基于靜電紡絲生成電極絲的微細(xì)電火花線切割加工裝置制造方法
【專利摘要】基于靜電紡絲生成電極絲的微細(xì)電火花線切割加工裝置，涉及電火花線切割設(shè)備。設(shè)有氣體流量控制裝置、氣體噴嘴、靜電紡絲液體、液體噴嘴、精密供液裝置、控制器、電火花加工脈沖電源、x軸進(jìn)給裝置、y軸進(jìn)給裝置、碎屑收集器、刮板、真空泵、電機(jī)、紡絲收集器、導(dǎo)電碳刷、工件、紡絲、高壓電源、密封基座。將靜電紡絲技術(shù)應(yīng)用到微細(xì)電火花加工技術(shù)中，利用靜電紡絲出來的絲狀結(jié)構(gòu)，作為電火花加工使用的電極絲，進(jìn)行放電加工。由于靜電紡絲構(gòu)造出來的纖維源源不斷的產(chǎn)生，因此可彌補(bǔ)火花放電過程中產(chǎn)生的損耗。即使加工過程中產(chǎn)生“斷絲”，也能迅速重新噴射，繼續(xù)加工，解決了微細(xì)電火花加工中因斷絲引起的精度差效率低的問題。
【專利說明】基于靜電紡絲生成電極絲的微細(xì)電火花線切割加工裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電火花線切割設(shè)備，尤其是涉及一種基于靜電紡絲生成電極絲的微細(xì)電火花線切割加工裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]微細(xì)電火花線切割加工是一種使用軸向移動的微細(xì)電極絲對工件進(jìn)行脈沖火花放電的加工方法。在加工中，軸向移動的電極絲可自動補(bǔ)償電極損耗，可以獲得很高的加工精度。具有加工余量小、加工精度高、生產(chǎn)周期短、制造成本低等突出優(yōu)點(diǎn)，已在生產(chǎn)中獲得廣泛的應(yīng)用，其廣泛應(yīng)用于微小齒輪、微小花鍵、微小異形孔、以及半導(dǎo)體模具、鐘表模具等具有復(fù)雜形狀的二維微小零件的加工。
[0003]微細(xì)電極絲是實現(xiàn)微細(xì)電火花線切割加工關(guān)鍵工藝條件。隨著電極絲直徑的不斷減小，微細(xì)電火花線切割加工的縫寬也逐漸變窄，直接提高了微細(xì)電火花的加工精度和加工能力。如日本三菱公司采用直徑為30 μ m的微細(xì)電極絲進(jìn)行了商業(yè)應(yīng)用(http://www.fanuc.c0.jp/en/product/catalog/pdf/R0B0CUT_a-CiA (E).pdf),臺灣學(xué)者實現(xiàn)了最小直徑 13 μ m 鶴電極絲的切割加工(Shun-Tong Chen, Hong-Ye Yang and Chih-ffei Du.Study ofan Ultrafine W-EDM Technique.Journal of MicroMechanics and MicroEngineering.2009，I9(11):5033?5041)。但是，微細(xì)電極絲的價格昂貴，使用成本較高。而且由于微細(xì)電極絲的直徑較小，抗拉強(qiáng)度很低，在加工過程中極易產(chǎn)生斷絲，浪費(fèi)大量工時，降低加工效率。同時，重新穿絲加工后會破壞加工表面的完整性，增加了實現(xiàn)無人操作和自動化加工的困難。其次，微細(xì)電火花線切割加工通常采用抗拉強(qiáng)度較高的鎢絲作為電極絲，提高精密加工的穩(wěn)定性和可靠性。但是，由于鎢絲的硬度很高，在使用中會增加對走絲裝置的磨損，一些機(jī)床制造公司在很長一段時間內(nèi)采用的是專用線切割機(jī)或兩套走絲系統(tǒng)來實現(xiàn)細(xì)絲的切割加工，這又增加了機(jī)床的制造成本和使用成本。
