一種微細工具電極在位制備與修整裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種微細工具電極在位制備與修整裝置，所述的裝置的基座安裝在微細電加工機床上，車削單元、自動送絲與收絲單元、張力控制與導向單元、放電磨削單元分別固定在基座上，微細工具電極固定安裝于機床主軸上，機床的X軸、Y軸、Z軸的聯動能夠控制微細工具電極的運動；車削單元用于微細工具電極的在位車削成形或粗成形；自動送絲與收絲單元控制線電極的自動送絲與收絲；張力控制與導向單元控制線電極的張力與走絲軌跡，使線電極導入放電磨削單元中，放電磨削單元用于微細工具電極在位精密放電磨削成形或修整。
【專利說明】
一種微細工具電極在位制備與修整裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于微細電加工領域，具體涉及一種集圓柱形、圓錐形、螺旋狀等多種形狀微細工具電極快速車削粗成形與線電極電火花磨削精密成形與修整于一體的微細工具電極在位制備與修整裝置。
【背景技術】
[0002]微細電加工的工藝方法和原理要求有高精度的微細工具電極，工具電極尺寸和精度很大程度上決定了微細電加工所能達到的尺寸和精度。同時，在微細電加工過程中，工具電極存在明顯的損耗，需要不斷對工具電極進行修整(工具電極的修整時間可達總制造周期的50%以上)，這成為影響綜合加工效率的重要因素。并且隨著微細三維結構加工需求的增加，對于具有一定截面形狀(如圓柱形、圓錐形、螺旋狀等)的異形電極的需求也愈來愈強烈。采用傳統的切削、磨削等機械方式離線制作，能夠得到微細圓柱狀的工具電極，但尺寸精度與形狀精度的控制比較困難，并且二次裝夾在機床主軸上時，不可避免的會產生微細電極與工作臺面間的垂直度誤差和回轉精度誤差。而采用線電極電火花磨削方式可實現微細工具電極的高質量在位制備與修整，但也存在加工效率低下的局限性，并且制作圓錐形、螺旋狀等微細異形電極時對于機床的要求高，適應性差。對于精度與質量要求高、加工特征尺寸小、截面形狀多樣的微細工具電極的制作，現有的加工裝置存在精度較低或效率低下、加工成本高等缺點，已不能適應目前微細電加工中經常需要在位精密高效制備與修整多種形狀微細工具電極的需求。
【發明內容】
[0003]本實用新型要解決的技術問題是提供一種微細工具電極在位制備與修整裝置，采用本實用新型，能夠解決目前微細電加工中圓柱形、圓錐形、螺旋狀等多種形狀微細工具電極在位精密、高效制備難題。
[0004]本實用新型的微細工具電極在位制備與修整裝置，含有基座、車削單元、自動送絲與收絲單元、張力控制與導向單元、放電磨削單元;基座安裝在微細電加工機床上，包括基板與固定在基板上的大理石板支座，基座用于為其它部分提供支撐以及吸收和隔離外界的振動;車削單元、自動送絲與收絲單元、張力控制與導向單元、放電磨削單元分別固定在基座上，微細工具電極固定安裝于機床主軸上，機床的X軸、Y軸、Z軸的聯動能夠控制微細工具電極的運動；車削單元用于微細工具電極的車削成形或粗成形；自動送絲與收絲單元控制線電極的自動送絲與收絲;張力控制與導向單元控制線電極的張力與走絲軌跡，使線電極導入放電磨削單元中，放電磨削單元用于微細工具電極精密放電磨削成形或修整。
[0005]所述的車削單元含有車刀、車刀架;車刀架固定在大理石板支座上，車刀固定在車刀架上。
