CN105710465A - 一种微细工具电极在位制备与修整装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微细工具电极在位制备与修整装置，所述的装置的基座安装在微细电加工机床上，车削单元、自动送丝与收丝单元、张力控制与导向单元、放电磨削单元分别固定在基座上，微细工具电极固定安装于机床主轴上，机床的X轴、Y轴、Z轴的联动能够控制微细工具电极的运动；车削单元用于微细工具电极的在位车削成形或粗成形；自动送丝与收丝单元控制线电极的自动送丝与收丝；张力控制与导向单元控制线电极的张力与走丝轨迹，使线电极导入放电磨削单元中，放电磨削单元用于微细工具电极在位精密放电磨削成形或修整。

Description

一种微细工具电极在位制备与修整装置

技术领域

本发明属于微细电加工领域，具体涉及一种集圆柱形、圆锥形、螺旋状等多种形状微细工具电极快速车削粗成形与线电极电火花磨削精密成形与修整于一体的微细工具电极在位制备与修整装置。

背景技术

微细电加工的工艺方法和原理要求有高精度的微细工具电极，工具电极尺寸和精度很大程度上决定了微细电加工所能达到的尺寸和精度。同时，在微细电加工过程中，工具电极存在明显的损耗，需要不断对工具电极进行修整（工具电极的修整时间可达总制造周期的50%以上），这成为影响综合加工效率的重要因素。并且随着微细三维结构加工需求的增加，对于具有一定截面形状（如圆柱形、圆锥形、螺旋状等）的异形电极的需求也愈来愈强烈。采用传统的切削、磨削等机械方式离线制作，能够得到微细圆柱状的工具电极，但尺寸精度与形状精度的控制比较困难，并且二次装夹在机床主轴上时，不可避免的会产生微细电极与工作台面间的垂直度误差和回转精度误差。而采用线电极电火花磨削方式可实现微细工具电极的高质量在位制备与修整，但也存在加工效率低下的局限性，并且制作圆锥形、螺旋状等微细异形电极时对于机床的要求高，适应性差。对于精度与质量要求高、加工特征尺寸小、截面形状多样的微细工具电极的制作，现有的加工装置存在精度较低或效率低下、加工成本高等缺点，已不能适应目前微细电加工中经常需要在位精密高效制备与修整多种形状微细工具电极的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种微细工具电极在位制备与修整装置，采用本发明，能够解决目前微细电加工中圆柱形、圆锥形、螺旋状等多种形状微细工具电极在位精密、高效制备难题。

本发明的微细工具电极在位制备与修整装置，含有基座、车削单元、自动送丝与收丝单元、张力控制与导向单元、放电磨削单元；基座安装在微细电加工机床上，包括基板与固定在基板上的大理石板支座，基座用于为其它部分提供支撑以及吸收和隔离外界的振动；车削单元、自动送丝与收丝单元、张力控制与导向单元、放电磨削单元分别固定在基座上，微细工具电极固定安装于机床主轴上，机床的X轴、Y轴、Z轴的联动能够控制微细工具电极的运动；车削单元用于微细工具电极的车削成形或粗成形；自动送丝与收丝单元控制线电极的自动送丝与收丝；张力控制与导向单元控制线电极的张力与走丝轨迹，使线电极导入放电磨削单元中，放电磨削单元用于微细工具电极精密放电磨削成形或修整。

所述的车削单元含有车刀、车刀架；车刀架固定在大理石板支座上，车刀固定在车刀架上。

所述的自动送丝与收丝单元含有送丝单元和收丝单元；送丝单元含有轴端挡板、储丝轮、弹性压紧装置、防松螺母、储丝轮轴；储丝轮轴通过与大理石板支座上孔的过盈配合固定在大理石板支座上，储丝轮安装在储丝轮轴上，背靠轴端挡板，绕储丝轮轴转动，弹性压紧装置与防松螺母确定储丝轮的轴向位置，与张力控制与导向单元的配合，提供电极丝张力使电极丝绷紧；收丝单元含有紧固螺钉、支座、轴端紧固螺钉、步进电机、收丝轮，步进电机通过支座与紧固螺钉固定在大理石板支座上，收丝轮通过轴端紧固螺钉安装在步进电机的转轴上，电极丝由储丝轮引出，经过张力控制与导向单元控制电极丝走丝路径，使电极丝经过放电磨削单元后回收到收丝轮上，由步进电机驱动安装在步进电机转轴上的收丝轮旋转，带动线电极走丝，电极丝带动与之配合的储丝轮旋转，完成自动送丝、收丝过程。

