CN102069250B

CN102069250B - 电火花线切割机床组合穿孔装置及穿孔工艺

Info

Publication number: CN102069250B
Application number: CN 201110023033
Authority: CN
Inventors: 杨洋; 张杨; 何天; 赵衍青; 燕冬; 朱贤峰
Original assignee: East China Jiaotong University
Current assignee: East China Jiaotong University
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2012-11-14
Anticipated expiration: 2031-01-21
Also published as: CN102069250A

Abstract

本发明涉及一种电火花线切割机床组合穿孔装置，装置由高频脉冲电源、专用夹具、连接器、穿孔机构、控制与检测系统、步进系统、微步进系统、工作液循环系统等模块和机构组成。本装置可以通过专用夹具配合多种型号电火花线切割机床实现一次装夹定位即可完成预穿孔和后续加工。当其独立工作时，能完成多种尺寸孔的加工，配合皮焦级的高频脉冲电源以及在线磨削机构加工出的细电极和异型电极，在高精度光电式微进给系统的驱动下能实现对微细孔和异型孔的加工。

Description

电火花线切割机床组合穿孔装置及穿孔工艺

技术领域

本发明涉及机械加工领域，特别是电火花线切割机床组合穿孔装置及穿孔工艺。

背景技术

随着模具工业生产的迅猛发展，电火花线切割技术在模具加工行业，得到了广泛的应用，冷冲模的60﹪是由电火花线切割机完成的。现在的电火花线切割在加工过程中必须提前进行电火花穿孔，这样就会造成了第二次装卡的误差。现在机床要求精密化，甚至超精密化，电火花线切割作为先进制造技术来说，为了提高被加工物的精度，这样就要求从机床床身设计本身和机床加工工艺角度来提高加工精度。减低或者消除电火花线切割加工过程中二次装卡的误差，将会有效提高电火花线切割加工精度。

国内专利200420080650.3自穿孔电火花切割机虽然可以实现电火花线切割前的预穿孔加工，避免了二次装夹定位的误差，但是穿孔部分只能进行上下进给，加工功能单一，线切割和穿孔加工不能单独完成。国内专利200620061316.2的装置都是线切割机床上的穿孔机构连为一体，仅能实现为线切割机床预穿孔的功能，穿孔装置不能应用于更多型号的线切割机床，使其二次开发局限性。国内专利200620040996.x可以灵活的应用于各种线切割机床辅助穿孔加工，但是其自动化程度低，无法适应现代数控加工和多功能穿孔需要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单紧凑、操作方便可以单独加工的电火花线切割机床组合穿孔装置及穿孔工艺。

本发明的技术方案为：

电火花线切割机床组合穿孔装置，其中：高频脉冲电源与穿孔机构单向连接，专用夹具与连接器单向连接，连接器与穿孔机构单向连接，穿孔机构与控制与检测系统双向连接，高频脉冲电源与检测系统双向连接，检测系统与工作液循环系统双向连接，检测系统与步进系统双向连接，步进系统通过微步进系统与穿孔机构单向连接，工作液循环系统与穿孔机构单向连接。

电火花线切割机床组合穿孔装置，穿孔机构包括由旋转臂、电机、移动平台、Z轴进给超声波马达、分度机构、在线磨削机构和电极夹持机构；其中：旋转臂通过连接器与专用夹具活动连接，旋转臂的两侧设有分度机构，旋转臂与在线磨削机构连接；电机、移动平台、Z轴进给超声波马达、微步进系统和电极夹持机构设置于在线磨削机构内，电机设置在移动平台上，轴进给超声波马达直接安装在电机的主轴上并通过连接杆与移动平台连接，微步进系统通过臂与在线磨削机构固定安装，电极夹持机构设置在Z轴进给超声波马达的下端，并与Z轴进给超声波马达固定连接。

电火花线切割机床组合穿孔装置，其中：微步进系统包括光电控制器、长度补偿机构、玻璃基体、导向轴、紫外线发生器、液晶材料、光致形变材料、预留运动间隙、滑块、固定管壁、推进器、驱动轴、遮光外壁和快速响应光源；微步进系统通过驱动轴与移动平台固定连接；光电控制器安装在微步进系统的一端固定连接，快速响应光源和紫外线发生器镶嵌在遮光外壁上；导向轴和推进器连接，长度补偿机构固定连接在微步进系统的一端；液晶材料嵌入玻璃基体中，固定在固定管壁上玻璃基体之间留有预留运动间隙；光致形变材料、滑块交替活动固定在固定管壁内侧。

