CN1008428B - 电蚀加工方法及执行该方法的电蚀机床 - Google Patents

Abstract

本电蚀加工方法和设备用于加工(原始)电极，随后不用重新夹装电极用已加工好的电极对工件进行电蚀型腔加工。实质上是一台普通电蚀型腔机床，但在槽内附加安装一个线切割装置，可以绕一轴线转动。还设置了电极料座和电极变换装置，大量储存了(原始)电极、心轴和工件。用软钎焊方法可能获得高精度的安装或固定，可选用与探测器连接。

Description

本发明涉及一种电蚀加工方法，其中（原始）电极是用电蚀进行加工的，接着不用重新夹装电极，就可以用来对工件进行火花电蚀加工。本发明还涉及一种执行上述方法的电蚀机床，其机床工作台至少在一个平面（XY平面）内可以移动，工作台上固定有一个绝缘槽，轴套上有一个型腔电极（原文为countersink-electrode）夹持装置，轴套至少有一个运动自由度（Z轴）。

从瑞士伯尔尼出版的1985年第29期杂志“技术评论”（霍尔维克-维拉克编写）第11页中，我们知道，在型腔电蚀机床中，对固定在轴套中的一个电极进行电蚀，然后检查其长度和/或直径。把一个型腔电极固定到机床工作台上。检查完之后，用电极来电蚀加工工件，该工件也安装在机床工作台上。也建议在机床工作台上使用工具电极变换装置和/或具有完整的安装夹紧装置的工件托板系统。同时还指出，很难在工作台上对齐工件，可以使用机械的或电子探测器来很方便地测量工件的精确位置，它们也例如用来测量在工具变换装置上的电极。

1981年，在汉诺威的电机械光学机床展览会上由瑞典3R公司展出了型腔电蚀机床上使用的电极变换装置。它也显示了可以把复杂的型腔电极细分为几个分电极。

日本公开说明书JP-OS53-24200/74叙述了一种线切割机床，它采用线切割所产生的切块，沿行星轨道电蚀工件进行锥形扩展，上述切块起型腔电极的作用。

人们也知道，可以把线切割装置安装在型腔电蚀机床的轴套上。其 一个实例刊登在美国纽约1985年一月/二月号“放电加工文摘”第13页中的“放电加工技术”的一篇广告中。根据前述的3R系统所提出的电极细分，对电极的制造原则上提出了很高的要求，因此只应用于专门的情况。该JP-OS的构思只局限于生产一种型腔电极，适用于工件上先前开有精确形状的开孔。该机床不能用于更复杂的型腔电极的一般生产。人们已经知道，在一台电蚀机床上加工型腔电极，这些电极被当作工件，在生产出来之后才被当作“电极”，它们在另一台机床上被用作型腔电极。这种方法尤其有缺点，生产程序（从原始电极到完全加工好的工件）不能够自动化。因此，它们只是辅助加工方法，绝少应用于生产。

本发明的目的是改进前述的电蚀加工方法和电蚀机床，使电蚀加工能够对三维形状进一步自动化，同时，尽可能改进加工过程的精确性和提高成品的精度。

这个目的是靠本发明的特征来实现的，即原始电极是在加工区的第一区进行线切割电蚀加工的，而工件是在加工区的第二区内进行加工的，第一区和第二区不同，在工作电极被加工出之后，将其从第一区移到第二区，再在第二区对工件进行加工。为此，在电蚀机床中，加工区由一个槽隔板分隔成第一和第二加工区，线切割装置设置在第一加工区内，并且可绕水平轴线转动。

本发明的主要优点在于，从电极和工件的原材料开始，直到完全加工好的工件，全部加工过程可以在一台机床内实现。全部加工可以自动化，有可能用型腔电蚀机床实现24小时无监控操作。此外，在电极制造和型腔加工之间不需要重新夹装电极，不需手工操作，甚至不需要电极切断。

根据本发明，机床的功能可以大大增加。因此，虽然只比常用的型腔电蚀机床稍稍复杂一些，成本也稍高些，但它却能完成两台甚至是三 台数控机床的工作，同时，电极材料的消耗却可以急剧地减少。

根据相应的程序，自动控制系统接管了从电极生产到工作加工的全部作用。通过只需一次设定的工作程序，就有可能对计算机输入全部日常加工工作程序，例如电极细分，电极尺寸不足的计算、电极工作程序的准备、加工参数选择和工件测量及准备等。

