CN112518060A - 异形孔电火花加工夹具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种异形孔电火花加工夹具及方法。该夹具包括：锁紧密封套、异形电极固定套、异形电极以及圆柱电极；锁紧密封套一端设有固定套，圆柱电极的一端设于固定套内，锁紧密封套的另一端用于连接电火花成型加工设备；异形电极固定套和异形电极均为空心设置，异形电极的一端套设于所述异形电极固定套内，另一端伸出异形电极固定套形成异形电极加工端；异形电极固定套远离异形电极的一端套设圆柱电极并与锁紧密封套可活动连接，异形电极固定套沿圆柱电极延伸方向前后活动，圆柱电极穿过异形电极固定套和异形电极，且圆柱电极伸出异形电极加工端形成圆柱电极加工端。

Description

异形孔电火花加工夹具及方法

技术领域

本发明涉及异形孔电火花加工领域，特别是涉及一种异形孔电火花加工夹具及方法。

背景技术

电火花加工技术是特种加工技术中的一种，主要利用工具和工件之间非接触式脉冲电火花放电所产生的高温烧蚀现象去除工件金属而达到加工特定结构的目的，广泛应用于各种难切削材料和复杂特征结构的加工。目前，航空发动机涡轮叶片等军、民用零部件已经采用异形孔结构设计，异形孔由异形端和圆孔端两部分构成，密集分布在复杂空间型面上，孔角向各异，位置度和尺寸精度要求高，常规工艺方法无法加工，因此需要采用电火花加工技术予以解决。

针对异形孔电火花加工，目前的技术路线主要有两种：一种技术路线是高速小孔加工工艺，采用穿过导丝嘴的空心铜电极，按照电火花铣削方法编制加工路径及程序，逐层蚀除工件金属，达到加工异形孔的目的，该技术能够保证良好的位置精度，节省工序流程，但同时存在以下不足：(1)高速小孔设备的制孔精度相对较差，而且孔越深精度越差；(2)相比于电火花成型加工，再铸层较厚，表面粗糙度较差，容易产生不规则微裂纹；(3)电极损耗大，成本高；(4)编程复杂，工艺难度大，而且电火花铣削方法在一定程度上削弱了高速小孔设备的效率优势。另一种技术路线分为两步，先采用高速小孔加工工艺或者电火花成型加工工艺制造整体圆孔结构，然后转至电火花成型加工设备上，采用异形电极，对正圆孔位置，再加工上部异形端结构，该技术路线由于引入电火花成型加工工艺，具有尺寸精度及稳定性高，表面质量好，工艺难度和成本低等诸多技术优势，但同时存在以下不足：(1)对于电火花成型加工工艺，传统电极装夹方式为电极一端装夹在主轴或者其他安装座上，考虑到电极弱刚性属性，不能使用长电极，电极使用程度受限，导致电极需要频繁更换和调整，影响加工效率和一致性；(2)分步加工导致重复定位难度较大，孔位置精度及一致性难以保证，而且生产准备时间长，加工效率低。

因此，发明人提供了一种异形孔电火花加工夹具及方法。

发明内容

(1)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种异形孔电火花加工夹具及方法，通过将原先单一结构电极改进为异形电极加圆柱电极的组合电极，解决了传统电极需要频繁更换和调整，影响加工效率和一致性、分步加工重复定位难度较大，孔位置精度及一致性难以保证，而且生产准备时间长，加工效率低的技术问题。

(2)技术方案

第一方面，本发明的实施例提出了一种异形孔电火花加工夹具，该异形孔电火花加工夹具包括：锁紧密封套、异形电极固定套、异形电极以及圆柱电极；

所述锁紧密封套一端设有固定套，所述圆柱电极的一端设于所述固定套内，所述锁紧密封套的另一端用于连接电火花成型加工设备；

所述异形电极固定套和所述异形电极均为空心设置，所述异形电极的一端套设于所述异形电极固定套内，另一端伸出所述异形电极固定套形成异形电极加工端，所述异形电极和所述异形电极固定套活动连接，以使所述异形电极在所述异形电极固定套内前后滑动；

