一种具有修复工具电极的铣削放电加工装置及方法

摘要

本发明公开了一种具有修复工具电极的铣削放电加工装置，包括工具电极组件、位于工作液槽内部的工作台、导电颗粒补偿机构和设置在所述工具电极组件斜上方的压辊；所述工具电极包括金属圆柱体和固定在所述金属圆柱体的柱型面上的绝缘层，所述绝缘层与所述压辊的滚型面配合，所述压辊用于将所述导电颗粒补偿机构上的所述导电颗粒滚压在所述绝缘层的间隙内。上述具有修复工具电极的铣削放电加工装置，避免标准形状的工具电极在铣削放电加工过程中的损耗的问题。另外本发明还公开了一种具有修复工具电极的铣削放电加工方法。

说明书

技术领域

本发明涉及电加工技术领域，尤其涉及一种具有修复工具电极的铣削放电加工装置及方法。

背景技术

在机械零件加工中，铣削是一种常用的加工方法。传统的铣削加工是使用硬度较高的物体作为刀具去切削较软的物体，通过挤压的方法将待加工工件表面上多余的材料切除，从而使工件达到规定的几何形状、尺寸精度和表面质量的加工方法。

随着科技的发展，超硬材料大量涌现，该类材料被日益广泛地应用于航空航天、电子、汽车等工业领域。然而该类材料属于典型的难加工材料，采用传统的铣削加工方法难以对该类材料进行有效地加工，在非传统加工方法中，激光、磨料水射流等方法一般只能用于切割或者打孔，难以用于对该类材料进行三维复杂形状的铣削成型，电火花铣削放电加工法具有不受工件材料硬度影响、加工精度高、可加工形状复杂的三维零件等特点，是加工超硬材料的有效方法之一。

然而在利用标准形状的电极进行电火花铣削加工的过程中，由于火花放电效应在去除工件材料的同时也会去除工具电极材料，因此加工过程中工具电极的放电损耗将无法避免，持续的工具损耗，无疑将极大地影响加工精度和加工质量并提高加工的成本。

为解决标准形状的工具电极的放电损耗问题，推动电火花铣削在难加工超硬材料加工领域的应用，迄今为止，人们就对电火花铣削加工过程中的电极损耗的补偿的技术进行了大量的研究，提出了电极修整、电极在线测量和补偿等多种解决方案,但这些方法和技术离生产实际仍有较大的距离，标准形状的工具电极在电火花铣削加工过程中的损耗问题目前仍然没有得到有效的解决。

综上所述，如何解决标准形状的工具电极在电火花铣削加工过程中的损耗的问题，已成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有修复工具电极的铣削放电加工装置及方法，以避免标准形状的工具电极在铣削放电加工过程中的损耗的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种具有修复工具电极的铣削放电加工装置，包括工具电极组件、位于工作液槽内部的工作台、导电颗粒补偿机构和设置在所述工具电极组件斜上方的压辊；

所述工具电极组件包括工具电极和用于驱动所述工具电极发生转动的第一驱动机构，所述工具电极包括金属圆柱体和固定在所述金属圆柱体的柱型面上的绝缘层，所述绝缘层上设置有用于固定导电颗粒的间隙，且所述导电颗粒能够与所述金属圆柱体相抵接；

