CN102294525B - 电火花加工微细倒锥孔的锥角滚摆机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电火花加工微细倒锥孔的锥角滚摆机构，其特征在于：包括定子及转子，定子中心设有内环壁将定子分隔为同轴的圆柱形转子腔及线圈槽，定子的底面设有与转子腔同轴的通孔；转子呈圆锥台形，转子小端向上设置在转子腔中；铁芯及多个圆周均匀分布的线圈设置在线圈槽内；定子的开口端连接有端盖，弹簧抵装在端盖与转子的上端之间。本发明运用端面摇摆式微型电机的原理，利用锥形转子在内圆柱面上作滚动偏摆，带动电极丝作连续均匀的圆锥运动，实现倒锥孔的加工，本发明结构简单紧凑，制造成本低，操作维护方便；更换不同锥角的转子，即可实现各种倒锥角度的调节，调整操作方便快捷。
Description
技术领域
本发明涉及一种电火花加工机床，尤其是涉及一种电火花加工微细倒锥孔的锥角滚摆机构。
背景技术
柴油发动机正向高速、高喷射压力、低排放等高性能方向发展，柴油发动机关键部件的先进制造技术备受关注。喷油嘴偶件是影响发动机性能、寿命与可靠性的关键部件。为有效改善喷油嘴微细喷孔喷射过程的流量系数和和雾化效果，柴油机喷油嘴微细喷孔不仅要求孔径小于0.2mm，而且要求孔径沿喷射方向逐渐变小形成1～2°锥角的“倒锥孔”，以达到欧Ⅳ(国4)以上的排放标准。
传统的机械钻削已无法满足高标准微细喷孔加工需求。电火花加工微细喷孔具有无机械加工力、喷孔直径小、精度较高、压力室无毛刺、可放在热处理后加工等优点。然而，由于电火花加工中加工屑与孔壁的侧向放电，使加工出的喷孔一般呈现“正锥形”孔径形状，即加工入口直径大、加工出口直径小。
申请号为201010598360.8、名称为《用于微细倒锥孔电火花加工的锥角推摆机构》的专利申请文件中的技术方案较好地解决了“倒锥孔”的加工问题，但是，由于该技术方案中完全采用机械结构来实现锥角偏摆，结构复杂，制造精度要求高，使制造成本较高，操作维护困难，锥角调整无法精准控制。
发明内容
本申请人针对上述的问题，进行了研究改进，提供一种电火花加工微细倒锥孔的锥角滚摆机构，结构简单紧凑，制造成本低，操作维护方便，锥角能够精确控制。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种电火花加工微细倒锥孔的锥角滚摆机构，包括定子及转子，所述定子的一侧设有连接支架；所述定子为上端开口的圆形筒体，所述定子中心设有内环壁将所述定子分隔为同轴的圆柱形转子腔及线圈槽，所述定子的底面设有与所述转子腔同轴的通孔；所述转子呈圆锥台形，所述转子小端向上设置在所述转子腔中，所述转子大端的直径与所述圆柱形转子腔的直径相等；铁芯及多个沿铁芯圆周均匀分布的线圈设置在所述线圈槽内；所述定子的开口端连接有端盖，弹簧抵装在所述端盖与所述转子的上端之间；陶瓷导向器同轴固定安装在所述转子的大端，尼龙导丝管同轴固定安装在所述转子的小端；当对圆周均匀分布的线圈进行单线圈依次通电或双线圈依次通电时，在定子内产生旋转磁场，锥形转子在转子腔的内圆柱面上作滚动偏摆，由转子带动电极丝作圆锥偏摆运动。
进一步的：
所述线圈的数量为8个或12个。
所述转子大端的底边设有外圆角，所述定子的转子腔内设有与所述转子大端的外圆角相配合的内圆角。
所述陶瓷导向器通过球头柱塞螺钉固定安装在所述转子上。
发明原理如下：