借助于本发明进一步发展所描述的夹装系统，有可能使电极和工件的相互往复位置获得高精确度的对齐，同时可完全避免常用的机械操纵式夹爪所带来的夹装误差。机床在安装固定时所占据的位置实际上是精确已知的，在夹紧装置和被安装的工具或电极之间不会有另外的位移。

本发明的其它有利的发展可以以下文所叙述的从属权利要求的特征中推断出来。

当原始电极在第一加工区内进行线切割电蚀加工的时候，电极丝可绕水平轴线转动而变向。

原始电极是用软钎焊固定的，对钎料加热之后，电极可以再次卸下。另外，工件或者夹持工件的工件托板也是用软钎焊固定到机床工作台上的，加热钎料之后，可以再次移开。

原始电极也可以在机床之外通过成形、切割或修整进行予加工和进行储存。

原始电极可由板料或带状材料成形出来，成形时使各单个电极靠至少一个连接板连接在一起。再把成形的（原始）电极带卷绕到一个卷筒料座上，在把电极从上述座移出时，把连接板切掉。

线切割装置可安装在槽的一个侧壁上。线切割装置有一个U形支架，电极丝置于支架臂之间，支架臂偏移轴线。线切割装置上装有按照电极形式的钻孔装置，还至少安装有一个位于细长杆顶端上的接触探测器，该杆基本上与线切割装置的水平旋转轴线相垂直。

电蚀机床上安装有可以和槽一起移动的电极变换装置，以及电极和 /或工件料座。携带被加工工件的工件托板带着心轴一起安置在电极变换装置上。

轴套上的固定装置设有加热装置，加热装置是一个电阻加热系统，也可以是一个感应线圈。轴套的自由端和/或托板心轴，（原始）电极、附加的探测器上自由端都敷有可以软钎焊的材料。

在第二加工区域的机床工作台上，设有一个或多个工作台心轴，其顶部自由端上敷有可以软钎焊的敷层材料，在所有情况下，上述工作台心轴都有其自身的加热装置。

在另一种实施方案中，轴套一侧的心轴和/或带工件托板的心轴，在其自由端上可以有永久磁铁。

轴套有一个转动装置，可以使轴套绕其轴转动。

轴套一侧的心轴和（原始）电极上有冲液孔，同时，工件和工件托板也可以选择地有冲液孔。

下文结合非限定性的实施方案和附图，详细描述本发明。附图中表示：

图    1是按照本发明的电蚀机床的构造简图。

图2a至2c是几个心轴的实例。

图3a至3c是带状（原始）电极的几个实例。

图4a和4b是堆叠式料座的实例。

图    5是具有啮合平面的工件的实例。

图    6是用磁性吸合工件的实例。

图    1表示了这种自动电蚀机床的基本构造。除了未表示出的一些常用的部件，例如数字控制系统、脉冲发生器和绝缘处理装置外，该机床还包括有一个至少在一个主工作平面（XY平面）内可以移动的工作台1，一个第一加工区2，一个第二加工区3、一个轴套4、一个（原始）电极料座5、一个电极变换装置6以及一个绝缘槽7。槽7固定在工作 台1上并随之一齐移动。工作台靠驱动器10和11沿主轴（X轴和Y轴）方向运动。

在槽7的第一加工区2内设置有线切割加工装置20。该线切割加工装置有常用的电极丝21，电极丝以长度方向拉紧的方式伸出，其往外引出部分未图示。这里采用了线切割机床常用的零部件，例如放丝心轴、送丝器、导入丝、导丝轮、冲液喷咀和卷丝轮。这些零部件的功能与已知线切割机床上的相应部件没有区别。线切割装置20的安装是可活动的，使电极丝可相对于主工作平面（XY平面）倾斜。电极丝的方向可以从平行于XY平面的位置向着垂直于XY平面位置变化。为此，把线切割装置20安装在槽7的一个壁上，在本实施方案中使之可以绕一个平行于XY平面的轴线12转动，转动的方向用箭头A表示出来。

在所述的实施方案中，线切割装置有一个U形的支架25，其两个臂26、27平行于XY平面，在臂的自由端开有导向电极丝用的槽。这些导向槽的深度比电极丝的直径稍浅些，以便为线切割加工提供最大的自由度。这两个臂26、27相对于转动轴线12稍微偏移一定距离。在臂26、27上稍微退离电极丝的地方，设置有钻孔装置22和探测器23、后者的主轴与电极丝的轴线垂直，钻孔装置22可以是各种线切割机床中常用的一种组件，也可以具有更简单的结构，按照图5所描述的方式，把柱状或管状电极固定到钻孔装置22上。钻孔装置不需要另有其自身的进给驱动，因为进给运动可以通过现有的五个机床轴（X、Y、Z、C、A）来完成。

