工件加工方法和电火花加工装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种工件加工方法。该工件加工方法包括以下步骤：水切割预加工工件形成粗轮廓；及电火花精加工所述工件的所述粗轮廓。电火花精加工的步骤包括：提供多个电极；将所述电极靠近所述工件；提供电压和加工液于所述电极和所述工件之间；及所述电极和所述工件之间绕单一的旋转轴产生转动来精加工所述粗轮廓。本发明还涉及一种电火花加工装置。该电火花加工装置包括：电极组件，包括共享单一的旋转轴的多个电极；及供电系统，电连接于所述电极和所述工件，用以提供电压于所述电极和所述工件之间。水切割预加工的速度较快，多个电极可以同时精加工工件，且电极和工件之间的运动轨迹简单易控制，从而提高加工效率。
【专利说明】工件加工方法和电火花加工装置【技术领域】
[0001]本发明有关一种工件加工方法和电火花加工装置，尤其涉及一种使用电火花加工的工件加工方法和电火花加工装置。
【背景技术】
[0002]目前，电火花加工方法用来切割导电材料，例如钢、石墨、硅和磁性材料，并且普遍用来加工金属工件。传统的加工金属工件的方法包括使用电火花加工方法、电解加工方法或电火花线切割方法来预加工工件，然后用具有高加工精度的电火花加工方法来精加工工件。然而，电火花加工方法、电解加工方法或电火花线切割方法的加工速率很慢，从而导致加工耗时很大。特别是在加工形成复杂结构的时候，加工耗时巨大。例如加工涡轮叶盘，涡轮叶盘具有数目很多的叶片且每一叶片形状复杂，从而加工时间很长。目前，形状复杂的叶片通过单个电极绕多个轴旋转来逐个加工形成。然而，此方法效率较低，且电极的运动轨迹复杂。从而传统方法的生产力较低。
[0003]因此，有必要提供一种工件加工方法和电火花加工装置来解决上面提及的至少一个技术问题。
【发明内容】
[0004]本发明的一个方面在于提供一种工件加工方法。该工件加工方法包括以下步骤:水切割预加工工件形成粗轮廓；及电火花精加工所述工件的所述粗轮廓。电火花精加工的步骤包括:提供多个电极；将所述电极靠近所述工件；提供电压和加工液于所述电极和所述工件之间；及所述电极和所述工件之间绕单一的旋转轴产生转动来精加工所述粗轮廓。
[0005]本发明的另一个方面在于提供一种电火花加工装置。该电火花加工装置包括:电极组件，包括共享单一的旋转轴的`多个电极；及供电系统，电连接于所述电极和所述工件，用以提供电压于所述电极和所述工件之间。
[0006]本发明采用水切割法预加工工件且采用多个电极进行电火花精加工，水切割预加工的速度较快，且多个电极可以同时加工工件，从而提高加工效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中:
[0008]图1所示为本发明水切割装置预加工工件的一个实施例的示意图；
[0009]图2所示为本发明电火花加工装置和工件的一个实施例的示意图；
[0010]图3所示为本发明电火花加工装置的电极组件沿图2中的A-A线的剖视图；
[0011]图4所示为本发明电火花加工装置和工件的另一个实施例的示意图；
[0012]图5所示为工件加工方法的一个实施例的流程图；
[0013]图6所示为图1所示的工件的部分剖视图；[0014]图7所示为图6所示的工件的部分剖视图，其中电极插入工件中；
[0015]图8所示为图6所示的工件精加工后的部分剖视图。
【具体实施方式】
[0016]除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
[0017]图1所示为一个实施例的水切割装置50预加工工件20的示意图。工件20可由任意可被水切割工艺和电火花加工工艺加工的导电材料制成。工件20包括粗轮廓29和定位部25。水切割装置50预加工工件20形成粗轮廓29，粗轮廓29包括若干槽道21和若干形成于相邻槽道21之间的分割部23。定位部25在预加工工件20之前形成于工件20。定位部25可以通过激光切割法、水切割法、电火花加工法、电解加工法、电火花线切割法或其他加工方法来形成。在此实施例中，定位部25成对设置于工件20的轴27上。定位部25可以是通孔、凹槽或其他辅助定位工件20的结构。在水切割预加工时，工件20通过定位部25定位于水切割装置50。
