专利名称：用于微细倒锥孔电火花加工的锥角推摆机构的制作方法
技术领域：
本发明属于微细特种加工技术领域，特别涉及一种用于微细倒锥孔电火花加工的 锥角推摆机构，主要面向欧iv(国4)标准以上的喷油嘴加工。
背景技术：
柴油发动机正向高速、高喷射压力、低排放等高性能方向发展，柴油发动机关键部 件的先进制造技术备受关注。喷油嘴偶件是影响发动机性能、寿命与可靠性的关键部件。为 有效改善喷油嘴微细喷孔喷射过程的流量系数和和雾化效果，柴油机喷油嘴微细喷孔不仅 要求孔径小于0.2mm，而且要求孔径沿喷射方向逐渐变小形成1 2°锥角的“倒锥孔”，以 达到欧IV(国4)以上的排放标准。传统的机械钻削已无法满足高标准微细喷孔加工需求。电火花加工微细喷孔具有 无机械加工力、喷孔直径小、精度较高、压力室无毛刺、可放在热处理后加工等优点。然而， 由于电火花加工中加工屑与孔壁的侧向放电，使加工出的喷孔一般呈现“正锥形”孔径形 状，即加工入口直径大、加工出口直径小。目前，为实现“倒锥形”微细喷孔加工，采用在主轴头上集成使电极丝“倒锥形”空 间内放电加工的机构模块，是较好的解决方案。国内外在此方面研究，取得了一些研究成 果，但主要采用电极丝或其导向套必须自转的方式[1 2]。实践表明，微细电极丝或导向套的 自旋转实现倒锥孔放电加工时，由于微细电极丝刚度低及自旋转精度难于控制，造成微细 倒锥孔加工尺寸和锥角误差较大，并且旋转中难于实现电极丝的持续伺服进给补偿损耗。前期提出的发明专利[3]研究发现通过垫片调节“倒锥形”锥角难于操作，锥角顶 点随着垫片厚度的变化具有不确定性，无法实现锥角的精确连续调节。而且，若保证电极丝 伺服进给不自转时，转轴、左垫块、右垫块与电极丝之间具有滑动摩擦，当配合长度较长即 摩擦接触面较大时，作用于电极丝上的摩擦力可造成电极丝“拧断”的破坏性后果，使其难 于工业应用。[1] Schubert. J Hoppe. V, Schramm. G, Pluta. J, Herold. S, Grota. B. Device for erodingconical borings. Europe patent application NO. 1584397-A2 January 2005[2]Stephan Aurich, Carsten Brandt, Wilhelm Frank, Rudiger Garn, Jens Hornig. Electrode guide for spark erosion machines and a method for the spark erosion ofwork pieces. US patent application NO. 2004/0056004 Al Mar. 2004[3]李勇，刘伟，徐明刚，吕善进，贾维溥.微细倒锥孔电火花加工电极运动导向机 构·申请号200810112沘1. 4，公开号CN 101318M4A.，
公开日2008年12月10日
发明内容
为实现欧IV (国4)以上排放标准的喷油嘴微细倒锥喷孔加工，解决倒锥角度高分 辨率连续可调、无自转电极丝在伺服进给同时锥平面摆动、微小锥角顶点精确定位的关键 性技术问题，本发明提供一种微细倒锥孔电火花加工中电极丝锥角推摆机构。
