专利名称：：一种微小孔电火花分流加工方法与分流装置的制作方法
技术领域：
：属于微细电火花加工和成形
技术领域：
，特别涉及微小孔结构件的电火花加工技术。
背景技术：
：现代机械、电子、轻工、纺织、石油、化工和国防等各种加工与装备中，对难加工材料微小孔等微结构件的加工需求越来越多，公知的常规电火花加工机床有最小孔径的加工尺寸限制，一般为0.4mm-0.5mm，而对于0.3mm以下孔径的微结构件加工成为装备制造中的关键技术与工艺难题，开发微小型电火花机床是一种途径，但是，成本较高；在现有电火花加工机床基础上，开发一种微孔电火花分流加工方法与装置是一种有效的途径，比单独开发微小机床成本低，利用率高，应用起来量大面广，扩大现有设备的使用范围；该方法加工的微小孔孔径远小于单独放电加工的小孔尺寸，而且加工状态稳定；该方法与钻、铣孔刀具相比能够克服刀具尺寸较小引起的刚性差等缺点，克服操作劳动强度大等不足，解决由于孔数多产生刀具磨损、断裂以及加工废品率高等问题；该方法与钻、铣孔刀具相比可用于加工材料硬度高的微小孔工件，孔的深径比大于通常刀具加工的5:l至8:l的范围，满足现代机械、电子等领域中的加工与装备要求。
发明内容本发明目的是为解决机械、电子、轻工、纺织、石油、化工和国防等各种加工与装备中的难加工材料微小孔、微结构件加工技术难题，并提供一种高效、可靠、高质量的关键加工方法与装置，以满足各种装备中的微结构件加工微小孔尺寸、精度和可靠性的要求；縮短工期、降低成本，减轻劳动强度；以常规电火花加工机床D6140为例，加工孔径最小尺寸为0.4-0.5ran，采用本发明电火花分流加工方法以及分流装置，可大大扩展机床加工最小尺寸的极限范围至0.1-0.3mm。本发明采用的技术方案是一种微小孔电火花分流加工方法，在常规电火花机床上，采用原电火花机床主轴头24和工作台6之间的伺服系统进行分流装置整体的放电进给控制；其加工方法特征是，采用分流补偿回路A和分流回路B组成双放电回路方式进行电火花微小孔加工，其中，分流补偿回路A加工的微小孔工件8为有效零件，分流回路B加工的工件5为辅助工件，分流法电火花加工方法的步骤是1)先进行机床的安装调整微小孔电火花分流加工是在常规电火花机床工作台6上的工作液箱4中进行，首先将双放电回路分流装置通过T型连接轴25安装在机床主轴头24上，并用锁紧螺母23固定；调整电极3使其对正工件5的加工表面，调整微小电极11使其对正微小孔工件8的加工表面，电极3和工件5接线极性与微小电极11和微小孔工件8的接线极性一致；2)对分流补偿回路A加工状态进行监测与补偿控制，是在原机床伺服系统控制基础上，单独监测微小电极11与微小孔工件8之间的"通"、"断"状态，当电极间处于"断"的状态时，启动电机19，通过丝杠16、螺母17带动连接板20纵向移动，进而带动微小电极11纵向进给，使分流补偿回路A保持在"通"的状态，保证微小孔的加工连续进行，同时，由旋转电机21依次驱动传动轴13、微小夹头12旋转，从而带动微小电极11做回转运动，改善微小孔加工放电状态，对微小孔工件8进行分流电火花加工。直至加工出符合要求的微小孔工件8;分流补偿回路A以动态伺服补偿方式监测回路的"通"、"断"状态，保持分流补偿回路A与分流回路B同步、平衡、稳定和连续进行；3)对分流装置与分流回路B进行伺服控制，是采用原机床伺服系统控制分流回路B的放电进给；当停止对分流补偿回路A的"通"、"断"状态检测与控制，进行微小孔的电火花分流加工时，分流补偿回路A和分流回路B以不平衡、不同步、不连续的方式进行放电加工，即为微小孔"静态"电火花分流法加工；4)电极直径尺寸的确定:微小电极11直径依据加工微小孔的尺寸而定，当加工0.lmm微小孔时，电极3直径取值为微小电极11的8-10倍，当加工0.2腿微小孔时，电极3直径取值为微小电极11的7-8倍，当加工0.3mm微小孔时，电极3直径取值为微小电极11的5-7倍；5)微小孔电火花分流加工参数范围加工微小孔尺寸范围O.l-0.3mm,电压V总二24-60V，电流密度I,':均=3-10A/cm2，当进行0.lmm的微小孔加工时，电压和电流密度取推荐参数的较小值，当进行0.2mm的微小孔加工时，电压和电流密度取推荐参数的中间值，当进行0.3mm的小孔加工时，电压和电流密度取推荐参数的较大值；脉冲宽度t。