用于多微細孔電火花脈沖放電同步旋轉加工的夾具裝置的制作方法

本發明涉及一種用于多微細孔電火花脈沖放電同步旋轉加工的夾具裝置，屬于特種加工設備技術領域。

背景技術：

微細孔廣泛地應用于發動機、航空航天、醫療器械、微電子、精密機械、模具等領域，常作為發動機的噴油霧化孔，噴絲板的噴絲孔，電板的沖液孔，發動機葉片、缸體的散熱孔，閥體的油路孔或氣路孔等。由于使用微細孔的材料多為高強度、高硬度難加工材料，如耐熱鋼、不銹鋼、硬質合金、金剛石等，而且要求達到一定的孔深，使得微細孔加工成為孔加工中最困難的工藝之一。

電火花微放電加工法在微細孔加工方面具有一定的技術優勢：(1)任何導電性材料均可加工，不受強度和硬度限制；(2)基本不存在切削力，對工具的強度和剛度要求較低；因此，在實際生產中，導電性難加工材料的微細孔加工較多采用電火花微放電加工技術。

目前，實際使用的微細孔加工專機設備只有一個工具電極，存在加工效率低的缺點。如果增加工具電極數量，實現多電極同步加工多個微細孔，則可以成倍地提高加工效率。目前由一塊電極材料蝕刻而成的群電極在加工陣列微細孔研究方面取得了一定成果，但是群電極制作困難，而且存在兩方面的技術缺陷：一是電極之間無法電絕緣，其中某個電極短路時集中能量放電將造成該短路微細電極的燒毀；二是群電極無法旋轉，排屑效果較差，加工孔的深度有限。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發明提供一種用于多微細孔電火花脈沖放電同步旋轉加工的工具電極夾具裝置，根據加工微細孔的位置夾具盤上安裝多個工具電極夾具，絕緣夾持工具電極并同步旋轉，利用特制脈沖電源和伺服系統控制即可實現多微細孔的電火花獨立電火花脈沖放電同步旋轉加工，數倍地提高加工效率。

本發明的技術方案如下：

一種用于多微細孔電火花脈沖放電同步旋轉加工的夾具裝置，包括夾具盤、電刷盤、工具電極夾具、電刷、電機和同步帶；所述電刷盤位于夾具盤上方，工具電極夾具安裝在夾具盤上，電刷和電機安裝在電刷盤上，電刷與工具電極夾具上下對應，電機的輸出軸通過同步帶帶動工具電極夾具旋轉。

優選的，所述電刷盤與夾具盤通過螺栓連接。

優選的，所述夾具裝置還包括張緊導向輪，張緊導向輪通過固定軸安裝在夾具盤上，張緊導向輪與固定軸之間設置有軸承，所述同步帶繞接張緊導向輪。

優選的，所述電機的輸出軸連接有帶輪，帶輪通過緊定螺釘固定連接在電機輸出軸上，同步帶繞接帶輪。

優選的，所述夾具盤上設置有至少一個用來安裝工具電極夾具的臺階孔。

優選的，所述工具電極夾具包括空心臺階軸、帶輪、夾頭、螺帽和工具電極，帶輪與空心臺階軸上部連接且繞接同步帶，空心臺階軸貫穿臺階孔并通過深溝球軸承、擋圈固定連接在夾具盤上，工具電極設置于空心臺階軸內并通過夾頭固定，螺帽與空心臺階軸的底部螺紋連接用于鎖緊夾頭。

進一步優選的，所述夾頭選用彈簧夾頭，所述螺帽為彈簧夾頭專用螺帽，螺帽與空心臺階軸的底部螺紋連接用于鎖緊夾頭。此設計的好處在于，利用彈簧夾頭(即筒夾)來夾持工具電極，安全可靠并能夠根據不同工具電極的粗細調節相應的夾持力。

