专利名称：一种高效金属管材复合电解线切割装置的制作方法
技术领域：
本发明是一种高效金属管材复合电解线切割装置。特别是一种涉及电解加工、砂线切割、电解线切割、电解与机械磨削的复合加工装置。
背景技术：
目前对金属管材或者其他毛坯下料时普遍采用圆片锯切割的方法进行切割。切割时存在切削力大、切口粗糙、毛刺多，而且噪音大，切屑与火花飞溅，工作环境十分恶劣，工人健康得不到很好的保障。电解加工是利用金属在电解液中可以发生阳极溶解的原理，将零件加工成形的一种特种加工技术。电解加工时电源的正极接阳极工件，负极接阴极工具。两个电极之间保持较小的间隙，电解液从极间间隙中流过，使两极之间形成导电通路，利用加工电源的电压在工件的加工表面产生电化学反应。随着工具阴极相对工件阳极的连续进给，工件材料被不断地溶解蚀除，反应产物随之被间隙中流动的电解液带离加工区域。工件表面逐渐形成与工具工作面基本相似的形状。砂线切割就是利用砂线往复运动，使砂线与工件产生磨削达到加工的目的。砂线， 一般是用金刚砂线，是一种高抗拉钢线或铜丝外层镀有金刚石砂粒。可用于切割各种金属以及非金属复合材料、玻璃、岩石材料、宝石、单晶硅、碳化硅、多晶硅、耐火砖、陶瓷、环氧板、铁氧体。对导电和不导电材料，只要硬度比砂线小的都可以加工。电解线切割加工技术是最近出现的一种新型特种加工新方法，它是电解加工技术和电火花线切割加工思想的完美结合，因其具有低成本、高效率的特点而备受关注。电解线切割是依靠电解原理进行材料的去除，理论上其工具电极丝在加工过程中不会损耗，因此可选用较小直径的电极丝，具有精细加工能力；电解线切割加工中线电极不会损耗，相应的可以减少一定程度的运动误差；电解线切割的电解质溶液应选用溶解度大的强电解质，以具备高的导电率，获得高生产率，PH值以中性为宜。复合电解线切割时，工件接直流或脉冲电源正极，复合线电极接负极，机床在二者之间供给电解液。当电源接通时，工件表面将产生电化学反应，表层金属原子变成离子并形成阳极膜。这层膜钝化作用强，又称为钝化膜。它覆盖在工件表面，阻止电化学反应的继续进行。当复合线电极进一步向工件靠近并接触时，复合线电极表面凸出的磨料快速往复运动，将钝化膜刮除，基体金属外露，继续产生电化学反应。如此反复进行，工件材料被一层层地去除，从而达到加工的目的。工件与复合线电极接触时，复合线电极表面凸出的磨料使二者保持一定的间隙，电源不致发生短路，且磨料砂粒孔隙中的电解液因复合线电极的高速往复运动不断被更新，使得阳极溶解反应能持续进行。
发明内容
本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种无切屑、无切削力、无噪声、无污染、 切口整齐，加工效率高、工具基本无磨损的高效金属管材复合电解线切割装置。本发明的技术方案如下本发明的高效金属管材复合电解线切割装置，包括床身、 金属管材装夹装置、电解液槽、线电极及电解液喷嘴支架、电解液管及其喷头、复合线电极、控制柜、电解电源及实现包括复合线电极的往复运动、复合线电极的进给运动以及调整复合线电极的进给方向的3个自由度运动结构，其中复合线电极的往复运动机构包括有复合线电极往复运动装置，复合线电极的进给运动机构包括有导轨滑块机构及驱动导轨滑块机构运动的进给电机，调整复合线电极的进给方向的机构包括有角度调整机构，其中立柱以及电解液槽安装在床身上，金属管材装夹装置固定在床身两端，导轨滑块机构安装在进给角度调整机构的转盘上，能与转盘一起旋转，线电极及电解液喷嘴支架安装在导轨滑块机构的滑块上，线电极往复运动机构、复合线电极以及电解液管及其喷头安装在线电极及电解液喷嘴支架上，进给电机与控制柜中的总控系统电连接，电解液槽与电解电源连接。