第一加工区2用于“工件的蚀割加工，下文中将说明，该“工件”是安装在轴套4上的。在特定的情况下，上述工件是（原始）电极43、借助心轴42固定到轴套4上。轴套4可以靠驱动器40在Z轴方向上（与X、Y轴垂直）移动。借助于驱动器41，电极43和心轴42可以绕Z轴线转动，该转动轴线通常称之为C轴线。

在第一个加工阶段，第一加工区2带动线切割装置20移动，对当作“工件”的（原始）电极进行蚀割。第一加工区2内充填了介电的溶液。在本实施方案内，第一和第二加工区之间用一块隔板24隔开。

第二加工区3用作型腔加工区，通常充满了碳氢绝缘液。然而，在某些使用小电极的专门用途里，在完成型腔加工时也可以很方便地采用介电溶液，这时就不需要用隔板24。

在第一加工区2把其后用的型腔电极制造出来以后，如果具有隔板24的话，这时就移动工作台1和轴套4，使第二加工区3处于轴套之下。第二加工区3内含有若干个工作台心轴32，图1中只表示了其中三个。这些工作台心轴用于安装固定工件托板30或专门制备的工件31。在工件托板的轴套一侧和工作台一侧都有专门制出的啮合表面。

如上所述，轴套4可以在Z轴方向移动，同时还具有转动轴线C，因此轴套4可以使带着电极43心轴42转动。轴套上还设有汇流环和冲液通道，它们不会限制扭转角度。

在加工区2后面，有多个（原始）电极料座5。（原始）电极带51卷绕到卷筒50上，或者单个的（原始）电极43安放在堆叠式料座53上，这在下文中将有所斜述。传送装置52保证电极从料座上的圆满移动。类似的料座可以储存较小的工件，例如喷咀、微型另件和切断刀具的刀头等。

工作台1的最远移动位置应使轴套能达到各种情况下所需要的料座移动位置。

在第二加工区3的旁边有一个电极变换装置6，其结构基本上属于已知结构，它可以随工作台1的移动而位移。该电极变换装置6含有空的心轴60、工件托板61、已经使用过但还可使用的电极62、完全加工好的专用电极63以及选用的探测器64。所有这些另件都有一致的（最好是标准化的）心轴42。

一个典型的工作循环按下面的步骤进行。

1.把一个带有工件31的工件托板61从电极变换装置上取下，以常用方式固定到轴套4上。

2.使用第一加工区2，使探测器转动到一个合适的位置，以便测量任何夹紧或安装误差。

3.使用第二加工区3，通过X轴、Y轴、Z轴和C轴调定托板61的方向，使夹紧或安装误差变为零。

4.把托板61连接到工作台心轴32上;把轴套一侧的心轴42从托板上卸下，并中间储存到电极变换装置6上。

5.从电极变换装置6移动一个适当的空心轴60，在（原始）电极料座5处装上一个选定的（原始）电极43。

6.使用线切割装置20把原始电极加工到所要求的最终尺寸。

7.在第二加工区3，通过沿X轴、Y、轴、Z轴方向的移动和/或绕C轴的转动进行电蚀型腔加工，制造出所要求形状的工件31。

8.将步骤5至7任意重复数次。把磨损的电极43推入到一个图中未示的废箱中去。如果电极还可以使用，就中间储存在电极变换装置6里。既然心轴60不再使用，也同时储存在电极变换装置6里。

9.在相反的程序里，把托板61和加工完的工件一起送回电极变换装置。

10.新的可能是不同的工作循环自动开始。

上述实例显示出，除了适当原材料的制备，制订加工程序以及把加工完的工件移走之外，都不需要人们去进行操作。事实上，很多种工作循环都可借助于一种所谓的工作程序来自动完成，工作程序只需一次设定。这种工作程序包含有参数的经验数值计算规则图表，以及电极变换装置、安装夹紧位置和测量位置等等的座标值的图表。尽管制订这种工作程序时非常复杂，因为其后所有的设备操作者均可使用，因此还是值 得的。

上面的叙述清楚地表明了精确固定（原始）电极和工件的重要性。该问题的解决采用传统的夹紧系统是很困难的，因为被夹紧材料的重量，可以从几克到几十公斤之间变化。另外，在所使用位置上的固定操作必须以高精确的方式进行，并且在夹紧的过程中不得产生任何改变。根据本发明的进一步发展，可采用软钎焊来进行固定。为此目的，专用的心轴（例如32和42）和任选的（原始）电极、工件或托板都敷有软钎焊合金敷层35。敷层厚度在所有空间轴上所允许的校正量达到几百微米。为了安装固定的目的，把心轴加热到软钎料熔化的温度，这样，需要固定的另件就被固定到位。随着钎料的冷却，所需的另件就被精确固定住，其后不能再移动。

