CN108687416A - 一种流体驱动电极旋转及快速冷却的电火花加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种流体驱动电极旋转及快速冷却的电火花加工设备，所述流体驱动电极旋转及快速冷却的电火花加工设备包括脉冲直流电源、电火花加工装置、工作液供给系统以及流体驱动电极旋转机构。本发明提供的流体驱动电极旋转及快速冷却的电火花加工设备，所述驱动工作液由供给系统提供能充分接触转片，使转片在流体边界层效应下高速旋转；工作液由供给系统提供工作液至进液口一通过旋转轴内孔直接提供至电火花加工电极上，通过控制工作液供给系统的压力，可定量控制工作区域的工作压力，从而达到控制加工部位的冷却与排屑速度的目的；控制工作液供给系统提供至进液口的液体压力，可有效控制转片速度，从而达到控制电火花加工速度的目的。

Description

一种流体驱动电极旋转及快速冷却的电火花加工设备

技术领域

本发明涉及特种加工领域，尤其涉及一种流体驱动电极旋转电火花加工设备。

背景技术

微细电火花加工是通过工具电极和工件之间的脉冲放电的电蚀作用，对工件进行加工的方法。因其具有非接触式加工、无宏观切削力、对工具的强度和刚度要求低、材料使用范围广等特点，近年来呈现除了强大的微尺度制造潜能，并已逐步成为能源动力，航空航天运载及医疗等领核心装置中微细特征结构制造的关键技术。

但是微细电火花将具有加工驱动方式单一、高速旋转电极导电难、蚀除产物排除困难、工具电极散热缓慢等众多复杂问题，使得加工过程不稳定，加工效率低下，极大地限制了微细电火花技术的发展。

2015年3月25日，公开号为104439569A的中国专利公开了一种电火花加工装置，该装置包括机床和位于机床上的工作台，工作台上设有电极槽；电极槽包括槽体，槽体内设有两个纵向的隔板，将槽体分割成工作槽，颗粒物收集槽和储液槽，工作槽内设有电火花加工液，储液槽内的电火花加工液的液面高度不超过颗粒物收集槽的底部。采用该电火花加工装置，可以有效去除电蚀颗粒物，但是该加工装置的加工电极产生的热量难以散出，从而影响加工精度，装置寿命较低。

2017年3月29日，公开号为2060472277U的中国专利公开了一种电火花加工装置，该设备通过设有的移动装置使在加工中可移动工作平台，设有的电火花加工装置可以提高能够减少工件的边缘部的加工精度降低或者减少加工缺陷等问题，但是该加工装置结构简单，加工效率低，无法适用于大批量产品加工。

2017年7月14日，公开号为106944692A的中国专利公开了一种一种电火花高速针孔放电加工穿孔方法，该方法包括以下步骤：第一步：将需要穿孔的工件进行淬火；第二部：选择电极并将电极固定在夹头上；第三步：开工工作液泵；第四步：设定参数；第五步：启动脉冲电源和伺服进给系统，进行加工；第六步：加工完成，复位。使用该方法可以加工深径比较高的沉孔或穿孔，加工精度高，可以制造内孔直径为0.5-5mm的孔，但是该方法电极作高速旋转，引电较为困难。

因此，有必要提供一种新的利用流体驱动电极旋转及快速冷却的电火花加工设备来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种流体驱动电极旋转及快速冷却的电火花加工设备；该装置是针对现有电火花加工方式的不足，提供了一种利用流体能驱动电极旋转的加工速度快、加工质量高的电火花加工方式。