本发明采用的技术方案为1、基于电极丝倒锥圆锥面运动原理，通过电极丝与喷油嘴工件之间的火花放电， 实现倒锥孔电火花加工。2、通过偏转轴套内圆锥面与球形定位块的凸球面拟合方式，以球形定位块的固定 球心精确定位微小锥角顶点，保证倒锥孔锥角顶点与喷油嘴工件的待加工表面位置精确可 控，达到倒锥孔入口尺寸大小一致并可控目的。相关部件组成及其连接配合关系紧固螺钉将球形定位块和固定支架固接，锥面 压紧弹簧将偏转轴套与球形定位块压紧，保证偏转轴套内圆锥面与球形定位块的凸球面拟 合，导向陶瓷柱与偏转轴套调配使电极丝轴线通过球形定位块球心，并用胶将导向陶瓷柱 与偏转轴套固接，设计球形定位块球心位于导向陶瓷柱下端0. 5 2mm处，通过控制所述发 明的锥角推摆机构模块Z轴方向与待加工喷油嘴表面相对位置，即可保证加工的倒锥孔入 口尺寸大小一致并可控。3、采用误差缩小原理，利用锥角调节螺钉调节偏转轴套上端的锥角偏转块的偏心 距离，实现微小锥角大小的精确连续可调。相关部件组成及其连接配合关系推力传动块固定于双列支撑轴承的外圈，锥角 偏转块过盈配合固定于偏转轴承的外圈，弹簧支撑锥角偏转块，锥角调节螺钉与推力传动 块采用细牙螺纹匹配，偏转轴承的内圈与偏转轴套过盈配合固连，利用摆动弹性挡圈防止 偏转轴承轴向滑动，通过锥角调节螺钉调节锥角偏转块与推力传动块的相对位置实现偏心距离。4、通过偏转轴承相对于双列支撑轴承的类行星运动，达到传递偏转动力使偏转轴 套在锥角偏摆时无自转运动的目的。相关部件组成及其连接配合关系双列支撑轴承内圈与固定轴套过盈配合固连， 固定弹性挡圈防止双列支撑轴承轴向滑动，双列支撑轴承外圈和推力传动块过盈配合固 连，推力传动块和大同步带轮过盈配合固连；偏转轴承的内圈与偏转轴套过盈配合固连，利 用摆动弹性挡圈防止偏转轴承轴向滑动，锥面压紧弹簧限制偏转轴套与固定轴套的相对运 动；同步带传递旋转带动大同步带轮和推力传动块绕固定轴心旋转运动(太阳轮)，通过锥 角调节螺钉带动锥角偏转块绕固定轴心旋转运动(太阳轮)，偏转轴套受到锥面压紧弹簧 约束而无自转的锥角摆动。5、采用定位销，精确定位固定轴套轴线与球形定位块球心所在竖直轴线重合，以 保证双列支撑轴承外圈上的旋转模块(太阳轮)自转轴线穿过球形定位块的球心。相关部件组成及其连接配合关系两个定位销将固定轴套、球形定位块、固定支架 三者定位，紧固螺钉将固定轴套、球形定位块、固定支架三者固连。6、偏转轴套内配合安装导向陶瓷柱，用于约束电极丝的轴向进给和锥角摆动。相关部件组成及其连接配合关系导向陶瓷柱与偏转轴套内配合胶粘安装固定， 导向陶瓷柱加工内孔与电极丝精密间隙配合，使电极丝自由进退的同时保证推摆动力传递 和导向作用。本发明的有益效果是1、本发明为微细倒锥孔电火花加工提供了锥角推摆机构模块，这为欧IV(国4)标 准以上高质量喷油嘴微细倒锥喷孔加工提供了途径。
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2、利用固定凸球面球心定位倒锥孔锥角顶点，避免了电极丝锥摆运动引入的随机 误差影响，能保证锥角顶点的位置稳定不变，这提高了倒锥孔入口尺寸的可控精度和一致 性精度。3、基于误差缩小原理的螺纹连续调节锥角方法，可实现微小倒锥角的高分辨率连 续调节，改善了操作方便性，易于直孔加工和倒锥孔加工的功能切换，这使本发明机构模块 具有更广的适用范围。4、电极丝和导向陶瓷柱均无自转的倒锥孔加工过程，克服了电极丝或其导向器自 转偏心误差，有利于提高微细倒锥孔加工精度；电极丝与其导向器无相对运动，这样两者之 间无滑动摩擦阻力，避免电极丝“拧断”破坏性失效，有利于提高电极丝进退响应速度，这将 提高倒锥孔的加工效率。
