倒錐孔磁控電火花加工裝置及方法
【專利摘要】倒錐孔磁控電火花加工裝置包括可升降基座，基座上設(shè)有升降平臺，升降平臺上固定設(shè)有用于夾緊電極的夾子，基座下部固接有磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，所述磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)包括導(dǎo)磁外殼、磁芯體及線圈，外殼覆蓋在繞制有線圈的磁芯體外周，外殼與基座固接，電極穿過磁芯體，且二者之間設(shè)有絕緣層，絕緣層設(shè)在磁芯體內(nèi)表面，通電時，電極與待加工工件之間產(chǎn)生的電弧位于所述磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的磁場內(nèi)。本發(fā)明還公開了通過磁場驅(qū)動電火花帶電粒子旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，同時通過改變線圈電流大小從而改變電火花帶電粒子的偏轉(zhuǎn)和圓周運(yùn)動半徑來完成倒錐孔加工的方法。本發(fā)明能夠在電極不旋轉(zhuǎn)、工件固定不動的情況下，完成倒錐孔的電火花加工，確保加工精度和加工穩(wěn)定性。
【專利說明】倒錐孔磁控電火花加工裝置及方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微細(xì)加工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及微細(xì)倒錐孔磁控電火花加工裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電火花加工是微細(xì)加工中發(fā)展較為成熟的方法，它非常適合微米級結(jié)構(gòu)尺寸的精細(xì)加工，電火花加工微細(xì)孔具有加工直徑小、精度高和可放在熱處理后加工、易于實(shí)現(xiàn)自動化等優(yōu)點(diǎn)，電火花加工技術(shù)在微細(xì)加工領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。由于電火花微細(xì)孔加工的基本機(jī)理是利用工件和工具電極之間的脈沖性火花放電，產(chǎn)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(xì)孔時，需要使電極絲相對于工件勻速旋轉(zhuǎn)以使電弧帶電粒子形成勻速圓周運(yùn)動，或者使工件相對于電極絲旋轉(zhuǎn)，由此完成微細(xì)孔的加工，而在倒錐孔的加工中，則需要通過電極絲的錐角偏擺來完成倒錐孔加工，如中國專利CN102069249A公開的“用于微細(xì)倒錐孔電火花加工的錐角推擺機(jī)構(gòu)”，其在電極絲軸向伺服進(jìn)給的同時，使電極絲在偏轉(zhuǎn)軸套、導(dǎo)向陶瓷管帶動下沿設(shè)定的圓錐面運(yùn)動，從而在工件上加工出設(shè)定錐角的倒錐孔，其倒錐孔的加工完全基于電極絲倒圓錐面運(yùn)動原理實(shí)現(xiàn)的，這種電極絲倒圓錐面運(yùn)動進(jìn)行倒錐孔加工的方法存在如下缺陷:即電極絲雖然無自轉(zhuǎn)，但是其仍然需要做圓錐面的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，而電極絲的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動存在誤差，影響微細(xì)孔加工精度和加工的穩(wěn)定性，并且需要設(shè)置復(fù)雜的使電極絲旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)以及控制其運(yùn)動精確的控制機(jī)構(gòu)。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本 申請人:針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，提供一種倒錐孔磁控電火花加工裝置及方法，其能夠在電極不旋轉(zhuǎn)、工件固定不動的情況下，完成倒錐孔的電火花加工，確保加工精度和加工穩(wěn)定性。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明所述倒錐孔磁控電火花加工裝置，包括可升降的基座，基座上設(shè)有升降平臺，升降平臺上固定設(shè)有用于夾緊電極的夾子，基座的下部固接有磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，所述磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)包括外殼、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(dǎo)磁材料制成，外殼與基座固接，電極穿過磁芯體，且二者之間設(shè)有絕緣層，絕緣層設(shè)在磁芯體內(nèi)表面,通電時，電極與待加工工件之間產(chǎn)生的電弧位于所述磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的磁場內(nèi)。
