专利名称：电腐蚀粗加工方法
技术领域：
本发明有关电腐蚀加工方法，尤其是一种电腐蚀粗加工方法。
技术背景套料加工方法在工件上加工 一个圓环形槽以及位于圆环形槽内的实芯， 将该实芯移除后，即在工件上形成一个孔。与已知钻孔的加工方式比较，套 料加工方法仅去除所加工孔的一部分，其速度快，耗能低，尤其在加工大尺 寸的孔时很有优势。然而，传统的套料加工方法只能加工直通孔，而不能加工任何非直通的 孔，比如弯孔、带有一定角度的孔等等，所以业内需要一种针对非直通的孔 的快速力口工方法。发明内容本发明提供一种电腐蚀粗加工方法，用以在工件上加工槽，该电腐蚀粗 加工方法包括向工件和电极通电，使其中之一为正极，另一个为负极；电 极自工件上第 一起始点向工件内沿第 一加工路径加工，以形成第 一环形槽以 及位于该第一环形槽内的第一实芯；将电极自工件上第二起始点向工件沿第 二加工路径进行加工，以形成第二环形槽以及位于该第二环形槽内的第二实 芯，该第一、第二环形槽相交，同时所述第一、第二实芯至少部分从工件上 断开；提供流经电极的工件面与工件上与该工件面相应的表面的工作液。
通过结合附图对于本发明的实施例进行描述，可以更好地理解本发明， 在附图中图1所示为本发明电腐蚀粗加工方法过程中一个示意性的步骤，其中电 腐蚀加工工具的电才及/人工件的前表面向工件内进4亍加工；图2所示为本发明电腐蚀粗加工方法过程中另一个示意性的步骤，其中电腐蚀加工工具的电极从工件的外圓周面向工件内进行加工；图3为用于实施本发明电腐蚀粗加工方法的电腐蚀加工工具的结构示意图；图4所示为电腐蚀加工工具的电极的第一个实施例的工作面的平面图， 该电极的第一个实施例用于实施本发明电腐蚀粗加工方法的第一个实施方式；图5所示为图4中所示的电极的第一个实施例前端部在加工过程中，沿 图4中A-A线的放大剖视图；图6所示为电腐蚀加工工具的电极的第二个实施例的工作面的平面图， 该电极的第二个实施例也用于实施本发明粗加工方法的第一个实施方式；图7所示为图6中所示的电极的第二个实施例前端部在加工过程中，沿 图6中B-B线的放大剖视图；图8所示为电腐蚀加工工具的电^l的第三个实施例的工作面的平面图， 该电极的第三个实施例也用于实施本发明粗加工方法的第一个实施方式；图9所示为图8中所示的电极的第三个实施例前端部在加工过程中，沿 图8中C-C线的》丈大剖一见图；图10所示为电腐蚀加工工具的电极的第四个实施例的工作面的平面图， 该电极的第四个实施例也用于实施本发明粗加工方法的第 一个实施方式；图11所示为本发明在工件上加工一个槽的过程中从工件上所去除材料 的示意图，以及根据本发明粗加工方法的第一个实施方式的一个示意性的加图12是工件前表面的正视图，该正表面内有一个用本发明粗加工方法的 第二实施方式加工的第 一锥状环形槽及第一锥状环形槽内的第一实芯；图13是工件外圆周面的一个正视图，该外圆周面上有一个用本发明粗加 工方法的第二个实施方式加工的第二锥状环形槽及第二锥状环形槽内的第二头心5图14是工件的一个剖面图，该剖面是沿图12中的F-F线和图13中的 G-G线所确定的曲面得到的，以显示出所述第一、第二锥状环形槽相交。
具体实施方式
图1和图2所示为用本发明粗加工方法将工件100加工成叶轮的两个示意性步骤，工件100相对于纵长轴IO轴呈轴对称，而加工形成的叶轮以该纵长轴10沿圆周方向均匀排列。其中图1所示为电腐蚀加工工具200的电极 20从工件100的前表面18向工件100内进行加工，图2所示为电极20从工 件100的外圓周面17向工件100内进行加工。工件100被装夹在具有一定运动自由度的装置上，在本发明的一个实施 方式中，该具有一定运动自由度的装置包括装夹工件100的夹具11、安装该 夹具11的直立工作台12、安装该直立工作台12且装配在一起的上、下工作 台13、 14、以及连接上、下工作台13、 14底部安装在工作台15上。在加工 过程中，夹具11带动工件100—起绕工件100的纵长轴IO转动；上工作台 13相对下工作台14相对于其共同的竖直中心轴线转动；下工作台14相对于 底部工作台15可以在前后、左右方向作水平移动；同时电极20可以沿Z轴 作上、下运动，从而得到一个五轴联动的操作系统。