CN100522439C - 用于在有限空间中加工的设备 - Google Patents

Abstract

一种加工设备包括：放电加工头部组件；和配置成将头部组件支撑在某个位置以对某个区域加工的电磁体。用于加工的方法包括：将加工工具附着到表面上；将钻头电极置于工件上；以及使用加工工具钻销工件。

Description

用于在有限空间中加工的设备

技术领域

此处公开的设备涉及一种用在有限空间中的加工设备和方法。更具体地，此处公开的设备涉及一种使用电化学放电加工技术或者放电加工技术的加工设备。

背景技术

电化学加工(ECM)和放电加工(EDM)是工业中用于金属加工的两种技术。在EDM中，向钻头电极供应直流电压，工件通过位于钻头电极和工件之间的间隙中形成的电火花进行刻蚀。通常在电极和工件之间的间隙中压入电介质液体。

在ECM中，钻头电极放置得邻近工件并且钻头电极和工件之间存在电势。电解液被压入电极和工件之间的间隙中，并且加工材料通过电化学作用除去。

与EDM加工机器相反，商用的EDM钻孔机可以使用水作为工作流体。在某些情形下，可以使用非传导的去离子水，但是有些情形下可以使用自来水，其中传导率取决于自来水的矿物含量。EDM钻销处理与EDM加工处理并非完全相同。EDM加工处理使用非传导的电解液，而EDM钻销中可以使用半传导性的流体。EDM加工与使用高传导的电解液的ECM(电化学加工)具有某些相似之处。金属去除过程部分是电火花刻蚀，部分是电化学处理。因此，商用EDM钻孔机使用位于中间的可以称作电化学放电加工(ECDM)的处理。

通常，对于ECDM和EDM，钻头电极是中空的并且加工流体(根据实际应用为电介质液体或者电解液)沿着电极在电极内部流过，并且经过电极的加工表面上的孔、槽或者其它类似的开口流出。在ECDM中，由电解溶解产生的气泡在电极和材料之间形成一个非传导区，随之会导致因为这个非传导区上施加了高电压而产生放电。

不幸的是，现今可用的ECDM和EDM工具都比较大而且笨重，不能用在有限空间中。现今可用的ECDM和EDM工具设计成用于必须安装在钻孔机中的工件上，这样EDM或者ECDM钻头电极往下向工件移动，与钻头在钻床中往下移动的方式非常相似。另外，当需要钻出较大直径的孔以有效地钻出某些金属构件例如销和螺钉时，现今的ECDM和EDM也只能钻直径大约为6mm的孔。

如上所述，现今可用的EDM或者ECDM工具不可能或者很难应用在有限空间中。有限空间的一个实例是围绕着安装到涡轮机转子上的转子叶片的空间。涡轮机包括但并不局限于：汽轮机、压缩机以及燃气轮机。转子叶片通常需要从涡轮机的转子上移走。例如在定期维修或者涡轮机要求的停工期间，可能需要这样移走叶片从而对叶片进行检查、整修或者清洁。涡轮机例如蒸汽轮机或者燃气轮机的转子通常具有沿着它的周边配置的几排叶片。每排叶片包括围绕着转子周边等距布置的圆周叶片阵列。通常，每个叶片都具有一个根部且通过所述根部而将叶片保持在转子中。可以使用各种叶片根部形状，例如杉树、燕尾形等等。在装配时，叶片根部沿轴向滑入转子周边上形成的相应形状的槽中。锁定设备例如销通常用于防止叶片根部从槽里滑出。在涡轮机的工作期间，销可能会卡在它们各自的孔中。一旦这些销被卡住，就很难使用一些已知的方式例如锤击或者机械钻孔将它们移走，并且很耗费时间。难于移走这些销和凸出块的部分原因在于涡轮机转子彀之间的空间非常有限，因而如果不能钻出这些销和凸出块就会非常棘手。另外，由于叶片围绕着涡轮机壳体的360度对内部空间延伸，所以很难对笨重的工具进行定位从而钻出这些销。

