专利名称：超大厚度金属材料的复合切割装置的制作方法
技术领域：
本发明是一种超大厚度金属材料的复合切割装置，特别是一种涉及电解、电火花、机械的复合加工装置。
背景技术：
现有的能加工较大厚度工件的切割加工方式主要有(1)激光切割；(2)火焰切割；(3)等离子切割；(4)线锯切割；(5)磨料射流切割；(6)机械切割；(7)电火花线切割。以上的切割方法存在的共同问题是无法或者难以对超大厚度的材料进行加工。例如激光切割和等离子切割只能加工厚度在30mm左右的钢板；而火焰切割和线锯切割也分别只能加工厚度在300mm左右的钢板和石材；电火花线切割虽然能加工800mm左右的超硬材料，但是其加工效率非常低，而且在切割厚度上至今仍然没有新的突破。现在，随着社会的需要，超大厚度模具以及直壁异形零件大量出现，如果采取切削的加工方式，虽然能勉强对其进行加工，但是会浪费大量的模具刚和加工工时，凸凹模之间的间隙也很难保证，对于复杂型腔的模具更是无能为力的。还有一些大型工件，例如大中型水力发电机的轴的直径一般超过两米，某电力公司下属配件公司需要加工450毫米厚多孔槽零件，目前采用我国的高速走丝线切割技术虽然可以加工，但是效率非常低，加工一个零件往往需要约两个星期，而且中途有时还要更换电级丝(线电极)。现有的高速走丝线切割技术在大厚度切割条件下平均效率不到每分钟50平方毫米，使大厚度加工的实用性大打折扣。并且对于表面质量要求比较高的零件采用线切割加工工艺还需要进行后续的抛光，大大影响了加工的效率。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种将电能和机械能在加工过程中进行有效组合，实现高效，高精度，低成本加工的超大厚度金属材料的复合切割装置。本发明设计巧妙，结构简单，操作方便。
本发明的结构示意图如附图所示，包括有往复运动机构(1)、导柱(2)、弓架(3)、电机(4)、喷嘴(5)、循环系统(6)、数控工作台(7)、电解液槽(8)、工作台控制系统(9)、电源(10)、螺母(11)、高压泵(12)、复合电极(13)、总控系统(14)、床身(15)，其中弓架(3)装设在往复运动机构(1)上，复合电极(13)的一端安装在弓架(3)的上横臂(31)上，另一端安装在弓架(3)的下横臂(32)上，复合电极(13)与电源(10)电连接，且复合电极(13)与带动其作自旋转动的电机(4)连接，将电解液喷入加工区域的喷嘴(5)与电解液循环系统(6)连接，带动工件相对复合电极(13)作进给运动的数控工作台(7)与工作台控制系统(9)电连接。
上述弓架(3)的上横臂(31)及下横臂(32)上分别安装有用于装夹复合电极(13)的夹头，复合电极(13)通过夹头与电源(10)电连接，复合电极(13)通过夹头与带动其作自旋转动的电机(4)连接。
上述复合电极(13)为砂线缠绕式电极，包括有芯部的金属丝(13A)及缠绕在金属丝(13A)外围的绝缘砂线(13B)。
上述芯部的金属丝(13A)为可电加工的材料。
上述复合电极(13)为表面固结磨料式电极，包括有芯部的金属丝(13A)及金属丝上间隔地固结的绝缘磨料(13C)。
上述床身(15)上还装设有导柱(2)，弓架(3)上设有沿导柱(2)上下滑动的导套(33)。
于上述导柱(2)为长条状方形件，其两端做成圆形，并设有螺纹，其通过螺纹连接件与床身(15)固接。
上述往复运动机构(1)可为电动、气动或机械运动机构。
上述数控工作台(7)上还设有回收电解液的电解液槽(8)，电解液槽(8)通过数控工作台(7)上的回收孔与电解液循环系统(6)连接，经电解液循环系统(6)过滤的电解液通过高压泵(12)及管道与喷嘴(5)连接。