所述异形电极固定套远离所述异形电极的一端套设所述圆柱电极后与所述锁紧密封套可拆卸连接，所述圆柱电极穿过所述异形电极固定套和所述异形电极，且所述圆柱电极伸出所述异形电极加工端形成圆柱电极加工端。

进一步地(作为一种可选实施例、优选地等类似表述)，所述异形孔电火花加工夹具还包括转接套，所述转接套中空设置，所述转接套位于所述锁紧密封套和所述异形电极固定套之间，所述转接套套设所述圆柱型电极，所述转接套的两端分别与所述固定套和所述异形电极固定套可拆卸连接。

进一步地，所述转接套和所述异形电极固定套螺纹连接。

进一步地，所述转接套与所述异形电极固定套连接的一端设有内螺纹，所述异形电极固定套设有对应的外螺纹，所述转接套与所述异形电极固定套连接的一端外侧壁还设有第一顶丝孔和第一顶丝，所述第一顶丝固定所述异形电极固定套。

进一步地，所述异形电极固定套与所述异形电极连接的一端的外侧壁设有第二顶丝孔和第二顶丝，所述第二顶丝固定所述异形电极。

进一步地，所述异形孔电火花加工夹具还包括基准块和基准元件，所述基准块和所述基准元件连接，所述基准元件用于连接所述电火花成型加工设备，所述锁紧密封套与所述基准块连接。

进一步地，所述基准块远离所述基准元件的一端设有连接孔，所述锁紧密封套远离所述异形电极固定套的一端设于所述连接孔内，所述基准块相邻的两外侧面设有第三顶丝孔、第四顶丝孔以及对应的第三顶丝和第四顶丝，所述第三顶丝和所述第四顶丝固定所述锁紧密封套。

第二方面，提供了一种采用第一方面的异形孔电火花加工夹具的异形孔电火花加工方法，该方法包括：

S110：安装所述异形电极和所述圆柱电极至所述异形孔电火花加工夹具，保证所述圆柱型电极加工端伸出所述异形电极加工端；

S120：安装所述异形电火花加工夹具至所述电火花成型加工设备，将所述圆柱电极定位至加工位置，设置工艺参数，将所述圆柱电极沿孔轴向进给，由圆柱电极加工出整体圆柱孔结构，进给至预定深度后，由异形电极加工出上部异形端结构；

S130：移动坐标，将电极定位至下一个加工位置，重复步骤2的方法进行加工；

S140：圆柱电极沿长度方向损耗时，拧松所述第一顶丝，回退所述异形电极，使得所述圆柱电极向前进给，拧紧所述第一顶丝，重复S120的方法继续加工。

(3)有益效果

(1)技术路线改进为基于电火花成型加工工艺完成异形孔的整体加工，充分发挥其尺寸精度及稳定性高，表面质量好，工艺难度和成本低等诸多技术优势。

(2)将原先单一结构电极改进为异形电极+圆柱电极的组合电极，能够实现异形孔的异形端和圆孔端的一体化成型加工，始终保证精确的定位基准，并且节省了工序衔接、电极更换和调整等时间，解决了传统两步加工存在的位置精度差、效率低等问题。

(3)将原先简单的电极装夹方式改进为具备电极运动及锁紧结构、导向通道等结构的组合装夹方式，实现圆柱电极和异形电极的相对运动，使得圆柱电极位置能够沿加工方向进行适应性调整，在连续多孔加工过程中保持合理的工作长度，精准补偿电极损耗，从而保证不同孔的加工品质及一致性良好，并且由于可以使用超长电极，电极不需要频繁更换和调整，提高加工效率。

综上，本发明通过设置异形电极和圆柱电极的组合电极，将异形电极空心设置，圆柱电极设于异形电极内部，从而实现了异形孔的异形端和圆孔端的一体化加工，在加工过程中始终保证精确的定位基准，节省了工序衔接、电极更换的调整时间，另一方面一体化加工也解决了传统两步加工存的效率低精度差的问题；另一方面，异形电极空心设置形成了圆柱电极的导向通道，使得圆柱电极位置能够沿加工方向进行适应性调整，在连续多孔加工过程中保持合理的加工端的长度，精准补偿电极损耗，从而保证不同孔的加工品质及一致性良好，并且由于可以使用超长电极，电极不需要频繁更换和调整，进一步提高了加工效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1是本发明实施例的一种异形孔电火花加工夹具的总体结构示意图；

