CN104084656B - 一种台阶内花键的线切割加工装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种台阶内花键的线切割加工装置和方法，所述装置包括线切割机床、与所述线切割机床适配的钼丝变向装置、绝缘垫块和带内孔的分度盘，所述钼丝变向装置能够使钼丝在穿过工件的台阶孔后向工件的内壁偏移。所述装置结构简单，制造难度低，使用过程操作简单，安全可靠。通过所述装置和方法，能够完整加工花键键槽，且不伤及台阶孔壁，既能满足产品的质量要求又能降低产品的制造成本。解决了材料硬度较高的台阶内花键的加工难题。
Description
技术领域
本发明属于机械加工领域，涉及一种台阶内花键的线切割加工方法及装置。
技术背景
台阶内花键是指内花键沿轴向有小于内花键小径的内圆柱面（如图1和图2所示），无法直接通过线切割加工，通常采用插削、拉削等加工方法。这些方法加工精度和工作效率都很低，劳动强度大，对刀具磨损大，加工成本相当高；且当工件材料硬度较高时（HB＞300），因刀具材料硬度限制，传统的切削加工基本无法实现。
电火花线切割加工（WEDM），简称线切割，其基本工作原理是利用连续移动的细金属丝（称为电极丝）作电极，通过电极与工件间的间隙对工件进行脉冲火花放电，以达到蚀除金属、切割成型的一种电加工方法。可用于对高硬度金属的切割加工。然而，如图1和图2所示，内花键小径大于台阶孔直径，若通过线切割直接加工，台阶孔势必先被线切割钼丝加工掉，故要到达加工的目的，钼丝必须既要能将花键完整加工出来又不能伤及台阶孔壁。因此，需要对现有线切割加工设备和加工方法进行改进。
发明内容
针对上述问题，本发明以线切割机床为载体，设计了一种全新的台阶内花键的线切割加工装置，使钼丝能完整切割键槽，且不伤及台阶孔壁。
本发明通过以下技术方案来实现：
一种台阶内花键的线切割加工装置，所述装置包括线切割机床、与所述线切割机床适配的钼丝变向装置、绝缘垫块和带内孔的分度盘，所述钼丝变向装置能够使钼丝在穿过工件的台阶孔后向工件的内壁偏移，从而达到完整切割键槽，且不伤及台阶孔壁的目的，使用时，所述分度盘通过绝缘垫块置于所述线切割机床的工作台上并通过压板压紧，定位固定在所述工作台上，所述分度盘上设置有对待加工工件进行定位固定的机构。所述绝缘垫块对分度盘进行支撑固定，并在工作台和分度盘之间保留足够的间隙，以容纳线切割的相关部件，使钼丝能够从待加工工件底部进入工件内孔。采用所述分度盘可以提高内花键加工的周向位置精度，且可实现连续加工，避免加工过程中频繁拆装设备，提升加工效率。
作为可选方式，在上述台阶内花键的线切割加工装置中，所述线切割机床包括工作台、线切割丝架，所述线切割丝架上设置有钼丝丝筒以及丝架上横梁和丝架下横梁，所述丝架上、下横梁上均设置有钼丝导轮，所述工作台能够沿其所在平面相对于所述线切割丝架进行移动。进一步地，所述工作台能够通过导轨沿其所在平面相对于所述线切割丝架进行横向和纵向移动。通过工作台的移动可以实现部分对刀和进刀操作。
作为可选方式，在上述台阶内花键的线切割加工装置中，所述钼丝变向装置包括分别与线切割机床固定连接的上卡头和下卡头，所述下卡头上设置有第一导轮，所述上卡头上固定连接有导轮架立柱，所述导轮架立柱的底端设置有第二导轮，所述第二导轮上方设置有导轮架横柱，所述导轮架横柱的一端设置有第三导轮，另一端固定连接在所述导轮架立柱上，所述上卡头或切割机床上端设置有第四导轮。所述第一导轮和第二导轮之间的钼丝依次穿过分度盘和工件的台阶孔进入工件内部，然后通过第二导轮和第三导轮使钼丝向工件的内壁偏移，使所述第三导轮和第四导轮之间的钼丝靠近工件的内壁，用于对花键键槽进行切割。所述第一导轮和第二导轮之间的钼丝以及第三导轮和第四导轮之间的钼丝通常可以设置成竖直取向，根据不同工件的形状和加工要求，也可以成一定角度倾斜设置。
