CN106363259B - 电火花打孔装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电火花打孔装置，涉及精密加工领域。该电火花打孔装置包括供电电路、电极针、三维位移负压吸附组件和压电陶瓷驱动组件。供电电路的一端与电极针相连，供电电路的另一端与工件相连。三维位移负压吸附组件用于固定工件，压电陶瓷驱动组件驱动电极针在工件上打孔。本发明提供的电火花打孔装置结构简单，操作方便，成本低，可用于易碎空心微球、箔材、板材和实心微球的微孔加工。
Description
技术领域
本发明涉及精密加工领域，具体而言，涉及一种电火花打孔装置。
背景技术
在精密加工领域中，常常会遇到对微小物体进行打孔的操作，打孔难度非常高。比如，在惯性约束聚变制靶中，直径1mm～2mm、壁厚50μm～200μm的空心金属微球(如铍微球(Be)，钨微球(W))常作为燃料容器。它需要打孔，孔径小于100μm，目的是去除芯轴和填充氘氚燃料。
目前，加工直径小于100μm、厚度为200μm的微孔可以采用飞秒激光打孔设备，但是该设备需要进口，价格十分昂贵，并且需要专业人员操作和维护，加工成本非常高。
因此，研发一种低成本的微孔加工装置，用于易碎空心微球、箔材、板材和实心微球的微孔加工是目前需要迫切解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电火花打孔装置，其能够解决现有的易碎空心微球、箔材、板材和实心微球的微孔加工难度大、成本高的技术问题。
本发明解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。
本发明提供的一种电火花打孔装置，用于对工件打孔，该电火花打孔装置包括供电电路、电极针、三维位移负压吸附组件和压电陶瓷驱动机构。供电电路的一端与电极针相连，供电电路的另一端与工件相连。三维位移负压吸附组件用于固定工件，压电陶瓷驱动机构驱动电极针在工件上打孔。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，供电电路包括直流电源、第一电阻、第二电阻和电容。直流电源、第一电阻、第二电阻三者串联，电容与第二电阻并联。电容包括第一电极和第二电极，第一电极与电极针相连，第二电极与工件相连。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，三维位移负压吸附组件包括支撑平台、吸附台和位移调节部件。吸附台固定安装在支撑平台上，工件放置在吸附台上，位移调节部件控制吸附台的空间位置。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，吸附台设置有凹槽，工件放置在凹槽内。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，凹槽的形状为喇叭口。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，三维位移负压吸附组件还包括负压泵，负压泵为蠕动泵，蠕动泵与凹槽的底部相通。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，蠕动泵的压强调节范围是：-1000Pa～2000Pa。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，压电陶瓷驱动机构包括低频信号发生器和压电陶瓷片，低频信号发生器与压电陶瓷片相连，压电陶瓷片与电极针相连。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，压电陶瓷驱动机构通过压电陶瓷片驱动电极针的振幅频率范围是400HZ～900HZ，压电陶瓷驱动机构通过压电陶瓷片驱动电极针振动的振幅范围是5μm～20μm。
进一步地，在本发明的较佳实施例中，还包括冷却介质，工件和吸附台浸在冷却介质中，冷却介质为超纯水。
相比现有技术的电火花打孔装置，本发明提供的电火花打孔装置具有以下几个方面的有益效果：
本发明提供的电火花打孔装置，首先，该电火花打孔装置包括供电电路、电极针、三维位移负压吸附组件和压电陶瓷驱动组件。其中，供电电路相比于国外的进口微孔加工装置，成本较低。其次，供电电路的一端与电极针相连，供电电路的另一端与工件相连。三维位移负压吸附组件用于固定工件，压电陶瓷驱动组件驱动电极针在工件上打孔。该发明结构简单，操作方便，不需要专业人员操作和维护，实用性强。最后，该电火花打孔装置能有效解决现有技术微孔加工难度大的问题，特别是对易碎空心微球、箔材、板材和实心微球的微孔加工，方便可行，效果良好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明具体实施例的电火花打孔装置的结构示意图；
