CN115846783B - 一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械制造微孔加工领域，公开了一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置，包括：超声振动组件、变幅杆和多级定位夹头；超声振动组件中，中心通孔螺栓的远端设置外螺纹和内螺纹，外螺纹与前端盖中心设置的内螺纹配合，内螺纹与变幅杆一端的螺柱外螺纹配合，形成双螺母结构；变幅杆另一端设置有锥形的第二螺柱，第二螺柱上设置沿电极丝方向设置有穿过中心的第一间隙槽，外侧设置有锥度螺母；多级定位夹头包括直径依次减小的定位块，第一定位段，第二定位段；电极丝一端依次穿过中心通孔螺栓、变幅杆、多级定位夹头后设置在工件上方，锥度螺母将电极丝固定在多级定位夹头内。本发明可以提高微孔加工精度，可以广泛应用微孔加工中。

Description

一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置

技术领域

本发明属于机械制造微孔加工领域，具体涉及一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置。

背景技术

目前微小孔制造业越来越趋于高效率、高标准以供应高精装备上精密零件的生产，而特种加工的方法如激光、电火花、超声加工等对工具依赖性小、可加工异型孔、可以成批加工微小孔阵列，尤其适用于难加工材料，随着其关键技术的突破，这些特种加工方法也逐渐成为主要的加工手段。微小孔加工主要的发展方向是探索精度和效率更高的技术、新工艺，例如超声电火花的复合加工、电解电火花的复合加工等等。

现有技术中的电火花内冲液微孔钻床具有以下缺点：

1、以接触式的电能传导技术，即通过碳刷和滑环在将超声电源高频电信号传输到换能器。这种供电方式存在碳刷磨损快、发热量大、使用寿命短、导线裸露、容易积炭打火、刀具转速不能过高等弊端。

2、采用的超声换能器的固定结构对零件刚性要求高，零件容易损坏，此外，现有的定位夹具一般未考虑装夹电极丝的刚性，但类似中空电极丝刚性弱，若装夹过程中没有精确的控制方法将易导致变形、压溃、裂纹、偏斜等现象阻碍加工过程。

3、传统电火花机床的导向定位装置仅依靠主轴定位精度与导向柱，在微细加工中此方法容易导致定位精度稳定性差，在旋转状态下容易使孔加工锥度变大或造成加工中止的现象。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置，以实现高精度、高效率的微孔加工。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置，包括：超声振动组件、变幅杆、超声电源和多级定位夹头；

所述超声振动组件与电火花主轴传动连接，其包括依次设置的中心通孔螺栓、后端盖、压电陶瓷片、电极片和前端盖，所述后端盖、压电陶瓷片、电极片、前端盖均为中空结构，且前端盖中心设置有内螺纹，中心通孔螺栓的远端设置有外螺纹和内螺纹，其外螺纹与前端盖中心设置的内螺纹配合，内螺纹与变幅杆一端的第一螺柱的外螺纹配合，形成双螺母结构；所述超声电源用于给所述超声振动组件供电；

所述变幅杆中心设置有使电极丝通过的通孔，其一端设置有与中心通孔螺栓的内螺纹配合的第一螺柱，另一端设置有第二螺柱，所述第二螺柱为锥螺柱，所述第二螺柱上沿电极丝方向设置有穿过中心的第一间隙槽，其内部设置有与多级定位夹头配合的台阶状结构，外侧设置有锥度螺母；

所述多级定位夹头中心设置有使电极丝通过的通孔，其包括直径依次减小的定位块、第一定位段和第二定位段，所述第一定位段上沿电极丝方向设置有第二间隙槽，第二定位段上沿电极丝方向设置有两条穿过中心通孔的第三间隙槽；

电极丝一端设依次穿过超声振动组件上的中心通孔螺栓、变幅杆、多级定位夹头后设置在工件上方，所述锥度螺母将所述电极丝固定在多级定位夹头内。

所述的一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置，还包括外壳，所述超声振动组件、变幅杆设置在外壳内。

所述的一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置，还包括水平固定设置的导向柱，所述导向柱上设置有与电极丝配合的导向孔，所述外壳和所述导向柱上分别设置信号发射器和信号接收器。

