CN103920949A - 一种电解液循环式慢走丝电解电火花线切割加工装置 - Google Patents

Abstract

一种电解液循环式慢走丝电解电火花线切割加工装置，主要应用于非导电硬脆材料的电解电火花线切割加工。本发明包括收丝机构、电解液循环装置和送丝机构三部分。收丝机构位于电解液循环装置的左侧或右侧；电解液循环装置包括行丝机构、加工槽和外接液槽等，电极丝通过位于加工槽两侧的行丝导轮穿过加工槽置于电解液中，放电加工运丝过程采用慢走丝方式，电解液随电极丝流至外接液槽，回收电解液而形成电解液循环；送丝机构位于电解液循环装置的右侧或左侧。本发明采用整体式结构和电解液循环装置，可实现电极丝准确定位、运丝平稳，更容易使气泡富集于电极丝上，形成完整的气体薄膜，提高放电效率，同时避免电解液对行丝装置的腐蚀和提高加工精度。

Description

一种电解液循环式慢走丝电解电火花线切割加工装置

技术领域

本发明涉及的是一种特种加工技术领域的电解电火花线切割加工装置，具体的说，是一种电解液循环式慢走丝电解电火花线切割加工装置。 

背景技术

近年来，随着现代高科技产品的发展，器械朝着小型化、微细化发展，复杂微小零件的加工正日趋重要。像陶瓷、耐热玻璃、石英等非导电材料具有耐磨、耐高温、耐腐蚀和良好的耐热冲击等性能，已经被广泛应用于微机电系统、微流体系统、生物医学及航空航天等领域。然而，绝大部分陶瓷材料和耐热玻璃等非导电材料属于脆性材料，加工难度大，不导电，加工精度、表面质量和损伤层深度将对陶瓷器件的性能产生影响，所以难以用传统的机械切削方法和常规的电火花线切割加工技术对其进行切割加工。 

目前，非导电硬质材料零件的制造加工通常采用微细超声加工方法、等离子体切割法、辅助电极法电火花线切割加工和电解电火花复合加工等加工方法。 

微细超声加工方法虽然可以加工非导电陶瓷和耐热玻璃，也可以达到较好的精度，但其加工效率十分低下，很难实现高效加工，同时也难以对较厚的材料进行切割加工。等离子体切割法存在加工精度低，表面粗糙度高，加工零件相对于微型系统中的零件较厚等问题。辅助电极电火花线切割方法加工时，在非导电工件表面欲切割处，安装与切缝形状一致的金属，作为辅助电极，电极丝和辅助电极放电，辅助电极被部分蚀除，被蚀除的金属粉末和煤油在放电过程中产生的炭黑一起，集聚在工件表面，形成导电膜，使之具备导电性，然后利用电极丝与导电膜之间的放电蚀除工件材料，但是该过程不可控，难以保证稳定的加工，加工效率低。而电解电火花复合加工是利用电解液中火花放电作用来对工件材料进行去除加工的。电解液通常为硝酸铝溶液、硝酸钠溶液或氯化钠溶液。该技术的关键是通过电解液反应生成气泡，进一步在电极丝表面形成完整的气体薄膜，将电极丝和电解液隔离开，继而在电压的作用下击穿气体薄膜，发生火花放电，利用火花放电时的瞬间高温和冲击作用来去除工件材料。这种传统的加工方法所能加工工件的厚度严重受限，因为参与加工的电极丝长度越长，气体薄膜需要包裹的电极丝的面积就越大，越不容易生成完整的气体薄膜。 