上述进给角度调整机构包括指针、转动扳手、能旋转的转盘、定位锁紧螺栓、与转盘一起转动的小锥度套筒，小锥度套筒过盈安装在转盘中心伸出的台阶轴一端，转盘通过其中心台阶轴安装在立柱的安装孔中，用于调整复合线电极的进给角度的转动扳手固定在小锥度套筒上，指针分别紧固在转动扳手和转盘上。上述进给角度调整机构中的转盘上对称布置有半月牙型沉头槽，定位锁紧螺栓带螺帽端与半月牙型沉头槽配合，放松定位锁紧螺栓，转动扳手能使转盘绕着其轴线旋转，定位锁紧螺栓能在半月牙型沉头槽中滑动；定位锁紧螺栓安装在立柱上，并通过转动转盘锁紧定位锁紧螺栓而固定复合线电极的进给角度。上述金属管材装夹装置包括有锁紧螺母、螺杆、金属管材压板、金属管材定位槽、 金属管材槽支撑架、T型滑块，金属管材槽支撑架竖直安装在床身两端，金属管材定位槽水平安装在金属管材槽支撑架上，金属管材压板的一端孔与螺杆同轴配合，能绕着螺杆旋转且能上下移动，锁紧螺母与螺杆配合，实现对金属管材压板的压紧，T型滑块与金属管材定位槽上的T型槽配合，实现槽内的滑动，螺杆与T型滑块配合，带动金属管材压板实现沿T 型槽的前后移动。上述线电极往复运动机构包括电机固定支撑架、绕丝筒、导线轮、导线轮上支撑架、导线轮下支撑架、绝缘块，电机固定支撑架安装在线电极及电解液喷嘴支架，线电极往复运动驱动电机固定在电机支撑架上，绕丝筒与线电极往复运动驱动电机采用键连接，线电极往复运动驱动电机带动绕丝筒做定角度旋转，导线轮上支撑架安装在线电极及电解液喷嘴支架的上端面，其间用绝缘胶垫隔离，导线轮下支撑架安装在线电极及电解液喷嘴支架的下端面，其间用绝缘块隔离，4个导线轮分别与导线轮上支撑架和导线轮下支撑架上的圆孔配合，复合线电极丝绕在导线轮与绕丝筒上。上述绕丝筒与4个导线轮同时支撑张紧复合线电极；绕丝筒采用塑料材质做成， 底部对称打通孔，复合线电极紧密地缠绕在绕丝筒上，并通过导向轮支撑，最后穿入绕丝筒底部通孔中并固定，电极往复运动驱动电机与绕丝筒的转轴连接，带动绕丝筒旋转。上述复合线电极为表面磨料式电极，表面磨料式电极包括有芯部的金属丝及金属丝上固结的带孔隙的磨料，其中芯部的金属丝为能电加工的材料。上述电解液槽还连接有电解液循环系统，电解液槽设有与电解液循环系统连接的回收孔，电解液循环系统过滤的电解液通过由电机驱动的高压泵、过滤网及管道与电解液管及其喷头连接。上述电解液管及其喷头为用抗腐蚀材料做出的直管螺纹喷嘴。上述控制柜中包括有控制设备、监测装置、电机驱动器以及相应的电源；上述电解电源为可调直流电源或脉冲电源，电解电源设有相应的电源控制系统，电源控制系统与控制柜中的总控系统相连，电解电源的负极和正极分别与复合线电极和待切割金属管材连接。本发明的复合线电解切割装置包括有复合线电极的往复运动、复合线电极的进给运动以及调整电极进给方向的3个自由度，复合线电极往复运动结合电解液的喷射可以有效的排屑并使电解区域均勻化，避免杂散腐蚀。本发明是将电能和机械能在加工过程中进行有效组合的装置，其电能通过复合线电极中的芯部金属丝对工件进行电化学加工，而机械能主要通过在复合线电极外表面固结的带孔隙的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、工具基本无磨损等优点，且本发明可以让工作电极实现进给运动和往复运动，充分发挥了磨削加工的作用。