所述导向柱上还设置有凸面反射放大镜和透射放大镜，所述凸面反射放大镜和透射放大镜分别位于电极丝两侧，所述透射放大镜通过旋转机构设置在导向柱上。

所述的一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置，还包括机床立柱，所述外壳通过Z向导轨与机床立柱连接，所述导向柱固定设置在所述机床立柱上。

所述变幅杆上还设置有定位凸起，所述外壳内部通过轴承设置有定位部，法兰盘将所述定位凸起固定在所述定位部上，进而将所述变幅杆固定在所述定位部上。

所述的一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置，还包括主磁芯线圈和副磁芯线圈，所述副磁芯线圈固定设置在所述超声振动组件外周，所述主磁芯线圈设置在所述副磁芯线圈外侧并固定设置在所述外壳上，所述超声电源的输出端与所述主磁芯线圈连接，所述副磁芯线圈的输出端与所述超声振动组件的电源输入端连接，通过感应起电对所述超声振动组件供电。

所述主磁芯线圈包括主磁芯和主线圈，所述主磁芯为弧状，所述主线圈绕设在主磁芯上；所述副磁芯线圈包括副磁芯和副线圈，所述副磁芯为圆环状，所述副线圈绕设在副磁芯外周。

所述第二间隙槽的宽度大于第三间隙槽。

所述第二螺柱的外部螺纹的倾斜度设计为3°。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明提供了一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置，利用电火花主轴带动电极丝旋转，超声振动组件和变幅杆以及多级定位夹头带动电极丝进行垂直振动，实现了电火花内冲液微孔钻床的超声辅助，提高了电火花加工的加工效率与加工精度；

2、本发明中，超声振动组件中的中心通孔螺栓穿过整个超声振动组件与变幅杆一端的第一螺柱的外螺纹配合，形成双螺母结构，紧固而且防松，增加了系统的结构稳定性。而且，变幅杆通过多级定位夹头和锥度螺母对电极丝进行固定，不仅实现二级精确定位，而且可以避免对电极丝的挤压变形。

3、本发明通过导向柱上的导向孔和信号接收器，可以实现电极丝和电火花主轴的定位，进一步提高了结构的定位精度。

4、本发明采用包括主磁芯线圈和副磁芯线圈的供电装置为超声振动组件实现无线供电，可以防止系统旋转造成的绕线现象，此外，外部的主磁芯线圈采用非整周结构，降低了供电装置安装难度。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一中超声振动组件和变幅杆的结构示意图；

图3为本发明实施例一中多级定位夹头的结构示意图；

图4为本发明实施例一中变幅杆的结构示意图；

图5为本发明实施例二提供的一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置的结构示意图；

图6为本发明实施例三提供的一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置的结构示意图；

图7为本发明实施例三中主磁芯线圈和副磁芯线圈的结构示意图；

图中：1为超声振动组件，2为变幅杆，3为多级定位夹头，4为电极丝，5为导向柱，6为外壳，8为机床立柱，9为电火花主轴；

12为中心通孔螺栓，13为后端盖，14为压电陶瓷片，15为电极片，16为绝缘管，17为前端盖；21为第一螺柱，22为第二螺柱，23为锥度螺母，24为定位凸起，25为第一间隙槽；31为定位块，32为第一定位段，33为第二定位段；34为第二间隙槽，35为第三间隙槽；41为水箱，42为工件；51为信号接收器，52为导向孔；61为信号发射器，62为定位部，63为法兰盘；71超声电源，72为主磁芯线圈，721为主磁芯，722为主线圈，73为副磁芯线圈，731为副磁芯，732为副线圈，74为电路补偿单元，81为Z向导轨。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，本发明实施例一提供了一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置，包括：超声振动组件1、变幅杆2、超声电源71和多级定位夹头3；所述超声振动组件1与电火花主轴9传动连接，其包括中心通孔螺栓12、后端盖13、压电陶瓷片14、电极片15和前端盖17，所述后端盖13、压电陶瓷片14、电极片15、前端盖17均为中空结构，且前端盖17中心设置有内螺纹，中心通孔螺栓12中心设置有通孔，其远端设置外螺纹和内螺纹，其外螺纹与前端盖17中心设置的内螺纹配合，内螺纹与变幅杆2一端的第一螺柱21的外螺纹配合，形成双螺母结构；所述超声电源71用于给所述超声振动组件1供电。

