專利名稱：電火花加工精密平面和球面新技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電火花加工精密平面和球面的新技術(shù)方法。屬于電火花加工(ElectricDischargeMachining)技術(shù)領(lǐng)域。
用本發(fā)明所述方法加工時(shí)工件和工具電極同時(shí)分別繞各自的位于同一平面的兩條軸線作回轉(zhuǎn)運(yùn)動。用回轉(zhuǎn)的薄壁圓筒形(整體或局部)工具電極解決電極損耗對加工精度的影響，由工件回轉(zhuǎn)軸和工具電極回轉(zhuǎn)軸之間的夾角及工具電極直徑?jīng)Q定球面成形曲率半徑及平面成形精度。
現(xiàn)有的機(jī)械加工方法，如精車某些金屬材料的某些類型的平面和球面，可以達(dá)到微米級尺寸和形位精度，但是難以達(dá)到鏡面效果，對于淬硬的材料，通常用磨削方法能達(dá)到精密加工要求，然而對于一些難切削材料如硬質(zhì)合金、不銹鋼、鈦合金等工件的有些形面，如凹入式小平面、多臺階形面、凹超半球面、大半徑球面等，無論用車削、磨削或其他機(jī)械加工方法均難實(shí)現(xiàn)精密級平面和球面加工。
現(xiàn)有的電火花加工技術(shù)方法可以克服常規(guī)機(jī)械加工方法對金屬材料適應(yīng)性不足的缺點(diǎn)，但對精密平面，特別是較大平面和各種精密球面加工時(shí)，工件的幾何尺寸精度和表面質(zhì)量不能同時(shí)達(dá)到微米級鏡面加工要求，現(xiàn)有的成型電火花加工技術(shù)方法能夠加工工件上較小的平面，但是不能加工較大的面積或深凹的精密平面或由若干平面組成的精密多臺階面?，F(xiàn)有的電火花加工技術(shù)只能加工出一般精度要求的球面，不能加工出高精度球面，現(xiàn)有的成型電火花加工技術(shù)方法存在的主要問題是加工運(yùn)動方式不能適應(yīng)精密平面和球面的成形要求，而且加工區(qū)的排屑排氣，工具電極的損耗及極間電容的影響等問題也難以解決?，F(xiàn)有的電火花線切割技術(shù)能切割工件上的一般平面和凸球面，但受其加工運(yùn)動方式的限制不能切割凹入式平面、盲孔類環(huán)狀多臺階平面、組合型面。加工凸球面時(shí)效率極低，也難達(dá)到高精度要求，而且不能加工凹球面。
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有的電火花加工技術(shù)方法和機(jī)械加工方法在加工精密平面和球面方面長期存在的上述問題，提供一種電火花加工精密平面和球面的新技術(shù)方法。
本發(fā)明提供一項(xiàng)電火花加工精密平面和球面的新技術(shù)方法，其特征是工具電極和工件分別繞自身轉(zhuǎn)軸作回轉(zhuǎn)運(yùn)動，兩條回轉(zhuǎn)軸位于同一平面內(nèi)相交成某一角度，該角度等于零度即兩條回轉(zhuǎn)軸平行時(shí)用來加工平面，該角度不等于零度時(shí)用來加工球面，加工平面時(shí)工具電極或工件作軸向進(jìn)給或再附加徑向運(yùn)動，加工球面時(shí)工具電極或工件只作軸向進(jìn)給，工具電極的形狀是薄壁圓筒形(整體或局部)。加工整體平面時(shí)薄壁圓筒形工具電極的筒壁通過工件回轉(zhuǎn)軸心，以軸向進(jìn)給方式加工。加工中空或中部凸起的環(huán)狀平面時(shí)薄壁圓筒形工具電極的筒壁可以通過或不通過工件回轉(zhuǎn)軸心，加工形狀完整的局部凸球面或凹球面，薄壁圓筒形工具電極軸向進(jìn)給到最終位置時(shí)，其筒壁通過工件回轉(zhuǎn)軸心，加工環(huán)形凸球面或環(huán)形凹球面時(shí)薄壁圓筒形工具電極筒壁可以通過或不通過工件回轉(zhuǎn)軸心。
