一种医用针头电化学加工设备及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种医用针头电化学成型加工设备及方法，属于用于医用针头微细导 向槽和导流孔加工的专用特种设备及方法。
【背景技术】
[0002] 针对一种医用针头的加工主要有两种，其一是在直径为1.8mm的针头上加工 宽0· 5mm、长98mm以及深度为0· 25mm的导向槽，其二是在直径为0· 5mm的针头上加工宽 0· 22mm、长0· 8mm以及深度为0· 25mm的矩形导流孔。目前，医用针头导向槽的加工主要由 中、快走丝线切割机床实现，线切割机床结构与加工工艺决定了针头导向槽的生产具有如 下特点：①由于线切割机床钥丝使用长度有限，因此单次加工针头的数量有限，导致加工效 率低下；②加工过程中，由于钥丝的振动、介质放电的不稳定以及走丝的来回运动导致微 细导向槽表面光洁度较差，需要后续工序处理来保证导向槽表面光洁度，增加人力与生产 成本;③由于是中、快走丝机床，加工过程钥丝与电能消耗大，能耗较高；④由于导流孔 不是通孔，线切割机床无法实现导流孔的加工，导致针头加工工序分散，多次对刀动作影响 加工精度。
[0003] 电化学成型加工的原理是利用成型电极和工件之间脉冲性电时的电腐蚀现象来 蚀除多余的金属，以达到预定的零件尺寸、形状及表面加工要求。电化学成型加工能加工小 至几十微米的孔和槽，并同时获得高尺寸精度和高表面质量。因此，采用电化学成型加工方 法，可在设备工作台面上设置多工位实现针头的批量生产，提高加工效率；可无需后续处理 工序即获得较高的导向槽表面光洁度，降低人力与生产成本；可省去线切割机床中钥丝的 消耗，节约能耗；可实现针头导向槽与导流孔的在同一设备上的分步生产，保证工序集中， 提高加工精度。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有线切割机床生产时存在的加工效率低、槽表面光洁度较差、使用成 本高及工序不集中等不足，本发明提供一种医用针头电化学加工设备及方法。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种医用针头电化学加工设备，包 括控制柜、脉冲电源、上下滑板、导向立柱、Z轴运动机构、成型电极、夹具、液位开关、多夹具 支撑台、水泵、过滤网、电解液过滤池、Y轴运动机构、X轴运动机构、设备底座、工作台、电解 液槽、针头、PLC控制系统和运动控制系统。
[0006] 所述运动控制系统与PLC控制系统置于控制柜内并与控制柜电连接；脉冲电源与 控制柜电连接，脉冲电源的正负极分别与多夹具支撑台、成型电极电连接；X轴运动机构底 部固定在设备底座上，X轴运动机构的顶部与Y轴运动机构的底部连接且可以沿着X轴方 向滑动，Y轴运动机构顶部与工作台连接且能够沿着Y轴方向滑动；X轴运动机构、Y轴运动 机构和Z轴运动机构均通过通信控制线与控制柜电连接；所述工作台上设有电解液槽，所 述多夹具支撑台置于电解液槽内部，并与工作台固定连接；导向立柱固定在设备底座上，Z 轴运动机构固定在导向立柱上；上下滑板连接在导向立柱上，且能够沿导向立柱上下滑动； 所述成型电极固定在上下滑板上；所述夹具可根据需要多排多列地固定于多夹具支撑台 上，夹具上固定有针头；液位开关固定在电解液槽内部且距离电解液槽底部一定距离；在 电解液过滤池内设有过滤网；电解液槽的进水口通过进液管连接电解液过滤池，电解液槽 的出水口通过出液管连接电解液过滤池，在进液管上设有水泵；水泵、液位开关均与控制柜 电连接。
[0007] 进一步地，所述成型电极为多排结构，实现固定于单个夹具中的多根针头的同时 加工。
