CN110695475A

CN110695475A - 细孔放电打孔机工件侧壁保护的方法

Info

Publication number: CN110695475A
Application number: CN201910980055.6A
Authority: CN
Inventors: 林小玉; 邝锦祥
Original assignee: Dongguan Wintop Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Dongguan Wintop Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2019-10-15
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2020-01-17
Anticipated expiration: 2039-10-15
Also published as: CN110695475B

Abstract

本发明涉及加工技术领域，具体涉及细孔放电打孔机保护工件侧壁的方法，以电极切割机构将电极末端尺寸变化的部分切除，切割电极机构包括具备导电特性的切割片，被切割的电极与切割片之间通入放电电源，由放电电源在切割片与电极之间的放电效应控制被切割的电极与切割片之间的相对运动速率，以切断伸出电极导向器末端磨损的电极预切割部分，避免电极在穿破工件后必须过度伸出而触及到工件侧壁。在工件内腔插入探测片，以检测电极打孔作业时是否触及探测片，依据探测信号反馈的结果控制是否继续打孔作业。数控系统计算打孔作业过程能量利用量产生工件被固定于导向器的电极打破的瞬时讯号，并利用此讯号提前终止打孔程序，以起到保护工件侧壁的作用。

Description

细孔放电打孔机工件侧壁保护的方法

技术领域

本发明涉及加工技术领域，具体涉及细孔放电打孔机工件侧壁保护的方法。

背景技术

航空零件结构复杂，其内部腔体存在尺寸狭窄部位，在使用细孔放电打孔机对这些狭窄部位进行放电打孔作业时，电极不断被消耗而在末端呈现出尖锐的圆弧状，消耗后的电极末端直径相比于原电极本体直径减小，即产生非圆柱锥形节段，电极的非圆柱节段对工件打孔时直接导致打出的气膜孔呈现上宽下窄的锥形，严重影响打出的气膜孔尺寸的精准度。因此在打孔时，需要使得电极末端的非圆柱节段完全穿过孔，以使得电极的圆柱段至少穿孔，才能确保气膜孔的孔径均匀。由上可知电极的非圆柱节段需要完全穿出孔外，这样可能非圆柱节段过长而触碰工件的被打孔处下方的侧壁，导致该侧壁损坏。与此同时，随着打孔作业的持续进行，电极不断消耗而缩短，如此则无法精准控制电极深入工件的长度。以上随着持续打孔作业进行而出现的电极末端直径变小、电极长度缩短现象，都可能导致加工出现孔径问题，或因穿孔长度过长而导致电极触及工件内腔侧壁的问题。以上问题的存在，直接降低工件成品良率，更严重地导致工件报废。

为解决以上存在的技术问题，本发明提出以放电加工的方式切除电极末端磨耗部分，且/或在工件内腔中插入探测片，精准控制加工深度，保证电极末端在加工中不致于触及工件内腔中的侧壁。特别指明，采用放电加工的方式切除电极是为取代切削力过大的传统切割方式，以保护电极不发生形变和避免切割面的毛边而导致影响加工尺寸和精度。

发明内容

本发明以克服因电极消耗产生的系列打孔问题，而提出细孔放电打孔机工件侧壁保护的方法。其方法包括三种：一、在细孔放电打孔机上加装电极修整器；二、工件内腔插入探测片以探测电极是否触及工件内壁；三、数控系统计算打孔作业过程能量利用量产生工件被固定于导向器的电极打破的瞬时讯号，并利用此讯号提前终止打孔程序。其具体实施办法可为采用方法一或方法二或方法三，或多者兼备同时使用，以实现零件的准确打孔并能起到保护工件内腔侧壁的作用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

