CN114888385B - 可调角度式电极弯头机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调角度式电极弯头机构，包括：用于与电火花加工设备固定的固定装夹板、用于对零件型腔内部的型腔小孔进行放电加工的电极丝、呈扇形设置以用于调节电极丝的加工角度并深入零件型腔的扇面架。扇面架的圆心与固定装夹板相连，且扇面架的扇形角大小可调设置。电极丝的连接端与电火花加工设备的机床主轴相连，其相对的加工端穿设固定装夹板后沿扇面架的圆周弧线方向由扇面架的第一侧穿入并由扇面架相对的第二侧穿出，以在扇面架的作用下调节电极丝的加工端相对其连接端的角度，进而配合机床主轴对型腔小孔进行加工。本发明的可调角度式电极弯头机构配合机床主轴进行加工，实现对型腔小孔的加工，扩宽加工范围，提高加工适应性。

Description

可调角度式电极弯头机构

技术领域

本发明涉及工艺装备设计及制造技术领域，特别地，涉及一种可调角度式电极弯头机构。

背景技术

在航空发动机领域，许多零部件上需要加工各种角度的小孔(直径φ0.3～φ1.3mm不等)，用来排气、冷却、掺混。但存在一些位置特殊角度的小孔，位于零件型腔内部中一些较为狭窄的通道内，并且小孔轴线与所在型面成0°～90°角度关系，若对这些小孔进行加工，比如电火花加工，则必须保证电火花加工电极能顺利进入这些狭窄通道内，并且电极主轴部分与零件型腔不发生干涉。

传统加工方法：普通电火花机床配合成型电极直接进入通道内部进行加工。

此种方法存在的几个问题：

(1)需要特制专用的成型电极来保证其尺寸要求，这对电极的制作精度要求高，需多次对刀保证电极的加工位置要求，操作步骤繁琐、加工耗时长、并电极加工质量难以满足要求；

(2)孔径的多样性决定了加工电极的多样性，对电极的种类及尺寸要求较多，增加了电极制造成本；

(3)普通电火花机床单孔加工时间长(1min以上)，通常待加工孔数目较多，几百至上千不等，导致单工序加工时间较长、加工效率低、难以满足现阶段生产需求。

发明内容

本发明提供了一种可调角度式电极弯头机构，以解决现有加工存在的操作步骤繁琐、加工耗时长、并电极加工质量难以满足要求、电极制造成本高、单工序加工时间较长、加工效率低、难以满足现阶段生产需求的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种可调角度式电极弯头机构，包括：用于与电火花加工设备固定的固定装夹板、用于对零件型腔内部的型腔小孔进行放电加工的电极丝、呈扇形设置以用于调节电极丝的加工角度并深入零件型腔的扇面架；扇面架的圆心与固定装夹板相连，且扇面架的扇形角大小可调设置；电极丝的连接端与电火花加工设备的机床主轴相连，其相对的加工端穿设固定装夹板后沿扇面架的圆周弧线方向由扇面架的第一侧穿入并由扇面架相对的第二侧穿出，以在扇面架的作用下调节电极丝的加工端相对其连接端的角度，进而配合机床主轴对型腔小孔进行加工。

进一步地，固定装夹板呈板状，包括用于与电火花加工设备的主轴部分相连以与机床主轴同步动作的装夹板，及与装夹板相连的悬臂杆；扇面架的圆心与悬臂杆的悬臂端固定；机床主轴位于装夹板的上方，且电极丝的加工端向下穿过装夹板后再由扇面架的第一侧穿入并由扇面架的第二侧穿出。

进一步地，扇面架包括呈扇形设置的扇面板，及调节紧固件；调节紧固件穿设扇面板的圆心后与悬臂杆的悬臂端固定，以用于调节扇面板的扇形角并固定扇面板；电极丝的加工端沿扇面板的圆周弧线由扇面板的第一侧穿入扇面板并由扇面板的第二侧穿出。

进一步地，扇面板包括沿其圆周弧线依次叠加设置的多块筋板；多块筋板的连接端依次叠加形成扇面板的圆心，调节紧固件依次穿设各筋板的连接端后连接悬臂杆；筋板的限位端相对其连接端沿径向延伸，并电极丝依次穿设各筋板的限位端后伸出。

进一步地，调节紧固件包括截面呈多边形的多边形芯轴；筋板包括用于调节扇面板的扇形角的可调角度筋板，及用于加固扇面板的加固筋板；各可调角度筋板的连接端上开设有与多边形芯轴配合作用以调角度的多边形连通孔；各加固筋板的连接端上开设有供多边形芯轴穿设的安装通孔。