[0006]所述的自動送絲與收絲單元含有送絲單元和收絲單元;送絲單元含有軸端擋板、儲絲輪、彈性壓緊裝置、防松螺母、儲絲輪軸;儲絲輪軸通過與大理石板支座上孔的過盈配合固定在大理石板支座上，儲絲輪安裝在儲絲輪軸上，背靠軸端擋板，繞儲絲輪軸轉動，彈性壓緊裝置與防松螺母確定儲絲輪的軸向位置，與張力控制與導向單元的配合，提供電極絲張力使電極絲繃緊;收絲單元含有緊固螺釘、支座、軸端緊固螺釘、步進電機、收絲輪，步進電機通過支座與緊固螺釘固定在大理石板支座上，收絲輪通過軸端緊固螺釘安裝在步進電機的轉軸上，電極絲由儲絲輪弓I出，經過張力控制與導向單元控制電極絲走絲路徑，使電極絲經過放電磨削單元后回收到收絲輪上，由步進電機驅動安裝在步進電機轉軸上的收絲輪旋轉，帶動線電極走絲，電極絲帶動與之配合的儲絲輪旋轉，完成自動送絲、收絲過程。
[0007]所述的張力控制與導向單元含有第一導絲輪、定位桿、第二導絲輪、拉力調節輪、磁阻力器、定位軸、彈性壓緊裝置、導絲氈圈、第三導絲輪、第四導絲輪；電極絲纏繞在拉力調節輪上，拉力調節輪安裝在磁阻力器上，磁阻力器置于基板與大理石板支座之間，定位軸固定在大理石板支座上，導絲氈圈安裝在定位軸上，繞定位軸轉動，彈性壓緊裝置確定導絲氈圈的軸向位置，第一導絲輪安裝在定位桿上，通過定位桿的轉動調節第一導絲輪的位置，將電極絲導入收絲輪中，定位桿安裝在大理石板支座上，電極絲由儲絲輪引出，通過第二導絲輪，水平進入拉力調節輪，經過拉力調節輪后進入導絲氈圈，之后經過第三導絲輪導向進入放電磨削單元，通過放電磨削單元后由第四導絲輪與第一導絲輪導向進入收絲輪。
[0008]所述的放電磨削單元為圓柱電極放電磨削單元或錐面電極放電磨削單元。
[0009]所述的圓柱電極放電磨削單元含有右支座、第一導向塊、第一導絲頭、第二導絲頭、第二導向塊、左支座、螺桿、接電螺栓;右支座、左支座分別固定在大理石板支座上，螺桿水平放置，兩端分別與右支座、左支座上的孔進行過度配合，繞軸線轉動，第一導向塊、第二導向塊中間部分分別有旋向相反的螺紋孔，與螺桿上對應的旋向相反的外螺紋配合，旋轉螺桿調節兩導向塊之間的水平距離，固定第一導向塊、第二導向塊位置，第一導絲頭、第二導絲頭分別固定在第一導向塊、第二導向塊上，電極絲沿第一導絲頭、第二導絲頭上的微槽在水平面內走絲。
[0010]所述的錐面電極放電磨削單元含有支座、定位銷、旋轉臺、第一導絲柱、第二導絲柱;支座固定在大理石板支座上，旋轉臺通過定位銷貼附在支座上，定位銷與支座之間采用過盈配合聯接，定位銷與旋轉臺之間采用過渡配合聯接，第一導絲柱、第二導絲柱緊固在旋轉臺上，調整好旋轉臺角度位置后，將旋轉臺固定在支座上，電極絲在第一導絲柱和第二導絲柱間走絲。
[0011]本實用新型的微細工具電極在位制備與修整裝置的具體工作原理如下:車削單元通過固定在大理石板支座上的車刀與機床主軸旋轉運動及X、Y、Z軸進給運動的相配合，實現對圓柱形微細工具電極快速車削成形，或者實現微細工具電極的粗成形，減小后續工具電極制備與修整的加工余量。自動送絲與收絲單元為線電極電火花磨削加工提供恒速自動供絲的功能，由步進電機提供驅動力并調節走絲速度，通過直接安裝在步進電機轉軸上的收絲輪旋轉帶動線電極走絲，從而帶動與之配合的儲絲輪旋轉實現自動供絲。張力控制與導向單元實現線電極的恒張力控制與導向功能，通過張力調節輪調節線電極張力的大小以提高走絲穩定性，通過導向輪改變線電極的走絲路徑，使線電極由儲絲輪進入放電磨削單元參與放電加工，之后直接進入收絲輪。放電磨削單元分為圓柱電極放電磨削單元與錐面電極放電磨削單元，兩種裝置安裝在大理石板支座上，可便攜更換。圓柱電極放電磨削單元主要用于加工圓柱形微細工具電極，線電極沿著調整間距的兩個導絲頭在水平面內恒速走絲，放電加工區域位于兩導絲頭之間，結合機床主軸的旋轉運動與Χ、γ、ζ軸的進給運動，實現小直徑、幾乎沒有錐度的微細圓柱形工具電極的精密成形與修整。錐面電極放電磨削單元主要用于加工圓錐形、螺旋狀、帶螺旋槽結構型等形狀特征的微細工具電極，線電極沿著兩導向柱恒速走絲，放電加工區域位于兩導絲柱之間，兩導絲柱安裝固定在高精度的旋轉臺上，通過旋轉臺的旋轉，靈活調整線電極與待加工工具電極之間的角度，結合機床主軸的旋轉運動與x、Y、z軸的進給運動，實現圓錐形、螺旋狀、帶螺旋槽結構型等形狀特征的微細工具電極精密成形與修整。
