一种旋转式叠层电极放电加工装置的制作方法

本实用新型属于微放电加工技术设备领域，尤其涉及一种旋转式叠层电极放电加工装置。

背景技术：

在零部件表面加工出特定的微纳结构，可以产生新的工程应用价值，但是微纳结构加工比较困难，尤其是微米尺度结构方面的加工，尚未有高效高精度的成型加工方法及装置。

目前，传统的微放电加工方法可以在工件表面加工出微阵列结构，但是，传统的微放电加工方法无法保证微沟槽结构的加工精度。尽管利用传统的砂轮磨削和电火花放电加工方法可以加工出高精度的微阵列结构，但是其加工效率十分低下，在生产制造过程中，无法得到广泛的应用与发展。而且，砂轮磨削过程中，需要频繁对砂轮进行修整且不易控制。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种旋转式叠层电极放电加工装置，旨在解决现有技术中无法在被加工工件表面一次高效加工出多个微阵列结构以及保证所加工的微阵列结构的加工精度。

本实用新型是这样实现的，一种旋转式叠层电极放电加工装置，用于对工件进行加工，所述旋转式叠层电极放电加工装置包括工具电极、用于提供脉冲电并与所述工件电性连接且与所述工具电极电性连接的脉冲电源、用于驱动所述工具电极旋转的旋转驱动器以及用于驱动所述旋转驱动器在空间内移动的移动驱动器，所述工具电极包括用于产生电火花以加工所述工件的多个电极片以及用于夹持多个所述电极片并与所述旋转驱动器连接的夹持组件，所述夹持组件电性连接所述脉冲电源，所述旋转驱动器通过所述夹持组件驱动所述电极片转动。

进一步地，所述电极片为环状，所述环状电极片包括由内往外设置的供所述夹持组件夹持的内环部以及连接在所述内环部上且与所述工件之间产生电火花的外环部。

进一步地，所述工具电极还包括由导电材料制成且设置在相邻的所述电极片之间的垫片，所述垫片为圆形且位于两相邻的所述电极片的所述内环部之间并电性连通两相邻的所述电极片，所述垫片的直径小于所述电极片的直径。

进一步地，所述电极片的数量为三个，三个所述电极片的所述内环部以及设置在相邻的所述内环部之间的垫片共同形成极片导电部；三个所述电极片的所述外环部共同形成放电加工部。

进一步地，所述夹持组件包括电性夹持于所述极片导电部两侧的砂轮夹具以及夹持于所述砂轮夹具两侧的法兰夹具。

进一步地，所述砂轮夹具包括电性夹持于所述极片导电部一侧的所述内环部的第一砂轮以及与所述第一砂轮相对设置并电性夹持于所述极片导电部另一侧的所述内环部的第二砂轮。

进一步地，所述法兰夹具包括夹持于所述第一砂轮一侧的紧固法兰以及与所述紧固法兰相对设置并夹持于所述第二砂轮一侧的定位法兰。

进一步地，所述定位法兰旋转连接于所述旋转驱动器；所述紧固法兰、所述第一砂轮、所述极片导电部、所述第二砂轮以及所述定位法兰依次并列设置。

进一步地，所述旋转式叠层电极放电加工装置还包括电刷，所述电刷一端电性连接所述脉冲电源，所述电刷另一端滑动接触且电性连接于所述第一砂轮朝向所述紧固法兰的表面上。

进一步地，所述工件、所述脉冲电源、所述电刷以及所述工具电极依次电性连接且所述工件与所述工具电极以预定的距离设置以产生电火花加工所述工件。

本实用新型相对于现有技术的技术效果是：本实用新型提供的旋转式叠层电极放电加工装置，利用高效率的微细电火花放电加工方法，通过使用多个高速旋转的薄片电极片，使多个薄片电极片与工件之间产生微细电火花，从而对工件进行放电加工。在移动驱动器和旋转驱动器的驱动下，工具电极的电极片可在工件的深度进给方向上，通过微细电火花放电加工去除工件的材料。这样，可以在工件的表面高效和高精度的加工出多个微阵列结构。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种旋转式叠层电极放电加工装置的结构示意图。

图2是图1的旋转式叠层电极放电加工装置的工具电极的结构示意图。

图3是图1的A处的局部放大图。

图4是图1的旋转式叠层电极放电加工装置的电极片的结构示意图。

图5是图1的旋转式叠层电极放电加工装置的极片放电部与极片导电部的结构示意图。

附图中标号与名称对应的关系如下所示：

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“厚度”、“上”、“下”、“垂直”、“平行”、“底”、“角”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。

