CN201091948Y - 自导向复合材料管电极及其电火花深小孔加工装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自导向复合材料管电极及其电火花深小孔加工装置，该装置包括伺服进给主轴、工件夹头、自导向复合材料管电极、管电极安装座、工作台和外部导向器，伺服进给主轴与工件夹头连接，工件夹头将工件定心并夹紧，外部导向器联结板通过螺钉固定于工件上，外部导向器安装座通过螺杆和轴承套与外部导向器联结板固定连接，外部导向器与外部导向器安装座通过锥面定位并自锁；管电极安装座通过压板固定于工作台上，自导向复合材料管电极通过弹性定心夹头固定在管电极安装座上，管电极安装座的槽内设有O型密封圈。本实用新型可解决超级深小孔加工中存在的排残屑、散热、稳定性差和导向困难等问题，实现超级深小孔的加工。

Description

自导向复合材料管电极及其电火花深小孔加工装置

技术领域

本实用新型属于机械工程电火花加工技术领域，特别涉及一种自导向复合材料管电极及其电火花深小孔加工装置。

背景技术

尽管小孔加工的方法有很多，如激光加工、超声加工、高压水射流加工、机械振动钻削、束流电解加工(ECM)、电火花(EDM)和电火花与电解复合方法。以上方法对于常规深(长)径比较小的加工基本可以达到目的，但是对于较为特殊的材料或特别大的深径比的情况却难以实现。国内外所报道的多数都是采用电火花加工方法，配合压力工作液和外部导向的回转管电极来实现，但是对于深径比特大的极端情况，都存在以下共性的问题：如孔径扩大、呈现锥度、加工孔轴线弯曲、加工过程不稳定或无法继续等。

如，专利号为“98225298.6”、名称为“新型高速电火花深小孔加工用电极”的实用新型专利公开了电极的截面为非圆形(外部三棱形、内部圆孔)，使电极轴向形成导液排屑空间增大；其不足之处在于在加工中，仅采用外部导向，对于直径小而深的孔和较小的管电极时(如d≤1mm，深径比≥100时)，会造成电极孔内悬臂过长而刚性较差，加上电极回转离心力作用，必然使加工孔出口直径变大，形成较大的锥度误差。另一方面不足之处是其工艺实施中，工件在下、工具电极从上，孔的形成自上而下进行，在孔较深时，电火花加工产物(残渣、熔屑)不易从孔底部排除孔外。

英国Edinburgh大学采用电火花与电解相结合的复合工艺已加工出直径为1mm，深度达1000mm的超级深小孔，虽然技术水平很高，但由于其工艺和设备复杂，涉及电火花机和电解加工机两种设备，电解液对工件的后续影响和较高的处理要求，难于实用和投入生产。

发明内容

针对上述现有技术的不足之处，本实用新型的首要目的在于提供一种导向、稳定性与加工深度无关的电火花自导向复合材料管电极。采用该电极可解决超大深径比小孔(超级深小孔)加工中存在的排残屑、散热、稳定性差和导向困难等问题，实现超级深小孔的加工。

本实用新型的另一目的在于提供装有上述自导向复合材料管电极的电火花深小孔加工装置。

本实用新型的目的通过下述技术方案来实现：一种自导向复合材料管电极，包括铜管(8)和三爪式开槽橡胶层(11)，所述电火花自导向复合材料管电极的内部为铜管(8)，在铜管(8)上设有三爪式开槽橡胶层(11)，所述三爪式开槽橡胶层(11)为均匀分布的三条橡胶材料的齿爪，齿爪间呈120°均匀分布，齿爪间有三条空槽。

为了更好地实现本实用新型，所述铜管为黄铜管或紫铜管等，所述空槽为直形槽或螺旋形槽；所述螺旋形槽为三条橡胶材料的齿爪螺旋均布缠绕在铜管上。

装有上述自导向复合材料管电极的电火花深小孔加工装置，包括伺服进给主轴(1)、工件夹头(2)、自导向复合材料管电极、管电极安装座(5)、工作台(6)和外部导向器(9)，所述伺服进给主轴(1)与工件夹头(2)连接，工件夹头(2)将工件(10)定心并夹紧，外部导向器联结板(3)通过螺钉固定于工件(10)上，外部导向器安装座(4)与外部导向器联结板(3)连接，外部导向器(9)与外部导向器安装座(4)通过锥面定位并自锁；所述管电极安装座(5)通过压板固定于工作台(6)上，自导向复合材料管电极通过弹性定心夹头固定在管电极安装座(5)上，管电极安装座(5)的槽内设有O型密封圈(7)，通过O型密封圈(7)密封压力工作液。