所述绝缘层与所述压辊的滚型面配合，所述压辊用于将所述导电颗粒补偿机构上的所述导电颗粒滚压在所述绝缘层的间隙内，且所述导电颗粒的高度不小于所述绝缘层的厚度；

所述工作台上设置有用于夹紧工件的夹具和用于驱动所述夹具相对所述工具电极沿平行于工作台所在平面移动的第二驱动机构，且所述工件与所述工具电极之间的距离可调。

优选地，所述压辊的轴心与所述金属圆柱体的轴心平行。

优选地，所述压辊为可旋转的压辊，且所述压辊的旋转方向与所述工具电极的旋转方向相反。

优选地，所述压辊连接有用于驱动所述压辊旋转的第三驱动机构。

优选地，所述工具电极的驱动轴和所述压辊的驱动轴上均设置有绝缘套。

优选地，所述工作液槽的外底面设置有绝缘板。

优选地，所述导电颗粒补偿机构包括用于盛放所述导电颗粒的漏斗型容器，所述漏斗型容器底部设置有用于所述导电颗粒通过的开口。

优选地，还包括控制柜，所述控制柜与电源连接，所述电源的两极分别与所述工具电极和所述夹具连接。

优选地，所述控制柜分别与所述第一驱动机构和所述第二驱动机构连接。

相比于背景技术中所介绍的内容，上述具有修复工具电极的铣削放电加工装置，通过导电颗粒补偿机构向工具电极上的绝缘层的间隙内滚压导电颗粒，当导电颗粒在放电过程中出现损耗后，将有新的导电颗粒进行补偿，从而在放电加工过程中，避免了工具电极的金属圆柱体出现损耗；同时通过工作台上设置夹紧工件的夹具，而第二驱动机构驱动夹具水平移动，并且通过调节工件与金属圆柱体之间的距离来调节放电加工的放电间隙，从而实现了对工件的铣削放电加工。

本发明还提供了一种具有修复工具电极的铣削放电加工方法，该方法包括：

制作绝缘层，在可旋转的工具电极的金属圆柱体的柱型面上固定绝缘层，且所述绝缘层上设置有用于固定所述导电颗粒的间隙；

嵌入导电颗粒，将导电颗粒嵌入至所述间隙内，且所述导电颗粒与所述金属圆柱体相接触；

铣削放电加工，接通电源，所述电源的两极分别与所述工具电极和固定有工件的夹具连通，所述夹具能够相对所述工具电极沿平行于工作台所在平面移动，所述间隙内的导电颗粒对所述工件的表面放电加工，通过调节所述工具电极与所述夹具的位置关系，实现所述工件的铣削放电加工；

补偿导电颗粒，当所述绝缘层的间隙内的导电颗粒损耗掉时，通过压辊的滚型面将新的导电颗粒滚压至所述绝缘层的间隙内，实现导电颗粒的补偿。

由于上述方法采用了上述具有修复工具电极的铣削放电加工装置的核心思想，该具有修复工具电极的铣削放电加工装置具有上述技术效果，具有该装置的核心思想的方法也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。

附图说明

图1为本发明实施例提供的具有修复工具电极的铣削放电加工装置的放电加工原理图的正面结构；

图2为本发明实施例提供的图1的局部放大图；

图3为本发明实施例提供的具有修复工具电极的铣削放电加工装置的放电加工原理图的侧面结构；

图4为本发明实施例提供的具有修复工具电极的铣削放电加工装置的铣削结构的示意图；

图5为本发明实施例提供的具有修复工具电极的铣削放电加工方法的流程图。

上图1-4中，

工件1、夹具2、绝缘板3、导电颗粒补偿机构4、压辊5、工作台6、工具电极7、电源8、绝缘层9、导电颗粒10、工具电极的驱动轴11、绝缘套12、控制柜13、工作液槽14；

上图5中，

制作绝缘层100、嵌入导电颗粒200、铣削放电加工300、补偿导电颗粒400。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种具有修复工具电极的铣削放电加工装置及方法，以避免标准形状的工具电极在铣削放电加工过程中的损耗的问题。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1-4所示，本发明实施例提供的一种具有修复工具电极的铣削放电加工装置，包括工具电极组件、位于工作液槽14内部的工作台6、导电颗粒补偿机构4和设置在工具电极组件斜上方的压辊5；

工具电极组件包括工具电极7和用于驱动工具电极发生转动的第一驱动机构，工具电极7包括金属圆柱体和固定在金属圆柱体的柱型面上的绝缘层9，绝缘层9上设置有用于固定导电颗粒10的间隙，且导电颗粒10能够与金属圆柱体相抵接，使得导电颗粒与金属圆柱体良好的接触。

绝缘层9与压辊5的滚型面配合，压辊5用于将导电颗粒补偿机构4上的导电颗粒10滚压在绝缘层9的间隙内，且导电颗粒10的高度不小于绝缘层9的厚度。在具体放电加工过程中，导电颗粒补偿机构向滚型面与绝缘层的配合位置输送导电颗粒，当导电颗粒经过滚型面后，导电颗粒嵌入至上述间隙并使得导电颗粒能够与金属圆柱体良好接触，由于导电颗粒10的高度不小于绝缘层9的厚度，故通过滚压后，绝缘层上形成了具有一定厚度的颗粒导电区域。