[0005]其進(jìn)一步技術(shù)方案為:
所述外殼上設(shè)有冷卻水入口及冷卻水出口，用于使冷卻水進(jìn)出磁芯體與外殼內(nèi)壁之間的空間。
[0006]所述升降平臺與絲桿螺紋連接，絲桿由電機(jī)驅(qū)動，電機(jī)安裝在基座上。
[0007]所述夾子采用三爪卡盤。[0008]本發(fā)明所述倒錐孔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，用夾子夾緊電極，通過外部動力機(jī)構(gòu)驅(qū)動基座升降至待加工工件加工位置，然后控制升降平臺升降，使電極運(yùn)動到加工初始位置；
第二步，電極連接電弧電源，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(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，由此驅(qū)動電弧旋轉(zhuǎn)，電弧開始對待加工工件進(jìn)行加工；
第三步，開始加工的同時，由動力機(jī)構(gòu)驅(qū)動升降平臺縱向移動實(shí)現(xiàn)電極的軸向進(jìn)給，所述磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)固定不動，電極的移動進(jìn)給滿足電極產(chǎn)生的電弧位于所述磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的磁場內(nèi)，在電極進(jìn)給的過程中，逐漸改變線圈中的電流大小，從而改變磁場強(qiáng)度，改變電火花帶電粒子的偏轉(zhuǎn)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動半徑，直至完成對待加工工件的倒錐孔加工。
[0009]其進(jìn)一步技術(shù)方案為:
所述第一步驟之后、第二步驟之前，將冷卻水通過外殼上的冷卻水入口通入磁芯體與外殼內(nèi)壁之間的空間，并且開啟冷卻水出口，使冷卻水循環(huán)進(jìn)出磁芯體與外殼內(nèi)壁之間的空間。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)效果:
本發(fā)明在傳統(tǒng)的電火花加工的基礎(chǔ)上，增加了磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，相比于傳統(tǒng)的電火花加工，利用外加線圈及磁芯體產(chǎn)生磁場，并且使產(chǎn)生的電火花始終處于磁場域內(nèi)，使電極與工件之間的放電電弧在磁場的作用下高速旋轉(zhuǎn)，電火花帶電粒子在均勻磁場中沿著磁感線做螺旋運(yùn)動，同時驅(qū)動電極沿工件待加工錐孔軸向移動，并且在電極進(jìn)給加工的同時，通過逐步改變線圈中的電流大小，從而改變磁場強(qiáng)度，達(dá)到改變電火花放電通道的帶電粒子的偏轉(zhuǎn)與圓周運(yùn)動半徑，由此實(shí)現(xiàn)錐孔的加工。本發(fā)明利用外加線圈及磁芯體產(chǎn)生磁場，驅(qū)動電極與工件之間的放電電弧旋轉(zhuǎn)，并且通過改變線圈中電流大小，來改變電火花帶電粒子的偏轉(zhuǎn)和圓周運(yùn)動半徑，從而在工件固定不動、電極無需旋轉(zhuǎn)且不受外力干擾的狀態(tài)下完成倒錐孔的加工，由于電極無需自轉(zhuǎn)，且工件也無需轉(zhuǎn)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，對工件、線圈、電極進(jìn)行降溫冷卻，能夠防止高溫氧化，提高加工質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的立體圖。
[0012]圖2為本發(fā)明的側(cè)視圖。
[0013]圖3為本發(fā)明所述磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中還示出了電極、升降平臺。
[0014]圖4為本發(fā)明所述裝置產(chǎn)生的電火花和磁場的運(yùn)動過程示意圖。
[0015]其中:1、基座；2、升降平臺；3、夾子；4、外殼;401、冷卻水入口 ;402、冷卻水出口 ；
