CN114850595A - 一种基于超声振动的电火花线切割复合加工装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电火花复合加工技术领域，具体涉及一种基于超声振动的电火花线切割复合加工装置及方法；包括电极丝运送机构、工件专用夹具、超声振动机构、安装固定机构、机床机身和电极丝，超声振动机构包括超声波变幅杆、超声波换能器、导线、超声波发生器和超声波变幅杆法兰，导线的两端分别与超声波发生器和超声波换能器连接，超声波变幅杆与超声波换能器连接，超声波变幅杆法兰与安装固定机构连接，通过超声波振动机构提供的振源作用在被加工工件上，电极丝运送机构能够对电极丝进行放卷或收储，实现对电极丝的往复运动，进而切割被加工工件，实现了将超声振动源直接作用在被加工工件上，避免了将超声振动加载在电极丝上产生负面影响。

Description

一种基于超声振动的电火花线切割复合加工装置及方法

技术领域

本发明涉及电火花复合加工技术领域，尤其涉及一种基于超声振动的电火花线切割复合加工装置及方法。

背景技术

目前电火花线切割加工技术已被广泛的应用在国防和民用的各个领域，电火花线切割加工属于现代特种加工的一种，是利用连续移动的电极丝作电极，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属进行加工。

现有的基于超声振动的电火花线切割复合加工技术多将超声振动纵向加载在电极丝上，少有将振动源直接作用在被加工工件上，且不能实现加工不同形状及尺寸的工件，振动加载在电极丝上会产生诸多负面影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于超声振动的电火花线切割复合加工装置及方法，旨在解决现有技术中的不能将超声振动源直接作用在不同形状及尺寸的被加工工件上，超声振动加载在电极丝上会产生诸多负面影响的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的一种基于超声振动的电火花线切割复合加工装置，包括电极丝运送机构、工件专用夹具、超声振动机构、安装固定机构、机床机身和电极丝，所述电极丝运送机构设置于所述机床机身上，所述安装固定机构设置于所述机床机身上，所述超声振动机构与所述安装固定机构连接，所述工件专用夹具与所述超声振动机构通过螺纹连接，所述电极丝运送机构设置有所述电极丝；

所述超声振动机构包括超声波变幅杆、超声波换能器、导线、超声波发生器和超声波变幅杆法兰，所述超声波变幅杆左端具有螺纹孔，所述导线的两端分别与所述超声波发生器和所述超声波换能器连接，所述超声波变幅杆与所述超声波换能器连接，所述超声波变幅杆法兰与所述安装固定机构连接。

其中，所述电极丝运送机构包括张紧轮、第一导向轮、第二导向轮和储丝筒，所述张紧轮设置于所述电极丝的外圈，所述电极丝缠绕于所述储丝筒的外壁，所述电极丝分别通过所述张紧轮、所述第一导向轮和第二导向轮的外表面。

其中，工件专用夹具包括专用夹具、传动螺杆和连接螺杆，所述连接螺杆与所述超声波变幅杆的末端螺纹孔固定连接，所述工件专用夹具与所述连接螺杆固定连接，所述工件专用夹具上设置有所述传动螺杆。

其中，所述专用夹具包括第一夹具零件、第二夹具零件、第三夹具零件、第一夹具夹片、第二夹具夹片、多颗第一螺钉和导轨，所述第一夹具零件左端、所述第二夹具零件上端和中间、所述第三夹具零件上端有通孔，所述第二夹具零件下端、所述第三夹具零件中间、所述第一夹具夹片左端和所述第二夹具夹片右端均具有螺纹孔，所述导轨与所述第一夹具零件固定连接，并位于所述第一夹具零件的上方，所述第二夹具零件设置于所述第一夹具零件的上方，对应的所述第一螺钉的两端分别插入所述第一夹具零件和所述第二夹具零件，所述第三夹具零件与所述导轨滑动连接，所述传动螺杆的两端分别与所述第二夹具零件和所述第三夹具零件连接，且所述第二夹具零件和所述第三夹具零件分别套设于所述传动螺杆的外壁，所述第一夹具夹片设置于所述第二夹具零件的一侧，且对应的所述第一螺钉的两端分别插入所述第二夹具零件和所述第一夹具夹片，所述第二夹具夹片设置于所述第三夹具零件的一侧，且对应的所述第一螺钉的两端分别插入所述第三夹具零件和所述第二夹具夹片。