图2为本发明具体实施例的电火花打孔装置中的供电电路结构示意图。
电火花打孔装置100；
供电电路10；直流电源11；第一电阻12；第二电阻13；
电容14；第一电极141；第二电极142；
电极针20；三维位移负压吸附组件30；
吸附台31；凹槽32；负压泵33；支撑平台34；
位移调节部件35；
压电陶瓷驱动机构40；低频信号发生器41；压电陶瓷片42；
工件50；超纯水60。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明的“第一”、“第二”等，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为本发明具体实施例的电火花打孔装置100的示意图。请参照图1，本发明提供的一种电火花打孔装置100，用于对工件50打孔。该电火花打孔装置100包括供电电路10、电极针20、三维位移负压吸附组件30和压电陶瓷驱动机构40。供电电路10的一端与电极针20相连，供电电路10的另一端与工件50相连。三维位移负压吸附组件30用于固定工件50，压电陶瓷驱动机构40通过压电陶瓷片42驱动电极针20在工件50上打孔。
图2为本发明具体实施例的电火花打孔装置100中的供电电路10结构图。根据图2所示，供电电路10包括直流电源11、第一电阻12、第二电阻13和电容14。直流电源11、第一电阻12、第二电阻13三者串联，电容14与第二电阻13并联。电容14包括第一电极141和第二电极142，第一电极141与电极针20相连，第二电极142与工件50相连。
具体的，上述的直流电源11的电压为24V～36V，电流为1A～2A。第一电阻12的作用是限流，第一电阻12的阻值为25Ω，额定功率为50W。第二电阻13的阻值为50KΩ，额定功率为0.5W。电容14为储能元件，电容14的额定电压为450V，额定电容为30μF。电容14在第二电阻13的作用下实现电容14的储电和放电。
电火花打孔装置100采用的供电电路10，相比于国外的微孔加工装置，大大降低了成本。
在本实施例中，三维位移负压吸附组件30包括支撑平台34、吸附台31和位移调节部件35。吸附台31固定安装在支撑平台34上，工件50放置在吸附台31上，位移调节部件35可调节支撑平台34的空间位置，从而调节吸附台31的空间位置。根据图1中指示的X轴、Y轴、Z轴的方向，沿X轴、Y轴可用于调节吸附台31水平方向的位置，对工件50精确定位。沿Z轴可用于调节电极针20与工件50间的放电间隙，实现微孔加工。具体地，位移调节部件35可实现沿X轴的调节范围是0～50mm，调节精度是±5μm。位移调节部件35沿Y轴的调节范围是0～50mm，调节精度为±5μm。位移调节部件35沿Z轴的调节范围是0～25mm，调节精度为±5μm。
吸附台31上表面设置有凹槽32，工件50放置在凹槽32内。优选地，该凹槽32设置在吸附台31的中心，方便工件50的微孔加工，且凹槽32的形状设计为喇叭口形状，便于对工件50的固定。但并不仅限于此，凹槽32的形状也可以是其他形式，凹槽32位置也可以设置在其他地方，不一定在吸附台31的中心位置。
此外，在本实施例中，三维位移负压吸附组件30还包括负压泵33，负压泵33与凹槽32底部连通，通过负压将工件50牢牢地吸附在凹槽32内，以便在加工过程中，保证工件50不会移动，提高微孔加工的精确度。优选地，本实施例中的负压泵33为微型蠕动泵，微型蠕动泵与凹槽32的底部相通。微型蠕动泵的压强调节范围是：-1000Pa～2000Pa。与机械夹持相比，采用负压泵33和吸附台31相结合的方式固定工件50，不会对工件50表面造成损伤破坏。
在本实施例中，电火花打孔装置100采用的驱动装置是压电陶瓷驱动机构40。压电陶瓷驱动机构40包括低频信号发生器41和压电陶瓷片42，低频信号发生器41与压电陶瓷片42相连，压电陶瓷片42与电极针20相连。低频信号发生器41产生的信号直接施加到压电陶瓷片42上，带动压电陶瓷片42振动，压电陶瓷片42再带动电极针20纵向振动，驱动电极针20沿上下垂直方向来回运动，实现在工件50上打孔的操作。电极针20采用纵向振动的方式对工件50进行微孔加工，有利于电火花打孔装置100在微孔加工过程中的细屑排出。
优选地，在本实施例中，压电陶瓷驱动机构40通过压电陶瓷片42驱动电极针20的振幅频率范围是400HZ～900HZ，压电陶瓷驱动机构40通过压电陶瓷片42驱动电极针20振动的振幅范围是5μm～20μm。该电火花打孔装置100中，控制电极针20纵向振动的振幅，可以避免电极针20与工件50发生粘连，提高加工精度。