电火花线切割机床组合穿孔装置，其中：线磨削机构包括储丝机构、走丝机构和加工导轮机构；储丝机构包括固定轴、出丝槽、电极丝、储丝槽、压持端面和末端固定机构；固定轴穿过储丝槽固定于在线磨削机构的移动工作台上，末端固定机构设置于储丝槽与压持端面之间，出丝槽均匀分布于储丝槽上，电极丝间隔分布于出丝槽中；加工导轮机构包括电极丝、上防颤护线槽、V型槽陶瓷导线轮、下防颤护线槽、旋转轴和导向齿槽；线磨削机构的移动工作台上设置有电极丝、V型槽陶瓷导线轮、直线导轨、储丝机构、张紧机构、橡胶压线轮、直线电机、导线轮；电极丝依次绕在V型槽陶瓷导线轮和导线轮上，导线轮通过旋转轴固定在线磨削机构上，V型槽陶瓷导线轮与转动轴固定连接，上防颤护线槽合下防颤护线槽相对分别固定在导向齿槽上。

实施例5、电火花线切割机床组合穿孔装置的穿孔工艺，其中：穿孔加工工艺步骤如下：

通过专业夹具将穿孔装置安装于线切割机床的丝架上；

将导电电极固定在电极夹持机构上；

将电极夹持机构置于高分辨率的Z轴进给超声波马达上；

运行在线磨削机构，对电极进行磨削，使其具有加工需要的形状；

将导电材料工件置于线切割加工平台；

将脉冲电源的负极接到电极，其正极接到工件上；

通过控制与检测系统确定出穿孔装置在其机床中的坐标，然后通过运动控制卡控制电极夹具装置平台，运动到一定微小距离，再通过其控制微步进系统，实现电极的微进给，将其置于在线磨削机构旋转的磨削导轮凹槽处，进行电极的放电磨削加工；再配合驱动电极旋转的步进电机的旋转速度、旋转角度及其间断性的运转或停止，直至加工出所需的电极形状，电极撤出磨削机构；

利用运动控制卡控制置有电极夹持机构，实现电极的宏微观进给；由脉冲电源提供放电加工的工作电压，并由检测系统采集放电间隙电压，判断当前的放电加工状态，并通过运动控制卡控制电极移动平台的移动，从而控制电极的进给，实现微细孔的放电加工；可以通过运动卡的控制线切割机床的平台，实现对工件位置的调整。

本发明的优点：

（1）装置与现有的电火花线切割机有机结合，完成电火花线切割加工前的预穿孔工序，有效消除加工工序中二次装卡的误差；

（2）本装置通过专用夹具的设计，可以方便安装到市场上大多数电火花线切割机床丝架上，通用性好，可有效共享电火花线切割机床上资源，二次开发成本低廉；

（3）此装置结构简单紧凑，功能齐全，可实现多种穿孔工艺需要，尤其是对微细孔和异型孔的加工，加工优势明显；

（4）本装置微驱动部分采用新型驱动单元，定位精度和响应速度等性能优秀；

（5）装置中在线磨削机构采用对称进给机构，两边同时进行磨削加工，提高了在线电极的加工效率。

附图说明

图1本发明装置的结构示意图；

图2本发明装置工作流程图；

图3本发明穿孔机构d的结构示意图；

图4光电式微驱动装置微步进系统g机构示意图；

图5在线磨削储丝机构35结构示意图；

图6在线磨削加工导轮机构示意图；

图7在线磨削机构6结构简图；

附图标记：高频脉冲电源a；专用夹具b；连接器c；穿孔机构d；控制与检测系统e；步进系统f；微步进系统g；工作液循环系统h；旋转臂1；电机2；移动平台3； Z轴进给超声波马达4；分度机构5；在线磨削机构6；电极夹持机构7；光电控制器8；长度补偿机构9；玻璃基体10；导向轴11；紫外线发生器12；液晶材料13；光致形变材料14；预留运动间隙15；滑块16；固定管壁17；推进器18；驱动轴19；遮光外壁20；快速响应光源21；固定轴22；出丝槽23；电极丝24；储丝槽25；压持端面26；末端固定机构27；上防颤护线槽28； V型槽陶瓷导线轮29；下防颤护线槽30；旋转轴31；导向齿槽32；移动工作台33；直线导轨34；储丝机构35；张紧机构36；橡胶压线轮37；直线电机38；导线轮39。