具体地，本实施例中，所述超声振动组件1与电火花主轴9可以通过卡扣连接，螺栓连接，也可以通过皮带传动的方式连接，总之，超声振动组件1在电火花主轴9的带动下与其一起转动。

如图2所示，所述变幅杆2中心设置有使电极丝通过的通孔，其一端设置有与中心通孔螺栓12的内螺纹配合的第一螺柱21，另一端设置有第二螺柱22，所述第二螺柱22为锥螺柱，如图4所示，所述第二螺柱上设置沿电极丝4方向设置有穿过中心的第一间隙槽25，其内部设置有与多级定位夹头3配合的台阶状结构，外侧设置有锥度螺母23。

如图3所示，所述多级定位夹头3中心设置有使电极丝通过的通孔，其包括直径依次减小的定位块31，第一定位段32，第二定位段33，所述第一定位段32上沿电极丝方向设置有第二间隙槽34，第二定位段33上沿电极丝方向设置有两条穿过中心通孔的第三间隙槽35。

如图1所示，电极丝4一端设置电火花主轴9外侧，另一端依次穿过超声振动组件上的中心通孔螺栓12、变幅杆2、多级定位夹头3后设置在工件42上方，所述锥度螺母23设置在第二螺柱22外侧，将所述电极丝4固定在多级定位夹头3内。由于锥度螺母23内部设置有锥度螺纹，该锥度螺纹在与设置有同样的锥度螺纹的第二螺柱22配合时具有自紧作用。此外，第二螺柱22上设置的间隙槽，使得锥度螺母23在旋紧时，对第二螺柱22有一个向中间的形变，进而挤压所述多级定位夹头3，并对其内部的电极丝起到夹紧的作用，其中，多级定位夹头3为黄铜材料制成。

具体地，本实施例中，所述第二间隙槽34的宽度大于第三间隙槽35。则多级定位夹头3上的第一定位段32，第二定位段33形成粗定位和细定位的两段夹紧结构，在锥度螺母23旋紧时，第二螺柱22向内变形；第一定位段32紧接着变形，进而夹紧电极丝；进一步旋紧时，第二定位段33也发生变形。由于第二定位段33上双间隙的设计，因此进一步地提高了多级定位夹头3的定位能力。进一步地，本实施例中，可以在第二定位段33的内部设置柔性导电涂层，在夹紧时防止孔中电极丝不会被压溃。

进一步地，本实施例中，所述第二螺柱22的外部螺纹的倾斜度设计为3°。

进一步地，本实施例中，还包括外壳6，所述超声振动组件1、变幅杆2设置在外壳6内。进一步地，如图1所示，所述变幅杆2上还设置有定位凸起24，所述外壳6内部通过轴承设置有定位部62，法兰盘63将所述定位凸起24固定在所述定位部62上，进而将所述变幅杆2固定在所述定位部62上。

进一步地，本实施例中，所述压电陶瓷片14、电极片15与中心通孔螺栓12之间设置有绝缘管16。所述变幅杆2可以为圆锥形、悬链形、阶梯形、指数形变幅杆，或为前述多种变幅杆的组合。

进一步地，本实施例中，水箱41通过供液阀与电极丝顶端连接，对其供水。

本发明实施例的工作原理如下：

超声振动组件1装配在电火花主轴9上，随其一起转动，超声电源71对超声振动组件1进行供电，使得超声振动组件1沿轴向伸缩，伸缩量经变幅杆2放大，变幅杆2的底端通过多级定位夹头3对电极丝4进行夹紧，进而带动电极丝4沿轴向振动，因此，本实施例可以提升电火花加工的加工效率与加工精度，可以对航空发动机涡轮叶片、汽车发动机喷油孔、精密器械等关键零部件的微孔进行制造。

实施例二

如图5所示，本发明实施例二提供了一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置，与实施例一相同的是，其包括：超声振动组件1、变幅杆2、外壳6、超声电源71和多级定位夹头3。

与实施例一不同的是，本实施例中，还包括水平固定设置的导向柱5，所述导向柱5上设置有与电极丝配合的导向孔52，所述外壳6和所述导向柱5上分别设置信号发射器61和信号接收器51。信号接收器51用于接收信号发射器61配对使用，用于对电火花主轴9进行定位。

