CN114951853A - 一种异形群斜孔电火花批量加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种异形斜群孔电火花批量加工装置，包含成形加工机床，在机床主伺服轴Z轴下安装的数控自动分度转台与水平安装在机床工作台上的特殊结构的群电极条夹具。电极夹具由基座（2）、导向平板（1）、夹紧薄片（3）、高度调节托板（4）高度调节螺栓（7）高度调节螺母（8）夹紧螺母（6）等组成。采用倒置电火花加工方式，并可通过电火花轨迹摇动加工提高孔形精度。电极夹具通过导向平板（1）定位装夹统一尺寸的电极条（5），并借助电极高度调节托板（4）实现电极群组合斜面与电极损耗的补偿，其优点是电极条可统一制作并互换，不同斜群孔零件只需更换导向平板（1）和新电极条（5）。可通过调整电极条数量优化加工效率与电极损耗。

Description

一种异形群斜孔电火花批量加工装置

技术领域

本发明涉及一种异形群斜孔批量电火花成形加工装置，其包括电火花成形加工机床、精密数控自动分度转台、特殊结构的群电极夹具。特殊结构的群电极夹具涉及电极夹具基座、电极导向平板、电极夹紧薄片、电极高度调节托板、电极高度调节螺栓、电极高度调节螺母、电极夹紧螺母等。

背景技术

目前，有些先进零件采用密集异形群孔结构设计，如先进飞机设计上就采用这种钛合金材料m结构，此类零件孔数较多（超过2000个），排列密集（最小的孔间壁厚仅为0.4~0.5mm，公差±0.05mm）孔的斜度大（孔轴线方向与零件表面法线方向的角度），孔形尺寸小且为扁平菱形状，以下把这种零件简称格栅板。这种零件的共有特点是斜角度或形孔均匀排布在平面版上。如图1所示。

格栅板是在较大平面积的平板上由横纵两个方向均匀排列的方形斜孔构成，进而在深度方向形成长方体孔洞。设定长方体中心线或柱边与平板表面法线夹角为α。这个倾斜角度α也成为这类格栅板难加工的主要原因之一。

对于这些批量斜孔如果采用常规机械切削加工的方法，需要钻预孔后再铣削加工，但难以实现异型棱角的加工。另外也可以采用线切割加工，但需要预加工穿丝孔且每次只能切割一个孔，效率低且成本很高。再者可以采用激光切割加工，但孔形精度很难达到要求。

文献【1】提出了采用单排结构设计，黄铜电极的电火花成形加工，每排电极数量控制在10~15个，在一定程度上提高了加工效率。在此基础上，文献【1】进一步提出了局部集束电极设计，每个局部集束电极包含260~300个电极条，通过设计若干个局部集束电极实现组合加工，这进一步提高了加工效率。为了实现具有α角的斜孔加工，电极夹具设计带有α角斜面，这使电极和夹具都具有针对零件的专用性特征，当倾斜角度α和孔形变化时就必须重新设计和制造电极。包含260~300个电极条的局部集束电极的制作依然是比较复杂的，且完成整个零件加工仍需要近10个局部集束电极，成本较高。

【1】 李辉，孙超，张明岐，张海龙，翟士民。钛合金密集异形群孔电火花加工技术研究。2016年全国电火花成形加工技术研讨会交流文集·北京·164~167

发明内容

针对上述现有技术存在的主要问题，本发明提出了一种利用电火花成形加工机床与特殊结构的群电极夹具及数控自动分度转台构成的加工装置，使成群的异形斜孔可以批量加工完成，由于是多个电极同时放电加工，可以采用大能量的放电参数，获得较高的加工效率。本发明提出在电火花成形机床的主伺服轴Z轴（31）下安装数控自动分度转台（38），数控分度转台可通过机床数控系统数字控制实现精密角度定位，转台上安装工件夹具（40），夹具下方装夹待加工工件（37）（以平板工件为例），当转台带着工件进行数控分度旋转可实现工件平板（37）表面与机床工作台（35）水平面构成倾斜角α，即斜孔中心线与工件平板表面法线方向的夹角α。本发明的加工装置解决了现有技术中斜孔角度改变时就要重新设计电极与夹具的问题。电极夹具（39）水平安装在电火花成形机床的工作台（35）上，由于电极条（5）中心线与机床工作台（35）平面垂直，这样能够保证工件平板平面（37）法线与电极条（5）中心线成α角。本发明的这种设置方法是电极在下，工件在上的倒置电火花加工方式，可以使电极与工件全部浸在放电加工液中。这种方式可使放电加工屑在加工抬刀、伺服进给与回退中借助重力作用更容易被排除。排屑的顺畅将减少尖角部位积屑引起的不正常放电，从而大大提高异形孔的成形精度，这种方式还有利于电极端面形成炭黑保护膜，减小电极损耗。这些都更有利于加工钛合、高温耐热合金等难加工材料的放电加工。

