专利名称：圆柱杆件表面阵列群凸起微细电火花加工工艺及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是圆柱杆件表面阵列群凸起微细电火花加工工艺及其装置，属于微 细电火花加工技术领域。
背景技术：
随着现代科学及制造技术的迅速发展，航空航天领域各类飞行器及制导武器系统 趋向于小型化、微型化。在许多精密机械产品中广泛存在着尺寸在IOOym 1. 5mm之间的 微细孔、窄槽、缝隙、微凹坑、微凸起、微细刻痕等微结构，其中零件表面微凸起结构越来越 受到人们的重视，这些机械零件表面形成的微凸起结构在摩擦学、仿生制造等领域具有重 要意义，具有微凸起的接触表面非但没有降低机械零件表面抗磨损能力，反而能大大提高 承载能力和使用寿命，能够满足现代机械传动高速、重载的要求，因此微凸起结构的制作成 为目前研究的一个热点。目前，针对微凸起结构的制作出现了许多新型的微细加工方法，其 中微细特种加工技术已经占据主导地位，主要包括微细电火花加工、微细电解加工、激光加 工、超声加工等以及它们的复合加工。电火花加工又称放电加工，其基本原理是基于工具和 工件(正、负电极)之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件 的尺寸、形状及表面质量预定的加工要求。电火花加工技术已经是比较成熟的特种加工工 艺，其商业化机床设备种类也比较齐全，在微细加工及难切削材料加工方面发挥了重要作 用。针对具体零件结构特征进行电极设计、工装夹具设计及相关工艺参数选择是目前利用 电火花加工技术必须解决的关键问题，同时也决定了采用电火花加工技术的综合技术经济 效果。
发明内容
要解决的技术问题本发明的目的在于通过设计出微细电火花加工装置实现加工圆柱杆件表面阵列 群凸起的工艺方法。通过选用一定的切割轨迹和加工参数，先以电火花线切割微精加工出 具有特定形状的凹槽加工电极，继而采用本发明中的加工装置以电火花成形加工出微凸起 结构，获得了良好的加工效果。技术方案一种用于加工圆柱杆件表面阵列群凸起的微细电火花加工装置，其包括箱体、控 制单元、步进电机、联轴器、主轴、绝缘板、机床主轴、中心顶尖、滑块、径向加工电极、轴向加 工电极、夹头，其特征在于其中控制单元位于箱体外，步进电机置于绝缘板上，控制单元 通过输出信号控制步进电机旋转，步进电机通过联轴器与主轴相联从而带动主轴旋转；主 轴上安装有夹头夹紧工件，中心顶尖固定在滑块上与工件相联，主轴通过与专用夹头相联 带动工件勻速旋转；径向加工电极安装在机床主轴上，随着工件的勻速旋转，径向加工电极 沿Z向伺服进给的同时沿X向运动完成加工；轴向加工电极安装在机床主轴上进行加工时， 工件固定不动轴向加工电极沿Y向伺服进给完成加工。
—种用于加工圆柱杆件表面阵列群凸起的微细电火花加工工艺是先将工件在专 用工装夹具(可用商品夹具代替)上安装固定，使得工件能够绕工件轴线稳定勻速旋转， 将装有工件的专用夹具一起置于外圆磨床上对工件进行外圆磨削加工，以达到工件外廓精 度要求。首先进行径向凹槽的加工，加工过程中工件借助专用夹具上的步进电机进行勻速 旋转，Z向伺服进给运动的同时沿X向做平行于电极上所切割条纹方向的运动，以消除电极 损耗带来的加工误差(由于径向加工电极沿X方向的运动，可以保证已经进行过加工有损 耗的电极部分进入非加工区，同时有尚未进行加工的电极部分进入加工区，这样可消除因 电极损耗带来的加工误差)，直至达到需要的进给距离，对于不同尺寸规格的凸起需根据电 极设计时η的取值不同，进行η次加工，每次加工平移一个凸起轴向间距，即完成径向凹槽 的加工；然后停止工件的旋转运动，将轴向凹槽加工电极的切割有对应凸起条纹的圆孔与 工件调整至同心，电极在机床主轴的带动下沿Y向做伺服进给运动，直至完成加工；此工序 中，同样需根据电极设计时m的取值不同，进行m次加工，每次加工更换一个电极工位，每一
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电极工位相对前一电极工位绕工件中心旋转角度为arcSin]「’在实际制作该电极时，将