需要说明的是，本发明提供的电火花打孔装置100采用的是纵向加工方式，但并不仅限于此，也可以将装置横向或沿其他方向设置。只要可以固定工件50，实现微孔加工功能的实施例都在本发明保护范围之内。驱动电极针20振动的频率和振幅也不限于上述列举范围，只要可以驱动电极针20振动并控制电极针20与工件50不发生粘连的实施方案，也在本实施例保护之列。
最后，在本实施例中，为了微孔加工操作顺利进行，电火花打孔装置100还设计了冷却装置。冷却装置包括冷却容器和冷却介质，将冷却介质倒入冷却容器中，将工件50和吸附台31浸在冷却介质中，冷却介质采用超纯水60。但并不仅限于此，也可以采用其他冷却效果良好的冷却介质。
电火花打孔装置100的工作原理是利用连续上下垂直运动的电极针20做电极，对工件50进行脉冲火花放电蚀除成型。先确定工件50的打孔位置，调节工件50与电极针20的相对位置，固定工件50，启动低频信号发生器41，驱动压电陶瓷片42振动，带动电极针20纵向振动，在工件50和电极针20之间产生连续的脉冲火花，对工件50进行脉冲火花放电蚀除成型，实现对工件50的微孔加工。
本实施例的有益效果为：
本发明提供的电火花打孔装置100，首先，该电火花打孔装置100采用的供电电路10，在满足微孔加工精度的基础上，大大减少了设备成本。其次，该电火花打孔装置100的三维位移吸附组件，采用了凹槽32和负压泵33对工件50进行固定，采用位移调节部件35对工件50进行精确定位，确保了工件50不会在微孔加工过程中不会随意移动，且电极针20和工件50间的放电间隙可调，提高了微孔加工的精度。最后，该电火花打孔装置100采用压电陶瓷驱动装置，通过压电陶瓷片42对电极针20的振动频率和振幅精确控制，避免电极针20和工件50的粘连，提高加工精度。电极针20和工件50采用竖直纵向的布局方式有利于微孔加工过程中的细屑排出。该电火花打孔装置100采用超纯水60对部件进行冷却，冷却效果良好，保证了微孔加工的顺利进行。综上所述，本发明提供的电火花打孔装置100成本低、操作方便、加工精度高、不需要专业人员操作和维护，适用于易碎的空心微球、箔材、板材和实心微球的微孔加工。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电火花打孔装置，用于对工件打孔，其特征在于，包括供电电路、电极针、三维位移负压吸附组件、压电陶瓷驱动机构和冷却装置；所述供电电路的一端与所述电极针相连，所述供电电路的另一端与所述工件相连；所述三维位移负压吸附组件包括支撑平台、吸附台和负压泵，所述三维位移负压吸附组件用于固定所述工件，并用于调节所述吸附台在水平方向的位置，以及调整所述电极针与所述工件之间的放电间隙；所述压电陶瓷驱动机构驱动所述电极针在所述工件上打孔；
所述供电电路包括直流电源、第一电阻、第二电阻和电容；所述直流电源、所述第一电阻、所述第二电阻三者串联，所述电容与所述第二电阻并联；所述电容包括第一电极和第二电极，所述第一电极与所述电极针相连，所述第二电极与所述工件相连；
所述吸附台固定安装在所述支撑平台上，所述吸附台上设有凹槽，所述工件放置在所述凹槽内；所述负压泵与所述凹槽的底部相通，通过负压将所述工件固定在所述吸附台上；所述冷却装置包括冷却容器和盛放在所述冷却容器中的冷却介质，所述工件和所述吸附台浸在所述冷却介质中。
2.根据权利要求1所述的电火花打孔装置，其特征在于，所述三维位移负压吸附组件还包括位移调节部件，所述位移调节部件与所述支撑平台连接，所述位移调节部件控制所述吸附台的空间位置。
3.根据权利要求1所述的电火花打孔装置，其特征在于，所述凹槽的形状为喇叭口。
4.根据权利要求1所述的电火花打孔装置，其特征在于，所述负压泵为蠕动泵，所述蠕动泵与所述凹槽的底部相通。
5.根据权利要求4所述的电火花打孔装置，其特征在于，所述蠕动泵的压强调节范围是：-1000Pa～2000Pa。
6.根据权利要求1所述的电火花打孔装置，其特征在于，所述压电陶瓷驱动机构包括低频信号发生器和压电陶瓷片，所述低频信号发生器与所述压电陶瓷片相连，所述压电陶瓷片与所述电极针相连。
7.根据权利要求6所述的电火花打孔装置，其特征在于，所述压电陶瓷驱动机构通过所述压电陶瓷片驱动所述电极针的振幅频率范围是400HZ～900HZ，所述压电陶瓷驱动机构通过所述压电陶瓷片驱动所述电极针振动的振幅范围是5μm～20μm。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的电火花打孔装置，其特征在于，所述冷却介质为超纯水。
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