[0018]水切割装置50包括喷嘴501、与喷嘴501连接的控制系统503及用来支撑工件20的支撑部件60。在本实施例中，支撑部件60为平板，工件20放置在平板的表面。在其他实施例中，支撑部件60可以是支撑杆或其他形式的支撑结构。支撑部件60具有与定位部25卡持配合的定位件61。定位件61和定位部25配合可防止工件20相对于支撑部件60偏移或旋转。定位件61可以是螺栓、螺钉或其他可以与定位部25卡持配合的固定元件。
[0019]控制系统503用来控制喷嘴501按预定的路线运动。在一些实施例中，水切割装置50从喷嘴501中喷出研磨料(未图示)，迅速地切割工件20形成粗轮廓29。研磨料可以是加压液体，例如，水中包含研磨媒介(例如石榴石)来促进预加工。在图1所示的实施例中，水切割装置50具有单个喷嘴501，每次加工形成一个槽道21。在一些实施例中，水切割装置50具有多个喷嘴501，可同时加工形成多个槽道21。在一些实施例中，具有多个喷嘴501的水切割装置50可以每次使用一个喷嘴进行加工。在一些实施例中，移动喷嘴501来预加工工件20。在其他一些实施例中，工件20放置于支撑部件60，移动支撑部件60让固定不动的喷嘴501来预加工工件20。水切割预加工的加工速率远远高于电火花加工、电解加工、电火花线切割加工方法的加工速率，因此提高了预加工过程的加工速度。
[0020]图2所示为一个实施例的电火花加工装置1000和工件20的示意图。电火花加工装置1000用来精加工工件20的粗轮廓29。工件20可以被精加工成预定形状的产品，例如涡轮叶盘。在电火花精加工时，工件20通过定位部25定位于电火花加工装置1000。
[0021]电火花加工装置1000包括支撑部件30、电极组件10和供电系统40。在电火花加工装置1000精加工过程中，支撑部件30支撑工件20。支撑部件30具有与工件20的定位部25卡持配合的定位件31，定位部25与定位件31配合使得工件20定位于支撑部件30。在图2所示的实施例中，支撑部件30为一平板，工件20定位于该平板表面。定位件31可以是螺栓、螺钉或其他可以与定位部25卡持配合的固定元件。在一些实施例中，预加工后工件20从水切割装置50的支撑部件60移至电火花加工装置1000的支撑部件30进行精加工。在其他一些实施例中，在水切割装置50预加工和电火花加工装置1000精加工过程中，工件20固定于同一个支撑部件，预加工后工件20连同该支撑部件从水切割装置50移至电火花加工装置1000进行精加工。在另一些实施例中，工件20保持不动，预加工后水切割装置50移走，电火花加工装置1000靠近工件20进行精加工。
[0022]在图2所示的实施例中，电极组件10包括支架11、与支架11连接的多个电极13、连接电极13和支架11的多个固定件17及与支架11连接的转杆15。在本实施例中，支架11大体上为圆板状。在其他实施例中，支架11可以是利于加工工件20的其他形状。在本实施例中，转杆15组装于支架11的中央。在另一实施例中，转杆15与支架11可以一体成型。转杆15由电火花加工装置1000的控制系统(未图示)控制来移动并转动支架11和电极13。在一些实施例中，电极13与转杆15和支架11组装在一起。本实施例中，电极13通过固定件17与转杆15和支架11组装在一起，每一固定件17连接一个电极13和支架11，从而方便组装和卸载电极13。在另一实施例中，电极13和支架11可一体成型。再一实施例中，电极13、支架11和转杆15可一体成型。