其中，所述安装固定机构包括V形底座、法兰盘、圆形垫片、半圆垫片、钢制压块、圆形套筒、多颗第二螺钉和多颗第三螺钉，所述法兰盘上具有通孔，所述钢制压块和所述圆形套筒上均具有螺纹孔，所述圆形垫片和所述半圆垫片分别设置于所述超声波变幅杆法兰的外壁，每颗所述第二螺钉的两端分别插入所述法兰盘和所述钢制压块，且所述圆形垫片和所述半圆垫片分别位于所述法兰盘和所述钢制压块之间，所述圆形套筒设置于所述V形底座上，所述法兰盘设置于所述圆形套筒的一侧，每颗所述第三螺钉的两端分别插入所述法兰盘和所述圆形套筒。

本发明还提供一种采用上述所述的一种基于超声振动的电火花线切割复合加工装置的切割方法，包括如下步骤：

将超声振动整体装置安装固定在电火花线切割机床上；

将工件专用夹具拧紧在超声波变幅杆左端螺纹孔上；

将被加工工件装夹在所述工件专用夹具上；

开启所述超声波发生器，并为工件提供持续稳定的超声振源；

开启电火花线切割电源开关，启动脉冲电源和所述电极丝；

调整加工位置，启动电火花线切割加工。

本发明涉及一种基于超声振动的电火花线切割复合加工装置及方法，所述超声振动机构通过所述安装固定机构固定在所述机床机身上，所述工件专用夹具与所述超声振动机构通过螺纹连接，所述工件专用夹具用于固定被加工工件，所述超声波变幅杆与所述超声波换能器为一个整体结构，所述超声波发生器通过所述导线与所述超声波换能器连接，将其产生的超声振动电信号传递到所述超声波换能器上，超声振动电信号通过所述超声波换能器的转换作用将电信号转换成超声波机械振动传递到所述超声波变幅杆与所述超声波换能器连接的端面，超声波机械振动通过所述超声波变幅杆的放大作用将超声波机械振动传递到所述超声波变幅杆与所述工件专用夹具连接的端面，再通过所述专用夹具的传递，使得所述超声振动机构提供的振源作用在被加工工件上，所述电极丝运送机构能够对所述电极丝进行放卷或收储，实现对所述电极丝的往复运动，进而切割被加工工件，实现了将振动源直接作用在被加工工件上，通过调整专用夹具的夹片，实现装夹不同形状及尺寸的被加工工件，避免了将超声振动加载在所述电极丝上产生负面影响，且超声振动直接作用于被加工工件，加强了放电离子通道的形成，加速了熔化材料的抛出，相比于将超声振动作用于所述电极丝上，提高了加工效率，还获得更好的表面加工质量；同时使得所述电极丝放电更加均匀，减少了所述电极丝断丝的现象，减小了电极的损耗率，更提高了加工的稳定性和连续性，又提高了加工的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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是本发明的基于超声振动的电火花线切割复合加工装置的结构示意图。

图2是本发明的基于超声振动的电火花线切割复合加工装置的内部结构剖视图。

图3是本发明的工件专用夹具的结构示意图。

图4是本发明的工件专用夹具的内部结构剖视图。

图5是本发明的基于超声振动的电火花线切割方法的步骤流程图。

1-电极丝运送机构、2-超声振动机构、3-工件专用夹具、4-安装固定机构、5-机床机身、6-电极丝，7-加工工件、11-张紧轮、12-第一导向轮、13-第二导向轮、14-储丝筒、21-超声波变幅杆、22-超声波换能器、23-导线、24-超声波发生器、25-超声波变幅杆法兰、31-专用夹具、32-传动螺杆、33-连接螺杆、41-V形底座、42-法兰盘、43-圆形垫片、44-半圆垫片、45-钢制压块、46-圆形套筒、47-第二螺钉、48-第三螺钉、311-第一夹具零件、312-第二夹具零件、313-第三夹具零件、314-第一夹具夹片、315-第二夹具夹片、316-第一螺钉、317-导轨。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1至图5，本发明提供了一种基于超声振动的电火花线切割复合加工装置，包括电极丝6运送机构1、工件专用夹具3、超声振动机构2、安装固定机构4、机床机身5和电极丝6，所述电极丝6运送机构1设置于所述机床机身5上，所述安装固定机构4设置于所述机床机身5上，所述超声振动机构2与所述安装固定机构4连接，所述工件专用夹具3与所述超声振动机构2通过螺纹连接，所述电极丝6运送机构1设置有所述电极丝6；

所述超声振动机构2包括超声波变幅杆21、超声波换能器22、导线23、超声波发生器24和超声波变幅杆法兰25，所述超声波变幅杆21左端具有螺纹孔，所述导线23的两端分别与所述超声波发生器24和所述超声波换能器22连接，所述超声波变幅杆21与所述超声波换能器22连接，所述超声波变幅杆法兰25与所述安装固定机构4连接。