端面摇摆式微型电机特点是平面线圈激励、法向电磁力工作、输入电压低、锥转子摇摆，在一定磁场转速情况下，转子能稳定的做旋转摆动。如图5的端面摇摆式微型电机的原理图可以看出，定子1′和转子2′的工作面分别为锥顶重合而锥角不同的外锥面和内锥面，定子1′内部均匀排放着几个驱动线圈3′及铁芯5′，定子1′的一端设有导磁端盖4′，如果按照一定方式给线圈3′加电，定子1′内部将产生一个旋转磁场，在旋转电磁力的作用下，锥形转子2′将贴着定子1′内锥面上做圆周滚动，从而产生一个与滚动方向相反的转动，锥形转子2′的运动包括两个方面：一是转子2′绕其中心线的旋转，二是转子2′相对于锥顶的摆动。该类电机利用定子1′内线圈3′产生的法向电磁力驱动转子2′旋转偏摆，此外，定子线圈3′属于电流驱动方式，故电机可在低电压环境下工作。对电机可以设置8个或12个圆周均匀分布的线圈A、B、C、D、E、F、G、H，可选如下两种控制方式之一：（1）单线圈依次通电，A→B→……→H→A→；（2）双线圈依次通电，AB→BC→CD→……→HA→；双线圈依次通电方式可使锥形转子2′的运动更加平稳。
从理论计算可得知转子转速ω与旋转磁场角转速ωf的减速比例关系式为：ω/ωf=sinα/sin(β-α)，其中α为锥形转子的摆角，即转子中心线与定子中心线的夹角，β为定子内锥半角。
本发明应用端面摇摆式微型电机工作原理，用于电火花加工微细倒锥孔的锥角滚摆机构，
1、基于电极丝倒锥圆锥面运动原理，通过锥形转子在定子的圆柱形转子腔内的滚动偏摆方式，以锥形转子紧密贴合内圆柱面摆动精确定位电极丝锥角摆动角度，通过电极丝与工件之间的火花放电，实现微细倒锥孔电火花加工。
2、电极丝在转子的带动下作连续均匀的圆锥偏摆运动，定子内铁芯及线圈的加工制作和驱动电源控制方便。
3、具有自动回中功能，在弹簧的作用下，转子在无电磁驱动力时，由弹簧压缩变形所产生的双向作用力下自动恢复到与定子中心线重合，弹簧还可以使锥形转子能紧贴定子偏摆，减少锥度误差。
本发明的技术效果在于：
本发明公开的一种电火花加工微细倒锥孔的锥角滚摆机构，运用端面摇摆式微型电机的原理，利用锥形转子在内圆柱面上作滚动偏摆，带动电极丝作连续均匀的圆锥运动，实现倒锥孔的加工，本发明结构简单紧凑，制造成本低，操作维护方便；更换不同锥角的转子，即可实现各种倒锥角度的调节，调整操作方便快捷。
附图说明
图1为本发明在电火花微孔加工装置主轴上安装结构示意图。
图2为本发明的结构示意图。
图3为转子锥角为2°时本发明的加工状态示意图。
图4为倒锥孔加工时电极丝沿倒锥面摇摆运动原理图。
图5为端面摇摆式微型电机的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图2所示，本发明包括定子1及转子4，定子1的一侧设有连接支架101，定子1为上端开口的圆形筒体，定子1中心设有内环壁7将定子1分隔为同轴的圆柱形转子腔及线圈槽，定子的底面10设有与转子腔同轴的通孔102；转子4呈圆锥台形，转子4的小端向上设置在转子腔中，转子4大端的直径与圆柱形转子腔的直径相等。铁芯9及多个沿铁芯圆周均匀分布的线圈8设置在线圈槽内，线圈8的数量通常为8个或12个，定子1由导磁材料制成，定子的底面10作为导磁块。定子1的开口端通过螺纹连接有端盖2，弹簧6抵装在端盖2与转子4的上端之间。陶瓷导向器11通过球头柱塞螺钉3固定安装在转子4的大端，这种固定方式可以方便更换不同规格的陶瓷导向器11，尼龙导丝管5固定安装在转子4的小端，陶瓷导向器11及尼龙导丝管5均与转子4同轴安装，电极丝12穿过尼龙导丝管5及陶瓷导向器11，由尼龙导丝管5及陶瓷导向器11为电极丝12精确导向。在本实施例中，转子4大端的底边设有外圆角401，定子的转子腔内设有与转子大端的外圆角401相配合的内圆角，利用转子腔的内圆角与锥形转子外圆角接触使得偏摆中心位置相对固定，避免电极丝锥摆运动过程中的上下串动影响加工表面粗糙度，保证锥角顶点的位置稳定不变，提高倒锥孔入口尺寸的可控精度和一致性精度。
