本發(fā)明涉及一種多工具電極同步旋轉(zhuǎn)放電加工多微細孔的振動輔助裝置及其應(yīng)用，屬于特種加工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

微細孔廣泛地應(yīng)用于發(fā)動機、航空航天、醫(yī)療器械、微電子、精密機械、模具等設(shè)備領(lǐng)域。由于使用微細孔的材料多為高強度、高硬度難加工材料，如耐熱鋼、不銹鋼、硬質(zhì)合金、金剛石等，而且加工孔要達到一定的深度，使得微細孔加工成為孔加工中最困難的工藝之一。

電火花微放電加工法在微細孔加工方面具有一定的技術(shù)優(yōu)勢：(1)任何導電性材料均可加工，不受強度和硬度限制；(2)基本不存在切削力，對工具的強度和剛度要求較低；因此，在實際生產(chǎn)中，導電性難加工材料微細孔的加工較多采用了電火花微放電加工技術(shù)。

純電火花放電加工技術(shù)加工微細孔的效率比較低，然而對電火花放電加工施加工具旋轉(zhuǎn)或振動控制，可以改善排屑效果，提高加工質(zhì)量，顯著地提高加工有效火花數(shù)和加工效率。利用旋轉(zhuǎn)機構(gòu)帶動超聲振動工具電極，可以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)-超聲振動-電火花放電復(fù)合加工單個微細孔，但是加工效率也有限。

與單工具電極旋轉(zhuǎn)-超聲振動-電火花放電復(fù)合加工單個微細孔方法相比，增加工具電極數(shù)量，實現(xiàn)多工具電極同步旋轉(zhuǎn)-振動-電火花放電復(fù)合加工多個微細孔，則可以成倍地提高加工效率，然而，目前還沒有一個整合多工具電極，使其實現(xiàn)多工具電極同步旋轉(zhuǎn)同時振動的裝置，用于多微細孔加工過程。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種多工具電極同步旋轉(zhuǎn)放電加工多微細孔的振動輔助裝置，該振動輔助裝置可以將旋轉(zhuǎn)多工具電極機構(gòu)和振動結(jié)構(gòu)有效結(jié)合起來，實現(xiàn)多工具電極同步旋轉(zhuǎn)同時振動，利用特制脈沖電源和伺服系統(tǒng)控制可以完成多工具電極同步旋轉(zhuǎn)-振動-電火花放電復(fù)合加工多個微細孔的作業(yè)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種多工具電極同步旋轉(zhuǎn)放電加工多微細孔的振動輔助裝置，包括振動電機、彈簧支撐部、振動連桿及導向支架；所述振動電機與彈簧支撐部頂部連接，振動連桿貫穿導向支架且振動連桿的頂端與彈簧支撐部連接、底端與多工具電極同步旋轉(zhuǎn)夾具裝置連接。

優(yōu)選的，所述彈簧支撐部包括頂板、彈簧和座板，在頂板和座板之間均布有四個所述的彈簧，振動電機與頂板連接，振動連桿的頂端貫穿座板與頂板連接，導向支架與座板連接。

進一步優(yōu)選的，所述振動連桿選用矩形實心桿，振動連桿的頂端連接有兩個相對設(shè)置的自潤滑軸套，自潤滑軸套通過角鋼與頂板的下底面固定連接。

優(yōu)選的，所述導向支架主要由四塊鋼板圍接而成，相鄰兩塊鋼板之間通過角鋼固定連接，所述四塊鋼板通過角鋼和螺栓安裝在座板下底面。

優(yōu)選的，所述導向支架上設(shè)置有上下兩組限位軸承，每組限位軸承包括設(shè)置在四塊鋼板上的八個限位軸承，振動連桿位于限位軸承中間。

優(yōu)選的，所述振動電機選用直流振動電機，直流振動電機通過螺釘固定安裝在頂板上表面。

優(yōu)選的，所述多工具電極同步旋轉(zhuǎn)夾具裝置包括夾具盤、電刷盤、工具電極夾具、電刷、電機和同步帶；所述電刷盤位于夾具盤上方并通過螺栓連接，工具電極夾具安裝在夾具盤上，電刷和電機安裝在電刷盤上，電刷與工具電極夾具上下對應(yīng)，電機的輸出軸通過同步帶帶動工具電極夾具旋轉(zhuǎn)。