本发明实现发明目采用如下技术方案：

一种利用流体驱动电极旋转及快速冷却的电火花加工装置，包括：脉冲直流电源、电火花加工装置、工作液供给系统以及流体驱动电极旋转机构，所述的流体驱动电极旋转机构包括：高速旋转密封接头、旋转轴、上端盖、防水垫片、防水垫片、防水轴承一、防水轴承二、轴承端盖、壳体、转片群、夹紧橡胶，所述防水轴承一装配在轴承端盖上；所述高速旋转密封接头固定端表面与轴承端盖上表面密封连接；所述上端盖同轴连接轴承端盖并同轴连接在壳体表面；所述高速旋转密封接头转动轴连接旋转轴且旋转轴上装配防水轴承一；所述转片群固定于旋转轴上，且进液口一位于壳体外表面且与转片群上端往下3～5mm处于在同一水平位置上，同时进液口一位于壳体在表面偏离中心轴1/3～1/4内孔半径位置处，以保证由进液口一流进壳体的驱动工作液能充分接触转片，使转片在流体边界层效应下高速旋转；所述旋转轴下端与防水轴承二装配连接，所述防水轴承二与下端盖同轴连接，并于下端盖一起固定在壳体下表面；所述旋转轴下端导电连接电火花加工电极；带有压力的工作液由工作液供给系统提供给高速旋转密封接头，流经高速旋转密封接头的工作液通过旋转轴内孔直接提供给高速旋转密封接头，流经高速旋转密封接头的工作液通过旋转轴内孔直接提供至电火花加工电极上，通过控制工作液供给系统的压力，可定量控制工作区域的工作压力，从而控制加工部位的冷却与排屑速度；同样控制工作液供给系统提供至进液口二的液体压力，可有效控制转片速度，即旋转轴与电火花加工电极转速，从而控制电火花加工速度。

可选的，所述电火花加工电极在加工过程中浸入循环工作液中，循环工作液由进液口二进入到电火花加工装置内部，完成驱动转片群的同时又可不断带走电火花加工电极工作时所产生的热量，随后由电火花加工装置出口流出以完成工作液的循环工作，此过程可实现电极的快速冷却；所述旋转轴外部浸没在循环工作液中，内部通有循环工作液，内外工作液独立工作，加工过程中，内外工作液叠加作用，可实现旋转轴的快速冷却。

可选的，所述旋转轴为内部贯穿孔结构，上端为内螺纹与高速旋转密封接头转动部分螺纹连接。下端为外螺纹与夹紧螺纹母螺纹连接。

可选的，所述工作液供给系统是提供压力可控的液压传输装置，装置内部含有储液箱一、储液箱二，分别提供压力工作液于进液口一、进液口二。完成工作的工作液最后由水管回流至储液箱一、储液箱二，以此来实现工作液的循环使用。

可选的，所述电火花加工电极装在圆台形夹紧橡胶圈的内孔上，靠夹紧螺母夹紧在旋转轴上，旋转轴下端孔和橡胶圈都带有8～15°的锥度，以保证加工时，电火花加工电极可靠的夹紧在旋转轴上。

可选的，所述流体驱动电极旋转机构的壳体上安装有引电螺钉，所述的电火花加工电极装夹在引点片上，且引电片在夹紧螺母的内部一同压紧在夹紧橡胶上，以保证工作时，提供的负极电流能由引电螺电通过流体驱动电极旋转机构导电到电火花加工电极上。

可选的，所述流体驱动电极旋转机构用固定夹头固定，固定夹头安装在电火花加工设备上。

可选的，所述固定夹头刚性连接z轴系统，且固定夹头可由伺服控制随z轴系统一起精密进给；z轴系统电性连接控制柜，控制柜刚性连接立柱。立柱刚性连接工作点，导向器转动连接z轴系统底

可选的，所述工件装夹在工作台内部，且可调整工作台以适应平面孔斜面孔等不同位置孔的加工。

本发明与现有技术相比，其有益效果体现在：

本发明提供一种流体驱动电极旋转及快速冷却的电火花加工设备，所述流体驱动电极旋转机构能够在压力工作液的流动下驱动电极高速旋转，实现电火花电极高速旋转加工，另控制工作液压力大小，可实现对电火花加工区域加工速度和排屑速度的控制，并且驱动电极旋转的循环工作液和电极加工区域循环工作液为分开的循环工作液，在加工过程中二者独立循环互不影响，以此提高加工的可控性和加工效率；所述脉冲直流电源能够在所述引电螺钉和所述引电盖共同作用下实现电源负极与电火花加工电极相连接，实现工具电极的引电。