复合线电极的磨料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，并且在选择适当的往复运动速度的情况下，有利于电加工产物的顺利排出，使切割区及时裸露出新的待加工部位，以便充分发挥电化学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钝化膜堆积在切割区的表面，从而大大提高了电解作用的去除效率。而且通过控制复合线电极磨料层的厚度可以获得合适且均勻的电加工间隙， 有效避免了短路，提高了加工精度，降低了控制系统的成本。本发明是一种无切屑、无切削力、无噪声、无污染、切口整齐，可以很好解决目前锯片切割存在的问题的高效金属管材复合电解线切割装置。
图1为本发明实施例切割装置的主视图； 图2为本发明实施例的左视图3为本发明实施例的俯视图； 图4为本发明实施例电解液系统的布局图； 图5为本发明实施例进给角度调整机构的左视图； 图6为本发明实施例进给角度调整机构的主视图； 图7为本发明实施例进给角度调整机构的右视图； 图8为本发明实施例金属管材装夹装置的主视图； 图9为本发明实施例金属管材装夹装置的左视图； 图10为本发明实施例复合电极往复运动机构的示意图； 图11为本发明实施例30°方向左斜切金属管材的示意图。
具体实施例方式本发明的结构示意图如图1所示本发明的高效金属管材复合电解线切割装置， 包括床身1、金属管材装夹装置2、电解液槽3、线电极及电解液喷嘴支架4、电解液管及其喷头10、复合线电极11、控制柜、电解电源及实现包括复合线电极的往复运动、复合线电极的进给运动以及调整复合线电极的进给方向的3个自由度运动结构，其中复合线电极的往复运动机构包括有复合线电极往复运动装置9，复合线电极的进给运动机构包括有导轨滑块机构8及驱动导轨滑块机构8运动的进给电机12，调整复合线电极的进给方向的机构包括有角度调整机构6，其中立柱7以及电解液槽3安装在床身1上，金属管材装夹装置2固定在床身1的两端，导轨滑块机构8安装在进给角度调整机构6的转盘6C上，能与转盘6C — 起旋转，线电极及电解液喷嘴支架4安装在导轨滑块机构8的滑块上，线电极往复运动机构 9、复合线电极11以及电解液管及其喷头10安装在线电极及电解液喷嘴支架4上，因此线电极往复运动机构9和电解液管及其喷头10与转盘6C、导轨滑块机构8 一起转动，用于调节线电极进给方向和进给角度。进给电机12与控制柜中的总控系统电连接，电解液槽3与电解电源15连接。导轨滑块机构8与安装在其上面的位置检测器及缓冲块配合使用，能更好的将复合线电极11的进给速度及位移传送给控制柜中的总控系统。上述进给角度调整机构6包括指针6A、转动扳手6B、能旋转的转盘6C、定位锁紧螺栓6D、与转盘6C —起转动的小锥度套筒6E，小锥度套筒6E过盈安装在转盘6C中心伸出的台阶轴一端，转盘6C通过其中心台阶轴安装在立柱7的安装孔中，用于调整复合线电极11 进给角度的转动扳手6B利用螺钉固定在小锥度套筒6E上，指针6A采用螺钉分别紧固在转动扳手6B和转盘6C上。使用时，可用手转动固定在小锥度套筒6E上的转动扳手6B，使指针6A指向立柱7 不同的刻度，就可以完成复合线电极的进给方向的调节，实现不同角度金属管材的切割。