CN114703477A

CN114703477A - 一种电极损耗自动补偿的超声电火花沉积设备

Info

Publication number: CN114703477A
Application number: CN202210299172.8A
Authority: CN
Inventors: 朴钟宇; 徐威威; 周振宇; 丁丛; 侯文涛; 叶森斌; 彭光健
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2022-03-25
Filing date: 2022-03-25
Publication date: 2022-07-05

Abstract

本发明公开了一种电极损耗自动补偿的超声电火花沉积设备，包括X轴移动装置、Y轴移动装置、Z轴移动装置和超声辅助沉积装置，X轴移动装置安装在底座框架上，Y轴移动装置与X轴移动装置垂直交叉连接，Z轴移动装置与Y轴移动装置垂直交叉连接，电火花沉积焊枪安装于Z轴移动装置上，Z轴移动装置带动电火花沉积焊枪的上下位移，X轴移动装置和Y轴移动装置分别带动电火花沉积焊枪前后左右位移，超声辅助沉积装置位于电火花沉积焊枪的下方，超声辅助沉积装置用于固定工件以及对工件施加振动。本发明通过多方向的调节，将气缸的往复运动和滑块的推力转化为电极的持续下压力，在电极不断损耗情况下，保证电极与工件之间的放电间隙处于稳定值。

Description

一种电极损耗自动补偿的超声电火花沉积设备

技术领域

本发明属于电火花特种加工技术领域，具体涉及一种电极损耗自动补偿的超声电火花沉积设备。

背景技术

电火花沉积是表面强化技术的重要分支之一，是一种将导电材料涂覆在工件表面，提高表面综合性能的技术。在电极顶端瞬间产生高温，其后迅速冷却的特点，使其沉积影响范围小，设备及工件基本保持室温。因此，利用电火花沉积技术，不仅可提高设备的使用寿命，而且具有很高的环保意义。由于电火花沉积技术操作简单，且热应力小，变形区域小等优点，近年来在工程领域得到了广泛的应用，是再制造技术的重要技术手段之一。

放电间隙是指加工时工具电极和工件之间产生火花放电的一层距离间隙，在加工过程中称之为放电间隙，放电间隙在一定范围内均可产生火花放电，但放电间隙不同，表面质量也不相同，进行粗加工时放电间隙较大，沉积速度较快；精加工时放电间隙较小，沉积速度较慢。因此放电间隙大小的一致性和稳定性直接影响到电火花加工质量，利用电极损耗自动补偿的超声电火花沉积设备实现稳定沉积间隙至关重要。

现有的电火花沉积设备都是在零件的外表面进行手动沉积，然而在工件表面进行批量化涂层时，这种涂层方法存在以下技术缺陷：

1）沉积效率低：通过提高放电间隙、提高放电频率等可以提高沉积效率，但同时，沉积层将无法快速冷却，出现明显热影响层，因此，电火花沉积相比于其他强化技术的优点将不再明显；

2）放电参数不能连续调节：放电参数需要在加工前设置完成，沉积过程中不能调节放电参数，一旦调节极易导致放电能量无法控制，放电不稳定等情况；

3）只能对导向性金属材料加工：由于电源通电后需要经过电极和工件构成回路，因此电极与工件都需要是金属材料，对合成材料、非金属材料无法加工。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种电极损耗自动补偿的超声电火花沉积设备。

为达到上述目的，提出以下技术方案：

一种电极损耗自动补偿的超声电火花沉积设备，包括X轴移动装置、Y轴移动装置、Z轴移动装置和超声辅助沉积装置，X轴移动装置安装在底座框架上，Y轴移动装置与X轴移动装置垂直交叉连接，Z轴移动装置与Y轴移动装置垂直交叉连接，电火花沉积焊枪安装于Z轴移动装置上，Z轴移动装置带动电火花沉积焊枪的上下位移，X轴移动装置和Y轴移动装置分别带动电火花沉积焊枪前后左右位移，超声辅助沉积装置位于电火花沉积焊枪的下方，超声辅助沉积装置用于固定工件以及对工件施加振动。

进一步地，X轴移动装置包括第一移动装置和第二移动装置，第一移动装置和第二移动装置分别设于Y轴移动装置的下方两侧，第一移动装置和第二移动装置平行，第一移动装置包括第一连接板、第一滚珠丝杠、第一步进电机、减速器、联轴器和第一滑块，第一连接板水平安装在底座框架上，第一滚珠丝杠的底面与第一连接板固定连接，第一步进电机的传动轴深入减速器内部，与减速器连接，减速器的主轴通过联轴器与第一滚珠丝杠的一端水平连接，第一滑块与第一滚珠丝杠配合连接；第二移动装置包括第二滑块、导向滑轨、垫块和第二连接板，垫块安装于底座框架上，垫块的上方依次安装有第二连接板和导向滑轨，第二滑块与导向滑轨配合连接，Y轴移动装置的下表面与第一滑块和第二滑块连接。