[0004]靜電紡絲技術(shù)是聚合物溶液或熔體在靜電作用下進(jìn)行噴射拉伸而獲得納米級纖維的技術(shù)，即將直流高壓施加于聚合物溶液或熔體與收集裝置之間，使聚合物溶液或熔體帶上幾千至上萬伏高壓靜電，當(dāng)電場力足夠大時，帶電的聚合物液滴克服表面張力形成噴射細(xì)流，細(xì)流在噴射過程中隨溶劑蒸發(fā)或冷卻凝固而固化，最終落在收集裝置上，其納米纖維直徑一般在50nm?10 μ m之間，比目前最細(xì)的微細(xì)電極絲直徑還要小。目前，對于采用靜電紡絲技術(shù)產(chǎn)生電極絲的研究尚未見有文獻(xiàn)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種利用靜電紡絲所產(chǎn)生的纖維絲作為工具電極進(jìn)行電火花線切割加工的方法。
[0006]本發(fā)明設(shè)有氣體流量控制裝置、氣體噴嘴、靜電紡絲液體、液體噴嘴、精密供液裝置、控制器、電火花加工脈沖電源、X軸進(jìn)給裝置、y軸進(jìn)給裝置、碎屑收集器、刮板、真空泵、電機(jī)、紡絲收集器、導(dǎo)電碳刷、工件、紡絲、高壓電源、密封基座；[0007]所述液體噴嘴固定在密封基座內(nèi)部，噴嘴垂直向下；液體噴嘴內(nèi)裝有靜電紡絲液體，液位高度由精密供液裝置控制；所述紡絲收集器安裝在密封基座底部；所述高壓電源的正極與靜電紡絲液體連接，高壓電源的負(fù)極通過導(dǎo)電碳刷與紡絲收集器連接；所述X軸進(jìn)給裝置水平固定安裝在密封基座內(nèi)的底部，X軸進(jìn)給裝置上的滑臺沿著X軸方向進(jìn)給；所述y軸進(jìn)給裝置水平安裝在X軸進(jìn)給裝置的滑臺之上，y軸進(jìn)給裝置的滑臺沿著y軸方向進(jìn)給；所述工件安裝在y軸進(jìn)給裝置的滑臺上；所述電火花加工脈沖電源的正極與靜電紡絲液體連接，電火花加工脈沖電源的負(fù)極與工件連接；所述控制器通過控制X軸進(jìn)給裝置和y軸進(jìn)給裝置進(jìn)給，帶動工件靠近紡絲；所述氣體噴嘴安裝在液體噴嘴前端，垂直向下對加工區(qū)域噴出氣體；所述控制器根據(jù)電火花加工脈沖電源實時測到間隙電壓值，用于控制X軸進(jìn)給裝置和y軸進(jìn)給裝置的進(jìn)給速度和方向。
[0008]所述紡絲收集器可采用導(dǎo)電金屬材料制作，上部分為圓錐形，下部分為圓柱形，可繞自身中心軸線轉(zhuǎn)動，上部分的圓錐形尖與液體噴嘴正對。
[0009]所述紡絲收集器在電機(jī)的帶動下繞自身中心軸線轉(zhuǎn)動，落在圓錐形尖上的紡絲隨紡絲收集器一起轉(zhuǎn)動；所述刮板固定不動，并沿著紡絲收集器上部分圓錐形的母線方向安裝；隨著紡絲收集器的轉(zhuǎn)動，刮板將落在紡絲收集器上的紡絲不斷的從紡絲收集器上剝離下來，并隨著刮板上的凹槽導(dǎo)入到碎屑收集器中。
[0010]所述密封基座可采用密封容器，所述真空泵可以將密封基座內(nèi)的氣體抽出，使密封基座內(nèi)部的絕對壓力值保持在O?I個大氣壓內(nèi)，以減小周圍環(huán)境對加工過程的影響。
[0011]所述紡絲直徑可以通過改變高壓電源的電壓值、調(diào)整液體噴嘴和紡絲收集器之間的距離、調(diào)整靜電紡絲液體濃度等方式實現(xiàn)。
[0012]所述控制器內(nèi)具有路徑插補(bǔ)功能，可控制X軸進(jìn)給裝置與y軸進(jìn)給裝置按照預(yù)先設(shè)計好的軌跡進(jìn)給，完成切割。
[0013]本發(fā)明將靜電紡絲技術(shù)應(yīng)用到微細(xì)電火花加工技術(shù)中，利用靜電紡絲出來的絲狀結(jié)構(gòu)，作為電火花加工使用的電極絲，進(jìn)行放電加工。由于靜電紡絲構(gòu)造出來的纖維源源不斷的產(chǎn)生，因此可以彌補(bǔ)火花放電過程中產(chǎn)生的損耗。即使加工過程中產(chǎn)生“斷絲”，也能迅速重新噴射，繼續(xù)加工，解決了微細(xì)電火花加工中因斷絲引起的精度差效率低的問題。另夕卜，靜電紡絲產(chǎn)生的纖維直徑比微細(xì)電極絲還要細(xì)，因此可以進(jìn)行更小尺度的加工，提升微細(xì)電火花的加工能力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