上述进给角度调整机构6的可旋转的转盘6C上对称布置半月牙型沉头槽，月牙沉头槽的角度为60度，定位锁紧螺栓6D带螺帽端与月牙沉头槽配合，放松定位锁紧螺栓6D， 转动扳手6B可使转盘6C绕着其轴线旋转，定位锁紧螺栓6E在60度的月牙沉头槽中滑动； 定位锁紧螺栓6D安装在立柱7上，当转盘6C转到要求的角度后，锁紧定位锁紧螺栓6D，即可固定复合线电极进给角度。上述进给角度调整机构6的动力源也可以采用电动机等动力装置，由控制系统发出指令，控制电动机转动要求的角度。上述金属管材装夹装置2包括有锁紧螺母2A、螺杆2B、金属管材压板2C、金属管材定位槽2D、金属管材槽支撑架2E、T型滑块2F。金属管材槽支撑架OE)竖直安装在床身1 两端，金属管材定位槽2D水平安装在金属管材槽支撑架2E上，金属管材压板2C的一端孔与螺杆2B同轴配合，可绕着螺杆2B旋转且能上下移动，锁紧螺母2A与螺杆2B配合，实现对金属管材压板2C的压紧，T型滑块2F与金属管材定位槽2D上的T型槽配合，可实现槽内的滑动，螺杆2B与T型滑块2F配合，可带动金属管材压板2C实现沿T型槽的前后移动。上述线电极往复运动机构9包括电机固定支撑架9A、绕丝筒9B、导线轮9C、导线轮上支撑架9D、导线轮下支撑架9E、绝缘块9F。电机固定支撑架9A安装在线电极及电解液喷嘴支架4上，线电极往复运动驱动电机5固定在电机支撑架9A上，绕丝筒9B与线电极往复运动驱动电机5采用键连接，线电极往复运动驱动电机5带动绕丝筒9B做定角度旋转，导线轮上支撑架9D安装在线电极及电解液喷嘴支架4的上端面，其间用绝缘胶垫隔离，导线轮下支撑架9E安装在线电极及电解液喷嘴支架4的下端面，其间用绝缘块9F隔离，4个导线轮9C分别与导线轮上支撑架9D和导线轮下支撑架9E上的圆孔配合。复合线电极丝11 绕在导线轮与绕丝筒上。工作时，线电极往复运动驱动电机5首先顺时针旋转90°，带动复合线电极11 运动，线电极往复运动驱动电机5再逆时针旋转180°，如此往复，即可实现复合砂线电极 (11)的往复运动。上述绕丝筒9B与4个导线轮9C同时支撑张紧复合线电极11 ；绕丝筒9B采用塑
7料材质做成，底部对称打通孔，复合线电极11紧密地缠绕在绕丝筒9B上，并通过导向轮9C 支撑，最后穿入绕丝筒9B底部通孔中并固定，电极往复运动驱动电机5与绕丝筒9B的转轴连接，带动绕丝筒9B旋转。上述复合线电极11为表面磨料式电极，表面磨料式电极包括有芯部的金属丝及金属丝上固结的带孔隙的磨料，其中芯部的金属丝为可电加工的材料，如钢丝、铜丝等。上述电解液槽3还连接有中电解液循环系统13，电解液槽3设有与电解液循环系统13连接的回收孔，电解液循环系统13过滤的电解液通过由电机13a驱动的高压泵13b、 过滤网13c及管道与电解液管及其喷头10连接。上述电解液管及其喷头10为用抗腐蚀材料做出的直管螺纹喷嘴。本实施例中，电解液管及其喷头10采用BSI标准直管螺纹G1/4的扇形喷嘴，可连接软管，将电解液直接引到切割区。上述控制柜中包括有控制设备及其控制程序、监测装置、电机驱动器以及相应的电源；上述电解电源为可调直流电源或脉冲电源，电解电源设有相应的电源控制系统，电源控制系统与控制柜中的总控系统相连，电解电源的负极和正极分别与复合线电极11和待切割金属管材连接。本发明工作时，首先将多根待切割的金属管材水平安装在金属管材装夹装置2 上，金属管材连接电源阳极，然后根据要求手动或机动切割管材的角度，调节进给角度调整机构6，将转盘转到要求的角度，锁紧，调节进给角度调整机构6，使线电极进给方向成要求的切割角度，进给电机12驱动滑块带动线电极及电解液喷嘴支架4做进给运动，线电极往复运动机构9带动复合线电极往复运动，复合线电极接电源阴极，电解液喷淋在金属管材切割区，往复运动的复合线电极对管材进行电解线切割与机械磨削的复合加工。