優(yōu)選的，所述工具電極夾具包括空心臺階軸、帶輪、夾頭、螺帽和工具電極，帶輪與空心臺階軸上部連接且繞接同步帶，空心臺階軸貫穿夾具盤并通過深溝球軸承、擋圈固定連接在夾具盤上，工具電極設(shè)置于空心臺階軸內(nèi)并與電刷相接觸，夾頭與空心臺階軸的底部連接用于固定工具電極并通過螺帽鎖緊。

進一步優(yōu)選的，所述夾頭選用彈簧夾頭，所述螺帽為彈簧夾頭專用螺帽，螺帽與空心臺階軸的底部螺紋連接用于鎖緊夾頭。此設(shè)計的好處在于，利用彈簧夾頭(即筒夾)來夾持工具電極，安全可靠并能夠根據(jù)不同工具電極的粗細調(diào)節(jié)相應(yīng)的夾持力。

一種多工具電極同步旋轉(zhuǎn)放電加工多微細孔的振動輔助裝置的工作方法，包括以下步驟：

啟動振動電機，振動電機產(chǎn)生激振力，在該激振力的帶動下頂板做上下左右運動，由于頂板受到四個彈簧的約束而所做左右運動較小，在彈簧伸縮的垂直方向位移較大，故頂板主要做上下運動，頂板上下運動的同時帶動相連接的振動連桿也做上下運動，從而帶動與振動連桿底端連接的多工具電極同步旋轉(zhuǎn)夾具裝置做上下振動。

本發(fā)明的有益效果在于：

1、利用本發(fā)明的振動輔助裝置對多工具電極同步旋轉(zhuǎn)夾具裝置上面的多個旋轉(zhuǎn)工具電極施加振動，可以實現(xiàn)多工具電極同步旋轉(zhuǎn)-振動-電火花放電復(fù)合加工多微細孔工件(如航空發(fā)動機噴油霧化腔板)的多個微細孔，也可以實現(xiàn)多工具電極同步旋轉(zhuǎn)-振動-電火花放電復(fù)合加工多個單微細孔工件(如噴嘴等)的多個微細孔，加工效率是目前單電極旋轉(zhuǎn)-振動-電火花放電復(fù)合加工法的數(shù)倍，加工效率顯著提升。

2、本發(fā)明振動輔助裝置與電磁式激振方式相比，利用直流振動電機產(chǎn)生激振力，通過調(diào)節(jié)電壓調(diào)節(jié)振動頻率，通過調(diào)節(jié)偏心塊調(diào)節(jié)振動幅度，具有實現(xiàn)簡單、易于控制的特點。

3、利用旋轉(zhuǎn)機構(gòu)驅(qū)動超聲振動電極可以實現(xiàn)單微細孔的振動復(fù)合加工，但是實現(xiàn)多電極的超聲振動復(fù)合加工成本高且復(fù)雜，與其相比，利用本輔助裝置可以低成本地實現(xiàn)多微細孔的低頻振動復(fù)合加工，開創(chuàng)了多工具電極同步旋轉(zhuǎn)-振動-電火花放電復(fù)合加工微細孔的振動輔助新方法。

4、本發(fā)明振動輔助裝置結(jié)構(gòu)合理、設(shè)計巧妙、操作簡便、造價成本低，其作用效果明顯，調(diào)節(jié)方便，值得推廣應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明振動輔助裝置結(jié)構(gòu)主視圖。