附图说明

图1是本发明提供的流体驱动电极旋转及快速冷却的电火花加工设备的一种较佳实施例的结构示意图。

图2是本发明提供的流体驱动电极旋转机构的结构示意图。

图3是本发明提供的电火花加工电极夹紧及引电方式示意图。

图4是本发明提供的电火花加工工程中内部驱动工作液和循环工作液流场示意图。

图中标号：1、流体驱动电极旋转机构，2、固定夹头，3、Z轴系统，4、立柱，5、控制柜，6、导向器，7、工件，8、工作台，9、支撑台，10、电火花加工装置，11、工作液供给系统，12、脉冲直流电源，13、电火花加工电极，14、进液口二,15、引电螺钉，16、进液口一,17、高速旋转密封接头，18、上端盖， 19、壳体，20、转片群，21、防水轴承二，22、夹紧橡胶，23、引电片，24、夹紧螺母，25、防水垫片二,26、下端盖，27、旋转轴，28、防水轴承一,29、轴承端盖，30、防水垫片一。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明做进一步解释说明。

一种流体驱动电极旋转及快速冷却的电火花加工设备，请结合参阅附图1、图2及图3，其中个，整体结构示意图如图1所示；流体驱动电极旋转机构如图 2所示；电火花加工电极夹紧及引电方式如图3所示。一种利用流体一种利用流体驱动电极旋转及快速冷却的电火花加工装置，其特征在于，包括：脉冲直流电源(12)、电火花加工装置(10)、工作液供给系统(11)以及流体驱动电极旋转机构(1)，所述的流体驱动电极旋转机构包括：高速旋转密封接头(17)、旋转轴(27)、上端盖(18)、防水垫片一(30)、防水垫片二(25)、防水轴承一(28)、防水轴承二(21)、轴承端盖(29)、壳体(19)、转片群(20)、夹紧橡胶(22)，所述防水轴承一(28)装配在轴承端盖(29)上；所述高速旋转密封接头(17) 固定端表面与轴承端盖(29)上表面密封连接，以保证提供到电火花加工区域的压力工作液为相对独立稳定的部分；所述上端盖(18)同轴连接轴承端盖(29) 并同轴连接在壳体(19)表面；所述高速旋转密封接头(17)转动轴连接旋转轴 (27)且旋转轴(27)上装配防水轴承一(28)；所述转片群(20)固定于旋转轴(27)上，且进液口一(16)位于壳体(19)外表面且与转片群(20)上端往下3～5mm处于在同一水平位置上，同时进液口一(16)位于壳体(9)在表面偏离中心轴1/3～1/4内孔半径位置处，以保证由进液口一(16)流进壳体(19) 的驱动工作液能充分接触转片，使转片在流体边界层效应下高速旋转；所述旋转轴(26)下端与防水轴承二(21)装配连接，所述防水轴承二(21)与下端盖(25) 同轴连接，并于下端盖(26)一起固定在壳体(19)下表面，且所述防水轴承一 (28)和防水轴承2(21)的防水性能都能保证装置长期稳定的工作；所述旋转轴(27)下端导电连接电火花加工电极(13)，电流方向由脉冲直流电源(12) 负极依次到引电螺钉(15)、壳体(19)、壳体内部工作液、旋转轴(27)、夹紧螺母(24)、引电片(24)和电火花加工电极(13)，实现电极电火花加工电极(13) 的引电；带有压力的工作液由工作液供给系统(11)提供给高速旋转密封接头 (17)，流经高速旋转密封接头(17)的工作液通过旋转轴(27)内孔直接提供至电火花加工电极(13)上，且电火花加工电极(13)为管电极，通过控制工作液供给系统(11)的压力，可定量控制工作区域的工作压力，从而控制加工部位的冷却与排屑速度；同样控制工作液供给系统(11)提供至进液口二(14)的液体压力，可有效控制转片速度，即旋转轴(27)与电火花加工电极(13)转速，从而控制电火花加工速度。

高速旋转密封接头(17)，所述高速旋转密封接头(17)采用瑞典SKF高速轴承，轴承极限转速1200转，密封性能良好，压力工作液由进液口一(16)进入高速旋转密封接头(17)，由高速旋转密封接头(17)内部的密封装置传递到旋转轴(27)上。

旋转轴(27)，所述旋转轴(27)为内部贯穿孔结构，上端为内螺纹与高速旋转密封接头(17)转动部分螺纹连接。下端为外螺纹与夹紧螺纹母(24)螺纹连接。压力工作液正是由旋转轴(27)内孔传输到电火花加工电极(13)处。