请参阅图1至图2，本实用新型所提供的旋转式叠层电极放电加工装置100用来加工工件90，包括：工具电极20、用于提供脉冲电并与所述工件90电性连接且与所述工具电极20电性连接的脉冲电源80、用于驱动所述工具电极20旋转的旋转驱动器10以及用于驱动所述旋转驱动器10在空间内移动的移动驱动器(图中未画)。本实施例中所述移动驱动器为具有三轴联动系统的数控磨床(图中未画)，所述旋转驱动器10为一端转接于所述数控磨床的旋转轴10，旋转轴10的另一端连接在所述工具电极20上。所述工具电极20包括用于产生电火花以加工所述工件90的多个电极片21以及用于夹持多个所述电极片21并与所述旋转轴10连接的夹持组件30，所述夹持组件30电性连接所述脉冲电源80，所述旋转轴10通过所述夹持组件30驱动所述电极片21转动，所述电极片21由导电材料制成并与所述夹持组件30电性连接。

具体地，工件90的材料可以是导电材料(例如：钢、硬质合金等，)，也可以是不导电材料(例如：玻璃、蓝宝石等)，当工件90为不导电材料时，需对工件90进行诱导放电。优选地，本实施例中工件90的材料为导电材料。所述脉冲电源80的脉冲电压范围为20～150V，脉冲频率范围为100～5000Hz，脉冲宽度范围为0.2～100μs。优选地，本实施例中脉冲电源80的脉冲电压为50V，脉冲频率为2000Hz，脉冲宽度为50μs。

根据所述旋转式叠层电极放电加工装置100，本实用新型实施例还提供了一种放电加工方法，用于对工件90进行加工，包括以下加工步骤：

准备步骤：准备所述旋转式叠层电极放电加工装置100；

工件预置步骤：将所述工件90放置在合适的位置以配合所述旋转式叠层电极放电加工装置100放电加工；

加工步骤：所述旋转轴10驱动所述工具电极20高速旋转，所述移动驱动器驱动所述旋转轴10在空间移动，所述工件90、所述工具电极20和所述脉冲电源80之间形成放电回路，所述电极片21与所述工件90之间产生微细电火花放电以侵蚀所述工件90。通过电极片21沿深度进给方向a通过微细电火花放电加工侵蚀所述工件90，从而可以在工件90的表面高效率、一次并排加工出多个光滑的微沟槽阵列结构，从而实现导电硬脆材料的电火花放电加工，可以极大提高放电加工的效率和放电加工的质量。

本实用新型实施例所提供的旋转式叠层电极放电加工装置100，通过把旋转轴10安装在数控磨床上，再利用高效率的微细电火花放电加工方法，使多个薄片电极片21高速旋转，优选地，旋转轴10的旋转速度N为1000～5000转/分。多个薄片电极片21朝向工件90的圆周侧表面与所述工件90之间产生微细电火花，从而对工件90进行放电加工。在数控磨床的三轴联动系统的带动下，电极片21可在工件90的深度进给方向a上，通过微细电火花放电加工去除工件90的材料，进给速度的范围为10～200mm/min，进给深度的范围为10～100μm。优选地，本实施例中电极片21的旋转速度N为1000转/分，进给深度为50μm，进给速度a为20mm/min。

这样，通过放电加工可以在工件90的表面高效和高精度的加工出多个微阵列结构(图未画)。所述微阵列结构可以为微沟槽阵列结构91，微沟槽阵列结构91的沟槽横截面形状可以为矩形、梯形或V形，其中沟槽的宽度范围为10～800μm，相邻沟槽之间的间距范围为20～500μm，沟槽的槽深范围为10～100μm，所加工的微沟槽阵列结构91的表面粗糙度Ra的范围为0.01～0.5μm。优选地，本实施例中所加工出的微沟槽阵列结构91为梯形沟槽，所述梯形沟槽宽度为535μm，所述相邻梯形沟槽之间的间距为125μm，所述梯形沟槽深度为45μm。

进一步地，所述电极片21为环状，所述电极片21包括由内往外设置的供所述夹持组件30夹持的内环部211以及连接在所述内环部211上且与所述工件90之间产生电火花的外环部212。所述内环部211套设在所述旋转轴10上且随所述旋转轴10一起高速转动。本实施例中电极片21为由铜箔制成的普通薄极片，其厚度范围为5～800μm。

请同时参阅图3至图4，进一步地，所述工具电极20还包括由导电材料制成且设置在相邻的所述电极片21之间的垫片22。所述垫片22为圆环形且位于两相邻的所述电极片21的所述内环部211之间。所述垫片22的直径小于所述电极片21的直径。具体地，垫片22套设于所述旋转轴10上并电性连通相邻的所述电极片21，垫片22的厚度范围为20～500μm。电极片21的直径比垫片22的直径大0.5～5mm。优选地，本实施例中电极片21的直径比垫片22的直径大1mm。

请同时参阅图5，进一步地，所述电极片21的数量为三个，在其它实施例中可以根据实际需要来设定电极片21的数量。在本实施例中三个极片主体211的厚度均优选为500μm。三个所述电极片21的所述内环部211以及设置在相邻的所述内环部211之间的垫片22共同形成极片导电部70；三个所述电极片21的所述外环部212共同形成极片放电部60。通过电性连通所述极片导电部70，从而使极片放电部60与工件90之间可以产生电火花，可以一次并列加工出三个微沟槽阵列结构91，极大的提高了加工效率。

