CN102581402B - 微细电极丝夹持定长损耗补偿装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微细电极丝夹持定长损耗补偿装置，本发明所述下固定套的下端与导向固定套的上端相连接，压筒设置在上固定套内，压筒上设置有把持螺钉，联轴节的上端与压筒的下端相连接。本发明采用完全轴对称的设计结构，避免了装置在旋转时可能出现的动不平衡，也降低了后续控制的难度，同时，采用圆锥配合，利用薄壁锥体产生一定的弹性变形，实现锥面—端面同时接触定位，大大提高了装置的连接刚度与回转精度。本发明采用细长电极丝作为微细电极，省略了微细电极的制作过程，将该微细电极丝夹持定长损耗补偿装置安装在中空主轴下端部的结构方式，中空的主轴可以容纳一定长度的电极丝，便于电极丝在损耗后的进给补偿。

Description

微细电极丝夹持定长损耗补偿装置

技术领域

本发明涉及一种微细电极丝夹持定长损耗补偿装置，属于微小孔（微细）电火花加工技术领域。

背景技术

微细加工技术是现代制造技术的一个重要发展方向，而微细电火花加工技术是实现微细加工技术的有效手段之一。目前，微细电火花加工技术在航空航天、医疗、模具、微电子器件、生物技术、微型传感器和微型电器制造等领域具有很好的应用前景，被应用于信息装置的连接件、光纤接头等微细注塑模具、印刷线路板通孔冲裁凸凹模、燃料喷嘴、水射流喷嘴、喷墨打印头等微结构零件的加工中。

微小孔（微细）电极的在线制作是实现微小孔（微细）电火花加工的关键。目前，微小孔（微细）电极的加工主要有反拷块法、线电极电火花磨削法（WEDG 法）等。反拷块法、线电极电火花磨削法，加工精度高，但制作微细电极所需时间长，效率低。由于微小孔（微细）电火花加工中电极损耗大，加工中需要不断地进行补偿，而电极的直径小、刚度低、长度短，且加工的孔与在线制作的微细电极是对应的，加工不同直径的孔要在线制作不同直径的电极，因此微小孔（微细）电极需要经常地修整或者重新制作及更换，这就增加了加工辅助时间，降低了生产效率。

国内学者也对微细加工中的电极微进给装置进行了一系列的研究，研制了以电致、磁致伸缩器件为基础的微进给机构，如蠕动式、冲击式、椭圆式微进给机构，以步进电机和电致伸缩效应为基础的微进给机构，基于超声马达的微进给机构等。 

（1）蠕动式微小型电火花加工机构主要由两个压电陶瓷箝位器(其中一个轴向固定)、一个压电陶瓷驱动器以及电极丝等组成。为保证电极运动平稳性，在两个箝位器与电极之间装有导向机构，通过控制箝位器和驱动器的动作时序和初始状态，即可实现电极的微量进给与回退。重复以上动作即可完成电极的连续蠕动微量送进。如果驱动器的初始状态为伸长状态．则可实现电极的回退。

（2）冲击式小型电火花加工装置是利用压电振子的轴向快速伸缩运动及重物的冲击惯性来驱动电极运动的。

（3）椭圆运动驱动的小型电火花加工机构是利用两组相互垂直排列的叠层压电振子的振动所合成的摩擦驱动块的椭圆运动来驱动电极前进和回退的。通过控制各压电振子的通电时序和初始相位，即可实现电极的进给或回退。其运动速度可通过调节压电振子的电压来改变。

（4）利用线性超声马达直接驱动电极的小型电火花加工装置，主要包括两个线性步进式超声马达定子、一个移动体、摩擦材料、预紧弹簧、电极等部分。移动体上下表面覆盖有摩擦材料，以增大驱动力并提高步进式超声马达的使用寿命；预紧力由预紧螺钉通过预紧弹簧加在马达定子上；马达定子在其波节处由弹性橡胶固定。电极的进给和回退通过上下两马达定子的差动实现。

综上所述，这些进给机构均可以做到结构很小，精度很高，实现电极的微进给，但都难以实现电极的旋转。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有微小孔（微细）电极在线制作效率低，微小孔（微细）电火花加工中电极损耗快，需频繁更换电极，加工效率低的问题，以及现有电极进给补偿装置难以实现电极旋转的问题，进而提供一种微细电极丝夹持定长损耗补偿装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种微细电极丝夹持定长损耗补偿装置，包括：中空主轴、上固定套、压筒、把持螺钉、下固定套、导向固定套、夹头弹簧、夹持套筒、导向器、四爪夹头、弹簧套筒、螺钉、联轴节、细长的绝缘柔性导线、锁紧螺母和电极丝，所述中空主轴的下部与上固定套的上部相连接，中空主轴的下端与上固定套内的锁紧螺母旋合，上固定套的下端与下固定套的上端相连接，上固定套与下固定套之间连接有螺钉，下固定套的下端与导向固定套的上端相连接，压筒设置在上固定套内，压筒上设置有把持螺钉，联轴节的上端与压筒的下端相连接，联轴节的下端与四爪夹头相连接，可以在弹簧套筒的内孔中上下移动，弹簧套筒内孔台阶与联轴节之间装有夹头弹簧，弹簧套筒与导向固定套相连接，导向器设置在导向固定套的底端，四爪夹头上套有夹持套筒，夹持套筒抵接在弹簧套筒上，细长的绝缘柔性导线通过中空主轴和上固定套其下端与弹簧套筒相连接，电极丝贯穿于中空主轴、上固定套、压筒、四爪夹头、联轴节、夹持套筒和导向器。