在一个实施方式中，工件IOO是一个由合适材料制成的圆盘形的锻铸金 属毛坯件，而加工得到的叶轮上设有若干个通过在工件IOO上用去除材料的 方式形成的槽道16。这些槽道16沿圆周方向均匀地分布在加工得到的叶轮 上。图1和图2显示出加工过程中的一个状态，该工件IOO上有三个槽道16 已经加工完成，而其他的槽道16还未加工。每一个槽道16包括在工件100 外圆周面17上的第一开口 161、位于工件IOO前表面18上的第二开口 162、 以及在第一、第二开口 161、 162之间的通槽163。另外在每相邻二个槽道16 之间有一个肋板164。图3所示为电腐蚀加工工具200的结构示意图。在图3所示的实施方式 中，该电腐蚀加工工具200是一个电化学放电复合加工工具，当然在其他实 施方式中，其还可以是任何用于电化学加工、电火花加工或者他类似的加工 工具。在一个实施方式中，电腐蚀加工工具200包括用于支撑所述的电极20的 多轴联动的数控机床21。电腐蚀加工工具200还包括一个在粗加工过程给工 件100和电极20提供工作电压的直流电源22,该直流电源22可以是脉沖直 流也可以是恒定的直流电源。该直流电源22通过若干导线220分别电连接电 极20和工件100。在图3所示的实施方工中，电极20为负极，工件100为 正极，在其他的实施方式中，电极20和工件100的极性也可以相反，即工件 IOO为负极，而电极20为正极。因为电极20在加工过程中是不断的自旋转的，连到20上的导线220可以通过一个导电环或其他导电元件间接地连到电 极20上；而连接到工件100上的导线220可以是直接连到工件IOO或者连到 支撑工件100的轴套11上。为了防止电极20将电流传导到数控机床21上， 在电极20与数控机床21之间可以设置绝缘元件，同样在轴套11与直立工作 台12之间也可以采取绝缘措施。在一个实施方式中，数控机床21和直流电源22的工作过程，以及电极 20与工件100之间的相对运动是由一个数字可编程控制器23来控制的。该 控制器23可以有很多形式，其可以包括一个微处理器、记忆体和数据处理系 统，可以通过用适应的软件编程来完成控制行为。另外该控制器23还可以设 置显示器和键盘，以方便使用者控制粗加工过程以及设置初始化数据等等。电腐蚀加工工具200包括一个在加工过程中为电极20提供流动的工作液 的工作液供给设备24,该工作液供给设备24包括若干个管道，用以将工作 液给工作中的电极20以及将包含电蚀产物的热流体从工作电极20处流回。 根据需要，其提供的工作液可以包括一般用的水、油或者具有或弱或强导电 性的液体。该工作液供给设备24的工作过程也是由控制器23来控制的。图4到图10所示为本发明电极20的若干个实施方式20a-20d,该等实施 方式均用于实施本发明粗加工方法的第一个实施方式。该等电极20a-20d为 管状电极，均包括外壁201、以及包括在外壁201之间的空腔部202。外壁 201的前端部207有一个工作面206，所述粗加工就是基本由该工作面206来 完成的。本发明粗加工方法的所述第一个较佳实施方式采用套料加工的方法， 所以所用电极20a-20d的空腔部202的尺寸远大于外壁201的厚度。图4、 6、 8和IO所示的实施方式中，电极20a-20d工作面206是呈圆环形的，但是其 还可以为其他的很多形状，比如椭圆环形、多边环形等。在实施图5、 7和9的套料加工路径过程中，电极20a-20d绕轴线S自旋 转，同时沿控制器23所设定的加工路径在工件IOO上加工；在电极的环形工 件面206与工件100相应的加工表面之间保持有一个工件间隙103，其间可 以有电弧也可以没有电弧，同时所述工件100相应的加工表面不断的一皮去除 掉，从而在工件100上环形工作面206经过的部分附近逐渐形成一个环形槽 109以及位于环形槽109内的实芯101。在所述实芯101与电4及20外壁201 的内表面之间一个内间隙107，在实芯101与电极20外壁201的外表面之间 有一个外间隙108。在粗加工过程中，工作液供给装置24持续地供给电极20干净的工作液，同时从电极20处排除热的包含电蚀产物的液体，从而不断带 走粗加工过程中形成的电蚀产物和热量。