进一步地，任意相邻的所述电极片21以及位于该相邻的所述电极片21之间的所述垫片22共同合围形成环形磨削槽50，所述磨削槽50的槽宽与所述垫片22的厚度相等。在本实施例中磨削槽50的槽宽范围为20～500μm，数量为两个。工具电极20在放电加工过程中的碎屑可以通过两个所述磨削槽50排出。

进一步地，所述夹持组件30包括电性夹持于所述极片导电部70两侧的砂轮夹具32以及夹持于所述砂轮夹具32两侧的法兰夹具31。所述砂轮夹具32从极片导电部70的两侧向其中间夹紧多个所述电极片21以及垫片22，使得垫片22与电极片21之间保持良好的电性连接。

进一步地，所述砂轮夹具32包括电性夹持于所述极片导电部70一侧的所述内环部211的第一砂轮321以及与所述第一砂轮321相对设置并电性夹持于所述极片导电部70另一侧的所述内环部211的第二砂轮322。所述第一砂轮321与所述第二砂轮322均具有良好的导电性，能很好的电性连通所述极片导电部70。第一砂轮321和第二砂轮322分别套设于所述旋转轴10上且相向压紧所述极片导电部70，使极片导电部70固定于所述旋转轴10上。

进一步地，所述第一砂轮321的直径小于所述电极片21的直径，所述第二砂轮322的直径小于所述电极片21的直径，以便工具电极20能从极片放电部60的两侧对工件90进行加工。所述电极片21的直径比第一砂轮321和第二砂轮322的直径大0.5～5mm。在本实施例中，第一砂轮321、第二砂轮322以及垫片22三者的直径相等。电极片21的直径比第一砂轮321的直径大1mm，同样，电极片21的直径比第二砂轮322的直径也大1mm。

所述法兰夹具31包括夹持于所述第一砂轮321一侧的紧固法兰311以及与所述紧固法兰311相对设置并夹持于所述第二砂轮322一侧的定位法兰312。所述紧固法兰311与所述定位法兰312分别相向夹紧所述第一砂轮321与所述第二砂轮322。

进一步地，所述紧固法兰311与所述定位法兰312均套设并固定于所述旋转轴10上。所述紧固法兰311、所述第一砂轮321、所述极片导电部70、所述第二砂轮322以及所述定位法兰312依次并列设置且在所述旋转轴10的带动下绕所述旋转轴10的中心轴线旋转。

进一步地，所述旋转式叠层电极放电加工装置100还包括电刷40。本实施例中电刷40为石墨电刷。所述电刷40一端电性连接所述脉冲电源80，所述电刷40另一端滑动接触且电性连接于所述第一砂轮321朝向所述紧固法兰311的表面上。所述第一砂轮321绕旋转轴10的中心轴线旋转时，电刷40在第一砂轮321的表面上滑动且与第一砂轮321保持电性连接，以便极片放电部60能持续与所述工件90之间产生电火花。

进一步地，所述工件90、所述脉冲电源80、所述石墨电刷40以及所述工具电极20依次电性连接且所述工件90与所述工具电极20以合适的距离设置以便产生的电火花满足对工件90的加工需求。

以下结合本实施例的具体结构和附图，对本实用新型实施例所提供的旋转式叠层电极放电加工装置的工作过程进行描述：

紧固法兰321与定位法兰312相对设置并套设和固定于旋转轴10的一端，旋转轴10的另一端转接于数控磨床，数控磨床具有的三轴联动系统使得旋转轴10在旋转的同时还能在空间上按预定轨迹运行。

把三个薄片电极片21安装在砂轮夹具32的第一砂轮321和第二砂轮322之间，三个电极片21间隔设置，相邻的电极片21之间设置垫片22。然后把砂轮夹具32连同电极片21和垫片22一起套设于旋转轴10的一端且固定于紧固法兰321与定位法兰312之间。

紧固法兰321朝定位法兰322的方向轴向压紧第一砂轮321和第二砂轮322，从而达到固定三个电极片21的目的。

石墨电刷40一端电性连接脉冲电源80的一极，另一端滑动且电性连接第一砂轮321，导电工件90电性连接脉冲电源80的另一极。

三个电极片21随旋转轴10高速旋转的同时，在数控磨床三轴数控联动系统的驱动下，三个电极片21沿设定的数控加工行走轨迹运动，高速旋转的电极片21与工件90之间产生微细电火花放电，沿深度进给方向a通过微细电火花的瞬时高温去除工件90的表面材料，从而在工件90的表面一次成形、并排高效加工出多条光滑的微沟槽阵列结构91。

本实用新型实施例所提供的旋转式叠层电极放电加工装置100适应性比较广泛，可以在任意工件90的表面加工出多种三维微阵列结构91。电极片21的损耗较少，不需要频繁更换电极片21，而且高速旋转的电极片21能对自身的形状和圆度进行自我修复，加工效率和加工精度高，可以一次成形并排加工出多条微沟槽阵列结构91，极大提高加工效率，具有很高的加工精度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。