專利名稱：超大厚度金屬材料的復合切割裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種超大厚度金屬材料的復合切割裝置，特別是一種涉及電解、電火花、機械的復合加工裝置。
背景技術：
現(xiàn)有的能加工較大厚度工件的切割加工方式主要有(1)激光切割；(2)火焰切割；(3)等離子切割；(4)線鋸切割；(5)磨料射流切割；(6)機械切割；(7)電火花線切割。以上的切割方法存在的共同問題是無法或者難以對超大厚度的材料進行加工。例如激光切割和等離子切割只能加工厚度在30mm左右的鋼板；而火焰切割和線鋸切割也分別只能加工厚度在300mm左右的鋼板和石材；電火花線切割雖然能加工800mm左右的超硬材料，但是其加工效率非常低，而且在切割厚度上至今仍然沒有新的突破?，F(xiàn)在，隨著社會的需要，超大厚度模具以及直壁異形零件大量出現(xiàn)，如果采取切削的加工方式，雖然能勉強對其進行加工，但是會浪費大量的模具剛和加工工時，凸凹模之間的間隙也很難保證，對于復雜型腔的模具更是無能為力的。還有一些大型工件，例如大中型水力發(fā)電機的軸的直徑一般超過兩米，某電力公司下屬配件公司需要加工450毫米厚多孔槽零件，目前采用我國的高速走絲線切割技術雖然可以加工，但是效率非常低，加工一個零件往往需要約兩個星期，而且中途有時還要更換電級絲(線電極)?，F(xiàn)有的高速走絲線切割技術在大厚度切割條件下平均效率不到每分鐘50平方毫米，使大厚度加工的實用性大打折扣。并且對于表面質量要求比較高的零件采用線切割加工工藝還需要進行后續(xù)的拋光，大大影響了加工的效率。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述缺點而提供一種將電能和機械能在加工過程中進行有效組合，實現(xiàn)高效，高精度，低成本加工的超大厚度金屬材料的復合切割裝置。本發(fā)明設計巧妙，結構簡單，操作方便。
本發(fā)明的結構示意圖如附圖所示，包括有往復運動機構(1)、導柱(2)、弓架(3)、電機(4)、噴嘴(5)、循環(huán)系統(tǒng)(6)、數(shù)控工作臺(7)、電解液槽(8)、工作臺控制系統(tǒng)(9)、電源(10)、螺母(11)、高壓泵(12)、復合電極(13)、總控系統(tǒng)(14)、床身(15)，其中弓架(3)裝設在往復運動機構(1)上，復合電極(13)的一端安裝在弓架(3)的上橫臂(31)上，另一端安裝在弓架(3)的下橫臂(32)上，復合電極(13)與電源(10)電連接，且復合電極(13)與帶動其作自旋轉動的電機(4)連接，將電解液噴入加工區(qū)域的噴嘴(5)與電解液循環(huán)系統(tǒng)(6)連接，帶動工件相對復合電極(13)作進給運動的數(shù)控工作臺(7)與工作臺控制系統(tǒng)(9)電連接。
上述弓架(3)的上橫臂(31)及下橫臂(32)上分別安裝有用于裝夾復合電極(13)的夾頭，復合電極(13)通過夾頭與電源(10)電連接，復合電極(13)通過夾頭與帶動其作自旋轉動的電機(4)連接。
上述復合電極(13)為砂線纏繞式電極，包括有芯部的金屬絲(13A)及纏繞在金屬絲(13A)外圍的絕緣砂線(13B)。
上述芯部的金屬絲(13A)為可電加工的材料。
上述復合電極(13)為表面固結磨料式電極，包括有芯部的金屬絲(13A)及金屬絲上間隔地固結的絕緣磨料(13C)。
上述床身(15)上還裝設有導柱(2)，弓架(3)上設有沿導柱(2)上下滑動的導套(33)。
于上述導柱(2)為長條狀方形件，其兩端做成圓形，并設有螺紋，其通過螺紋連接件與床身(15)固接。
上述往復運動機構(1)可為電動、氣動或機械運動機構。
上述數(shù)控工作臺(7)上還設有回收電解液的電解液槽(8)，電解液槽(8)通過數(shù)控工作臺(7)上的回收孔與電解液循環(huán)系統(tǒng)(6)連接，經(jīng)電解液循環(huán)系統(tǒng)(6)過濾的電解液通過高壓泵(12)及管道與噴嘴(5)連接。