进一步地，Y轴移动装置包括第二步进电机、联轴器、第二滚珠丝杠和第三滑块，第二步进电机的传动轴通过联轴器与第二滚珠丝杠的一端水平连接，第三滑块与第二滚珠丝杠配合连接，Z轴移动装置与第三滑块连接。

进一步地，第一滑块和第二滑块上表面分别垂直固定连接有L型铝板，L型铝板的竖直侧面与第二滚珠丝杠连接。

进一步地，Z轴移动装置包括气缸、连接块、夹具和第三连接板，气缸的背面通过第三连接板与第三滑块连接，气缸依次连接连接块和夹具，夹具用于固定电火花沉积焊枪。

进一步地，第三滑块的上下两面分别垂直固定有L型铝板，上下的L型铝板的垂直面的外侧通过固定连接第三连接板实现与气缸的连接。

进一步地，超声辅助沉积装置安装于底座框架的底板上，超声辅助沉积装置包括第一支撑架、第二支撑架、换能器夹具、换能器、变幅杆和工件放置槽，第一支撑架和第二支撑架分别垂直安装于底板上，换能器夹具固定在第一支撑架上，用于固定换能器，换能器与变幅杆的尾端连接，变幅杆的顶端与安装在第二支撑架上的工件放置槽螺纹连接，工件放置槽用于固定工件。

进一步地，工件放置槽的相邻侧面上开设有螺纹孔，螺钉的顶端分别穿过两侧的螺纹孔并顶住工件边缘后旋紧，实现对放置在工件放置槽内的工件的固定。

进一步地，在工件放置槽和第二支撑架之间设有微小型滚珠丝杠线性导向滑轨，第四滑块的下表面内设有滚珠，第四滑块和微小型滚珠丝杠线性导向滑轨之间采用滚珠连接方式，第四滑块的上表面与工件放置槽固定连接。

在电火花沉积实验开始时，先将电极固定安装在电火花沉积焊枪上，电火花沉积焊枪通电后，先由三轴可编程控制器向驱动器发出指令，驱动器分别发出脉冲信号驱动第一步进电机和第二步进电机，第一步进电机和第二步进电机分别带动X轴移动装置和Y轴移动装置按程序要求运行固定轨道，于此同时，空气压缩机运行，通过电磁阀向气缸通气，随着电极材料的不断损耗，气缸也带动电火花沉积焊枪下移，实现电极自补偿功能；沉积按程序要求结束后，气缸反向推动使电火花沉积焊枪移到原点并保持稳定，断电后即可手动拿下工件观察实验结果。

本发明的有益效果在于：

通过多方向的调节，将气缸的往复运动和滑块的推力转化为电极的持续下压力，在电极不断损耗情况下，保证电极与工件之间的放电间隙处于稳定值，实现了超声辅助电火花沉积的电极自动补偿功能，使电极材料能够均匀地沉积在工件表面，提高涂层表面性能，降低表面粗糙度。

附图说明

图1为本发明的正视图；

图2为本发明的后视图；

图3为本发明的左视图；

图4为本发明的右视图；

图5为本发明的俯视图；

图6为本发明的俯视立体图；

图7为本发明的仰视立体图；

图8为第四滑块的下表面正视图。

图中：1、X轴移动装置；11、第一移动装置；111、第一连接板；112、第一滚珠丝杠；113、第一步进电机；114、减速器；115、联轴器；116、第一滑块；12、第二移动装置；121、第二滑块；122、导向滑轨；123、垫块；124、第二连接板；2、Y轴移动装置；21、第二步进电机；22、第二滚珠丝杠；23、第三滑块；3、Z轴移动装置；31、气缸；32、连接块；33、夹具；34、第三连接板；4、超声辅助沉积装置；41、第一支撑架；42、第二支撑架；43、换能器夹具；44、换能器；45、变幅杆；46、工件放置槽；47、微小型滚珠丝杠线性导向滑轨；48、第四滑块；5、底座框架；51、底板；6、电火花沉积焊枪；7、L型铝板。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明做进一步地说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。

