CN111360343A - 一种展成式薄壁零件加工设备及方法 - Google Patents

Abstract

一种展成式薄壁零件加工设备及方法，加工设备包括床身，该床身顶部设有储液罐，该储液罐内部底面设有工作台，该工作台上固定设有负极工件，侧面具有凹凸结构；该工作台侧方设有电源箱，该电源箱顶部设有工作液箱，该工作液箱顶部设有第一支撑体，该第一支撑体顶部设有第二支撑体，该第二支撑体朝向该储液罐的一端设有升降系统，该升降系统底部设有自转系统，该自转系统与正极工件可拆卸地连接，该正极工件为回转体；该电源箱内设有电源系统，该电源系统的正极与该正极工件连接，负极与该负极工件连接；该第二支撑体内部设有控制系统。

Description

一种展成式薄壁零件加工设备及方法

技术领域

本发明涉及一种电火花加工装备，特别是一种展成式薄壁零件加工设备及方法。

背景技术

随着现代航空发动机性能的不断改进，发动机零件及其结构变得越来越复杂，以薄壁机匣为代表的薄壁复杂结构件是航空发动机上的核心部件。机匣零件是一种典型的回转体零件，表面有很多凸台结构，由于其材料多为高温合金，制造过程材料去除率很高，加工余量分布不均，采用传统机械加工方式变得困难，需要寻找更加合适的加工方法。在工业生产中，如何在此类零件表面快速高效的加工，是目前特种加工领域关注的方向之一。

我国现阶段机匣零件的加工方法主要以数控切削加工技术为主。目前，航空发动机机匣型面的加工制造大多在五轴加工中心上完成，主要还是以铣削为主的加工工艺，由于机匣结构的一体化设计，在加工过程中，铣削加工是主要加工方式，其他的切削方式为辅助，这就导致加工过程中刀具的磨损非常大。随着技术的发展，对发动机性能的要求提高，一些难以加工的材料越来越多的应用于机匣零件中，例如钛合金、硬质合金等，同时随着对推重比的要求提高，机匣零件变得很轻薄，在装夹过程中容易变形，在铣削过程中的切削力也很容易导致变形，这给数控切削技术带来了极大的挑战。而加工时间长，成本高也随着技术的发展变得越来越明显。

电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，由于电火花加工中材料的去除是靠放电时的电热作用实现的，材料的可加工性主要与材料的的导电性及其热学特性有关，而基本与力学性能无关，因此可以突破传统切削加工中对刀具的限制，特别适合加工薄壁、硬质零件等。由于脉冲能量可以精确控制，两极间又没有宏观机械力，因此可以实现精密细微的加工，加工精度很高。然而，目前电火花加工仅仅在简单造型的零件加工中得到应用，对复杂薄壁零件的加工仍存在技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种展成式薄壁零件加工设备及方法，采用非接触式加工，可以实现加工过程自动化、智能化，同时在现代计算机技术的配合下，使电极加工精度更高，使用方便，可以实现高质量、高精度等目标。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种展成式薄壁零件加工设备，包括床身，该床身顶部设有储存工作液的储液罐，该储液罐内部底面设有工作台，该工作台上固定设有竖直板状的负极工件，该负极工件的侧面设有凹凸结构；该工作台侧方设有电源箱，该电源箱顶部设有工作液箱，该工作液箱内设有冲液系统和循环系统，均与该储液罐通过管路连通；该工作液箱顶部设有与该负极工件平行的第一滑轨，该第一滑轨上滑设有第一支撑体，该第一支撑体连接第一驱动装置；该第一支撑体顶部设有与该第一滑轨垂直的第二滑轨，该第二滑轨上滑设有第二支撑体，该第二支撑体连接第二驱动装置；该第二支撑体朝向该储液罐的一端设有升降系统，该升降系统底部设有自转系统，该自转系统与正极工件可拆卸地连接，该正极工件为回转体；该电源箱内设有电源系统，该电源系统的正极与该正极工件连接，负极与该负极工件连接；该第二支撑体内部设有控制系统，分别与该冲液系统、循环系统、第一驱动装置、第二驱动装置、升降系统、自转系统、电源系统连接。

进一步的，所述负极工件包括矩形的板体，该板体两侧设有支座，该支座底部固定在所述工作台顶面。

进一步的，所述工作台顶面设有若干平行的T型槽，通过内部T型滑块与所述支座固定。

进一步的，所述凹凸结构为若干凸起和/或凹陷。

一种展成式薄壁零件加工方法，利用所述的加工设备，包括下列步骤：

A.通过三维软件建模，将要加工的成品工件从侧母线沿圆周方向展开为长板状，根据展开的形状，制作对应的负极工件；在负极工件上加工与成品工件凸起对应的凹陷，和/或在负极工件上加工与成品工件凹陷对应的凸起，形成凹凸结构；且该负极工件的两侧具有与该侧母线对应的边界线；

