通孔內表面磁控電火花加工裝置及方法
【專利摘要】通孔內表面磁控電火花加工裝置包括電極，工件固定在工作平臺上，電極與工件的待加工通孔內表面之間留有間隙，工件外周設有磁場產生機構，所述磁場產生機構包括外殼、套接在工件外周的磁芯體及磁芯體上繞制的線圈，外殼覆蓋在繞制有線圈的磁芯體外周，外殼由導磁材料制成，所述磁場產生機構固定在移動板上，移動板由動力機構帶動沿待加工通孔的軸向移動，外部繞絲機構牽引電極沿待加工通孔的軸向移動，通電時，電極產生的電弧位于所述磁場產生機構產生的磁場內。本發(fā)明還公開了相應的通過磁場驅動電火花旋轉的加工方法。本發(fā)明能夠在電極不旋轉、工件固定不動的情況下，完成具有通孔零件的通孔內表面的電火花加工，確保加工精度和加工穩(wěn)定性。
【專利說明】通孔內表面磁控電火花加工裝置及方法【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及微細加工【技術領域】，具體涉及微細孔電火花加工【技術領域】，尤其涉及待加工工件固定不動、同時利用磁場來使電極絲在非旋轉的相對靜止狀態(tài)下實現(xiàn)管狀零件內表面精加工的裝置及方法。
【背景技術】
[0002]電火花加工是微細加工中發(fā)展較為成熟的方法，它非常適合微米級結構尺寸的精細加工，電火花加工微細孔具有加工直徑小、精度高和可放在熱處理后加工、易于實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，電火花加工技術在微細加工領域應用廣泛。由于電火花微細孔加工的基本機理是利用工件和工具電極之間的脈沖性火花放電，產生瞬間高溫使工件材料表面有選擇地局部熔化和汽化蝕除，從而獲得一定形狀尺寸和表面粗糙度要求的零部件，因此，在電火花加工微細孔時，需要使電極絲相對于工件勻速旋轉以使電弧帶電粒子形成勻速圓周運動，或者使工件相對于電極絲旋轉，由此完成微細孔的加工，如中國專利CN1266764A公開的“精密微細孔電火花加工裝置”，其通過具有旋轉套筒、常開式夾絲機構、常閉式夾絲機構等復雜結構的微細電極的旋轉進絲復合機構控制旋轉中的電極絲的進給，其微細孔的加工完全基于電極絲旋轉運動使電弧帶電粒子作圓周運動的機理，這種電極絲旋轉運動進行微細孔加工的方法存在如下缺陷:第一，電極絲旋轉運動存在誤差，影響微細孔加工精度和加工的穩(wěn)定性，并且需要設置復雜的使電極絲旋轉的機構；第二，電極絲高速旋轉運動過程中，電極絲會出現(xiàn)“擰斷”等破壞性失效情況，影響微細孔加工的穩(wěn)定性。另外，現(xiàn)有技術中無論是電極絲旋轉還是工件旋轉的電火花加工，均沒有公開直接針對帶有通孔的零件的通孔內表面精加工的電火花加工。

【發(fā)明內容】

[0003]本 申請人:針對現(xiàn)有技術中的上述缺點進行改進，提供一種通孔內表面磁控電火花加工裝置及方法，其能夠在電極不旋轉、工件固定不動的情況下，完成具有通孔零件的通孔內表面的電火花加工，確保加工精度和加工穩(wěn)定性。
[0004]本發(fā)明的技術方案如下:
本發(fā)明所述通孔內表面磁控電火花加工裝置，包括電極，電極兩端連接有導線，工件固定在工作平臺上，電極與工件的待加工通孔內表面之間留有間隙，工件的外周設有磁場產生機構,所述磁場產生機構包括外殼、套接在工件外周的磁芯體及磁芯體上繞制的線圈,外殼覆蓋在繞制有線圈的磁芯體外周，外殼由導磁材料制成，所述磁場產生機構固定在移動板上，移動板由動力 機構帶動沿待加工通孔的軸向移動，外部繞絲機構牽引電極沿待加工通孔的軸向移動，通電時，電極與工件產生的電弧位于所述磁場產生機構產生的磁場內。
[0005]其進一步技術方案為:
所述外殼上設有冷卻水入口及冷卻水出口，用于使冷卻水進出磁芯體與外殼內壁之間的空間。[0006]所述動力機構采用絲桿副，所述絲桿副中的絲母與移動板固接。
[0007]所述工件的待加工通孔內通入有惰性氣體。
[0008]本發(fā)明所述通孔內表面磁控電火花加工方法，包含以下步驟:
第一步，將工件固定在加工平臺上，通過外部繞絲機構牽引電極移動至工件的待加工通孔的底端；
第二步，在工件的待加工通孔和電極之間連接電弧電源，放電形成電弧，同時，磁芯體和線圈通過連接勵磁電源形成外加磁場，在磁場的作用下，電火花中的帶電粒子產生旋轉運動，由此驅動電弧旋轉，電弧開始對待加工通孔的內表面加工；