由于电才及的前端部207在加工的过 程中有损耗，所以需要适时地监测其损耗量并相应的补偿电极20的进给。图4和图5中所示为电极的第一个实施方式20a，其中图4所示为该电极 第一个实施方式20a的工作面206,而图5是电极20a前端部207在加工过程 中、沿图4中A-A线的放大剖面图。电极20a外壁201的外表面有若干个沿 电极20a纵长方向延伸到工件面206的槽203。参照图5所示，在粗加工过程 中，干净的工作液在一定压力下从工作液供给装置24流进电才及20a与实芯101 之间的内间隙107，流经工作面206与工件100上相应的部位之间的工作间 隙，然后从电极20a与工件之间的外间隙109以及所述电极20外壁201的外 表面的若干个槽203流出，从而带走加工过程产生的电蚀产物和热量。图6和图7中所示为电极的第二个实施方式20b,其中图6所示为该电 极第二个实施方式20b的工作面206,而图7是电极20b前端部207在加工 过程中、沿图6中B-B线的放大剖面图。电极20b外壁201的内表面有若千 个沿电极20b纵长方向延伸到工件面206的槽204。参照图7所示，在粗加 工过程中，干净的工作液在一定压力下从工作液供给装置24流进电极20b与 芯101之间的内间隙101以及所述若干个槽204，流经工作面206与工件100 上相应的部位之间的工作间隙，然后从电极20a与工件之间的外间隙109流 出，从而带走加工过程产生的电蚀产物和热量。图8和图9中所示为电极的第三个实施方式20c,其中图8所示为该电极 第三个实施方式20c的工作面206,而图9是电极20c前端部207在加工过程 中、沿图8中C-C线的放大剖面图。电极20c外壁201中设有若干个槽205, 该等槽205大致沿电极20c的纵长方向延伸至电极20c的工件面206，且这些 槽205在外壁201的内外表面均没有开口。参照图9所示，在粗加工过程中， 干净的工作液在一定压力下从工作液供给装置24流进电极20a外壁201的若 干个槽205,流经工作面206与工件100上相应的部位之间的工作间隙，然 后从电极20a与工件100之间的内、外间隙108、 109流出，从而带走加工过 程产生的电蚀产物和热量。图10中所示为电极第四个实施方式20d工件面206的平面图，该电极 20d包括分别设于外壁201外表面和内表面的若干个槽203、 204,从而可以 想象，沿图10中D-D和E-E的部面视图分别与图5和图7所示的相同。在粗加工过程中，干净的工作液在一定压力下从工作液供给装置24流进电极20a与芯101之间的内间隙107以及所述设于外壁201内表面的若干个槽204, 流经工作面206与工件100上相应的部位之间的工作间隙，然后/人电极20a 与工件之间的外间隙109以及所述电极外表面的若干个槽203流出，从而带 走加工过程产生的电蚀产物和热量。在图4-10所示的实施方式中，设于电极20外壁201上的槽203、 204、 205都是直的，在其他实施方式中，设于电极20外壁201上的槽203、 204、 205也可以呈螺旋状沿电极20纵长方向延伸的。另外，该等槽203、 204、 205 可以是仅设于电极20前端部207，而非贯穿电极20的整个纵长方向。图11所示为在工件100上形成一个槽道16需要去除的材料102的示意 图，以及运用本发明;組加工方法第一个实施方式的一个示意性的加工策略， 所述第一实施方式可以只有一个加工策略，也可以有若千个加工策略。图11 所示的加工策略包括五个套料加工轨迹Pl-P5，在实施该加工策略时，电极 20从工件100前表面18的第一个起始点开始向工件上100内力口工，持续的 去除一些工件，当电极20走过一个预定的行程后，在工件上形成第一环形槽 109以及位于第一环形槽109内的第一个实芯101,然后通过工件夹具装置 12-15和电极20的相应移动，将电极20从工件IOO上移出，从而第一个加工 轨迹P1就完成了。