所述外部导向器安装座(4)通过轴承套(12)与外部导向器联结板(3)固定连接。所述外部导向器(9)采用尼龙材料。

本实用新型具有如下特点：

①本实用新型基于电火花加工技术，采用仅靠电火花一种单纯工艺和设备，通过本实用新型制备的电火花自导向复合材料管电极来实现超级深小孔的加工，配合外部导向器导向，达到加工孔内部实现双重导向。通过自导向复合材料管电极达到加工孔内部导向、定位和稳定，实现超级深小孔的加工。外部导向器具有吸振和导向双重作用；内部橡胶层具有稳定、吸振作用。自导向复合材料管电极和工件都不作回转运动，仅自导向复合材料管电极随电火花机床主轴部件作轴向伺服进给相对运动。采用该管电极将更具灵活性、万能性并提高效率和质量。

②本实用新型采用“工件倒置安装”即工件在上并随伺服进给机构向下进给、自导向复合材料管电极在下静止安装工作台夹具上，适当工作液易于从加工区流出，带走残屑、熔渣及热量。不仅解决超级深小孔加工难题，更能有效地应用于其他深小孔加工，提高加工精度和效率。

③本实用新型自导向复合材料管电极，一方面，解决了压力大于5MPa的电火花工作液(去离子水)在超长毛细管内的流动问题，即工作液进入加工区的问题；另一方面，使加工区工作液及电火花热熔残屑易于从管电极外侧和加工孔形成的间隙中排除。

④外部导向器与工件随动，回避了机床设备各活动间之间的运动误差，管电极或加工都不回转、避免回转离心力使得电极变弯及振动出现。

⑤独立的中高压供液系统，压力随加工深度的增加而可以增大，补偿工作液流程损失。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)自导向复合材料管电极由铜管和三爪式开槽橡胶层构成，橡胶层能楔入加工间隙之中，使得铜管能准确定心，并在进给运动中起到导向作用，齿爪间空槽作为加工区介质和熔渣排通回路，根本解决外部导向细小管电极随加工深度增加而刚性不足的问题。

(2)内部导向必须与外部导向结合使用。只要能提供足够长的自导向复合材料管电极，加工深度几乎不受限制，这是自导向管电极的成功之处，但是随着深度的增加，介质的更新逐渐变难，客观要求增大介质压力值。

(3)本实用新型采用“工件倒置安装”方式。该方式使去离子水热容量大散热效果较好，流动阻力小，有助于深小孔加工介质的及时更新和循环过滤。

(4)本实用新型的电极装置，可以稳定加工出，直径小于1mm，深度超过1000mm的深小孔，长径比超过1000，在加工深度较大时，供液压力需要增大。

附图说明

图1是电火花深小孔加工装置示意图。

图2是自导向复合材料管电极结构示意图。

图3是图2的A-A放大图。

图4是通用电火花机床开度延伸方案示意图。

图5是螺旋形槽式自导向复合材料管电极图。

其中：1-伺服进给主轴；2-工件夹头；3-外部导向器联结板；4-外部导向器安装座；5-管电极安装座；6-工作台；7-O型密封圈；8-铜管；9-外部导向器；10-工件；11-三爪式开槽橡胶层；12-轴承套；32-Z型开度延伸支架；13-机床原有夹头；a-延伸后的工作开度(1300mm)；b-机床原来开度(300mm)。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

如图2、图3所示，一种自导向复合材料管电极包括复合管电极黄铜管8和三爪式开槽橡胶层11，电火花自导向复合材料管电极的内部为黄铜管8，在复合材料管电极的黄铜管8上设有三爪式开槽橡胶层11，三爪式开槽橡胶层11为均匀分布的三条橡胶材料的齿爪，齿爪间呈120°均匀分布，齿爪间有三条空槽，空槽为直形槽。齿爪径向厚度比加工间隙大0.1～0.3mm左右。

