CN102642059B - 用于电火花线切割机床的镗磨附件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电火花线切割机床的镗磨附件，包括工件回转驱动装置、脉冲电源的电刷进电装置、工件定位夹紧装置。本发明的技术方案可扩大机床的应用范围，具有占地面积小，加工成本较低的优点，也可用于其它难加工材料的套类零件深小孔加工，为类似难加工零件探索、开创了一种切实可行的新工艺方法。

Description

用于电火花线切割机床的镗磨附件

技术领域

本发明涉及一种基于电火花加工(简称EDM)的精密电加工方法中所用的机床附件，具体地说是一种用于线切割机床的电火花镗磨机床附件。

背景技术

电火花镗磨不受工件材料硬度和强度的影响，虽然加工速度较慢，但能大大提高工件的形状、尺寸精度和降低表面粗糙度。目前在机器制造业，成批和大批量生产加工中广泛使用着钻、扩、铰套及滑动镗套，但因其工作环境条件恶劣，使其成为最易因磨损而失效的元件。现在一般采用碳素工具钢或低碳钢淬火制造，使用中会在不长的时间内磨损，必须更换。如果这些导套采用硬质合金制造，其耐磨性可以达到碳素工具钢的十倍以上，对加工质量、生产率和降低工艺成本都具有特别重要的意义，但因其硬质合金导孔加工很难，现在一般采用砂轮磨削的方法加工，其砂轮损耗大，加工效率低，成本高。如采用电解磨削方法需使用专用的电解磨削机床，占地面积大，电解产物污染环境等缺点，故在生产中没有得到推广应用，而电火花镗磨加工比较好的解决了上述问题。特别对硬质合金深小孔的磨削加工是更困难，而电火花镗磨就可解决深小孔的加工难题。另外对模具零件的深小孔，特别对精密冷挤压模和拉丝模的深孔要进行电火花镗磨精加工也是可行的。

电火花镗磨加工是一种精密特种加工方法，其主要成形运动有工件的回转运动，电极丝的径向进给运动，电极丝相对工件的轴向往复走丝运动。图1是电火花镗磨加工的成形运动图，图2是电火花镗磨加工原理图，原理图中的弓形架8要使张紧的电极丝作轴向的往复走丝运动，工件5在三爪自定心卡盘6上定位后工件加工孔的中心与回转轴的中心同轴，工件5在电机7的驱动下作回转运动，工作台9要能带动工件作间隙径向进给运动以保证加工孔的尺寸。加工中工件接脉冲电源4的正极，电极丝2通过螺钉3固定接负极，绝缘工作液通过工作液管1喷入加工的工件孔内。

目前国内对电火花镗磨加工工艺方法的应用和研究很少，它是一种特殊的电加工方法，更没有厂家生产有关的设备。

发明内容

为了克服现有技术中存在的以上缺陷，本发明提供的是一种用于电火花线切割机床的镗磨附件，针对现有的经济型慢走丝线切割机床(HCS250)设计的一镗磨机床附件，将其安装在慢走丝电火花线切割机床工作台上，技术方案为：

用于电火花线切割机床的镗磨附件，包括工件回转驱动装置、脉冲电源的电刷进电装置、工件定位夹紧装置。其中：

工件回转驱动装置：弹性定心夹具1通过绝缘垫2定心安装在回转轴3上，轴承4内孔与回转轴3配合，外环与箱体7孔配合，它的端面是通过精密配磨的两端盖来压紧以调节轴承的配合间隙，从而保证支承在箱体上的回转轴的回转精度，回转轴3是由两高精度角接触球轴承固定在箱体7上，调速电机12通过特轻型齿形带11驱动回转轴3转动，从而使安装在夹具上的套类工件作可调速的回转运动，电机12和整个箱体7都安装在底板13上，并通过螺钉压板固定在机床工作台上。

