RO130679B1

RO130679B1 - Rotary head for electrical discharge processing assisted by ultrasounds

Info

Publication number: RO130679B1
Application number: ROA201500528A
Authority: RO
Inventors: Liviu-Daniel Ghiculescu; Niculae-Ion Marinescu; Ovidiu Dorin Alupei-Cojocariu; Nicoleta Luminiţa Căruţaşu
Original assignee: Universitatea Politehnica Din Bucureşti
Priority date: 2015-07-23
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2022-06-30
Also published as: RO130679A0

Description

Invenția se referă la un cap rotativ de prelucrare prin electroeroziune asistată de ultrasunete, care se poate monta pe capul de lucru al unei mașini de prelucrare prin electroeroziune volumică.The invention relates to an ultrasonically assisted EDM rotary head, which can be mounted on the working head of a volume EDM machine.

Se cunoaște din documentul RO 125516 B1 un echipament de prelucrare a microfantelor adânci, prin electroeroziune asistată de ultrasunete, care poate fi montat pe o mașină de prelucrare prin electroeroziune volumică. Echipamentul este alcătuit dintr-un lanț ultrasonic 2, pentru vibrarea unui electrod-sculă 2a, dintr-un dispozitiv 1 de prindere, reglare și rotire a lanțului ultrasonic 2, dintr-un ghidaj 4 longitudinal al electrodului-sculă 2a și dintr-un dispozitiv 3 de prindere și reglare a ghidajului 4, electrodul-sculă 2a, de tip lamelă, fiind poziționat cu precizie în raport cu o piesă de prelucrat, prin introducerea sa în ghidajul 4 realizat din două semipatine 32 confecționate din material electroizolant și având un coeficient de frecare redus, care au, fiecare, câte două semifante 32a longitudinale, cu forma conjugată a electrodului-sculă 2a, semipatinele 32 fiind prinse cu pene 34 și șuruburi 35, 36, și orientate una față de cealaltă cu știfturi 37, ghidajul 4 având mai multe ștuțuri 38, pentru injecția unui lichid dielectric pe două suprafețe opuse ale ghidajului 4, niște fante 32c permițând accesul lichidului dielectric pe lungimea electrodului-sculă 2a, poziția pe verticală a ghidajului 4 în raport cu piesa de prelucrat putând fi reglată, grosier, prin schimbarea unor suporți 26, și prin deplasarea pe niște axe 19 filetate a unor bucșe 22 distanțiere, ghidajul 4 fiind poziționat deasupra piesei de prelucrat, pentru realizarea unor microfante foarte adânci, străpunse, putând fi utilizat un al doile aghidaj similar, situat sub piesa de prelucrat.It is known from document RO 125516 B1 an equipment for processing deep microslits, by electroerosion assisted by ultrasound, which can be mounted on a machine for processing by volumetric electroerosion. The equipment consists of an ultrasonic chain 2, for vibrating a tool-electrode 2a, a device 1 for holding, adjusting and rotating the ultrasonic chain 2, a longitudinal guide 4 of the tool-electrode 2a and a device 3 for clamping and adjusting the guide 4, the blade-type electrode-tool 2a, being precisely positioned in relation to a workpiece, by inserting it into the guide 4 made of two half-pads 32 made of electrical insulating material and having a coefficient of reduced friction, which each have two longitudinal half-slides 32a, with the conjugate shape of the electrode-tool 2a, the half-slides 32 being fastened with wedges 34 and screws 35, 36, and oriented towards each other with pins 37, the guide 4 having more many nozzles 38, for the injection of a dielectric liquid on two opposite surfaces of the guide 4, some slits 32c allowing the access of the dielectric liquid along the length of the tool-electrode 2a, the vertical position of the guide 4 in relation to the work piece being able to be adjusted, roughly, by changing some supports 26, and by moving spacer bushings 22 on some threaded axes 19, the guide 4 being positioned above the work piece, to create very deep, pierced microslots, a second similar clamp can be used, located under the workpiece.

