TW201817523A - 難加工材料之放電輔助切削加工裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明係包括一旋轉軸部及設於其上的一導電件、一絕緣件及一刀具部。刀具部具一刀刃半徑；導電件具一工作半徑，其小於刀刃半徑；當導電件設於刀具部的旋轉方向之前，絕緣件介於導電件與刀具部之間；當導電件設於刀具部的旋轉方向之後，絕緣件介於刀具部與導電件之間，以及導電件與刀具固定裝置之間。當對導電件與工件供應放電能量，可達成對工件進行放電加熱(或加工)。本案兼具設備成本較低、可應用於銑削加工延長刀具部壽命，與耗材式設計可不用更換整個旋轉軸等優點。
Description
本發明係有關一種難加工材料之放電輔助切削加工裝置，尤指一種兼具設備成本較低、可應用於銑削加工延長刀具部壽命，與耗材式設計可不用更換整個旋轉軸之難加工材料之放電輔助切削加工裝置。
傳統之難加工材料很多，通常在常溫時，其機械強度極高。但若將其加熱，則其機械強度逐漸下降，特別是加熱至攝氏600度以上時，則其機械強度(單位N/mm2
)會明顯下降。如第8圖所示，分別舉四例來說明，圖中之第一曲線L1、第二曲線L2、第三曲線L3及第四曲線L4分別為鎳鉻鉬合金鋼(Ni-Cr-Mo Steel)、718鎳合金(Inconel 718)、鈦鋁釩合金(Ti6Al4V)及鈷合金(Stallite 6 Co-Alloy)，在不同溫度下之機械強度曲線。舉例而言，718鎳合金在攝氏600度以內時，其機械強度都在1000N/mm2
以上，但一旦加熱超過攝氏800度，則降至500 N/mm2
以下，相當於降低50%以上。因此，將難加工材料先加熱再來加工(此指車切、銑削之類的接觸式加工)，是合理之處理方式。上述之難加工材料常應用於航太産業之組件，例如；渦輪葉片等。 傳統之加工時輔助加熱之方式很多，如第9圖所示，此為雷射輔助加熱之車削裝置，當轉動式工件81旋轉，刀具部82進刀時，設有兩組雷射加溫裝置83A與83B，該雷射加溫裝置83A是將雷射831打在即將進行加工之外表面811，該雷射加溫裝置83B則是將雷射832打在即將進行加工之環狀側表面812，換言之，利用雷射之能量來加熱該旋轉式工件81，使該旋轉式工件81之機械強度下降而較易被切除。然而，此傳統方式之缺點在於高能量之雷射加工設備價格極昂貴，且當加工方式改為銑削加工裝置70對工件90時(參閱第10及第11圖)，雷射光易被銑削刀具71及飛散的加工屑擋住(如第12圖所示) 尤其是加工時如果使用加工液84(如第13圖所示)則雷射光更容易被加工液干擾散射而無法聚焦加熱，而且，銑削刀具與雷射加工設備無法整合在一起。 有鑑於此，必需研發出可解決上述習用缺點之技術。
本發明之目的，在於提供一種難加工材料之放電輔助切削加工裝置，其兼具設備成本較低、切削加工延長刀具部壽命，與耗材式設計可不用更換整個旋轉軸等優點。特別是，本發明所欲解決之問題係在於此傳統方式之缺點在於高能量之雷射加工設備價格極昂貴，且當加工方式改為銑削加工時，雷射光易被銑削刀具、加工屑及加工液擋住，而且，銑削刀具與雷射加工設備無法整合在一起等問題。 