(jìn)行電火花加工，使其變尖的端部被加工變頓，以保證電極端部的加工范圍，然后再次翻轉(zhuǎn)極性，エ件為正極，工具電極為負(fù)極，并提高加工電源的放電能量，繼續(xù)對エ件進(jìn)行加工，加工電源能量的提升使電極端部的加工范圍變大，進(jìn)而加工出倒錐孔。這種方法同樣不需要復(fù)雜的電極偏擺機(jī)構(gòu)，且加工的倒錐孔有一定錐度。這種方法雖然在加工中途對變尖的工具電極進(jìn)行了修整，保證了工具電極端部的加 工范圍，但同樣，孔被加工貫穿后，在加工出較小的錐度后，加工產(chǎn)物已被工作液沖刷帶走，カロエ間隙內(nèi)的介質(zhì)為均勻一致的工作液，極間最近點(diǎn)已不在出口附近，再提高放電能量和降低進(jìn)給速度，已無助于錐度的擴(kuò)大，所以用這種方法能夠加工出的倒錐孔錐度同樣較小。

實(shí)用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有微小倒錐孔的電火花加工技術(shù)的上述不足，申請人經(jīng)過研究改進(jìn)，提供ー種微小倒錐孔的電火花加工裝置，可以有效利用加工產(chǎn)物的導(dǎo)電介質(zhì)作用，増大電極對出口處的加工范圍，提高倒錐孔的錐度。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下ー種微小倒錐孔的電火花加工裝置，包括工具電極、控制系統(tǒng)、加工電源、檢測系統(tǒng)以及電極進(jìn)給系統(tǒng)；工具電極接加工電源的負(fù)極，エ件接加工電源的正極，加工電源為エ具電極和エ件之間的放電提供能量；檢測系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測加工電源正負(fù)極間的放電狀態(tài)，反饋給控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)根據(jù)檢測系統(tǒng)反饋的極間放電狀態(tài)，控制電極進(jìn)給系統(tǒng)使工具電極進(jìn)給；電極進(jìn)給系統(tǒng)實(shí)時(shí)將工具電極的進(jìn)給深度反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)工具電極的進(jìn)給深度和加工需要實(shí)時(shí)調(diào)整加工電源的放電能量。本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果是與現(xiàn)有加工技術(shù)相比較，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型無需復(fù)雜的電極偏擺機(jī)構(gòu)，只需使工具電極直線進(jìn)給，容易實(shí)現(xiàn)。2、本實(shí)用新型中在孔被加工貫穿前，實(shí)時(shí)檢測極間的放電狀態(tài)，據(jù)此自動調(diào)整エ具電極的進(jìn)給速度，調(diào)整達(dá)到合適的極間間隙和放電狀態(tài)，可以取得較高的加工速度。3、本實(shí)用新型在加工出口附近有效利用了加工產(chǎn)物的導(dǎo)電介質(zhì)作用，并綜合利用其他因素増大電極對出口處的加工范圍，加工出的倒錐孔與已有的改變放電能量或極性的方法相比，出口直徑比入口直徑大得更多，錐度更大。

圖1是本實(shí)用新型的示意圖。圖2 (a d)是本實(shí)用新型加工倒錐孔的流程示意圖。[0017]上述附圖中，各標(biāo)號的意義如下1-工具電極；2_工作液；3_加工產(chǎn)物；4-エ件；5-控制系統(tǒng)；6_加工電源；7_檢測系統(tǒng)；8_電極進(jìn)給系統(tǒng)；41_加工入口 ；42_加工出口。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，通過實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行具體說明。如圖1所示，本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)如下工具電極1接加工電源6的負(fù)極，被加工的エ件4接加工電源6的正極，加工電源6為工具電極1和エ件4之間的放電提供能量。檢測系統(tǒng)7實(shí)時(shí)監(jiān)測加工電源6正負(fù)極間的放電狀態(tài)，反饋給控制系統(tǒng)5?？刂葡到y(tǒng)5根據(jù)檢測系統(tǒng)7反饋的極間放電狀態(tài)，控制電極進(jìn)給系統(tǒng)8使工具電極1進(jìn)給。電極進(jìn)給系統(tǒng)8實(shí)時(shí)將工具電極1的進(jìn)給深度反饋給控制系統(tǒng)5，控制系統(tǒng)5根據(jù)工具電極1的進(jìn)給深度和加工需要實(shí)時(shí)調(diào)整加工電源6的放電能量。