具体地，信号发射器可以为激光发生器，在超声辅助装置运行前，通过判断信号接收器51接收信号位置，可以得到主轴的定位精度与误差范围，在超声辅助装置运行后，通过信号接收器51接收信号位置进行分析，可以得到超声辅助装置运行中横向振动分量的最大振幅、最小振幅和平均振幅。

进一步地，本实施例中，所述导向柱5上还设置有凸面反射放大镜53和透射放大镜54，所述凸面反射放大镜53和透射放大镜54分别位于电极丝4两侧，所述透射放大镜54通过旋转机构55设置在导向柱5上。

进一步地，本实施例中的一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置，还包括机床立柱8，所述外壳6通过Z向导轨81与机床立柱8连接，所述导向柱5固定设置在所述机床立柱8上。

所述凸面反射放大镜53中心垂直方向的镜面上具有刻线，此时凸面反射放大镜53中心垂直刻线与电极丝方向相同，可通过对侧的透射放大镜54观察电极丝与反射镜刻线的重合情况，此时电极丝被凸面反射放大镜53和透射放大镜54多重放大，便于观测电极丝的方向。若电极丝出现偏斜则使用力矩扳手调整所述锥度螺母23进行实时调整。

此外，还可以通过导轨81使外壳和电极丝4沿竖直方向移动至其它观测位置移入观测视野中，例如：电极丝底端、电极丝待加工部分。此时，电极丝微观形貌已被透射放大镜放大数倍，对重铸层、熔融物包覆、表面缺陷等不利于加工的现象更加便于观测。

实施例三

如图6所示，本发明实施例三提供了一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置，与实施例二相同的是，其包括：超声振动组件1、变幅杆2、外壳6、超声电源71和多级定位夹头3和导向柱5。

与实施例二不同的是，本实施例中，还包括主磁芯线圈72和副磁芯线圈73，所述副磁芯线圈73固定设置在所述超声振动组件1外周，所述主磁芯线圈72设置在所述副磁芯线圈73外侧并固定设置在所述外壳6上，所述超声电源71的输出端与所述主磁芯线圈72连接，所述副磁芯线圈73的输出端与所述超声振动组件1的电源输入端连接，通过感应起电对所述超声振动组件1供电。

进一步地，本实施例中，副磁芯线圈73固定设置在所述定位部62上，则与超声振动组件1和变幅杆2一起转动，所述主磁芯线圈72固定在壳体上，其相对于壳体保持静止，则当超声振动组件1在电火花主轴9的驱动下转动时，副磁芯线圈73也开始转动，副磁芯线圈73相对于主磁芯线圈72的转动使得副磁芯线圈73中产生感应电流，对超声振动组件1进行供电，进而使得超声振动组件工作。

进一步地，如图7所示，所述主磁芯线圈72包括主磁芯721和主线圈722，所述主磁芯721为弧状，所述主线圈722绕设在主磁芯721上；所述副磁芯线圈73包括副磁芯731和副线圈732，所述副磁芯731为圆环状，所述副线圈732绕设在副磁芯731外周。通过将主磁芯721设置为非整周环状结构，例如弧状，也可以满足感应供电的需求，而且，使得超声振动组件1和变幅杆2在壳体内的组装变得更加方便，降低了定位精度要求，避免了主磁芯与副磁芯同心度难以控制的问题。此外，所述超声电源71与所述主线圈之间还设置有电路补偿单元74。

本实施例中，通过主磁芯线圈72和副磁芯线圈73实现了非接触供电，当主线圈722接通超声电源71后在周围激发交变磁场，副线圈732跟随超声振动组件1旋转且在交变磁场作用下感应产生电压和电流，从而电能从主线圈722传输到副线圈732，为超声振动组件1即超声换能器提供电源，使超声振动组件1开始振动。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置，其特征在于，包括：超声振动组件（1）、变幅杆（2）、导向柱（5）、外壳（6）、超声电源（71）和多级定位夹头（3）；