本发明采用完全轴对称的设计结构，避免了装置在旋转时可能出现的动不平衡，也降低了后续控制的难度，同时，采用圆锥配合，利用薄壁锥体产生一定的弹性变形，实现锥面—端面同时接触定位，大大提高了装置的连接刚度与回转精度。本发明采用市售的细长电极丝作为微细电极，省略了微细电极的制作过程，将该微细电极丝夹持定长损耗补偿装置安装在中空主轴下端部的结构方式，中空的主轴可以容纳一定长度的电极丝，便于电极丝在损耗后的进给补偿。减少了电极多次装夹带来的误差，同时也减少了加工辅助时间。本发明有利于电蚀产物的及时排出，改善放电间隙的放电条件，有利于提高电火花微小孔加工的加工质量与加工效率。每次只需要更换相应尺寸的四爪夹头与导向器，即可实现不同直径细长电极的夹持，使得该夹持机构具有很大的柔性，可以根据不同的加工需要，方便地做出修改，可以实现直径为φ100μm～φ300μm的细长电极的夹紧，同时可以实现每次约1mm的电极定长损耗补偿。

附图说明

图1是本发明一种微细电极丝夹持定长损耗补偿装置的结构示意图；

图2是处于夹持了电极丝的状态的夹持机构的关键部位剖面示意图；

图3是四爪夹头结构示意图；

图4是夹持电极丝位置对四爪夹头外周部进行横向剖切的剖面示意图；

图5是压筒结构示意图；

图6是上固定套结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。 

如图1和图2所示，本实施例所涉及的一种微细电极丝夹持定长损耗补偿装置，包括：中空主轴1、上固定套2、压筒3、把持螺钉4、下固定套5、导向固定套6、夹头弹簧7、夹持套筒8、导向器9、四爪夹头10、弹簧套筒11、螺钉12、联轴节13、细长的绝缘柔性导线14、锁紧螺母15和电极丝16，所述中空主轴1的下部与上固定套2的上部相连接，中空主轴1的下端与上固定套2内的锁紧螺母15旋合，上固定套2的下端与下固定套5的上端相连接，上固定套2与下固定套5之间连接有螺钉12，下固定套5的下端与导向固定套6的上端相连接，压筒3设置在上固定套2内，压筒3上设置有把持螺钉4，联轴节13的上端与压筒3的下端相连接，联轴节13的下端与四爪夹头10相连接，可以在弹簧套筒11的内孔中上下移动，弹簧套筒11内孔台阶与联轴节13之间装有夹头弹簧7，弹簧套筒11与导向固定套6相连接，导向器9设置在导向固定套6的底端，四爪夹头10上套有夹持套筒8，夹持套筒8抵接在弹簧套筒11上，细长的绝缘柔性导线14通过中空主轴1和上固定套2其下端与弹簧套筒11相连接，电极丝16贯穿于中空主轴1、上固定套2、压筒3、四爪夹头10、联轴节13、夹持套筒8和导向器9。

具体的，所述上固定套2与中空主轴1（见图1）为内外圆锥配合，并用相应的套筒扳手拧紧锁紧螺母15进行紧固，通过内外圆锥面之间的摩擦力来传递转矩。由于圆锥配合具有自定心作用，可以保证很高的同轴精度，并且间隙或过盈量可以调整。

四爪夹头10的结构如图3、图4、图5所示，所述四爪夹头10在与电极丝16夹持部相对应的外圆周部10a做成倾斜面，为了获得有效的夹持力，该倾斜面被做成4°左右的缓和斜度。在四爪夹头10内部开有一定深度的内盲孔，使得夹头形成薄壁，同时在夹头的端部对称地开有一定深度的沟槽10b，这样使其可以缩合与扩张而略有弹性。

四爪夹头10的另一侧端部通过联轴节13与压筒3的下筒3c相连接，并将夹持套筒8嵌装在电极丝夹持部对应的外圆周部10a。联轴节13采用工程塑料制造，并且联轴节13与四爪夹头10和压筒3两者之间采用过盈配合连接。 