第三步，由動力機構驅動移動板沿待加工通孔的軸向移動，同時通過外部繞絲機構牽引電極沿待加工通孔的軸向移動，二者的移動滿足電極產生的電弧位于所述磁場產生機構產生的磁場內，直至完成對待加工通孔的內表面加工。
[0009]其進一步技術方案為:
所述第一步驟之后、第二步之前，將冷卻水通過外殼上的冷卻水入口通入磁芯體與外殼內壁之間的空間，并且開啟冷卻水出口，使冷卻水循環(huán)進出磁芯體與外殼內壁之間的空間。
[0010]所述第二步及第三步的電火花加工過程中，在所述工件的待加工通孔內通入有惰性氣體。
[0011]本發(fā)明的技術效果:
本發(fā)明在傳統(tǒng)的電火花加工的基礎上，增加了磁場產生機構，相比于傳統(tǒng)的電火花加工，利用外加線圈及磁芯體產生磁場，并且使產生的電火花始終處于磁場域內，使電極與工件之間的放電電弧在磁場的作用下高速旋轉，電火花帶電粒子在均勻磁場中沿著磁感線做螺旋運動，同時驅動所述磁場產生機構和電極沿工件待加工通孔軸向移動，直至完成工件待加工通孔的精加工，本發(fā)明利用外加線圈及磁芯體產生磁場，驅動電極與工件之間的放電電弧旋轉，從而在工件固定不動、電極無需旋轉且不受外力干擾的狀態(tài)下完成對孔的內表面的精加工，由于電極無需自轉，且工件也無需轉動，因而能夠確保加工精度和加工穩(wěn)定性；在電火花加工過程中，外殼與磁芯體之間玄幻通入冷卻水，能夠對工件、線圈、電極進行降溫冷卻，同時在工件的待加工通孔與電極之間通入惰性氣體，能夠防止高溫氧化，提高加工質量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的結構示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明所述裝置產生的電火花和磁場的運動過程示意圖。
[0014]其中:1、電極；2、導線；3、工件;301、待加工通孔;302、已加工通孔;4、磁芯體；5、線圈；6、外殼；601、冷卻水入口 ；602、冷卻水出口 ；7、移動板；8、絲桿副。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖，說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0016]見圖1，本發(fā)明所述通孔內表面磁控電火花加工裝置包括電極1，電極I兩端連接有導線2，工件3固定在工作平臺上，電極I與工件3的待加工通孔301內表面之間留有間隙，工件3的外周設有磁場產生機構,所述磁場產生機構包括外殼6、套接在工件3外周的磁芯體4及磁芯體4上繞制的線圈5，外殼6覆蓋在繞制有線圈5的磁芯體4外周，外殼6由導磁材料制成，透磁性外殼6愛到屏蔽的作用，所述磁場產生機構固定在移動板7上，移動板7由動力機構帶動沿待加工通孔301的軸向移動,具體地,所述動力機構采用絲桿副8,絲桿副8中的絲母與移動板7固接，所述動力機構也能夠采用皮帶傳動、蝸輪蝸桿傳動等機械領域常見的動力傳動機構，外部繞絲機構牽引電極I沿待加工通孔301的軸向移動，通電時，電極I與工件3產生的電弧位于磁場產生機構產生的磁場內。
[0017]進一步地，外殼6上設有冷卻水入口 601及冷卻水出口 602，用于使冷卻水進出磁芯體4與外殼6內壁之間的空間，從而對所述磁場產生機構進行冷卻；工件3的待加工通孔301內通入有惰性氣體，防止工件高溫氧化，保證加工質量。
[0018]本發(fā)明所述通孔內表面磁控電火花加工方法，包含以下步驟:
第一步，將工件3固定在加工平臺上，通過外部繞絲機構牽引電極I移動至工件3的待加工通孔301的底端，且電極I與待加工通孔301的內表面之間間留有間隙；
第二步，在工件3的待加工通孔301和電極I之間連接電弧電源，放電形成電弧，同時，磁芯體4和線圈5通過連接勵磁電源形成外加磁場，在磁場的作用下，工件3與電極I之間產生的電火花中的帶電粒子產生旋轉運動，由此驅動電弧旋轉，電弧開始對待加工通孔301的內表面進行圓周向加工；
第三步，由動力機構驅動移動板7沿待加工通孔301的軸向移動，同時通過外部繞絲機構牽引電極I沿待加工通孔301的軸向移動，二者的移動滿足電極I產生的電弧位于磁場產生機構產生的磁場內，并且優(yōu)選移動板7的移動速速與產生的電弧對待加工通孔301的電蝕速率一致，以保證對孔的完全加工和設備的安全，移動板7以及電極I軸向移動直至完成對待加工通孔301的內表面加工，對待加工通孔301進行點火的精加工后形成已加工通孔 302。