上述工作台控制系统(9)还可连接有发出实时调节命令的总控系统(14)，总控系统(14)包括有计算机设备及其控制程序、监测装置、电机驱动器以及相应的电源；上述电源(10)为可调的直流或脉冲电源，其设有相应的电源控制系统，且与总控系统(14)连接，电源的负极和正极分别与电极或工件连接。
本发明由于采用了将电能和机械能在加工过程中进行有效组合的结构，其电能通过新型复合电极中的芯部即裸露的金属丝对工件进行电加工，而机械能主要通过在新型复合电极的外围所缠绕的绝缘砂线或分段固结的绝缘磨料对工件进行的磨削，其中电加工的形式主要表现为电解作用，由于电解作用具有加工效率高、工具基本无损耗等优点，且本发明可以让工作电极实现往复自旋运动，充分发挥了磨削加工的作用，本发明新型电极外围的绝缘磨粒在对工件进行磨削的过程中，不仅有效刮除了电解产物和去除了电解作用所产生的钝化膜，并且在选择适当的旋转速度的情况下，有利于电加工产物的顺利排出，使工件及时裸露出新的待加工部位，以便充分发挥电加工对材料的去除作用，避免了在电解加工过程中产生的电解产物或者在一些情况下产生的钝化膜堆积在工件的表面，从而大大提高了电解作用的去除效率。而且本发明通过设计和控制砂线直径或外围固结磨粒层的厚度可以获得合适且均匀的电加工间隙，有效避免了短路，大大提高了加工精度，且降低了控制系统的成本。本发明是一种设计巧妙，实现高效，高精度，低成本加工的超大厚度金属材料的复合切割装置。
图1为本发明的结构示意图；图2为本发明实施例1中砂线缠绕式电极的结构示意图；图3为本发明实施例2中固结磨料式电极的结构示意图。
具体实施例方式实施例1本发明的结构示意图如图1所示，包括有往复运动机构(1)、导柱(2)、弓架(3)、电机(4)、喷嘴(5)、循环系统(6)、数控工作台(7)、电解液槽(8)、工作台控制系统(9)、电源(10)、螺母(11)、高压泵(12)、复合电极(13)、总控系统(14)、床身(15)，其中弓架(3)装设在往复运动机构(1)上，复合电极(13)的一端安装在弓架(3)的上横臂(31)上，另一端安装在弓架(3)的下横臂(32)上，复合电极(13)与电源(10)电连接，且复合电极(13)与带动其作自旋转动的电机(4)连接，将电解液喷入加工区域的喷嘴(5)与电解液循环系统(6)连接，带动工件相对复合电极(13)作进给运动的数控工作台(7)与工作台控制系统(9)电连接。上述往复运动机构(1)可为电动、气动或机械运动机构。例如可以分别采用直线电机、气缸或曲柄滑块机构等。
为方便安装，上述弓架(3)的上横臂(31)及下横臂(32)上分别安装有用于装夹复合电极(13)的夹头，复合电极(13)通过夹头与电源(10)电连接，复合电极(13)通过夹头与带动其作自旋转动的电机(4)连接。
上述复合电极(13)的结构示意图如图2所示，为砂线缠绕式电极，包括有芯部的金属丝(13A)及缠绕在金属丝(13A)外围的绝缘砂线(13B)。上述芯部的金属丝(13A)可以采用各种直径的铜丝、钢丝等适合电加工的材料，外围的绝缘砂线可以是各种直径的砂线，如果是电镀磨料砂线则可以先通过喷涂适当厚度的绝缘、耐磨、防腐蚀涂层的技术方法使其绝缘，然后再进行缠绕，也可以在其缠绕固定之后，通过一定的技术方法，遮住与砂线没有接触的金属丝部分进行涂层处理，使砂线与工件接触的表面获得绝缘、耐磨、耐腐蚀的涂层，然后取走遮蔽物，露出该处的金属丝，以此获得适用的电极。金属丝(1)上没有和砂线(2)接触的部分裸露出来能对工件进行电加工，加工间隙恰好为砂线(2)的直径，且非常均匀。由于砂线(2)绝缘，所以在其对工件进行接触式磨削加工时，并不会造成短路。而且可以通过选择不同直径的砂线来获得不同大小的加工间隙，以适应不同的材料和加工要求，且通过往复自旋的运动方式，能顺利排屑，实现对超大厚度难加工材料进行切割加工的目的。