图2是图1中的异形孔电火花加工夹具的剖视图；

图3是图1中的异形孔电火花加工夹具局部A的放大图；

图4是本发明实施例的一种异形孔电火花加工方法的流程图。

图中：

1-基准元件；2-基准块；3-第三顶丝；4-第四顶丝；5-锁紧密封套；6-转接套；7-异形电极固定套；8-异形电极；9-圆柱电极；10-第一顶丝；11-第二顶丝；12-第五顶丝。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1是本发明实施例的一种异形孔电火花加工夹具的结构示意图，如图1、图2、图3所示，该异形孔电火花加工夹具包括了：锁紧密封套5、异形电极8固定套7、异形电极8以及圆柱电极9；所述锁紧密封套5一端设有固定套，所述圆柱电极9的一端设于所述固定套内，所述锁紧密封套5的另一端用于连接电火花成型加工设备；所述异形电极8固定套7和所述异形电极8均为空心设置，所述异形电极8的一端套设于所述异形电极8固定套7内，另一端伸出所述异形电极8固定套7形成异形电极8加工端；所述异形电极8固定套7远离所述异形电极8的一端套设所述圆柱电极9并与所述锁紧密封套5可活动连接，所述异形电极8固定套7沿所述圆柱电极9延伸方向前后活动，所述圆柱电极9穿过所述异形电极8固定套7和所述异形电极8，且所述圆柱电极9伸出所述异形电极8加工端形成圆柱电极9加工端。

具体地，锁紧密封套5的一端用于和电火花成型加工设备连接，另一端设有安装孔，安装孔内设有固定套，固定套用于固定圆柱电极9；异形电极8固定套7用来固定异形电极8并用于和锁紧密封套5连接，由于异形电极8和异形电极8固定套7全部中空设置，连接时，使圆柱电极9的加工端从异形电极8固定套7和异形电极8的空心出穿过，从而异形电极8的空心部分形成圆柱电极9的导向通道，需要说明的是，圆柱电极9的加工端需要从而异形电极8的加工端伸出，伸出的长度可以根据需要被加工的材料，孔深等参数设置；

设置好定位基准、加工基准等参数后即可以开始加工，在加工过程中首先用圆柱电极9加工孔的圆形端，而后再使用异形电极8加工孔的异形端，异形端和圆形端两者加工无需切换电极、无需更改基准，从而不仅缩短了加工周期，提高了加工效率，还提高了加工精度；当圆形电极损耗后，只需将异形电极8固定套7沿加工方向向后退，从而异形电极8随异形电极8固定套7同样向加工反方向移动，故而圆形电极的加工端就会有新的部分伸出异形电极8的加工端，从而达到精准补偿电极损耗的目的，故而在连续加工多个孔时，可以保证不同孔的加工品质及一致性良好；另一方面，此种结构还可以使用超长电极，从而电极不需要频繁更换和调整，进一步提高了加工效率。

作为一种优选实施方式，可以在锁紧密封套5与异形电极8固定套7连接的一端设置内螺纹，对应的在异形电极8固定套7设置外螺纹，二者通过螺纹连接，在二者螺牙的位置从而锁紧套的外侧壁设置顶丝和顶丝孔，起到固定异形电极8固定套7的作用；具体使用时当圆柱电极9加工端损耗时，拧松顶丝，拧紧异形电极8固定套7，就可以使圆柱电极9加工端向前进给新的一端加工端，然后在拧紧顶丝固定异形电极8固定套7。

作为另一种优选实施方式，如图2，所述异形孔电火花加工夹具还包括转接套6，所述转接套6中空设置，所述转接套6位于所述锁紧密封套5和所述异形电极8固定套7之间，所述转接套6套设所述圆柱型电极，所述转接套6的两端分别与所述固定套和所述异形电极8固定套7可拆卸连接；