所述的张力控制与导向单元含有第一导丝轮、定位杆、第二导丝轮、拉力调节轮、磁阻力器、定位轴、弹性压紧装置、导丝毡圈、第三导丝轮、第四导丝轮；电极丝缠绕在拉力调节轮上，拉力调节轮安装在磁阻力器上，磁阻力器置于基板与大理石板支座之间，定位轴固定在大理石板支座上，导丝毡圈安装在定位轴上，绕定位轴转动，弹性压紧装置确定导丝毡圈的轴向位置，第一导丝轮安装在定位杆上，通过定位杆的转动调节第一导丝轮的位置，将电极丝导入收丝轮中，定位杆安装在大理石板支座上，电极丝由储丝轮引出，通过第二导丝轮，水平进入拉力调节轮，经过拉力调节轮后进入导丝毡圈，之后经过第三导丝轮导向进入放电磨削单元，通过放电磨削单元后由第四导丝轮与第一导丝轮导向进入收丝轮。

所述的放电磨削单元为圆柱电极放电磨削单元或锥面电极放电磨削单元。

所述的圆柱电极放电磨削单元含有右支座、第一导向块、第一导丝头、第二导丝头、第二导向块、左支座、螺杆、接电螺栓；右支座、左支座分别固定在大理石板支座上，螺杆水平放置，两端分别与右支座、左支座上的孔进行过度配合，绕轴线转动，第一导向块、第二导向块中间部分分别有旋向相反的螺纹孔，与螺杆上对应的旋向相反的外螺纹配合，旋转螺杆调节两导向块之间的水平距离，固定第一导向块、第二导向块位置，第一导丝头、第二导丝头分别固定在第一导向块、第二导向块上，电极丝沿第一导丝头、第二导丝头上的微槽在水平面内走丝。

所述的锥面电极放电磨削单元含有支座、定位销、旋转台、第一导丝柱、第二导丝柱；支座固定在大理石板支座上，旋转台通过定位销贴附在支座上，定位销与支座之间采用过盈配合联接，定位销与旋转台之间采用过渡配合联接，第一导丝柱、第二导丝柱紧固在旋转台上，调整好旋转台角度位置后，将旋转台固定在支座上，电极丝在第一导丝柱和第二导丝柱间走丝。

本发明的微细工具电极在位制备与修整装置的具体工作原理如下：车削单元通过固定在大理石板支座上的车刀与机床主轴旋转运动及X、Y、Z轴进给运动的相配合，实现对圆柱形微细工具电极快速车削成形，或者实现微细工具电极的粗成形，减小后续工具电极制备与修整的加工余量。自动送丝与收丝单元为线电极电火花磨削加工提供恒速自动供丝的功能，由步进电机提供驱动力并调节走丝速度，通过直接安装在步进电机转轴上的收丝轮旋转带动线电极走丝，从而带动与之配合的储丝轮旋转实现自动供丝。张力控制与导向单元实现线电极的恒张力控制与导向功能，通过张力调节轮调节线电极张力的大小以提高走丝稳定性，通过导向轮改变线电极的走丝路径，使线电极由储丝轮进入放电磨削单元参与放电加工，之后直接进入收丝轮。放电磨削单元分为圆柱电极放电磨削单元与锥面电极放电磨削单元，两种装置安装在大理石板支座上，可便携更换。圆柱电极放电磨削单元主要用于加工圆柱形微细工具电极，线电极沿着调整间距的两个导丝头在水平面内恒速走丝，放电加工区域位于两导丝头之间，结合机床主轴的旋转运动与X、Y、Z轴的进给运动，实现小直径、几乎没有锥度的微细圆柱形工具电极的精密成形与修整。锥面电极放电磨削单元主要用于加工圆锥形、螺旋状、带螺旋槽结构型等形状特征的微细工具电极，线电极沿着两导向柱恒速走丝，放电加工区域位于两导丝柱之间，两导丝柱安装固定在高精度的旋转台上，通过旋转台的旋转，灵活调整线电极与待加工工具电极之间的角度，结合机床主轴的旋转运动与X、Y、Z轴的进给运动，实现圆锥形、螺旋状、带螺旋槽结构型等形状特征的微细工具电极精密成形与修整。