发明内容

所公开的加工设备的一个实施例涉及一种放电加工头部组件；还涉及配置用于将头部组件支撑在某个位置从而对某个区域加工的电磁体。

所公开的加工设备的另一个实施例涉及一种放电加工头部组件；还涉及与放电加工头部组件连接的头部组件适配板。

另外，所公开的加工设备的一个实施例涉及一种放电加工头部组件；还涉及与放电加工头部组件连接的滑动装置；以及与滑动装置连接的滑块装置适配板。

而且，用于导引钻头电极的所公开设备的一个实施例涉及一种套管；位于套管中的绝缘环；以及与套管连接的套管夹持器。

所公开方法的一个实施例涉及将加工工具附着到表面上；将钻头电极置于工件上；以及使用加工工具钻销工件。

附图说明

参考下面作为示例性实施例的附图，其中类似的元件编号相同：

图1显示了所公开的设备和部分汽轮机转子的视图；

图2显示了所公开设备的透视图；

图3显示了所公开设备的头部组件的透视图；

图4显示了一个导套。

零件列表

转子…………………………………………………………………………10

L-1阶段彀…………………………………………………………………14

L-0阶段彀…………………………………………………………………18

非传统放电加工设备………………………………………………………22

电磁体………………………………………………………………………26

滑动装置……………………………………………………………………28

头部组件……………………………………………………………………30

滑块装置适配板……………………………………………………………31

第一手动滑块………………………………………………………………34

第二手动滑块………………………………………………………………38

微型斜块和旋转虎钳………………………………………………………42

弯箭头………………………………………………………………………46

弯箭头………………………………………………………………………50

头部组件适配板……………………………………………………………54

伺服控制钻头滑块…………………………………………………………58

在钻孔方向具有锁定的手动定位滑块……………………………………62

心轴轴承座和集流管………………………………………………………66

钻轴…………………………………………………………………………68

钻头电极……………………………………………………………………70

套管和套管夹持器装置……………………………………………………74

心轴马达……………………………………………………………………78

传动装置……………………………………………………………………82

伺服马达……………………………………………………………………86

传动装置……………………………………………………………………90

导套…………………………………………………………………………94

活动磁夹持器………………………………………………………………98

绝缘环……………………………………………………………………102

具体实施方式

这里将参考图1至图4以示例而非限制性的方式显示了所公开设备和方法的几个实施例的详细描述。

放电加工

图1显示了可以使用小型便携式ECDM或EDM的有限空间的非限制性实例。其中显示了涡轮机的转子10的一部分的侧视图。在这个实例中，转子10是具有L-1阶段彀14和L-0阶段彀18的汽轮机转子。虽然图1显示了转子的两个彀之间的空间，但这只是这种设备应用于有限空间的许多应用中的一种。连接到L-1阶段彀14上的是一种所公开的设备22。所公开的设备22通过电磁体26附着到彀14上。与商用的ECDM和EDM工具相比，电磁体26可以使设备22相对于工件呈多种方向放置，其中ECDM和EDM工具适合于沿着向下的方向垂直钻入工件中。所公开设备22可以使用电磁体来放置，这样设备22就可以垂直向下、垂直向上、水平或以两者之间的任何角度进行加工。图1显示了非传统的放电加工设备22如何置于两个彀14、18之间的有限空间内以便钻出位于L-1阶段彀14上的转子叶片销(未示出)。

图2显示了所公开设备22的透视图，该设备22可以在有限空间中进行快速、准确地定位以进行操作且具有5个调整轴。5个调整轴是指设备可以围绕着3线性轴和2个旋转轴进行调整。头部组件30显示在设备22的顶部，并且将参照图3对它进行更详细的描述。电磁体26通过滑块装置适配板31连接到滑动装置28上。第一手动滑块34与滑块装置适配板31连接。第一手动滑块34允许操作者可以在所公开的设备22通过电磁体26附着到例如彀14的表面上之后对头部组件30进行定位。第二手动滑块38在操作上与第一手动滑块34相连并且配置成可以使头部组件30相对于第一手动滑块34进行垂直平移。第二滑块38在操作上与微型斜块和旋转虎钳42相连。滑动装置28包括：第一手动滑块34；第二手动滑块38和微型斜块和旋转虎钳42。微型斜块和旋转虎钳42使头部组件30可以按照由弯箭头46所示的两个方向进行旋转。微型斜块和旋转虎钳42使头部组件30可以按照弯箭头46所示的方向进行旋转。微型斜块和旋转虎钳42还可以使头部组件30发生由箭头50所示的角度倾斜。虽然在这个实施例中讨论了手动滑块、微型斜块和旋转虎钳，但是应该理解，只要可以使头部组件30相对于钻孔的表面或者区域进行定位的任何机构都可以是其等效物，这些等效物可以用在该公开设备的各种实施例中。