作为可选方式，在上述台阶内花键的线切割加工装置中，所述上卡头、下卡头和导轮架横柱均沿水平方向设置，所述导轮架立柱沿竖直方向设置。如此设置结构简单，便于实现。
作为可选方式，在上述台阶内花键的线切割加工装置中，所述导轮架立柱通过孔配合用紧定螺钉与上卡头固定连接，所述导轮架立柱在所述上卡头上的固定位点能够在水平方向上自由调整，所述导轮架横柱通过孔配合用紧定螺钉与所述导轮架立柱固定连接，所述导轮架横柱向所述导轮架立柱一侧延伸的距离可自由调整，所述下卡头相对于线切割机床沿水平方向延伸的长度可灵活调整。通过调整各部件的横向延伸长度，可以适应具有不同内径大小和不同键槽深度的工件的加工要求。
作为可选方式，在上述台阶内花键的线切割加工装置中，所述导轮架立柱向所述上卡头下方延伸的长度可自由调整。以适应对不同高度的工件以及工件内壁上不同高度的花键的加工要求。
作为可选方式，在上述台阶内花键的线切割加工装置中，所述导轮架横柱在所述导轮架立柱上的固定位点能够在竖直方向上自由调整。以适应对工件内壁上不同高度的花键的加工要求。
作为可选方式，在上述台阶内花键的线切割加工装置中，所述工作台的运动采用数控设备进行控制。
作为可选方式，在上述台阶内花键的线切割加工装置中，所述分度盘是通过手工转动的，分度盘上转盘和底座之间在相同节圆上均钻有销孔，用以圆周方向旋转后定位，在转动上转盘到相应位置后，用销子定位在底座上。作为可选，所述分度盘的转动也可以采用数控设备进行自动控制。
作为可选方式，在上述台阶内花键的线切割加工装置中，所述对待加工工件进行定位固定的机构可以是设置在所述分度盘上的止口，所述止口能够与待加工工件间隙配合。通过间隙配合，利用工件的自重，依靠分度盘与工件之间的摩擦力实现定位固定，防止工件滑动和转动。所述对待加工工件进行定位固定的机构也可以是设置在所述分度盘与工件之间的压板螺杆和设置在所述分度盘的螺孔，通过压板与螺杆、螺孔配合进行压紧固定。所述对待加工工件进行定位固定的机构还可以是上述止口和压板压紧的结合。
作为可选方式，在上述台阶内花键的线切割加工装置中，所述绝缘垫块的材质为有机玻璃，采用有机玻璃垫块既能保证良好的绝缘性能，又能保证垫块具有良好的机械性能，能够承受较大压力，可连续使用不易损坏，能很好的满足支撑要求。
作为可选方式，所述绝缘垫块的个数为3个或4个，所述垫块均匀分布在分度盘下面，既提高稳定的支撑，又在分度盘与工作台之间形成足够的空间，便于钼丝和相关部件进入。
本发明还提供了一种台阶内花键的线切割加工方法，采用上述任意一种装置，将所述钼丝变向装置装配到所述线切割机床上，将所述分度盘平放在所述绝缘垫块上用压板压紧固定在所述工作台上，将待加工工件放在分度盘上，并通过分度盘上的定位固定的机构进行定位固定，对钼丝进行穿丝、固定，调整所述钼丝变向装置的方向对钼丝进行找正，使钼丝从分度盘下方往上穿过待加工工件的台阶孔后向工件的内壁偏移一定的距离，通过移动工作台，使钼丝与工件花键内孔壁对刀完成后进行加工，第一个花键槽加工完成后，通过转动分度盘至相应角度定位，进行第2个花键槽的线切割加工，以此类推完成周向所有花键的加工。
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本发明的有益效果：
1. 工装结构简单，制造难度低，使用过程操作简单，安全可靠。
2. 通过工装的使用，能够完整切割键槽，且不伤及台阶孔壁，既能满足产品的质量要求又能降低产品的制造成本。解决了材料硬度较高的台阶内花键的加工难题。