,，和脉冲间隔tw均为毫秒至几十毫秒量级的范围，U与W,之比在0.6-0.8范围内，以保证整个加工状态的稳定性。一种微小孔电火花分流加工方法采用的双放电回路A和B的分流装置分别安装于横梁28两侧，在横梁28中间用连接螺栓26、连接螺母27把T型连接轴25连接在一起，构成微小孔的^r火花加工^^fe--电火花加工分流回路B的分流装置由固定件1、夹头2、电极3、工件5组成，固定件1与夹头2螺纹连接并固定于横梁28左侧，电极3用夹头2定位和夹紧，工件5直接安装于工作台6上。微小孔电火花加工分流补偿回路A的分流装置由导向支架7、微小孔工件8、微小电极11、微小夹头12、传动轴13、导套14、固定架15、丝杠16、螺母17、减速器18、电机19、连接板20、旋转电机21、导柱22、横梁28、组合夹具9、绝缘板10组成；其中，减速器18、电机19为集成标准件，其输出轴与丝杠16、螺母17标准组件的输入轴相连接，由固定架15支撑，并一起固定于横梁28右侧；旋转电机21安装于连接板20上，连接板20与螺母17连接，由安装在横梁28上的导柱22导向，旋转电机21下方依次安装传动轴25、微小夹头12、微小电极ll，传动轴25由横梁28上的导套14导向，微小电极11下端用安装于组合夹具9上的导向支架7导向，微小孔工件8固定于组合夹具9上，组合夹具9与常规电火花机床工作台之间安装有绝缘板10。本发明的有益效果采用微小孔的电火花双放电回路分流装置与分流加工原理，突破原机床可加工最小孔的尺寸极限，加工出更小尺寸微小孔的方法，成功制作出用于纺织机械生产线上的微结构零件，加工出大量微小孔0.1-0.3mm、微小孔深径比达到10:1-20:1的微结构零件，解决纺织、石油、化工领域中的过滤结构件的技术难题，满足了微小孔的微结构零部件的图纸技术要求，包括各项尺寸、形状、位置精度与质量要求，大大降低制作成本，单件加工的生产效率提高4-5倍；同时，由于采用分流式电火花加工方式，可消除电火花机床在加工极限范围孔时的不稳定状态，即在分流放电回路作用下，使电火花机床工作在最佳参数工作状态，完成微结构件的微小孔加工。附图1-微小孔电火花加工分流装置结构图，其中A-分流补偿回路，B-分流回路，1-固定件，2-夹头，3-电极，4-工作液箱，5-工件，6-工作台，7-导向支架，8-微小孔工件，9-组合夹具，10-绝缘板，11-微小电极，12-微小夹头，13-传动轴，14-导套，15-固定架，16-丝杠，17-螺母，18-减速器，19-电机，20-连接板，2卜旋转电机，22-导柱，23-锁紧螺钉，24-机床主轴头，25-连接轴，26-连接螺栓，27-连接螺母，28-横梁。具体实施方式结合附图详细说明本发明的实施方式，以常规电火花加工机床D6140为例，由于电源参数范围与机床机械系统进给响应范围的限制，原机床加工最小孔尺寸为0.4-0.5mm，如果不采用分流方法及其分流装置，加工0.3mm以下孔尺寸时，系统检测微小电极的反馈信号无法满足机床伺服进给系统的响应，或因电流密度过大而导致微小电极的损毁，或因临界信号异常波动而导致微小孔电火花加工无法正常进行。采用本发明电火花分流加工方法以及分流装置，可扩展机床加工最小尺寸0.4-0.5mm的极限范围至0.1-0.3mm。采用双放电回路分流装置的分流加工原理是，在原^l床正常加工参数范围与系统检测、反馈响应条件下，通过分流降低分流补偿回路A的放电加工参数用量，使机床伺服系统与分流装置中的分流补偿回路A的放电状态匹配，使不分流微小孔放电回路的临界波动状态趋于稳定，从而突破常规电火花机床加工微小孔极限尺寸。