[0012]本實用新型的特點是:
[0013](I)車割一體:結合車削工藝與線電極電火花磨削工藝，通過車削快速實現微細工具電極的在位粗成形，通過微細電極絲實現微細工具電極電火花放電磨削在位精密修整，從而實現提高加工效率的同時兼顧加工質量；
[0014](2)結構緊湊小巧:采用小巧的導向單元，結構布置緊湊，整體外形尺寸小，作為附件安裝在微細電加工機床上；
[0015](3)多功能:采用可便攜更換的放電磨削單元，實現圓柱形、圓錐形、螺旋狀等多種形狀工具電極的在位精密制備與修整。
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的裝置的總體結構主視圖；
[0017]圖2是本實用新型的裝置的總體結構俯視圖；
[0018]圖3是本實用新型的裝置的局部結構主視圖；
[0019]圖4是本實用新型的裝置的局部結構俯視圖；
[0020]圖5是本實用新型的裝置的圓柱電極放電磨削單元的結構示意圖；
[0021 ]圖6是本實用新型的裝置的錐面電極放電磨削單元的結構示意圖；
[0022]圖中1.基座2.車削單元3.自動送絲與收絲單元4.張力控制與導向單元5.放電磨削單元6.基板7.緊固螺釘8.大理石板支座9.車刀10.緊固螺釘11.緊固螺釘12.支座13.軸端緊固螺釘14.第一導絲輪15.定位桿16.緊固螺釘17.軸端擋板18.儲絲輪19.彈性壓緊裝置20.防松螺母21.儲絲輪軸22.第二導絲輪23.拉力調節輪24.磁阻力器25.定位軸26.彈性壓緊裝置27.導絲氈圈28.第三導絲輪29.車刀架30.緊固螺釘31.第四導絲輪32.步進電機33.收絲輪34.緊固螺釘35.右支座36.緊固螺釘37.第一導向塊38.緊固螺釘39.第一導絲頭40.第二導絲頭41.緊固螺釘42.第二導向塊43.左支座44.緊固螺釘45.緊定螺釘46.螺桿47.緊定螺釘48.接電螺栓49.支座50.緊固螺釘51.定位銷52.緊固螺釘53.旋轉臺54.第一導絲柱55.墊圈56.螺釘57.第二導絲柱。
【具體實施方式】
[0023]如圖1、圖2所示，本實用新型的裝置包括基座1、車削單元2、自動送絲與收絲單元
3、張力控制與導向單元4、放電磨削單元5 ο車削單元2有多種型號的車刀，尺寸相同，針對的待加工電極材料不同，車刀安裝在基座I上，實現圓柱形微細工具電極在位快速車削成形，或者實現微細工具電極的在位粗成形。電極絲通過自動送絲與收絲單元3、張力控制與導向單元4提供恒速恒張力控制，為放電磨削單元5連續供絲，通過放電磨削單元5中導絲部分間距或角度的調整，獲得電極絲相對待加工電極放電角度位置的調整，實現圓柱形、圓錐形、螺旋狀等多種形狀的微細工具電極在位精密成形與修整。