B.将负极工件固定在内含工作液的储液罐内的工作台上，并以将待加工的正极工件与升降系统底部的自转系统固定连接；

C.控制系统通过对第一驱动装置、第二驱动装置、升降系统的控制，使正极工件的侧母线与该负极工件的边界线正对，并通过自转系统使正极工件自转的同时，沿第一滑轨的方向直线运动；同时控制系统控制电源系统对正极工件和负极工件施加脉冲电压，直至正极工件自转一圈，同时该侧母线与该负极工件的另一条边界线正对。

进一步的，所述步骤C中，所述控制系统控制所述第二驱动装置，使所述正极工件和所述负极工件之间保持放电间隙。

进一步的，所述步骤C中，所述控制系统控制冲液系统，向所述正极工件和负极工件之间的区域供液。

本发明的有益效果是：本发明展成式薄壁零件加工设备及方法，采用非接触式加工，针对薄壁回转体工件，采用类似齿轮齿条的啮合方式，在计算机辅助设计基础上，展开电极，利用展开的工具电极来在回转体上一次性成型加工出零件，直接利用电能进行加工，克服了传统机械加工的难题，便于实现加工过程自动化、智能化，同时在现代计算机技术的配合下，使电极加工精度更高，使用方便，可以实现高质量、高精度等目标。

附图说明

图1是本发明展成式薄壁零件加工设备的结构示意图。

图2是本发明展成式薄壁零件加工设备的正极工件的结构示意图。

图3是本发明展成式薄壁零件加工设备的成品工件的结构示意图。

图4是本发明展成式薄壁零件加工设备的负极工件的结构示意图。

图5是本发明展成式薄壁零件加工方法的步骤示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

如图1-图4所示，本发明提供一种展成式薄壁零件加工设备，包括床身1，该床身1顶部设有储存工作液的储液罐2，该储液罐2内部底面设有工作台3，该工作台3上固定设有竖直板状的负极工件4，该负极工件4的侧面设有凹凸结构41。该工作台3侧方设有电源箱5，该电源箱5顶部设有工作液箱6，该工作液箱6内设有冲液系统61和循环系统62，均与该储液罐2通过管路连通。该工作液箱6顶部设有与该负极工件4平行的第一滑轨7，该第一滑轨7上滑设有第一支撑体8，该第一支撑体8连接第一驱动装置9。该第一支撑体8顶部设有与该第一滑轨7垂直的第二滑轨10，该第二滑轨10上滑设有第二支撑体11，该第二支撑体11连接第二驱动装置12。该第二支撑体11朝向该储液罐2的一端设有升降系统13，该升降系统13底部设有自转系统14，该自转系统14与正极工件15可拆卸地连接，该正极工件15为回转体。该电源箱5内设有电源系统，该电源系统的正极与该正极工件15连接，负极与该负极工件4连接。

该第二支撑体11内部设有控制系统，分别与该冲液系统61、循环系统62、第一驱动装置9、第二驱动装置12、升降系统13、自转系统14、电源系统连接。控制系统通过控制第一驱动装置9、第二驱动装置12、升降系统13、自转系统14，实现加工参数检测、电极放电间隙调整、误差补偿等功能。加工过程中，控制系统控制正极工件15由起始位置开始，相对于负极工件4做滚动运动，同时沿第一滑轨7移动，正极工件15转动一圈，正好使其从起始位置运动到结束位置完成加工，形成成品工件16，成品工件16上的凹凸结构161与负极工件4的凹凸结构41对应。

具体来说，该负极工件4包括矩形的板体42，该板体42两侧设有支座43，该支座43底部固定在该工作台3顶面。该工作台3顶面设有若干平行的T型槽31，通过内部T型滑块与该支座43固定。该凹凸结构41为若干凸起和/或凹陷，与成品工件16对应，保证负极工件4能够复刻出成品工件16(例如机匣)。

如图5所示，本发明还提供一种展成式薄壁零件加工方法，利用所述的加工设备，包括下列步骤：

A.通过三维软件建模，将要加工的成品工件16从侧母线沿圆周方向展开为长板状，根据展开的形状，制作对应的负极工件4；在负极工件4上加工与成品工件凸起对应的凹陷，和/或在负极工件上加工与成品工件凹陷对应的凸起，形成凹凸结构41；且该负极工件4的两侧具有与该侧母线对应的边界线；

B.将负极工件4固定在内含工作液的储液罐2内的工作台3上，并以将待加工的正极工件15与升降系统13底部的自转系统14固定连接；

C.控制系统通过对第一驱动装置9、第二驱动装置12、升降系统13的控制，使正极工件15的侧母线与该负极工件4的边界线正对，并通过自转系统14使正极工件15自转的同时，沿第一滑轨7的方向直线运动，满足类似于齿轮齿条的啮合滚动；同时控制系统控制电源系统对正极工件15和负极工件4施加脉冲电压，直至正极工件15自转一圈，同时该侧母线与该负极工件4的另一条边界线正对，通过电火花脉冲放电加工将负极工件4上的特征结构复制到正极工件15上。