经过对现有技术的检索发现，中国专利申请号是201310167032.6，申请公布号为CN103231134A，记载了“一种非导电材料的电解电火花线切割将装置及方法”，该专利的技术简述为：非导电材料的电解电火花线切割装置包括一用于固定工件的主轴、若干导轮、一电极丝、一辅助电极和一盛有电解液的加工槽；在对零件加工前，先对电极丝进行绝缘处理，即浸入电解液中的电极丝表面附近发生电化学反应和电解电火花现象并在电极丝表面迅速附着一层绝缘层；随着电极丝的往复直线运动，与工件接触的电极丝的绝缘层瞬间被磨掉并发生电解电火花放电，电解电火花放电产生的瞬间高温和冲击作用去除工件材料，主轴继续带动工件以恒定的速度向电极丝做进给运动。 

但是该现有技术仅概念性的介绍了电解电火花线切割加工装置，其中包括一用于固定工件的主轴、若干导轮、一电极丝、一辅助电极和一盛有电解液的加工槽，没有给出如何实现电极丝的平稳运丝和电极丝的伺服控制方式。而且该现有技术的运丝方式是往复直线运动，电解液采用硝酸铝溶液，而在电解液电火花放电加工过程中气泡生成扩大需要有一定时间，气体薄膜的稳定性影响放电的连续性和稳定性，往复走丝工作时，电极丝运动速度不稳定，且振动较大，会导致气泡在击穿之前即已发生迁移和逃逸，气泡不容易粘附并富集在电极丝表面形成气体薄膜，影响了放电的连续性和稳定性，进一步影响了加工的效率。该现有技术采用的电解液种类单一，仅仅是无腐蚀性的电解液，而无法使用具有腐蚀性的电解液(如氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液等)。当电解电火花加工采用较强的腐蚀性电解液时，浸没在电解 液中的导轮及固定导轮用的零部件还需要特殊防腐材料。 

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种电解液循环式慢走丝电解电火花线切割加工装置，能够方便、实用、可靠地实现对电极丝的平稳运丝和电极丝的伺服控制。此外，本发明采用的电解液循环装置可以满足使用不同种类的电解液进行电解电火花放电加工；本发明体积小、结构简单、行丝机构位于电解液循环装置加工槽的外侧，可防止电解液对其腐蚀而影响加工精度；电极丝定位准确且不易抖动，平稳运丝，能够获得良好的加工精度。 

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：收丝机构、电解液循环装置和送丝机构三部分。采用整体式结构，即收丝机构、电解液循环装置和送丝机构统一安装在机构载体上形成一个整体，收丝机构位于电解液循环装置的左侧(或右侧)，送丝机构位于电解液循环装置的右侧(或左侧)，都固定在统一的机构载体上。 

所述的送丝机构由贮丝筒、第二毛毡圈、第二单丝道固定导轮及阻尼器、传动装置组成。贮丝筒、第二毛毡圈、第二单丝道固定导轮均有支撑件和螺钉固定在机构载体上。而贮丝筒与阻尼器、传动装置连接，通过控制器的控制为电极丝提供与驱动力值相等的阻尼力，其上抽出的电极丝，经第二毛毡圈、第二单丝道固定导轮，进入电解液循环装置的行丝机构。送丝机构置于电解液循环装置的左侧或右侧。 

所述的电解液循环装置由行丝机构、加工槽和外接液槽等组成。 

行丝机构由位于电解液循环装置的加工槽外侧的两个V型行丝导轮、两个过滤嘴和高度灵敏张力传感器组成，V型行丝导轮、过滤嘴和高度灵敏张力传感器均通过支撑件和螺钉水平固定在电解液循环装置中，并保持与加工槽上的通丝孔同一水平位置高度。张力传感器为高度灵敏张力传感器，其安装在第二行丝行丝导轮与第二过滤嘴之间，和送丝机构同侧，并监测电极丝的张力，并把信号反馈给控制器。电极丝依次经电解液循环装置上行丝机构的第二V型行丝导轮、张力传感器、第二过滤嘴、加工槽、第一过滤嘴、第一V型行丝导轮，进入收丝机构。行丝机构置于电解液循环装置的加工槽外侧。 