圖2為本發(fā)明振動輔助裝置結(jié)構(gòu)左視圖。

圖3為本發(fā)明振動輔助裝置a-a向剖視圖。

圖4為本發(fā)明振動輔助裝置b-b向剖視圖。

圖5為本發(fā)明使用的多工具電極同步旋轉(zhuǎn)夾具裝置示意圖。

圖6為多工具電極同步旋轉(zhuǎn)夾具裝置的局部結(jié)構(gòu)剖面圖。

其中：1為振動電機、2為頂板、3為彈簧、4為振動連桿連接的角鋼、5為自潤滑軸套、6為座板、7為支架連接角鋼、8為支架鋼板、9為限位軸承、10為限位軸承調(diào)節(jié)螺釘、11為緊固角鋼、12為振動連桿、13為多工具電極同步旋轉(zhuǎn)夾具裝置、14為螺栓、15為張緊導向輪、16為電刷、17為工具電極、18為帶輪、19為同步帶、20為夾具盤、21為帶輪、22為圓形接線片、23為電機、24為電刷盤、25為空心臺階軸、26為深溝球軸承、27為螺帽、28為夾頭。

具體實施方式

下面通過實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明，但不限于此。

實施例1：

如圖1至圖4所示，本實施例提供一種多工具電極同步旋轉(zhuǎn)放電加工多微細孔的振動輔助裝置，包括振動電機1、彈簧支撐部、振動連桿12及導向支架；振動電機1與彈簧支撐部頂部連接，振動連桿12貫穿導向支架且振動連桿的頂端與彈簧支撐部連接、底端與多工具電極同步旋轉(zhuǎn)夾具裝置13連接。

其中，彈簧支撐部包括頂板2、彈簧3和座板6，在頂板2和座板6之間均布有四個所述的彈簧3，振動電機1與頂板2連接，振動連桿12的頂端貫穿座板6與頂板1連接，導向支架與座板6連接。頂板2和座板6為矩形板，彈簧3以焊接方式固定于頂板2和座板6的四個角位處，四個彈簧參數(shù)一致。彈簧3的剛度和阻尼系數(shù)主要根據(jù)振動體質(zhì)量(即振動電機1、頂板2、振動連桿12和多工具電極同步旋轉(zhuǎn)夾具裝置13的總質(zhì)量)、振動電機1的激振力、目標振動幅度等建立的振動微分方程求解獲得。

振動連桿12選用矩形實心桿，振動連桿12的頂端連接有兩個相對設(shè)置的自潤滑軸套5，自潤滑軸套5通過角鋼4與頂板2的下底面固定連接，角鋼4通過螺栓與頂板2的下底面連接。振動電機1利用偏心塊旋轉(zhuǎn)離心力產(chǎn)生激振力，該激振力將使振動電機1振動軌跡為橢圓，當振動電機1作橢圓軌跡運動時，自潤滑軸套5與振動連桿12之間采用自潤滑式轉(zhuǎn)動，帶動振動連桿12上下移動，即振動。

導向支架主要由四塊鋼板8圍接而成，相鄰兩塊鋼板之間通過角鋼11固定連接，四塊鋼板8的頂端又通過角鋼7和螺栓安裝在座板6下底面。導向支架上設(shè)置有上下兩組限位軸承，每組限位軸承包括設(shè)置在四塊鋼板8上的八個限位軸承9，即每塊鋼板上安裝了二個限位軸承且限位軸承通過調(diào)節(jié)螺釘10連接在鋼板上，振動連桿12位于限位軸承9中間，振動電機1振動時振動連桿12通過限位軸承9滾動限位，只能實現(xiàn)垂直方向的振動。

本實施例中，振動電機1選用調(diào)速簡易的直流振動電機，直流振動電機通過螺釘固定安裝在頂板2上表面。利用電機轉(zhuǎn)子軸兩端各安裝一組可調(diào)偏心塊的旋轉(zhuǎn)離心力產(chǎn)生激振力，直流振動電機主要參數(shù)有：額定功率、額定轉(zhuǎn)速、額定工作電壓、激振力等級等。直流振動電機1的選用主要根據(jù)多工具電極同步旋轉(zhuǎn)夾具裝置13的質(zhì)量范圍和振幅范圍確定直流電機的額定功率，使其滿足一定質(zhì)量范圍的負載要求。