工作液供给系统(11)，所述工作液供给系统(11)是提供压力可控的液压传输装置，装置内部含有储液箱一、储液箱二，储液箱一和储液箱二互相独立，且分别提供压力工作液于进液口一(16)进液口二(14)。完成工作的工作液最后由水管回流至储液箱一、储液箱二，以此来实现工作液的循环使用。

电火花加工电极(13)，所述电火花加工电极(13)装在圆台形夹紧橡胶圈 (22)的内孔上，靠夹紧螺母(24)夹紧在旋转轴(27)上，旋转轴(27)下端孔和橡胶圈都带有8～15°的锥度，以保证加工时，电火花加工电极(13)可靠的夹紧在旋转轴(27)上。

壳体(19)，所述壳体(19)上安装有引电螺钉(15)，所述的电火花加工电极(13)装配在引电片(23)上，且引电片片(23)在夹紧螺母(24)的内部一同压紧在夹紧橡胶(22)上，以保证工作时，提供的负极电流能由引电螺电(15) 通过流体驱动电极旋转机构(1)导电到电火花加工电极(13)上。

流体驱动电极旋转机构(1)，所述流体驱动电极旋转机构用固定夹头(2) 固定，固定夹头安装在Z轴系统(3)上，Z轴系统(3)由控制柜(5)控制精密移动。导向器(6)安装在Z轴系统(3)底端，导向器(6)用于电火花加工电极(13)的导向与定位。

工件(7)，所述工件(7)装夹在工作台(8)内部，工作台由光驱控制可移动亦可转动，且通过控制工作台的位置能够适应适应平面孔斜面孔等不同位置孔的加工。

本发明在操作时，首先通过脉冲直流电源设定好电火花加工电流、电压等加工参数，按加工需要安装好需要加工的工件及加工装置，打开工作液供给系统开关，然后设定控制柜进给参数，打开进给开关开始加工。

与相关技术相比较，本发明提供的流体驱动电极旋转及快速冷却的电火花加工设备具有如下有益效果：

本发明提供一种流体驱动电极旋转及快速冷却的电火花加工设备，所述流体驱动电极旋转机构能够在压力工作液的流动下驱动电极高速旋转，实现电火花电极高速旋转加工，另控制工作液压力大小，可实现对电火花加工区域加工速度和排屑速度的控制，并且驱动电极旋转的循环工作液和电极加工区域循环工作液为分开的循环工作液，在加工过程中二者独立循环互不影响，以此提高加工的可控性和加工效率；所述脉冲直流电源能够在所述引电螺钉和所述引电盖共同作用下实现电源负极与电火花加工电极相连接，实现工具电极的引电，解决了高速旋转工具电极的引电问题；所述工具电极在加工过程中浸入循环工作液中，循环工作液不断带走工具电极所产生的热量，可实现电极的快速冷却；所述旋转轴外部浸没在驱动工作液中，内部通有循环工作液，加工过程中，内外工作液叠加作用，可实现旋转轴的快速冷却。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明/发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种流体驱动电极旋转及快速冷却的电火花加工设备，其特征在于，包括：脉冲直流电源(12)、电火花加工装置(10)、工作液供给系统(11)以及流体驱动电极旋转机构(1)，所述的流体驱动电极旋转机构包括：高速旋转密封接头(17)、旋转轴(27)、上端盖(18)、防水垫片一(30)、防水垫片二(25)、防水轴承一(28)、防水轴承二(21)、轴承端盖(29)、壳体(19)、转片群(20)、夹紧橡胶(22)，所述防水轴承一(28)装配在轴承端盖(29)上；所述高速旋转密封接头(17)固定端表面与轴承端盖(29)上表面密封连接；所述上端盖(18)同轴连接轴承端盖(29)并同轴连接在壳体(19)表面；所述高速旋转密封接头(17)转动轴连接旋转轴(27)且旋转轴(27)上装配防水轴承一(28)；所述转片群(20)固定于旋转轴(27)上，且进液口一(16)位于壳体(19)外表面且与转片群(20)上端往下3～5mm处于在同一水平位置上，同时进液口一(16)位于壳体(9)在表面偏离中心轴1/3～1/4内孔半径位置处，以保证由进液口一(16)流进壳体(19)的驱动工作液能充分接触转片，使转片在流体边界层效应下高速旋转；所述旋转轴(26)下端与防水轴承二(21)装配连接，所述防水轴承二(21)与下端盖(25)同轴连接，并于下端盖(26)一起固定在壳体(19)下表面；所述旋转轴(27)下端导电连接电火花加工电极(13)；带有压力的工作液由工作液供给系统(11)提供给高速旋转密封接头(17)，流经高速旋转密封接头(17)的工作液通过旋转轴(27)内孔直接提供至电火花加工电极(13)上，通过控制工作液供给系统(11)的压力，可定量控制工作区域的工作液压力，从而控制加工部位的冷却与排屑速度；同样控制工作液供给系统(11)提供至进液口二(14)的液体压力，可有效控制转片速度，即旋转轴(27)与电火花加工电极(13)转速，从而控制电火花加工速度。