电解液循环装置中的加工槽上留有与液压泵相连接的进液口和两侧对称分布的通丝孔，外接液槽位于通丝孔的外侧下面并留有出液口，使之与储液箱连接，储液箱里的电解液经过过滤后再与液压泵连接，实现电解液的循环。从电解液循环装置的行丝机构一边穿入的电极丝穿过加工槽浸没在电解液中，完成对工件的电化学放电线切割加工。 

收丝机构由主电机、传动装置、固定主动轮、第一单丝道固定导轮、第一毛毡圈组成，并通过支撑件和螺钉固定在机构载体上，其中毛毡圈可绕螺钉转动。从行丝机构抽出的电极丝经第一单丝道固定导轮、第一毛毡圈，进入通过主电机和传动装置提供驱动力的固定主动轮，其中驱动力的值受控制器根据张力传感器的反馈信息控制。收丝机构置于电解液循环装置的右侧或左侧。 

本发明所具有的有益效果：1、采用上述电解液循环装置，在满足电解电火花加工使用不同电解液的同时，可实现电解液在加工过程中的循环流动，并带走电解电火花放电加工过程中产生的蚀除产物，不仅能够显著提高加工过程的稳定性，还可防止电解液对行丝机构的腐蚀。2、电解液循环装置中行丝机构的行丝导轮采用V型行丝导轮，实现电极丝准确定位、减小电极丝抖动，并且在运丝过程中采用慢走丝方式，有利于气泡黏附和富集在电极丝表面上，形成完整的气泡薄膜，因此可以提高加工精度、加工表面粗糙度和加工效率。3、采用整体式结构，即收丝机构、电解液循环装置和送丝机构统一安装在机构载体上形成一个整体，机床结构简单、紧凑、体积小，安装调整方便，同时可防止电解液污染。4、工件安装在主轴上，利用Z轴和Y轴联动实现微细二维形状的切割加工。5、电极丝的张力控制由安装在过滤嘴和行丝导轮之间的张力传感器及贮丝轮一端的阻尼传动装置组成，通过控制装置调节阻尼传动装置的阻尼力来控制电极丝的张力大小，确保电极丝一直处于合适的工作状态，从而提高产品质量。 

综上所述，本发明提出的电解液循环式电解电火花线切割装置，能够有效解决现有电解电火花线切割机床(装置)的缺点和不足，能够保证加工区电解液的及时更新。本发明能够方便、实用、可靠地实现对电极丝的平稳运丝和电极丝的伺服控制。此外，本发明采用的电解液循环装置可以满足不同种类的电解液进行电解电火花放电加工使用；本发明体积小、结构简单、行丝机构位于电解液循环装置加工槽的外侧，可防止电解液对其腐蚀而影响加工精度；电极丝定位准确且不易抖动，平稳运丝，能够获得良好的加工精度。 

附图说明

图1为本发明结构示意图 

图中：固定主动轮1、第一毛毡圈2、第一单丝道固定导轮3、电解液进口4、Z轴5、主轴6、第一过滤嘴7、第二单丝道固定导轮8、第二毡圈9、贮丝筒10、第二V型行丝导轮11、外接液槽12、张力传感器13、Y轴14、通丝孔15、工件16、电解液17、加工槽18、第二过滤嘴19、出液口20、第二V型行丝导轮21、电极丝22、机构载体23。 

具体实施方式

如图本发明由收丝机构、电解液循环装置、送丝机构等组成的一个整体形式的电解电火花线切割加工装置。 

所述的送丝机构由贮丝筒10、第二毛毡圈9、第二单丝道固定导轮8、阻尼器和传动装置(图中未示出)组成。贮丝筒10、第二毛毡圈9、第二单丝道固定导轮8均有支撑件和螺钉固定在机构载体上，其中第二毛毡圈9可绕螺钉转动。而贮丝筒10与阻尼器、传动装置连接，通过控制器的控制为电极丝22提供与驱动力值相等的阻尼力，其上抽出的电极丝22，经第二毛毡圈9、第二单丝道固定导轮8，进入电解液循环装置的行丝机构。送丝机构置于电解液循环装置的左侧或右侧。 