[0023]电极13在此实施例中相对于转杆15的轴150对称排布，如此可保证电极组件10平衡。在本实施例中，电极13靠近且大体上面对工件20放置，利于加工工件20。电极13共享单一的旋转轴。在本实施例中，单一的旋转轴为转杆15的轴150，电极13相对于工件20绕转杆15的轴150转动。在本实施例中，电极13随着支架11绕转杆15的轴150转动来切割工件20的材料。在另一实施例中，工件20转动来被电极13加工。电极13和/或工件20可绕单一的轴旋转来实现加工，电极13和/或工件20的运动路径较简单，因此很容易设计或选择控制系统来控制电极13和/或工件20沿运动路径运动。
[0024]电极13的形状可以根据工件20的预定形状来设计。在图示实施例中，每一电极13具有三维的结构来形成工件20复杂的外形，且电极13形状大体相同。在一些实施例中，一个或多个电极13具有三维的结构，且电极13的形状可以不相同。在图示实施例中，每一电极13包括第一加工面131和相对于第一加工面131的第二加工面133。第一加工面131和第二加工面133根据各自的轮廓和规格分别加工工件20。在本实施例中，第一加工面131为凹面，可在工件20上形成相应的凸面(未图示)。第二加工面133为凸面，可在工件20上形成相应的凹面(未图示)。
[0025]在一个实施例中，工件20可以被第一加工面131或第二加工面133精加工。在另一实施例中，工件20可以相继被第一加工面131和第二加工面133精加工。在一实施例中，电极13可以相继靠近且面对工件20的相对两侧，分别用第一加工面131和第二加工面133从工件20的相对两侧来加工工件20。电极13可以从工件20的顶面22进入槽道21用第一加工面131来精加工工件20。之后，工件20翻转180度，使得顶面22抵靠支撑部件30，工件20的底面24面对电极13。然后，电极13从工件20的底面24进入槽道21用第二加工面133来精加工工件20。
[0026]在一些实施例中，工件20保持不动，移动电极13来分别从工件20的相对两面加工工件20。第一加工面131从工件20的一侧加工工件20后，电极13移到工件20的另一侧用第二加工面133来加工工件20。在一些实施例中，电极13从工件20的一侧相对于工件20分别向相反的方向转动，分别用第一加工面131和第二加工面133来加工工件20。电极13可以从工件20的顶面22进入槽道21。电极13在槽道21内绕转杆15的轴150逆时针旋转，用第一加工面131精加工工件20，然后在槽道21内绕转杆15的轴150顺时针旋转，用第二加工面133精加工工件20。
[0027]在一些实施例中，工件20相继被两组不同结构的电极13精加工形成不同的形状。在一实施例中，工件20被第一组电极加工后被第二组电极加工。图2所示的电极13可以作为第一组电极对工件20进行加工。第一组电极加工完成后，第一组电极从支架11上卸载下来，且第二组电极(未图示)安装至支架11。工件20翻转180度，使得顶面22抵靠支撑部件30。然后第二组电极对工件20进行加工。第一组电极和第二组电极分别从工件20的相对两侧进行加工。在一些实施例中，工件20保持不动，第一组电极从工件20的一侧加工完后，第二组电极移到工件20的相对另一侧进行加工。在一些实施例中，工件20可以被两组以上不同结构的电极13加工。在某些实施例中，第一组电极和第二组电极分别组装于两个独立的支架。
[0028]在图2所示的实施例中，电极13的个数少于工件20的需要加工的部位(例如槽道21)的数目。一次加工一些槽道21，然后电极13绕转杆15的轴150旋转来加工剩余槽道21中的一些槽道21，如此多次加工完所有的槽道21。一些实施例中，槽道21的数目是电极13个数的整数倍。在一些实施例中，电极13的个数等于槽道21的数目，可以一次性加工所有的槽道21。
[0029]供电系统40电连接于电极13和工件20，用以提供电压于电极13和工件20之间。在一些实施例中，供电系统40集成于控制系统(未图示)中。供电系统40可以包括单循环电路或多循环电路来控制电极13相继且周期性地放电。电火花精加工时，加工液(未图示)提供于电极13和工件20之间。加工液可以是电介质油，例如，煤油为基础的电介质油。