所述超声振动组件（1）与电火花主轴（9）传动连接，其包括依次设置的中心通孔螺栓（12）、后端盖（13）、压电陶瓷片（14）、电极片（15）和前端盖（17），所述后端盖（13）、压电陶瓷片（14）、电极片（15）、前端盖（17）均为中空结构，且前端盖（17）中心设置有内螺纹，中心通孔螺栓（12）的远端设置有外螺纹和内螺纹，其外螺纹与前端盖（17）中心设置的内螺纹配合，内螺纹与变幅杆（2）一端的第一螺柱的外螺纹配合，形成双螺母结构；所述超声电源（71）用于给所述超声振动组件（1）供电；

所述变幅杆（2）中心设置有使电极丝通过的通孔，其一端设置有与中心通孔螺栓（12）的内螺纹配合的第一螺柱（21），另一端设置有第二螺柱（22），所述第二螺柱（22）为锥螺柱，所述第二螺柱（22）上沿电极丝（4）方向设置有穿过中心的第一间隙槽（25），其内部设置有与多级定位夹头（3）配合的台阶状结构，外侧设置有锥度螺母（23）；

所述多级定位夹头（3）中心设置有使电极丝通过的通孔，其包括直径依次减小的定位块（31）、第一定位段（32）和第二定位段（33），所述第一定位段（32）上沿电极丝方向设置有第二间隙槽（34），第二定位段（33）上沿电极丝方向设置有两条穿过中心通孔的第三间隙槽（35）；所述第二间隙槽（34）的宽度大于第三间隙槽（35）；

电极丝（4）一端设依次穿过超声振动组件上的中心通孔螺栓（12）、变幅杆（2）、多级定位夹头（3）后设置在工件上方，所述锥度螺母（23）将所述电极丝（4）固定在多级定位夹头（3）内；

所述导向柱（5）上设置有与电极丝配合的导向孔（52），所述外壳（6）和所述导向柱（5）上分别设置信号发射器（61）和信号接收器（51），所述信号接收器（51）用于接收信号发射器（61）的发射信号进而确定主轴的定位精度与误差范围。

2.根据权利要求1所述的一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置，其特征在于，所述超声振动组件（1）、变幅杆（2）设置在外壳（6）内。

3.根据权利要求2所述的一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置，其特征在于，导向柱（5）水平固定设置。

4.根据权利要求3所述的一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置，其特征在于，所述导向柱（5）上还设置有凸面反射放大镜（53）和透射放大镜（54），所述凸面反射放大镜（53）和透射放大镜（54）分别位于电极丝（4）两侧，所述透射放大镜（54）通过旋转机构（55）设置在导向柱（5）上。

5.根据权利要求4所述的一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置，其特征在于，还包括机床立柱（8），所述外壳（6）通过Z向导轨（81）与机床立柱（8）连接，所述导向柱（5）固定设置在所述机床立柱（8）上。

6.根据权利要求2所述的一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置，其特征在于，所述变幅杆（2）上还设置有定位凸起（24），所述外壳（6）内部通过轴承设置有定位部（62），法兰盘（63）将所述定位凸起（24）固定在所述定位部（62）上，进而将所述变幅杆（2）固定在所述定位部（62）上。

7.根据权利要求2所述的一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置，其特征在于，还包括主磁芯线圈（72）和副磁芯线圈（73），所述副磁芯线圈（73）固定设置在所述超声振动组件（1）外周，所述主磁芯线圈（72）设置在所述副磁芯线圈（73）外侧并固定设置在所述外壳（6）上，所述超声电源（71）的输出端与所述主磁芯线圈（72）连接，所述副磁芯线圈（73）的输出端与所述超声振动组件（1）的电源输入端连接，通过感应起电对所述超声振动组件（1）供电。

8.根据权利要求7所述的一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置，其特征在于，所述主磁芯线圈（72）包括主磁芯（721）和主线圈（722），所述主磁芯（721）为弧状，所述主线圈（722）绕设在主磁芯（721）上；所述副磁芯线圈（73）包括副磁芯（731）和副线圈（732），所述副磁芯（731）为圆环状，所述副线圈（732）绕设在副磁芯（731）外周。

9.根据权利要求1所述的一种用于电火花内冲液微孔钻床的超声辅助装置，其特征在于，所述第二螺柱（22）的外部螺纹的倾斜度设计为3°。

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