本发明的特点是：

（1）车割一体：结合车削工艺与线电极电火花磨削工艺，通过车削快速实现微细工具电极的在位粗成形，通过微细电极丝实现微细工具电极电火花放电磨削在位精密修整，从而实现提高加工效率的同时兼顾加工质量；

（2）结构紧凑小巧：采用小巧的导向单元，结构布置紧凑，整体外形尺寸小，作为附件安装在微细电加工机床上；

（3）多功能：采用可便携更换的放电磨削单元，实现圆柱形、圆锥形、螺旋状等多种形状工具电极的在位精密制备与修整。

附图说明

图1是本发明的装置的总体结构主视图；

图2是本发明的装置的总体结构俯视图；

图3是本发明的装置的局部结构主视图；

图4是本发明的装置的局部结构俯视图；

图5是本发明的装置的圆柱电极放电磨削单元的结构示意图；

图6是本发明的装置的锥面电极放电磨削单元的结构示意图；

图中1.基座2.车削单元3.自动送丝与收丝单元4.张力控制与导向单元5.放电磨削单元6.基板7.紧固螺钉8.大理石板支座9.车刀10.紧固螺钉11.紧固螺钉12.支座13.轴端紧固螺钉14.第一导丝轮15.定位杆16.紧固螺钉17.轴端挡板18.储丝轮19.弹性压紧装置20.防松螺母21.储丝轮轴22.第二导丝轮23.拉力调节轮24.磁阻力器25.定位轴26.弹性压紧装置27.导丝毡圈28.第三导丝轮29.车刀架30.紧固螺钉31.第四导丝轮32.步进电机33.收丝轮34.紧固螺钉35.右支座36.紧固螺钉37.第一导向块38.紧固螺钉39.第一导丝头40.第二导丝头41.紧固螺钉42.第二导向块43.左支座44.紧固螺钉45.紧定螺钉46.螺杆47.紧定螺钉48.接电螺栓49.支座50.紧固螺钉51.定位销52.紧固螺钉53.旋转台54.第一导丝柱55.垫圈56.螺钉57.第二导丝柱。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明的装置包括基座1、车削单元2、自动送丝与收丝单元3、张力控制与导向单元4、放电磨削单元5。车削单元2有多种型号的车刀，尺寸相同，针对的待加工电极材料不同，车刀安装在基座1上，实现圆柱形微细工具电极在位快速车削成形，或者实现微细工具电极的在位粗成形。电极丝通过自动送丝与收丝单元3、张力控制与导向单元4提供恒速恒张力控制，为放电磨削单元5连续供丝，通过放电磨削单元5中导丝部分间距或角度的调整，获得电极丝相对待加工电极放电角度位置的调整，实现圆柱形、圆锥形、螺旋状等多种形状的微细工具电极在位精密成形与修整。