上述工作臺控制系統(tǒng)(9)還可連接有發(fā)出實時調節(jié)命令的總控系統(tǒng)(14)，總控系統(tǒng)(14)包括有計算機設備及其控制程序、監(jiān)測裝置、電機驅動器以及相應的電源；上述電源(10)為可調的直流或脈沖電源，其設有相應的電源控制系統(tǒng)，且與總控系統(tǒng)(14)連接，電源的負極和正極分別與電極或工件連接。
本發(fā)明由于采用了將電能和機械能在加工過程中進行有效組合的結構，其電能通過新型復合電極中的芯部即裸露的金屬絲對工件進行電加工，而機械能主要通過在新型復合電極的外圍所纏繞的絕緣砂線或分段固結的絕緣磨料對工件進行的磨削，其中電加工的形式主要表現(xiàn)為電解作用，由于電解作用具有加工效率高、工具基本無損耗等優(yōu)點，且本發(fā)明可以讓工作電極實現(xiàn)往復自旋運動，充分發(fā)揮了磨削加工的作用，本發(fā)明新型電極外圍的絕緣磨粒在對工件進行磨削的過程中，不僅有效刮除了電解產(chǎn)物和去除了電解作用所產(chǎn)生的鈍化膜，并且在選擇適當?shù)男D速度的情況下，有利于電加工產(chǎn)物的順利排出，使工件及時裸露出新的待加工部位，以便充分發(fā)揮電加工對材料的去除作用，避免了在電解加工過程中產(chǎn)生的電解產(chǎn)物或者在一些情況下產(chǎn)生的鈍化膜堆積在工件的表面，從而大大提高了電解作用的去除效率。而且本發(fā)明通過設計和控制砂線直徑或外圍固結磨粒層的厚度可以獲得合適且均勻的電加工間隙，有效避免了短路，大大提高了加工精度，且降低了控制系統(tǒng)的成本。本發(fā)明是一種設計巧妙，實現(xiàn)高效，高精度，低成本加工的超大厚度金屬材料的復合切割裝置。
圖1為本發(fā)明的結構示意圖；圖2為本發(fā)明實施例1中砂線纏繞式電極的結構示意圖；圖3為本發(fā)明實施例2中固結磨料式電極的結構示意圖。
具體實施例方式實施例1本發(fā)明的結構示意圖如圖1所示，包括有往復運動機構(1)、導柱(2)、弓架(3)、電機(4)、噴嘴(5)、循環(huán)系統(tǒng)(6)、數(shù)控工作臺(7)、電解液槽(8)、工作臺控制系統(tǒng)(9)、電源(10)、螺母(11)、高壓泵(12)、復合電極(13)、總控系統(tǒng)(14)、床身(15)，其中弓架(3)裝設在往復運動機構(1)上，復合電極(13)的一端安裝在弓架(3)的上橫臂(31)上，另一端安裝在弓架(3)的下橫臂(32)上，復合電極(13)與電源(10)電連接，且復合電極(13)與帶動其作自旋轉動的電機(4)連接，將電解液噴入加工區(qū)域的噴嘴(5)與電解液循環(huán)系統(tǒng)(6)連接，帶動工件相對復合電極(13)作進給運動的數(shù)控工作臺(7)與工作臺控制系統(tǒng)(9)電連接。上述往復運動機構(1)可為電動、氣動或機械運動機構。例如可以分別采用直線電機、氣缸或曲柄滑塊機構等。
為方便安裝，上述弓架(3)的上橫臂(31)及下橫臂(32)上分別安裝有用于裝夾復合電極(13)的夾頭，復合電極(13)通過夾頭與電源(10)電連接，復合電極(13)通過夾頭與帶動其作自旋轉動的電機(4)連接。
上述復合電極(13)的結構示意圖如圖2所示，為砂線纏繞式電極，包括有芯部的金屬絲(13A)及纏繞在金屬絲(13A)外圍的絕緣砂線(13B)。上述芯部的金屬絲(13A)可以采用各種直徑的銅絲、鋼絲等適合電加工的材料，外圍的絕緣砂線可以是各種直徑的砂線，如果是電鍍磨料砂線則可以先通過噴涂適當厚度的絕緣、耐磨、防腐蝕涂層的技術方法使其絕緣，然后再進行纏繞，也可以在其纏繞固定之后，通過一定的技術方法，遮住與砂線沒有接觸的金屬絲部分進行涂層處理，使砂線與工件接觸的表面獲得絕緣、耐磨、耐腐蝕的涂層，然后取走遮蔽物，露出該處的金屬絲，以此獲得適用的電極。金屬絲(1)上沒有和砂線(2)接觸的部分裸露出來能對工件進行電加工，加工間隙恰好為砂線(2)的直徑，且非常均勻。由于砂線(2)絕緣，所以在其對工件進行接觸式磨削加工時，并不會造成短路。而且可以通過選擇不同直徑的砂線來獲得不同大小的加工間隙，以適應不同的材料和加工要求，且通過往復自旋的運動方式，能順利排屑，實現(xiàn)對超大厚度難加工材料進行切割加工的目的。