进一步地，可调角度筋板和加固筋板交替设置，且扇面板的两侧均为可调角度筋板。

进一步地，可调角度筋板和加固筋板均包括条状的安装板，及连接于安装板限位端的方形凸台；可调角度筋板的安装板的连接端上还开设有多边形连通孔；加固筋板的安装板的连接端上还开设有安装通孔；方形凸台内还设有绝缘耐磨导套，绝缘耐磨导套中开设有供电极丝穿设并限位的限位导向孔。

进一步地，各绝缘耐磨导套中穿设的电极丝位于同一平面。

进一步地，可调角度式电极弯头机构还包括与电极丝穿出扇面板侧的可调角度筋板固定的电极导向器；电极导向器内设有用于对电极丝进行导向和限位的限位耐磨导套，限位耐磨导套内开设有供电极丝穿设的导向限位孔。

进一步地，扇面板用于调节电极丝的加工端相对连接端弯曲45°～90°后输出；扇面板用于配合机床主轴对法线与水平方向夹角为-45°≤α≤45°的型腔小孔α进行加工。

本发明具有以下有益效果：

针对现有加工技术存在的缺陷，本发明方案设计了一种可调角度式电极弯头机构，在电火花加工设备上使用，加工零件型腔内部的型腔小孔，如图所示；本发明的可调角度式电极弯头机构，能够调节电极丝的加工端相对其连接端的角度，使电极丝的加工端弯曲一定角度后，进入零件型腔进行加工，且不与零件型腔其它部位发生干涉；实际加工时，由于机床主轴竖直设置，且可沿顺时针和逆时针各偏转0°～90°，故而实际加工时，首先考虑直接偏转机床主轴进行型腔小孔加工，当型腔小孔的法线与水平面的夹角特殊，导致不能直接偏转机床主轴进行加工时，再考虑连接本发明的可调角度式电极弯头机构并配合机床主轴进行加工，从而实现对型腔小孔的加工，扩宽加工范围，提高加工适应性；实际加工时，可根据待加工零件型腔的大小，选择合适弯曲半径的电极弯头机构进行加工，并可根据待加工型腔小孔与所在型面角度关系，选择电极弯头机构所需角度并进行调整，进行实现其通用性价值，并可进行推广应用；整个加工过程中，由于无需特制专用的成型电极来保证其尺寸要求，故而操作步骤简单、加工耗时短、型腔小孔加工质量高、并可有效降低电极制造成本；另外，本发明的可调角度式电极弯头机构可连接至高速电火花打孔机上使用，单孔加工时间缩短为普通电火花机床的十分之一，从而极大提高加工效率，同时节约了成型电极及工装的制造成本和加工准备时间。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的可调角度式电极弯头机构的空间结构示意图；

图2是图1中可调角度式电极弯头机构的应用状态图。

图例说明

10、零件型腔；20、固定装夹板；21、装夹板；22、悬臂杆；30、电极丝；302、加工端；40、机床主轴；50、扇面板；501、安装板；502、方形凸台；51、可调角度筋板；52、加固筋板；53、绝缘耐磨导套；60、调节紧固件；61、多边形芯轴；62、锁紧螺母；70、电极导向器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

参照图1和图2，本发明的优选实施例提供了一种可调角度式电极弯头机构，包括：用于与电火花加工设备固定的固定装夹板20、用于对零件型腔10内部的型腔小孔进行放电加工的电极丝30、呈扇形设置以用于调节电极丝30的加工角度并深入零件型腔10的扇面架。扇面架的圆心与固定装夹板20相连，且扇面架的扇形角大小可调设置。电极丝30的连接端与电火花加工设备的机床主轴40相连，其相对的加工端穿设固定装夹板20后沿扇面架的圆周弧线方向由扇面架的第一侧穿入并由扇面架相对的第二侧穿出，以在扇面架的作用下调节电极丝30的加工端302相对其连接端的角度，进而配合机床主轴40对型腔小孔进行加工。