图2表示了一个实例。图2a表示一个管状型腔电极43，其上有冲液孔44，电极可安装在心轴42上。心轴已经固定到轴套4内。在所有情况下，心轴42和电极43的相对端都敷有软钎料合金敷层35，在本实例中，用电阻加热系统36加热敷层35，使之熔化。以后，为了拆卸，也可以相同的方法使软钎料合金熔化。为此用途，适合的软钎料材料的熔点介于60°到200℃之间。使用电子工业上应用的软钎料，以及网板印刷加工所应用的软钎料膏，就可以充分满足这些要求。电阻加热系统36安装在心轴42的底部自由端上。

图2b中表示了一个相似的实例。所不同的是在本实例中，心轴42和板状（原始）电极43之间的敷层35是用高频线圈37（感应线圈）来进行加热的。倾斜的冲液孔是用钻孔装置20蚀除加工出来的。在图2a和2b的两个实例中，热能是由脉冲发生器提供的。在第一种情况，电阻加热系统36只有一个接头必须连接到心轴42上，而另一个接头连接到电流接点上，后者连接到工作台固定位置处的电位器上。在适当的参数的条件下，为了进行加热，只要接通脉冲发生器数秒钟。使冲洗液体流过液孔44， 就可以大大减少冷却的时间。

图2c表示这种夹紧方法在固定有工件31的工件托板30上的应用。工件31和工件托板30同样有冲液孔44。工件托板30在工作台一侧的啮合面上也有软钎料合金敷层35。冲液孔44穿过敷层35。和前述的实例不同，本实例的轴套一侧的心轴61是钟形形状，其多个伸出的销子是永久磁铁34，它与工件托板30的铁磁啮合表面33吸合，由于敷层35在工作台一侧的钎焊接头在冷却后的连接性能优于永久磁铁34，因此X轴驱动器的作用力足以将上部连接分开。相反地，在拆卸工件托板时，永久磁铁34的吸合能力则大于熔化钎料的连接力。正如加热轴套一侧心轴42一样为了加热工作台心轴32，其上也装有相应的电阻加热或感应加热系统。

图3a至3c表示（原始）电极43，该电极在自动机中用冲压或轧制方法加工成带状，同时留下了一个连接板45。因此，有可能把几千个（原始）电极43卷绕到卷筒料座50上（见图1）。在移出一个电极43时，用冲压或剪切装置把连接板45除去。（原始）电极也具有啮合一侧的熔化敷层35，也可以有予制的冲液孔。

也可能采用图4a和4b所示的堆叠式料座来代替卷筒料座。图4a表示一个垂直的堆叠式料斗53，其中有堆叠的（原始）电极43，由于弹簧张力F的推压作用，向上顶着一个传送装置52。在本例的料座中，只是把两侧壁部分向内弯曲90°，对（原始）电极构成一个挡块。在顶电极的端面上，堆叠式料座53有一个开口，因此，在所有情况下都能使顶电极被水平推出。电极的顶面也有软钎料合金敷层35。在推出时，该敷层35同心轴42上的敷层熔化在一起。于是，通过在Y轴方向上的移动（原始），电极被向前或向后移去。随着该电极的移去，另一个（未加工的）电极43又跳到该移去的位置上。

图4b表示一个水平的堆叠式料座53，其作用相同，但管状（原始）电极43是从顶上移出。

图5表示工件31不用托板而直接固定到工作台上的情况。工件31，例如一个齿轮，其两侧面上有敷层35，底敷层35与工作台心轴32熔合在一起。工作台心轴32上的加热线圈36，也可以借助开关连接到电蚀发电机上。工件31可以用网板印刷方法很方便地敷上敷层35，然后储存在堆叠式料座53中。为了移动这些工件，把轴套一侧的心轴42借助敷层35钎焊到工件31上，上述钎焊接头在工作台一侧的钎焊连接进行之后再被除去。

图6表示一个杯形工件31，它是铁磁性材料并有一个中心孔，只需在工作台一侧敷上敷层35，而在轴套一侧上只需有一个心轴42，具有对中装置和一个或多个永久磁铁34。固定的方法和图2c中所描述的一样。工作台一侧的心轴有蘑菇形的构造，与工件的形状相适当。除了加热线圈36之外，还有一个冲液孔，它是由工作台1上的冲液通道44供应冲洗液的。