5、磁芯體；6、線圈；7、電極；8、絕緣層；9、絲桿；10、電機(jī)；11、導(dǎo)軌。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖，說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0017]見圖1、圖2、圖3，本發(fā)明所述倒錐孔磁控電火花加工裝置包括可升降的基座1，基座I呈半框形結(jié)構(gòu)，基座I上設(shè)有升降平臺2，升降平臺2上固定設(shè)有用于夾緊電極7的夾子3，具體地，夾子3采用定位夾緊可靠的三爪卡盤，基座I的下部固接有磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，所述磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)包括外殼4、磁芯體5及磁芯體5上繞制的線圈6,外殼4覆蓋在繞制有線圈6的磁芯體5外周，外殼4由導(dǎo)磁材料制成，帶磁材料的外殼4起到屏蔽作用，外殼4與基座I固接，電極7穿過磁芯體5，且二者之間設(shè)有絕緣層8，絕緣層8設(shè)在磁芯體5內(nèi)表面，絕緣層8既可以使磁芯體5和電極7相隔離，又可以作為電極7進(jìn)給運(yùn)動時的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，通電時，電極7與待加工工件之間產(chǎn)生的電弧位于磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的磁場內(nèi)。
[0018]進(jìn)一步地，外殼4上設(shè)有冷卻水入口 401及冷卻水出口 402，用于使冷卻水進(jìn)出磁芯體5與外殼4內(nèi)壁之間的空間，從而對所述磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)進(jìn)行冷卻，防止高溫氧化，保證加工質(zhì)量。
[0019]具體地，升降平臺2的升降由絲桿副傳動，升降平臺2與絲桿9螺紋連接，絲桿9由電機(jī)10驅(qū)動，電機(jī)10安裝在基座I上，升降平臺2也可以采用能夠采用皮帶傳動、蝸輪蝸桿傳動等機(jī)械領(lǐng)域常見的動力傳動機(jī)構(gòu)，基座I的升降同樣能夠采取現(xiàn)有技術(shù)中的絲桿畐O、皮帶傳動等傳動機(jī)構(gòu)。
[0020]本發(fā)明所述倒錐孔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，用夾子3夾緊電極7，通過外部動力機(jī)構(gòu)驅(qū)動基座I升降至待加工工件加工位置，然后控制升降平臺2升降，使電極7運(yùn)動到加工初始位置；第二步，電極7連接電弧電源，放電形成電弧，同時，磁芯體5和線圈6通過連接勵磁電源形成外加磁場，在磁場的作用下，待加工工件與電極7之間產(chǎn)生的電火花中的帶電粒子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，由此驅(qū)動電弧旋轉(zhuǎn)，電弧開始對待加工工件表面進(jìn)行圓周向加工；
第三步，開始加工的同時，由動力機(jī)構(gòu)驅(qū)動升降平臺2縱向移動實(shí)現(xiàn)電極7的軸向進(jìn)給，所述磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)固定不動，電極7的移動進(jìn)給滿足電極7產(chǎn)生的電弧位于磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的磁場內(nèi)，在電極7進(jìn)給的過程中，逐漸改變線圈6中的電流大小，從而改變磁場強(qiáng)度，改變電火花帶電粒子的偏轉(zhuǎn)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動半徑，直至完成對待加工工件的倒錐孔加工。
[0021]加工完成后，電極7、線圈6斷電，停止供應(yīng)冷卻水，并且通過動力機(jī)構(gòu)驅(qū)動基座I恢復(fù)原位。
[0022]進(jìn)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4上的冷卻水入口 401通入磁芯體5與外殼4內(nèi)壁之間的空間，并且開啟冷卻水出口 402，使冷卻水循環(huán)進(jìn)出磁芯體5與外殼4內(nèi)壁之間的空間,對所述磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)、電極進(jìn)行降溫冷卻。