下面結(jié)合圖1、圖2，具體說明采用如圖1所述裝置來加工倒錐孔的加工方法，其具體步驟如下以工具電極1為負(fù)極，エ件4為正極。在孔沒有被加工貫穿時(shí)，控制系統(tǒng)5根據(jù)檢測系統(tǒng)7反饋的極間放電狀態(tài)，控制電極進(jìn)給系統(tǒng)8，調(diào)整工具電極1的進(jìn)給速度，使工具電極1與エ件4間達(dá)到合適間隙，達(dá)到良好的放電狀態(tài)。電極進(jìn)給系統(tǒng)8實(shí)時(shí)將工具電極1的進(jìn)給深度反饋給控制系統(tǒng)5，控制系統(tǒng)5根據(jù)工具電極1的進(jìn)給深度和加工需要實(shí)時(shí)調(diào)整加工電源6的放電能量。在孔被加工貫穿的瞬間，極間的放電狀態(tài)發(fā)生突變，檢測系統(tǒng)7實(shí)時(shí)監(jiān)測到這種突變，判斷孔已被貫穿，此時(shí)控制系統(tǒng)5控制電極進(jìn)給系統(tǒng)8快速進(jìn)給，同時(shí)控制系統(tǒng)5控制加工電源6，提高放電能量。當(dāng)電極進(jìn)給系統(tǒng)8反饋給控制系統(tǒng)5的工具電極1的進(jìn)給深度達(dá)到預(yù)定數(shù)值時(shí)，控制系統(tǒng)5切斷加工電源6的輸出，加工完成。加工電源6輸出為脈沖電，電壓一般為幾十伏至幾百伏，脈沖寬度、脈沖間隙在微秒量級，加工電源6輸出的正負(fù)極間一般并聯(lián)有電容，以輔助調(diào)整放電能量。要調(diào)整加工電源6的放電能量，可以通過調(diào)整電壓，調(diào)整脈沖寬度、占空比，調(diào)整極間并聯(lián)電容的大小等多種手段來實(shí)現(xiàn)。孔被加工貫穿后，工具電極1快速進(jìn)給的速度一般在幾十μ m/s至幾mm/s的范圍內(nèi)根據(jù)需要選用。決定加工停止的工具電極1的進(jìn)給深度根據(jù)多次實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)確定，既要保證已經(jīng)加工出了倒錐孔，又要避免加工產(chǎn)物3完全被工作液2沖刷帶走后的過加工，這里的過加工指的是在加工形成一定錐度的倒錐孔后，對錐度有減小作用的加工。本實(shí)用新型的原理如下由于孔在被加工貫穿前，電極已經(jīng)損耗變尖，所以孔被貫穿瞬間的開ロ直徑較小，此時(shí)快速進(jìn)給工具電極，使電極端部以后直徑較大的部分快速填充到開ロ處，這樣快速進(jìn)給電極有堵塞開ロ，在出口附近短暫滯留加工產(chǎn)物的作用，利用加工產(chǎn)物的導(dǎo)電作用，使電極在出口處有更大的加工范圍；另一方面，用孔被加工貫穿后快速進(jìn)給電極的方式，可以在出口附近累積的加工產(chǎn)物沒有完全被工作液沖刷帶走前，在有加工產(chǎn)物充當(dāng)導(dǎo)電介質(zhì)的情況下，及時(shí)地用電極損耗較小、直徑較大的部分對エ件的出口附近進(jìn)行加工，這同樣有助于擴(kuò)大電極在出口處的加工范圍。在電極快速進(jìn)給的同時(shí)，增大加工電源的放電能量，使電極在出口處的加工范圍進(jìn)一歩擴(kuò)大。這樣在有加工產(chǎn)物充當(dāng)導(dǎo)電介質(zhì)時(shí)，及時(shí)地把電極直徑較大的部分進(jìn)給到出口處，并且増大放電能量，綜合利用多種因素増大電極對出口處的加エ范圍，加工出的倒錐孔與已有的改變放電能量或極性的方法相比，出ロ直徑比入口直徑大得更多，錐度更大。上述技術(shù)方案中，在孔被加工貫穿前，加工電源的放電能量根據(jù)所要求的倒錐孔錐度大小進(jìn)行調(diào)整，若錐度較小，則在孔被加工貫穿前放電能量可以維持不變，只在孔被加エ貫穿后提升放電能量；若要求的錐度較大，則在孔被加工貫穿前就可以隨電極進(jìn)給深度的増加逐漸提升放電能量。下面分別以兩個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說明。實(shí)施例1 :在孔被加工貫穿前，不調(diào)整加工能量，可加工錐度相對較小的倒錐孔。如圖2a 2d所示，本實(shí)施例包括以下步驟1)開啟加工電源6，用工具電極1對エ件4進(jìn)行孔加工，在控制系統(tǒng)5判斷孔沒有被加工貫穿時(shí)，加工電源6的加工能量維持不變?？刂葡到y(tǒng)5根據(jù)檢測系統(tǒng)7反饋的極間放電狀態(tài)，控制電極進(jìn)給系統(tǒng)8，調(diào)整工具電極1與エ件4間的間隙，達(dá)到良好的放電狀態(tài)?！0030]2)在控制系統(tǒng)5判斷孔被加工貫穿時(shí)，控制系統(tǒng)5控制電極進(jìn)給系統(tǒng)8，使工具電極1快速進(jìn)給，同時(shí)將加工電源6的輸出電壓提高50%，以提高放電能量。