细孔放电打孔机工件侧壁保护的方法，方法一的特征在于包括：细孔放电打孔机包括数控系统、放电电源、电极、导向器、切割电极机构，其中电极与切割电极机构通过数控系统控制其相对运动并形成切割回路，所述的切割电极机构切断因消耗而产生的电极末端非圆柱节段，避免电极末端非圆柱节段触碰工件内腔侧壁以实现保护工件侧壁的目的，S1在切割电极机构上加装具备导电特性的切割片；S2被切割的电极与切割片之间通入放电电源；S3由数控系统监测电极与切割片之间的放电讯号并控制被切割的电极与切割片之间的相对运动速率；S4以切割片和电极之间的相对运动完全切断伸出电极导向器的电极预切割部分。

其中，所述的具备导电特性的切割片为金属或非金属材料。

其中，所述的具备导电特性的切割片的形状为圆片状。

其中，所述的切割片可以实现旋转或往复的相对运动。

其中，所述的切割片进一步可以实现旋转运动且与电极之间的相对运动轨迹为朝向圆心或偏离圆心，或者，其中所述的被切割的电极与切割片之间的相对运动路径为平行排列状的复数切割路径。

其中，所述的以切割片和电极之间的相对运动完全切断进一步为多次切割，即其中多次切割深度达到一定值时，从切割片中退出电极，将电极旋转至一定角度，再次切割，直至电极完全被切断。

方法二的特征在于包括：细孔放电打孔机包括数控系统、放电电源、电极、电极导向器、探测机构，所述的探测机构为工件内腔插入探测片通过探测电源探测固定于导向器的电极与探测片之间是否接触的讯号以反馈至细孔放电打孔机的数控系统以实现控制继续打孔作业或提前终止打孔程序，达到保护工件侧壁的目的，探测机构的特征在于包括：S1工件内腔插入与工件绝缘的探测片；S2探测片表层覆盖有导电层；S3电极与探测片上覆盖的导电层之间连接电源，以探测二者之间是否接触；S4电极与探测片上覆盖的导电层一旦出现闭合，提前终止程序中电极深入工件的深度以保护工件内腔侧壁。

其中，所述的探测片表层覆盖的导电材料为可导电的金属片或非金属片或以电镀工艺形成的导电镀层。

其中，所述的探测电源为不断变化极性的交流电源。

方法三包括：细孔放电打孔机包括数控系统、放电电源、电极、电极导向器，其特征在于：其中数控系统计算打孔作业过程能量利用量产生工件被固定于导向器的电极打破的瞬时讯号，并利用此讯号提前终止打孔程序以实现保护工件内腔侧壁的作用，包括:S1所述的数控系统具备侦测放电电流、放电电压的传感器；S2将所述的放电电流及电压传感器的讯息反馈至数控系统；S3数控系统根据所述反馈的讯息计算单位加工长度所用的能量；S4单位加工长度所利用的能量低于初始单位加工长度所利用的能量时即为工件穿破讯号；S5利用所述工件穿破讯号提前终止打孔程序。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

本发明涉及加工技术领域，具体涉及细孔放电打孔机保护工件侧壁的方法，以电极切割机构将电极末端尺寸变化的部分切除，切割电极机构包括具备导电特性的切割片，被切割的电极与切割片之间通入放电电源，由放电电源在切割片与电极之间的放电效应控制被切割的电极与切割片之间的相对运动速率，以切割片和电极之间的相对运动切断伸出电极导向器末端磨损的电极预切割部分，避免电极在穿破工件后必须过度伸出而触及到工件侧壁。另外，在工件内腔插入探测片，以检测电极进行打孔作业时是否触及探测片，依据探测信号反馈的结果控制是否继续打孔作业。另外，数控系统计算打孔作业过程能量利用量产生工件被固定于导向器的电极打破的瞬时讯号，并利用此讯号提前终止打孔程序，以起到保护工件侧壁的作用。