解決上述問題之技術手段係提供一種難加工材料之放電輔助切削加工裝置，其包括： 一旋轉軸部，係具有一旋轉軸、至少一刀具固定裝置、一導電接觸裝置、一驅動源及一導流結構；該旋轉軸具有一第一端、一第二端及一旋轉軸線，該至少一刀具固定裝置係設於該第一端；該驅動源係連接該第二端，用以驅動該旋轉軸部旋轉，該導流結構係貫穿而設於該旋轉軸內，並具有一流體供入通道及至少一流體排出通道；該流體供入通道係供一工作流體流入，該至少一流體排出通道係供該工作流體朝該導電件與鄰近之一工件之間排出，而可提供放電加熱所需之流體及促進加工効率； 至少一刀具部，係設於該至少一刀具固定裝置上，該每一刀具部係具有一刀刃，其與該旋轉軸線間之距離被定義為一刀刃半徑，且該刀刃進行切削加工時具有一進刀量； 至少一導電部，該每一導電部係包括一導電件及一絕緣件，該導電件具有一工作端面，其與該旋轉軸線間之距離被定義為一工作半徑，該刀刃半徑減去該工作半徑等於一工作間隙；該導電件之設置位置，係選自該刀具部旋轉方向之前、該刀具部的旋轉方向之後、該流體排出通道內其中至少一者； 當設於該刀具部的旋轉方向之前，該絕緣件係介於該導電件與該刀具部之間，且該工作間隙係大於該進刀量； 當設於該刀具部的旋轉方向之後，該絕緣件係設至少兩個，其中之一介於該刀具部與該導電件之間，其中之另一介於該導電件與該刀具固定裝置之間； 當設於該流體排出通道內，該絕緣件係介於該導電件與該流體排出通道之間； 一中央控制部，係具有一放電裝置、一進刀控制裝置、一轉速控制裝置及一流體控制裝置；該放電裝置係用以電性連結該導電接觸裝置及該工件；該進刀控制裝置係連結於該工件，用以控制該工件移動，進而控制該刀刃對該工件進行切削加工時之該進刀量；該轉速控制裝置係電性連結該驅動源，用以控制該旋轉軸之轉速；該流體控制裝置係連結該導流結構，用以控制該工作流體供入該流體供入通道之流速； 藉此，當該放電裝置對該導電接觸裝置及該工件供應放電能量，該導電件與鄰近之該工件之間產生放電，進而能對該工件局部加熱。 本發明之上述目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入瞭解。 茲以下列實施例並配合圖式詳細說明本發明於後：
參閱第1、第2A、第2B、第2C、第3、第4及第5圖，本發明係為一難加工材料之放電輔助切削加工裝置，其包括一旋轉軸部10、至少一刀具部20、至少一導電部30及一中央控制部40。 關於該旋轉軸部10，係具有一旋轉軸11、至少一刀具固定裝置12、一導電接觸裝置13、一驅動源14及一導流結構15。該旋轉軸11具有一第一端111、一第二端112及一旋轉軸線113，該至少一刀具固定裝置12係設於該第一端111；該驅動源14係連接該第二端112，用以驅動該旋轉軸部10旋轉。該導流結構15係貫穿而設於該旋轉軸10內，並具有一流體供入通道151及至少一流體排出通道152；該流體供入通道151係供一工作流體15A流入，該至少一流體排出通道152係供該工作流體15A朝該導電部30與鄰近之一工件90之間排出，而可提供放電加熱(或加工)所需之流體及促進加工効率。 關於該至少一刀具部20，係設於該至少一刀具固定裝置12上，該每一刀具部20係具有一刀刃21，其與該旋轉軸線113間之距離被定義為一刀刃半徑R1，且該刀刃21進行切削加工時具有一進刀量D； 關於該至少一導電部30，該每一導電部30係包括一導電件31及一絕緣件32，該導電件31具有一工作端面311，其與該旋轉軸線113間之距離被定義為一工作半徑R2，該刀刃半徑R1減去該工作半徑R2等於一工作間隙H；該導電件31之設置位置，係選自該刀具部20旋轉方向之前、該刀具部20的旋轉方向之後、該流體排出通道152內其中至少一者； 當設於該刀具部20的旋轉方向之前，該絕緣件32係介於該導電件31與該刀具部20之間，且該工作間隙H係大於該進刀量D； 當設於該刀具部20的旋轉方向之後，該絕緣件32係設至少兩個，其中之一介於該刀具部20與該導電件31之間，其中之另一介於該導電件31與該刀具固定裝置12之間； 當設於該流體排出通道152內(參閱第2C、第2D及第2E圖，且第2C圖中之該導電部30係予省略未示，合先陳明)，該絕緣件32係介於該導電件31與該流體排出通道152之間。 