如图1到图7所示，一种电极损耗自动补偿的超声电火花沉积设备，包括X轴移动装置1、Y轴移动装置2、Z轴移动装置3、超声辅助沉积装置4、底座框架5和电火花沉积焊枪6，X轴移动装置1包括第一移动装置11和第二移动装置12，第一移动装置11和第二移动装置12平行设置于底座框架5的上方两侧，第一移动装置11包括第一连接板111、第一滚珠丝杠112、第一步进电机113、减速器114、联轴器115和第一滑块116，第一连接板111水平安装在底座框架5上，第一滚珠丝杠112的底面与第一连接板111通过螺钉螺母固定连接，第一步进电机113的传动轴深入减速器114内部，与减速器114连接，减速器114的主轴通过联轴器115与第一滚珠丝杠112一端水平固定连接，第一滑块116与第一滚珠丝杠112配合连接，第一步进电机113提供动力，使第一滚珠丝杠112发生转动，从而推动第一滑块116的移动；第二移动装置12包括第二滑块121、导向滑轨122、垫块123和第二连接板124，垫块123安装于底座框架5上，垫块123的上方依次安装有第二连接板124和导向滑轨122，第二滑块121与导向滑轨122配合连接，垫块123的设置是为了使第一滑块116和第二滑块121的顶部在同一水平面上。

Y轴移动装置2包括第二步进电机21、联轴器115、第二滚珠丝杠22和第三滑块23，第二步进电机21的传动轴通过联轴器115与第二滚珠丝杠22的一端水平连接，第三滑块23与第二滚珠丝杠22配合连接，第一滑块116和第二滑块121的上表面分别固定连接一个L型铝板7，两个L型铝板7的竖直侧面的内侧分别与第二滚珠丝杠22的背部固定连接，第二滚珠丝杠22位于第一滑块116和第二滑块121的正上方，第一步进电机113和第二步进电机21连接驱动器，驱动器由三轴编程控制器控制。

Z轴移动装置3包括气缸31、连接块32、夹具33和第三连接板34，第三滑块23的上下表面都固定连接有一个L型铝板7，每个L型铝板7的竖直侧面的外侧面与第三连接板34固定连接，气缸31的背面与第三连接板34固定连接，从而实现气缸31与第三滑块23的固定连接，气缸31依次连接连接块32和夹具33，夹具33用于固定电火花沉积焊枪6，电火花沉积焊枪6的方向垂直向下。

底座框架5的底板51上安装有超声辅助沉积装置4，超声辅助沉积装置4包括第一支撑架41、第二支撑架42、换能器夹具43、换能器44、变幅杆45和工件放置槽46，第一支撑架41和第二支撑架42分别垂直安装于底板51上，第一支撑架41和第二支撑架42都为倒U型结构，换能器夹具43固定在第一支撑架41上，换能器夹具43为上下半圆形分离式结构，采用螺钉进行固定，用于固定换能器44，换能器44与变幅杆45的尾端连接，变幅杆45的顶端采用外螺纹涉及，与安装在第二支撑架42上的工件放置槽46螺纹连接，工件放置槽46用于固定工件，电火花沉积焊枪6位于工件放置槽46的上方，工件放置槽46和第二支撑架42之间还设有微小型滚珠丝杠线性导向滑轨47，如图8所示，第四滑块48的下表面内设有滚珠，第四滑块48和微小型滚珠丝杠线性导向滑轨47之间采用滚珠连接方式，第四滑块48的上表面与工件放置槽46固定连接，工件放置槽46的相邻侧面上开设有螺纹孔，螺钉的顶端分别穿过两侧的螺纹孔并顶住工件边缘后旋紧，将工件推至另外两侧面，实现对放置在工件放置槽46内的工件的固定。

在电火花沉积实验开始时，先将电极固定安装在电火花沉积焊枪6上，电火花沉积焊枪6通电后，先由三轴可编程控制器向驱动器发出指令，驱动器分别发出脉冲信号驱动第一步进电机113和第二步进电机21，第一步进电机113和第二步进电机21分别带动X轴移动装置1和Y轴移动装置2按程序要求运行固定轨道，于此同时，空气压缩机运行，通过电磁阀向气缸31通气，随着电极材料的不断损耗，气缸31也带动电火花沉积焊枪6下移，实现电极自补偿功能；沉积按程序要求结束后，气缸31反向推动使电火花沉积焊枪6移到原点并保持稳定，断电后即可手动拿下工件观察实验结果。

Claims

1.一种电极损耗自动补偿的超声电火花沉积设备，其特征在于包括X轴移动装置（1）、Y轴移动装置（2）、Z轴移动装置（3）和超声辅助沉积装置（4），X轴移动装置（1）安装在底座框架（5）上，Y轴移动装置（2）与X轴移动装置（1）垂直交叉连接，Z轴移动装置（3）与Y轴移动装置（2）垂直交叉连接，电火花沉积焊枪（6）安装于Z轴移动装置（3）上，Z轴移动装置（3）带动电火花沉积焊枪（6）的上下位移，X轴移动装置（1）和Y轴移动装置（2）分别带动电火花沉积焊枪（6）前后左右位移，超声辅助沉积装置（4）位于电火花沉积焊枪（6）的下方，超声辅助沉积装置（4）用于固定工件以及对工件施加振动。