有两种不同类型的自动电蚀机床，第一种是万能型，具有标准的（原料）电极43、心轴42和料座53。第二种是专用型生产机床，只生产一种或几种类型的工件。在第二种类型机床里，为了获得最佳的零件，花费一定精力和费用是值得的。

在权利要求书、说明书和附图中所给出的所有技术细节，不论是单独的还是互相组合在一起的，对于本发明来说都是主要的。

Claims (21)

1、一种电蚀加工方法，其中电极坯(原始电极)是用线切割电蚀加工成工作电极的、接着不用重新夹装上述工作电极，就可以用上述工作电极来对工件进行火花电蚀加工，本发明的特征是

该电极坯是在加工区域的第一区进行加工的，工件是在加工区域的第二区内进行加工的，上述第一区和第二区彼此不同，在工作电极被加工出之后，将其从上述第一区移到上述第二区，然后再在第二区对工件进行加工。

2、根据权利要求1的电蚀加工方法，其特征是当电极坯在第一区内的加工正在进行的时候，电极丝可绕水平轴线（A轴线）转动而变向。

3、根据权利要求1的电蚀加工方法，其特征是（原始）电极是软钎焊固定的、对钎料加热之后可以再次卸下。

4、根据权利要求1的电蚀加工方法，其特征是工件或者夹持工件的工件托板是用软钎焊固定到机床工作台上的、加热钎料之后可以再次移开。

5、根据权利要求1的电蚀加工方法，其特征是（原始）电极是在机床外通过成形、切割或修整进行予加工和储存的。

6、根据权利要求1的电蚀加工方法，其特征是由板料或带状材料成形的（原始）电极，在成形时使各单个电极靠至少一个连接板保持连接在一起，把形成的（原始）电极带卷绕到一个卷筒料座上，在把电极从上述料座移出时，把连接板切掉。

7、一种实施权利要求1所述方法的电蚀机床，包括一个机床工作台，工作台上固定有一个构成工作区的槽;一个轴套，其上装有一个电极夹持装置，该电极可对一个固定在机床工作台上的工件进行加工，机床工作台和轴套可以靠数控互相移动，至少有三个平移自由度（X轴、Y轴、Z轴）和至少一个绕垂直轴线（Z轴）转动的自由度，本发明的特征在于加工区由一个槽隔板分割成第一和第二加工区、线切割装置被设置在第一加工区内，并且可绕水平轴线（A轴线）转动。

8、根据权利要求7的电蚀机床，其特征是线切割装置安装在槽的一个侧壁上。

9、根据权利要求7的电蚀机床，其特征是切割装置有一个U形支架，电极丝置于支架臂之间，而支架的臂偏移轴线。

10、根据权利要求7的电蚀机床，其特征是按照电极形式的钻孔装置安装在线切割装置上。

11、根据权利要求7的电蚀机床，其特征是线切割装置上至少安装有一个位于细长杆顶端上的接触探测器，该杆基本上与线切割装置的水平旋转轴线（A轴线）相垂直。

12、根据权利要求7的电蚀机床，其特征是机床上安装有可以和槽一起移动的电极变换装置。

13、根据权利要求7的电蚀机床，其特征是机床上安置有可以和槽一起移动的电极和/或工件料座。

14、根据权利要求12或13的电蚀机床，其特征是携带被加工工件的工件托板带着心轴一起安置在电极变换装置上。

15、根据权利要求7的电蚀机床，其特征是轴套上的固定装置设有加热装置，轴套的自由端和/或托板心轴，（原始）电极，附加探测器的上自由端都敷有可以软钎焊的材料。

16、根据权利要求15的电蚀机床，其特征是该加热装置是一个电阻加热系统。

17、根据权利要求15的电蚀机床，其特征是加热装置是一个感应线圈。

18、根据权利要求7的电蚀机床，其特征是在第二加工区域，在机床工作台上设置有一个或多个工作台心轴，其顶部自由端上敷有可以软钎焊的敷层材料，在所有情况下，上述工作台心轴都有其自身的加热装置。

19、根据权利要求18的电蚀机床，其特征是轴套一侧的心轴和/或带工件托板的心轴，在其自由端上有永久磁铁。

20、根据权利要求7的电蚀机床，其特征是轴套有一个转动装置，可以使轴套绕其轴转动。

21、根据权利要求7的电蚀机床，其特征是轴套一侧的心轴和（原始）电极上有冲液孔，同时，工件和工件托板也可以选择地有冲液孔。

Images