在本实施方式中，所述超声振动机构2通过所述安装固定机构4固定在所述机床机身5上，所述工件专用夹具3与所述超声振动机构2通过螺纹连接，所述工件专用夹具3用于固定被加工工件7，所述超声波变幅杆21与所述超声波换能器22为一个整体结构，所述超声波发生器24通过所述导线23与超声波换能器22连接，将其产生的超声振动电信号传递到所述超声波换能器22上，超声振动电信号通过所述超声波换能器22的转换作用将电信号转换成超声波机械振动传递到所述超声波变幅杆21与所述超声波换能器22连接的端面，超声波机械振动通过所述超声波变幅杆21的放大作用将超声波机械振动传递到所述超声波变幅杆21与所述工件专用夹具3连接的端面，再通过所述专用夹具3的传递，使得所述超声振动机构2提供的振源作用在被加工工件7上，所述电极丝6运送机构1能够对所述电极丝6进行放卷或收储，实现对所述电极丝6的往复运动，进而切割被加工工件7，同时，脉冲电源发出一连串的高频单向脉冲电压，加载到被加工工件7和所述电极丝6上，此时所述电极丝6作脉冲电源负极，被加工工件7作正极，在所述电极丝6和加工工件7之间，自由正离子和电子在场中积累，很快形成一个被电离的导电通道；在这个阶段，所述电极丝6和加工工件7间形成电流，导致粒子间发生无数次碰撞，形成一个等离子区，并很快升高到8000到12000摄氏度的高温，在所述电极丝6和被加工工件7表面瞬间熔化一些材料，同时，由于电极和工作液的汽化，形成一个气泡，并且它的压力规则上升直到非常高，然后电流中断，温度突然降低，引起气泡内向爆炸，产生的动力把溶化的物质抛出电蚀坑，然后被腐蚀的材料在工作液中重新凝结成小的球体，并被工作液排走，然后通过NC控制的监测和管控，伺服机构执行，使这种放电现象均匀一致；加载超声振动在被加工工件7上，可以在工作液中产生了大量的空化泡，空化泡溃变的过程中产生了大量的微射流和冲击波，可以对工件表面进行微切削，同时，空化泡的突然溃变，会在极小的范围内产生巨大的能量，有助于电蚀产物的抛出。超声振动所产生的空化和泵吸作用，能在一定程度上改善电火花加工时的间隙状态，引起的声压效应可以减小放电通道形成的时间，进而提升加工质量和加工效率，实现了将振动源直接作用在被加工工件7上，避免了将超声振动加载在所述电极丝6上产生负面影响，且超声振动直接作用于被加工工件7，加强了放电离子通道的形成，加速了熔化材料的抛出，相比于将超声振动作用于所述电极丝6上，提高了加工效率，还获得更好的表面加工质量；同时使得所述电极丝6放电更加均匀，减少了所述电极丝6断丝的现象，减小了电极的损耗率，更提高了加工的稳定性和连续性，又提高了加工的精度。

进一步地，所述电极丝6运送机构1包括张紧轮11、第一导向轮12、第二导向轮13和储丝筒14，所述张紧轮11设置于所述电极丝6的外圈，所述电极丝6缠绕于所述储丝筒14的外壁，所述电极丝6分别通过所述张紧轮11、所述第一导向轮12和第二导向轮13的外表面。

在本实施方式中，所述张紧轮11安装在所述电极丝6的外圈，能够调整所述电极丝6的松紧程度；所述第一导向轮12和所述第二导向轮13安装在被加工位置的上下两个定点位置，用于固定电极丝6的位置；所述储丝筒14通过支柱装设在托板上，托板上设有驱动电机，驱动电机的动力输出轴与所述储丝筒14相连接，由驱动电机带动所述储丝筒14转动，对所述电极丝6进行放卷或收储，通过往复转动来实现对所述电极丝6的往复运动，进而切割被加工工件7。