如图1所示，装有上述自导向复合材料管电极的电火花深小孔加工装置，包括伺服进给主轴1、工件夹头2、外部导向器联结板3、自导向复合材料管电极、外部导向器安装座4、管电极安装座5、工作台6和外部导向器9，伺服进给主轴1与工件夹头2连接，伺服进给主轴1上的工件夹头2将工件10定心并夹紧，外部导向器联结板3通过螺钉固定于工件10上，外部导向器安装座4通过螺杆和轴承套12与外部导向器联结板3固定，外部导向器9(即外部尼龙材料导向器9)与外部导向器安装座4通过锥面定位并自锁。管电极安装座5通过压板固定于工作台6上，自导向复合材料管电极通过弹性定心夹头固定在管电极安装座5上，管电极安装座5的槽内设有O型密封圈7，并通过O型密封圈7密封压力工作液；自导向复合材料管电极的齿爪外圆表面与外部尼龙材料导向器9内孔形成间隙配合。加工时，伺服进给主轴1、工件夹头2、外部导向器联结板3、外部导向器安装座4、外部尼龙材料导向器9固定于一体的组件随伺服进给主轴1作上下伺服进给(F)，而外部尼龙材料导向器9内孔对下面静止不动的自导向复合材料管电极导向，加工到一定深度后，三爪式开槽橡胶层11进入已加工孔内，实现内部导向和稳定作用。去离子水工作液从介质入口进入管电极安装座5，流经自导向复合材料管电极的内孔，进入端头火花放电区域，提供放电条件，带走加工产物，从三爪式开槽橡胶层11的三个空槽流出，回到工作台面，流入回收冷却槽，再经过滤、中高压泵系统重新进入介质入口而循环。

在加工中，三爪式开槽橡胶层11随复合材料管电极的黄铜管8一起进给，外表面受到一定的压缩使其外表面与已加工孔内表面紧贴，使复合管电极黄铜管8始终处于已加工孔中心，起到对复合管电极黄铜管8定心、导向和稳定作用。加工中在电火花的高温作用下，三爪式开槽橡胶层11与复合管电极黄铜管8一道被熔化成为熔渣，随同工件10的熔渣一起通过三条空槽向下顺流，进入介质循环过滤系统。可见，这种内部管电极导向的刚度与加工深度无关。三爪式开槽橡胶层11的另一个作用是可以消除复合材料管电极黄铜管8内介质流动带来的振动和抖动，消除两电极短路的可能性。由于黄铜管8很长，为防止轴向进给电极变弯，尼龙材料外部导向器9也是必不可少的。

如图4所示，多数的通用电火花机床开度受限(200～400mm)，不能直接用于超大深径比深小孔加工，图示方案可以实现较大的开度。在机床原有夹头13夹持Z型开度延伸支架32，支架32的上端再放置工件夹头2，这样工作开度根据需要制作Z型开度延伸支架32就可以保证了，Z型开度延伸支架32拆除后不影响机床原有性能指标。主轴进给行程长度不会改变。

如图5所示，螺旋形槽式自导向复合材料管电极图。在铜管8上设有三爪式开槽橡胶层11，三爪式开槽橡胶层11为均匀分布的三条橡胶材料的齿爪，齿爪间呈120°均匀分布，齿爪间有三条空槽。空槽为螺旋形槽即三条橡胶材料的齿爪螺旋均布缠绕在铜管上。所述铜管为紫铜管。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种自导向复合材料管电极，其特征在于：所述自导向复合材料管电极包括铜管(8)和三爪式开槽橡胶层(11)，所述电火花自导向复合材料管电极的内部为铜管(8)，在铜管(8)上设有三爪式开槽橡胶层(11)，所述三爪式开槽橡胶层(11)为均匀分布的三条橡胶材料的齿爪，齿爪间呈120°均匀分布，齿爪间有三条空槽。

2.根据权利要求1所述的一种自导向复合材料管电极，其特征在于：所述铜管为黄铜管或紫铜管。

3.根据权利要求1所述的一种自导向复合材料管电极，其特征在于：所述空槽为直形槽或螺旋形槽。

4.一种装有权利要求1所述自导向复合材料管电极的电火花深小孔加工装置，其特征在于：所述电火花深小孔加工装置包括伺服进给主轴(1)、工件夹头(2)、自导向复合材料管电极、管电极安装座(5)、工作台(6)和外部导向器(9)，所述伺服进给主轴(1)与工件夹头(2)连接，工件夹头(2)将工件(10)定心并夹紧，外部导向器联结板(3)通过螺钉固定于工件(10)上，外部导向器安装座(4)与外部导向器联结板(3)连接，外部导向器(9)与外部导向器安装座(4)通过锥面定位并自锁；所述管电极安装座(5)通过压板固定于工作台(6)上，自导向复合材料管电极通过弹性定心夹头固定在管电极安装座(5)上，管电极安装座(5)的槽内设有O型密封圈(7)。

5.根据权利要求4所述的电火花深小孔加工装置，其特征在于：所述外部导向器安装座(4)通过轴承套(12)与外部导向器联结板(3)固定连接。

6.根据权利要求4所述的电火花深小孔加工装置，其特征在于：所述外部导向器(9)采用尼龙材料。

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