2.如权利要求1所述的一种电极损耗自动补偿的超声电火花沉积设备，其特征在于X轴移动装置（1）包括第一移动装置（11）和第二移动装置（12），第一移动装置（11）和第二移动装置（12）分别设于Y轴移动装置（2）的下方两侧，第一移动装置（11）和第二移动装置（12）平行，第一移动装置（11）包括第一连接板（111）、第一滚珠丝杠（112）、第一步进电机（113）、减速器（114）、联轴器（115）和第一滑块（116），第一连接板（111）水平安装在底座框架（5）上，第一滚珠丝杠（112）的底面与第一连接板（111）固定连接，第一步进电机（113）的传动轴深入减速器（114）内部，与减速器（114）连接，减速器（114）的主轴通过联轴器（115）与第一滚珠丝杠（112）的一端水平连接，第一滑块（116）与第一滚珠丝杠（112）配合连接；第二移动装置（12）包括第二滑块（121）、导向滑轨（122）、垫块（123）和第二连接板（124），垫块（123）安装于底座框架（5）上，垫块（123）的上方依次安装有第二连接板（124）和导向滑轨（122），第二滑块（121）与导向滑轨（122）配合连接，Y轴移动装置（2）的下表面与第一滑块（116）和第二滑块（121）连接。

3.如权利要求1或2所述的一种电极损耗自动补偿的超声电火花沉积设备，其特征在于Y轴移动装置（2）包括第二步进电机（21）、联轴器（115）、第二滚珠丝杠（22）和第三滑块（23），第二步进电机（21）的传动轴通过联轴器（115）与第二滚珠丝杠（22）的一端水平连接，第三滑块（23）与第二滚珠丝杠（22）配合连接，Z轴移动装置（3）与第三滑块（23）连接。

4.如权利要求3所述的一种电极损耗自动补偿的超声电火花沉积设备，其特征在于第一滑块（116）和第二滑块（121）上表面分别垂直固定连接有L型铝板（7），L型铝板（7）的竖直侧面与第二滚珠丝杠（22）连接。

5.如权利要求3所述的一种电极损耗自动补偿的超声电火花沉积设备，其特征在于Z轴移动装置（3）包括气缸（31）、连接块（32）和夹具（33）、第三连接板（34），气缸（31）的背面通过第三连接板（34）与第三滑块（23）连接，气缸（31）依次连接连接块（32）和夹具（33），夹具（33）用于固定电火花沉积焊枪（6）。

6.如权利要求5所述的一种电极损耗自动补偿的超声电火花沉积设备，其特征在于第三滑块（23）的上下两面分别垂直固定有L型铝板（7），上下的L型铝板（7）的垂直面的外侧通过固定连接第三连接板（34）实现与气缸（31）的连接。

7.如权利要求1所述的一种电极损耗自动补偿的超声电火花沉积设备，其特征在于超声辅助沉积装置（4）安装于底座框架（5）的底板（51）上，超声辅助沉积装置（4）包括第一支撑架（41）、第二支撑架（42）、换能器夹具（43）、换能器（44）、变幅杆（45）和工件放置槽（46），第一支撑架（41）和第二支撑架（42）分别垂直安装于底板（51）上，换能器夹具（43）固定在第一支撑架（41）上，用于固定换能器（44），换能器（44）与变幅杆（45）的尾端连接，变幅杆（45）的顶端与安装在第二支撑架（42）上的工件放置槽（46）螺纹连接，工件放置槽（46）用于固定工件。

8.如权利要求7所述的一种电极损耗自动补偿的超声电火花沉积设备，其特征在于工件放置槽（46）的相邻侧面上开设有螺纹孔，螺钉的顶端分别穿过两侧的螺纹孔并顶住工件边缘后旋紧，实现对放置在工件放置槽（46）内的工件的固定。

9.如权利要求8所述的一种电极损耗自动补偿的超声电火花沉积设备，其特征在于在工件放置槽（46）和第二支撑架（42）之间设有微小型滚珠丝杠线性导向滑轨（47），第四滑块（48）的下表面内设有滚珠，第四滑块（48）和微小型滚珠丝杠线性导向滑轨（47）之间采用滚珠连接方式，第四滑块（48）的上表面与工件放置槽（46）固定连接。