用于多微细孔电火花脉冲放电同步旋转加工的夹具装置的制作方法

本发明涉及一种用于多微细孔电火花脉冲放电同步旋转加工的夹具装置，属于特种加工设备技术领域。

背景技术：

微细孔广泛地应用于发动机、航空航天、医疗器械、微电子、精密机械、模具等领域，常作为发动机的喷油雾化孔，喷丝板的喷丝孔，电板的冲液孔，发动机叶片、缸体的散热孔，阀体的油路孔或气路孔等。由于使用微细孔的材料多为高强度、高硬度难加工材料，如耐热钢、不锈钢、硬质合金、金刚石等，而且要求达到一定的孔深，使得微细孔加工成为孔加工中最困难的工艺之一。

电火花微放电加工法在微细孔加工方面具有一定的技术优势：(1)任何导电性材料均可加工，不受强度和硬度限制；(2)基本不存在切削力，对工具的强度和刚度要求较低；因此，在实际生产中，导电性难加工材料的微细孔加工较多采用电火花微放电加工技术。

目前，实际使用的微细孔加工专机设备只有一个工具电极，存在加工效率低的缺点。如果增加工具电极数量，实现多电极同步加工多个微细孔，则可以成倍地提高加工效率。目前由一块电极材料蚀刻而成的群电极在加工阵列微细孔研究方面取得了一定成果，但是群电极制作困难，而且存在两方面的技术缺陷：一是电极之间无法电绝缘，其中某个电极短路时集中能量放电将造成该短路微细电极的烧毁；二是群电极无法旋转，排屑效果较差，加工孔的深度有限。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于多微细孔电火花脉冲放电同步旋转加工的工具电极夹具装置，根据加工微细孔的位置夹具盘上安装多个工具电极夹具，绝缘夹持工具电极并同步旋转，利用特制脉冲电源和伺服系统控制即可实现多微细孔的电火花独立电火花脉冲放电同步旋转加工，数倍地提高加工效率。

本发明的技术方案如下：

一种用于多微细孔电火花脉冲放电同步旋转加工的夹具装置，包括夹具盘、电刷盘、工具电极夹具、电刷、电机和同步带；所述电刷盘位于夹具盘上方，工具电极夹具安装在夹具盘上，电刷和电机安装在电刷盘上，电刷与工具电极夹具上下对应，电机的输出轴通过同步带带动工具电极夹具旋转。

优选的，所述电刷盘与夹具盘通过螺栓连接。

优选的，所述夹具装置还包括张紧导向轮，张紧导向轮通过固定轴安装在夹具盘上，张紧导向轮与固定轴之间设置有轴承，所述同步带绕接张紧导向轮。

优选的，所述电机的输出轴连接有带轮，带轮通过紧定螺钉固定连接在电机输出轴上，同步带绕接带轮。

优选的，所述夹具盘上设置有至少一个用来安装工具电极夹具的台阶孔。

优选的，所述工具电极夹具包括空心台阶轴、带轮、夹头、螺帽和工具电极，带轮与空心台阶轴上部连接且绕接同步带，空心台阶轴贯穿台阶孔并通过深沟球轴承、挡圈固定连接在夹具盘上，工具电极设置于空心台阶轴内并通过夹头固定，螺帽与空心台阶轴的底部螺纹连接用于锁紧夹头。

进一步优选的，所述夹头选用弹簧夹头，所述螺帽为弹簧夹头专用螺帽，螺帽与空心台阶轴的底部螺纹连接用于锁紧夹头。此设计的好处在于，利用弹簧夹头(即筒夹)来夹持工具电极，安全可靠并能够根据不同工具电极的粗细调节相应的夹持力。