關於該中央控制部40，係具有一放電裝置41、一進刀控制裝置42、一轉速控制裝置43及一流體控制裝置44；該放電裝置41係用以電性連結該導電接觸裝置13及該工件90；該進刀控制裝置42係連結於該工件90，用以控制該工件90移動，進而控制該刀刃21對該工件90進行切削加工時之該進刀量D；該轉速控制裝置43係電性連結該驅動源14，用以控制該旋轉軸11之轉速；該流體控制裝置44係連結該導流結構15，用以控制該工作流體15A供入該流體供入通道151之流速。 藉此，當該放電裝置41對該導電接觸裝置13及該工件90供應放電能量，該放電能量係由數十伏特至數十千伏特之加工電壓，與數安培至數百安培之加工電流組成，則該導電件31與鄰近之該工件90之間產生放電，進而能對該工件90局部加熱(或加工)。 實務上，該導電接觸裝置13可為導電體組合結構。該放電裝置41對應該導電組合體結構，可為電刷結構，用以與該導電組合體結構組成轉動接觸之導電裝置。 該工作流體15A可為氮氣、氧氣、氦氣、氬氣、空氣等之氣體，或水、太古油、煤油等之液體或其中至少一者之流體所組成。 該導電件31係具有一導電座31A、一固定孔31B、一導電桿31C及複數個通孔31D。該導電座31A係設於相對應之該流體排出通道152內，並連通外界，該絕緣件32係介於該導電件31與該流體排出通道152之間，該固定孔31B係穿設於該導電座31A，供該導電桿31C(螺鎖)固定於該導電座31A，該複數個通孔31D係分別沿該固定孔31B的方向，穿設於該導電座31A，供該工作流體15A朝該導電件31與鄰近之該工件90之間排出。 該刀具部20可為矩形(參閱第7A圖)、三角形(參閱第7B圖)其中一者(或是多邊形)。 為了促進加熱（或加工）的效果，也可増加該工作端面311的加熱範圍。 該進刀控制裝置42可為線性馬達。 該工作間隙H(亦即第4圖之刀刃半徑R1減去工作半徑R2)係介於數十μm至十數mm之間。 在此要特別說明的部分是，傳統之難加工材料很多，通常在常溫時，其機械強度極高。但若將其加熱，則其機械強度逐漸下降，特別是加熱至攝氏600度以上時，則其機械強度(單位N/mm2
)會明顯下降，較便於進行(銑削)加工。 本發明針對這個部分，於鄰近該刀刃21之切削路徑上，設置該導電部30，而可在切削過程中，對該工件90進行加熱，該導電部30具有下列四種設置型態： [a] 設於上游型態：當該導電部30設於該刀刃21的旋轉方向之前(亦即該刀刃21之上游)，該旋轉軸部10可為三刀刃型，即每旋轉1/3圈即有該刀刃21出現。對該工件90上之某一切削點而言，每當該刀刃21靠近時，相對較上游的該導電部30會先抵達，此時，等於是先對即將切削的區域進行放電加熱(或加工)，只要該放電裝置41施加的放電能量夠大，即將切削的區域則可被加熱至所需之溫度(例如攝式600度以上)，由於該旋轉軸部10是不斷旋轉，所以對該工件90之加熱過程是一直重覆(持續)。 [b] 設於下游型態：當該導電部30設於該刀刃21的旋轉方向之後(例如第5及第6圖所示，亦即該刀刃21之下游)，該旋轉軸部10可為三刃型，即每旋轉1/3圈即有該刀刃21出現。對該工件90上之某一切削點而言，每當該刀刃21靠近時，相對較下游的該導電部30會在該刀刃21之後才抵達，然而，只要該放電裝置41施加的放電能量夠大，被切削過的區域即可被加熱(或加工)至所需之溫度(例如攝式600度以上)。由於該旋轉軸部10是不斷旋轉，此切削過的區域即是下一該刀刃21要切削的地方，所以同樣可達到前述上遊型態之相同功效及結果。 [c] 設於流體排出通道內型態：當設於該流體排出通道152內，係鄰近該刀刃21，同理，只要該放電裝置41施加的放電能量夠大，被切削過的區域即可被加熱(或加工)至所需之溫度(例如攝式600度以上)。由於該旋轉軸部10是不斷旋轉，同樣可達到前述型態之相同功效及結果，且該導流結構15可將工作流體15A排入該導電部21與鄰近之該工件90之間，而可提供放電加熱(或加工)所需之流體及促進加工効率。 [d] 混合型態：即同時設在上游、下游及流體排出通道內之型態，原理同前(恕不贅述)，但效果更佳。 本發明之使用範圍，可包括下銑之加工範圍。 本發明之優點及功效： [1] 設備成本較低。本發明於每一刀具部之前、之後，以及鄰近刀具部的位置，都可設置導電部，只要分別供電給導電部與工件，即可達成以導電部與工件之間形成放電，而提高工件將被切削之位置的溫度，使其結構強度下降而便於加工，而導電部可選用任何低價之可導電之結構材質，成本比雷射加熱之設備低。故，設備成本低。 [2] 切削加工延長刀具部壽命。本發明之導電部係與刀具部相鄰而設，並非朝工件與刀具部之間照射雷射光，可革除雷射光被切削刀具部、加工液及加工屑擋住的問題，因降低工件之結構強度，可減少刀具部損耗，而能延長刀具部壽命。故，切削加工延長刀具部壽命。 [3] 耗材式設計可不用更換整個旋轉軸。本發明之導電部及刀具部均為可拆裝之耗材式設計，一旦有損耗(例如導電部導電性變差、刀具部鈍化)，只要個別更換有損耗的導電部或是刀具部即可，並不用將整個旋轉軸完全更換(成本較高)。故，耗材式設計可不用更換整個旋轉軸。 以上僅是藉由較佳實施例詳細說明本發明，對於該實施例所做的任何簡單修改與變化，皆不脫離本發明之精神與範圍。
10‧‧‧旋轉軸部
11‧‧‧旋轉軸
111‧‧‧第一端
112‧‧‧第二端
113‧‧‧旋轉軸線
12‧‧‧刀具固定裝置
13‧‧‧導電接觸裝置
14‧‧‧驅動源
15‧‧‧導流結構
151‧‧‧流體供入通道
152‧‧‧流體排出通道
15A‧‧‧工作流體
20、82‧‧‧刀具部
21‧‧‧刀刃
30‧‧‧導電部
31‧‧‧導電件
311‧‧‧工作端面
31A‧‧‧導電座
31B‧‧‧固定孔
31C‧‧‧導電桿
31D‧‧‧通孔
32‧‧‧絕緣件
40‧‧‧中央控制部
41‧‧‧放電裝置
42‧‧‧進刀控制裝置
43‧‧‧轉速控制裝置
44‧‧‧流體控制裝置
70‧‧‧銑削加工裝置
71‧‧‧銑削刀具
81‧‧‧旋轉式工件
811‧‧‧外表面
812‧‧‧環狀側表面
831、832‧‧‧雷射
83A、83B‧‧‧雷射加溫裝置
84‧‧‧加工液
90‧‧‧工件
R1‧‧‧刀刃半徑
R2‧‧‧工作半徑
D‧‧‧進刀量
H‧‧‧工作間隙
L2‧‧‧第一曲線
L2‧‧‧第二曲線
L3‧‧‧第三曲線
L4‧‧‧第四曲線
11‧‧‧旋轉軸
111‧‧‧第一端
112‧‧‧第二端
113‧‧‧旋轉軸線
12‧‧‧刀具固定裝置
13‧‧‧導電接觸裝置
14‧‧‧驅動源
15‧‧‧導流結構
151‧‧‧流體供入通道
152‧‧‧流體排出通道
15A‧‧‧工作流體
20、82‧‧‧刀具部
21‧‧‧刀刃
30‧‧‧導電部
31‧‧‧導電件
311‧‧‧工作端面
31A‧‧‧導電座
31B‧‧‧固定孔
31C‧‧‧導電桿
31D‧‧‧通孔
32‧‧‧絕緣件
40‧‧‧中央控制部
41‧‧‧放電裝置
42‧‧‧進刀控制裝置
43‧‧‧轉速控制裝置
44‧‧‧流體控制裝置
70‧‧‧銑削加工裝置
71‧‧‧銑削刀具
81‧‧‧旋轉式工件
811‧‧‧外表面
812‧‧‧環狀側表面
831、832‧‧‧雷射
83A、83B‧‧‧雷射加溫裝置
84‧‧‧加工液
90‧‧‧工件
R1‧‧‧刀刃半徑