分流法电火花加工电极3与微小电极11直径尺寸确定实例以加工硬质合金板为例，微小电极ll和电极3的直径参数如下表所示<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>微小孔电火花分流加工是在常规电火花机床工作台6上的工作液箱4中进行，首先进行机床的安装和调整先将双放电回路分流装置通过T型连接轴25安装在机床主轴头24上，并用锁紧螺母23固定；调整电极3使其对正工件5的加工表面，调整微小电极11使其对正微小孔工件8的加工表面，电极3和工件5接线极性与微小电极11和微小孔工件8的接线极性一致，验证双放电回路电极分别对正工件5和微小孔工件8的上表面。加工时，由于两条放电回路的电极尺寸的差异，微小孔电极ll的尺寸损耗大，分流补偿回路A呈现比分流回路B先断路的趋势，因此，欲保持微小孔一侧回路的连续加工，采用绝缘板io把两套电路分开，即对分流补偿回路A的加工状态进行单独监测，监测电极间"通"、"断"状态，当电极间处于"断"的状态，启动电机19，依次带动减速器18、丝杠16、螺母17、连接板20、传动轴13、微小夹头12纵向移动，从而带动微小电极ll做竖直方向的伺服进给，使分流补偿回路A保持在"通"的状态，保证微小孔加工持续进行，同时，由旋转电机21依次驱动传动轴13、微小夹头12旋转，从而带动微小电极ll做回转运动，改善微小孔加工放电状态，对微小孔工件8进行分流电火花加工。微小电极取熔点高、导电率高的铜钨合金等材料；为获得微小电极直径0.08-0.24mm尺寸，采用专门的微小电极反拷装置，直至加工出符合要求的电极直径尺寸；电极3尺寸与微小电极11尺寸的匹配是这种电火花分流加工方法中的关键参数，微小电极11直径依据加工孔尺寸而定，以加工硬质合金为例，当加工O.lmm微小孔时，电极3直径取较大值，是微小电极11的10倍，当加工0.微小孔时，电极3直径取中间值，为微小电极11的8倍，当加工O.3mm微小孔时，电极3直径取较小值，是微小电极11的6倍；由于分流作用，该方法加工微小孔的深径比得到大大提高，可达10:1-20:1;电火花加工微小孔参数范围为微小孔直径尺寸范围0.1-0.3ram，电压V总=24-60V，电流密度I平均=3-10A/cm2，当加工O.lmm时，取推荐参数为电压V,e=24_35V，电流密度I平均=3-5A/cm2，当加工0.2mm时，取推荐参数为电压V,&=35_45V，电流密度I平均=5-8A/cm2，当加工O.3mm时，取推荐参数为电压V总二45-60V，电流密度I平均=8-10A/cm2，；脉冲宽度U和脉冲间隔t。ff均为毫秒至几十毫秒量级的范围，t。。与Wf之比在0.6-0.8范围内，以保证整个加工状态的稳定性，该放电加工过程中，工件5只起辅助作用，而微小孔工件8是最终要得到的被加工工件。。为保证微小孔分流法电火花加工稳定性，双放电回路的机械与电加工参数需要严格平衡，在分流装置的结构设计上，横梁28有较大的刚性、分流回路B与分流补偿回路A的重量尽量接近1:1;在伺服进给控制上，要求对分流补偿回路A的放电状态检测有较高的灵敏性，使双放电回路加工同步进行。微小孔分流法电火花加工方法中，分流补偿回路A为动态伺服补偿方式，监测回路的"通"、"断"状态，保持分流补偿回路A与分流回路B同步、平衡、稳定和连续进行；如果停止分流补偿回路A的"通"、"断"状态检测与控制，也可以进行微小孔的电火花分流加工，所不同的是，分流补偿回路A与分流回路B由于电极尺寸的不同，放电加工以不平衡、不同步、不连续的方式进行；所以，称分流补偿回路A为微小孔"动态"电火花分流法加工，而完全靠通用电火花机床伺服系统，对双放电回路进行伺服控制，称为微小孔"静态"电火花分流法加工。在常规电火花机床进行的微小孔分流法电火花加工方法，同样适合于微小型电火花机床的分流法加工，从而进一步降低微小型电火花机床的最小加工尺寸范围，尺寸范围可达0.0卜O.l腿量级。