Se mai cunoaște din documentul RO 126191 B1 un echipament de prelucrare prin electroeroziune asistată de ultrasunete a microfantelor alcătuit dintr-un lanț ultrasonic 2, pentru vibrarea unui electrod-sculă 20, dintr-un dispozitiv 1 de prindere, reglare și rotire a lanțului ultrasonic 2, dintr-un dispozitiv 3 de prindere, reglare și rotire a unei piese 26 de prelucrat, dintr-un alt dispozitiv 4 de prindere și reglare a lanțului ultrasonic 2, pentru spălarea cu dielectric, și dintr-un dispozitiv 5 de spălare cu dielectric pe baza cavitației induse ultrasonic.It is also known from document RO 126191 B1 an equipment for processing by electroerosion assisted by ultrasound of microslits consisting of an ultrasonic chain 2, for vibrating a tool-electrode 20, of a device 1 for holding, adjusting and rotating the ultrasonic chain 2 , from a device 3 for holding, adjusting and rotating a piece 26 to be processed, from another device 4 for holding and adjusting the ultrasonic chain 2, for washing with dielectric, and from a device 5 for washing with dielectric on basis of ultrasonically induced cavitation.

Mai sunt cunoscute capete de prelucrare rotativă, respectiv prelucrarea prin electroeroziune prin rotația electrodului-sculă în jurul axei proprii, generându-se astfel suprafețe complexe cu electrozi de formă simplă, de exemplu cilindrică, cu o cinematică asemănătoare frezării. De aceea, acest tip de prelucrare prin electroeroziune se mai numește și frezare electroerozivă (milling EDM).Rotary processing heads are also known, namely electroerosion processing by rotating the electrode-tool around its own axis, thus generating complex surfaces with electrodes of a simple shape, for example cylindrical, with a kinematics similar to milling. That is why this type of electroerosion processing is also called electroerosive milling (EDM milling).

Dezavantajele soluțiilor menționate anterior constau în:The disadvantages of the previously mentioned solutions consist of:

- instabilitate crescută a procesului de prelucrare prin electroeroziune datorită modificării continue a interstițiului de prelucrare dintre electrodul-sculă și piesa prelucrată, care creează condiții de producere a scurt-circuitului dintre electrodul-sculă și piesă;- increased instability of the electroerosion machining process due to the continuous change of the machining gap between the tool-electrode and the machined piece, which creates conditions for producing a short circuit between the tool-electrode and the piece;

- productivitate redusă cauzată de instabilitatea procesului de prelucrare și ca urmare, crește numărul de retrageri repetate ale capului de lucru în timpul prelucrării;- reduced productivity caused by the instability of the machining process and, as a result, increases the number of repeated withdrawals of the working head during machining;

- calitate scăzută a suprafeței prelucrate ca urmare a frecventelor fenomene de scurt-circuit între suprafețele electrodului-sculă și piesei prelucrate;- low quality of the machined surface as a result of frequent short-circuit phenomena between the surfaces of the electrode-tool and the machined part;

- spălare ineficientă cu lichid dielectric a zonei de lucru la microprelucrări datorită interstițiului de prelucrare foarte redus, care își schimbă foarte rapid dimensiunile ca urmare a mișcării de rotație a electrodului-sculă combinată cu mișcarea de avans a acestuia și în consecință, scad precizia și calitatea suprafeței prelucrate cauzate de instabilitatea procesului de prelevare a materialului.- inefficient washing with dielectric liquid of the working area during micro-machining due to the very small machining interstice, which changes its dimensions very quickly as a result of the rotational movement of the tool-electrode combined with its forward movement and, as a result, decrease the precision and quality of the machined surface caused by the instability of the material sampling process.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în creșterea stabilității procesului de prelucrare electroerozivîn condițiile rotației electrodului-sculă în jurul axei proprii simultan cu mișcarea de avans a acestuia, îmbunătățirea productivității prelucrării, creșterea calitățiiThe technical problem that the invention solves consists in increasing the stability of the electroerosive machining process under the conditions of rotation of the electrode-tool around its own axis simultaneously with its forward movement, improving the productivity of the machining, increasing the quality