[0023]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(chǎn)生磁場，并且使產(chǎn)生的電火花始終處于磁場域內(nèi)，使電極與工件之間的放電電弧在磁場的作用下高速旋轉(zhuǎn)，電火花帶電粒子在均勻磁場中沿著磁感線做螺旋運(yùn)動，電弧螺旋運(yùn)動路徑見圖4中帶箭頭的螺旋線，磁場方向見圖4中帶箭頭的封閉路徑，所述電火花帶電粒子的螺旋運(yùn)動由兩部分組成:沿著磁感線勻速直線運(yùn)動和環(huán)繞磁感線的勻速圓周運(yùn)動，本發(fā)明利用外加線圈及磁芯體產(chǎn)生磁場，驅(qū)動電極與工件之間的放電電弧旋轉(zhuǎn)，從而在工件固定不動、電極無需旋轉(zhuǎn)且不受外力干擾的狀態(tài)下工件進(jìn)行孔加工，在電極7進(jìn)給加工的同時，通過逐步改變線圈6中的電流大小，從而改變磁場強(qiáng)度，達(dá)到改變電火花放電通道的帶電粒子的偏轉(zhuǎn)與圓周運(yùn)動半徑，由此實(shí)現(xiàn)錐孔的電火花加工。
[0024]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(quán)利要求，在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，可以作任何形式的修改。
【權(quán)利要求】
1.倒錐孔磁控電火花加工裝置，其特征在于:包括可升降的基座(I)，基座(I)上設(shè)有升降平臺(2)，升降平臺(2)上固定設(shè)有用于夾緊電極(7)的夾子(3)，基座(I)的下部固接有磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，所述磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)包括外殼(4)、磁芯體(5)及磁芯體(5)上繞制的線圈(6)，外殼(4)覆蓋在繞制有線圈(6)的磁芯體(5)外周，外殼(4)由導(dǎo)磁材料制成，外殼(4)與基座(I)固接，電極(7)穿過磁芯體(5)，且二者之間設(shè)有絕緣層(8)，絕緣層(8)設(shè)在磁芯體(5)內(nèi)表面,通電時，電極(7)與待加工工件之間產(chǎn)生的電弧位于所述磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的磁場內(nèi)。
2.按權(quán)利要求1所述的倒錐孔磁控電火花加工裝置，其特征在于:所述外殼(4)上設(shè)有冷卻水入口(401)及冷卻水出口(402)，用于使冷卻水進(jìn)出磁芯體(5)與外殼(4)內(nèi)壁之間的空間。
3.按權(quán)利要求1所述的倒錐孔磁控電火花加工裝置，其特征在于:所述升降平臺(2)與絲桿(9 )螺紋連接，絲桿(9 )由電機(jī)(10 )驅(qū)動，電機(jī)(10 )安裝在基座(I)上。
4.按權(quán)利要求1至3任一權(quán)利要求所述的倒錐孔磁控電火花加工裝置，其特征在于:所述夾子(3)采用三爪卡盤。
5.倒錐孔磁控電火花加工方法，其特征在于，包含以下步驟: 第一步，將工件固定在加工平臺上，用夾子(3)夾緊電極(7)，通過外部動力機(jī)構(gòu)驅(qū)動基座(I)升降至待加工工件加工位置，然后控制升降平臺(2)升降，使電極(7)運(yùn)動至加工初始位置； 第二步，電極(7)連接電弧電源，放電形成電弧，同時，磁芯體(5)和線圈(6)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(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，由此驅(qū)動電弧旋轉(zhuǎn)，電弧開始對待加工工件進(jìn)行加工； 第三步，開始加工的同時，由動力機(jī)構(gòu)驅(qū)動升降平臺(2)縱向移動實(shí)現(xiàn)電極(7)的軸向進(jìn)給，所述磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)固定不動，電極(7)的移動進(jìn)給滿足電極(7)產(chǎn)生的電弧位于所述磁場產(chǎn)生機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的磁場內(nèi)，在電極(7 )進(jìn)給的過程中，逐漸改變線圈(6 )中的電流大小，從而改變電火花帶電粒子的偏轉(zhuǎn)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動半徑，直至完成對待加工工件的倒錐孔加工。
6.按權(quán)利要求5所述的倒錐孔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(4)上的冷卻水入口(401)通入磁芯體(5)與外殼(4)內(nèi)壁之間的空間，并且開啟冷卻水出口(402)，使冷卻水循環(huán)進(jìn)出磁芯體(5)與外殼(4)內(nèi)壁之間的空間。
【文檔編號】B23H9/14GK103692033SQ201310682601
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)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(qiáng), 錢東楷 申請人:無錫微研有限公司, 無錫微研精微機(jī)械技術(shù)有限公司