脉冲电源的电刷进电装置：机床脉冲电源的正极通过导线连接到两个对称的电刷9上，电刷是安装在箱体7内壁的安装支架6上，两个电刷始终和轴上的金属套8接触，而金属套8和绝缘套5相配合，这样金属套8带电而回转轴不带电，金属套上用小螺钉固定绝缘导线一端，绝缘导线又通过回转轴内孔将电送到夹具上，由于夹具和回转轴有绝缘垫2，这样工件带电而回转轴3不会带电，挡圈10通过一紧固螺钉固定在回转轴3上，主要作用是避免电刷磨损后的灰尘直接掉入轴承中导致轴承的磨损而降低轴承寿命。

达到高定心精度的工件定位夹紧装置：套类工件在电火花镗磨回转运动中的回转精度要求很高，否则无法保证工件镗磨孔的尺寸精度，最初使用螺纹双V型块定心夹紧机构，但始终无法保证工件的回转精度，通过分析找出了三个方面的原因，①螺纹定心夹紧机构的定心精度低，②回转轴的轴承精度不够和间隙调整不好，③回转轴的轴颈和端面定位法兰盘的同轴度精度不够。最后作了改进，使用了弹性碟片定心夹紧机构，对弹性碟片在夹紧状态的定位孔进行了精磨，提高了回转轴的轴承精度等级，改进工艺重新精心加工回转轴，并经过多次调试安装保证了夹具定位内孔的跳动量小于0.005mm，从而使加工中的硬质合金套类工件达到了较高的回转精度。

对硬质合金套孔进行电火花镗磨加工前要先使用该机床对要加工的孔进行自动找中心，并慢走丝切割内孔两次，使需要镗磨的孔达到一定的精度，(该实验机床线切割两次后可达到的尺寸精度为0.12mm左右，粗糙度Ra1.2μm左右)，在此精度的基础上再进行电火花镗磨加工，安装在工作台上的附件在工作台的驱动下作X和Y方向数控进给运动保证加工孔的直径尺寸，加工中的硬质合金套在附件上的定心夹具中定位安装并在附件的电机驱动下作可变速回转运动，线切割工具电极仅作轴向走丝，调整好机床上有关的电加工参数，这样就就可对工件进行电火花镗磨加工了。

本发明的有益效果：

(1)本发明成本低，体积小，安装方便，可安装在慢走丝或中走丝电火花线切割机床上，且不影响原有机床的功能，实现一机多用，也就扩大了机床的使用范围。

(2)本发明所述机床的加工尺寸精度可从镗磨前的0.12mm达到0.01mm，表面粗糙度可从镗磨前的Ra1.2μm达到Ra0.4μm，加工精度得到了极大的提高。

(3)本发明不仅能加工硬质合金套孔，也可用于其它难加工材料的套类零件深小孔加工，为类似加工零件探索、开创了一种切实可行的新工艺方法。

附图说明

图1是电火花镗磨加工的成形运动图；

图2是电火花镗磨加工原理图；

图3是本发明的结构图；

图4是不同加工条件镗磨的孔径比较图；

图5是不同加工条件表面质量比较图。

具体实施例

下面结合附图和本发明实施例作进一步详细地说明。

实验条件：

机床：HCS250经济型数控慢走丝线切割机床

自动编程系统：ECOCUT自动编程软件和电脑一台

电极丝：直径0.2的线切割专用铜丝

工作液：纯净水

工件材料：YG类硬质合金套，内孔毛坯尺寸为直径Φ7，外径为Φ20

测量工具：内径百分表、微型表面粗糙度仪TR100

实验过程设计：

实验加工孔的尺寸是Φ7，先使用机床对工件进行慢走丝切割两次，使孔达到一定的精度，电火花镗磨前的尺寸编程切割加工为Φ8(mm)，镗磨时间均为五分钟，电源的脉冲宽度(on time)固定为50μs，脉冲间隔(off time)为100μs，每个工件加工后测量三次算出平均尺寸。实验中改变加工电流(A)、电压(V)和工件转速(r/min)对加工尺寸和表面质量进行测量，获取试验数据。