3. 线切割加工效率相对插床加工效率提高了1倍以上；钼丝损耗相对于合金钢插刀损耗，刀具费用降低50％以上；线切割加工表面粗糙度较好（接近Ra3.2），相对于插削加工表面粗糙度（约Ra6.3）提高近一倍
附图说明：
图1为本发明所述含台阶内花键的工件的主视剖面图。
图2为本发明所述含台阶内花键的工件的俯视图。
图3为台阶内花键的线切割加工装置的装配示意图。
附图标记：1为线切割丝架，2为上卡头，3为导轮架立柱，4为第二导轮，5为导轮架横柱，6为第三导轮，7为第一导轮，8为下卡头，9为分度盘，10为工件，101为台阶孔，102为花键，103为键槽，11为钼丝丝筒，12为绝缘垫块，13为工作台，14为钼丝，15为丝架上横梁，16为丝架下横梁，17为第四导轮。
具体实施方式：
以下通过实施例的具体实施方式再对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但不应当将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明的精神和原则之内做的任何修改，以及根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的等同替换或者改进，均应包括在本发明的保护范围内。以下实施例中仅以苏州华龙大金DK7725 型线切割机床为例加以说明，本领域技术人员可以很容易的将下述实施例中的各装置推广到其他型号的线切割机床中。
本发明的核心思路之一是通过所述钼丝变向装置使钼丝在穿过工件的台阶孔后向工件的内壁偏移，从而达到完整切割键槽，且不伤及台阶孔壁的目的。
实施例
如图3所示，一种台阶内花键的线切割加工装置，包括线切割机床、与所述线切割机床适配的钼丝变向装置、绝缘垫块12和带内孔的分度盘9，所述线切割机床包括工作台13、线切割丝架1，所述线切割丝架1上设置有钼丝丝筒11以及丝架上横梁15和丝架下横梁16，所述丝架上、下横梁上均设置有钼丝导轮，所述工作台13能够沿其所在平面相对于所述线切割丝架1进行移动，所述钼丝变向装置包括分别与线切割机床固定连接的上卡头2和下卡头8，所述下卡头8上设置有第一导轮7，所述上卡头2上固定连接有导轮架立柱3，所述导轮架立柱3的底端设置有第二导轮4，所述第二导轮4上方设置有导轮架横柱5，所述导轮架横柱5的一端设置有第三导轮6，另一端固定连接在所述导轮架立柱3上，所述上卡头2或丝架上横梁15的端部设置有第四导轮17，所述第一导轮7和第二导轮4之间的钼丝依次穿过分度盘9的内孔和工件10的台阶孔进入工件10内部，然后通过第二导轮4和第三导轮6使钼丝向工件的内壁偏移，使所述第三导轮6和第四导轮17之间的钼丝靠近工件10的内壁，用于对花键键槽进行切割，所述第一导轮和第二导轮之间的钼丝以及第三导轮和第四导轮之间的钼丝通常可以设置成竖直取向，根据不同工件的形状和加工要求，也可以成一定角度倾斜设置；所述分度盘9上设置有对待加工工件10进行定位固定的机构，使用时，所述分度盘9通过绝缘垫块12置于所述线切割机床的工作台13上并通过压板压紧，定位固定在所述工作台上，所述压板压紧操作具体通过压板、螺杆和设置在工作台上的螺孔相互配合来实现。
作为可选方式，在上述台阶内花键的线切割加工装置中，所述上卡头、下卡头和导轮架横柱均沿水平方向设置，所述导轮架立柱沿竖直方向设置。如此设置结构简单，便于实现。
作为可选方式，在上述台阶内花键的线切割加工装置中，所述导轮架立柱通过孔配合用紧定螺钉与上卡头固定连接，所述导轮架立柱在所述上卡头上的固定位点能够在水平方向上自由调整，所述导轮架横柱通过孔配合用紧定螺钉与所述导轮架立柱固定连接，所述导轮架横柱向所述导轮架立柱一侧延伸的距离可自由调整，所述下卡头相对于线切割机床沿水平方向延伸的长度可灵活调整。通过调整各部件的横向延伸长度，可以适应具有不同内径大小和不同键槽深度的工件的加工要求。