RO 130679 Β1 suprafeței prelucrate, îmbunătățirea evacuării particulelor prelevate din interstițiile de 1 prelucrare foarte reduse ale căror dimensiuni se modifică foarte rapid datorită combinației mișcărilor electrodului-sculă și creșterea calității și preciziei suprafeței prelucrate la 3 microprelucrări.RO 130679 Β1 of the machined surface, the improvement of the evacuation of the particles taken from the interstices of 1 machining very reduced whose dimensions change very quickly due to the combination of the electrode-tool movements and the increase of the quality and precision of the machined surface at 3 micro-machining.

Capul rotativ de prelucrare prin electroeroziune asistată de ultrasunete, conform 5 invenției înlătură dezavantajele capetelor cunoscute prin aceea că lanțul ultrasonic prevăzut la un capăt cu electrodul-sculă care realizează o mișcare de oscilație cu frecvență 7 ultrasonică și o mișcare de rotație și este alimentat electric de la un generator de ultrasunete și de la un generator de electroeroziune prin intermediul a două perii, o perie inferioară ale 9 cărei elemente de grafit sunt în contact cu un concentrator într-un punct nodal al acestuia, poziția periei fiind reglată pe verticală în funcție de poziția punctului nodal al concentratorului, 11 cu ajutorul unor tije filetate la capete, și asigurată cu niște piulițe și o perie superioară ale cărei elemente de grafit sunt în contact cu o bucșă asamblată pe o flanșă nodală interpusă 13 între niște discuri piezoceramice, niște rulmenți, asamblați pe bucșă, poziționați în intreriorul unei carcase și o roată dințată, solidară cu bucșa, roată ce este în angrenaj cu o altă roată 15 dințată pe același ax de ieșire al unui motoreductor.The rotating head for processing by electroerosion assisted by ultrasound, according to the 5 invention removes the disadvantages of known heads in that the ultrasonic chain provided at one end with the electrode-tool that performs an oscillation movement with ultrasonic frequency 7 and a rotation movement and is electrically powered by to an ultrasound generator and from an EDM generator by means of two brushes, a lower brush 9 whose graphite elements are in contact with a concentrator at a nodal point thereof, the position of the brush being adjusted vertically according to the position of the nodal point of the concentrator, 11 with the help of threaded rods at the ends, and secured with some nuts and an upper brush whose graphite elements are in contact with a bushing assembled on a nodal flange interposed 13 between some piezoceramic discs, some bearings, assembled on the bushing, positioned inside a housing and a toothed wheel, integral with the bushing, the wheel that is in gear with another toothed wheel 15 on the same output shaft of a geared motor.

Capul rotativ de prelucrare prin electroeroziune asistată de ultrasunete prezintă 17 următoarele avantaje:The rotating head for processing by electroerosion assisted by ultrasound has the following 17 advantages:

- se poate monta ușor pe capul de lucru al oricărei mașini de electroeroziune, folosind 19 sistemul cu bucșă elastică, destinat prinderii electrozilor-sculă uzuali, cu coadă cilindrică;- it can be easily mounted on the working head of any electroerosion machine, using 19 the system with elastic bushing, intended for holding the usual tool-electrodes, with a cylindrical tail;

- crește productivitatea prelucrării prin creșterea stabilității acesteia și a timpului 21 efectiv de prelucrare;- increases the productivity of processing by increasing its stability and the actual processing time;

- crește productivitatea prin prelevarea suplimentară a materialului cu ajutorul 23 ultrasunetelelor;- increases productivity by additional sampling of the material with the help of 23 ultrasounds;

- crește calitatea suprafeței prelucrate prin evacuarea eficientă a particulelor 25 prelevate și reducerea fenomenelor de scurt-circuit între electrodul-sculă și piesă;- increases the quality of the processed surface through the effective evacuation of the particles 25 taken and the reduction of short-circuit phenomena between the electrode-tool and the piece;