优选的，所述电刷的底部贯穿电刷盘并通过螺帽旋紧于电刷盘上，电刷与工具电极相接触。

优选的，所述工具电极选用钻头型电极，钻头型电极的刃部直径不小于0.1mm、柄部外圆面涂覆有电绝缘层。

优选的，所述电机选用直流减速电机。

本发明的有益效果在于：

1.利用本发明公开的工具电极夹具装置可以同步加工多微细孔工件(如航空发动机喷油雾化腔板)的多个微细孔。根据工件上的微细孔位置在专用夹具盘上加工安装工具电极夹具的台阶孔，而对于微细孔分布距离近造成工具电极夹具安装干涉的，可制作多个夹具装置，利用更换夹具装置的方式实现多工具电极的同步加工。

2.利用本发明公开的工具电极夹具装置可以批量加工单微细孔工件，如喷嘴等。首先制作夹持多个单微细孔工件的夹具，再根据加工孔的位置制作专用夹具装置，利用多个工具电极实现多个单微细孔工件的批量加工。

3.利用本发明中设置的工具电极夹具盘，工具电极之间电绝缘，可以进行独立放电能量控制，避免电极之间非绝缘方式中应该均分给全部工具电极的能量集中放电给短路电极、进而将短路电极烧毁的现象。

4.本发明中利用同步带带动带轮旋转，可使工具电极同步旋转，钻头形式的电极采用螺旋槽排屑，进一步改善排屑效果，可以增加加工孔的深度。

5.本发明工具电极夹具结构设计合理、制造成本低，以较小的设备成本投入，实现多微细孔的同步加工，成倍地提高加工效率，数倍地减少用工、时间成本。

附图说明

图1为本发明工具电极夹具装置组成结构示意图；

图2为本发明工具电极夹具装置部分剖面图；

图3a为本发明中同步带与带轮的连接示意图ⅰ；

图3b为本发明张紧导向轮用于同步带的张紧示意图；

图4a为本发明中同步带与带轮的连接示意图ⅱ；

图4b为本发明张紧导向轮用于同步带的导向示意图；

图5为本发明夹具盘轮廓示意图，图中虚线为夹具盘的边界；

其中：1为固定轴、2为轴承挡圈、3为张紧导向轮、4和5为轴承、6为垫圈、7为螺母、8为螺钉、9为螺母、10为垫圈、11为圆形接线片、12为垫片、13为弹簧、14为电刷壳体、15为电刷引线、16为螺帽、17为电刷套、18为电刷头、19为空心台阶轴、20为带轮、21为紧定螺钉、22为轴承挡圈、23和24为轴承、25为螺帽、26为夹头、27为工具电极、28为直流减速电机、29为沉头螺钉、30为电机轴、31为带轮、32为紧定螺钉、33为同步带、34为螺栓、35和40为螺母、36和39为垫圈、37为电刷盘、38为夹具盘、41为振动连杆。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

本实施例提供一种用于多微细孔电火花脉冲放电同步旋转加工的夹具装置，包括夹具盘38、电刷盘37、工具电极夹具、电刷、电机和同步带33；电刷盘37位于夹具盘38上方，工具电极夹具安装在夹具盘38上，电刷和电机安装在电刷盘37上，电刷与工具电极夹具上下对应，电机的输出轴30通过同步带33带动工具电极夹具旋转。

其中，电刷盘37与夹具盘38通过三个螺栓34上下连接，三个螺栓34均为长轴双头螺栓，两头分别穿过夹具盘38和电刷盘37后与通过垫圈(36、39)、螺母(35、40)连接。

电机选用直流减速电机28，直流减速电机28选用12v或24v调速直流减速电机，内置减速机构，输出偏心轴的轴径φ6mm，输出轴长14mm，电机外径φ37mm，额定空载转速200rpm，利用沉头螺钉29固定在电刷盘37上。电机轴30上安装同步带轮31作为工具电极27旋转的主动轮，电机带轮31选用mxl16型号同步带轮，利用紧定螺钉32安装固定在电机的输出轴30上，内孔φ6mm，带宽7mm，使用宽度6mm的同步带33。

