蠕动式微细电火花加工装置

摘要

一种属于机械工程技术领域的蠕动式微细电火花加工装置，包括：第一圆环形压电陶瓷、第二圆环形压电陶瓷、第三圆环形压电陶瓷、第一柔性铰链微夹持器、第二柔性铰链微夹持器、第一锲形圆环、第二锲形圆环、第一柔性铰链定位片、第二柔性铰链定位片、第三柔性铰链定位片、第四柔性铰链定位片、第一弹簧、第二弹簧、第一套筒、第二套筒、第一挡板、第二挡板、第三挡板、第四挡板、电极，第二挡板将第一柔性铰链定位片、第二柔性铰链定位片、第一圆环形压电陶瓷和第一锲形圆环压紧在第一弹簧上。本发明既能方便灵活地变换整个装置的位置从而实现全方位多角度加工，又能对电极进行有效夹持，具有较高响应速度。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种电火花加工装置，特别是一种蠕动式微细电火花加工装置，属于机械工程技术领域。

背景技术

电火花加工是基于工具和工件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。它能够以较软的工具加工较硬的工件，可以实现近乎无应力加工，从而在机械工程领域中得到了广泛的应用。微细电火花加工技术正是基于以上优点已经成为国内外微细制造领域所关注的热点之一，有着独特的技术优势和广阔的应用前景。在国内，已有多家科研机构开展了对微细电火花加工的研究，清华大学、哈尔滨工业大学、南京航空航天大学都曾研制过微型电火花加工装置，其进给方式有冲击式、蠕动式、电磁式以及超声马达式等多种。蠕动式微细电火花加工装置的特征主要是：模仿尺蠖运动时的前进方式，采用两块压电陶瓷分别对电极进行夹紧和放松，然后利用第三块压电陶瓷驱动夹紧后的电极进行进给运动，从而实现对工件的电火花加工。

经对现有技术文献的检索发现，冯晓光等人在“微小型电极蠕动进给在电火花加工中的应用”(中国机械工程1998年第9卷第8期)一文提到微小型电极蠕动进给加工装置，该装置采用双层弹性平行板作为机构的移动副并采用整体结构，可以实现无间隙和无摩擦传动。采用压电陶瓷作为电极微进给机构的驱动元件，分辨率较高。采用杠杆机构将压电陶瓷的位移放大，同时配合V形槽对微细电极进行夹持。该装置的不足之处在于机构的设计还不是很理想，不易实现全方位多角度的加工，另外电极还不能十分有效的夹持，响应速度也不是很理想。

发明内容

本发明的目的在于克服以上技术中的不足，提供一种蠕动式微细电火花加工装置，使其既能方便灵活地变换整个装置的位置从而实现全方位多角度加工，又能对电极进行有效夹持，具有较高响应速度。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：第一圆环形压电陶瓷、第二圆环形压电陶瓷、第三圆环形压电陶瓷、第一柔性铰链微夹持器、第二柔性铰链微夹持器、第一锲形圆环、第二锲形圆环、第一柔性铰链定位片、第二柔性铰链定位片、第三柔性铰链定位片、第四柔性铰链定位片、第一弹簧、第二弹簧、第一套筒、第二套筒、第一挡板、第二挡板、第三挡板、第四挡板、电极，第二挡板将第一柔性铰链定位片、第二柔性铰链定位片、第一圆环形压电陶瓷和第一锲形圆环压紧在第一弹簧上，第三挡板将第二圆环形压电陶瓷、第三柔性铰链定位片、第四柔性铰链定位片、第三圆环形压电陶瓷和第二锲形圆环压紧在第二弹簧上，第一挡板和第二挡板通过轴向螺钉与第一套筒连接，第三挡板和第四挡板通过轴向螺钉与第二套筒进行连接，电极由第一柔性铰链微夹持器、第二柔性铰链微夹持器夹紧定位，第一锲形圆环与第一套筒内壁配合，第二锲形圆环与第二套筒内壁配合，第一柔性铰链微夹持器与第一锲形圆环的锲形面紧密接触，第二柔性铰链微夹持器与第二锲形圆环的锲形面紧密接触，第一套筒和第二套筒之间通过第二挡板和第三挡板连接。