[0024]參照圖1、圖3、圖4，基座I包括基板6、緊固螺釘7、大理石板支座8，大理石板支座8通過緊固螺釘7固定在基板6上，基板6通過螺釘固定在微細電加工機床上，方便拆卸。基座I為其它單元提供支撐，并起到一定的吸收和隔離外界振動和機床Z軸電機及主軸電機振動的作用，有利于運絲系統的穩定。車削單元2含有車刀9、緊固螺釘10、車刀架29、緊固螺釘30，車刀架29通過緊固螺釘30固定在大理石板支座8上，車刀9通過緊固螺釘10固定在車刀架29上。工具電極安裝在機床主軸上。針對不同的待加工電極材料，車刀9有多種不同的型號，與之配合的車刀架29也有多種型號，通過與機床主軸旋轉運動及X、Y、Z軸進給運動的相配合，實現對圓柱形微細工具電極快速車削成形或微細工具電極的快速粗成形。自動送絲與收絲單元3分為送絲單元和收絲單元:送絲單元含有軸端擋板17、儲絲輪18、彈性壓緊裝置19、防松螺母20、儲絲輪軸21，收絲單元含有緊固螺釘11、支座12、軸端緊固螺釘13、步進電機32、收絲輪33;張力控制與導向單元4含有第一導絲輪14、定位桿15、緊固螺釘16、第二導絲輪22、拉力調節輪23、磁阻力器24、定位軸25、彈性壓緊裝置26、導絲氈圈27、第三導絲輪28、第四導絲輪31。儲絲輪軸21通過與大理石板支座8上孔的過盈配合固定在大理石板支座8上，儲絲輪18安裝在儲絲輪軸21上，背靠軸端擋板17，繞儲絲輪軸21轉動。通過彈性壓緊裝置19與防松螺母20確定儲絲輪18的軸向位置，增大摩擦阻力，與張力控制與導向單元4的配合，為電極絲提供張力使電極絲繃緊。步進電機32通過支座12與緊固螺釘11固定在大理石板支座8上，收絲輪33通過軸端緊固螺釘13安裝在步進電機32的轉軸上。電極絲由儲絲輪18引出，張力控制與導向單元4控制電極絲走絲路徑，使電極絲經過放電磨削單元5后回收到收絲輪33上。由步進電機32驅動安裝在步進電機轉軸上的收絲輪33旋轉，帶動線電極走絲，電極絲帶動與之配合的儲絲輪18旋轉實現自動收絲與送絲的功能。
[0025]參照圖2、圖3、圖4，電極絲纏繞在拉力調節輪23上，拉力調節輪23安裝在磁阻力器24上，磁阻力器24置于基板6與大理石板支座8之間，通過調節磁阻力器24上阻力大小實現電極絲張力大小的調整。定位軸25通過螺紋連接固定在大理石板支座8上，導絲氈圈27安裝在定位軸25上，繞定位軸25轉動，通過彈性壓緊裝置26確定導絲氈圈27的軸向位置，并增大電極絲與氈圈之間的摩擦力，防止加工過程突然斷絲時產生飛絲現象。第一導絲輪14安裝在定位桿15上，通過定位桿15的轉動調節第一導絲輪14的位置，使電極絲導入收絲輪33中。調整好位置后，通過緊固螺釘16將定位桿15固定在大理石板支座上。電極絲由儲絲輪18引出，通過第二導絲輪22調節，水平進入拉力調節輪23，經過拉力調節輪23調節張力后進入導絲氈圈27，之后經過第三導絲輪28導向進入放電磨削單元5，通過放電磨削單元5后由第四導絲輪31與第一導絲輪14導向進入收絲輪33，實現張力控制與走絲路徑調整功能。
[0026]參照圖3、圖4、圖5，圓柱電極放電磨削單元包括緊固螺釘34、右支座35、緊固螺釘36、第一導向塊37、緊固螺釘38、第一導絲頭39、第二導絲頭39、緊固螺釘41、第二導向塊42、左支座43、緊固螺釘44、緊定螺釘45、螺桿46、緊定螺釘47、接電螺栓48。右支座35、左支座43分別通過緊固螺釘34與緊固螺釘36、緊固螺釘44固定在大理石板支座8上。螺桿46水平放置，兩端分別與右支座35、左支座43上的孔進行過度配合，繞軸線轉動。第一導向塊37、第二導向塊42中間部分分別有旋向相反的螺紋孔，與螺桿46上對應的旋向相反的外螺紋配合，旋轉螺桿46調節兩導向塊之間的水平距離。調整好兩導向塊位置后，分別通過緊定螺釘47、緊定螺釘45固定第一導向塊37、第二導向塊42。第一導絲頭39、第二導絲頭40分別通過緊固螺釘38、緊固螺釘41固定在第一導向塊37、第二導向塊42上。電極絲沿第一導絲頭39、第二導絲頭40上的微槽在水平面內走絲，放電位置位于兩導絲頭之間的電極絲懸空部分，電極絲長期在第一導絲頭39、第二導絲頭40上的微槽滑動，會使導絲頭磨損，方便更換導絲頭，保證走絲精度。根據加工需求，通過調節第一導向塊37與第二導向塊42之間的水平距離實現調節電極絲放電懸空部分的長度，減小電極絲振動，提高走絲穩定性，實現小直徑、幾乎沒有錐度的微細圓柱形工具電極的精密成形與修整。