参照图1、图3、图4，基座1包括基板6、紧固螺钉7、大理石板支座8，大理石板支座8通过紧固螺钉7固定在基板6上，基板6通过螺钉固定在微细电加工机床上，方便拆卸。基座1为其它单元提供支撑，并起到一定的吸收和隔离外界振动和机床Z轴电机及主轴电机振动的作用，有利于运丝系统的稳定。车削单元2含有车刀9、紧固螺钉10、车刀架29、紧固螺钉30，车刀架29通过紧固螺钉30固定在大理石板支座8上，车刀9通过紧固螺钉10固定在车刀架29上。工具电极安装在机床主轴上。针对不同的待加工电极材料，车刀9有多种不同的型号，与之配合的车刀架29也有多种型号，通过与机床主轴旋转运动及X、Y、Z轴进给运动的相配合，实现对圆柱形微细工具电极快速车削成形或微细工具电极的快速粗成形。自动送丝与收丝单元3分为送丝单元和收丝单元：送丝单元含有轴端挡板17、储丝轮18、弹性压紧装置19、防松螺母20、储丝轮轴21，收丝单元含有紧固螺钉11、支座12、轴端紧固螺钉13、步进电机32、收丝轮33；张力控制与导向单元4含有第一导丝轮14、定位杆15、紧固螺钉16、第二导丝轮22、拉力调节轮23、磁阻力器24、定位轴25、弹性压紧装置26、导丝毡圈27、第三导丝轮28、第四导丝轮31。储丝轮轴21通过与大理石板支座8上孔的过盈配合固定在大理石板支座8上，储丝轮18安装在储丝轮轴21上，背靠轴端挡板17，绕储丝轮轴21转动。通过弹性压紧装置19与防松螺母20确定储丝轮18的轴向位置，增大摩擦阻力，与张力控制与导向单元4的配合，为电极丝提供张力使电极丝绷紧。步进电机32通过支座12与紧固螺钉11固定在大理石板支座8上，收丝轮33通过轴端紧固螺钉13安装在步进电机32的转轴上。电极丝由储丝轮18引出，张力控制与导向单元4控制电极丝走丝路径，使电极丝经过放电磨削单元5后回收到收丝轮33上。由步进电机32驱动安装在步进电机转轴上的收丝轮33旋转，带动线电极走丝，电极丝带动与之配合的储丝轮18旋转实现自动收丝与送丝的功能。

参照图2、图3、图4，电极丝缠绕在拉力调节轮23上，拉力调节轮23安装在磁阻力器24上，磁阻力器24置于基板6与大理石板支座8之间，通过调节磁阻力器24上阻力大小实现电极丝张力大小的调整。定位轴25通过螺纹连接固定在大理石板支座8上，导丝毡圈27安装在定位轴25上，绕定位轴25转动，通过弹性压紧装置26确定导丝毡圈27的轴向位置，并增大电极丝与毡圈之间的摩擦力，防止加工过程突然断丝时产生飞丝现象。第一导丝轮14安装在定位杆15上，通过定位杆15的转动调节第一导丝轮14的位置，使电极丝导入收丝轮33中。调整好位置后，通过紧固螺钉16将定位杆15固定在大理石板支座上。电极丝由储丝轮18引出，通过第二导丝轮22调节，水平进入拉力调节轮23，经过拉力调节轮23调节张力后进入导丝毡圈27，之后经过第三导丝轮28导向进入放电磨削单元5，通过放电磨削单元5后由第四导丝轮31与第一导丝轮14导向进入收丝轮33，实现张力控制与走丝路径调整功能。

