CN110385487A - 电火花加工装置和方法 - Google Patents

Abstract

本文涉及一种电火花加工装置和一种用电火花加工装置加工工件的方法。所述电火花加工装置包括主轴、包括若干导轨的导向结构、以及若干电极，其中所述电极通过柔性连接件连接于所述主轴且与所述若干导轨中的一个对应的导轨滑动配合。

Description

电火花加工装置和方法

技术领域

本文一般地涉及电火花加工，更具体地，涉及在元件例如环形元件上实施电火花加工的装置和方法。

背景技术

电火花加工(Electrical discharge machining，EDM)是一种利用放电(火花)来在主体材料上形成一定几何形状的加工方法。将电极(也称为工作电极)靠近主体材料(也称为工件)，在电极和工件之间施加电压，当电极和工件之间的电场强度随着间隙的减小而增加到一定值时，介电介质被击穿并产生高温等离子体，并从电极和工件上局部熔化和气化掉一定材料。电极上的材料去除造成电极损耗，工件上的材料去除形成最终的几何形状。

目前，EDM主要用于模具、航空难加工材料的零、部件加工上，是机械制造领域的可靠加工工艺技术之一。然而，脉冲电火花成型加工的加工效率相对较低，当试图成形复杂模具，例如，具有大量位于不同位置的孔、腔体等复杂几何特征的部件时，通常需要进行长时间的加工。因为这些复杂几何特征通常是通过沿一个方向移动电极同时工件进行多轴运动来实现，这样的加工过程效率低且需工件进行复杂的运动。在一些情况下，可能同时使用几个EDM机器来进行加工，以满足生产时间的要求，但这会占据生产设备中相当大的空间。

因此希望提供一种方案来解决上面提及的至少一个技术问题。

发明内容

本文实施例的一个方面涉及一种电火花加工装置，其包括：主轴、包括若干导轨的导向结构、以及若干电极。所述电极通过柔性连接件连接于所述主轴且与所述若干导轨中对应的一个滑动配合。

本文实施例的一个方面涉及一种电火花装置，其包括：基座、包括若干导轨的导向结构、以及若干装置用来夹持电极的电极夹持装置。所述基座设置用来组装到可转动和/或沿轴向运动的主轴上，所述若干电极夹持装置分别通过若干柔性连接件连接到所述基座，且可分别沿所述若干导轨滑动。所述柔性连接件和所述导轨被设置来让所述若干电极分别沿着与所述基座的运动方向成角度的方向进给到待加工工件上。

本文实施例的一个方面涉及一种用电火花加工装置加工工件的方法，其中所述电火花加工装置包括具有轴的主轴、具有若干导轨的导向装置、以及分别通过若干柔性连接件连接到所述主轴的且分别与所述若干导轨滑动配合的若干电极，所述方法包括：将所述工件安装到支持元件上；将所述导向结构相对于所述支持元件固定；及将所述若干电极分别沿着与所述主轴的运动方向成角度的方向进给到所述工件上以形成所需几何结构。

附图说明

参考附图阅读下面的详细描述，可以帮助理解本发明的特征、方面及优点，其中：

图1显示了根据第一示例性实施例的电火花加工(EDM)装置的示意图。

图2显示了图1所示的EDM装置用来加工工件时的一个状态。

图3显示了根据第二示例性实施例的EDM装置和工件的示意图。

图4显示了根据第三示例性实施例的EDM装置和工件的示意图。

图5显示了根据第四示例性实施例的EDM装置的示意图。

图6显示了图5所示的EDM装置用来加工工件时的一个状态。

具体实施方式

以下将对本发明的具体实施方式进行详细描述。除非另作定义，在本文中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“第一”或者“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分或元件。本文中使用的“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“或”、“或者”并不意味着排他，而是指存在所提及的项目中的至少一个，并且包括所提及的项目的组合可以存在的情况。“包括”、“包含”、“具有”、或“含有”以及类似的词语是指除了列于其后的项目及其等同物外，其他的项目也可在范围内。“连接”或类似词语包括直接或间接连接，包括但限于物理或机械连接。

本文实施例涉及一种电火花加工(EDM)装置，其包括主轴和通过柔性连接件连接到所述主轴从而能相对所述主轴摆动的多个电极。所述多个电极可通过所述主轴的驱动而沿着与所述主轴的运动方向不同的方向前进以加工工件。所述装置能高速地在工件上沿不同方向形成复杂几何结构，比如，在环形部件(工件)的侧壁上形成多个倾斜的孔或洞，从而大大减少加工时间。