作为可选方式，在上述台阶内花键的线切割加工装置中，所述导轮架立柱向所述上卡头下方延伸的长度可自由调整。以适应对不同高度的工件以及工件内壁上不同高度的花键的加工要求。
作为可选方式，在上述台阶内花键的线切割加工装置中，所述导轮架横柱在所述导轮架立柱上的固定位点能够在竖直方向上自由调整。以适应对工件内壁上不同高度的花键的加工要求。
作为可选方式，在上述台阶内花键的线切割加工装置中，所述工作台的运动采用数控设备进行控制。采用数控设备可以提高加工的自动化程度和加工精度，应用实践证明：通过数控程序控制钼丝走刀轨迹，花键尺寸精度得到较好控制，加工质量得到有效保证；且相对普通的插床等加工设备，工人的劳动强度得到了极大降低。
作为可选方式，在上述台阶内花键的线切割加工装置中，所述分度盘是通过手工转动的，分度盘上转盘和底座之间在相同节圆上均钻有销孔，用以圆周方向旋转后定位，在转动上转盘到相应位置后，用销子定位在底座上。作为可选，所述分度盘的转动也可以采用数控设备进行自动控制。
作为可选方式，在上述台阶内花键的线切割加工装置中，所述对待加工工件进行定位固定的机构可以是设置在所述分度盘上的止口，所述止口能够与待加工工件间隙配合。通过间隙配合，利用工件的自重，依靠分度盘与工件之间的摩擦力实现定位固定，防止工件滑动和转动,工件下端外圆与分度盘止口为小间隙配合，通过分度盘转动分度后定位，各花键间位置度控制较好。所述对待加工工件进行定位固定的机构也可以是设置在所述分度盘与工件之间的压板、螺杆和设置在所述分度盘的螺孔，通过压板与螺杆、螺孔配合进行压紧固定。所述对待加工工件进行定位固定的机构还可以是上述止口和压板压紧的结合。
作为可选方式，在上述台阶内花键的线切割加工装置中，所述绝缘垫块的材质为有机玻璃，采用有机玻璃垫块既能保证良好的绝缘性能，又能保证垫块具有良好的机械性能，能够承受较大压力，可连续使用不易损坏，能很好的满足支撑要求。
作为可选方式，所述绝缘垫块的个数为3个或4个，所述垫块均匀分布在分度盘下面，既提高稳定的支撑，又在分度盘与工作台之间形成足够的空间，便于钼丝和相关部件进入。
本实施中所举的装置在使用时可以参照以下流程：
a、将上卡头2通过紧定螺钉卡紧在丝架上横梁15上；
b、在导轮架立柱3上预装好第二导轮4，导轮架横柱5预装好第三导轮6后，横柱5与立柱3通过孔配合用紧定螺钉顶紧装配为一整体；
c、导轮架立柱3外圆装入上卡头2孔内，用紧定螺钉顶紧；
d、第四导轮7预装在下卡头8上；
e、下卡头8通过紧定螺钉卡紧在丝架下横梁上16；
f、分度盘9平放在绝缘垫块12上，用压板压紧固定在工作台13上；
g、工件10放在分度盘9上进行定位固定（如之间将工件置于分度盘上的止口内或采用压板进行压紧固定）；
h、对钼丝14进行穿丝、固定；
i、通过调整导轮架立柱3的上下、圆周方向找正钼丝；
j、通过移动工作台13，使钼丝与工件花键内孔壁对刀完成后进行加工；
k、第一个花键槽加工完成后，通过转动分度盘9至相应角度定位，进行第2个花键槽的线切割加工，以此类推完成周向所有花键的加工；
l、所有花键加工完成后，先拆下钼丝，再取下工件。
采用本实施例所述的装置和方法，通过近1个月完成5件工件的加工，验证了该装置和方法的可行性，该装置和方法成功实现了台阶内花键的线切割加工，很好的保证了内花键加工的精度要求和表面粗糙度要求，提升了内花键加工的质量水平。同时该方法还极大的提高了台阶内花键的加工效率，降低了加工成本，是一科学合理的加工方法。
通过与传统的插削加工工艺相对比，实验证实采用本发明所述的装置和方法的加工效率相对插床加工效率提高了1倍以上；钼丝损耗相对于合金钢插刀损耗，刀具费用降低50％以上；线切割加工表面粗糙度较好（接近Ra3.2），相对于插削加工表面粗糙度（约Ra6.3）提高近一倍。