参照图3、图4、图5，圆柱电极放电磨削单元包括紧固螺钉34、右支座35、紧固螺钉36、第一导向块37、紧固螺钉38、第一导丝头39、第二导丝头39、紧固螺钉41、第二导向块42、左支座43、紧固螺钉44、紧定螺钉45、螺杆46、紧定螺钉47、接电螺栓48。右支座35、左支座43分别通过紧固螺钉34与紧固螺钉36、紧固螺钉44固定在大理石板支座8上。螺杆46水平放置，两端分别与右支座35、左支座43上的孔进行过度配合，绕轴线转动。第一导向块37、第二导向块42中间部分分别有旋向相反的螺纹孔，与螺杆46上对应的旋向相反的外螺纹配合，旋转螺杆46调节两导向块之间的水平距离。调整好两导向块位置后，分别通过紧定螺钉47、紧定螺钉45固定第一导向块37、第二导向块42。第一导丝头39、第二导丝头40分别通过紧固螺钉38、紧固螺钉41固定在第一导向块37、第二导向块42上。电极丝沿第一导丝头39、第二导丝头40上的微槽在水平面内走丝，放电位置位于两导丝头之间的电极丝悬空部分，电极丝长期在第一导丝头39、第二导丝头40上的微槽滑动，会使导丝头磨损，方便更换导丝头，保证走丝精度。根据加工需求，通过调节第一导向块37与第二导向块42之间的水平距离实现调节电极丝放电悬空部分的长度，减小电极丝振动，提高走丝稳定性，实现小直径、几乎没有锥度的微细圆柱形工具电极的精密成形与修整。

参照图3、图4、图6，锥面电极放电磨削单元包括支座49、紧固螺钉50、定位销51、紧固螺钉52、旋转台53、第一导丝头54、垫圈55、螺钉56、第二导丝头57。支座49通过紧固螺钉50与紧固螺钉52固定在大理石板支座8上，便于装卸。旋转台53通过定位销51贴附在支座49上，定位销51与支座48之间采用过盈配合联接，定位销51与旋转台53之间采用过渡配合联接，即实现旋转台53的高精度定位，也方便实现旋转台53的旋转，第一导丝头54、导丝柱55采用螺纹连接的方式紧固在旋转台53上。调整好旋转台53角度位置后，采用垫圈55与螺钉56将旋转台53固定在支座49上。电极丝在第一导丝头54和第二导丝头57间走丝并实现对待加工电极的放电加工，通过旋转台53的高精度旋转，实现电极丝与待加工工件之间的角度位置的精确调整，从而实现圆锥形、螺旋状等形状的微细工具电极的精密成形与修整。

Claims (7)

1.一种微细工具电极在位制备与修整装置，其特征在于：所述的装置含有基座（1）、车削单元（2）、自动送丝与收丝单元（3）、张力控制与导向单元（4）、放电磨削单元（5）；基座（1）安装在微细电加工机床上，包括基板（6）与固定在基板（6）上的大理石板支座（8），基座（1）用于为其它部分提供支撑以及吸收和隔离外界的振动；车削单元（2）、自动送丝与收丝单元（3）、张力控制与导向单元（4）、放电磨削单元（5）分别固定在基座（1）上，微细工具电极固定安装于机床主轴上，机床的X轴、Y轴、Z轴的联动能够控制微细工具电极的运动；车削单元（2）用于微细工具电极的在位车削成形或粗成形；自动送丝与收丝单元（3）控制线电极的自动送丝与收丝；张力控制与导向单元（4）控制线电极的张力与走丝轨迹，使线电极导入放电磨削单元（5）中，放电磨削单元（5）用于微细工具电极在位精密放电磨削成形或修整。

2.根据权利要求1所述的一种微细工具电极在位制备与修整装置，其特征在于：所述的车削单元（2）含有车刀（9）、车刀架（29）；车刀架（29）固定在大理石板支座（8）上，车刀（9）固定在车刀架（29）上。

3.根据权利要求1所述的一种微细工具电极在位制备与修整装置，其特征在于：所述的自动送丝与收丝单元（3）含有送丝单元和收丝单元；送丝单元含有轴端挡板（17）、储丝轮（18）、弹性压紧装置（19）、防松螺母（20）、储丝轮轴（21）；储丝轮轴（21）通过与大理石板支座（8）上孔的过盈配合固定在大理石板支座（8）上，储丝轮（18）安装在储丝轮轴（21）上，背靠轴端挡板（17），绕储丝轮轴（21）转动，弹性压紧装置（19）与防松螺母（20）确定储丝轮（18）的轴向位置，与张力控制与导向单元（4）的配合，提供电极丝张力使电极丝绷紧；收丝单元含有紧固螺钉（11）、支座（12）、轴端紧固螺钉（13）、步进电机（32）、收丝轮（33），步进电机（32）通过支座（12）与紧固螺钉（11）固定在大理石板支座（8）上，收丝轮（33）通过轴端紧固螺钉（13）安装在步进电机（32）的转轴上，电极丝由储丝轮（18）引出，经过张力控制与导向单元（4）控制电极丝走丝路径，使电极丝经过放电磨削单元（5）后回收到收丝轮（33）上，由步进电机（32）驱动安装在步进电机转轴上的收丝轮（33）旋转，带动线电极走丝，电极丝带动与之配合的储丝轮（18）旋转，完成自动送丝、收丝过程。