图1显示了根据第一示例性实施例的EDM装置100的立体示意图，图2显示了该EDM装置100用来加工工件210时的一个状态。所述工件210可以由任何可通过放电或电线放电进行加工的导电材料制成。在本实施中，所述工件210可为一个环状部件，其具有贯穿其侧壁的一圈通孔，这些孔的形状和/或尺寸各不相同，比如，方形孔211、圆形孔212、三角形孔213和六边形孔214。

如图1和2所示，所述装置100包括主轴101和连接到所述主轴101的若干电极120。针对不同形式的待加工工件，所述电极120的数量和构造可能有所不同。比如，在图示的实施例中，有四个电极120，该四个电极120分别具有对应所述孔211、212、213和214的不同电极头121、122、123和124。这四个电极120连接于基座103。该基座103通过紧固件，如若干螺栓105和垫圈107组装于所述主轴101。每一电极120通过一柔性连接件130连接到所述基座103，从而可相对于所述基座103和所述主轴101摆动。所述柔性连接件130可以是任何形式的用来将第二元件连接到第一元件并使得该第二元件可相对于第一元件摆动的连接部件，更具体地，是指让电极120可相对于基座103和/或主轴101摆动的连接部件。合适的柔性连接件的例子包括但不限于万向接头、柔性管或柔性索缆。在图示的实施例中，所述柔性连接件130为一个双联万向节(double cardan universal joint)，其包括背对背安装的两个万向接头131、133和一个中心轭135，其中万向接头131连接于电极130，万向接头133连接于基座103。

所述主轴101用作进给杆，在驱动器如马达(未图示)的驱动下，可沿其自身的纵长轴向运动或绕其纵长轴转动，从而使电极120进给到工件210以在工件210上形成所需的几何形状。在图示的实施例中，通过使主轴101沿其纵长轴102方向进给来进给所述电极120。所述基座103可以为不同的形状。合适的基座的例子包括但不限于圆形基座或方形基座。与所述主轴101相比，所述基座103可具有更大的水平尺寸，即，在大致垂直于所述主轴101的纵长轴的平面上，基座103的尺寸比所述主轴101有所增加。所述多个柔性连接件130可连接到所述基座103的靠近其外边界/外围的位置。

所述装置100进一步包括导向结构140，用来在电火花加工过程中引导所述电极120的运动。所述导向结构140可由任何不导电的材料制成。所述导向结构140包括若干导轨145，每一电极120配有一个用作电极夹持装置的滑块125，该滑块125用来沿这些导轨145中的一个对应的导轨滑动。在一些实施例中，所述电极120安装于对应的滑块125上，并通过该对应的滑块125连接到对应的柔性连接件130上。通过使所述滑块125沿着导轨145往复运动，所述电极120前进(朝向所述工件)以加工所述工件213，后退(远离所述工件)以撤离所述工件210。所述电极120的运动方向可基于其对应的导轨145的延伸方向、以及其相对于其对应的滑块125的安装角来确定。所述电极120的运动方向可能与其对应的导轨145的延伸方向平行，或是与其对应的导轨145的延伸方向成一定固定的角度，取决于该电极120相对于其滑块125的安装角。在一些实施例中，若所述安装角为0，则电极120的运动方向与其对应的导轨145的延伸方向平行，若所述安装角不为0，则电极120的运动方向与其对应的导轨145的延伸方向成固定角度，且该角度等于所述安装角。

所述导轨145的延伸方向取决于工件上所需形成的几何结构。在一些实施例中，为了沿不同方向形成孔、洞等几何结构，所述导轨可能沿着形成这些几何结构的方向延伸。比如，如图2所示，有四条导轨145，分别沿着与所述孔211、212、213和214的延伸方向相同的方向延伸。

所述四条导轨145的延伸方向141、142、143和144与所述主轴101的运动方向，也即基座103的运动方向不同(成一定角度)。因此，在所述主轴101的驱动下，所述电极120沿着与主轴101的运动方向不同的方向前进以加工所述工件210。在本实施例中，所述导轨145的延伸方向141、142、143和144与所述主轴101的运动方向大致垂直。更具体地，所述四条导轨145分别沿着所述主轴101的四个径向(也是工件210的径向)延伸。也就是说，导轨延伸方向141、142、143和144分别与所述主轴101或工件210的四个径向重合。

在本实施例中，每一所述电极120大致平行于其对应的滑块125的滑动方向(也即其对应导轨145的延伸方向)安装于该对应的滑块125上，此时认为电极120相对于对应滑块125的安装角为0。随着滑块125沿导轨145滑动，安装于该滑块125上的电极120沿着与该导轨145的延伸方向平行的方向运动。此处所述的电极大致平行于特定方向安装是指电极的前进方向与该特定方向大致平行。