针对现有加工技术存在的缺陷，本发明方案设计了一种可调角度式电极弯头机构，在电火花加工设备上使用，加工零件型腔10内部的型腔小孔，如图2所示；本发明的可调角度式电极弯头机构，能够调节电极丝30的加工端相对其连接端的角度，使电极丝30的加工端弯曲一定角度后，进入零件型腔进行加工，且不与零件型腔10其它部位发生干涉；实际加工时，由于机床主轴40竖直设置，且可沿顺时针和逆时针各偏转0°～90°，故而实际加工时，首先考虑直接偏转机床主轴40进行型腔小孔加工，当型腔小孔的法线与水平面的夹角特殊，导致不能直接偏转机床主轴40进行加工时，再考虑连接本发明的可调角度式电极弯头机构并配合机床主轴40进行加工，从而实现对型腔小孔的加工，扩宽加工范围，提高加工适应性；实际加工时，可根据待加工零件型腔10的大小，选择合适弯曲半径的电极弯头机构进行加工，并可根据待加工型腔小孔与所在型面角度关系，选择电极弯头机构所需角度并进行调整，进行实现其通用性价值，并可进行推广应用；整个加工过程中，由于无需特制专用的成型电极来保证其尺寸要求，故而操作步骤简单、加工耗时短、型腔小孔加工质量高、并可有效降低电极制造成本；另外，本发明的可调角度式电极弯头机构可连接至高速电火花打孔机上使用，单孔加工时间缩短为普通电火花机床的十分之一，从而极大提高加工效率，同时节约了成型电极及工装的制造成本和加工准备时间。

可选地，如图1所示，固定装夹板20呈板状，包括用于与电火花加工设备的主轴部分相连以与机床主轴40同步动作的装夹板21，及与装夹板21相连的悬臂杆22。扇面架的圆心与悬臂杆22的悬臂端固定。机床主轴40位于装夹板21的上方，且电极丝30的加工端向下穿过装夹板21后再由扇面架的第一侧穿入并由扇面架的第二侧穿出。本可选方案中，装夹板21上开设有贯穿板面的腰形槽，通过穿设该腰形槽的紧固件可将固定装夹板与主轴部分可拆卸式固定，且通过腰形槽的设置，可调节固定装夹板20相对主轴部分的固定位置，以提高适应性。本发明的固定装夹板20结构简单、容易加工制备，且与主轴部分的连接位置可调，适应性强，固定装夹板20起整体固定作用，并可对电极丝30进行粗定位。

可选地，如图1所示，扇面架包括呈扇形设置的扇面板50，及调节紧固件60。调节紧固件60穿设扇面板50的圆心后与悬臂杆22的悬臂端固定，以用于调节扇面板50的扇形角并固定扇面板50。电极丝30的加工端沿扇面板50的圆周弧线由扇面板50的第一侧穿入扇面板50并由扇面板50的第二侧穿出。

本可选方案中，如图1所示，扇面板50包括沿其圆周弧线依次叠加设置的多块筋板。多块筋板的连接端依次叠加形成扇面板50的圆心，调节紧固件60依次穿设各筋板的连接端后连接悬臂杆22。筋板的限位端相对其连接端沿径向延伸，并电极丝30依次穿设各筋板的限位端后伸出。

进一步地，如图1所示，调节紧固件60包括截面呈多边形的多边形芯轴61；本可选方案的具体实施例中，多边形芯轴61包括中间呈多边形的多边形段，及连接于多边形段两端的螺杆段；调节紧固件60还包括与两端的螺杆段配合作用的锁紧螺母62，以用于将角度调节后的扇面板50与悬臂杆22的悬臂端可拆卸式固定。筋板包括用于调节扇面板50的扇形角的可调角度筋板51，及用于加固扇面板50的加固筋板52。各可调角度筋板51的连接端上开设有与多边形芯轴61配合作用以调角度的多边形连通孔。各加固筋板52的连接端上开设有供多边形芯轴61穿设的安装通孔。本发明结构中，由于可调角度筋板51和加固筋板52依次设置，且可调角度筋板51的连接端设有与多边形芯轴61配合作用的多边形连通孔，从而通过调节各可调角度筋板51与多边形芯轴61的安装角度，即可调节扇面板50整体的扇形角，进而调节电极丝30的加工端相对其连接端的弯曲角度；实际加工时，多边形芯轴61为正多边形杆，从而多边形连通孔为正多边形孔，本发明实施例中，根据多边形角度原理，设定多边形边数为n(n＝3，4，5……)，则可调角度A＝(360°/n)×m(m＝1，2，3……)，m为可调角度筋板51的数量，图1所示为八边形孔，则其对应的可调角度为45°，90°，当需要增强扇面板50整体结构强度时，可适当增加多边形的边数，进而相应增加可调角度筋板51和加固筋板52的数量。加固筋板52装配时位于可调角度筋板51与固定装夹板20、可调角度筋板51与可调角度筋板51之间，其安装通孔为直径稍大于多边形芯轴61外接圆直径的圆孔，方便装配后在多边形芯轴61上自由转动以调节角度，对电极丝30弯曲部分起辅助支撑作用，增加电极穿设固定装夹板20后引导段整体刚性。