以上所述仅为本发明的优选实施例，对本发明而言仅是说明性的，而非限制性的；本领域普通技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效变更，但都将落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种台阶内花键的线切割加工装置，其特征在于，所述装置包括线切割机床、与所述线切割机床适配的钼丝变向装置、绝缘垫块和带内孔的分度盘，所述钼丝变向装置能够使钼丝在穿过工件的台阶孔后向工件的内壁偏移，使用时，所述分度盘通过绝缘垫块置于所述线切割机床的工作台上并通过压板压紧，定位固定在所述工作台上，所述分度盘上设置有对待加工工件进行定位固定的机构，所述钼丝变向装置包括分别与线切割机床固定连接的上卡头和下卡头，所述下卡头上设置有第一导轮，所述上卡头上固定连接有导轮架立柱，所述导轮架立柱的底端设置有第二导轮，所述第二导轮上方设置有导轮架横柱，所述导轮架横柱的一端设置有第三导轮，另一端固定连接在所述导轮架立柱上，所述上卡头或切割机床上端设置有第四导轮。
2.根据权利要求1所述的台阶内花键的线切割加工装置，其特征在于，所述线切割机床包括工作台、线切割丝架，所述线切割丝架上设置有钼丝丝筒以及丝架上横梁和丝架下横梁，所述丝架上、下横梁上均设置有钼丝导轮，所述工作台能够沿其所在平面相对于所述线切割丝架进行移动。
3.根据权利要求1或2所述的台阶内花键的线切割加工装置，其特征在于，所述绝缘垫块的个数为3个或4个，所述垫块均匀分布在分度盘下面。
4.根据权利要求1所述的台阶内花键的线切割加工装置，其特征在于，所述上卡头、下卡头和导轮架横柱均沿水平方向设置，所述导轮架立柱沿竖直方向设置。
5.根据权利要求4所述的台阶内花键的线切割加工装置，其特征在于，所述导轮架立柱通过孔配合用紧定螺钉与上卡头固定连接，所述导轮架立柱在所述上卡头上的固定位点能够在水平方向上自由调整，所述导轮架横柱通过孔配合用紧定螺钉与所述导轮架立柱固定连接，所述导轮架横柱向所述导轮架立柱一侧延伸的距离可自由调整，所述下卡头相对于线切割机床沿水平方向延伸的长度可灵活调整。
6.根据权利要求4所述的台阶内花键的线切割加工装置，其特征在于，所述导轮架立柱向所述上卡头下方延伸的长度可自由调整。
7.根据权利要求4所述的台阶内花键的线切割加工装置，其特征在于，所述导轮架横柱在所述导轮架立柱上的固定位点能够在竖直方向上自由调整。
8.根据权利要求4所述的台阶内花键的线切割加工装置，其特征在于，所述工作台的运动采用数控设备进行控制。
9.根据权利要求1所述的台阶内花键的线切割加工装置，其特征在于，所述对待加工工件进行定位固定的机构是设置在所述分度盘上的止口，所述止口能够与待加工工件间隙配合。
10.一种台阶内花键的线切割加工方法，其特征在于，采用权利要求1-9中任意一个所述的台阶内花键的线切割加工装置，将所述钼丝变向装置装配到所述线切割机床上，将所述分度盘平放在所述绝缘垫块上用压板压紧固定在所述工作台上，将待加工工件放在分度盘上，并通过分度盘上的定位固定的机构进行定位固定，对钼丝进行穿丝、固定，调整所述钼丝变向装置的方向对钼丝进行找正，使钼丝从分度盘下方往上穿过待加工工件的台阶孔后向工件的内壁偏移一定的距离，通过移动工作台，使钼丝与工件花键内孔壁对刀完成后进行加工，第一个花键槽加工完成后，通过转动分度盘至相应角度定位，进行第2个花键槽的线切割加工，以此类推完成周向所有花键的加工。
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