優選的，所述電刷的底部貫穿電刷盤并通過螺帽旋緊于電刷盤上，電刷與工具電極相接觸。

優選的，所述工具電極選用鉆頭型電極，鉆頭型電極的刃部直徑不小于0.1mm、柄部外圓面涂覆有電絕緣層。

優選的，所述電機選用直流減速電機。

本發明的有益效果在于：

1.利用本發明公開的工具電極夾具裝置可以同步加工多微細孔工件(如航空發動機噴油霧化腔板)的多個微細孔。根據工件上的微細孔位置在專用夾具盤上加工安裝工具電極夾具的臺階孔，而對于微細孔分布距離近造成工具電極夾具安裝干涉的，可制作多個夾具裝置，利用更換夾具裝置的方式實現多工具電極的同步加工。

2.利用本發明公開的工具電極夾具裝置可以批量加工單微細孔工件，如噴嘴等。首先制作夾持多個單微細孔工件的夾具，再根據加工孔的位置制作專用夾具裝置，利用多個工具電極實現多個單微細孔工件的批量加工。

3.利用本發明中設置的工具電極夾具盤，工具電極之間電絕緣，可以進行獨立放電能量控制，避免電極之間非絕緣方式中應該均分給全部工具電極的能量集中放電給短路電極、進而將短路電極燒毀的現象。

4.本發明中利用同步帶帶動帶輪旋轉，可使工具電極同步旋轉，鉆頭形式的電極采用螺旋槽排屑，進一步改善排屑效果，可以增加加工孔的深度。

5.本發明工具電極夾具結構設計合理、制造成本低，以較小的設備成本投入，實現多微細孔的同步加工，成倍地提高加工效率，數倍地減少用工、時間成本。

附圖說明

圖1為本發明工具電極夾具裝置組成結構示意圖；

圖2為本發明工具電極夾具裝置部分剖面圖；

圖3a為本發明中同步帶與帶輪的連接示意圖ⅰ；

圖3b為本發明張緊導向輪用于同步帶的張緊示意圖；

圖4a為本發明中同步帶與帶輪的連接示意圖ⅱ；

圖4b為本發明張緊導向輪用于同步帶的導向示意圖；

圖5為本發明夾具盤輪廓示意圖，圖中虛線為夾具盤的邊界；

其中：1為固定軸、2為軸承擋圈、3為張緊導向輪、4和5為軸承、6為墊圈、7為螺母、8為螺釘、9為螺母、10為墊圈、11為圓形接線片、12為墊片、13為彈簧、14為電刷殼體、15為電刷引線、16為螺帽、17為電刷套、18為電刷頭、19為空心臺階軸、20為帶輪、21為緊定螺釘、22為軸承擋圈、23和24為軸承、25為螺帽、26為夾頭、27為工具電極、28為直流減速電機、29為沉頭螺釘、30為電機軸、31為帶輪、32為緊定螺釘、33為同步帶、34為螺栓、35和40為螺母、36和39為墊圈、37為電刷盤、38為夾具盤、41為振動連桿。

具體實施方式

下面通過實施例并結合附圖對本發明做進一步說明，但不限于此。

實施例1：

本實施例提供一種用于多微細孔電火花脈沖放電同步旋轉加工的夾具裝置，包括夾具盤38、電刷盤37、工具電極夾具、電刷、電機和同步帶33；電刷盤37位于夾具盤38上方，工具電極夾具安裝在夾具盤38上，電刷和電機安裝在電刷盤37上，電刷與工具電極夾具上下對應，電機的輸出軸30通過同步帶33帶動工具電極夾具旋轉。

其中，電刷盤37與夾具盤38通過三個螺栓34上下連接，三個螺栓34均為長軸雙頭螺栓，兩頭分別穿過夾具盤38和電刷盤37后與通過墊圈(36、39)、螺母(35、40)連接。

電機選用直流減速電機28，直流減速電機28選用12v或24v調速直流減速電機，內置減速機構，輸出偏心軸的軸徑φ6mm，輸出軸長14mm，電機外徑φ37mm，額定空載轉速200rpm，利用沉頭螺釘29固定在電刷盤37上。電機軸30上安裝同步帶輪31作為工具電極27旋轉的主動輪，電機帶輪31選用mxl16型號同步帶輪，利用緊定螺釘32安裝固定在電機的輸出軸30上，內孔φ6mm，帶寬7mm，使用寬度6mm的同步帶33。