[0027]參照圖3、圖4、圖6，錐面電極放電磨削單元包括支座49、緊固螺釘50、定位銷51、緊固螺釘52、旋轉臺53、第一導絲頭54、墊圈55、螺釘56、第二導絲頭57。支座49通過緊固螺釘50與緊固螺釘52固定在大理石板支座8上，便于裝卸。旋轉臺53通過定位銷51貼附在支座49上，定位銷51與支座48之間采用過盈配合聯接，定位銷51與旋轉臺53之間采用過渡配合聯接，即實現旋轉臺53的高精度定位，也方便實現旋轉臺53的旋轉，第一導絲頭54、導絲柱55采用螺紋連接的方式緊固在旋轉臺53上。調整好旋轉臺53角度位置后，采用墊圈55與螺釘56將旋轉臺53固定在支座49上。電極絲在第一導絲頭54和第二導絲頭57間走絲并實現對待加工電極的放電加工，通過旋轉臺53的高精度旋轉，實現電極絲與待加工工件之間的角度位置的精確調整，從而實現圓錐形、螺旋狀等形狀的微細工具電極的精密成形與修整。
【主權項】
1.一種微細工具電極在位制備與修整裝置，其特征在于:所述的裝置含有基座(I)、車削單元(2)、自動送絲與收絲單元(3)、張力控制與導向單元(4)、放電磨削單元(5);基座(I)安裝在微細電加工機床上，包括基板(6)與固定在基板(6)上的大理石板支座(8)，基座(I)用于為其它部分提供支撐以及吸收和隔離外界的振動;車削單元(2)、自動送絲與收絲單元(3)、張力控制與導向單元(4)、放電磨削單元(5)分別固定在基座(I)上，微細工具電極固定安裝于機床主軸上，機床的X軸、Y軸、Z軸的聯動能夠控制微細工具電極的運動；車削單元(2)用于微細工具電極的在位車削成形或粗成形；自動送絲與收絲單元(3)控制線電極的自動送絲與收絲;張力控制與導向單元(4)控制線電極的張力與走絲軌跡，使線電極導入放電磨削單元(5 )中，放電磨削單元(5 )用于微細工具電極在位精密放電磨削成形或修整。2.根據權利要求1所述的一種微細工具電極在位制備與修整裝置，其特征在于:所述的車削單元(2)含有車刀(9)、車刀架(29);車刀架(29)固定在大理石板支座(8)上，車刀(9)固定在車刀架(29)上。3.根據權利要求1所述的一種微細工具電極在位制備與修整裝置，其特征在于:所述的自動送絲與收絲單元(3)含有送絲單元和收絲單元;送絲單元含有軸端擋板(17)、儲絲輪(18)、彈性壓緊裝置(19)、防松螺母(20)、儲絲輪軸(21);儲絲輪軸(21)通過與大理石板支座(8)上孔的過盈配合固定在大理石板支座(8)上，儲絲輪(18)安裝在儲絲輪軸(21)上，背靠軸端擋板(17)，繞儲絲輪軸(21)轉動，彈性壓緊裝置(19)與防松螺母(20)確定儲絲輪(18)的軸向位置，與張力控制與導向單元(4)的配合，提供電極絲張力使電極絲繃緊;收絲單元含有緊固螺釘(11)、支座(12)、軸端緊固螺釘(13)、步進電機(32)、收絲輪(33)，步進電機(32)通過支座(12)與緊固螺釘(11)固定在大理石板支座(8)上，收絲輪(33)通過軸端緊固螺釘(13)安裝在步進電機(32)的轉軸上，電極絲由儲絲輪(18)引出，經過張力控制與導向單元(4)控制電極絲走絲路徑，使電極絲經過放電磨削單元(5)后回收到收絲輪(33)上，由步進電機(32)驅動安裝在步進電機轉軸上的收絲輪(33)旋轉，帶動線電極走絲，電極絲帶動與之配合的儲絲輪(18)旋轉，完成自動送絲、收絲過程。