- reduce rugozitatea suprafeței prelucrate ca urmare a prelevării vârfurilor 27 microgeometriei suprafeței prelucrate;- reduces the roughness of the processed surface as a result of sampling the peaks 27 of the microgeometry of the processed surface;

- poate fi folosit la generarea cinematică a suprafețelor complexe, folosind 29 electrozi-sculă de formă simplă, inclusiv la microprelucrări, în condițiile îmbunătățirii parametrilor tehnologici menționați mai sus. 31- it can be used for the kinematic generation of complex surfaces, using 29 tool-electrodes of a simple shape, including micro-processing, under the conditions of improving the technological parameters mentioned above. 31

Se dă în continuare un exemplu de realizare a invenției în legătură cu fig.1...3, care reprezintă:33An example of an embodiment of the invention is given next in connection with fig. 1...3, which represents: 33

- fig. 1, ansamblul capului rotativ de prelucrare prin electroeroziune asistată de ultrasunete, reprezentare 3D;35- fig. 1, EDM rotary head assembly, 3D representation;35

- fig. 2, ansamblul capului rotativ de prelucrare prin electroeroziune asistată de ultrasunete, proiecții 2D;37- fig. 2, EDM rotary head assembly, 2D projections;37

- fig. 3, detaliu alimentare electrică a lanțului ultrasonic rotativ.- fig. 3, power supply detail of the rotating ultrasonic chain.

Capul rotativ de prelucrare prin electroeroziune asistată de ultrasunete - fig. 1 - este 39 compus din următoarele componente principale: electrodul-sculă 1, care execută mișcarea 1a de rotație în jurul axei sale și de oscilație 1b cu frecvență ultrasonică în lungul axei sale; 41 lanțul ultrasonic 2 care are la capătul său electrodul-sculă 1; peria de alimentare electrică inferioară 3 cu patru elemente de contact din grafit (care iau forma suprafeței cu care vin în 43 contact și facilitează alimentarea lanțului ultrasonic), poziționată într-un punct nodal al lanțului ultrasonic 2; peria de alimentare electrică superioară 4 cu patru contactoare din 45 grafit, poziționată într-un punct nodal din apropierea transductorului piezo-ceramic20(fig. 2); carcasa 5, care conține cei doi rulmenți 24 (fig. 2) care permit rotația lanțului ultrasonic; două 47The rotating head for processing by electroerosion assisted by ultrasound - fig. 1 - is 39 composed of the following main components: the electrode-tool 1, which performs the movement 1a of rotation around its axis and of oscillation 1b with ultrasonic frequency along its axis; 41 the ultrasonic chain 2 which has at its end the electrode-tool 1; the lower power supply brush 3 with four graphite contact elements (which take the shape of the surface with which they come into contact and facilitate the feeding of the ultrasonic chain), positioned in a nodal point of the ultrasonic chain 2; the upper electric power brush 4 with four graphite contactors 45, positioned in a nodal point near the piezo-ceramic transducer20 (fig. 2); housing 5, which contains the two bearings 24 (fig. 2) that allow the rotation of the ultrasonic chain; two 47

RO 130679 Β1 roți dințate cilindrice 6a și 6b din material izolator electric; motoreductorul 7, care furnizează mișcarea de rotație prin intermediul unui angrenaj melc-roată melcată (nefigurat) la roata dințată 6a și 6b, montată pe axul de ieșire 7a al motoreductorului, și în final, la lanțul ultrasonic 2, respectiv la electrodul-sculă 1; tija 8 de prindere a capului rotativ într-o bucșă elastică, utilizată în mod obișnuit la prinderea electrozilor-sculă cu coadă cilindrică pe capul de lucru al unei mașini de electroeroziune, care furnizează mișcările de avans și retragere necesare prelucrării prin electroeroziune.RO 130679 Β1 cylindrical gears 6a and 6b made of electrically insulating material; the gearmotor 7, which provides the rotational movement by means of a worm gear-worm gear (not shown) to the gear wheel 6a and 6b, mounted on the output shaft 7a of the gearmotor, and finally to the ultrasonic chain 2, respectively to the tool-electrode 1 ; rotary head clamping rod 8 in a spring bushing, commonly used to clamp dovetail tool electrodes on the working head of an EDM machine, which provides the advance and retreat movements necessary for EDM machining.