本實施例中，夾具盤38上加工有四個用來安裝工具電極夾具的臺階孔。

工具電極夾具包括空心臺階軸19、帶輪20、夾頭26、螺帽25和工具電極27，帶輪20與空心臺階軸19上部連接且繞接同步帶33，空心臺階軸19貫穿夾具盤38上的臺階孔并通過深溝球軸承(23、24)、擋圈22固定連接在夾具盤38上，工具電極27設置在空心臺階軸19內并通過夾頭26固定。夾頭26選用彈簧夾頭，螺帽25為彈簧夾頭專用螺帽，螺帽25與空心臺階軸19的底部螺紋連接用于鎖緊夾頭26。

其中，空心臺階軸19為非標準件，由棒料加工而成，總長度38.5mm，最大外徑為φ10.0mm，中心孔直徑φ3.3mm。帶輪20選用a型mxl20同步帶輪，內徑為φ6.0mm，節徑φ12.73mm，擋邊外徑φ16mm，厚度11.0mm，節距2.032mm，配用梯形同步帶，同步帶33的寬度6.0mm。深溝球軸承(23、24)型號為f688，內徑φ8.0mm，外徑φ16.0mm，厚度為4.0mm。夾頭26選用標準件er8彈簧夾頭，長為13.5mm，最大外徑φ8.5mm，可加持工具電極27的柄部直徑范圍為φ1.0～5.0mm。螺帽25選用與夾頭26配套的螺帽er8m。

電刷選用成品單頭電刷ds-002，其主要結構描述如下：電刷殼體14的底部貫穿電刷盤37并與螺帽16螺紋連接，電刷殼體14開設有一中心孔，中心孔內由上而下依次設置有螺釘8、彈簧13、電刷套17，螺釘8上套裝有圓形接線片11并通過螺母9、墊圈10安裝在電刷殼體14頂部，圓形接線片11與電刷套17之間通過電刷引線15連接，電刷套17內安裝有電刷頭18。

工具電極27安裝于空心臺階軸19并通過夾頭26固定，工具電極27與電刷頭18相接觸。工具電極27選用鉆頭型電極，鉆頭型電極在加工時，可利用螺旋槽排屑，進而改善排屑效果，進一步增加加工孔的深度。本實施例工具電極27選用鎢鋼鉆頭，刃部直徑≥φ0.1mm，柄部外徑φ3.175mm,柄部外圓面涂覆有電絕緣層，工具電極27與夾頭26、空心臺階軸19以及夾具盤38之間電絕緣。電刷選用成品單頭電刷ds-002，如圖2所示，通過電刷殼體14的φ16mm螺紋和螺母16將電刷安裝在電刷盤37上，電刷殼體14內部彈簧13壓縮使電刷頭18與工具電極27彈性接觸，電刷頭18的材質可選用石墨或高耐磨全銅電刷頭。

同步帶33選用mxl齒形橡膠環形帶，帶寬6mm，抗拉力至少3kg，長度由工件加工孔位置及數量決定，具有優良的耐屈撓性能、伸長率小、強力高、耐油、耐熱、耐老化、耐臭氧、抗龜裂等優良性能。

實施例2：

一種用于多微細孔電火花脈沖放電同步旋轉加工的夾具裝置，結構如實施例1所述，其不同之處在于：夾具裝置還包括張緊導向輪3，張緊導向輪3通過固定軸1安裝在夾具盤38上，固定軸1的底端通過墊圈6、螺母7固定連接于夾具盤38，張緊導向輪3與固定軸1之間設置有上下兩個軸承(4、5)并通過軸承擋圈2固定安裝，同步帶33繞接張緊導向輪3。

張緊導向輪3采用小尺寸設計以減小夾具盤38的占用空間。張緊導向輪3選用mxl16型號尺寸的光面輪，節徑φ9.8mm，帶寬7mm，總厚度10mm，節距2.032mm，張緊導向輪3內孔安裝兩個滾珠軸承4和5，軸承4和5內孔直徑φ3mm，外圈外徑φ6mm，軸承4和5內孔過盈配合裝配φ3mm固定軸1，利用固定軸1的螺紋和螺母6將固定軸1安裝在夾具盤38上，張緊導向輪3繞固定軸1旋轉。