电解液循环装置的行丝机构由位于加工槽外侧的第一V型行丝导轮21、第二V型行丝导轮11、第一过滤嘴7、第二过滤嘴19和高度灵敏张力传感器13组成，V型行丝导轮、过滤嘴和高度灵敏张力传感器均通过支撑件和螺钉水平固定在机构载体23上，并保持与电解液循环装置的加工槽18上的单通丝孔15同一水平位置高度。张力传感器为高度灵敏张力传感器，其安装在第二V型行丝导轮11与第二过滤嘴7之间，和送丝机构同侧，并监测电极丝22的张力，并把信号反馈给控制器。电极丝22依次经行丝装置的第二V型行丝导轮11、张力传感器13、第二过滤嘴7、加工槽18、第一过滤嘴19、第一V型行丝导轮21，进入收丝机构。行丝机构置于电解液循环装置的外侧。 

电解液循环装置的加工槽18上留有与液压泵相连接的进液口4和两侧对称分布的通丝孔15，其通丝孔15的外侧下面有外接液槽12，外接液槽12通过出液口20与储液箱连接，储液箱里的电解液流经过滤装置过滤后再与液压泵连接，实现电解液的循环。从行丝机构一边穿入的电极丝22穿过加工槽18浸没在电解液17中，完成对工件的电化学放电线切割加工。 

收丝机构由主电机及传动装置(图中未示出)、固定主动轮1、第一毛毡圈2组成、第一单丝道固定导轮3，并通过支撑件和螺钉固定在机构载体23上，其中第一毛毡圈2可绕螺钉转动。从行丝机构抽出的电极丝22经第一单丝道固定导轮3、第一毛毡圈2，进入通过主电机和传动装置提供驱动力的固定主动轮1，其中驱动力的值受控制器根据张力传感器13的反馈信息控制。收丝机构置于电解液循环装置的右侧或左侧。 

本发明使用时，电极丝从贮丝筒10上抽出，经第二毛毡圈9、第二单丝道固定导轮8进入电解液循环装置中，贮丝筒10与阻尼器、传动装置连接，通过控制器的控制为电极丝22提供与驱动力值相等的阻尼力，进入电解液循环装置中的行丝机构。从送丝机构抽出的电极丝22依次进入行丝机构的第二V型行丝导轮11、张力传感器13、第二过滤嘴7，经电解液 循环装置中的加工槽18进入行丝机构的第一过滤嘴19和第一V型行丝导轮21。加工槽18上留有与液压泵相连接的进液口4和两侧对称分布的通丝孔15，其通丝孔的外侧下面有外接液槽12，外接液槽12通过出液口20与储液箱连接，储液箱里的电解液流经过滤装置后再与液压泵连接，实现电解液的循环。从行丝机构引出的电极丝22进入收丝机构，即经第一单丝道固定导轮3、第一毛毡圈2，进入通过主电机和传动装置提供驱动力的固定主动轮1。工件16安装在主轴6上，Z轴5和Y轴14联动，利用水平电极丝切割工件。电解液循环装置的使用不仅可实现电解液的循环，还可满足不同种类的电解液电解电火花放电加工的使用，防止电解液对行丝装置的腐蚀。电极丝的运丝方式为慢走丝直线运动，其张力控制通过控制装置调节阻尼传动装置的阻尼力来控制电极丝的张力大小，确保电极丝一直处于合适的工作状态。 

Claims (8)

1.一种电解液循环式电解电火花线切割加工装置，包括收丝机构、电解液循环装置和送丝机构三部分。电解液循环装置包括行丝机构、加工槽和外接液槽等，行丝机构水平布置在电解液循环装置的加工槽外侧，工件安装在主轴上，Z轴和Y轴联动利用水平方向的电极丝切割工件，其特征在于：采用整体式结构，即收丝机构、电解液循环装置和送丝机构统一安装在机构载体上形成一个整体，收丝机构位于电解液循环装置的左侧或右侧，送丝机构位于电解液循环装置的右侧或左侧，都固定在统一的机构载体上。