在弹簧套筒11内孔台阶与联轴节13之间装有夹头弹簧7，并且在该夹头弹簧7的作用下，四爪夹头10被夹持套筒8夹紧，从而夹持着电极丝16。

压筒3的结构如图6所示，外圆周对称地开有两个螺纹孔3b，用于与把持螺钉4相连接，两个把持螺钉4可以在上固定套2对称的两个键孔2a中上下移动。

另外在导向固定套6的内孔部的前方固定有导向器9，电极丝16穿过导向器9从导向固定套6的前段伸出一小段距离，对电极丝16起到导向作用，避免了由于细长电极丝16刚度较低，在旋转时造成偏摆。同时，导向器9也起到一定的阻尼作用，在四爪夹头10松开时，把持住电极丝16，避免其脱落。

下固定套5采用工程塑料制成，两端加工出外圆锥，中间加工有台阶孔。下固定套5与上固定套2和导向固定套6之间采用小锥度的空心短锥柄结构配合，利用薄壁锥体产生一定的弹性变形，当锥体轴向拉紧时引起下固定套5锥孔的弹性扩张，实现锥面—端面同时接触定位，从而大大提高了装置的连接刚度与回转精度。下固定套5与导向固定套6之间的轴向拉紧力是通过导向固定套6的内螺纹孔旋紧弹簧套筒11的外螺纹实现的；而下固定套5与上固定套2之间的轴向拉紧力则是由均布的三个螺钉12旋进上固定套2的螺纹孔2c来实现的，当要拆卸时，将三个平端紧定螺钉分别拧进上固定套2法兰上均布的三个螺纹孔2b中，通过螺钉顶压下固定套5的法兰来实现二者的分离。

电极丝的定长损耗补偿过程如图2所示，当手动通过两个把持螺钉4下压压筒3时，由于四爪夹头10被夹持套筒8夹紧，因此电极丝16在被四爪夹头10夹持的状态下前进。

当继续前进时，四爪夹头10前端与导向固定套6的内台阶部相接触，其后在四爪夹头10张开的状态下，只有四爪夹头10前进。当在这种状态下，解除按压时，由于导向器9有一定的阻尼作用，电极丝16被导向器9阻止（被夹持），四爪夹头10独自回退，当张开的四爪夹头10会退到内台阶位置时，会带着夹持套筒8一起回退，由于此时四爪夹头10只受到夹持套筒8的重力的作用，仍然处于张开状态，当夹持套筒8后部接触到固定的导向固定套6时，其停止回退，而四爪夹头10则在弹簧7的作用下，继续回退，直到其完全嵌装在夹持套筒8上，再次夹持住电极丝16，而电极丝16则已伸出一定距离，这样就实现了电极丝16的定长损耗补偿。

电火花加工需要在工具与电极之间加上一定频率的脉冲电源，由于该微细电极丝夹持定长损耗补偿装置安装在旋转的中空主轴下面，所以采用如下的供电方式：通过电刷给旋转主轴的上端部供电，再用细长的绝缘柔性导线14将脉冲电能通过中空主轴1空腔，经过压筒3的下线孔3a引导到弹簧套筒11上，由于弹簧套筒11与夹持套筒8接触，夹持套筒8又与四爪夹头10接触，从而实现了将电能引导到被夹持的电极丝16上。

同时，由于下固定套5与联轴节13均采用了绝缘材料，这样不致将四爪夹头10的脉冲电能引导到压筒3与整个上部壳体以及主轴上，很好地实现了电气隔离，同时也减少了杂散电容的影响。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种微细电极丝夹持定长损耗补偿装置，包括：中空主轴、上固定套、压筒、把持螺钉、下固定套、导向固定套、夹头弹簧、夹持套筒、导向器、四爪夹头、弹簧套筒、螺钉、联轴节、细长的绝缘柔性导线、锁紧螺母和电极丝，其特征在于，所述中空主轴的下部与上固定套的上部相连接，中空主轴的下端与上固定套内的锁紧螺母旋合，上固定套的下端与下固定套的上端相连接，上固定套与下固定套之间连接有螺钉，下固定套的下端与导向固定套的上端相连接，压筒设置在上固定套内，压筒上设置有把持螺钉，联轴节的上端与压筒的下端相连接，联轴节的下端与四爪夹头相连接，可以在弹簧套筒的内孔中上下移动，弹簧套筒内孔台阶与联轴节之间装有夹头弹簧，弹簧套筒与导向固定套相连接，导向器设置在导向固定套的底端，四爪夹头上套有夹持套筒，夹持套筒抵接在弹簧套筒上，细长的绝缘柔性导线通过中空主轴和上固定套，其下端与弹簧套筒相连接，电极丝贯穿于中空主轴、上固定套、压筒、四爪夹头、联轴节、夹持套筒和导向器。

2.根据权利要求1所述的微细电极丝夹持定长损耗补偿装置，其特征在于，所述上固定套与中空主轴为内外圆锥配合。

3.根据权利要求1所述的微细电极丝夹持定长损耗补偿装置，其特征在于，所述四爪夹头在与电极丝夹持部相对应的外圆周部做成倾斜面，该倾斜面为4°的缓和斜度。

4.根据权利要求1所述的微细电极丝夹持定长损耗补偿装置，其特征在于，联轴节与四爪夹头和压筒两者之间采用过盈配合连接。

Images