调整工件100与电极20之间的位置关系，从工件18的前 表面上第二个起始点开始实施第二个加工轨迹P2，再实施第三个加工轨迹 P3，从而形成第二、第三环形槽、以及分别位于第二、第三环形槽内的第二、 第三实芯；调整工件100与电极20的相对位置，使电极20从工件IOO外圆 周面17上的第四起始点向工件100内进给，以完成第四个加工轨迹P4;最 后，从工件100外圆周面17上的第五个起始点实施第五个加工轨迹P5。该 加工策略祐 没计成为，每一个经Pl-P5中任何一个加工轨迹完成的环形槽与 至少另外一个环形槽相交，从而当五个加工轨迹都完成以后，五个加工形成 的实芯都从工件100上断开。这些断开的实芯可以#1加工过程中不断流过的 工作液沖出工件100外，从而在工件上形成五个相通的槽道。另外，如果需 要，再开始实施另一个加工策略。作为本发明粗加工方法的第一个实施方式，在加工工件IOO上同一个槽 道16的过程中，可以仅有一个加工策略，也可以根据需要设计并实施若干个 加工策略。所述加工策略可以在加工开始前进行计算和优化，然后通过控制器23来控制电极20的实施。图11所示的加工策略举例包括五个加工轨迹， 其中三个加工轨迹是从工件IOO的前表面18开始，而另两个加工轨迹是从工 件100的外圓周面17开始的，但是可以想见，加工策略也可以包括不同数目 个、从不同加工起始点进行加工的加工轨迹，只要不同的加工轨迹所形成的 环形槽相交，从而使形成的实芯都从工件IOO上断开，并移出工件IOO。在加工有若干个均匀分布在叶轮上的槽道16的过程中，因为所述若干个 槽道16具有完全相同的形状、结构，所以针对每一个槽道16所制定的加工 策略可以是完全相同的。为了优化工件100与电极20之间的相对运动，电极 20可以先依次加工每一个槽道16所需的第一个加工轨迹，而后再依次加工 每一个槽道16所需的第二个加工轨迹。以图11所示的加工策略为例，电极 20可以首先加工每个槽道16所需的第一个加工4九迹Pl,然后依次加工每个 槽道16所需的第二个加工轨迹P2，接着P3，P4，最后加工每一个槽道16的 P5。对于一个有若千个加工策略的加工过程，可以先加工所有起始位置在工 件IOO—个表面上(比如其前表面18)的所有加工轨迹，再加工起始位置在 工件100另一个表面(比如其外圆周面17)上的所有加工轨迹。图12-14所示为本发明粗加工方法的第二个实施方式。该第二实施方式 在加工一个槽道16的过程中包括至少两个加工轨迹，第一个加工轨迹是从工 件100前表面18的一个第一起始点沿一个预定的第一螺旋加工路径向工件 100内加工，以逐步形成一个第一锥状环形槽109a,以及位于该第一锥状环 形槽109a内的第一锥形实芯101a;第二个加工轨迹是在从工件100外圓周面 17上的第二起始起沿预定的第二螺旋加工路径向工件100内加工，并逐步形 成一个第二锥状环形槽10%,以及位于该第二锥状环形槽10%内的第二锥 形芯101b。所述第一、第二锥状环形槽109a、 109b相交，从而所述第一、第 二锥状芯101a、 101b都从工件IOO上断开，并可以纟皮不断流经工件表面的工 作液沖出工件IOO,或者用工具将第一、第二锥状芯101a、 101b从工件100 中取出。用来实施本发明粗加工方法第二个实施方式的电极20也可以是管状电 极，而且上也可以具有若干个位于外壁201的槽203、 204、 205,以利于工 作液的流动。电极20中空腔部202与外壁201壁厚可以比第一实施方式中的 小。前述本发明粗加工方法的第一、第二实施方式可以组合使用，比如，从工件100前表面18的一个起始点开始，用图5、 7或9中所示套料加工的方 式形成一个环形槽109,以及形成于环形槽109内的实芯101;再从工件100 外圓周面17上第二起始点开始，用图14所示的方法，向工件100内沿一螺 旋形加工路径，形成一个锥状环形槽109a，以及形成于锥状环形槽109a内的 锥状实芯101a。所述环形槽109与锥状环形槽109a相交，实芯101与锥状实 芯101a都从工件IOO上断开。对于前述本发明粗加工方法的第一、第二实施方式，并不局限于仅用一 个电腐蚀加工工具200进4亍力口工，也可以是两个电腐蚀加工工具200同时从 不同的起始点、沿不同的加工路径对工件100进行力。工。