用本發(fā)明所述方法加工球面時(shí)，調(diào)整工件轉(zhuǎn)軸和工具電極轉(zhuǎn)軸之間的夾角和選擇工具電極的直徑來獲得需要的球面半徑，由設(shè)備的運(yùn)動精度保證工件的成形精度。
本發(fā)明所述技術(shù)方法加工平面時(shí)的成形運(yùn)動方式和原理如下(參看

圖1)。工件(1)繞軸線O1O1回轉(zhuǎn)。工具電極(2)繞軸線O2O2回轉(zhuǎn)，該兩條軸線相互平行，通常位于與坐標(biāo)工作臺面平行的同一平面內(nèi)。
設(shè)點(diǎn)a是薄壁圓筒形工具電極圓筒前緣最凸出的一個(gè)點(diǎn)，當(dāng)電極繞自身的軸回轉(zhuǎn)時(shí)點(diǎn)a的運(yùn)動軌跡是一個(gè)垂直于該電極轉(zhuǎn)軸O2O2的圓，工件邊緣端面上點(diǎn)b的運(yùn)動軌跡是一個(gè)垂直于工件轉(zhuǎn)軸O1O1的圓，當(dāng)工具電極和工件同時(shí)回轉(zhuǎn)時(shí)工具電極的邊緣對準(zhǔn)工件回轉(zhuǎn)軸線并作軸向進(jìn)給。由圖2可見，點(diǎn)a的圓形運(yùn)動軌跡可以覆蓋整個(gè)工件在點(diǎn)b的圓形運(yùn)動軌跡范圍內(nèi)的被加工端面，工件被加工端面上的最凸起部位將首先被電蝕除去，在軸向進(jìn)給過程中，工件的受蝕面逐漸擴(kuò)展，最后形成一個(gè)完整的平面。加工過程中工具電極本身的損耗使其端面得到自動修整。進(jìn)入正常穩(wěn)定加工狀態(tài)時(shí)，工具電極端部形成窄環(huán)面，對準(zhǔn)工件端面進(jìn)行火花放電加工，如圖2所示若薄壁圓筒形電極筒壁通過工件回轉(zhuǎn)軸心，則可以加工出整體平面(圖1和圖3)，若筒壁不通過工件回轉(zhuǎn)軸心則可加工中空的平面(圖4)或中部凸起的環(huán)狀平面(圖5)，若需精修與平面相鄰的圓柱面，可使電極再附加徑向運(yùn)動，被加工平面的幾何形狀精度主要取決于機(jī)床的動態(tài)精度和工件轉(zhuǎn)軸和工具電極轉(zhuǎn)軸的平行度。
加工球面時(shí)的成形運(yùn)動方式和原理如圖10和圖11所示，工件(1)繞軸線O1O1回轉(zhuǎn)，工具電極(2)繞軸線O2O2回轉(zhuǎn)，軸線O1O1和軸線O2O2位于同一平面內(nèi)，并相交成θ角，該兩條軸線所在的平面通常與坐標(biāo)工作臺面平行、加工時(shí)工具電極作軸向進(jìn)給，設(shè)軸線O1O1和軸線O2O2的交點(diǎn)為O、工件經(jīng)加工后形成的球面半徑為R、薄壁圓筒形工具電極的外徑為d，加工成形區(qū)在圖上用有細(xì)點(diǎn)子的區(qū)域表示、由于薄壁圓筒形工具電極的回轉(zhuǎn)軸線O2O2通過工件球心O，因此該電極圓筒端面周邊與工件球面能夠貼合，因?yàn)榍蛎姹蝗我黄矫嫦嗲懈顣r(shí)其截面均為圓形面、由此得出，加工開始時(shí)工件上需蝕除的加工余量總是凸出在球面之外，工具電極的初始位置是沿自身轉(zhuǎn)軸后退一段距離。