在其他实施例中，所述电极120中的至少一个与其对应的滑块125的滑动方向成一定角度(安装角)安装于该对应的滑块125上，因而其运动方向与所述滑动方向成所述安装角。在加工过程中，所述主轴101沿其轴向上下运动，以驱动所述电极120分别沿着或平行于所述导轨的延伸方向运动，来加工工件210。可通过改变对应导轨的延伸方向来调节电极120的运动方向。

所述装置100可进一步包括支持元件150，用来支持所述工件210。所述支持元件150可由不导电的绝缘材料制成，这可在加工前确保工件210和电极120以及导向结构140之间的处于绝缘状态。在加工过程中，所述导向结构140相对于所述支持元件150固定。具体地，所述导向结构140可能是可拆卸地固定于所述支持元件150，或者是与所述支持元件150一起可拆卸地固定于一个共同的平台上。在本实施例中，电极120被设置来在加工过程中靠近所述工件210的内表面215放置，因而加工是从工件210的内表面215向着工件210的外表面进行的。

图3是根据第二示例性实施例的EDM装置300和工件230的立体示意图。所述EDM装置300与图1和2中显示的EDM装置100相似，其与EDM装置100主要的不同在于，在EDM装置300中，加工是从工件230的外表面235向着工件230的内表面236进行的。

所述装置300包括主轴301、组装于主轴301的基座303、包括若干导轨345的导向结构340、以及若干电极320，其中每一电极320通过柔性连接件330连接到所述基座303，且与所述导轨345中的一个可滑动地配合。所述基座303具有与所述若干导轨345分别对应的若干安装臂。比如，如图所示，所述基座303为十字形，其具有分别平行于所述四条导轨345延伸的四个安装臂304。每一柔性连接件330连接到一个安装臂304底部靠近该安装臂的自由端的位置。每一电极320安装于一个可沿一条导轨345滑动的滑块325上，该滑块325连接于一个柔性连接件330上。在加工的过程中，所述主轴301沿其轴向上下运动，以驱动所述滑块325分别沿导轨345滑动，安装于这些滑块325上的电极320分别沿着或者平行于所述导轨345的延伸方向运动来加工所述工件230。

在加工过程中，所述装置300的电极320靠近所述工件230的外表面235，因而加工是从工件230的外表面235朝向工件230的内表面236的。这样，所述装置300不仅能够形成贯穿所述工件230的侧壁的孔洞，还能形成一些只能从工件230的外表面上成形的几何机构，比如，开口于外表面235但不开口于内表面236的凹槽。

如图3所示，还有一个位于所述装置300的径向中心的支持元件350，用来支持所述工件230。所述电极320围绕所述固定于支持元件350上的环形工件230，且沿着所述环形工件230的周向间隔设置。在加工过程中，所述电极320可被驱动来沿着从外表面235朝向内表面236的方向加工所述工件230。

在本实施例以及下面第三和第四示例性实施例中，为了简洁起见，可能不对与EDM装置100中相同或类似的元件进行重复的详细描述。

图4为根据第三示例性实施例的EDM装置400和工件240的立体示意图。在本实施例中，待加工的工件240为具有多个倾斜孔洞241的环形部件，EDM装置400被设置来快速加工这样的具有倾斜孔洞的部件。

所述装置400包括具有纵长轴402的主轴401、组装于所述主轴401的基座403、具有若干导轨445的导向结构440、以及若干电极420，其中各电极通过柔性连接件430连接于所述基座403且与所述导轨445中的一个对应导轨滑动配合。所述基座403为圆形板状结构，与所述主轴401同心和/或同轴。所述柔性连接件430连接于所述基座403的靠近该基座403外边界/外围的位置。每一电极420安装于一个可沿导轨445中的一条对应导轨滑动的滑块425上，该滑块425连接于一个对应的柔性连接件430。

在装置400中，导轨的延伸方向和电极的运动方向与主轴401的轴402成锐角，而不是平行或垂直于所述主轴401的轴402。这样，所述装置400可以形成一些沿倾斜的方向成形的几何机构，比如，沿着与主轴401的运动/前进方向，即，主轴401的轴向，成锐角的倾斜方向成形的孔或洞241。在本实施例中，不同电极420的运动方向与所述主轴401的轴402成大致相等的夹角，在其他实施例中，不同电极420的运动方向也可与所述主轴401的轴402成不同的夹角。