进一步地，工件专用夹具3包括专用夹具31、传动螺杆32和连接螺杆33，所述连接螺杆33与所述超声波变幅杆21的末端螺纹孔固定连接，所述工件专用夹具3与所述连接螺杆33固定连接，所述工件专用夹具3上设置有所述传动螺杆32；所述专用夹具31包括第一夹具零件311、第二夹具零件312、第三夹具零件313、第一夹具夹片314、第二夹具夹片315、多颗第一螺钉316和导轨317，所述第一夹具零件311左端、所述第二夹具零件312上端和中间、所述第三夹具零件313上端有通孔，所述第二夹具零件312下端、所述第三夹具零件312中间、所述第一夹具夹片314左端和所述第二夹具夹片315右端均具有螺纹孔，所述导轨317与所述第一夹具零件311固定连接，并位于所述第一夹具零件311的上方，所述第二夹具零件312设置于所述第一夹具零件311的上方，对应的所述第一螺钉316的两端分别插入所述第一夹具零件311和所述第二夹具零件312，所述第三夹具零件313与所述导轨317滑动连接，所述传动螺杆32的两端分别与所述第二夹具零件312和所述第三夹具零件313连接，且所述第二夹具零件312和所述第三夹具零件313分别套设于所述传动螺杆32的外壁，所述第一夹具夹片314设置于所述第二夹具零件312的一侧，且对应的所述第一螺钉316的两端分别插入所述第二夹具零件312和所述第一夹具夹片314，所述第二夹具夹片315设置于所述第三夹具零件313的一侧，且对应的所述第一螺钉316的两端分别插入所述第三夹具零件313和所述第二夹具夹片315。

在本实施方式中，所述工件专用夹具3通过所述连接螺杆33安装固定在所述超声波变幅杆21末端，所述第二夹具零件312通过所述第一螺钉316连接在所述第一夹具零件311上，所述第一夹具夹片314通过所述第一螺钉316连接在所述第二夹具零件312上；所述第二夹片零件通过所述第一螺钉316连接在所述第三夹具零件313上，所述矩形螺纹杆32连接所述第一夹具零件311和所述第二夹具零件312，通过转动所述矩形螺纹杆32，实现所述第三夹具零件313在所述第一夹具零件311上的所述导轨317上移动，进而实现加工工件7的装夹，所述工件专用夹具3与所述超声波变幅杆21应牢固安装，所述传动螺杆32在装夹加工工件7时应拧紧，确保在超声波机械振动的作用下不会影响夹具的夹紧，所述专用夹具31的使用，通过调整夹具夹片的位置或更换不同规格的夹具夹片，使得被加工工件7不受形状以及尺寸的影响，且被加工工件7装夹更为方便，提升了加工效率。

进一步地，所述安装固定机构4包括V形底座41、法兰盘42、圆形垫片43、半圆垫片44、钢制压块45、圆形套筒46、多颗第二螺钉47和多颗第三螺钉48，所述法兰盘42上具有多个通孔，所述钢制压块45和所述圆形套筒46上均具有多个螺纹孔，所述圆形垫片43和所述半圆垫片44分别设置于所述超声波变幅杆法兰25的外壁，每颗所述第二螺钉47的两端分别插入所述法兰盘42和所述钢制压块45，且所述圆形垫片43和所述半圆垫片44分别位于所述法兰盘42和所述钢制压块45之间，所述圆形套筒46设置于所述V形底座41上，所述法兰盘42设置与所述圆形套筒46的一侧，每颗所述第三螺钉48的两端分别插入所述法兰盘42和所述圆形套筒46。

在本实施方式中，所述变幅杆法兰处理论位移为零，可作为整个超声振动机构2的支撑固定点，所述超声波变幅杆法兰25的左端放置所述半圆垫片44，并贴合于所述超声波变幅杆法兰25，所述超声波变幅杆法兰25的右端放置所述圆形垫片43，并贴合于所述钢制压块45；所述法兰盘42与所述钢制压块45通过所述第二螺钉47紧密连接，从而实现固定所述超声波变幅杆法兰25，所述圆形套筒46与所述法兰盘42的外圈通过所述第三螺钉48紧密连接，进而实现对所述超声波变幅杆21和所述超声波换能器22的保护与固定，所述圆形套筒46放置在所述V形底座41上，所述V形底座41通过所述机床机身5的梯形钢块夹紧固定，从而实现整个装置的固定。

请参阅图5，本发明还提供了一种采用上述所述的基于超声振动的电火花线切割复合加工装置的切割方法，包括如下步骤：

S1：将超声振动整体装置2安装固定在电火花线切割机床5上；

S2：将工件专用夹具3拧紧在超声波变幅杆21左端螺纹孔上；

S3：将被加工工件7装夹在所述工件专用夹具31上；

S4：开启所述超声波发生器24，并为被加工工件7提供持续稳定的超声振源；

S5：开启电火花线切割电源开关，启动脉冲电源和所述电极丝6；

S6：调整加工位置，启动电火花线切割加工。

其中，首先将超声振动整体装置2安装固定在电火花线切割机床5上；然后将工件专用夹具3拧紧在超声波变幅杆21左端螺纹孔上；再将被加工工件7装夹在所述工件专用夹具31上，然后开启所述超声波发生器24，并为被加工工件7提供持续稳定的超声振源，再开启电火花线切割电源开关，启动脉冲电源和所述电极丝6，最后调整加工位置，启动电火花线切割加工。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种基于超声振动的电火花线切割复合加工装置，其特征在于，