本发明的有益效果：本发明以解决工件孔径准确度及工件侧壁的保护为目的。在打孔机上安装修整电极的机构-切割电极机构，且/或在工件内腔插入探测片，克服因打孔作业时电极末端磨损导致的工件孔径不精准问题，以及电极过度伸出而破坏工件内腔侧壁的问题。利用切割电极机构将电极末端切割后完成打孔作业时即可得到预设的孔径要求。在工件内腔插入探测片，利用电极与探测片之间的电源讯号，以探测电极在打孔时是否触及贴近工件空腔侧壁的探测片，从而起到保护工作内腔侧壁的有益效果。设置数控系统计算打孔作业过程能量利用量产生工件被固定于导向器的电极打破的瞬时讯号，并利用此讯号提前终止打孔程序，能够避免电极过度伸出而破坏工件内腔侧壁。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明的打孔机工件侧壁保护的方法一和二的原理示意图。

图2为本发明的打孔机工件侧壁保护的方法三的原理示意图。

图1中包括：

加工头1，电极2，电极末端21，导向器3，工件4，放电电源5，放电电源切换器6，旋转导电环7，切割片8，绝缘块9，切割片旋转机构10，探测电路11，探测片12，导电层121

图2中包括：

加工头1，电极2，电极末端21，导向器3，工件4，放电电源5，数控系统13，放电电流传感器131，加工电流值132，放电电压传感器133，加工电压值134，工件穿破讯号135

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

本发明为细孔放电打孔机工件侧壁保护的方法，其具体实施方式如图1所示，打孔机的电极2夹持于加工头1上，导向器3逼近于工件4表面，电极末端21固定在导向器3上且穿过导向器3。其进行打孔作业时，打孔机的加工头1和工件4之间通入放电电源5，放电电源5接通工件4和电极2，形成工件4进行打孔所需要的闭合回路。持续的打孔作业会直接导致电极末端21出现磨损，进而导致打出的孔的下孔径偏小，为使打出的孔径精准，故在打孔机上加装电极切割机构，其机构包括：放电电源5、电源切换器6、旋转导电环7、切割片8、绝缘块9、切割片旋转机构10。其中电源切换器6可将放电电源5由放电打孔回路切换至切割电极机构回路，即放电电源5经由电源切换器6由A、B接点切换至A’、B’接点，其中A’连接旋转导电环7一端，B’经过加工头1连接电极2，形成电极切割闭合回路。切割片8与电极2之间产生的电火花效应对电极的末端21进行切割。由数控系统监测电极与切割片8之间的放电讯号并控制被切割的电极2与切割片8之间的相对靠近的运动速率，效果是控制电极2与切割片8的间距。如果电极2与切割片8相对靠近的速率过快，电极2与切割片8之间的距离过小，可能导致短路；如果速率过小，电极2与切割片8的距离可能过大，电极切割闭合回路的电流过小，都会影响切割效率甚至会导致无法进行切割。其中旋转导电环7连接于切割片8，将放电电源5接通至切割片8，旋转导电环7的作用是避免线缆跟随切割片8转动。其中绝缘块9介于切割片旋转机构10与切割片8之间，切割片8固定于绝缘块9，切割片旋转机构10带动绝缘块9旋转，间接带动切割片8旋转运动。切割片8转动的效果是：在切割片8对电极的末端21通过放电效应切割时，切割片8会磨损，如果切割片8不转动，则仅通过切割片8的固定部位切割，该固定部位会磨损形成凹坑，而切割片8旋转会使得切割片8外缘磨损均匀，切割片8直径逐渐减小，切割路径简单易控。特别指明，使用的绝缘块9进一步断开可能形成的干扰导电回路。当必要切割电极末端21时，将加工头1、电极2及导向器3整体移动至切割片8边缘，即图1中虚线表示的位置，并控制电极末端21伸出导向器3的长度，切换放电电源切换器6，形成电极切割回路，使放电电源5接通电极2与切割片8以进行切割电极末端21。由放电电源5在电极2与切割片8之间的放电效应来控制被切割的电极2与切割片8之间的相对运动速率，以切割片8和电极2之间的相对运动完全切断伸出导向器3的电极预切割部分，其相对运动轨迹可朝向切割片8圆心。特别指明，为提高电极2与切割片8之间的切割效率，切割片8和电极2之间的相对运动的切断方式可进一步为多次切割，即其中多次切割深度达到一定值时，从切割片8中退出电极2，将电极2旋转至一定角度，再次切割，直至电极2的端部完全被切断。其中，放电电源5的参数可根据切割片8和被切割电极2及切割方式的变化而做相应调整。