在電機功率參數(shù)選定的情況下，調(diào)節(jié)多工具電極同步旋轉(zhuǎn)夾具裝置13的振動參數(shù)有兩種方法：

(1)調(diào)節(jié)振動頻率：通過調(diào)節(jié)振動電機1的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)，利用pwm調(diào)壓技術(shù)調(diào)整振動電機1的工作電壓改變電機轉(zhuǎn)速，進而改變多工具電極同步旋轉(zhuǎn)夾具裝置13的振動頻率。

(2)調(diào)節(jié)振動幅度：通過調(diào)節(jié)振動電機1的軸伸兩端安裝偏心塊的夾角無極調(diào)整激振力的大小，進而改變多工具電極同步旋轉(zhuǎn)夾具裝置13的振動幅值。

實施例2：

一種多工具電極同步旋轉(zhuǎn)放電加工多微細孔的振動輔助裝置，結(jié)構(gòu)如實施例1所述，其不同之處在于：該振動輔助裝置不僅可以用于連接多工具電極同步旋轉(zhuǎn)夾具裝置，也可用于連接單工具電極夾具裝置進行微細孔的加工，但在與多工具電極同步旋轉(zhuǎn)夾具裝置連接時，其工作效率最高，多微細孔加工時的效果一致性更好。

如圖5所示，所配合連接的多工具電極同步旋轉(zhuǎn)夾具裝置13包括夾具盤20、電刷盤24、工具電極夾具、電刷16、電機23和同步帶19；電刷盤24位于夾具盤20上方并通過螺栓14連接，工具電極夾具安裝在夾具盤20上，電刷16和電機23安裝在電刷盤24上，電刷16與工具電極夾具上下對應(yīng)，電機23的輸出軸設(shè)置有帶輪21，帶輪21通過同步帶19帶動工具電極夾具旋轉(zhuǎn)。振動連桿12的底端穿過電刷盤24、夾具盤20的中心通過螺釘與電刷盤、夾具盤固定連接。

工具電極夾具包括空心臺階軸25、帶輪18、夾頭28、螺帽27和工具電極17，帶輪18與空心臺階軸25上部連接且繞接同步帶19，空心臺階軸25貫穿夾具盤20并通過深溝球軸承26、擋圈固定連接在夾具盤20上，工具電極17設(shè)置于空心臺階軸25內(nèi)并與電刷16相接觸，電刷16通過頂部的圓形接線片22連接外部電源，夾頭28與空心臺階軸25的底部連接用于固定工具電極17并通過螺帽27鎖緊。

夾頭28選用彈簧夾頭，螺帽27為彈簧夾頭專用螺帽，螺帽27與空心臺階軸25的底部螺紋連接用于鎖緊夾頭28。

實施例3：

一種利用實施例2所述的多工具電極同步旋轉(zhuǎn)放電加工多微細孔的振動輔助裝置的工作方法，包括以下步驟：

啟動振動電機1，振動電機1產(chǎn)生激振力，在該激振力的帶動下頂板2做上下左右運動，由于頂板2受到四個彈簧3的約束而所做左右運動較小，在彈簧3伸縮的垂直方向位移較大，故頂板2主要做上下運動，頂板2上下運動的同時帶動相連接的振動連桿12也做上下運動，從而帶動與振動連桿12底端連接的多工具電極同步旋轉(zhuǎn)夾具裝置13做上下振動。

多工具電極同步旋轉(zhuǎn)夾具裝置13上的電機23啟動，通過同步帶19帶動多個工具電極夾具上的帶輪18同步旋轉(zhuǎn)，電刷16與工具電極17接觸為工具電極導電。至此實現(xiàn)多工具電極的同步旋轉(zhuǎn)-振動-電火花放電復(fù)合加工多個微細孔的作業(yè)。