[0019]加工完成后，電極1、線圈5斷電，停止供應冷卻水。
[0020]進一步地，在所述第一步驟之后、第二步驟之前，將冷卻水通過外殼6上的冷卻水入口 601通入磁芯體4與外殼6內壁之間的空間，并且開啟冷卻水出口 602，使冷卻水循環(huán)進出磁芯體4與外殼6內壁之間的空間,對所述磁場產生機構、電極、工件進行降溫冷卻，同時在第二步及第三步的電火花加工過程中，在工件3的待加工通孔301內通入有惰性氣體，在冷卻的同時，防止高溫氧化。
[0021]本發(fā)明相比于傳統(tǒng)的電火花加工，利用外加線圈及磁芯體產生磁場，并且使產生的電火花始終處于磁場域內，使電極與工件之間的放電電弧在磁場的作用下高速旋轉，電火花帶電粒子在均勻磁場中沿著磁感線做螺旋運動，電弧螺旋運動路徑見圖2中帶箭頭的螺旋線，磁場方向見圖2中帶箭頭的封閉路徑，所述電火花帶電粒子的螺旋運動由兩部分組成:沿著磁感線勻速直線運動和環(huán)繞磁感線的勻速圓周運動，本發(fā)明利用外加線圈及磁芯體產生磁場，驅動電極與工件之間的放電電弧旋轉，從而在工件固定不動、電極無需旋轉且不受外力干擾的狀態(tài)下對孔的內表面進行進一步地精加工。
[0022]以上描述是對本發(fā)明的解釋，不是對發(fā)明的限定，本發(fā)明所限定的范圍參見權利要求，在本發(fā)明的保護范圍之內，可以作任何形式的修改。
【權利要求】
1.通孔內表面磁控電火花加工裝置，其特征在于:包括電極(1)，電極(I)兩端連接有導線(2)，工件(3)固定在工作平臺上，電極(I)與工件(3)的待加工通孔(301)內表面之間留有間隙，工件(3)的外周設有磁場產生機構,所述磁場產生機構包括外殼(6)、套接在工件(3)外周的磁芯體(4)及磁芯體(4)上繞制的線圈(5)，外殼(6)覆蓋在繞制有線圈(5)的磁芯體(4)外周,夕卜殼(6)由導磁材料制成,所述磁場產生機構固定在移動板(7)上,移動板(7)由動力機構帶動沿待加工通孔(301)的軸向移動，外部繞絲機構牽引電極(I)沿待加工通孔(301)的軸向移動,通電時，電極(I)與工件(3)產生的電弧位于所述磁場產生機構產生的磁場內。
2.按權利要求1所述的通孔內表面磁控電火花加工裝置，其特征在于:所述外殼(6)上設有冷卻水入口(601)及冷卻水出口(602)，用于使冷卻水進出磁芯體(4)與外殼(6)內壁之間的空間。
3.按權利要求1所述的通孔內表面磁控電火花加工裝置，其特征在于:所述動力機構采用絲桿副，所述絲桿副中的絲母與移動板(7)固接。
4.按權利要求1至3任一權利要求所述的通孔內表面磁控電火花加工裝置，其特征在于:所述工件(3)的待加工通孔(301)內通入有惰性氣體。
5.通孔內表面磁控電火花加工方法，其特征在于，包含以下步驟: 第一步，將工件(3)固定在加工平臺上，通過外部繞絲機構牽引電極(I)移動至工件(3)的待加工通孔(301)的底端； 第二步,在工件(3 )的待加工通孔(301)和電極(I)之間連接電弧電源，放電形成電弧，同時,磁芯體(4)和線圈(5)通過連接勵磁電源形成外加磁場，在磁場的作用下，電火花中的帶電粒子產生旋轉運動，由此驅動電弧旋轉，電弧開始對待加工通孔(301)的內表面加工； 第三步，由動力機構驅動移動板(7)沿待加工通孔(301)的軸向移動，同時通過外部繞絲機構牽弓I電極(I)沿待加工通孔(301)的軸向移動，二者的移動滿足電極(I)產生的電弧位于所述磁場產生機構產生的磁場內，直至完成對待加工通孔(301)的內表面加工。
6.按權利要求5所述的通孔內表面磁控電火花加工方法，其特征在于:所述第一步驟之后、第二步驟之前，將冷卻水通過外殼(6)上的冷卻水入口(601)通入磁芯體(4)與外殼(6 )內壁之間的空間，并且開啟冷卻水出口( 602 )，使冷卻水循環(huán)進出磁芯體(4)與外殼(6 )內壁之間的空間。
7.按權利要求5或6所述的通孔內表面磁控電火花加工方法，其特征在于:所述第二步及第三步的電火花加工過程中，在所述工件(3)的待加工通孔(301)內通入有惰性氣體。
【文檔編號】B23H1/00GK103706904SQ201310682477
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月10日 優(yōu)先權日:2013年12月10日
【發(fā)明者】柴永生, 李寶泉, 范文龍, 劉光, 于志強, 錢東楷 申請人:無錫微研有限公司, 無錫微研精微機械技術有限公司