如圖10和圖11中虛線所示，在加工過程中回轉(zhuǎn)的工件上需去除的余量逐漸被蝕除，工具電極本身由于損耗，同時(shí)自動修整成為窄環(huán)形面對工件進(jìn)行火花放電加工，而位于工件球形界面以內(nèi)的任何部分均不會孤立的被蝕除。最后必然形成需要的球面。若工具電極到達(dá)最終進(jìn)給位置時(shí)電極的筒壁通過工件回轉(zhuǎn)軸心，則可以加工出完整形狀的局部凸球面(圖10)，或局部凹球面(圖11)，對于環(huán)形凸球面(圖16)和環(huán)形凹球面(圖17)，電極筒壁可以通過或不通過工件回轉(zhuǎn)軸心。
球面成形幾何參數(shù)間的關(guān)系圖12中有細(xì)點(diǎn)的部分是工件需加工形成的球面，其球面半徑為R，薄壁圓筒形工具直徑為d，工件的回轉(zhuǎn)軸和工具電極的回轉(zhuǎn)軸之間的夾角為θ，從圖中可以得出如下關(guān)系式sinθ＝d/2R對于加工件半徑為確定值的球面來說，隨著選用電極直徑d的增大，夾角θ亦需相應(yīng)加大。
電火花加工過程中電規(guī)程的選擇在使用本發(fā)明所述技術(shù)方法加工過程中的各個(gè)階段應(yīng)該選擇不同的電規(guī)程，對于電蝕加工余量較大的工件，在初始階段通常選用電極低損耗的粗規(guī)程加工，以提高加工效率，使工件很快成形、然后逐漸減弱規(guī)程，兼顧加工精度和表面粗糙度兩個(gè)方面。最終使兩者同時(shí)達(dá)到工藝指標(biāo)要求。
與現(xiàn)有的電火花加技術(shù)方法相比本發(fā)明所述技術(shù)方法有下列突出的技術(shù)進(jìn)步1、展成成形方式中薄壁圓筒形工具電極的筒壁前緣通過工件回轉(zhuǎn)軸心，加工過程中工具電極繞自身轉(zhuǎn)軸回轉(zhuǎn)和作軸向進(jìn)給，運(yùn)動形式簡單，平面及球面的成形精度主要取決于軸系轉(zhuǎn)動時(shí)的動態(tài)精度。目前機(jī)械行業(yè)對軸系轉(zhuǎn)動精度的控制技術(shù)和接近亞微米級精度的實(shí)用機(jī)構(gòu)均已發(fā)展到相當(dāng)成熟的程度。因此用本發(fā)明所述方法十分有利于加工高精度的平面和球面。
2、用本發(fā)明所述技術(shù)方法加工時(shí)，工具電極對工件的被加工部位不施加明顯的作用力，因此實(shí)施本發(fā)明所用設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)較易解決。
3、用本發(fā)明所述技術(shù)方法可以方便地加工凹入式精密平面和精密凸、凹球面，用傳統(tǒng)方法加工這類型面通常難以達(dá)到精密級加工的要求。
4、薄壁圓筒形工具電極、加工運(yùn)動方式和布局、加工過程中形成的工作液液流等使排屑、排氣條件始終處于良好狀態(tài)，從而有效地防止因排屑、排氣不良造成拉弧燒傷現(xiàn)象的發(fā)生與通常的電火花成型加工相比，二次放電的機(jī)率明顯減少。
5、薄壁圓筒形工具電極設(shè)計(jì)制造方便，利用率高，通用性好，成本低，取材方便。用普通的銅材即可以滿足需要。