為確保復合電極(13)往復運動的平穩(wěn)性，上述床身(15)上還裝設有導柱(2)，弓架(3)上設有沿導柱(2)上下滑動的導套(33)。本實施例中，上述導柱(2)為長條狀方形件，其兩端做成圓形，并設有螺紋，其通過螺紋連接件與床身(15)固接。
上述數(shù)控工作臺(7)上還設有回收電解液的電解液槽(8)，電解液槽(8)通過數(shù)控工作臺(7)上的回收孔與電解液循環(huán)系統(tǒng)(6)連接，經(jīng)電解液循環(huán)系統(tǒng)(6)過濾的電解液通過高壓泵(12)及管道與噴嘴(5)連接。本發(fā)明電解液實行噴射式供給，能夠保證加工區(qū)域充滿電解液，且?guī)ё呒庸^(qū)域的廢屑和被刮除的鈍化膜。根據(jù)不同的加工材料與加工的具體要求，電解液可以為aNO3，NaCl，CuSO4等中性溶液，也可以為添加HClO4，HCl等酸性溶液，或者以上溶液一定比例的混合。電解液通過過濾循環(huán)系統(tǒng)反復使用。
上述工作臺控制系統(tǒng)(9)還可連接有發(fā)出實時調節(jié)命令的總控系統(tǒng)(14)，總控系統(tǒng)(14)包括有計算機設備及其控制程序、監(jiān)測裝置、電機驅動器以及相應的電源；上述電源(10)為可調的直流或脈沖電源，其設有相應的電源控制系統(tǒng)，且與總控系統(tǒng)(14)連接。電源(10)根據(jù)具體加工的需要，可以為可調的直流或脈沖電源。工作臺控制系統(tǒng)(9)能發(fā)出各種運動指令，并接受總控系統(tǒng)(14)的實時調節(jié)命令，控制工作臺相對于電極的運動軌跡?？偪叵到y(tǒng)(14)能根據(jù)檢測到的實時信息，向各控制系統(tǒng)發(fā)出調節(jié)指令，使得往復運動速度、電機的轉速、工作臺的移動速度以及電參數(shù)得到實時的優(yōu)化調整并共同組成一個協(xié)調的加工體系。
本發(fā)明工作時，往復機構(1)帶動弓架(3)沿導柱(2)上下往復滑動，運動速度可以調節(jié)，裝夾在弓架(3)上的復合電極(13)，在隨著弓架(3)一起作往復運動的同時，隨電機(4)作自旋轉動，運動速度也可以調節(jié)。電解液通過噴嘴(5)高速噴入加工區(qū)域，并帶走電蝕產(chǎn)物和被刮除的鈍化膜，并通過裝在數(shù)控工作臺(7)上的電解液槽(8)進入過濾循環(huán)系統(tǒng)(6)，電解液經(jīng)過過濾處理后又被輸送到噴嘴(5)，完成一次循環(huán)，而數(shù)控工作臺在其控制系統(tǒng)(9)的控制下可以進行復雜的運動。
實施例2本發(fā)明的結構與實施例1相同，不同之處在于上述復合電極(13)為表面固結磨料式電極，如圖3所示，包括有芯部的金屬絲(13A)及金屬絲上間隔地固結的絕緣磨料(13C)。表面固結磨料式電極是在金屬絲上每隔適當?shù)木嚯x固結上一層合適厚度的絕緣磨料，沒有固結磨料的金屬段裸露，如果磨料由于各種原因而導電，可以通過涂層技術對其進行處理，獲得外表面絕緣的固結磨料，以獲得適用的復合電極。沒有固結磨料的金屬絲段為裸露狀態(tài)，能對工件進行電加工，有固結磨料的金屬絲段能對工件進行磨削加工，由于磨料絕緣，且固結磨料的金屬絲段直徑比裸露的金屬絲段大，因此在其對工件進行磨削加工時，裸露的金屬絲段并不會和工件接觸，不會發(fā)生短路。通過設計不同的固結磨料層的厚度來獲得不同的電加工間隙，以適應具體的加工材料和加工要求。采用往復自旋式運動形式和利用電解液的沖刷作用能有效排屑。同樣，這種新型電極也能滿足對大厚度難加工材料的切割加工要求。
權利要求