具体实施方式

实施例1、电火花线切割机床组合穿孔装置，其中：高频脉冲电源a与穿孔机构d单向连接，专用夹具b与连接器c单向连接，连接器c与穿孔机构d单向连接，穿孔机构d与控制与检测系统e双向连接，高频脉冲电源a与检测系统e双向连接，检测系统e与工作液循环系统h双向连接，检测系统e与步进系统f双向连接，步进系统f通过微步进系统g与穿孔机构d单向连接，工作液循环系统h与穿孔机构d单向连接。

实施例2、电火花线切割机床组合穿孔装置，穿孔机构d包括由旋转臂1、电机2、移动平台3、Z轴进给超声波马达4、分度机构5、在线磨削机构6和电极夹持机构7；其中：旋转臂1通过连接器c与专用夹具b活动连接，旋转臂1的两侧设有分度机构5，旋转臂1与在线磨削机构6连接；电机2、移动平台3、Z轴进给超声波马达4、微步进系统g和电极夹持机构7设置于在线磨削机构6内，电机2设置在移动平台3上，Z轴进给超声波马达4直接安装在电机2的主轴上并通过连接杆与移动平台3连接，微步进系统g通过臂与在线磨削机构6固定安装，电极夹持机构7设置在Z轴进给超声波马达4的下端，并与Z轴进给超声波马达4固定连接。其余同实施例1。

实施例3、电火花线切割机床组合穿孔装置，其中：微步进系统g包括光电控制器8、长度补偿机构9、玻璃基体10、导向轴11、紫外线发生器12、液晶材料13、光致形变材料14、预留运动间隙15、滑块16、固定管壁17、推进器18、驱动轴19、遮光外壁20和快速响应光源21；微步进系统g通过驱动轴19与移动平台3固定连接；光电控制器8安装在微步进系统g的一端固定连接，快速响应光源21和紫外线发生器12镶嵌在遮光外壁20上；导向轴11和推进器18连接，长度补偿机构9固定连接在微步进系统g的一端；液晶材料13嵌入玻璃基体10中，固定在固定管17壁上玻璃基体10之间留有预留运动间隙15；光致形变材料14、滑块16交替活动固定在固定管壁17内侧。其余同实施例1或2。

实施例4、电火花线切割机床组合穿孔装置，其中：线磨削机构6包括储丝机构35、走丝机构和加工导轮机构；储丝机构35包括固定轴22、出丝槽23、电极丝24、储丝槽25、压持端面26和末端固定机构27；固定轴22穿过储丝槽25固定于在线磨削机构6的移动工作台33上，末端固定机构27设置于储丝槽25与压持端面26之间，出丝槽23均匀分布于储丝槽25上，电极丝24间隔分布于出丝槽23中；加工导轮机构包括电极丝24、上防颤护线槽28、V型槽陶瓷导线轮29、下防颤护线槽30、旋转轴31和导向齿槽32；线磨削机构6的移动工作台33上设置有电极丝24、V型槽陶瓷导线轮29、直线导轨34、储丝机构35、张紧机构36、橡胶压线轮37、直线电机38、导线轮39；电极丝24依次绕在V型槽陶瓷导线轮29和导线轮39上，导线轮39通过旋转轴31固定在线磨削机构6上，V型槽陶瓷导线轮29与转动轴31固定连接，上防颤护线槽28合下防颤护线槽30相对分别固定在导向齿槽32上。其余同实施例1或2。

通过专业夹具b将穿孔装置安装于线切割机床的丝架上；

将导电电极固定在电极夹持机构7上；

将电极夹持机构7置于高分辨率的Z轴进给超声波马达4上；

将导电材料工件置于线切割加工平台；

将脉冲电源的负极接到电极，其正极接到工件上；

通过控制与检测系统确定出穿孔装置在其机床中的坐标，然后通过运动控制卡控制电极夹具装置平台，运动到一定微小距离，再通过其控制微步进系统g，实现电极的微进给，将其置于在线磨削机构6旋转的磨削导轮凹槽处，进行电极的放电磨削加工；再配合驱动电极旋转的步进电机的旋转速度、旋转角度及其间断性的运转或停止，直至加工出所需的电极形状，电极撤出磨削机构；