[0030]图3所示为图2所示的电极组件10的剖视图。在此实施例中，电极组件10设有供冲洗液(未图示)流过的冲洗通道19。在工件20精加工后，冲洗液通过冲洗通道19来冲洗工件20，清除从工件20上切割下来的碎片或残渣。在图示实施例中，冲洗通道19包括形成于转杆15的入口通道151、形成于支架11内的流道111、形成于固定件17的出口通道171、形成于固定件17的过渡通道173及形成于电极13内的电极通道135。入口通道151、流道111及出口通道171连通。入口通道151、流道111、过渡通道173及电极通道135连通。
[0031]冲洗液从入口通道151注入，流经流道111和过渡通道173，从出口通道171和电极通道135流出到工件20。结合参考图2，工件20的槽道21电火花精加工后，冲洗液冲洗每一槽道21。在此实施例中，冲洗液包括加工液。在另一实施例中，冲洗液可以是水或其他任意可冲洗工件20且不会破坏工件20的液体。
[0032]图4所示为另一实施例的电火花加工装置2000和工件200的示意图。工件200水切割预加工形成包括若干槽道(未图示)的粗轮廓。工件200也形成有定位部205。
[0033]电火花加工装置2000包括支撑杆300、电极组件100和供电系统400。支撑杆300设有与工件200的定位部205卡持配合的定位件301，定位部205和定位件301配合使得工件200定位于支撑杆300。控制系统(未图示)控制支撑杆300转动，电极组件10可以固定不动，工件200随着支撑杆300转动来实现精加工。此实施例的供电系统400类似于图2所示的供电系统40，其电连接电极103和工件200，用来提供电压于电极103和工件200之间。
[0034]电极组件100包括支架101、与支架101连接的多个电极103、连接电极103和支架101的多个固定件107及与支架101连接的转杆105。在此实施例中，支架101大体上为弧形。电火花加工装置2000的控制系统(未图示)控制转杆105，支架101可随着转杆105靠近工件200或远离工件200运动。转杆105垂直于电极103延伸。
[0035]电极103靠近且面向工件200。在此实施例中，电极103成弧形排布。电极103的结构类似于图2所示的电极13的结构。在此实施例中，每一电极103具有三维的结构。电极103共用单一的旋转轴，在此实施例中，单一的旋转轴为支撑杆300的轴303。在此实施例中，支撑杆300带动工件200绕支撑杆300的轴转动来实现加工。在另一实施例中，电极103可相对于工件200转动来加工工件200。在此实施例中，电极103的个数少于工件200的槽道(未图示)的数目。一次加工一些槽道，然后工件200绕支撑杆300的轴转动来加工另一些槽道，如此多次加工完所有的槽道。
[0036]图5所示为一个实施例的工件加工方法500的流程图。工件可以是图1、2或4中的工件20或200。工件加工方法500包括步骤510和步骤520。在步骤510中，水切割预加工工件形成粗轮廓。图1所示的水切割装置50可用来进行水切割预加工获得粗轮廓29。在步骤520中，电火花精加工工件的粗轮廓。图2或4所示的电火花加工装置1000或2000可用来进行精加工。
[0037]步骤520包括子步骤530、540、550和560。在子步骤530中，提供多个电极。电极可以是图2或4所示的电极13或103。在子步骤540中，将电极靠近工件。在一实施例中，电极向静止的工件运动。在另一实施例中，工件向静止的电极运动。再一实施例中，工件和电极相对运动。在步骤550中，提供电压和加工液于电极和工件之间。电极和工件之间产生电流。图2或4所示的供电系统40或400可用来提供电压。
[0038]在一些实施例中，工件和电极浸在加工液中。在另一些实施例中，一个或多个喷嘴喷出加工液于电极与工件之间。在步骤560中，电极和工件之间绕单一的旋转轴产生转动来精加工工件的粗轮廓。电极向工件的粗轮廓移动直至预定深度的材料被切除。在一实施例中，电极相对于工件绕单一的旋转轴转动。在另一实施例中，工件相对于电极绕单一的旋转轴转动。再一实施例中，电极和工件相对转动。