比如， 一个电腐蚀 加工工具200从工件100前表面18上的一个起始点开始加工，而另一个电腐 蚀加工工具200从工件IOO外圆周面17上的另一个起始点开始加工，所述两 个电腐蚀加工工具200可是由两个数控机床21操纵的，可以想见，在使用两 个电腐蚀加工工具200同时对工件100进行加工时，需要适当修改两个电腐 蚀加工工具200以及工件100工件台12-15的运动自由度，以防止两个电极 20相互干涉。虽然结合特定的实施例对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以 理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的 意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。
权利要求
1.一种电腐蚀粗加工方法，用以在工件上加工槽，该电腐蚀粗加工方法包括提供向工件和电极供电的电源，使工件和电源其中之一为正极，另一个为负极；电极自工件上第一起始点向工件内沿第一路径加工，以形成第一环形槽以及位于该第一环形槽内的第一实芯；将电极自工件上第二起始点向工件内沿第二路径加工，以形成第二环形槽以及位于该第二环形槽内的第二实芯；该第一、第二加工路径被设计为，所加工形成的第一、第二环形槽相交，同时所述第一、第二实芯至少部分从工件上断开；以及，提供流经电极的工作面和工件上与该工件面相应的表面的工作液。
2. 如权利要求1所述的电腐蚀粗加工方法，其中该电腐蚀粗加工方法还 包括自工件的第三起始点开始的第三加工路径，所述第一、第二实芯在所述 第三加工路径完成后，完全从工件上断开。
3. 如权利要求1所述的电腐蚀粗加工方法，其中所述第一、第二实芯在 第一、第二环形槽相交的同时，从工件上完全断开。
4. 如权利要求1所述的电腐蚀粗加工方法，其中在实施所述加工路径中，至少有一个是套料加工。
5. 如权利要求1所述的电腐蚀粗加工方法，其中所述加工路径中，至少 有一个加工路径是螺旋加工路径，其形成锥状环形槽以及位于该锥状环形槽 内的锥状实芯。
6. 如权利要求5所述的电腐蚀粗加工方法，其中所述第一、第二加工路 径是沿螺旋加工路径进行加工的，分别形成第一、第二锥状环形槽和分别位 于第一、第二锥状环形槽内的第一、第二锥状实体，该第一、第二锥状环形槽相交，同时其中的第一、第二锥状实体完全从工件上断开。
7. 如权利要求1所述的电腐蚀粗加工方法，其中电极在向工件内加工的 过程中绕自身轴线旋转。
8. 如权利要求1所述的电腐蚀粗加工方法，其中该电腐蚀粗加方法进一 步包括提供装夹所述电极的数控机床。
9. 如权利要求1至8中任何一项所述的4且加工方法，其中该粗加工方法 所用电极为中空电极，包括外壁及包围在外壁之间的空腔部，所述工作液流 经该空腔部以及电才及与工件间的间隙。
10. 如权利要求9所述的电腐蚀粗加工方法，其中在所述电极的外壁上设置若干个延伸到电极工件面的槽，以利于工作液流通。
11. 如权利要求IO所述的电腐蚀粗加工方法，其中所述槽设置于电极外 壁的外表面。
12. 如权利要求IO所述的电腐蚀粗加工方法，其中所述槽设置于电极外 壁的内表面。
13. 如权利要求IO所述的电腐蚀粗加工方法，其中所述槽设置于电极外 壁内，其在外壁的内、外表面均没有开口。
全文摘要
本发明揭示一种电腐蚀粗加工方法，用以在工件上加工槽，该电腐蚀粗加工方法包括向工件和电极通电，使其中之一为正极，另一个为负极；电极自工件上第一起始点向工件内沿第一加工路径加工，以形成第一环形槽以及位于该第一环形槽内的第一实芯；将电极自工件上第二起始点向工件沿第二加工路径进行加工，以形成第二环形槽以及位于该第二环形槽内的第二实芯，该第一、第二环形槽相交，同时所述第一、第二实芯至少部分从工件上断开；提供流经电极的工件面与工件上与该工件面相应的表面的工作液。
文档编号B23H7/00GK101332526SQ20071012636
公开日2008年12月31日 申请日期2007年6月29日 优先权日2007年6月29日
发明者乌果·坎特利, 盖奇·M·尼尔森, 罗元丰, 袁人炜, 詹移民 申请人:通用电气公司