所述的第一柔性铰链定位片和第二柔性铰链定位片与第一套筒内壁配合。

所述的第一柔性铰链定位片、第二柔性铰链定位片、第三柔性铰链定位片和第四柔性铰链定位片均为圆环片，且在圆环片端面上开有矩形槽，用以对柔性铰链微夹持器进行固定。

所述的第一柔性铰链微夹持器支脚部分与第一柔性铰链定位片和第二柔性铰链定位片端面上的矩形槽配合。

所述的第一柔性铰链微夹持器的尖端夹持部位与第一套筒内的矩形槽配合。

所述的第三柔性铰链定位片和第四柔性铰链定位片与第二套筒内壁配合。

所述的第一套筒内设有第一柔性铰链定位片、第二柔性铰链定位片、第一圆环形压电陶瓷、第一锲形圆环和第一弹簧，第一套筒内设有矩形槽。

第二套筒内设有第二圆环形压电陶瓷、第三柔性铰链定位片、第四柔性铰链定位片、第三圆环形压电陶瓷、第二锲形圆环和第二弹簧。第二套筒内设有矩形槽。

第二柔性铰链微夹持器支脚部分与第三柔性铰链定位片和第四柔性铰链定位片端面上的矩形槽配合。

第二柔性铰链微夹持器的尖端夹持部位与第二套筒内的矩形槽配合。

第一锲形圆环可沿第一套筒内壁轴向滑动。第一柔性铰链微夹持器支脚部分与第一柔性铰链定位片和第二柔性铰链定位片端面上的槽配合，起固定作用。第一柔性铰链微夹持器的尖端夹持部位与第一套筒内的矩形槽配合，起支撑作用。工作时，第二套筒内的第三圆环形压电陶瓷首先通电，产生轴向伸长位移，通过第二锲形圆环的锲形面作用促使第二柔性铰链微夹持器尖端夹持部位合拢，第二柔性铰链微夹持器在装配时要加一定的预紧力，使其尖端夹持部位产生一定的变形，这样可以保证在圆环形压电陶瓷微小的轴向位移下第二柔性铰链微夹持器的尖端夹持部位仍能产生精确的变形，夹紧电极，可以在安装时通过第三柔性铰链定位片、第四柔性铰链定位片和第二锲形圆环的共同作用在第二柔性铰链微夹持器上加一定的预紧力。然后第二圆环形压电陶瓷通电，产生轴向伸长位移，推动第二套筒内的其它零件沿第二套筒的内壁向右运动，由于电极被第二柔性铰链微夹持器夹紧，所以电极也同时向右运动，从而实现进给运动。当第二圆环形压电陶瓷到达位移最大值后，第一套筒内的第一圆环形压电陶瓷通电，产生轴向伸长位移，通过第一锲形圆环的作用促使第一柔性铰链微夹持器尖端夹持部位合拢，夹紧电极，保持电极现有位置，然后第二套筒内的第三圆环形压电陶瓷断电，产生轴向收缩，第二柔性铰链微夹持器尖端夹持部位松开，接着第二套筒内的第二圆环形压电陶瓷断电，产生轴向收缩，第二套筒内的所有零件在第二弹簧的作用下向左运动，回到初始时的位置。接着第二套筒内的第三圆环形压电陶瓷再次通电，第二柔性铰链微夹持器夹紧电极，第一套筒内的第一圆环形压电陶瓷断电，第一柔性铰链微夹持器松开电极，回到原来位置，然后第二圆环形压电陶瓷通电，产生轴向伸长位移，再次推动第二套筒内的其它零件向右运动，完成又一次的电极进给运动。如此反复，即可实现蠕动式的微细电火花加工。

本发明中的柔性铰链微夹持器用以直接夹持电极。圆环形压电陶瓷作为驱动器使用，可以提供较大的驱动力和较高的位移分辨率，用来驱动进给运动，也用来驱动柔性铰链微夹持器对电极进行夹持。锲形圆环一方面作为中介物将压电陶瓷的轴向位移转化为柔性铰链微夹持器的尖端夹持部位位移，一方面用以传递弹簧(或柔性铰链)输送给进给压电陶瓷行程末端的返回力。弹簧的形式可以灵活选择，也可以用柔性铰链来代替，只要具有足够的刚度从而可以提供给进给压电陶瓷足够的返回力。第一柔性铰链定位片和第二柔性铰链定位片用以对柔性铰链微夹持器进行定位。第一套筒和第二套筒内部靠近柔性铰链微夹持器尖端夹持部位的一端开有矩形槽，矩形槽高度与柔性铰链微夹持器的高度相配合，用以实现对柔性铰链微夹持器尖端夹持部位的支撑，同时可以满足全方位多角度的加工。挡板主要用来固定和压紧套筒内的部件，可以利用螺钉与套筒进行连接。第一套筒和第二套筒之间可以用止口加轴向螺钉连接。