图3显示了头部组件30实施例的特写透视图。此文中，对头部组件30使用的词语“放电加工”是指EDM和ECDM。头部组件适配板54用于将头部组件连接到如图2所示的微型斜块和旋转虎钳42上。伺服控制的钻头滑块58固定地连接到头部组件适配板54上。在钻孔方向具有锁定的手动定位滑块62固定地连接到伺服控制钻头滑块58上。手动定位滑块62、第一手动滑块34、第二手动滑块38和微型斜块和旋转虎钳42为该公开的设备提供5个调整轴。心轴轴承座和集流管66固定地连接到手动定位滑块62上。钻轴68可旋转地连接到心轴轴承座和集流管66上。钻轴68可以由商用的直柄套筒夹改造得到。钻头电极70固定地连接到钻轴68上。当前可用的EDM和ECDM工具可以钻出大约6mm的孔，这并不是很大，不足以钻出例如销和螺钉的各种金属构件。在本公开设备的一个实施例中，钻头电极70设计成可以钻出大约12mm的孔。在一个ECDM实施例中，心轴轴承座和集流管66含有电解液(在这种情形下可以使用普通的自来水)，并且集流管与钻轴68通过液体连通。钻轴68与中空的钻头电极70流体连通。集流管66向钻头电极提供ECDM过程所需的电解液。在另一个实施例中，可以配置头部组件用于EDM过程，并且这种情形下集流管将含有供给中空钻头电极70的电介质。连接到钻轴68上的是电刷柄74。电刷柄74向钻轴68和钻头电极70提供电压。当设备22工作时，图中未显示的电源就与电刷柄74接通。当钻头电极70的大小设计成钻出大约12mm的孔时，使用电刷柄74就可以允许更大数量的电流到达电极。心轴马达78连接到用于电解液的心轴轴承座和集流管66上。心轴马达78经由传动装置82传输功率以使钻轴68和所附的钻头电极70旋转。传动装置82可以是但并不局限于滑轮和皮带系统、齿轮系统或者直接耦合。伺服马达86固定地连接到头部组件适配板54上，该马达经由传动装置90向伺服控制的钻头滑块58传输平移运动。传动装置90可以是但并不局限于滑轮和皮带系统、齿轮系统或者直接耦合。伺服马达86接收与供给钻头电极70的电流成比例的信号。伺服马达将根据电流信号移动伺服控制的钻头滑块58。如果电流信号指示出钻头电极70和工件之间的短路情况，伺服控制钻头滑块58将会从工件上撤回钻头电极70。这样的回撤可以防止钻头电极70焊接到工件上。

参照图3描述的头部组件30配置成尺寸最小从而使它可以用在很小的有限空间中，例如涡轮机的两个彀14、18之间。在一个实施例中，图3所示的头部组件30的长度为9.6英寸，宽度为6.5英寸并且高度为5.5英寸。因此，所公开设备22的这个实施例可以用在如图1所示的涡轮机的两个彀之间的有限空间中，其中彀之间只相隔10英寸。这在钻出定子叶片销时尤其有用。然而，所公开设备22可以用于任何使用ECDM或者EDM的地方。头部组件30也可以用于无损评估程序和槽口横向键切除的现场钻孔中。在另一个实施例中，还可以使用尺寸大约为上述实施例一半的小元件来配置头部组件30。