[0008] 进一步地，所述运动控制系统为DSP，所述DSP结合插补芯片控制X轴运动机构、Y 轴运动机构及Z轴运动机构精确定位运动。
[0009] -种利用上述设备进行医用针头电化学加工的方法，包括以下步骤： 第一步：将用于加工的初始进给速度、再次进给速度衰减比例、回退距离、回退速度、力口 工电流、加工电压、加工深度、加工间隙、退刀距离以及退刀速度参数输入控制柜； 第二步：脉冲电源开启，根据加工电压和加工电流参数，输出与之对应的电压和电流， 同时控制柜根据输入的参数控制Z轴运动机构运动，从而驱动上下滑板带动成型电极向针 头表面运动，随着成型电极与针头之间间隙的减小，电化学腐蚀加工开始； 第三步：当初始进给速度设置过快时，导致腐蚀速度小于成型电极进给速度，使成型 电极与针头之间间隙不断减小，同时，电解的电流不断变大；当电解电流超过最大电流阀值 时，为防止短路现象发生，脉冲电源关闭，同时，Z轴运动机构运作，驱动上下滑板带动成型 电极以回退速度向上移动到回退距离，从而增大成型电极与针头之间的间隙； 第四步：进给速度根据再次进给速度衰减比例的参数数值进行衰减； 第五步：重复第二步至第四步，直至加工至设置的加工深度； 第六步：脉冲电源关闭，控制柜控制Z轴运动机构运作，驱动上下滑板带动成型电极以 退刀速度向上运动至退刀距离。
[0010] 本发明的有益效果是：本发明提供了一种用于医用针头微细导向槽和导流孔加工 的专用设备，该设备采用电化学成型加工方法，可实现针头的批量生产，提高加工效率；无 需后续处理工序即可获得导向槽较高的表面光洁度，降低人力与生产成本；可省去线切割 机床中钥丝的消耗，节约能耗；可实现针头导向槽与导流孔的在同一设备上的分步生产，从 而保证生产过程的工序集中，有效提高了加工精度。
【附图说明】
[0011] 图1为本发明机械结构示意图； 图2为本发明电气控制原理图； 图中：控制柜1、脉冲电源2、导线3、上下滑板4、导向立柱5、Z轴运动机构6、成型电极 7、夹具8、液位开关9、多夹具支撑台10、进液管11、水泵12、过滤网13、电解液过滤池14、Y 轴运动机构15、X轴运动机构16、设备底座17、通信控制线路18、工作台19、电解液槽20、 针头21、PLC控制系统22、运动控制系统23、出液管24。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步描述。
[0013] 如图1所示，本发明一种医用针头电化学加工设备，包括控制柜1、脉冲电源2、上 下滑板4、导向立柱5、Z轴运动机构6、成型电极7、夹具8、液位开关9、多夹具支撑台10、水 泵12、过滤网13、电解液过滤池14、Y轴运动机构15、X轴运动机构16、设备底座17、工作台 19、电解液槽20、针头21、PLC控制系统22和运动控制系统23。
[0014] 所述运动控制系统23与PLC控制系统22置于控制柜1内并与控制柜1电连接； 脉冲电源2与控制柜1电连接，脉冲电源2的正负极分别与多夹具支撑台10、成型电极7电 连接；X轴运动机构16底部固定在设备底座17上，X轴运动机构16的顶部与Y轴运动机构 15的底部连接且可以沿着X轴方向滑动，Y轴运动机构15顶部与工作台19连接且能够沿 着Y轴方向滑动；X轴运动机构16、Y轴运动机构15和Z轴运动机构6均通过通信控制线 18与控制柜1电连接；所述工作台19上设有电解液槽20,所述多夹具支撑台10置于电解 液槽20内部，并与工作台19固定连接；导向立柱5固定在设备底座17上，Z轴运动机构6 固定在导向立柱5上；上下滑板4连接在导向立柱5上，且能够沿导向立