6、薄壁圓筒形工具電極的幾何形狀和表面質(zhì)量通過回轉(zhuǎn)和軸向進(jìn)給以及電極自身的損耗得到自動修整，徹底克服了常規(guī)電火花成型加工中電極損耗和電極的初始幾何形狀精度對加工精度的影響。即使工具電極的端面制造質(zhì)量稍差，在加工過程中會自動整形，工件和電極的表面質(zhì)量會同步提高，工件最終的表面粗糙度與工具電極端面原始的表面質(zhì)量狀況無關(guān)，也就是說能以原始粗糙的工具電極加工出最終精密光潔的工件表面。
7、加工較大的面型時(shí)，由于采用薄壁圓筒形(整體或局部)電極，仍可使瞬時(shí)放電加工面積相對減小，工件和工具電極間的電容量也相應(yīng)減小，便于選擇很弱的電規(guī)程，有利于在極小的放電間隙下進(jìn)行大面積鏡面加工。
8、成形運(yùn)動方式簡煉，實(shí)用機(jī)構(gòu)精度容易得到保證，排屑排氣條件好，便于在加工過程中實(shí)現(xiàn)電規(guī)程的分級或連續(xù)轉(zhuǎn)換，從粗加工精加工直到超精加工可以平穩(wěn)過渡。
9、本發(fā)明所述技術(shù)對特殊材料(如不銹鋼、硬質(zhì)合金、脆性金屬等)工件的一些型面類型加工，其加工效率和精度均超過傳統(tǒng)的電火花加工方法和機(jī)械加工方法。
對附圖的說明圖1是加工平面的成形運(yùn)動方式和原理圖。
圖2說明工具電極端面外緣上的一點(diǎn)(a)的運(yùn)動軌跡和工件端面邊緣上的一點(diǎn)(b)的運(yùn)動軌跡及其相互關(guān)系。
圖3所示加工方式和布局可加工凹入式平面，圓筒形電極還能同時(shí)加工相接的內(nèi)圓柱面，而且接合處的棱角清晰。
圖4所示是加工臺階孔的方法，工件一次性裝夾到芯軸上，工具電極分若干次移位或更換電極加工形成多臺階孔、各個(gè)孔的同軸度和各平面間的平行度精度很高、平面和圓柱面接合處的棱角清晰，圖中OO是移位后的工具電極的回轉(zhuǎn)軸線。
圖5所示是加工平底環(huán)形槽的方法、用圓筒形工具電極的外圓柱面加工環(huán)形槽外側(cè)圓柱面，用電極的內(nèi)圓柱面加工環(huán)形槽內(nèi)側(cè)圓柱面，用電極的端面加工環(huán)形槽底平面，當(dāng)電極筒壁厚度與槽寬的尺寸選配合適時(shí)，形成的環(huán)狀底平面平面度好，槽底棱角成形清晰，特別適用于端面軸承滾道及密封聯(lián)接件密合面等的加工。
圖6所示是加工組合型面的方法，工件一次性裝夾到芯軸上，用幾個(gè)電極分次加工各型面。各型面同軸精度高，底平面相互間的平行精度高，間距公差容易控制，能達(dá)到微米級精度。
圖7所示是加工帶凸肩的工件的方法，分三個(gè)階段進(jìn)行加工。
圖8所示是加工外圓環(huán)形槽的方法。槽的兩側(cè)為平面、槽底是圓柱面，工具電極的形狀與以前所述形狀略有不同。圓筒形工具電極的筒底在圓筒中間，即筒底兩側(cè)相當(dāng)于兩個(gè)圓筒。
筒底在圓筒中間，即筒底兩側(cè)相當(dāng)于兩個(gè)圓筒。
圖9所示是加工兩面平行的薄片的方法。工件的兩面預(yù)先磨平行。先加工一面，然后將工件翻身再加工另一面。用本發(fā)明所述方法可以加工出厚度僅為幾十微米兩面平行的薄片。
圖10所示是加工凸球面的方法。
圖11所示是加工凹球面的方法。
圖12用來解釋工件球面半徑R、圓筒形工具電極直徑d和兩條迥轉(zhuǎn)軸的夾角θ三者之間的函數(shù)關(guān)系。
sinθ＝d/2R，或R＝d/2sinθ.