本实施例中，夹具盘38上加工有四个用来安装工具电极夹具的台阶孔。

工具电极夹具包括空心台阶轴19、带轮20、夹头26、螺帽25和工具电极27，带轮20与空心台阶轴19上部连接且绕接同步带33，空心台阶轴19贯穿夹具盘38上的台阶孔并通过深沟球轴承(23、24)、挡圈22固定连接在夹具盘38上，工具电极27设置在空心台阶轴19内并通过夹头26固定。夹头26选用弹簧夹头，螺帽25为弹簧夹头专用螺帽，螺帽25与空心台阶轴19的底部螺纹连接用于锁紧夹头26。

其中，空心台阶轴19为非标准件，由棒料加工而成，总长度38.5mm，最大外径为φ10.0mm，中心孔直径φ3.3mm。带轮20选用a型mxl20同步带轮，内径为φ6.0mm，节径φ12.73mm，挡边外径φ16mm，厚度11.0mm，节距2.032mm，配用梯形同步带，同步带33的宽度6.0mm。深沟球轴承(23、24)型号为f688，内径φ8.0mm，外径φ16.0mm，厚度为4.0mm。夹头26选用标准件er8弹簧夹头，长为13.5mm，最大外径φ8.5mm，可加持工具电极27的柄部直径范围为φ1.0～5.0mm。螺帽25选用与夹头26配套的螺帽er8m。

电刷选用成品单头电刷ds-002，其主要结构描述如下：电刷壳体14的底部贯穿电刷盘37并与螺帽16螺纹连接，电刷壳体14开设有一中心孔，中心孔内由上而下依次设置有螺钉8、弹簧13、电刷套17，螺钉8上套装有圆形接线片11并通过螺母9、垫圈10安装在电刷壳体14顶部，圆形接线片11与电刷套17之间通过电刷引线15连接，电刷套17内安装有电刷头18。

工具电极27安装于空心台阶轴19并通过夹头26固定，工具电极27与电刷头18相接触。工具电极27选用钻头型电极，钻头型电极在加工时，可利用螺旋槽排屑，进而改善排屑效果，进一步增加加工孔的深度。本实施例工具电极27选用钨钢钻头，刃部直径≥φ0.1mm，柄部外径φ3.175mm,柄部外圆面涂覆有电绝缘层，工具电极27与夹头26、空心台阶轴19以及夹具盘38之间电绝缘。电刷选用成品单头电刷ds-002，如图2所示，通过电刷壳体14的φ16mm螺纹和螺母16将电刷安装在电刷盘37上，电刷壳体14内部弹簧13压缩使电刷头18与工具电极27弹性接触，电刷头18的材质可选用石墨或高耐磨全铜电刷头。

同步带33选用mxl齿形橡胶环形带，带宽6mm，抗拉力至少3kg，长度由工件加工孔位置及数量决定，具有优良的耐屈挠性能、伸长率小、强力高、耐油、耐热、耐老化、耐臭氧、抗龟裂等优良性能。

实施例2：

一种用于多微细孔电火花脉冲放电同步旋转加工的夹具装置，结构如实施例1所述，其不同之处在于：夹具装置还包括张紧导向轮3，张紧导向轮3通过固定轴1安装在夹具盘38上，固定轴1的底端通过垫圈6、螺母7固定连接于夹具盘38，张紧导向轮3与固定轴1之间设置有上下两个轴承(4、5)并通过轴承挡圈2固定安装，同步带33绕接张紧导向轮3。

张紧导向轮3采用小尺寸设计以减小夹具盘38的占用空间。张紧导向轮3选用mxl16型号尺寸的光面轮，节径φ9.8mm，带宽7mm，总厚度10mm，节距2.032mm，张紧导向轮3内孔安装两个滚珠轴承4和5，轴承4和5内孔直径φ3mm，外圈外径φ6mm，轴承4和5内孔过盈配合装配φ3mm固定轴1，利用固定轴1的螺纹和螺母6将固定轴1安装在夹具盘38上，张紧导向轮3绕固定轴1旋转。