图1为所述锥角推摆机构模块在微细电火花加工装置主轴上安装示意图；图2为倒锥顶角设定为2。时推摆机构模块示意图；图3为倒锥孔加工时电极丝沿倒锥面摇摆运动原理图；图4为图2的A-A面剖视图；图5为图2的B-B面剖视图。图中标号1-弹簧力调整螺钉；2-上端盖；3-锥角支撑弹簧；4-锥角偏转块；5-偏转轴 承；6-电极丝；7-摆动弹性挡圈；8-偏转块支撑弹簧；9-推力传动块；10-锥角调节螺钉； 11-固定弹性挡圈；12-双列支撑轴承；13-大同步带轮；14-下端盖；15-固定轴套；16-球 形定位块；17-紧固螺钉；18-内嵌导丝套；19-导向陶瓷柱；20-喷油嘴工件；21-偏转轴 套；22-锥面压紧弹簧；23-固定支架；24-同步带；25-小同步带轮；26-调速电机；27-常闭 夹子；28-常开夹子；29-主轴进给连接块；30-定位销。
具体实施例方式本发明提供了一种用于微细倒锥孔电火花加工的锥角推摆机构，下面结合附图详 细描述本发明的机械构成、连接与配合关系、动作过程和操作步骤。首先详细说明机械构成 和装配连接关系；然后，说明加工喷油嘴微细倒锥孔的具体操作步骤和动作过程。1、说明本发明的机械构成和装配连接关系如图1所示，为本发明的锥角推摆机构模块在微细电火花加工装置主轴上安装实 施例。导向陶瓷柱19内孔与电极丝6精密间隙配合，导向陶瓷柱19与偏转轴套21调配 使电极丝6穿过球形定位块16的球心，导向陶瓷柱19与偏转轴套21胶粘安装固定；内嵌 导丝套18与偏转轴套21过盈配合装配。双列支撑轴承12内圈与固定轴套15过盈配合固 连，固定弹性挡圈11防止双列支撑轴承12轴向滑动；双列支撑轴承12外圈和推力传动块 9过盈配合固连，推力传动块9和大同步带轮13过盈配合固连，下端盖14与推力传动块9 螺纹配合间隙密封双列支撑轴承12。偏转轴承5的内圈与偏转轴套21过盈配合固连，利用 摆动弹性挡圈7防止偏转轴承5轴向滑动；锥角偏转块4过盈配合固定于偏转轴承5的外圈，弹簧8支撑锥角偏转块4。锥面压紧弹簧22将偏转轴套21与球形定位块16压紧，锥 面压紧弹簧22双脚分别插入偏转轴套21与固定轴套15 ；弹簧3支撑锥角偏转块4。两个 定位销30将固定轴套15、球形定位块16、固定支架23三者定位，紧固螺钉17将固定轴套 15、球形定位块16、固定支架23三者固连。弹簧力调整螺钉1、锥角调节螺钉10分别与推 力传动块9螺纹连接；上端盖2与推力传动块9螺纹配合间隙密封。小同步带轮25内孔与 调速电机26轴紧固，调速电机沈固定于固定支架23上，同步带M将小同步带轮25和大 同步带轮13连接。常闭夹子27夹紧电极丝6，常开夹子观松开电极丝6，主轴进给连接块 29带动常闭夹子27驱动电极丝6进退。2、说明喷油嘴微细倒锥孔加工的具体操作步骤和动作过程如图2所示，以倒锥顶角为2。的微细倒锥孔加工为例，说明具体操作步骤和动作 过程。(1)设定倒锥角度锥角推摆机构模块应用之前，标定0°倒锥角的调节螺钉10的零点位置，以确定 锥角调节和设定的参考点。根据预加工微细倒锥顶角度数2°，计算调节螺钉10的调节量 为0. 5mm，采用螺距为0. 2的细牙螺纹，调节螺钉10旋进2. 5圈。可知若以调节螺钉10易 于实现的1/8圈作为调节分辨率，则倒锥角度调节分辨率可达0. Γ，能够满足倒锥角调节 精度要求。(2)倒锥孔加工控制动作过程根据待加工微细倒锥孔入口孔径，定位喷油嘴工件20与导向陶瓷柱19下端相对 位置。如图3所示，本例中将倒锥角顶点0定位于喷油嘴工件20上表面，以得到最小的加 工入口孔径，即喷油嘴工件20待加工上表面定位于导向陶瓷柱19下端Imm处。利用常闭夹子27和常开夹子观松开和夹紧协调切换，通过主轴进给连接块四蠕 动式进给电极丝6，使电极丝6达到喷油嘴工件20待加工上表面。控制调速电机沈通过小同步带轮25、同步带Μ、大同步带轮13，将旋转运动传递 给推力传动块9、锥角调节螺钉10、锥角偏转块4。如图4所示，由于偏转轴承5的行星轮作 用，偏转轴套21、内嵌导丝套18、导向陶瓷柱19带动电极丝6做无自转的圆锥面摆动(图 3)，同时电极丝6在常闭夹子27带动下轴向伺服进给放电加工，从而在喷油嘴工件20上微 细电火花加工出设定锥角的倒锥孔。