该步骤C中，该控制系统控制该第二驱动装置12，使该正极工件15和该负极工件4之间保持放电间隙。该控制系统控制冲液系统61，向该正极工件15和负极工件4之间的区域供液，循环系统62保证工作液在储液槽2内浸没工作电极。

综上所述，本发明具有下列优点：

1、本发明采用电火花一次性成型方式，操作简单便捷，一次安装即可完成环形结构件上所有形状特征的加工。

2、本发明工具电极采用展成式，工作时阳极一边做直线运动的同时做回转运动，通过类似齿轮齿条的啮合运动，利用电火花脉冲放电加工将工具负极上的形状复刻到工件上，结构简单，适用于各种环形回转面的加工，实现高质量、高精度等目标。

3、本发明所加工出来的工件上结构特征之间的相互位置精度能够得到可靠性保证，重复性好。

4、本发明采用电火花液浸没和放电区域冲液的供液方式，排屑方式效率高，工作状态稳定。

5、本发明工具负极采用计算机辅助设计，将环形工件展开成板状，电极加工简单，缩短了电极和夹具的制造周期，降低了工具电极的制造难度。

需要说明的是，以上所述仅是本发明较佳的具体实施方式而已，目的是为了使本领域技术人员更好的理解本发明，不应用以限制本发明的范围及应用，凡是在本发明的精神或原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等均应包含在本发明所保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种展成式薄壁零件加工设备，其特征在于，包括床身，该床身顶部设有储存工作液的储液罐，该储液罐内部底面设有工作台，该工作台上固定设有竖直板状的负极工件，该负极工件的侧面设有凹凸结构；该工作台侧方设有电源箱，该电源箱顶部设有工作液箱，该工作液箱内设有冲液系统和循环系统，均与该储液罐通过管路连通；该工作液箱顶部设有与该负极工件平行的第一滑轨，该第一滑轨上滑设有第一支撑体，该第一支撑体连接第一驱动装置；该第一支撑体顶部设有与该第一滑轨垂直的第二滑轨，该第二滑轨上滑设有第二支撑体，该第二支撑体连接第二驱动装置；该第二支撑体朝向该储液罐的一端设有升降系统，该升降系统底部设有自转系统，该自转系统与正极工件可拆卸地连接，该正极工件为回转体；该电源箱内设有电源系统，该电源系统的正极与该正极工件连接，负极与该负极工件连接；该第二支撑体内部设有控制系统，分别与该冲液系统、循环系统、第一驱动装置、第二驱动装置、升降系统、自转系统、电源系统连接。

2.根据权利要求1所述的展成式薄壁零件加工设备，其特征在于：所述负极工件包括矩形的板体，该板体两侧设有支座，该支座底部固定在所述工作台顶面。

3.根据权利要求2所述的展成式薄壁零件加工设备，其特征在于：所述工作台顶面设有若干平行的T型槽，通过内部T型滑块与所述支座固定。

4.根据权利要求1或2所述的展成式薄壁零件加工设备，其特征在于：所述凹凸结构为若干凸起和/或凹陷。

5.一种展成式薄壁零件加工方法，其特征在于，利用权利要求1-4中任一项所述的加工设备，包括下列步骤：

A.通过三维软件建模，将要加工的成品工件从侧母线沿圆周方向展开为长板状，根据展开的形状，制作对应的负极工件；在负极工件上加工与成品工件凸起对应的凹陷，和/或在负极工件上加工与成品工件凹陷对应的凸起，形成凹凸结构；且该负极工件的两侧具有与该侧母线对应的边界线；

B.将负极工件固定在内含工作液的储液罐内的工作台上，并以将待加工的正极工件与升降系统底部的自转系统固定连接；

C.控制系统通过对第一驱动装置、第二驱动装置、升降系统的控制，使正极工件的侧母线与该负极工件的边界线正对，并通过自转系统使正极工件自转的同时，沿第一滑轨的方向直线运动；同时控制系统控制电源系统对正极工件和负极工件施加脉冲电压，直至正极工件自转一圈，同时该侧母线与该负极工件的另一条边界线正对。

6.根据权利要求5所述的展成式薄壁零件加工方法，其特征在于：所述步骤C中，所述控制系统控制所述第二驱动装置，使所述正极工件和所述负极工件之间保持放电间隙。

7.根据权利要求5或6所述的展成式薄壁零件加工方法，其特征在于：所述步骤C中，所述控制系统控制冲液系统，向所述正极工件和负极工件之间的区域供液。

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