图4显示了所公开设备的另一方面。图中显示出导套94通过套管夹持器98附着到工件上，在此实例中为彀14。在一个实施例中，套管夹持器可以是几种商用的磁性基座中的任何一种。导套94将钻头电极70导向工件的特定区域上，在此实例中为彀14上的一个区域。导套94具有绝缘环102，绝缘环102可以与钻头电极70进行接触而不会与钻头电极70发生短路。当钻头电极70具有较长的长度以至于钻头电极末端会发生导致加工不精确的摇摆时，就需要导套。

所公开设备22可以配置成与多轴机械手联合起来在多个方向例如垂直、水平或者它们之间的角度执行ECDM或者EDM。非传统的放电加工设备22可以通过滑块装置适配板31或者头部组件适配板54连接到这样的机械手上。

在所公开设备的一个实施例中，伺服马达86可以是型号为MSMA042A1A的Panasonic伺服马达。伺服控制钻头滑块58可以是LS2-4型号的Deltron滑块。心轴马达78可以是微驱动马达，型号为MD2230。在钻孔方向具有锁定的手动定位滑块62可以是Velmex Unislide，型号为ZA2506A-S2_BK-TSL。供给所公开设备的功率可以到达大约为120kVA的最大输入功率，最大工作电流大约为120A，输出电压大约为80-250V。液体输送系统的最大压力大约为5Mpa(725psi)。输出功率可以是脉冲型的。

所公开设备具有可以使EDM或者ECDM设备在有限空间进行操作的优点。另外，所公开设备是便携的，即设备可以移到工件上。该设备具有5个调整轴，这样钻头电极的轴就可以与工件准确地对准。如果与工件没有对准，就会导致工件的损坏，例如工件可以是设备中非常昂贵部分的汽轮机转子。所公开设备具有的机械钻销力很小甚至不具有机械钻销力。那些较大的钻销力，例如在机械钻孔中的钻销力，会由于工件的非一致性或者钻头不均匀的几何结构而造成工件的损坏。EDM和ECDM过程与工件的硬度无关，因此钻销速度是可以预测的。而且，所公开设备可以通过电磁体连接到一个表面上。工件表面可以位于任何角度，因为所公开的设备可以经由电磁体连接到工件表面上。另外，所公开设备可以钻出直径多达12mm的孔。

虽然参照示例性实施例对所公开的方法和设备的实施例进行了描述，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离所公开的方法和设备的范围内，可以进行各种修改并且可以用等效物来替换其中的元件。另外，在不偏离其本质范围内，可以对所公开方法和设备的实施例的示教进行许多改进以适应具体情况或者材料。因此，所公开的方法和设备的实施例并不局限于如最佳实施方式所公开的特定实施例，其中最佳实施方式意在实现所公开方法和设备的实施例，而是所公开的方法和设备的实施例将包括所有落入所附权利要求书的范围之内的实施例。

Claims (9)

1.—种加工设备，包括：

放电加工头部组件(30)；

支撑所述头部组件的滑动装置，和

配置用于将所述滑动装置支撑在工件上的一位置中以对某个区域进行加工的电磁体(26)，

其中，所述滑动装置允许所述头部组件基本水平于支撑的工件表面的直线性平移。

2.如权利要求1所述的设备，其中头部组件(30)具有的尺寸不大于：宽度约6.5英寸×长度约9.6英寸×高度约5.5英寸。

3.如权利要求1所述的设备，其中头部组件(30)具有的尺寸不大于：宽度约3.3英寸×长度约4.8英寸×高度约2.8英寸。

4.如权利要求1所述的设备，配置成具有5个调整轴。

5.如权利要求1所述的设备，还包括配置成向放电加工头部组件(30)提供三个调整轴的三个手动滑块(34、38、62)。

6.如权利要求1所述的设备，还包括配置成向放电加工头部组件(30)提供两个调整轴的斜块和旋转虎钳(42)。

7.如权利要求1所述的设备，其中所述放电加工头部组件是电子放电加工头部组件。

8.如权利要求1所述的设备，其中所述放电加工头部组件是电化学放电加工头部组件。

9.如权利要求1所述的设备，其中放电加工头部组件(30)配置成可以钻直径最大约为12mm的孔。

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