实验结果及分析：

在实验条件下，我们对HCS250数控慢走丝线切割机床改变不同的工艺参数，做了15组不同条件的加工实验，实验是在工件转速100(r/min)和工件转速300(r/min)情况下进行，在同一转速下分别在3种条件：条件一，电压5V，平均电流1A；条件二，电压8V，平均电流2A；条件三，电压10V，平均电流3A。对实验加工后的零件尺寸和表面质量进行测量(表1，表2)，通过测量数据得到尺寸和表面粗糙度的分析点图，图4和图5。

在图4中，从下至上3条折线分别是条件一(电压5V，平均电流1A)；条件二(电压8V，平均电流2A)和条件三(电压10V，平均电流3A)测得的数据。从图中可以看出，在转速不变的情况下，电压电流越大放电间隙就大，加工的孔尺寸就越大；在同一电压电流下，工件转速越高加工表面与电极丝间的放电频率越高，加工孔尺寸也越大，但也可看出同一条件下(电流电压不变)加工孔的尺寸变化基本上在0.01mm内，也就是尺寸精度可控制在0.01左右。这样的规律符合电火花加工的一般工艺规律。

表1：电流电压工件转速对加工尺寸的影响

表2：电流电压工件转速对表面质量的影响

在图5中，从下至上3条折线分别是条件一(电压5V，平均电流1A)；条件二(电压8V，平均电流2A)和条件三(电压10V，平均电流3A)测得的数据。从图中可以看出，在转速一定，电压电流越大单个脉冲能量大，表面粗糙度越大；在同一电压电流下，转速高底粗糙度值没有明显的变化，也就是粗糙度值只与电压电流有关。当电流电压较小时(条件一和条件二)表面粗糙度值可控制在Ra0.4以内。

从实验结果可以看出：工件转速高加工效率高，电压电流越大电火花蚀除速度越快，转速增加，同一表面质点的放电时间变长，尺寸有所增加，内径精度得到一定的提高，但表面粗糙度并没下降，这有点符合电火花加工的一般工艺规律，在一般电火花加工中，表面质量只与电流电压(单个脉冲能量)成正比，与放电时间没有关系。从我们后面的实验来看，增加镗磨时间，尺寸精度可以有所提高，这就是实际尺寸更接近理想尺寸，但加工效率就会降低。

在慢走丝线切割机床上对硬质合金套孔的镗磨加工工艺可提高孔的尺寸精度和表面质量，加工中电参数越大加工效率越高，表面粗糙度和尺寸精度有所下降，工件转速越高加工效率也高，尺寸精度有所提高表面粗糙度基本不变。

本发明的实施例不限于此，可设计成专用设备，满足不同生产需求，任何形式的简单变化，或者等效替换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于电火花线切割机床的镗磨附件，其特征在于，包括工件回转驱动装置、脉冲电源的电刷进电装置、工件定位夹紧装置：

所述工件回转驱动装置：弹性定心夹具(1)通过绝缘垫(2)定心安装在回转轴(3)上，轴承(4)内孔与回转轴(3)配合，外环与箱体(7)孔配合，回转轴(3)是由两高精度角接触球轴承固定在箱体(7)上，调速电机(12)通过特轻型齿形带(11)驱动回转轴(3)转动，从而使安装在夹具上的套类工件作可调速的回转运动，调速电机(12)和整个箱体(7)都安装在底板(13)上，并通过螺钉压板固定在机床工作台上；

所述脉冲电源的电刷进电装置：机床脉冲电源的正极通过导线连接到两个对称的电刷(9)上，电刷是安装在箱体(7)内壁的安装支架(6)上，两个电刷始终和轴上的金属套(8)接触，而金属套(8)和绝缘套(5)相配合，金属套上用小螺钉固定绝缘导线一端，绝缘导线又通过回转轴内孔将电送到夹具上，挡圈(10)通过一紧固螺钉固定在回转轴(3)上；

所述工件定位夹紧装置为弹性碟片定心夹紧机构。

2.根据权利要求1所述的用于电火花线切割机床的镗磨附件，其特征在于，夹具定位内孔的跳动量小于0.005mm。

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