启动复合线电极往复运动机构9，运动速度可以调节，同时电解液通过喷嘴高速喷向切割区，启动进给电机12，驱动滑台带动线电极及电解液喷嘴支架4及复合线电极一起进给。实现角度切割运动。通过设计不同的夹具，本发明还可以进行各种金属板料、棒料的高效切割。本发明布局合理，切割无噪声，无切削力，工件不变形，损耗少，成本低，效率高，非常适合于薄壁金属管材或薄壁金属板材的切割。
权利要求
1.一种高效金属管材复合电解线切割装置，其特征在于包括床身(1)、金属管材装夹装置(2)、电解液槽(3)、线电极及电解液喷嘴支架(4)、电解液管及其喷头(10)、复合线电极(11)、控制柜、电解电源及实现包括复合线电极的往复运动、复合线电极的进给运动以及调整复合线电极的进给方向的3个自由度运动结构，其中复合线电极的往复运动机构包括有复合线电极往复运动装置(9)，复合线电极的进给运动机构包括有导轨滑块机构(8)及驱动导轨滑块机构(8)运动的进给电机(12)，调整复合线电极的进给方向的机构包括有角度调整机构(6)，其中立柱(7)以及电解液槽(3)安装在床身(1)上，金属管材装夹装置(2) 固定在床身(1)两端，导轨滑块机构(8)安装在进给角度调整机构(6)的转盘(6C)上，能与转盘(6C) —起旋转，线电极及电解液喷嘴支架(4)安装在导轨滑块机构(8)的滑块上，线电极往复运动机构(9 )、复合线电极(11)以及电解液管及其喷头(10 )安装在线电极及电解液喷嘴支架(4)上，进给电机(12)与控制柜中的总控系统电连接，电解液槽(3)与电解电源连接。
2.根据权利要求1所述的高效金属管材复合电解线切割装置，其特征在于上述进给角度调整机构(6)包括指针(6A)、转动扳手(6B)、能旋转的转盘(6C)、定位锁紧螺栓(6D)、与转盘(6C) —起转动的小锥度套筒(6E)，小锥度套筒(6E)过盈安装在转盘(6C)中心伸出的台阶轴一端，转盘(6C)通过其中心台阶轴安装在立柱(7)的安装孔中，用于调整复合线电极(11)的进给角度的转动扳手(6B)固定在小锥度套筒(6E)上，指针(6A)分别紧固在转动扳手(6B)和转盘(6C)上。
3.根据权利要求2所述的高效金属管材复合电解线切割装置，其特征在于上述进给角度调整机构(6)中的转盘(6C)上对称布置有半月牙型沉头槽，定位锁紧螺栓(6D)带螺帽端与半月牙型沉头槽配合，放松定位锁紧螺栓(6D)，转动扳手(6B)能使转盘(6C)绕着其轴线旋转，定位锁紧螺栓(6D)能在半月牙型沉头槽中滑动；定位锁紧螺栓(6D)安装在立柱(7) 上，并通过转动转盘(6C)锁紧定位锁紧螺栓(6D)而固定复合线电极(11)的进给角度。
4.根据权利要求1所述的高效金属管材复合电解线切割装置，其特征在于上述金属管材装夹装置(2)包括有锁紧螺母OA)、螺杆QB)、金属管材压板QC)、金属管材定位槽 (2D)、金属管材槽支撑架OE)、T型滑块(2F)，金属管材槽支撑架QE)竖直安装在床身 (1)两端，金属管材定位槽OD)水平安装在金属管材槽支撑架(2E)上，金属管材压板(2C) 的一端孔与螺杆(2B)同轴配合，能绕着螺杆(2B)旋转且能上下移动，锁紧螺母(2A)与螺杆 (2B)配合，实现对金属管材压板(2C)的压紧，T型滑块(2F)与金属管材定位槽(2D)上的T 型槽配合，实现槽内的滑动，螺杆(2B)与T型滑块(2F)配合，带动金属管材压板(2C)实现沿T型槽的前后移动。