R2‧‧‧工作半徑
D‧‧‧進刀量
H‧‧‧工作間隙
L2‧‧‧第一曲線
L2‧‧‧第二曲線
L3‧‧‧第三曲線
L4‧‧‧第四曲線
第1圖係本發明之示意圖 第2A圖係第1圖之部分結構之放大之示意圖 第2B圖係第2A圖之加設流體排出通道之示意圖 第2C圖係本創作之加設導流結構之示意圖 第2D圖係第2C圖之ⅡD-ⅡD之示意圖 第2E圖係第2D圖之部分結構之立體放大圖 第3圖係本發明之導電部設於刀具部的旋轉方向之前之示意圖 第4圖係第3圖之部分結構之放大示意圖 第5圖係本發明之導電部設於刀具部的旋轉方向之後之示意圖 第6圖係第5圖之銑削過程之示意圖 第7A圖係本發明之刀具部之第一應用例之示意圖 第7B圖係本發明之刀具部之第二應用例之示意圖 第8圖係難加工材料於不同溫度之結構強度變化之曲線圖 第9圖係雷射輔助加熱之車削裝置之示意圖 第10圖係銑削加工裝置只能對工件表面加溫之示意圖 第11圖係銑削加工裝置無法加溫之死角之示意圖 第12圖係雷射光被銑削刀具擋住之示意圖 第13圖係雷射光被銑削之加工液(及加工屑)擋住之示意圖
Claims (6)
- 一種難加工材料之放電輔助切削加工裝置，係包括： 一旋轉軸部，係具有一旋轉軸、至少一刀具固定裝置、一導電接觸裝置、一驅動源及一導流結構；該旋轉軸具有一第一端、一第二端及一旋轉軸線，該至少一刀具固定裝置係設於該第一端；該驅動源係連接該第二端，用以驅動該旋轉軸部旋轉；該導流結構係貫穿而設於該旋轉軸內，並具有一流體供入通道及至少一流體排出通道；該流體供入通道係供一工作流體流入，該至少一流體排出通道係供該工作流體朝該導電部與鄰近之一工件之間排出，而可提供放電加熱所需之流體及促進加工効率； 至少一刀具部，係設於該至少一刀具固定裝置上，該每一刀具部係具有一刀刃，其與該旋轉軸線間之距離被定義為一刀刃半徑，且該刀刃進行切削加工時具有一進刀量； 至少一導電部，該每一導電部係包括一導電件及一絕緣件，該導電件具有一工作端面，其與該旋轉軸線間之距離被定義為一工作半徑，該刀刃半徑減去該工作半徑等於一工作間隙；該導電件之設置位置，係選自該刀具部旋轉方向之前、該刀具部的旋轉方向之後、該流體排出通道內其中至少一者； 當設於該刀具部的旋轉方向之前，該絕緣件係介於該導電件與該刀具部之間，且該工作間隙係大於該進刀量； 當設於該刀具部的旋轉方向之後，該絕緣件係設至少兩個，其中之一介於該刀具部與該導電件之間，其中之另一介於該導電件與該刀具固定裝置之間； 當設於該流體排出通道內，該絕緣件係介於該導電件與該流體排出通道之間； 一中央控制部，係具有一放電裝置、一進刀控制裝置、一轉速控制裝置及一流體控制裝置；該放電裝置係用以電性連結該導電接觸裝置及該工件；該進刀控制裝置係連結於該工件，用以控制該工件移動，進而控制該刀刃對該工件進行切削加工時之該進刀量；該轉速控制裝置係電性連結該驅動源，用以控制該旋轉軸之轉速；該流體控制裝置係連結該導流結構，用以控制該工作流體供入該流體供入通道之流速； 藉此，當該放電裝置對該導電接觸裝置及該工件供應放電能量，則該導電件與鄰近之該工件之間產生放電，進而能對該工件局部加熱。
- 如申請專利範圍第１項所述之難加工材料之放電輔助切削加工裝置，其中，該放電能量係由數十伏特至數十千伏特之加工電壓，與數安培至數百安培之加工電流組成。
- 如申請專利範圍第１項所述之難加工材料之放電輔助切削加工裝置，其中： 該導電接觸裝置係為導電組合體結構； 該放電裝置對應該導電組合體結構，而為電刷結構，用以與該導電組合體結構組成轉動接觸之導電裝置。
- 如申請專利範圍第１項所述之難加工材料之放電輔助切削加工裝置，其中，該進刀控制裝置係為線性馬達。