为确保复合电极(13)往复运动的平稳性，上述床身(15)上还装设有导柱(2)，弓架(3)上设有沿导柱(2)上下滑动的导套(33)。本实施例中，上述导柱(2)为长条状方形件，其两端做成圆形，并设有螺纹，其通过螺纹连接件与床身(15)固接。
上述数控工作台(7)上还设有回收电解液的电解液槽(8)，电解液槽(8)通过数控工作台(7)上的回收孔与电解液循环系统(6)连接，经电解液循环系统(6)过滤的电解液通过高压泵(12)及管道与喷嘴(5)连接。本发明电解液实行喷射式供给，能够保证加工区域充满电解液，且带走加工区域的废屑和被刮除的钝化膜。根据不同的加工材料与加工的具体要求，电解液可以为aNO3，NaCl，CuSO4等中性溶液，也可以为添加HClO4，HCl等酸性溶液，或者以上溶液一定比例的混合。电解液通过过滤循环系统反复使用。
上述工作台控制系统(9)还可连接有发出实时调节命令的总控系统(14)，总控系统(14)包括有计算机设备及其控制程序、监测装置、电机驱动器以及相应的电源；上述电源(10)为可调的直流或脉冲电源，其设有相应的电源控制系统，且与总控系统(14)连接。电源(10)根据具体加工的需要，可以为可调的直流或脉冲电源。工作台控制系统(9)能发出各种运动指令，并接受总控系统(14)的实时调节命令，控制工作台相对于电极的运动轨迹。总控系统(14)能根据检测到的实时信息，向各控制系统发出调节指令，使得往复运动速度、电机的转速、工作台的移动速度以及电参数得到实时的优化调整并共同组成一个协调的加工体系。
本发明工作时，往复机构(1)带动弓架(3)沿导柱(2)上下往复滑动，运动速度可以调节，装夹在弓架(3)上的复合电极(13)，在随着弓架(3)一起作往复运动的同时，随电机(4)作自旋转动，运动速度也可以调节。电解液通过喷嘴(5)高速喷入加工区域，并带走电蚀产物和被刮除的钝化膜，并通过装在数控工作台(7)上的电解液槽(8)进入过滤循环系统(6)，电解液经过过滤处理后又被输送到喷嘴(5)，完成一次循环，而数控工作台在其控制系统(9)的控制下可以进行复杂的运动。
实施例2本发明的结构与实施例1相同，不同之处在于上述复合电极(13)为表面固结磨料式电极，如图3所示，包括有芯部的金属丝(13A)及金属丝上间隔地固结的绝缘磨料(13C)。表面固结磨料式电极是在金属丝上每隔适当的距离固结上一层合适厚度的绝缘磨料，没有固结磨料的金属段裸露，如果磨料由于各种原因而导电，可以通过涂层技术对其进行处理，获得外表面绝缘的固结磨料，以获得适用的复合电极。没有固结磨料的金属丝段为裸露状态，能对工件进行电加工，有固结磨料的金属丝段能对工件进行磨削加工，由于磨料绝缘，且固结磨料的金属丝段直径比裸露的金属丝段大，因此在其对工件进行磨削加工时，裸露的金属丝段并不会和工件接触，不会发生短路。通过设计不同的固结磨料层的厚度来获得不同的电加工间隙，以适应具体的加工材料和加工要求。采用往复自旋式运动形式和利用电解液的冲刷作用能有效排屑。同样，这种新型电极也能满足对大厚度难加工材料的切割加工要求。
权利要求
1.一种超大厚度金属材料的复合切割装置，其特征在于包括有往复运动机构(1)、弓架(3)、电机(4)、喷嘴(5)、循环系统(6)、数控工作台(7)、工作台控制系统(9)、电源(10)、复合电极(13)、床身(15)，其中往复运动机构(1)装设在床身(15)，弓架(3)装设在往复运动机构(1)上，复合电极(13)的一端安装在弓架(3)的上横臂(31)上，另一端安装在弓架(3)的下横臂(32)上，且复合电极(13)与带动其作自旋转动的电机(4)连接，将电解液喷入加工区域的喷嘴(5)与电解液循环系统(6)连接，带动工件相对复合电极(13)作进给运动的数控工作台(7)与工作台控制系统(9)电连接，复合电极(13)与工件分别与电源(10)的负极和正极电连接。