利用运动控制卡控制置有电极夹持机构7，实现电极的宏微观进给；由脉冲电源提供放电加工的工作电压，并由检测系统采集放电间隙电压，判断当前的放电加工状态，并通过运动控制卡控制电极移动平台的移动，从而控制电极的进给，实现微细孔的放电加工；可以通过运动卡的控制线切割机床的平台，实现对工件位置的调整。其余同实施例1或2。

本发明的工作原理：

如图1所示，通过针对不同电火花线切割机床设计的专用夹具b和连接器c连接在电火花线切割机床丝架上，完成电火花线切割机床的功能扩展，实现多功能电加工。穿孔机构d利用高频脉冲电源a产生的高频脉冲电流和电机与工件之间的间隙，对工件进行放电加工，达到钻孔的效果。加工过程中工作液循环系统h对加工电极和工件进行冷却和排渣。所属装置有独立的控制与检测系统e，加工过程中初步定位是手工编程控制线切割机床上的步进系统f完成，精确定位由微步进系统g完成，控制与检测系统e在加工过程负责精确检测装置在机床上的精确位置和加工放电状态，控制微步进系统g和穿孔机构d完成加工。

本发明装置单独加工异型孔和微细孔时，如图2和图3所示，主机头部分根据加工孔角度的要求调节分度机构5和旋转臂1的角度，手工编程操作电火花线切割机床完成初步定位。在检测与控制系统e的控制下，微步进系统g驱动移动平台3通过导轨沿着X、Y轴移动完成X、Y平面的精确定位。装置加工微细孔时，电机2带动Z轴进给超声波马达4和电极夹持机构7转动， Z轴进给超声波马达4推进加工电极穿过在线磨削机构6，完成圆形细电极的在线加工，利用圆形细电极实现微细孔加工。装置加工异型孔时，电机2自锁不转动，在线磨削结构6将会把电极加工成为异型电极，装置利用异型电极完成异型孔的加工。

装置在线磨削机构6包括储丝机构35、走丝机构和加工导轮机构三部分组成。在线磨削机构6为保证磨削过程中电极丝24的平稳，加大旋转轴31的端面面积，同时配合导向齿槽32、上防颤护线槽28和下防颤护线槽30限制电极丝24运动种种地跳动。当待加工电极丝24由上至下进入加工位置时，两个V型槽陶瓷导线轮29随电极丝24转动，直线电机38推进移动工作台33沿着直线导轨34向中间进给移动， V型槽陶瓷导线轮29不断靠近，直到磨削到达要求尺寸为止。

装置采用了对称机构设计在线磨削机构6的走丝机构，机构包括V型槽陶瓷导线轮29、直线导轨34、储丝机构35、张紧机构36、橡胶压线轮37、直线电机38、导线轮39。当在线磨削开始时，电极丝24从左边两个相反转向储丝槽25的储丝机构35出发经过导线轮39和张紧机构36，通过橡胶压线轮37减少颤动后，进入V型槽陶瓷导线轮29加工部位，实现电火花磨削加工。另一边的电极丝24运动原理同上述过程相仿，电极丝24回到储丝机构35中，最后回到存放电极丝24盒中。此过程中储丝机构35同V型槽陶瓷导线轮29 和导线轮39一样在控制与检测系统的控制下以适当的速度转动，保持一定的张力，减小线电极的抖动，保证电极丝24的速度稳定。

作用：加工过程中在线磨削电极丝为加工微型孔和异形孔提供尺寸合适的加工电极。连接关系：装置通过旋转轴31固定在在线磨削装置上，转动轴31和V型槽陶瓷导线轮29固定连接，工作时31旋转轴带动29、V型槽陶瓷导线轮转动。上防颤护线槽28合下防颤护线槽30相对分别固定在导向齿槽32上，随32导向齿槽xy轴运动。24电极丝可以随29、V型槽陶瓷导线轮转动对7电极夹持装置加持的加工电极进行磨削电加工。

普通电火花钻孔与本发明的电火花线切割机床组合穿孔装置对比表1：

Claims

1.电火花线切割机床组合穿孔装置，该穿孔装置包括穿孔机构（d），穿孔机构（d）包括旋转臂（1）、电机（2）、移动平台（3）、Z轴进给超声波马达（4）、分度机构（5）、在线磨削机构（6）和电极夹持机构（7）；其特征在于：旋转臂（1）通过连接器（c）与专用夹具（b）活动连接，旋转臂（1）的两侧设有分度机构（5），旋转臂（1）与在线磨削机构（6）连接；电机（2）、移动平台（3）、Z轴进给超声波马达（4）、微步进系统（g）和电极夹持机构（7）设置于在线磨削机构（6）内，电机（2）设置在移动平台（3）上，Z轴进给超声波马达（4）直接安装在电机（2）的主轴上并通过连接杆与移动平台（3）连接，微步进系统（g）通过臂与在线磨削机构（6）固定安装，电极夹持机构（7）设置在Z轴进给超声波马达（4）的下端，并与Z轴进给超声波马达（4）固定连接。