[0039]在一些实施例中，预加工前，在工件上形成定位部，例如图1、2和4所示的定位部25、205。在水切割预加工的步骤中工件通过定位部定位于水切割装置，在电火花精加工的步骤中工件通过定位部定位于电火花加工装置。在一些实施例中，工件精加工后，提供冲洗液流过冲洗通道(例如图3所示的冲洗通道19)来冲洗工件。
[0040]图6所示为图1所示的工件20的部分剖视图。槽道21由水切割形成且包括第一侧壁211和相对于第一侧壁211的第二侧壁212。图7所示为图6所示工件20的部分剖视图，其中电极13插入槽道21中。电极13的第一加工面131靠近槽道21的第一侧壁211。图8所示为图6所示工件20被电极13的第一加工面131精加工后的部分剖视图。参考图7和图8，电极13和工件20之间提供有电压和加工液时，电极13向槽道21的第一侧壁211移动直至预定深度的材料被切除，从而槽道21内形成加工完成的壁214。
[0041] 虽然结合特定的实施方式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涵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】
1.一种工件加工方法，其特征在于，其包括以下步骤: 水切割预加工工件形成粗轮廓；及 电火花精加工所述工件的所述粗轮廓，其包括: 提供多个电极； 将所述电极靠近所述工件； 提供电压和加工液于所述电极和所述工件之间；及 所述电极和所述工件之间绕单一的旋转轴产生转动来精加工所述粗轮廓。
2.如权利要求1所述的工件加工方法，其特征在于:所述电极与转杆和支架组装在一起，所述单一的旋转轴为所述转杆的轴，所述电极相对于所述工件绕所述转杆的轴转动。
3.如权利要求2所述的工件加工方法，其特征在于:所述支架内设有流道，所述工件加工方法进一步包括提供冲洗液流过所述流道来冲洗所述工件。
4.如权利要求3所述的工件加工方法，其特征在于:所述电极内设有与所述流道连通的电极通道。
5.如权利要求1所述的工件加工方法，其特征在于:所述电极和所述工件之间绕单一的旋转轴产生转动的步骤包括相对于所述电极转动所述工件。
6.如权利要求1所述的工件加工方法，其特征在于:至少一个所述电极具有三维的结构。
7.如权利要求1至6中任一所述的工件加工方法，其特征在于:所述工件加工方法进一步包括在水切割预加工的步骤之前于所述工件形成定位部，在水切割预加工的步骤中所述工件通过所述定位部定位于水切割装置，在电火花精加工的步骤中所述工件通过所述定位部定位于电火花加工装置。
8.一种电火花加工装置，用以加工工件，其特征在于，其包括: 电极组件，包括共享单一的旋转轴的多个电极 '及 供电系统，电连接于所述电极和所述工件，用以提供电压于所述电极和所述工件之间。
9.如权利要求8所述的电火花加工装置，其特征在于:所述电极组件包括转杆和支架，所述电极与所述转杆和所述支架组装在一起，且所述单一的旋转轴为所述转杆的轴。
10.如权利要求9所述的电火花加工装置，其特征在于:所述支架内设有供冲洗液流过的流道。
11.如权利要求10所述的电火花加工装置，其特征在于:所述电极内设有与所述流道连通的电极通道。
12.如权利要求9所述的电火花加工装置，其特征在于:所述电极组件包括多个固定件，每一所述固定件连接一个所述电极和所述支架。
13.如权利要求8至12中任一所述的电火花加工装置，其特征在于:至少一个所述电极具有三维的结构。
14.如权利要求8所述的电火花加工装置，其特征在于:所述电极排列成弧形。
【文档编号】B23P17/00GK103786005SQ201210428999
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年10月31日 优先权日:2012年10月31日
【发明者】罗元丰, 魏斌, 陈晓宾, 吴勇, S.J.龙廷, 高清, 郭媛媛 申请人:通用电气公司