2.根据权利要求1所述的一种流体驱动电极旋转及快速冷却的电火花加工设备，其特征在于:所述电火花加工电极(13)在加工过程中浸入循环工作液中，循环工作液由进液口二(14)进入到电火花加工装置(10)内部，完成驱动转片群(20)的同时又可不断带走电火花加工电极(13)工作时所产生的热量，随后由电火花加工装置(10)出口流出以完成工作液的循环工作，此过程可实现电极的快速冷却；所述旋转轴(27)外部浸没在循环工作液中，内部通有循环工作液，内外工作液独立工作，加工过程中，内外工作液叠加作用，可实现旋转轴(27) 的快速冷却。

3.根据权利要求1所述的一种流体驱动电极旋转及快速冷却的电火花加工设备，其特征在于:所述旋转轴(27)为内部贯穿孔结构，上端为内螺纹与高速旋转密封接头(17)转动部分螺纹连接。下端为外螺纹与夹紧螺纹母(24)螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的一种流体驱动电极旋转及快速冷却的电火花加工设备，其特征在于:所述工作液供给系统(11)是提供压力可控的液压传输装置，装置内部含有储液箱一、储液箱二，分别提供压力工作液于进液口一(16)进液口二(14)。完成工作的工作液最后由水管回流至储液箱一、储液箱二，以此来实现工作液的循环使用。

5.根据权利要求1所述的一种流体驱动电极旋转及快速冷却的电火花加工设备，其特征在于:所述电火花加工电极(13)装在圆台形夹紧橡胶圈(22)的内孔上，靠夹紧螺母(24)夹紧在旋转轴(27)上，旋转轴(27)下端孔和橡胶圈都带有8～15°的锥度，以保证加工时，电火花加工电极(13)可靠的夹紧在旋转轴(27)上。

6.根据权利要求1所述的一种流体驱动电极旋转及快速冷却的电火花加工设备，其特征在于:所述流体驱动电极旋转机构(1)的壳体(19)上安装有引电螺钉(15)，所述的电火花加工电极(13)装夹在引电片(23)上，且引电片片(23)在夹紧螺母的内部一同压紧在夹紧橡胶(22)上，以保证工作时，提供的负极电流能由引电螺电(15)通过流体驱动电极旋转机构(1)引电到电火花加工电极(13)上。

7.根据权利要求1所述的一种流体驱动电极旋转及快速冷却的电火花加工设备，其特征在于:所述流体驱动电极旋转机构用固定夹头(2)固定，固定夹头安装在电火花加工装置(10)上。

8.根据权利要求7所述的电火花加工装置(10)，其特征在于:所述固定夹头(2)刚性连接z轴系统(3)，且固定夹头(2)可由伺服控制随z轴系统(3)一起精密进给；z轴系统(13)电性连接控制柜(5)，控制柜(5)刚性连接立柱(4)。立柱刚性连接工作台(8)，导向器(6)转动连接z轴系统(3)底。

9.根据权利要求8所述的工作台，其特征在于:所述工件(7)装夹在工作台(8)内部，且可调整工作台以适应平面孔斜面孔等不同位置孔的加工。