具体地，锁紧密封套5与转接套6连接的一端设置内螺纹，对应的转接套6设置外螺纹，二者螺纹连接，便于拆卸；

转接套6与异形电极8固定套7连接的一端设置内螺纹，对应的异形电极8固定套7设置外螺纹，二者螺纹连接，在固定套和异形电极8固定套7连接的螺纹位置从从侧壁设置第一顶丝10和第一顶丝10孔，安装时，异形电极8固定套7拧紧至适当位置时，拧紧第一顶丝10，从而第一顶丝10对异形电极8固定套7起到固定作用，增加牢固性，提高加工的精度；当圆柱顶级有损耗一定程度时，拧松第一顶丝10，继续向里拧紧异形电极8固定套7，从而时圆柱电极9加工端有新的一段伸出异形电极8，伸出长度适当后再拧紧第一顶丝10，固定异形电极8固定套7，结构简单，操作方便；

作为另一种优选实施方式，所述异形电极8固定套7与所述异形电极8连接的一端的外侧壁设有第二顶丝11孔和第二顶丝11，所述第二顶丝11固定所述异形电极8。具体地，异形电极8设于异形电极8固定套7内，为了进一步固定异形电极8，从而异形电极8固定套7的外侧设有第二顶丝11孔和第二顶丝11，通过第二顶丝11起到固定异形电极8的作用，当需要更换的时候念拧松第二顶丝11，即可将旧的异形电极8取出更换新的异形电极8，结构简单操作方便，并且可以充分固定异形电极8，避免在加工过程中由于电极松动而降低加工精度。

作为另一种优选实施方式，在异形电极8固定套7与异形电极8连接的一端的外侧壁设置两个顶丝孔和顶丝，分别为第二顶丝11和第五顶丝12，使用两个顶丝固定异形电极8，增强牢固性。

作为其他可选实施方式，所述异形孔电火花加工夹具还包括基准块2和基准元件1，所述基准块2和所述基准元件1连接，所述基准元件1用于连接所述电火花成型加工设备，所述锁紧密封套5与所述基准块2连接；

优选地，所述基准块2远离所述基准元件1的一端设有连接孔，所述锁紧密封套5远离所述异形电极8固定套7的一端设于所述连接孔内，所述基准块2相邻的两外侧面设有第三顶丝3孔、第四顶丝4孔以及对应的第三顶丝3和第四顶丝4，所述第三顶丝3和所述第四顶丝4固定所述锁紧密封套5；

具体地，如图3，基准块2和基准元件1均为标准件，安装时，将基准元件1与电火花加工设备的主轴连接；

将异形电极8、圆柱电极9，转接套6、异形电极8固定套7等连接安装于锁紧密封套5上，而后再将锁紧密封套5与基准块2连接，从而首先保证了异形电极8和圆柱电极9的加工基准；然后通过基准块2整体连接在基准元件1上，进而保证保证了加工电极和加工设备的基准一致性，提高加工精度；第三顶丝3和第四顶丝4从基准块2相邻的两个外侧面，即从两个不同的方向对锁紧密封套5进行固定，连接更加牢固。

第二方面，本发明还提供了一种异形孔电火花加工方法，该方法采用第一方面的如图1所示的异形孔电火花加工夹具，如图4包括以下步骤S110～步骤S140：

步骤S110：安装所述异形电极8和所述圆柱电极9至所述异形孔电火花加工夹具，保证所述圆柱型电极加工端伸出所述异形电极8加工端。本步骤中，根据被加工材料、孔的深度等参数确定圆柱电极9伸出异形电极8的长度。

步骤S120，安装所述异形电火花加工夹具至所述电火花成型加工设备，将所述圆柱电极9定位至加工位置，设置工艺参数，将所述圆柱电极9沿孔轴向进给，由圆柱电极9加工出整体圆柱孔结构，进给至预定深度后，由异形电极8加工出上部异形端结构。本步骤中，将电极定位至加工位置，调取加工程序及工艺参数，电极沿孔轴向进给，由圆柱电极9加工出整体圆形端结构，进给至一定深度后，由异形电极8加工出上部异形端结构，从而实现异形孔一体化成型加工。