4.根据权利要求1所述的一种微细工具电极在位制备与修整装置，其特征在于：所述的张力控制与导向单元（4）含有第一导丝轮（14）、定位杆（15）、第二导丝轮（22）、拉力调节轮（23）、磁阻力器（24）、定位轴（25）、弹性压紧装置（26）、导丝毡圈（27）、第三导丝轮（28）、第四导丝轮（31）；电极丝缠绕在拉力调节轮（23）上，拉力调节轮（23）安装在磁阻力器（24）上，磁阻力器（24）置于基板（6）与大理石板支座（8）之间，定位轴（25）固定在大理石板支座（8）上，导丝毡圈（27）安装在定位轴（25）上，绕定位轴（25）转动，弹性压紧装置（26）确定导丝毡圈（27）的轴向位置，第一导丝轮（14）安装在定位杆（15）上，通过定位杆（15）的转动调节第一导丝轮（14）的位置，将电极丝导入收丝轮（33）中，定位杆（15）安装在大理石板支座上，电极丝由储丝轮（18）引出，通过第二导丝轮（22），水平进入拉力调节轮（23），经过拉力调节轮（23）后进入导丝毡圈（27），之后经过第三导丝轮（28）导向进入放电磨削单元（5），通过放电磨削单元（5）后由第四导丝轮（31）与第一导丝轮（14）导向进入收丝轮（33）。

5.根据权利要求1所述的一种微细工具电极在位制备与修整装置，其特征在于：所述的放电磨削单元（5）为圆柱电极放电磨削单元或锥面电极放电磨削单元。

6.根据权利要求5所述的一种微细工具电极在位制备与修整装置，其特征在于：所述的圆柱电极放电磨削单元含有右支座（35）、第一导向块（37）、第一导丝头（39）、第二导丝头（40）、第二导向块（42）、左支座（43）、螺杆（46）、接电螺栓（48）；右支座（35）、左支座（43）分别固定在大理石板支座（8）上，螺杆（46）水平放置，两端分别与右支座（35）、左支座（43）上的孔进行过度配合，绕轴线转动，第一导向块（37）、第二导向块（42）中间部分分别有旋向相反的螺纹孔，与螺杆（46）上对应的旋向相反的外螺纹配合，旋转螺杆（46）调节两导向块之间的水平距离，固定第一导向块（37）、第二导向块（42）位置，第一导丝头（39）、第二导丝头（40）分别固定在第一导向块（37）、第二导向块（42）上，电极丝沿第一导丝头（39）、第二导丝头（40）上的微槽在水平面内走丝。

7.根据权利要求5所述的一种微细工具电极在位制备与修整装置，其特征在于：所述的锥面电极放电磨削单元含有支座（49）、定位销（51）、旋转台（53）、第一导丝柱（54）、第二导丝柱（57）；支座（49）固定在大理石板支座（8）上，旋转台（53）通过定位销（51）贴附在支座（49）上，定位销（51）与支座（49）之间采用过盈配合联接，定位销（51）与旋转台（53）之间采用过渡配合联接，第一导丝柱（54）、第二导丝柱（57）紧固在旋转台（53）上，调整好旋转台（53）角度位置后，将旋转台（53）固定在支座（49）上，电极丝在第一导丝柱（54）和第二导丝柱（57）间走丝。