所述的送丝机构由贮丝筒、第二毛毡圈、第二单丝道固定导轮及阻尼器、传动装置组成。

所述的电解液循环装置由行丝机构、加工槽和外接液槽等组成。

行丝机构由位于电解液循环装置加工槽外侧的两个V型行丝导轮、两个过滤嘴和高度灵敏张力传感器组成，V型行丝导轮、过滤嘴和高度灵敏张力传感器水平固定在电解液循环装置中。

电解液循环装置中的加工槽上留有与液压泵相连接的进液口和两侧对称分布的通丝孔，外接液槽位于通丝孔的外侧下面并留有出液口，使之与储液箱连接，实现电解液的循环。

收丝机构由主电机、传动装置、固定主动轮、第一单丝道固定导轮、第一毛毡圈组成，并固定在机构载体上。

2.根据权利要求1所述电解液循环式慢走丝电解电火花线切割加工装置，其特征是：在水平运丝过程中，电极丝通过位于电解液循环装置加工槽两侧的行丝导轮穿过加工槽置于电解液中，放电加工运丝过程采用慢走丝直线运动方式，完成对工件的电解电火花线切割加工，电解液随电极丝流至外接液槽，而外接液槽、储液箱、液压泵、进液口、加工槽依次连接，实现电解液的循环。

3.根据权利要求1所述电解液循环式慢走丝电解电火花线切割加工装置，其特征是：在运丝过程中，慢走丝运动中的电极丝在受到收丝机构所提供的驱动力的同时，受到高度灵敏张力传感器的监测，使监测到的信息再反馈给控制器，控制器控制贮丝筒提供给电极丝反方向的阻尼力，且驱动力与阻尼力的差值相等。

4.根据权利要求1～3所述电解液循环式慢走丝电解电火花线切割加工装置，其特征是：所述的电解液循环装置包括行丝机构、盛有电解液的加工槽和外接液槽，其中加工槽两侧留有对称分布的通丝孔而外接液槽底端留有出液口，电极丝穿过通丝孔浸没在电解液中，完成对工件的电解电火花线切割加工，随电极丝流至外接液槽的电解液通过出液口回收到储液箱中循环使用。

5.根据权利要求1～4所述电解液循环式慢走丝电解电火花线切割加工装置，其特征是：所述贮丝筒所受的阻尼力有阻尼器、传动装置产生，并由控制器控制，其上抽出的电极丝，经第二毛毡圈、第二单丝道固定导论，进入行丝机构。

6.根据权利要求1～4所述电解液循环式慢走丝电解电火花线切割加工装置，其特征是：所述的张力传感器为高度灵敏张力传感器，其安装在第二V型行丝导轮与第二过滤嘴之间，和送丝机构同侧，在有效监测电极丝的同时，可防止电解液对其腐蚀。

7.根据权利要求1～4所述电解液循环式慢走丝电解电火花线切割加工装置，其特征是：所述的行丝机构，由位于电解液循环装置加工槽外侧的两个V型行丝导轮、两个过滤嘴和高度灵敏张力传感器组成，从送丝机构抽出的电极丝依次穿过第二V型行丝导轮、张力传感器、第二过滤嘴、电解液箱、第一过滤嘴、第一V型行丝导轮，进入收丝机构。

8.根据权利要求1～4所述电解液循环式慢走丝电解电火花线切割加工装置，其特征是：所述的收丝机构，由主电机、传动装置通过固定主动轮提供给电极丝驱动力，从电解液循环装置中抽出的电极丝，经过第一单丝道固定导轮、第一毛毡圈，进入固定主动轮。