如图1所示，为本发明在微细电火花加工装置主轴上的安装实例。将线圈8嵌入铁芯9并做成一个整体压入到定子的线圈槽内，陶瓷导向器11内孔与电极丝12精密间隙配合，陶瓷导向器11间隙配合插入到转子4，且保证转子4与陶瓷导向器11同心，用球头柱塞螺钉3锁紧；尼龙导丝管5插入转子4上端并紧密配合，将装配好的转子模块放入定子1中，陶瓷导向器11的前端伸出定子底面上的通孔102，将上端盖2旋紧在定子1上使弹簧6抵紧在端盖2与转子4的上端之间，转子4在弹簧作用下可以紧密的贴合在定子1的转子腔中，并可在转子腔内的圆柱面上自由运动，通过更换不同锥度的转子4可以加工不同锥度要求的微孔，电极丝12与待加工喷油嘴13之间的相对位置不同时，加工出的微孔入口与出口尺寸也不同。如图1，将连接支架101用两个内六角螺钉14固定在微进给基板21底部，常闭夹子16夹紧电极丝12，常开夹子17松开电极丝12，主轴进给连接滑块20通过连接板19带动常闭夹子16驱动电极丝12进退。通过控制Z轴方向与待加工喷油嘴13表面相对位置，即可保证加工的倒锥孔入口尺寸大小一致并可控。
本发明中，定子1、锥形转子4、铁芯9及多个沿铁芯圆周均匀分布的线圈8的构成相当于一个端面摇摆式微型电机，当对圆周均匀分布的线圈8进行单线圈依次通电或双线圈依次通电，在定子1内产生旋转磁场，如图1、3、4，在该旋转电磁力的作用下，锥形转子4在转子腔的内圆柱面上作滚动偏摆，由转子4带动电极丝12在待加工喷油嘴13上加工出倒锥孔。在倒锥孔加工过程中，电极丝12及陶瓷导向器11均无自转，克服了电极丝12或陶瓷导向器11自转偏心误差，有利于提高微细倒锥孔加工精度；电极丝12与其导向器无相对运动，这样两者之间无滑动摩擦阻力，避免电极丝“拧断”破坏性失效，有利于提高电极丝进退响应速度，这将提高倒锥孔的加工效率。
Claims (4)
1.一种电火花加工微细倒锥孔的锥角滚摆机构，其特征在于：包括定子及转子，所述定子的一侧设有连接支架；所述定子为上端开口的圆形筒体，所述定子中心设有内环壁将所述定子分隔为同轴的圆柱形转子腔及线圈槽，所述定子的底面设有与所述转子腔同轴的通孔；所述转子呈圆锥台形，所述转子小端向上设置在所述转子腔中，所述转子大端的直径与所述圆柱形转子腔的直径相等；铁芯及多个沿铁芯圆周均匀分布的线圈设置在所述线圈槽内；所述定子的开口端连接有端盖，弹簧抵装在所述端盖与所述转子的上端之间；陶瓷导向器同轴固定安装在所述转子的大端，尼龙导丝管同轴固定安装在所述转子的小端；当对圆周均匀分布的线圈进行单线圈依次通电或双线圈依次通电时，在定子内产生旋转磁场，锥形转子在转子腔的内圆柱面上作滚动偏摆，由转子带动电极丝作圆锥偏摆运动。
2.按照权利要求1所述的电火花加工微细倒锥孔的锥角滚摆机构，其特征在于：所述线圈的数量为8个或12个。
3.按照权利要求1所述的电火花加工微细倒锥孔的锥角滚摆机构，其特征在于：所述转子大端的底边设有外圆角，所述定子的转子腔内设有与所述转子大端的外圆角相配合的内圆角。
4.按照权利要求1所述的电火花加工微细倒锥孔的锥角滚摆机构，其特征在于：所述陶瓷导向器通过球头柱塞螺钉固定安装在所述转子上。
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