Capul rotativ de prelucrare prin electroeroziune asistată de ultrasunete - fig. 2 - este compus în detaliu din următoarele componente: electrodul-sculă 1, asamblat prin filetare pe concentratorul 9; peria 3 inferioară de alimentare electrică, ale cărei elemente de contact din grafit 10 se găsesc în contact cu concentratorul 9 într-un punct nodal a lanțului ultrasonic (de aplitudine nulă pentru a minimiza transmiterea vibrațiilor); două dintre elementele de contact 10 ale periei inferioare 3 constituie conectarea de potențial nul la generatorul de ultrasunete, realizată prin cuplele 11, iar prin celelalte două elemente de contact 10 se face conexiunea la generatorul de electroeroziune, cu ajutorul cuplelor 12, care furnizează impulsurile de tensiune necesare prelucrării prin electroeroziune; peria inferioară 10 prezintă o carcasă din material izolator electric 13, în care sunt ghidate elementele de contact 10 (sistemul de alimentare este prezentat în detaliu în fig.3); patru tije 14 filetate la capăt cu ajutorul cărora peria 3 este poziționată pe verticală în funcție de poziția punctului nodal al concentratorului 9 (se pot utiliza concentratoare de forme și dimensiuni diferite și implicit cu poziții diferite ale punctului nodal); piulițele 15 și 16 care asigură poziția periei 3; bucșa radiantă 18 a lanțului ultrasonic 2, asamblată prin prezonul 17 cu concentratorul 9; șurubul axial 19 care prinde bucșa radiantă 18, discurile piezoceramice 20, flanșa nodală 21, bucșa reflectantă 22, toate elemente componente ale lanțui ultrasonic 2, care sunt asmblate cu prestrângere; bucșa 23, asamblată cu șuruburi (nefigurate) pe găurile 21a ale flanșei nodale 21; bucșa 23 care nu are contact cu lanțul ultrasonic pentru a nu transmite vibrații decât prin intermediul flanșei nodale 21, la care amplitudinea de oscilație este nulă; rulmenții 24 asamblați pe bucșa 23 și carcasa 5; peria de alimentare electrică superioară 4 ale cărei elemente din grafit 10 fac contact cu bucșa 23 și sunt alimentate de la generatorul de ultrasunte prin cuplele 25; carcasa 26 care conține roata dintață 6a, asamblată pe bucșa 23, în angrenaj cu roata dințată 6b (fig. 1); șuruburile 27 prin care se asamblează carcasele 5 și 26; motoreductorul 7 pe al cărei ax de ieșire 7a este asamblată roata dințată 6b (fig. 1); tija 8 de prindere a capului rotativ pentru electroeroziune asistată de ultrasunete pe capul de lucru al mașinii de electroeroziune;The rotating head for processing by electroerosion assisted by ultrasound - fig. 2 - is composed in detail of the following components: the electrode-tool 1, assembled by threading on the concentrator 9; the lower power brush 3, whose graphite contact elements 10 are in contact with the concentrator 9 at a nodal point of the ultrasonic chain (of zero amplitude to minimize the transmission of vibrations); two of the contact elements 10 of the lower brush 3 constitute the zero-potential connection to the ultrasound generator, made through the couplings 11, and through the other two contact elements 10 the connection is made to the EDM generator, with the help of the couplings 12, which provide the pulses of voltage required for electroerosion processing; the lower brush 10 has a casing made of electrical insulating material 13, in which the contact elements 10 are guided (the power supply system is shown in detail in fig.3); four rods 14 threaded at the end with which the brush 3 is positioned vertically according to the position of the nodal point of the concentrator 9 (concentrators of different shapes and sizes and implicitly with different positions of the nodal point can be used); nuts 15 and 16 that ensure the position of the brush 3; the radiating bush 18 of the ultrasonic chain 2, assembled by the pin 17 with the concentrator 9; the axial screw 19 that clamps the radiating bushing 18, the piezoceramic discs 20, the nodal flange 21, the reflective bushing 22, all the components of the ultrasonic chain 2, which are assembled with compression; the bushing 23, assembled with screws (not shown) on the holes 21a of the nodal flange 21; the bushing 23 which has no contact with the ultrasonic chain in order to transmit vibrations only through the nodal flange 21, at which the oscillation amplitude is zero; bearings 24 assembled on bushing 23 and housing 5; the upper electric power brush 4 whose graphite elements 10 make contact with the bushing 23 and are fed from the ultrasound generator through the couplings 25; the housing 26 containing the toothed wheel 6a, assembled on the bushing 23, in gear with the toothed wheel 6b (fig. 1); the screws 27 by which the housings 5 and 26 are assembled; the motor-reducer 7 on whose output shaft 7a the gear wheel 6b is assembled (fig. 1); rod 8 for holding the rotating head for ultrasonically assisted EDM on the working head of the EDM machine;