2.根据权利要求1所述的电火花线切割机床组合穿孔装置，其特征在于：微步进系统（g）包括光电控制器（8）、长度补偿机构（9）、玻璃基体（10）、导向轴（11）、紫外线发生器（12）、液晶材料（13）、光致形变材料（14）、预留运动间隙（15）、滑块（16）、固定管壁（17）、推进器（18）、驱动轴（19）、遮光外壁（20）和快速响应光源（21）；微步进系统（g）通过驱动轴（19）与移动平台（3）固定连接；光电控制器（8）安装在微步进系统（g）的一端固定连接，快速响应光源（21）和紫外线发生器（12）镶嵌在遮光外壁（20）上；导向轴（11）和推进器（18）连接，长度补偿机构（9）固定连接在微步进系统（g）的一端；液晶材料（13）嵌入玻璃基体（10）中，玻璃基体（10）固定在固定管壁（17）上，玻璃基体（10）之间留有预留运动间隙（15）；光致形变材料（14）、滑块（16）交替活动固定在固定管壁（17）内侧。

3.根据权利要求1所述的电火花线切割机床组合穿孔装置，其特征在于：在线磨削机构（6）包括储丝机构（35）、走丝机构和加工导轮机构；储丝机构（35）包括固定轴（22）、出丝槽（23）、电极丝（24）、储丝槽（25）、压持端面（26）和末端固定机构（27）；固定轴（22）穿过储丝槽（25）固定于在线磨削机构（6）的移动工作台（33）上，末端固定机构（27）设置于储丝槽（25）与压持端面（26）之间，出丝槽（23）均匀分布于储丝槽（25）上，电极丝（24）间隔分布于出丝槽（23）中；加工导轮机构包括电极丝（24）、上防颤护线槽（28）、V型槽陶瓷导线轮（29）、下防颤护线槽（30）、旋转轴（31）和导向齿槽（32）；在线磨削机构（6）的移动工作台（33）上设置有电极丝（24）、V型槽陶瓷导线轮（29）、直线导轨（34）、储丝机构（35）、张紧机构（36）、橡胶压线轮（37）、直线电机（38）、导线轮（39）；电极丝（24）依次绕在V型槽陶瓷导线轮（29）和导线轮（39）上，导线轮（39）通过旋转轴（31）固定在在线磨削机构（6）上，V型槽陶瓷导线轮（29）与旋转轴（31）固定连接，上防颤护线槽（28）和下防颤护线槽（30）相对分别固定在导向齿槽（32）上。

4.电火花线切割机床组合穿孔装置的穿孔工艺，其特征在于：

穿孔加工工艺步骤如下：

第一步：通过专业夹具（b）将穿孔装置安装于线切割机床的丝架上；

第二步：将导电电极固定在电极夹持机构（7）上；

第三步：将电极夹持机构（7）置于高分辨率的Z轴进给超声波马达（4）上；

第四步：运行在线磨削机构，对电极进行磨削，使其具有加工需要的形状；通过控制与检测系统（e）确定出穿孔装置在其机床中的坐标，然后通过运动控制卡控制电极夹具装置平台，运动到一定微小距离，再通过其控制微步进系统（g），实现电极的微进给，将其置于在线磨削机构（6）旋转的磨削导轮凹槽处，进行电极的放电磨削加工；再配合驱动电极旋转的步进电机的旋转速度、旋转角度及其间断性的运转或停止，直至加工出所需的电极形状，电极撤出磨削机构；

第五步：将导电材料工件置于线切割加工平台；

第六步：将脉冲电源的负极接到电极，其正极接到工件上；

第七步：利用运动控制卡控制电极夹持机构（7），实现电极的进给；由脉冲电源提供放电加工的工作电压，并由控制与检测系统（e）采集放电间隙电压，判断当前的放电加工状态，并通过运动控制卡控制电极夹具装置平台的移动，从而控制电极的进给，实现微细孔的放电加工；可以通过运动控制卡控制线切割加工平台，实现对工件位置的调整。