步骤S130，移动坐标，将电极定位至下一个加工位置，重复步骤S120的方法进行加工。本步骤中可以实现多个孔连续加工，不用反复的拆装电极，提高加工效率。

步骤S140，圆柱电极9沿长度方向损耗时，拧松所述第一顶丝10，回退所述异形电极8，使得所述圆柱电极9向前进给，拧紧所述第一顶丝10，重复步骤S120的方法继续加工。本步骤中，在连续多孔加工过程中保持合理的加工端的长度，精准补偿电极损耗，从而保证不同孔的加工品质及一致性良好，并且由于可以使用超长电极，电极不需要频繁更换和调整，进一步提高了加工效率，由于。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种异形孔电火花加工夹具，其特征在于，包括：锁紧密封套、异形电极固定套、异形电极以及圆柱电极；

所述锁紧密封套一端设有固定套，所述圆柱电极的一端设于所述固定套内，所述锁紧密封套的另一端用于连接电火花成型加工设备；

所述异形电极固定套和所述异形电极均为空心设置，所述异形电极的一端套设于所述异形电极固定套内，另一端伸出所述异形电极固定套形成异形电极加工端；

所述异形电极固定套远离所述异形电极的一端套设所述圆柱电极并与所述锁紧密封套可活动连接，所述异形电极固定套沿所述圆柱电极延伸方向前后活动，所述圆柱电极穿过所述异形电极固定套和所述异形电极，且所述圆柱电极伸出所述异形电极加工端形成圆柱电极加工端。

2.根据权利要求1所述的异形孔电火花加工夹具，其特征在于，所述异形孔电火花加工夹具还包括转接套，所述转接套中空设置，所述转接套位于所述锁紧密封套和所述异形电极固定套之间，所述转接套套设所述圆柱型电极，所述转接套的两端分别与所述固定套和所述异形电极固定套可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的异形孔电火花加工夹具，其特征在于，所述转接套和所述异形电极固定套螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的异形孔电火花加工夹具，其特征在于，所述转接套与所述异形电极固定套连接的一端设有内螺纹，所述异形电极固定套设有对应的外螺纹，所述转接套与所述异形电极固定套连接的一端外侧壁还设有第一顶丝孔和第一顶丝，所述第一顶丝固定所述异形电极固定套。

5.根据权利要求1所述的异形孔电火花加工夹具，其特征在于，所述异形电极固定套与所述异形电极连接的一端的外侧壁设有第二顶丝孔和第二顶丝，所述第二顶丝固定所述异形电极。

6.根据权利要求1至5任一项所述的异形孔电火花加工夹具，其特征在于，所述异形孔电火花加工夹具还包括基准块和基准元件，所述基准块和所述基准元件连接，所述基准元件用于连接所述电火花成型加工设备，所述锁紧密封套与所述基准块连接。

7.根据权利要求6所述的异形孔电火花加工夹具，其特征在于，所述基准块远离所述基准元件的一端设有连接孔，所述锁紧密封套远离所述异形电极固定套的一端设于所述连接孔内，所述基准块相邻的两外侧面设有第三顶丝孔、第四顶丝孔以及对应的第三顶丝和第四顶丝，所述第三顶丝和所述第四顶丝固定所述锁紧密封套。

8.一种异形孔电火花加工方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的异形孔电火花加工夹具，所述方法包括：

S110：安装所述异形电极和所述圆柱电极至所述异形孔电火花加工夹具，保证所述圆柱型电极加工端伸出所述异形电极加工端；

S120：安装所述异形电火花加工夹具至所述电火花成型加工设备，将所述圆柱电极定位至加工位置，设置工艺参数，将所述圆柱电极沿孔轴向进给，由圆柱电极加工出整体圆柱孔结构，进给至预定深度后，由异形电极加工出上部异形端结构；

S130：移动坐标，将电极定位至下一个加工位置，重复步骤2的方法进行加工；

S140：圆柱电极沿长度方向损耗时，拧松所述第一顶丝，回退所述异形电极，使得所述圆柱电极向前进给，拧紧所述第一顶丝，重复步骤2的方法继续加工。

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