4.根據權利要求1所述的一種微細工具電極在位制備與修整裝置，其特征在于:所述的張力控制與導向單元(4)含有第一導絲輪(14)、定位桿(15)、第二導絲輪(22)、拉力調節輪(23)、磁阻力器(24)、定位軸(25)、彈性壓緊裝置(26)、導絲氈圈(27)、第三導絲輪(28)、第四導絲輪(31);電極絲纏繞在拉力調節輪(23)上，拉力調節輪(23)安裝在磁阻力器(24)上，磁阻力器(24)置于基板(6)與大理石板支座(8)之間，定位軸(25)固定在大理石板支座(8)上，導絲氈圈(27)安裝在定位軸(25)上，繞定位軸(25)轉動，彈性壓緊裝置(26)確定導絲氈圈(27)的軸向位置，第一導絲輪(14)安裝在定位桿(15)上，通過定位桿(15)的轉動調節第一導絲輪(14)的位置，將電極絲導入收絲輪(33)中，定位桿(15)安裝在大理石板支座上，電極絲由儲絲輪(18)引出，通過第二導絲輪(22)，水平進入拉力調節輪(23)，經過拉力調節輪(23)后進入導絲氈圈(27)，之后經過第三導絲輪(28)導向進入放電磨削單元(5)，通過放電磨削單元(5)后由第四導絲輪(31)與第一導絲輪(14)導向進入收絲輪(33)。5.根據權利要求1所述的一種微細工具電極在位制備與修整裝置，其特征在于:所述的放電磨削單元(5 )為圓柱電極放電磨削單元或錐面電極放電磨削單元。6.根據權利要求5所述的一種微細工具電極在位制備與修整裝置，其特征在于:所述的圓柱電極放電磨削單元含有右支座(35)、第一導向塊(37)、第一導絲頭(39)、第二導絲頭(40)、第二導向塊(42)、左支座(43)、螺桿(46)、接電螺栓(48);右支座(35)、左支座(43)分別固定在大理石板支座(8)上，螺桿(46)水平放置，兩端分別與右支座(35)、左支座(43)上的孔進行過度配合，繞軸線轉動，第一導向塊(37)、第二導向塊(42)中間部分分別有旋向相反的螺紋孔，與螺桿(46)上對應的旋向相反的外螺紋配合，旋轉螺桿(46)調節兩導向塊之間的水平距離，固定第一導向塊(37)、第二導向塊(42)位置，第一導絲頭(39)、第二導絲頭(40)分別固定在第一導向塊(37)、第二導向塊(42)上，電極絲沿第一導絲頭(39)、第二導絲頭(40)上的微槽在水平面內走絲。7.根據權利要求5所述的一種微細工具電極在位制備與修整裝置，其特征在于:所述的錐面電極放電磨削單元含有支座(49)、定位銷(51)、旋轉臺(53)、第一導絲柱(54)、第二導絲柱(57);支座(49)固定在大理石板支座(8)上，旋轉臺(53)通過定位銷(51)貼附在支座(49)上，定位銷(51)與支座(49)之間采用過盈配合聯接，定位銷(51)與旋轉臺(53)之間采用過渡配合聯接，第一導絲柱(54)、第二導絲柱(57)緊固在旋轉臺(53)上，調整好旋轉臺(53)角度位置后，將旋轉臺(53)固定在支座(49)上，電極絲在第一導絲柱(54)和第二導絲柱(57)間走絲。
【文檔編號】B23H5/04GK205614147SQ201620332198
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年4月20日
【發明人】吳祉群, 張勇斌, 柯瑞, 楊正杰, 何建國, 張連新, 張明君, 王新寬
【申請人】中國工程物理研究院機械制造工藝研究所