增加的张紧导向轮3具有同步带33的张紧和导向两个作用，使同步带和相应带轮之间的连接能够满足不同要求。

情况1：同步带33的张紧，如图3a和图3b所示。

图中工具电极夹具带轮a和工具电极夹具带轮b的公切线长度数值不是同步带33节距数值的整倍数，导致两带轮a和b之间的同步带33存在不同程度的松弛，造成同步带33与带轮a和b的轮齿啮合不良。这种情况下使用光面张紧导向轮3，可以让两个同步带轮a和b之间的同步带33张紧，使同步带33与带轮a和b之间保持良性啮合。

情况2：同步带33的导向，如图4a和图4b所示。

图中有四个工具电极夹具带轮a、b、c、d，使用单面齿形同步带33驱动则不能将工具电极夹具带轮c纳入同步旋转系统，而使用光面张紧导向轮3改变同步带33的走向则可以实现四个工具电极带轮a、b、c和d的同步旋转。

实施例3：

实施例2所述的用于多微细孔电火花脉冲放电同步旋转加工的夹具装置的安装方法，具体操作过程如下：

(1)根据加工孔的位置确认同步带33走向，计算确认使用张紧导向轮3的安装位置；

(2)初步拟定夹具盘38的形状、轮廓；

(3)确定安装固定电刷盘37的螺栓34的孔位置，图5中利用了三点定位，即夹具盘38上将开凿三个通孔用于安装连接电刷盘的螺栓34；

(4)兼顾电刷盘37计算夹具盘38的重心，把重心点拟定为振动连杆41的安装位置；如果出现振动连杆41与夹具、张紧导向轮3或同步带33干涉问题，重新调整夹具盘38的形状、轮廓，再计算振动连杆41的安装位置，直到不发生干涉为止；

(5)沿轮廓线(虚线范围)切割夹具盘38板料，把不需要的盘料去除以减轻盘体的重量，即得到夹具盘整体；

(6)加工工具电极夹具a、b、c和d、振动连杆41、张紧导向轮3以及螺栓34的安装孔；

(7)以过盈配合方式把轴承23和24装配到夹具盘38开设的台阶孔中；再把空心台阶轴19的中部台阶以过盈配合方式装入处于夹具盘38台阶孔的两个轴承23和24的内圈中；安装轴承挡圈22；利用紧定螺钉21把带轮20固定于空心台阶轴19的上部台阶轴；

(8)把夹头26卡入螺帽25中；将涂覆绝缘层的工具电极27柄部依次插入螺帽25、夹头26，再插入空心台阶轴19的中心孔，夹头26放入空心台阶轴19下端部的锥孔中；螺帽25稍微旋入空心台阶轴19下端部的外螺纹，让夹头26轻微夹持工具电极27，调整工具电极27的位置，使工具电极27刃部露出夹头26合适长度且柄部顶端露出空心台阶轴19，旋紧螺帽25，锁紧夹头26与工具电极27；

(9)把需要的张紧导向轮3的固定轴1装入夹具盘38安装孔，但不旋紧固定；

(10)把电刷壳体14安装到电刷盘37上；利用沉头螺钉29将直流减速电机28安装到电刷盘37以后，再把电机带轮31安装到电机轴30上；

(11)根据走向在夹具盘38上摆放同步带33；

(12)把电刷盘37固定在夹具盘38的上方，利用三个螺栓34固定连接电刷盘37和夹具盘38；

(13)把同步带33依次装入工具电极夹具的带轮20、张紧导向轮3、电机带轮31；

(14)旋紧张紧导向轮3固定轴1的螺母7，使同步带33与各同步带轮良好啮合；

(15)调整各电刷的电刷头18使其与工具电极27保持良性的弹性接触；

(16)把夹具盘38安装固定在振动连杆41的底端，至此完成整个夹具装置的安装。