权利要求
1.用于微细倒锥孔电火花加工的锥角推摆机构，其特征在于，球形定位块(16)和固定支架固接，锥面压紧弹簧0 将偏转轴套与球形 定位块(16)的球面部分压紧，保证偏转轴套内圆锥面与球形定位块(16)的凸球面拟 合；在偏转轴套中安装导向陶瓷柱(19)，导向陶瓷柱(19)与偏转轴套调配使电 极丝(6)轴线通过球形定位块(16)球心，通过控制所述发明的锥角推摆机构模块Z轴方向 与待加工喷油嘴表面相对位置，保证加工的倒锥孔入口尺寸大小一致并可控；双列支撑轴承(12)内圈与固定轴套(15)过盈配合固连；推力传动块(9)固定于双列 支撑轴承(12)的外圈，二者过盈配合固连，推力传动块(9)的外壁和大同步带轮(1 过盈 配合固连；偏转轴承( 位于双列支撑轴承(1 的上方，其内圈与偏转轴套的上端过 盈配合固连；锥面压紧弹簧0 套装于偏转轴套上，其端面分别与偏转轴套和 固定轴套(1 接触，以限制锥面压紧弹簧0 与固定轴套(1 的相对运动；锥角偏转块(4)过盈配合固定于偏转轴承(5)的外圈，弹簧(8)置于推力传动块(9) 上，支撑锥角偏转块；锥角调节螺钉(10)与推力传动块(9)采用细牙螺纹匹配，通过锥 角调节螺钉(10)调节锥角偏转块(4)与推力传动块(9)的相对位置实现偏心距离；用两个定位销将固定轴套(15)、球形定位块(16)、固定支架三者定位，以保证双 列支撑轴承(1 外圈上的旋转模块自转轴线穿过球形定位块(16)的球心，并用紧固螺钉 将固定轴套(15)、球形定位块(16)、固定支架三者固连；同步带04)传递旋转带动大同步带轮(1 和推力传动块(9)绕固定轴心旋转运动， 通过锥角调节螺钉(10)带动锥角偏转块(4)绕固定轴心旋转运动，偏转轴套受到锥 面压紧弹簧0 约束而做无自转的锥角摆动。
2.根据权利要求1所述的用于微细倒锥孔电火花加工的锥角推摆机构，其特征在于， 所述球形定位块(16)的球心位于导向陶瓷柱(19)下端0. 5 2mm处。
3.根据权利要求1所述的用于微细倒锥孔电火花加工的锥角推摆机构，其特征在于， 所述导向陶瓷柱(19)与偏转轴套之间采用胶粘的方式固定，并在胶粘固定过程中调 节陶瓷柱(19)与偏转轴套径向相对位置，使电极丝(6)轴线穿过球形定位块(16)的 球心。
4.根据权利要求1所述的用于微细倒锥孔电火花加工的锥角推摆机构，其特征在于， 所述导向陶瓷柱(19)的内孔与电极丝(6)2 4μπι间隙配合，使电极丝6自由进退的同时 保证推摆动力传递和导向作用。
全文摘要
用于微细倒锥孔电火花加工的锥角推摆机构属于微细特种加工技术领域。该机构面向欧IV(国4)标准以上的喷油嘴微细倒锥喷孔电火花加工，基于微细电极丝倒锥圆锥面运动原理，实现微细倒锥孔加工。通过偏转轴套内圆锥面与凸球面拟合方式，以球心精确定位微小锥角顶点；通过调节偏转轴套上端偏心距离，实现微小锥角大小的精确调节；通过两个轴承的类行星运动，达到传递动力使偏转轴套在锥角偏摆时无自转运动的目的；定位销精确定位旋转模块自转中心与凸球面球心所在竖直轴线的重合。微细倒锥孔加工时，电极丝在轴向伺服进给的同时，在偏转轴套及导向陶瓷管带动下沿设定的圆锥面运动，从而在工件上加工出设定锥角的倒锥孔。
文档编号B23H9/14GK102069249SQ201010598360
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月10日 优先权日2010年12月10日
发明者佟浩, 刘美玲, 张龙, 李勇 申请人:清华大学