m个电极工位形状加工在同一零件上，以确保不同电极工位的相对位置关系。经过径向凹槽 和轴向凹槽的加工，最终就形成了所需要的圆柱杆件表面阵列群凸起。整个加工过程工件 只进行一次装夹定位无须拆卸，容易满足高精度要求，因此本方法可实现圆柱杆件表面阵 列群凸起的加工。所述的加工圆柱杆件表面阵列群凸起的微细电火花加工的电极设计方法，径向加工电极尺寸设计如下
权利要求
1. 一种用于加工圆柱杆件表面阵列群凸起的微细电火花加工工艺，其特征在于A、将工件在夹具上安装固定，使得工件能够绕工件轴线稳定勻速旋转，将装有工件的 夹具一起置于外圆磨床上对工件进行外圆磨削加工，以达到工件外廓精度要求；B、将工件与夹具一起安装固定在精密电火花加工机床上，首先进行径向凹槽的加工， 加工过程中工件借助夹具上的步进电机进行勻速旋转，切割有对应凸起条纹的径向加工电 极安装于机床主轴上做Z向伺服进给运动的同时沿X向做平行于电极上所切割条纹方向的 运动，以消除电极损耗带来的加工误差，直至达到需要的进给距离；对于不同尺寸规格的凸 起需根据电极设计时η的取值不同，进行η次加工，每次加工平移一个凸起轴向间距，即完 成径向凹槽的加工；然后停止工件的旋转运动，将轴向加工电极的切割有对应凸起条纹的 圆孔与工件调整至同心，电极在机床主轴的带动下沿Y向做伺服进给运动，直至完成加工； 此工序中，同样需根据电极设计时m的取值不同，进行m次加工，每次加工更换一个电极工 位；C、经过径向凹槽和轴向凹槽的加工，最终就形成了所需要的圆柱杆件表面阵列群凸起；其中所述的径向加工电极尺寸设计如下其中，当b彡d时n=l ；当b < d时，取满足nb彡d时η的最小值，实际加工时，加工η 次，每次沿工件轴向移动距离为B+b ； 轴向加工电极尺寸设计如下其中，当a彡d时m=l ；当a <d时，取满足ma彡d时m的最小值，共需加工m次才能完β十4成轴向凹槽的加工，每一电极工位相对前一电极工位绕工件中心旋转角度为arcsin^^，在实际制作该电极时，将m个电极工位形状加工在同一零件上，以确保不同电极工位的相 对位置关系；以上两式中，a、b、h分别为微凸起的长、宽、高，d为线切割电极丝直径，R为工件半径， A、B分别为微凸起沿径向和圆周方向间距，Δ为对应所选用电规准的放电间隙，H为加工电 极凸起条纹高度，E为径向加工电极条形凸起条纹之间间隙，e为径向加工电极条形凸起条 纹宽度，F为轴向加工电极条形凸起条纹之间间隙，f为轴向加工电极孔内壁凸起条纹宽度。
2. 一种用于加工圆柱杆件表面阵列群凸起的微细电火花加工装置，其包括箱体、控制 单元、步进电机、联轴器、主轴、绝缘板、机床主轴、中心顶尖、滑块、径向加工电极、轴向加工 电极、夹头，其特征在于其中控制单元位于箱体外，步进电机置于绝缘板上，控制单元通过输出信号控制步进电机旋转，步进电机通过联轴器与主轴相联从而带动主轴旋转；主轴上 安装有夹头夹紧工件，中心顶尖固定在滑块上与工件相联，主轴通过与专用夹头相联带动 工件勻速旋转；径向加工电极安装在机床主轴上，随着工件的勻速旋转，径向加工电极沿Z 向伺服进给的同时沿X向运动完成加工；轴向加工电极安装在机床主轴上进行加工时，工 件固定不动轴向加工电极沿Y向伺服进给完成加工。
全文摘要
本发明涉及的是圆柱杆件表面阵列群凸起微细电火花加工工艺及其装置，属于微细电火花加工技术领域。一种用于加工圆柱杆件表面阵列群凸起的微细电火花加工工艺及其装置，主轴上安装有夹头夹紧工件，中心顶尖固定在滑块上与工件相联，主轴通过与专用夹头相联带动工件匀速旋转；径向加工电极安装在机床主轴上，随着工件的匀速旋转，径向加工电极沿Z向伺服进给的同时沿X向运动完成加工；轴向加工电极安装在机床主轴上进行加工时，工件固定不动轴向加工电极沿Y向伺服进给完成加工。本发明中微细电火花加工装置是为加工圆柱杆件表面阵列群凸起而专门设计的，实现不同长度圆柱杆件的安装固定及数控回转与分度功能，减少工件装夹次数，提高加工精度。
文档编号B23H1/00GK102085586SQ201010517410
公开日2011年6月8日 申请日期2010年10月22日 优先权日2010年10月22日
发明者万云, 云乃彰, 徐坤, 戴庆文, 李东强, 王艳, 王超恒, 章熠鑫, 赵建社, 陈建宁 申请人:南京航空航天大学