本发明可应用在机械、电子、轻工、纺织、石油、化工和国防等各种装备的微结构件加工中。权利要求1、一种微小孔电火花分流加工方法与分流装置，在常规电火花机床上，采用原电火花机床主轴头[24]和工作台[6]之间的伺服系统进行分流装置整体的放电进给控制；其加工方法特征是，采用分流补偿回路[A]和分流回路[B]组成双放电回路方式进行电火花微小孔加工，其中，分流补偿回路[A]加工的微小孔工件[8]为有效零件，分流回路[B]加工的工件[5]为辅助工件，分流法电火花加工方法的步骤是1)先进行机床的安装调整微小孔电火花分流加工是在常规电火花机床工作台[6]上的工作液箱[4]中进行，首先将双放电回路分流装置通过T型连接轴[25]安装在机床主轴头[24]上，并用锁紧螺母[23]固定；调整电极[3]使其对正工件[5]的加工表面，调整微小电极[11]使其对正微小孔工件[8]的加工表面，电极[3]和工件[5]接线极性与微小电极[11]和微小孔工件[8]的接线极性一致；2)对分流补偿回路[A]加工状态进行监测与补偿控制，是在原机床伺服系统控制基础上，单独监测微小电极[11]与微小孔工件[8]之间的“通”、“断”状态，当电极间处于“断”的状态时，启动电机[19]，通过丝杠[16]、螺母[17]带动连接板[20]纵向移动，进而带动微小电极[11]纵向进给，使分流补偿回路[A]保持在“通”的状态，保证微小孔的加工连续进行，同时，由旋转电机[21]依次驱动传动轴[13]、微小夹头[12]旋转，从而带动微小电极[11]做回转运动，改善微小孔加工放电状态，直至加工出符合要求的微小孔工件[8]；分流补偿回路[A]为动态伺服补偿方式，监测回路的“通”、“断”状态，保持分流补偿回路[A]与分流回路[B]同步、平衡、稳定和连续进行；3)对分流回路[B]进行伺服控制，是采用原机床伺服系统控制分流回路[B]的放电进给；当停止对分流补偿回路[A]的“通”、“断”状态检测与控制，进行微小孔的电火花分流加工时，分流补偿回路[A]和分流回路[B]是以不平衡、不同步、不连续的方式进行放电加工，即为微小孔“静态”电火花分流法加工；4)电极直径尺寸的确定微小电极[11]直径依据加工微小孔的尺寸而定，当加工0.1mm微小孔时，电极[3]直径取值为微小电极[11]的8-10倍，当加工0.2mm微小孔时，电极[3]直径取值为微小电极[11]的7-8倍，当加工0.3mm微小孔时，电极[3]直径取值为微小电极[11]的5-7倍；5)微小孔电火花分流加工参数范围加工微小孔尺寸范围0.1-0.3mm，电压V总＝24-60V，电流密度I平均＝3-10A/cm2，当进行0.1mm的微小孔加工时，电压和电流密度取推荐参数的较小值，当进行0.2mm的微小孔加工时，电压和电流密度取推荐参数的中间值，当进行0.3mm的小孔加工时，电压和电流密度取推荐参数的较大值；脉冲宽度ton和脉冲间隔toff均为毫秒至几十毫秒量级的范围，ton与toff之比在0.6-0.8范围内，以保证整个加工状态的稳定性；全文摘要本发明一种微小孔电火花分流加工方法与分流装置属于微细电火花加工和成形
技术领域：
，特别涉及微小孔结构件的电火花加工技术。在常规电火花机床上，采用分流补偿回路和分流回路构成的双放电回路进行微小孔电火花加工，分流补偿回路加工的微小孔工件为有效零件，分流回路加工的工件为辅助工件。先进行机床的安装调整，双放电回路分流装置分别安装于横梁两侧，在横梁中间用螺栓、螺母把T型连接轴连接在一起，构成微小孔的电火花加工分流装置；对分流补偿回路加工状态进行监测与补偿控制；对分流回路进行伺服控制。采用本发明可突破原机床加工最小孔的尺寸极限，加工出更小尺寸的微小孔，可应用在机械、电子、纺织、石化和国防装备微结构件加工中。文档编号B23H9/14GK101239409SQ20071015834公开日2008年8月13日申请日期2007年11月15日优先权日2007年11月15日发明者徐文骥,杨连文,王续跃,王连吉申请人:大连理工大学