如图4所示，所述导向结构440包括环形主体446，所述若干导轨445形成于所述环形主体446的外锥面上。在其他实施例中，导轨445也可能形成于所述环形主体446的内锥面上。所述主轴401沿其轴向运动，驱动所述电极420形成一批倾斜孔洞，然后所述主轴401可绕其轴402转动，以改变电极420的位置，然后再驱动所述主轴401沿其轴向运动便可形成另一批倾斜孔洞。这样，可获得多于电极数量的大量的倾斜孔洞。比如，所述装置400可能有十一个电极420，且能用来在工件240上形成多于十一个的倾斜孔洞241。

图5为根据第四示例性实施例的EDM装置500的立体示意图，图6显示了所述EDM装置500用来加工工件250时的一个状态。

所述EDM装置500包括具有轴502的主轴501、组装于所述主轴501的基座503、具有若干导轨545的导向结构540、以及若干电极520，其中每个电极安装于一个可沿一条导轨545滑动的滑块525上，该滑块425通过一柔性连接件530连接于所述基座503。

所述导轨545与所述主轴501的轴502不共面(既不平行于所述轴502，也不与所述轴502相交)，这样，通过主轴501绕其轴502转动可驱动所述滑块525分别沿导轨545滑动。在加工过程中，将所述装置500相对工件250定位好后，主轴501可不必沿其轴向运动来进给电极520，而是绕其轴502转动来进给电极520以加工工件250。每个电极520所形成的几何结构可能沿着一个与其对应的导轨545的延伸方向重合或平行的方向延伸，该导轨545的延伸方向与所述主轴501的轴502不共面。所述装置500可提供给沿特别方向成形的几何结构。

本文的实施例还涉及用EDM装置来加工工件的方法，其中所述EDM装置可为如前所述的EDM装置，其包括具有轴的主轴、具有若干导轨的导向结构、以及分别通过若干柔性连接件连接到所述主轴并且分别与所述导轨滑动配合的若干电极。在所述方法中，工件安装于支持元件，导向结构相对于所述支持元件固定，通过让所述主轴沿其轴运动或绕其轴转动，来驱动电极分别沿着与所述主轴的轴成角度的方向进给，以在工件上形成所需的几何结构。

虽然结合特定的实施例对本发明进行了描述，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (10)

1.一种电火花加工装置，其包括：

主轴；

导向结构，其包括若干导轨；及

若干电极，所述电极通过柔性连接件连接于所述主轴且与所述若干导轨中的一个对应的导轨滑动配合。

2.如权利要求1所述的电火花加工装置，其中，所述电极安装于一个设置用来沿所述对应的导轨滑动的滑块上。

3.如权利要求1所述的电火花加工装置，其中，所述导轨沿一个与所述主轴的纵长轴呈角度的方向延伸。

4.如权利要求1所述的电火花加工装置，其中，所述导向装置相对用来支持待加工工件的支持元件固定。

5.如权利要求1所述的电火花加工装置，其中，所述柔性连接件和所述导轨被设置来使得所述若干电极在所述主轴的驱动下分别沿着与所述主轴的运动方向成角度的方向进给到待加工工件上。

6.如权利要求1所述的电火花加工装置，其中，所述柔性连接件和所述导轨被设置来使得通过驱动所述主轴沿其纵长轴运动或绕其纵长轴转动，来驱动所述若干电极分别沿着与所述主轴的运动方向成角度的方向进给到待加工工件上。

7.如权利要求6所述的电火花加工装置，其中，所述若干电极进给的方向与所述主轴的纵长轴所成的角度大致相等。

8.如权利要求1所述的电火花加工装置，其进一步包括组装于所述主轴的基座，其中，在大致垂直于所述主轴的纵长轴的平面上，所述基座的尺寸比所述主轴有所增加，且所述柔性连接件用来将所述电极连接到所述基座的靠近其外边界的位置。

9.一种电火花装置，其包括：

基座，设置用来组装到可转动和/或沿轴向运动的主轴上；

导向结构，包括若干导轨；及

若干电极夹持装置，设置用来夹持电极，所述若干电极夹持装置分别通过若干柔性连接件连接到所述基座，且可分别沿所述若干导轨滑动，

其中所述柔性连接件和所述导轨被设置来让所述若干电极分别沿着与所述基座的运动方向成角度的方向进给到待加工工件上。

10.一种用电火花加工装置加工工件的方法，其中所述电火花加工装置包括具有轴的主轴、具有若干导轨的导向装置、以及分别通过若干柔性连接件连接到所述主轴的且分别与所述若干导轨滑动配合的若干电极，所述方法包括：

将所述工件安装到支持元件上；

将所述导向结构相对于所述支持元件固定；及

将所述若干电极分别沿着与所述主轴的运动方向成角度的方向进给到所述工件上以形成所需的几何结构。