- 如申請專利範圍第１項所述之難加工材料之放電輔助切削加工裝置，其中，該工作流體係為氮氣、氧氣、氦氣、氬氣、空氣、水、太古油、煤油其中至少一者。
- 如申請專利範圍第１項所述之難加工材料之放電輔助切削加工裝置，其中，該導電件係具有一導電座、一固定孔、一導電桿及複數個通孔；該導電座係設於相對應之該流體排出通道內，並連通外界，該絕緣件係介於該導電件與該流體排出通道之間，該固定孔係穿設於該導電座，供該導電桿固定於該導電座，該複數個通孔係分別沿該固定孔的方向，穿設於該導電座，供該工作流體朝該導電部與鄰近之該工件之間排出。
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|---|---|---|---|
| TW105136040A TWI604905B (zh) | 2016-11-04 | 2016-11-04 | 難加工材料之放電輔助切削加工裝置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW105136040A TWI604905B (zh) | 2016-11-04 | 2016-11-04 | 難加工材料之放電輔助切削加工裝置 |
Publications (2)
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| TW201817523A true TW201817523A (zh) | 2018-05-16 |
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ID=61023069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW105136040A TWI604905B (zh) | 2016-11-04 | 2016-11-04 | 難加工材料之放電輔助切削加工裝置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWI604905B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN115302026A (zh) * | 2021-06-07 | 2022-11-08 | 湖南科技大学 | 放电铣削复合刀具的电极间隙自动补偿系统 |
| CN114523164B (zh) * | 2022-02-28 | 2023-07-25 | 常州工学院 | 一种带状零件表面电解机械复合加工装置 |
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| TW200824825A (en) * | 2006-12-15 | 2008-06-16 | Jia-Lung Kuo | Device and method for laser assisted electrical discharge machining |
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2016
- 2016-11-04 TW TW105136040A patent/TWI604905B/zh active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TWI604905B (zh) | 2017-11-11 |
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