优选地，如图1所示，可调角度筋板51和加固筋板52交替设置，且扇面板50的两侧均为可调角度筋板51，扇面板50整体结构稳定，结构刚度均匀。

本可选方案中，如图1所示，可调角度筋板51和加固筋板52均包括条状的安装板501，及连接于安装板501限位端的方形凸台502。可调角度筋板51的安装板501的连接端上还开设有多边形连通孔。加固筋板52的安装板501的连接端上还开设有安装通孔。方形凸台502内还设有绝缘耐磨导套53，绝缘耐磨导套53中开设有供电极丝30穿设并限位的限位导向孔。本可选方案的具体实施例中，绝缘耐磨导套53为内壁光滑的陶瓷导套，粗糙度为0.8μm，在电极丝30加工转动的过程中，能有效减小电极丝与该限位导向孔之间的摩擦力，防止电极丝30表面产生磨损或者断裂情况的发生；绝缘耐磨导套53由绝缘材料制备形成，防止加工短路或者产生漏电事故，造成安全隐患。

优选地，如图1所示，各绝缘耐磨导套53中穿设的电极丝30位于同一平面。绝缘耐磨导套53各个限位导向孔到筋板底面的距离根据装配顺序成递增关系，即第一个筋板上限位导向孔中心到筋板底面的距离等于第二个筋板上限位导向孔中心到筋板底面的距离加上第二个筋板厚度，以次类推，保证整个电极弯头机构组装完成后，各个限位导向孔中心位于同一平面内，以保证电极丝在弯曲平面内不会受到因限位导向孔中心不平产生的扭曲力，进而提高电极丝30的弯曲质量。

可选地，如图1所示，可调角度式电极弯头机构还包括与电极丝30穿出扇面板50侧的可调角度筋板51固定的电极导向器70。电极导向器70内设有用于对电极丝30进行导向和限位的限位耐磨导套，限位耐磨导套内开设有供电极丝30穿设的导向限位孔。本可选方案中，电极导向器70的限位耐磨导套由陶瓷绝缘材料制备形成，导向限位孔直径比电极丝30直径大0.02mm左右，电极丝30进入电极导向器70后有0.01mm左右旋转间隙，保证电极丝30从进入电极导向器70后再到出来的过程中，电极丝30整圈旋转跳动在允许范围内，以保证型腔小孔孔径公差合格，同时电极丝30能在孔内自由旋转，不发生干涉。

可选地，如图1所示，扇面板50用于调节电极丝30的加工端相对连接端弯曲45°～90°后输出；由于机床主轴40竖直设置，且可沿顺时针和逆时针各偏转0°～90°，故而本发明的电极弯头机构主要用于补充单纯依靠机床主轴40偏转不能加工的型腔小孔；且电极丝30的加工端相对连接端弯曲45°～90°的角度设置，还用于防止电极丝30弯曲角度过小，进而可能发生的折断风险。本可选方案中，扇面板50用于配合机床主轴40对法线与水平方向夹角为-45°≤α≤45°的型腔小孔α进行加工，保证电极丝30不因完全角度过小而折断的同时，尽可能提高型腔小孔的可加工范围。

如图2所示，以某型号涡轴发动机火焰筒内环(直径φ456.05mm)内腔孔加工为例，说明本发明可调角度式电极弯头机构具体操作过程：

该零件为圆形回转结构，加工前需做好零件装夹找正工作，保证零件回转中心与机床转台回转中心一致。

(1)根据待加工零件型腔直径(φ456.05mm)，选择合适大小的电极弯头机构，整个弯头机构的长度≤(2/3)*φ456.05mm，保证电极弯头机构进入零件型腔后不与其它部位发生干涉；

(2)根据设计图纸，待加工型腔小孔法线与水平方向夹角为4°，故选取可调角度为90°(由于本发明机构主要适用于内腔小孔法线与水平方向夹角α(-45°≤α≤45°)的加工，故而扇面板50可调角度选择原则为：若0°＜α≤45°，可调角度按最接近(90°-α)的可调值进行选取；若-45°≤α≤0°，可调角度为固定90°，其中α±定义原则为逆时针为正，顺时针为负，并对电极弯头机构进行相应调整和固定；

(3)在机床主轴上装夹完电极弯头机构后，分别在XY、XZ平面内打表拖直电极弯头机构上的电极导向器70，保证电极丝30从电极导向器70伸出后与水平面平行，即与水平方向呈0°夹角，作为起始角度；