本发明提出的电极夹具在电极导向平板上按工件斜孔阵列位置并垂直平板平面来加工电极导向孔，将多个电极条都穿入电极导向孔，这样群电极条就按照孔阵列位置垂直夹具导向板平面被定位安装，电极条的高度由电极高度托板平行调整或按斜度调整，也可以按照阵列斜面（α角）直接将电极条加工成不同的长度。这种夹具结构可以将电极条按均匀隔排或隔行安装，这样更有利于高密度阵列孔的排屑和加工液冷却，这种灵活的电极条阵列组合方式更有利于加工效率和加工精度的提高。这种电极夹具的所有电极条都可以按照统一的加工工艺一次加工完成，电极制造更容易、成本更低。另外，电极损耗后，本发明电极夹具可以通过调节电极高度托板来对损耗进行补偿，当电极损耗量较大时，可通过更换新的电极条实现补偿，更有利于更换局部损耗严重的电极条。本发明电极夹具更适合灵活地选择装夹阵列上的电极条数量，以实现更大放电能量与更小电极损耗的加工目的。本发明的加工装置可适用更宽的加工范围，加工不同孔形和不同阵列位置的群孔，只需要使用不同的电极条和电极条导向平板，装置的其余部分均通用。

本发明加工装置可以让相同孔形的孔放电加工使用统一尺寸的电极条，使电极制作更简单，避免了过去传统方法使用统一切割成形的一体化电极条制作复杂、成本高的缺点。使电极和夹具的制造难度大大下降，批量制造方法使成本更低。电极损耗后可通过简单调高即实现补偿，更换电极时只需要更换电极条，不用更换夹具。电极条的中心线即被加工斜孔的中心线是平行机床Z轴的垂直方向，这样就能够简单地通过X、Y的轨迹摇动对孔形进行修整，更容易保证孔间壁厚和孔形的尺寸精度。另外，工件在上，电极在下的倒置电火花加工方式借助重力排屑作用大大降低了大深径比孔加工的异常放电风险，从而提高了异形斜群孔电火花加工的效率和精度。

附图说明：

下面结合附图对本发明作进一步详细说明，其中：

图1. 为飞机用钛合金格栅板阵列斜方孔结构示意图，指示了异形孔和斜孔角度α；

图2.为本发明装置的机床整体结构，，示出了机床、转台、夹具的相对空间位置关系；

图3.为电极夹具正视图，指示出了电极条装夹原理；

图4.为电极夹具俯视图，指示出了各安装孔和安装螺栓的位置关系；

图5.为电极夹具侧视图，指示出了电极高度调节原理；

图6.为夹紧和调高螺栓剖视图，指示出了电极条调节高度与夹紧的原理。

具体实施方式：

下面结合附图，对本发明的具体实施方法作详细说明。

如图2.所示，本发明以滑枕式结构机床主体为例来说明，机床工作台（35）固定不动，各运动轴由下向上依次为X轴（33）、Y轴（32）、Z轴（31）。为了使数控分度转台（38）实现更大的倾斜角，本发明推荐X轴（33）要具有足够大的行程。数控分度转台安装在主伺服轴Z轴（31）下方，转台转盘上安装工件夹具（40），工件夹具（40）上面装夹平板工件（37）（如飞机发动机钛合金格栅板）。由机床数控系统控制数控分度转台（38）完成工件平板（37）斜孔α角的数控自动定位。数控分度转台（38）可选用切削机床通用的精密数控回转工作台，依据工件平板的大小、重量确定转台的转盘直径和回转力矩等参数，另外由于电火花加工中工件和电极条连接脉冲电源的正负极，因此需在转台（38）的台面与工件（37）之间加装绝缘板，以防止数控转台（38）运动部件带电。电极夹具（39）安装在机床水平工作台（35）上，装夹找正时保证如图5.所示的电极导向平板（1）的上表面（9）与机床工作台（35）台面平行，以此保证电极条（5）中心线与工作台（35）台面垂直。放电加工时，群电极条随夹具固定在工作台上不动，工件随夹具和转台由Z轴进行上下进给伺服，实现斜孔放电加工。