【具體實施方式】
[0015]參見圖1，本發(fā)明實施例設(shè)有氣體流量控制裝置1、氣體噴嘴2、靜電紡絲液體3、液體噴嘴4、精密供液裝置5、控制器6、電火花加工脈沖電源7、x軸進(jìn)給裝置8、y軸進(jìn)給裝置
9、碎屑收集器10、刮板11、真空泵12、電機(jī)13、紡絲收集器14、導(dǎo)電碳刷15、工件16、紡絲17、高壓電源18、密封基座19。
[0016]所述密封基座19為一個金屬密封容器，所述氣體流量控制裝置1、氣體噴嘴2、靜電紡絲液體3、液體噴嘴4、精密供液裝置5、X軸進(jìn)給裝置8、y軸進(jìn)給裝置9、碎屑收集器10、刮板11、電機(jī)13、紡絲收集器14、導(dǎo)電碳刷15、工件16、紡絲17均設(shè)在密封基座19內(nèi)。所述液體噴嘴4固定在密封基座19之上，液體噴嘴4垂直向下；液體噴嘴4內(nèi)裝有靜電紡絲液體3，液位高度由精密供液裝置5控制，精密供液裝置5與外部供液管道連接；氣體噴嘴2安裝在液體噴嘴4的前端，氣體噴嘴2垂直向下，并與液體噴嘴4同軸心；氣體流量控制裝置I與外部供氣裝置連接，可以控制進(jìn)入到氣體噴嘴2中的氣體流量；高壓電源18的正極與靜電紡絲液體3連接，高壓電源18的負(fù)極通過導(dǎo)電碳刷15與紡絲收集器14連接；紡絲收集器14為導(dǎo)電金屬材料制作，上部分為圓錐形，下部分為圓柱形；紡絲收集器14安裝在密封基座19底部，紡絲收集器14上部的錐尖與液體噴嘴4正對；電機(jī)13與紡絲收集器14連接，可帶動紡絲收集器14繞自身中心軸線轉(zhuǎn)動；在紡絲收集器14轉(zhuǎn)動的過程中，導(dǎo)電碳刷15始終與紡絲收集器14的下部緊密接觸；在高壓電源18的作用下，靜電紡絲液體3在液體噴嘴4和紡絲收集器14之間產(chǎn)生垂直的紡絲17 ;刮板11為塑料材質(zhì),緊貼著紡絲收集器14錐體的母線方向安裝；刮板11的下端與固定在密封基座19之上的碎屑收集器10連接軸進(jìn)給裝置9水平固定安裝在密封基座19之上，X軸進(jìn)給裝置9上的滑臺可以沿著X軸方向進(jìn)給；y軸進(jìn)給裝置8水平安裝在X軸進(jìn)給裝置9的滑臺之上，y軸進(jìn)給裝置8的滑臺可以沿著I軸方向進(jìn)給；工件16安裝在y軸進(jìn)給裝置8的滑臺上；電火花加工脈沖電源7的正極與靜電紡絲液體3連接，電火花加工脈沖電源7的負(fù)極與工件16連接；真空泵12安裝在密封基座19的底部，泵口與紡絲17同軸；所述導(dǎo)流量控制裝置1、精密供液裝置5、電火花加工脈沖電源7、X軸進(jìn)給裝置8、y軸進(jìn)給裝置9、真空泵12、電機(jī)13、高壓電源18的控制端均與控制器6連接，可通過控制器6控制導(dǎo)流量控制裝置I與精密供液裝置5的流量，控制電火花加工脈沖電源7與高壓電源18的電源參數(shù)，控制X軸進(jìn)給裝置8與y軸進(jìn)給裝置9的進(jìn)給，控制真空泵12、電機(jī)13的啟停。
[0017]在進(jìn)行加工之前，控制器6發(fā)出控制信號控制高壓電源18打開，在高壓電源18的作用下，靜電紡絲液體3在液體噴嘴4和紡絲收集器14之間產(chǎn)生紡絲17?？刂破?控制體流量控制裝置I向氣體噴嘴2內(nèi)通入氣體，通入的氣體由氣體噴嘴2垂直向下噴出，保護(hù)和引導(dǎo)紡絲17垂直向下噴射。真空泵12將密封基座19內(nèi)的氣體抽出，使密封基座19內(nèi)部的絕對壓力值保持在O?I個大氣壓內(nèi)，以減小周圍環(huán)境對紡絲的影響。控制器6發(fā)出控制信號控制精密供液裝置5向液體噴嘴4供給靜電紡絲液體，使紡絲17源源不斷?？刂破?通過改變高壓電源18的電壓值來調(diào)整紡絲17的直徑，以獲得適合的工具直徑。紡絲收集器14在電機(jī)13的帶動下繞自身中心軸線轉(zhuǎn)動，落在錐尖上的紡絲17隨紡絲收集器14 一起轉(zhuǎn)動。緊貼著紡絲收集器14的刮板11固定不動，將落在紡絲收集器14上的紡絲17不斷的從紡絲收集器14上剝離下來，并隨著刮板11上的凹槽導(dǎo)入到碎屑收集器10中。