本发明总体上采用了管式结构和对称结构，可以绕管中轴线任意旋转角度，还可以将整个装置置于任何方位和角度进行加工。同时采用了一体化的柔性铰链微夹持器，由锲形圆环传递压电陶瓷的力，结构紧凑可靠，便于制造，响应速度和精度较高，而且能够对电极进行更为有效精确地夹持和定位。由于具有以上主要特点，本发明可以方便的实现从任意方位任意角度进行加工，例如可以将本装置装在机器人手臂上进行任意方位任意角度的微细电火花加工。或者可以将多个本装置并排或阵列放置来同时加工多个工件，具有较高的实用价值。

附图说明

图1为本发明结构示意图

具体实施方式

如图1所示，本发明包括：第一圆环形压电陶瓷1、第二圆环形压电陶瓷2、第三圆环形压电陶瓷3、第一柔性铰链微夹持器4、第二柔性铰链微夹持器5、第一锲形圆环6、第二锲形圆环7、第一柔性铰链定位片8、第二柔性铰链定位片9、第三柔性铰链定位片10、第四柔性铰链定位片11、第一弹簧12、第二弹簧13、第一套筒14、第二套筒15、第一挡板16、第二挡板17、第三挡板18、第四挡板19、电极20，第二挡板17将第一柔性铰链定位片8、第二柔性铰链定位片9、第一圆环形压电陶瓷1和第一锲形圆环6压紧在第一弹簧12上，第三挡板18将第二圆环形压电陶瓷2、第三柔性铰链定位片10、第四柔性铰链定位片11、第三圆环形压电陶瓷3和第二锲形圆环7压紧在第二弹簧13上，第一挡板16和第二挡板17通过轴向螺钉与第一套筒14连接，第三挡板18和第四挡板19通过轴向螺钉与第二套筒15进行连接，电极20由第一柔性铰链微夹持器4、第二柔性铰链微夹持器5夹紧定位，第一锲形圆环6与第一套筒14内壁配合，第二锲形圆环7与第二套筒15内壁配合，第一柔性铰链微夹持器4与第一锲形圆环6的锲形面紧密接触，第二柔性铰链微夹持器5与第二锲形圆环7的锲形面紧密接触，第一套筒14和第二套筒15之间通过第二挡板17和第三挡板18连接。

所述的第一柔性铰链定位片8和第二柔性铰链定位片9与第一套筒14内壁配合。

所述的第一柔性铰链定位片8、第二柔性铰链定位片9、第三柔性铰链定位片10和第四柔性铰链定位片11均为圆环片，且在圆环片端面上开有矩形槽，用以对柔性铰链微夹持器进行固定。

所述的第一柔性铰链微夹持器4支脚部分与第一柔性铰链定位片8和第二柔性铰链定位片9端面上的矩形槽配合。

所述的第一柔性铰链微夹持器4的尖端夹持部位与第一套筒14内的矩形槽配合。

所述的第三柔性铰链定位片10和第四柔性铰链定位片11与第二套筒15内壁配合。

所述的第一套筒14内设有第一柔性铰链定位片8、第二柔性铰链定位片9、第一圆环形压电陶瓷1、第一锲形圆环6和第一弹簧12，第一套筒14内设有矩形槽。

第二套筒15内设有第二圆环形压电陶瓷2、第三柔性铰链定位片10、第四柔性铰链定位片11、第三圆环形压电陶瓷3、第二锲形圆环7和第二弹簧13。第二套筒15内设有矩形槽。

第二柔性铰链微夹持器5支脚部分与第三柔性铰链定位片10和第四柔性铰链定位片11端面上的矩形槽配合。

第二柔性铰链微夹持器5的尖端夹持部位与第二套筒15内的矩形槽配合。