1.一種超大厚度金屬材料的復合切割裝置，其特征在于包括有往復運動機構(1)、弓架(3)、電機(4)、噴嘴(5)、循環(huán)系統(tǒng)(6)、數(shù)控工作臺(7)、工作臺控制系統(tǒng)(9)、電源(10)、復合電極(13)、床身(15)，其中往復運動機構(1)裝設在床身(15)，弓架(3)裝設在往復運動機構(1)上，復合電極(13)的一端安裝在弓架(3)的上橫臂(31)上，另一端安裝在弓架(3)的下橫臂(32)上，且復合電極(13)與帶動其作自旋轉動的電機(4)連接，將電解液噴入加工區(qū)域的噴嘴(5)與電解液循環(huán)系統(tǒng)(6)連接，帶動工件相對復合電極(13)作進給運動的數(shù)控工作臺(7)與工作臺控制系統(tǒng)(9)電連接，復合電極(13)與工件分別與電源(10)的負極和正極電連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的超大厚度金屬材料的復合切割裝置，其特征在于上述弓架(3)的上橫臂(31)及下橫臂(32)上分別安裝有用于裝夾復合電極(13)的夾頭，復合電極(13)通過夾頭與電源(10)電連接，復合電極(13)通過夾頭與帶動其作自旋轉動的電機(4)連接。(圖中能否標出夾頭？)
3.根據(jù)權利要求1所述的超大厚度金屬材料的復合切割裝置，其特征在于上述復合電極(13)為砂線纏繞式電極，包括有芯部的金屬絲(13A)及纏繞在金屬絲(13A)外圍的絕緣砂線(13B)。
4.根據(jù)權利要求3所述的超大厚度金屬材料的復合切割裝置，其特征在于上述芯部的金屬絲(13A)為可電加工的材料。
5.根據(jù)權利要求1所述的超大厚度金屬材料的復合切割裝置，其特征在于上述復合電極(13)為表面固結磨料式電極，包括有芯部的金屬絲(13A)及金屬絲上間隔地固結的絕緣磨料(13C)。
6.根據(jù)權利要求1至5任一項所述的超大厚度金屬材料的復合切割裝置，其特征在于上述床身(15)上還裝設有導柱(2)，弓架(3)上設有沿導柱(2)上下滑動的導套(33)。
7.根據(jù)權利要求6所述的超大厚度金屬材料的復合切割裝置，其特征在于上述導柱(2)為長條狀方形件，其兩端做成圓形，并設有螺紋，其通過螺紋連接件與床身(15)固接。
8.根據(jù)權利要求7所述的超大厚度金屬材料的復合切割裝置，其特征在于上述往復運動機構(1)可為電動、氣動或機械運動機構。
9.根據(jù)權利要求8所述的超大厚度金屬材料的復合切割裝置，其特征在于上述數(shù)控工作臺(7)上還設有回收電解液的電解液槽(8)，電解液槽(8)通過數(shù)控工作臺(7)上的回收孔與電解液循環(huán)系統(tǒng)(6)連接，經(jīng)電解液循環(huán)系統(tǒng)(6)過濾的電解液通過高壓泵(12)及管道與噴嘴(5)連接。
10.根據(jù)權利要求9所述的超大厚度金屬材料的復合切割裝置，其特征在于上述工作臺控制系統(tǒng)(9)還可連接有發(fā)出實時調節(jié)命令的總控系統(tǒng)(14)，總控系統(tǒng)(14)包括有計算機設備及其控制程序、監(jiān)測裝置、電機驅動器以及相應的電源；上述電源(10)為可調的直流或脈沖電源，其設有相應的電源控制系統(tǒng)，且與總控系統(tǒng)(14)連接，電源的負極和正極分別與電極或工件連接。
全文摘要
本發(fā)明是一種超大厚度材料的復合切割裝置。包括有往復運動機構(1)、弓架(3)、電機(4)、噴嘴(5)、循環(huán)系統(tǒng)(6)、數(shù)控工作臺(7)、工作臺控制系統(tǒng)(9)、電源(10)、復合電極(13)、床身(15)，其中往復運動機構(1)裝設在床身(15)，弓架(3)裝設在往復運動機構(1)上，復合電極(13)的一端安裝在弓架(3)的上橫臂(31)上，另一端安裝在弓架(3)的下橫臂(32)上，且復合電極(13)與帶動其作自旋轉動的電機(4)連接，將電解液噴入加工區(qū)域的噴嘴(5)與電解液循環(huán)系統(tǒng)(6)連接，帶動工件相對復合電極(13)作進給運動的數(shù)控工作臺(7)與工作臺控制系統(tǒng)(9)電連接，復合電極(13)與工件分別與電源(10)的負極和正極電連接。本發(fā)明將電能和機械能在加工過程中進行有效組合，其設計巧妙，實現(xiàn)高效，高精度，低成本加工。
文檔編號B23H5/08GK1799746SQ20041009182
公開日2006年7月12日 申請日期2004年12月31日 優(yōu)先權日2004年12月31日
發(fā)明者郭鐘寧, 張永俊, 劉江文 申請人:廣東工業(yè)大學