(4)根据设计图纸，查看待加工内腔小孔法线与水平方向夹角为4°，故而调整机床主轴角度，使电极丝与型腔小孔角度一致；

(5)旋转工作转台一周，检查电极弯头机构与零件型腔不会发生干涉，调用程序进行加工。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可调角度式电极弯头机构，其特征在于，包括：

用于与电火花加工设备固定的固定装夹板(20)、用于对零件型腔(10)内部的型腔小孔进行放电加工的电极丝(30)、呈扇形设置以用于调节所述电极丝(30)的加工角度并深入所述零件型腔(10)的扇面架；

所述扇面架的圆心与所述固定装夹板(20)相连，且所述扇面架的扇形角大小可调设置；

所述电极丝(30)的连接端与所述电火花加工设备的机床主轴(40)相连，其相对的加工端(302)穿设所述固定装夹板(20)后沿所述扇面架的圆周弧线方向由所述扇面架的第一侧穿入并由所述扇面架相对的第二侧穿出，以在所述扇面架的作用下调节所述电极丝(30)的加工端相对其连接端的角度，进而配合所述机床主轴(40)对型腔小孔进行加工；

扇面架包括呈扇形设置的扇面板(50)，及调节紧固件(60)；扇面板(50)包括沿其圆周弧线依次叠加设置的多块筋板；

调节紧固件(60)包括截面呈多边形的多边形芯轴(61)；筋板包括用于调节扇面板(50)的扇形角的可调角度筋板(51)，及用于加固扇面板(50)的加固筋板(52)；各可调角度筋板(51)的连接端上开设有与多边形芯轴(61)配合作用以调角度的多边形连通孔；各加固筋板(52)的连接端上开设有供多边形芯轴(61)穿设的安装通孔；

可调角度筋板(51)和加固筋板(52)交替设置，且扇面板(50)的两侧均为可调角度筋板(51)；

可调角度筋板(51)和加固筋板(52)均包括条状的安装板(501)，及连接于安装板(501)限位端的方形凸台(502)；可调角度筋板(51)的安装板(501)的连接端上还开设有多边形连通孔；加固筋板(52)的安装板(501)的连接端上还开设有安装通孔；方形凸台(502)内还设有绝缘耐磨导套(53)，绝缘耐磨导套(53)中开设有供电极丝(30)穿设并限位的限位导向孔；

各绝缘耐磨导套(53)中穿设的电极丝(30)位于同一平面。

2.根据权利要求1所述的可调角度式电极弯头机构，其特征在于，

所述固定装夹板(20)呈板状，包括用于与所述电火花加工设备的主轴部分相连以与所述机床主轴(40)同步动作的装夹板(21)，及与所述装夹板(21)相连的悬臂杆(22)；

所述扇面架的圆心与所述悬臂杆(22)的悬臂端固定；

所述机床主轴(40)位于所述装夹板(21)的上方，且所述电极丝(30)的加工端向下穿过所述装夹板(21)后再由所述扇面架的第一侧穿入并由所述扇面架的第二侧穿出。

3.根据权利要求2所述的可调角度式电极弯头机构，其特征在于，

所述调节紧固件(60)穿设所述扇面板(50)的圆心后与所述悬臂杆(22)的悬臂端固定，以用于调节所述扇面板(50)的扇形角并固定所述扇面板(50)；

所述电极丝(30)的加工端沿所述扇面板(50)的圆周弧线由所述扇面板(50)的第一侧穿入所述扇面板(50)并由所述扇面板(50)的第二侧穿出。

4.根据权利要求3所述的可调角度式电极弯头机构，其特征在于，

多块所述筋板的连接端依次叠加形成所述扇面板(50)的圆心，所述调节紧固件(60)依次穿设各所述筋板的连接端后连接所述悬臂杆(22)；

所述筋板的限位端相对其连接端沿径向延伸，并所述电极丝(30)依次穿设各所述筋板的限位端后伸出。

5.根据权利要求4所述的可调角度式电极弯头机构，其特征在于，

所述可调角度式电极弯头机构还包括与所述电极丝(30)穿出所述扇面板(50)侧的所述可调角度筋板(51)固定的电极导向器(70)；

所述电极导向器(70)内设有用于对所述电极丝(30)进行导向和限位的限位耐磨导套，所述限位耐磨导套内开设有供所述电极丝(30)穿设的导向限位孔。

6.根据权利要求3所述的可调角度式电极弯头机构，其特征在于，

所述扇面板(50)用于调节所述电极丝(30)的加工端相对连接端弯曲45°～90°后输出；

所述扇面板(50)用于配合所述机床主轴(40)对法线与水平方向夹角为-45°≤α≤45°的型腔小孔α进行加工。