这里需要说明的是，本领域技术人员都应该理解的是，为了使得压辊5能够顺利滚压导电颗粒使其嵌入至绝缘层的间隙内，上述设置在工具电极组件斜上方的压辊5，具体设置方式为：当工具电极顺时针旋转时，压辊设置在所属工具电极的右上方；当工具电极逆时针旋转时，压辊设置在所属工具电极的左上方。另外需要说明的是，上述绝缘层一般为采用高熔点的耐磨绝缘材料制作成的绝缘层。

工作台6上设置有用于夹紧工件1的夹具2和用于驱动夹具2相对工具电极7沿平行于工作台所在平面移动的第二驱动机构，且工件1与工具电极7之间的距离可调。

这里需要说明的是，上述第二驱动机构驱动夹具2相对工具电极7沿平行于工作台所在平面移动，具体可以是夹具能够沿平行于工作台所在平面移动，工具电极沿平行于工作台所在平面的自由度为0，实现工具电极对夹具上夹紧的工件的不同位置进行放电加工；还可以是工具电极能够沿平行于工作台所在平面移动，夹具沿平行于工作台所在平面的自由度为0，实现工具电极对夹具上夹紧的工件的不同位置进行放电加工；还可以是夹具和工具电极均可以沿平行于工作台所在平面移动，实现工具电极对夹具上夹紧的工件的不同位置进行放电加工。

另外需要说明的是，上述工件1与工具电极7之间的距离可调，具体可以是夹具2能够沿垂直工作台所在平面的方向移动，工具电极沿垂直工作台所在平面的方向不能移动，实现工件1与工具电极7之间的距离可调；也可以是夹具沿垂直工作台所在平面的方向不能移动，工具电极能够沿垂直工作台所在平面的方向移动，实现工作台6与工具电极7之间的距离可调；还可以是夹具和工具电极均能够沿垂直工作台所在平面的方向移动，实现工作台6与工具电极7之间的距离可调。

可以理解的是上述夹具2能够沿垂直工作台所在平面的方向移动，具体可以是夹具能够沿垂直工作台所在平面的方向移动，而工作台沿垂直工作台所在平面的方向不能移动；也可是夹具沿垂直工作台所在平面的方向不能移动，而工作台能够沿垂直工作台所在平面的方向移动；还可以是夹具和工作台均能够沿垂直工作台所在平面的方向移动。

进一步需要说明的是，上述导电颗粒可以是铜、铁、铝等导电颗粒，也可以是本领域技术人员常用的其他导电颗粒；上述绝缘层可以是金刚石绝缘层、立方氮化硼绝缘层等等，或本领域技术人员常用的其他绝缘材料制得的绝缘层。

相比于背景技术中所介绍的内容，上述具有修复工具电极的铣削放电加工装置，通过导电颗粒补偿机构向工具电极上的绝缘层的间隙内滚压导电颗粒，当导电颗粒在放电过程中出现损耗后，将有新的导电颗粒进行补偿，从而在放电加工过程中，避免了工具电极的金属圆柱体出现损耗；同时通过工作台上设置夹紧工件的夹具，而第二驱动机构驱动夹具相对所述工具电极(7)沿平行于工作台所在平面移动，并且通过调节工件与工具电极之间的距离来调节放电加工的放电间隙，从而实现了工件的铣削放电加工。

进一步地，上述压辊5的轴心与金属圆柱体的轴心平行。通过上述轴心的平行使得压辊滚压导电颗粒的效果更好。当然可以理解的是上述压辊5的轴心与金属圆柱体的轴心还可以是非平行的，只不过本发明实施例优选采用上述轴心平行的方式而已。

进一步地，压辊5为可旋转的压辊，且压辊5的旋转方向与工具电极7的旋转方向相反。通过将上述压辊设置成可旋转的，使得滚压导电颗粒是更加顺畅，同时将压辊5的旋转方向与工具电极7的旋转方向设置成相反方向，使得压辊和工具电极上的绝缘层之间具有挤压效果，进一步使得导电颗粒的滚压更加顺畅。当然可以理解的是，上述压辊5也可以是不可旋转的，只不过本发明实施例优选采用上述可旋转的方式而已。

进一步地，上述压辊5连接有用于驱动压辊5旋转的第三驱动机构。通过上述第三驱动机构使得压辊能够主动旋转，增强了滚压效果。当然可以理解的是，上述压辊5还可以是没有驱动机构，随着工具电极的旋转与导电颗粒的挤压带动压辊5发生旋转。