增加的張緊導向輪3具有同步帶33的張緊和導向兩個作用，使同步帶和相應帶輪之間的連接能夠滿足不同要求。

情況1：同步帶33的張緊，如圖3a和圖3b所示。

圖中工具電極夾具帶輪a和工具電極夾具帶輪b的公切線長度數值不是同步帶33節距數值的整倍數，導致兩帶輪a和b之間的同步帶33存在不同程度的松弛，造成同步帶33與帶輪a和b的輪齒嚙合不良。這種情況下使用光面張緊導向輪3，可以讓兩個同步帶輪a和b之間的同步帶33張緊，使同步帶33與帶輪a和b之間保持良性嚙合。

情況2：同步帶33的導向，如圖4a和圖4b所示。

圖中有四個工具電極夾具帶輪a、b、c、d，使用單面齒形同步帶33驅動則不能將工具電極夾具帶輪c納入同步旋轉系統，而使用光面張緊導向輪3改變同步帶33的走向則可以實現四個工具電極帶輪a、b、c和d的同步旋轉。

實施例3：

實施例2所述的用于多微細孔電火花脈沖放電同步旋轉加工的夾具裝置的安裝方法，具體操作過程如下：

(1)根據加工孔的位置確認同步帶33走向，計算確認使用張緊導向輪3的安裝位置；

(2)初步擬定夾具盤38的形狀、輪廓；

(3)確定安裝固定電刷盤37的螺栓34的孔位置，圖5中利用了三點定位，即夾具盤38上將開鑿三個通孔用于安裝連接電刷盤的螺栓34；

(4)兼顧電刷盤37計算夾具盤38的重心，把重心點擬定為振動連桿41的安裝位置；如果出現振動連桿41與夾具、張緊導向輪3或同步帶33干涉問題，重新調整夾具盤38的形狀、輪廓，再計算振動連桿41的安裝位置，直到不發生干涉為止；

(5)沿輪廓線(虛線范圍)切割夾具盤38板料，把不需要的盤料去除以減輕盤體的重量，即得到夾具盤整體；

(6)加工工具電極夾具a、b、c和d、振動連桿41、張緊導向輪3以及螺栓34的安裝孔；

(7)以過盈配合方式把軸承23和24裝配到夾具盤38開設的臺階孔中；再把空心臺階軸19的中部臺階以過盈配合方式裝入處于夾具盤38臺階孔的兩個軸承23和24的內圈中；安裝軸承擋圈22；利用緊定螺釘21把帶輪20固定于空心臺階軸19的上部臺階軸；

(8)把夾頭26卡入螺帽25中；將涂覆絕緣層的工具電極27柄部依次插入螺帽25、夾頭26，再插入空心臺階軸19的中心孔，夾頭26放入空心臺階軸19下端部的錐孔中；螺帽25稍微旋入空心臺階軸19下端部的外螺紋，讓夾頭26輕微夾持工具電極27，調整工具電極27的位置，使工具電極27刃部露出夾頭26合適長度且柄部頂端露出空心臺階軸19，旋緊螺帽25，鎖緊夾頭26與工具電極27；

(9)把需要的張緊導向輪3的固定軸1裝入夾具盤38安裝孔，但不旋緊固定；

(10)把電刷殼體14安裝到電刷盤37上；利用沉頭螺釘29將直流減速電機28安裝到電刷盤37以后，再把電機帶輪31安裝到電機軸30上；

(11)根據走向在夾具盤38上擺放同步帶33；

(12)把電刷盤37固定在夾具盤38的上方，利用三個螺栓34固定連接電刷盤37和夾具盤38；

(13)把同步帶33依次裝入工具電極夾具的帶輪20、張緊導向輪3、電機帶輪31；

(14)旋緊張緊導向輪3固定軸1的螺母7，使同步帶33與各同步帶輪良好嚙合；

(15)調整各電刷的電刷頭18使其與工具電極27保持良性的彈性接觸；

(16)把夾具盤38安裝固定在振動連桿41的底端，至此完成整個夾具裝置的安裝。