圖13表示當(dāng)工具電極直徑d固定時(shí)，改變θ角加工半徑R不同的球面的方法，球面的立體包角將隨R的增大而減小。
圖中 R1＜R2;α1＞α2圖14表示兩條回轉(zhuǎn)軸的夾角θ固定時(shí)，用直徑為d的圓筒形工具電極加工球面。當(dāng)電極端面在Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三個(gè)不同位置時(shí)加工形成的球面用細(xì)點(diǎn)標(biāo)出。在Ⅰ和Ⅱ的情況下，由于電極筒邊緣不與工件回轉(zhuǎn)軸接合，sinθ＝d/2R的關(guān)系式不再成立，而且加工形成的是以兩平行截面為界限的環(huán)形球面。
圖15進(jìn)一步表明工具電極筒緣不與工件轉(zhuǎn)軸接合，對以假想輪廓線包圍的工件毛坯進(jìn)行加工的結(jié)果。在工件的回轉(zhuǎn)軸周圍會形成局部凸起錐狀體，但它并不影響球面部分的成形精度。
圖16說明加工局部環(huán)形凸球面主方法。
圖17說明加工局部環(huán)形凹球面的方法。
圖18表示兩條回轉(zhuǎn)軸相交成90度時(shí)加工對稱形局部環(huán)形球面的方法。
圖19說明加工凸超半球面的方法。
圖20說明加工凹超半球面的方法。
權(quán)利要求
1.一種電火花加工精密平面或球面的技術(shù)方法，其特征是工具電極和工件分別繞自身轉(zhuǎn)軸作回轉(zhuǎn)運(yùn)動，兩條回轉(zhuǎn)軸位于同一平面內(nèi)相交成某一角度，該角度等于零度即兩條回轉(zhuǎn)軸平行時(shí)用來加工平面，該角度不等于零度時(shí)用來加工球面，加工平面時(shí)工具電極或工件作軸向進(jìn)給或再附加徑向運(yùn)動，加工球面時(shí)工具電極或工件只作軸向進(jìn)給，工具電極的形狀是薄壁圓筒形(整體或局部)。
2.權(quán)利要求1所述的技術(shù)方法，其特征是加工整體平面時(shí)薄壁圓筒形工具電極的筒壁端面通過工件回轉(zhuǎn)軸心，以軸向進(jìn)給方式加工。
3.權(quán)利要求1所述的技術(shù)方法，其特征是加工中空或中部凸起的環(huán)狀平面時(shí)薄壁圓筒形工具電極的筒壁端面可以通過或不通過工件回轉(zhuǎn)軸心。
4.權(quán)利要求1所述的技術(shù)方法，其特征是加工形狀完整的局部凸球面或凹球面，薄壁圓筒形工具電極軸向進(jìn)給到最終位置時(shí)，其筒壁端面通過工件回轉(zhuǎn)軸心。
5.權(quán)利要求1所述的技術(shù)方法，其特征是加工環(huán)形凸球面或環(huán)形凹球面時(shí)薄壁圓筒形工具電極筒壁端面可以通過或不通過工件回轉(zhuǎn)軸心。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電火花加工精密平面和球面新技術(shù)的方法，工件和工具電極同時(shí)分別繞各自位于同一平面的兩軸線作回轉(zhuǎn)運(yùn)動，用圓筒形工具電極解決電極損耗對加工精度的影響。由工件和電極兩轉(zhuǎn)軸間的夾角和電極直徑?jīng)Q定球面成型曲率半徑及平面成型精度。與現(xiàn)有的電火花加工方法相比，本方法簡單，加工精度高，工件球面半徑可靈活調(diào)整選定，可加工各種金屬工件的平面、任意大直徑的凸凹球面、超半球球面、多臺階面及多種組合型面、精度達(dá)微米級，能實(shí)現(xiàn)大面積鏡面加工。
文檔編號B23H1/00GK1088141SQ92107849
公開日1994年6月22日 申請日期1992年12月16日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月16日
發(fā)明者孫昌樹 申請人:國營江南光學(xué)儀器廠