进一步地，上述工具电极7的驱动轴和压辊5的驱动轴上均设置有绝缘套12；上述工作液槽14的外底面设置有绝缘板3。上述绝缘套和绝缘板均起到隔电保护作用，使得放电加工过程更加安全可靠。

进一步地，上述导电颗粒补偿机构4包括用于盛放导电颗粒的漏斗型容器，漏斗型容器底部设置有用于导电颗粒10通过的开口。通过上述漏斗型容器内的导电颗粒在重力作用下从上述开口中掉落至工具电极的绝缘板与压辊的滚型面之间，在压辊的滚压作用下，使得绝缘板的间隙内损耗的导电颗粒得到补偿。当然可以理解的是，上述导电颗粒补偿机构还可以是本领技术人员容易想到的其他结构，比如导电颗粒通过传送带等方式输送至绝缘板与压辊的滚型面之间等等。

进一步地，上述装置还包括控制柜13，该控制柜13与电源8连接，电源8的两极分别与工具电极7和夹具2连接。通过上述控制柜可以控制工具电极和夹具的通电和断电。

进一步地，上述控制柜13分别与第一驱动机构和第二驱动机构连接。通过上述连接，使得控制柜可以控制第一驱动机构和第二驱动机构的运转。

如图5所示，本发明实施例还提供了一种具有修复工具电极的铣削放电加工方法，该方法包括：

制作绝缘层100，在可旋转的工具电极的金属圆柱体的柱型面上固定绝缘层(需要说明的是，上述绝缘层一般为采用高熔点的耐磨绝缘材料制作成的绝缘层)，且所述绝缘层上设置有用于固定所述导电颗粒的间隙；

嵌入导电颗粒200，将导电颗粒嵌入至所述间隙内，且所述导电颗粒与所述金属圆柱体相接触；

铣削放电加工300，接通电源，所述电源的两极分别与所述工具电极和固定有工件的夹具连通，所述夹具能够相对所述工具电极沿平行于工作台所在平面移动，所述间隙内的导电颗粒对所述工件的表面放电加工，通过调节所述工具电极与所述夹具的位置关系(可以理解的是，通过调节工具电极与夹具的距离(即调节工具电极与工件的距离)来调节放电间隙，通过夹具相对工具电极沿平行于工作台所在平面移动，实现工具电极对夹具上夹紧的工件的不同位置进行放电加工)，实现所述工件的铣削放电加工；

补偿导电颗粒400，当所述绝缘层的间隙内的导电颗粒损耗掉时，通过压辊的滚型面将新的导电颗粒滚压至所述绝缘层的间隙内，实现导电颗粒的补偿。

由于上述方法采用了上述具有修复工具电极的铣削放电加工装置的核心思想，该具有修复工具电极的铣削放电加工装置具有上述技术效果，具有该装置的核心思想的方法也应具有相应的技术效果，在此不再赘述。

为了使本领域技术人员更好的理解本发明提供的技术方案，下面结合具体的操作过程进行说明：

首先，将工件1安装在夹具2上，夹具2安装在工作台6上并置于工作液槽14中，工作液槽中的去离子水没过工件。工具电极7下端加工工件1，工具电极绕其驱动轴11旋转，通过电源8提供电流。加工过程中，导电颗粒10与工件1之间的间隙被击穿，对工件进行电加工。绝缘套12与绝缘板3起隔电保护作用。工具电极上方压辊5与工具电极配合，不断将导电颗粒10，压进工具电极表面的绝缘层9的间隙内，导电颗粒补偿机构4可不断供给导电颗粒，由此来补充放电加工中导电颗粒的消耗。控制柜13可控制夹具和工具电极的转动以及电源电能的接通和断开。

上述装置，在加工过程中工具电极做旋转运动，外界供应的导电颗粒将被不断压入工具本体表面上，并在压力的作用下和金属圆柱体连通，其高度将略高于绝缘层或与绝缘层基本持平，从而形成一定厚度的压入颗粒导电区域，加工过程中的放电效应在该区域发生，放电效应虽然会造成导电颗粒的损耗，然而损耗的导电颗粒在加工过程中可以不断地得到补充，如此往复，可使工具电极的金属圆柱体及其表面的绝缘层在加工过程中得到有效的保护，并避免工具电极的金属圆柱体遭到损伤，这无疑将极大地延长工具电极的寿命，保证了加工的精度并降低了加工的成本。

以上对本发明所提供的具有修复工具电极的铣削放电加工装置及方法进行了详细介绍。需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。