包括电极丝运送机构、工件专用夹具、超声振动机构、安装固定机构、机床机身和电极丝，所述电极丝运送机构设置于所述机床机身上，所述安装固定机构设置于所述机床机身上，所述超声振动机构与所述安装固定机构连接，所述工件专用夹具与所述超声振动机构通过螺纹连接，所述电极丝运送机构设置有所述电极丝；

所述超声振动机构包括超声波变幅杆、超声波换能器、导线、超声波发生器和超声波变幅杆法兰，所述超声波变幅杆左端具有螺纹孔，所述导线的两端分别与所述超声波发生器和所述超声波换能器连接，所述超声波变幅杆与所述超声波换能器连接，所述超声波变幅杆法兰与所述安装固定机构连接。

2.如权利要求1所述的基于超声振动的电火花线切割复合加工装置，其特征在于，

所述电极丝运送机构包括张紧轮、第一导向轮、第二导向轮和储丝筒，所述张紧轮设置于所述电极丝的外圈，所述电极丝缠绕于所述储丝筒的外壁，所述电极丝分别通过所述张紧轮、所述第一导向轮和第二导向轮的外表面。

3.如权利要求2所述的基于超声振动的电火花线切割复合加工装置，其特征在于，

工件专用夹具包括专用夹具、传动螺杆和连接螺杆，所述连接螺杆与所述超声波变幅杆的末端螺纹孔固定连接，所述工件专用夹具与所述连接螺杆固定连接，所述工件专用夹具上设置有所述传动螺杆。

4.如权利要求3所述的基于超声振动的电火花线切割复合加工装置，其特征在于，

所述专用夹具包括第一夹具零件、第二夹具零件、第三夹具零件、第一夹具夹片、第二夹具夹片、多颗第一螺钉和导轨，所述第一夹具零件左端、所述第二夹具零件上端和中间、所述第三夹具零件上端有通孔，所述第二夹具零件下端、所述第三夹具零件中间、所述第一夹具夹片左端和第二夹具夹片右端均具有螺纹孔，所述导轨与所述第一夹具零件固定连接，并位于所述第一夹具零件的上方，所述第二夹具零件设置于所述第一夹具零件的上方，对应的所述第一螺钉的两端分别插入所述第一夹具零件和所述第二夹具零件，所述第三夹具零件与所述导轨滑动连接，所述传动螺杆的两端分别与所述第二夹具零件和所述第三夹具零件连接，且所述第二夹具零件和所述第三夹具零件分别套设于所述传动螺杆的外壁，所述第一夹具夹片设置于所述第二夹具零件的一侧，且对应的所述第一螺钉的两端分别插入所述第二夹具零件和所述第一夹具夹片，所述第二夹具夹片设置于所述第三夹具零件的一侧，且对应的所述第一螺钉的两端分别插入所述第三夹具零件和所述第二夹具夹片。

5.如权利要求4所述的基于超声振动的电火花线切割复合加工装置，其特征在于，

所述安装固定机构包括V形底座、法兰盘、圆形垫片、半圆垫片、钢制压块、圆形套筒、多颗第二螺钉和多颗第三螺钉，所述法兰盘上有多个通孔，所述钢制压块和所述圆形套筒上具有多个螺纹孔，所述圆形垫片和所述半圆垫片分别设置于所述超声波变幅杆法兰的外壁，每颗所述第二螺钉的两端分别插入所述法兰盘和所述钢制压块，且所述圆形垫片和所述半圆垫片分别位于所述法兰盘和所述钢制压块之间，所述圆形套筒设置于所述V形底座上，所述法兰盘设置于所述圆形套筒的一侧，每颗所述第三螺钉的两端分别插入所述法兰盘和所述圆形套筒。

6.采用如权利要求1所述的基于超声振动的电火花线切割复合加工装置的切割方法，其特征在于，包括如下步骤：

将超声振动整体装置安装固定在电火花线切割机床上；

将工件专用夹具拧紧在超声波变幅杆左端螺纹孔上；

将被加工工件装夹在所述工件专用夹具上；

开启所述超声波发生器，并为工件提供持续稳定的超声振源；

开启电火花线切割电源开关，启动脉冲电源和所述电极丝；

调整加工位置，启动电火花线切割加工。

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