[0018]在紡絲17穩(wěn)定生成后，控制器6控制電火花加工脈沖電源7打開。脈沖電壓將加載到紡絲17和工件16之間?？刂破?控制X軸進(jìn)給裝置8和y軸進(jìn)給裝置9進(jìn)給，帶動工件16向紡絲17靠近。當(dāng)紡絲17和工件16的距離足夠近(10 μ m內(nèi))時，紡絲17和工件16之間將產(chǎn)生火花放電，蝕除工件16上的放電區(qū)域的材料，紡絲17上的損耗將由新的紡絲補(bǔ)充上來。氣體噴嘴2垂直向下噴出的氣體將起著消除電離、防止拉弧的作用，同時還將火花放電過程中的蝕除產(chǎn)物從加工間隙中清除。電火花加工脈沖電源7實時檢測紡絲17和工件16之間的電壓值，并與電火花加工脈沖電源7內(nèi)部預(yù)設(shè)的伺服參考電壓值進(jìn)行比較，并將比較結(jié)果發(fā)送給控制器6。當(dāng)紡絲17和工件16之間的電壓值大于伺服參考電壓時，控制器6控制X軸進(jìn)給裝置8或y軸進(jìn)給裝置9按照預(yù)先軌跡進(jìn)給；當(dāng)紡絲17和工件16之間的電壓值小于伺服參考電壓時，控制器6控制X軸進(jìn)給裝置8或y軸進(jìn)給裝置9按照原軌跡回退?？刂破?控制X軸進(jìn)給裝置8與y軸進(jìn)給裝置9按照預(yù)先設(shè)計好的軌跡進(jìn)給，
最終完成切害I]。
【權(quán)利要求】
1.基于靜電紡絲生成電極絲的微細(xì)電火花線切割加工裝置，其特征在于設(shè)有氣體流量控制裝置、氣體噴嘴、靜電紡絲液體、液體噴嘴、精密供液裝置、控制器、電火花加工脈沖電源、X軸進(jìn)給裝置、y軸進(jìn)給裝置、碎屑收集器、刮板、真空泵、電機(jī)、紡絲收集器、導(dǎo)電碳刷、工件、紡絲、高壓電源、密封基座； 所述液體噴嘴固定在密封基座內(nèi)部，噴嘴垂直向下；液體噴嘴內(nèi)裝有靜電紡絲液體，液位高度由精密供液裝置控制；所述紡絲收集器安裝在密封基座底部；所述高壓電源的正極與靜電紡絲液體連接，高壓電源的負(fù)極通過導(dǎo)電碳刷與紡絲收集器連接；所述X軸進(jìn)給裝置水平固定安裝在密封基座內(nèi)的底部，X軸進(jìn)給裝置上的滑臺沿著X軸方向進(jìn)給；所述I軸進(jìn)給裝置水平安裝在X軸進(jìn)給裝置的滑臺之上，y軸進(jìn)給裝置的滑臺沿著?軸方向進(jìn)給；所述工件安裝在y軸進(jìn)給裝置的滑臺上；所述電火花加工脈沖電源的正極與靜電紡絲液體連接，電火花加工脈沖電源的負(fù)極與工件連接；所述控制器通過控制X軸進(jìn)給裝置和y軸進(jìn)給裝置進(jìn)給，帶動工件靠近紡絲；所述氣體噴嘴安裝在液體噴嘴前端，垂直向下對加工區(qū)域噴出氣體；所述控制器根據(jù)電火花加工脈沖電源實時測到間隙電壓值，用于控制X軸進(jìn)給裝置和?軸進(jìn)給裝置的進(jìn)給速度和方向。
2.如權(quán)利要求1所述基于靜電紡絲生成電極絲的微細(xì)電火花線切割加工裝置，其特征在于所述紡絲收集器的上部分為圓錐形，下部分為圓柱形，可繞自身中心軸線轉(zhuǎn)動，上部分的圓錐形尖與液體噴嘴正對。
3.如權(quán)利要求1所述 基于靜電紡絲生成電極絲的微細(xì)電火花線切割加工裝置，其特征在于所述密封基座采用密封容器。
【文檔編號】B23H7/02GK104014884SQ201410244972
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】褚旭陽, 吳德志, 鄭高峰 申請人:廈門大學(xué)