5.根据权利要求1所述的高效金属管材复合电解线切割装置，其特征在于上述线电极往复运动机构(9)包括电机固定支撑架(9A)、绕丝筒(9B)、导线轮(9C)、导线轮上支撑架 (9D)、导线轮下支撑架(9E)、绝缘块(9F)，电机固定支撑架(9A)安装在线电极及电解液喷嘴支架(4)上，线电极往复运动驱动电机(5)固定在电机支撑架(9A)上，绕丝筒(9B)与线电极往复运动驱动电机(5)采用键连接，线电极往复运动驱动电机(5)带动绕丝筒(9B)做定角度旋转，导线轮上支撑架(9D)安装在线电极及电解液喷嘴支架(4)上端面，其间用绝缘胶垫隔离，导线轮下支撑架(9E)安装在线电极及电解液喷嘴支架(4)下端面，其间用绝缘块(9F)隔离，4个导线轮(9C)分别与导线轮上支撑架(9D)和导线轮下支撑架(9E)上的圆孔配合，复合线电极丝(11)绕在导线轮与绕丝筒上。
6.根据权利要求5所述的高效金属管材复合电解线切割装置，其特征在于上述采用塑料材质做成的绕丝筒(9B)与4个导线轮(9C)同时支撑张紧复合线电极(11)；复合线电极 (11)缠绕在绕丝筒(9B)上，并通过导向轮(9C)支撑，最后穿入绕丝筒(9B)底部通孔中并固定，电极往复运动驱动电机(5)与绕丝筒(9B)的转轴连接，带动绕丝筒(9B)旋转。
7.根据权利要求1至6任一项所述的高效金属管材复合电解线切割装置，其特征在于上述复合线电极(11)为表面磨料式电极，表面磨料式电极包括有芯部的金属丝及金属丝上固结的带孔隙的磨料，其中芯部的金属丝为能电加工的材料。
8.根据权利要求7所述的高效金属管材复合电解线切割装置，其特征在于上述电解液槽(3)还连接有电解液循环系统(13)，电解液槽(3)设有与电解液循环系统(13)连接的回收孔，电解液循环系统(13)过滤的电解液通过由电机(13a)驱动的高压泵(1 )、过滤网 (13c)、管道与电解液管及其喷头(10)连接。
9.根据权利要求8所述的高效金属管材复合电解线切割装置，其特征在于上述电解液管及其喷头(10)为用抗腐蚀材料做出的直管螺纹喷嘴。
10.根据权利要求8所述的高效金属管材复合电解线切割装置，其特征在于上述控制柜中包括有控制设备、监测装置、电机驱动器以及相应的电源；上述电解电源为可调直流电源或脉冲电源，电解电源设有相应的电源控制系统，电源控制系统与控制柜中的总控系统相连，电解电源的负极和正极分别与复合线电极(11)和待切割金属管材连接。
全文摘要
本发明是一种高效金属管材复合电解线切割装置。包括床身、金属管材装夹装置、复合线电极及实现包括复合线电极的往复运动、复合线电极的进给运动以及调整复合线电极的进给方向的3个自由度的运动结构，其中复合线电极的往复运动机构包括有复合线电极往复运动装置，复合线电极的进给运动机构包括有导轨滑块机构及驱动导轨滑块机构运动的进给电机，调整复合线电极的进给方向的机构包括有角度调整机构，金属管材装夹装置固定在床身两端，导轨滑块机构安装在进给角度调整机构的转盘上，线电极及电解液喷嘴支架安装在导轨滑块机构的滑块上。本发明布局合理，切割无噪声，无切削力，工件不变形，损耗少，成本低，效率高，适合于薄壁金属管材或薄壁金属板材的切割。
文档编号B23H5/06GK102275020SQ20111019393
公开日2011年12月14日 申请日期2011年7月12日 优先权日2011年7月12日
发明者吴贺, 肖曙红 申请人:广东工业大学