3)當(dāng)電極進(jìn)給系統(tǒng)8反饋給控制系統(tǒng)5的工具電極1的進(jìn)給深度達(dá)到預(yù)定數(shù)值時(shí)，控制系統(tǒng)5切斷加工電源6的輸出，加工完成。實(shí)施例2 :在孔被加工貫穿前，漸近增加放電能量，可加工比實(shí)施例1錐度更大的倒錐孔。如圖2a 2d所示，本實(shí)施例包括以下步驟1)開啟加工電源6，用工具電極1對エ件4進(jìn)行孔加工，在控制系統(tǒng)5判斷孔沒有被加工貫穿時(shí)，加工電源6的加工電壓隨工具電極1的進(jìn)給深度的增加而漸近增加，在孔被貫穿前工具電極1進(jìn)給深度的約后1/3，電壓比前2/3提高30%?？刂葡到y(tǒng)5根據(jù)檢測系統(tǒng)7反饋的極間放電狀態(tài)，控制電極進(jìn)給系統(tǒng)8，調(diào)整工具電極1與エ件4間的間隙，達(dá)到良好的放電狀態(tài)。2)在控制系統(tǒng)5判斷孔被加工貫穿時(shí)，控制系統(tǒng)5控制電極進(jìn)給系統(tǒng)8，使工具電極1快速進(jìn)給，同時(shí)將加工電源6的輸出電壓相對于加工初始值提高80%。3)當(dāng)電極進(jìn)給系統(tǒng)8反饋給控制系統(tǒng)5的工具電極1的進(jìn)給深度達(dá)到預(yù)定數(shù)值時(shí)，控制系統(tǒng)5切斷加工電源6的輸出，加工完成。以上所述的僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，本實(shí)用新型不限于以上實(shí)施例?？梢岳斫?，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型的精神和構(gòu)思的前提下直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的其他改進(jìn)和變化，均應(yīng)認(rèn)為包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種微小倒錐孔的電火花加工裝置，其特征在于包括工具電極(I)、控制系統(tǒng)(5)、加工電源(6)、檢測系統(tǒng)(7)以及電極進(jìn)給系統(tǒng)(8);工具電極(I)接加工電源(6)的負(fù)極，工件(4)接加工電源(6)的正極，加工電源(6)為工具電極(I)和工件(4)之間的放電提供能量；檢測系統(tǒng)(7)實(shí)時(shí)監(jiān)測加工電源(6)正負(fù)極間的放電狀態(tài)，反饋給控制系統(tǒng)(5);控制系統(tǒng)(5)根據(jù)檢測系統(tǒng)(7)反饋的極間放電狀態(tài)，控制電極進(jìn)給系統(tǒng)(8)使工具電極(I)進(jìn)給；電極進(jìn)給系統(tǒng)(8)實(shí)時(shí)將工具電極(I)的進(jìn)給深度反饋給控制系統(tǒng)(5)，控制系統(tǒng)(5)根據(jù)工具電極(I)的進(jìn)給深度和加工需要實(shí)時(shí)調(diào)整加工電源(6)的放電能量?！?br> 專利摘要本實(shí)用新型提供了一種微小倒錐孔的電火花加工裝置，包括工具電極、控制系統(tǒng)、加工電源、檢測系統(tǒng)以及電極進(jìn)給系統(tǒng)；工具電極接加工電源的負(fù)極，工件接加工電源的正極，加工電源為工具電極和工件之間的放電提供能量；檢測系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測加工電源正負(fù)極間的放電狀態(tài)，反饋給控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)根據(jù)檢測系統(tǒng)反饋的極間放電狀態(tài)，控制電極進(jìn)給系統(tǒng)使工具電極進(jìn)給；電極進(jìn)給系統(tǒng)實(shí)時(shí)將工具電極的進(jìn)給深度反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)工具電極的進(jìn)給深度和加工需要實(shí)時(shí)調(diào)整加工電源的放電能量。本實(shí)用新型在加工出口附近有效利用了加工產(chǎn)物的導(dǎo)電介質(zhì)作用，增大電極對出口處的加工范圍，加工出的倒錐孔的出口直徑比入口直徑大得更多，錐度更大。
文檔編號B23H9/14GK202752713SQ20122029333
公開日2013年2月27日 申請日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者李勇, 胡瑞欽, 虞鋒 申請人:無錫微研有限公司