电极夹具如图5.所示，群电极条夹具由电极夹具基座（2）、电极导向平板（1）、电极夹紧薄片（3）、电极高度调节托板（4）、电极高度调节螺栓（7）、电极高度调节螺母（8）、电极夹紧螺母（6）等主要部分组成。如图3、4、5、6所示，夹具零件的装配顺序如下所述，螺栓（12、13、14、15）首先穿过电极导向平板（1），再穿过电极夹紧薄片（3），经锥形的电极夹紧螺母（6），再穿过电极高度调节托板（4），最后经电极高度调节螺母（8）旋入。以上装在一起的套件整体装入电极夹具基座（2），经螺钉（16、17、18、19）固定锁紧夹具整体即已安装在一起。电极条（5）按工件群孔阵列位置要求经电极导向平板导向孔（11）和电极夹紧薄片（3）夹紧孔装入夹具，通过旋调4个电极高度调节螺母（8）调节电极高度调节托板（4）实现电极高度调节（电极条伸出电极导向平板的高度），以简便方式实现对电极损耗的补偿。本发明的电极夹具还可以通过将电极高度调节托板（4）调成斜面来实现等长电极条的群组合斜面。当然，也可以通过将电极条按不同的群孔阵列位置加工成不同长度来实现电极条的群组合斜面。电极条高度确定后即可通过电极夹紧薄片（3）的夹紧孔与电极导向平板（1）的导向孔（11）的相对错位来实现电极条夹紧，这可通过调节4个电极夹紧锥形螺母（6）与电极夹紧薄片（3）上的水滴形孔（25）来实现，如图6.所示。

为了更好地实现本发明装置的实施效果，本发明推荐以下加工方式加工夹具零件。将电极导向平板和电极夹紧薄片装夹在一起同时加工导向孔和夹紧孔，保证孔形和位置一致性。孔的加工可以采用电火花切割机床（精度要求较高时）或激光切割加工（精度要求相对不高时）。电极夹紧薄片（3）的厚度推荐小于1mm，以保证具有一定的弹性来实现对多个电极条（5）的夹紧。

如果斜孔的α角角度过大而导致电极群组合斜面角度过大，使一部分电极条伸出导向平板(1)过长，且电极条又较细时，这可能容易导致电极条端部m位置精度难以保证，则本发明推荐几排长度接近的电极条使用局部约束薄片按台阶方式套装在电极条上，局部约束薄片的加工也可以与电极夹紧薄片（3）合并完成，以保证空形和位置精度满足要求。

为保证电极定位测量精度，电极导向平板（1）的上下表面要求采用精密磨削，并保证导向孔（11）中心线与上表面（9）垂直。同时为了夹具的安装精度，电极夹具基座（2）底面（10）与电极导向平板（1）的上表面（9）保证平行度。

Claims (2)

1.本发明提出一种电火花成形加工机床与特殊结构的群电极夹具及数控自动分度转台组成的异形斜群孔批量加工装置，其特征在于：

①在电火花成形机床的主伺服轴Z轴下安装数控自动分度转台，转台上安装工件夹具与被加工工件；

②群电极夹具装夹电极条水平安装在电火花成形机床的工作台上；

③工件上斜孔的角度通过数控自动分度转台带动工件旋转倾斜定位实现；

④电极在下面，工件在上面的倒置电火花全浸液异形斜群孔加工方式；

⑤在加工装置中使电极条中心线即斜孔中心线沿机床Z轴垂直方向安置，可以通过电火花X、Y轴轨迹遥动加工提高异形孔孔形精度。

2.本发明提出一种适于异形斜群电火花加工电极夹具装置，由电极夹具（2）、导向平板（1）、夹紧薄片（3）、高度调节托板（4）高度调节螺栓（7）高度调节螺母（8）夹紧螺母（6）等主要部分组成，其特征在于：

①通过通过电极导向平板（1）导向定位装夹统一可互换的电极条（5）并经过电极夹紧薄片（3）和锥形的电极夹紧螺母（6）夹紧，避免了现有技术中加工制作昂贵的局部或整体电极;

②通过使用组合成阵列的电极条（5）在电极导向平板（1）上整体伸缩，借助调整电极夹具装置中的电极高度调节托板（4）实现电极群顶端组合构成所需角度的斜面（α角）；

③在电极夹具装置中通过隔排或隔行装夹电极条，以此获得更大的排屑、冷却空间与电极安装测量等空间；

④在电极夹具装置中根据加工效率与电极损耗之间的平衡考虑来调整优化单次批量加工斜群孔的数量规模，可通过灵活地选择夹阵列上的电极条数量来实现；

⑤电极损耗量较小时，可通过电极高度调节托板来增高电极条实现补偿，电极损耗量较大时，可通过更换全部电极条来补偿；

⑥所有电极条可以按统一的加工工艺一次加工完成，实现可以互换与低成本；

⑦不同孔形和位置排布的斜群孔零件加工只需要更换本发明装置的电极导向平板和重新制作电极条，装置其他部分都不需要更换，本发明的加工装置有更广泛的适用范围。

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