2.根据权利要求1所述的超大厚度金属材料的复合切割装置，其特征在于上述弓架(3)的上横臂(31)及下横臂(32)上分别安装有用于装夹复合电极(13)的夹头，复合电极(13)通过夹头与电源(10)电连接，复合电极(13)通过夹头与带动其作自旋转动的电机(4)连接。(图中能否标出夹头？)
3.根据权利要求1所述的超大厚度金属材料的复合切割装置，其特征在于上述复合电极(13)为砂线缠绕式电极，包括有芯部的金属丝(13A)及缠绕在金属丝(13A)外围的绝缘砂线(13B)。
4.根据权利要求3所述的超大厚度金属材料的复合切割装置，其特征在于上述芯部的金属丝(13A)为可电加工的材料。
5.根据权利要求1所述的超大厚度金属材料的复合切割装置，其特征在于上述复合电极(13)为表面固结磨料式电极，包括有芯部的金属丝(13A)及金属丝上间隔地固结的绝缘磨料(13C)。
6.根据权利要求1至5任一项所述的超大厚度金属材料的复合切割装置，其特征在于上述床身(15)上还装设有导柱(2)，弓架(3)上设有沿导柱(2)上下滑动的导套(33)。
7.根据权利要求6所述的超大厚度金属材料的复合切割装置，其特征在于上述导柱(2)为长条状方形件，其两端做成圆形，并设有螺纹，其通过螺纹连接件与床身(15)固接。
8.根据权利要求7所述的超大厚度金属材料的复合切割装置，其特征在于上述往复运动机构(1)可为电动、气动或机械运动机构。
9.根据权利要求8所述的超大厚度金属材料的复合切割装置，其特征在于上述数控工作台(7)上还设有回收电解液的电解液槽(8)，电解液槽(8)通过数控工作台(7)上的回收孔与电解液循环系统(6)连接，经电解液循环系统(6)过滤的电解液通过高压泵(12)及管道与喷嘴(5)连接。
10.根据权利要求9所述的超大厚度金属材料的复合切割装置，其特征在于上述工作台控制系统(9)还可连接有发出实时调节命令的总控系统(14)，总控系统(14)包括有计算机设备及其控制程序、监测装置、电机驱动器以及相应的电源；上述电源(10)为可调的直流或脉冲电源，其设有相应的电源控制系统，且与总控系统(14)连接，电源的负极和正极分别与电极或工件连接。
全文摘要
本发明是一种超大厚度材料的复合切割装置。包括有往复运动机构(1)、弓架(3)、电机(4)、喷嘴(5)、循环系统(6)、数控工作台(7)、工作台控制系统(9)、电源(10)、复合电极(13)、床身(15)，其中往复运动机构(1)装设在床身(15)，弓架(3)装设在往复运动机构(1)上，复合电极(13)的一端安装在弓架(3)的上横臂(31)上，另一端安装在弓架(3)的下横臂(32)上，且复合电极(13)与带动其作自旋转动的电机(4)连接，将电解液喷入加工区域的喷嘴(5)与电解液循环系统(6)连接，带动工件相对复合电极(13)作进给运动的数控工作台(7)与工作台控制系统(9)电连接，复合电极(13)与工件分别与电源(10)的负极和正极电连接。本发明将电能和机械能在加工过程中进行有效组合，其设计巧妙，实现高效，高精度，低成本加工。
文档编号B23H5/08GK1799746SQ20041009182
公开日2006年7月12日 申请日期2004年12月31日 优先权日2004年12月31日
发明者郭钟宁, 张永俊, 刘江文 申请人:广东工业大学