因持续的打孔作业除了导致电极末端21出现磨损外，也伴随着电极2长度逐渐缩短的情况，无法精准控制打穿孔后电极2伸出孔的长度。若深入工件4内部的电极2过长，直接引起电极末端21触及工件4内腔侧壁，破坏工件4。如若得到预设的孔径精度且确保工件4内腔侧壁不被破坏，需控制电极2伸出孔的长度。

故本发明还提供一种细孔放电打孔机工件侧壁保护的方法，即在打孔机上加装探测机构。探测机构包括：探测片12和探测电路11。其中探测片12插入至工件4内腔且贴合在工件侧壁，与工件4绝缘。探测片12表层覆盖有导电层121，探测电路11旨在探测电极2与探测片12之间是否形成闭合回路，根据闭合回路中电流的变化以探测二者之间是否接触。在进行打孔作业时，若电极2与探测片12上覆盖的导电层121接触则立即终止打孔作业以保护工件4内腔侧壁。特别指明，探测电路11是与电极2和加工件4之间的隔离的独立电源，且探测电源可为不断变化极性的交流电源。

因为工件外形结构的复杂度，在某些工件上采取加装所述的探测机构的方法可能不易实施，故本发明还提供一种细孔放电打孔机工件侧壁保护的方法：如图2所示，细孔放电打孔机包括数控系统13、放电电源5、电极2、导向器3，其具体实施方法如图所示：其中所述的数控系统13具备侦测放电电流传感器131、放电电压传感器133，电极2夹持于加工头1上，导向器3逼近于工件4表面，电极末端21固定在导向器3上且穿过导向器3。加工头1和工件4之间通入放电电源5，放电电源5接通工件4与电极2，形成放电打孔作业闭合回路。在进行打孔作业过程中，数控系统13的放电电流传感器131采集所述闭合回路中的加工电流值132，放电电压传感器133采集工件4与电极2之间的加工电压值134，数控系统13对所述的加工电流值132和加工电压值134进行计算，产生工件4被电极2穿破的讯号，利用所述工件穿破讯号135提前终止打孔程序，实现对工件侧壁的保护。其中所述的计算依据如下公式：

Q_t：单位加工长度所利用的能量；

U(t)：在某一时间点t电极与工件间的加工电压值；

I(t)：在某一时间点t加工闭合回路中的电流值；

l(t1)：在某一时间点t1电极头移动的位置；

l(t2)：在某一时间点t2电极头移动的位置。

公式(1)旨在针对某一时间段数控系统采集的电流、电压值进行计算电极单位加工长度所利用的能量。依据电能计算公式，在t1～t2时间内，所消耗在电极与工件之间的总能量为：

在t1～t2时间内，工件实际被加工的深度与电极磨损的总长度为：l(t2)-l(t1)。

故，所述的总能量与所述的总长度之商

即为单位加工长度所利用的能量。

根据电极加工工件的演进过程可分为(1)电极与工件接触前；(2)电极进入工件；(3)电极穿破工件。二者接触前无电流通过，依据公式(1)可得所述的Q_t为0；电极进入工件之后，Q_t会随着电极需要加工的单位长度的工件体积的增大而逐渐增大；在电极穿破工件后，，Q_t会随着电极需要加工的单位长度的工件体积的减小而急剧减小。依据电极加工工件在演进过程中Q_t的变化，可得到工件被电极穿破的时间点，进而利用该时间点的讯号而控制打孔程序提前终止该孔位的加工，以保护工件内腔侧壁。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims

1.细孔放电打孔机工件侧壁保护的方法，细孔放电打孔机包括数控系统、放电电源、电极、电极导向器、切割电极机构，其中电极与切割电极机构通过数控系统控制其相对运动并形成切割回路；所述的切割电极机构切断因消耗而产生的电极末端非圆柱节段，避免电极触碰工件侧壁以实现保护工件侧壁的目的，其特征在于：S1在切割电极机构上加装具备导电特性的切割片；S2被切割的电极与切割片之间通入放电电源；S3由数控系统监测电极与切割片之间的放电讯号并控制被切割的电极与切割片之间的相对运动速率；S4以切割片和电极之间的相对运动完全切断伸出电极导向器的电极预切割部分。

2.根据权利要求1所述的细孔放电打孔机工件侧壁保护的方法，其中所述的具备导电特性的切割片为金属或非金属材料。

3.根据权利要求1所述的细孔放电打孔机工件侧壁保护的方法，其中所述的具备导电特性的切割片的形状为圆片状。

4.根据权利要求1所述的细孔放电打孔机工件侧壁保护的方法，其中所述的切割片进一步可以实现旋转或往复的相对运动。

5.根据权利要求1所述的细孔放电打孔机工件侧壁保护的方法，其中所述的切割片进一步可以实现旋转运动且与电极之间的相对运动轨迹为朝向圆心或偏离圆心。

6.根据权利要求1所述的细孔放电打孔机工件侧壁保护的方法，其中所述的被切割的电极与切割片之间的切割路径为平行排列状。

7.根据权利要求1所述的细孔放电打孔机工件侧壁保护的方法，其中所述的切割片和电极之间的相对运动的切断方式进一步为多次切割，即其中多次切割深度达到一定值时，从切割片中退出电极，将电极旋转至一定角度，再次切割，直至电极完全被切断。

8.细孔放电打孔机工件侧壁保护的方法，细孔放电打孔机包括数控系统、放电电源、电极、电极导向器、探测机构，所述的探测机构为工件内腔插入探测片通过探测电源探测固定于导向器的电极与探测片之间是否接触的讯号以反馈至细孔放电打孔机的数控系统以实现控制继续打孔作业或提前终止打孔程序，达到保护工件侧壁的目的；探测机构的特征在于包括：S1工件内腔插入与工件绝缘的探测片；S2探测片表层覆盖有导电层；S3电极与探测片上覆盖的导电层之间连接电源，以探测二者之间是否接触；S4电极与探测片上覆盖的导电层一旦出现闭合，提前终止程序中电极深入工件的深度以保护工件内腔侧壁。

9.根据权利要求9所述的细孔放电打孔机工件侧壁保护的方法，其中所述的探测片表层覆盖的导电层为可导电的金属片或非金属片或以电镀工艺形成的导电镀层。

10.根据权利要求9所述的细孔放电打孔机保护工件侧壁保护的方法，其中所述的探测电源为不断变化极性的交流电源。

11.细孔放电打孔机工件侧壁保护的方法，细孔放电打孔机包括数控系统、放电电源、电极、电极导向器，其特征在于：其中数控系统计算打孔作业过程能量利用量产生工件被固定于导向器的电极打破的瞬时讯号，并利用此讯号提前终止打孔程序以实现保护工件内腔侧壁的作用，包括:S1所述的数控系统具备侦测放电电流、放电电压的传感器；S2将所述的放电电流及电压传感器的讯息反馈至数控系统；S3数控系统根据所述反馈的讯息计算单位加工长度所用的能量；S4单位加工长度所利用的能量低于初始单位加工长度所利用的能量时即为工件穿破讯号；S5利用所述工件穿破讯号提前终止打孔程序。