Sistemul de alimentare electrică a lanțului ultrasonic rotativ are în componență cele două perii, inferioară 3 și superioară 4, care la rândul lor au în componență următoarele elemente de detaliu-fig.3 (detaliul B din fig.2): carcasa 13 din material izolator electric; patru elementele 10 din grafit poziționate diametral opus, care fac contact cu lanțul utrasonic, respectiv concentratorul 9 (fig. 2), într-un punct nodal de amplitudine nulă; arcurile 28 pentru menținerea contactului dintre elementul 10 și lanțul ultrasonic în timpul mișcării de rotație; bucșa 30 care ghidează contactoarele 10; șuruburile 29 care rețin arcurile 28 și capacele 31; cuplele 11 și celelalte asemenea 12 prinse cu șuruburile 29, prin care se face alimentarea de la generatorul de ultrasunete și electroeroziune.The electrical supply system of the rotating ultrasonic chain consists of the two brushes, lower 3 and upper 4, which in turn consist of the following detail elements - fig.3 (detail B from fig.2): casing 13 made of insulating material electric; four graphite elements 10 positioned diametrically opposite, which make contact with the ultrasonic chain, respectively the concentrator 9 (fig. 2), in a nodal point of zero amplitude; the springs 28 for maintaining the contact between the element 10 and the ultrasonic chain during the rotational movement; the bushing 30 that guides the contactors 10; the screws 29 which retain the springs 28 and the covers 31; the couplings 11 and the others like 12 fastened with the screws 29, through which the power from the generator of ultrasound and electroerosion is made.

Claims

Claim 1

Rotating head for processing by EDM assisted by ultrasound which is mounted on the working head of an EDM machine equipped with an ultrasonic chain (2) which has at the end a tool-electrode (1) characterized in that the tool-electrode (1 ) 5 performs a movement (1a) of oscillation with ultrasonic frequency and a movement (1b) of rotation and is electrically powered from an ultrasound generator and an EDM generator 7 by means of two brushes (3, 4), a lower brush (3) whose graphite elements (10) are in contact with a concentrator (9) at a nodal point thereof, the position 9 of the brush (3) being adjusted vertically according to the position of the nodal point of the concentrator ( 9), with the help of rods (14) threaded at the ends, and secured with some nuts (15, 16) and an upper brush (4) 11 whose graphite elements (10) are in contact with a bushing (23) assembled on a nodal flange (21) interposed between some piezo discs (20). frames, some bearings (24), 13 assembled on a bushing (23), positioned inside a housing (5) and a toothed wheel (6a), integral with the bushing (23), a wheel that is in gear with another wheel (6b ) toothed on the same output shaft 15 (7a) of a gear motor (7).