CN103495782A - 一种用圆形电极与超声波进行切割的电加工设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用圆形电极与超声波进行切割的电加工设备及方法。本发明将线切割的金属丝电极转化为一个圆形电极，这样在切割时免除了穿线的问题。同时根据线切割时的走丝速度，给圆形电极一个转速，使圆形电极能够均匀、连续不断的与金属产生电离放电现象，从而对工件进行切割加工。在原有线切割电源的基础上加以改进和优化使之能满足圆形电极的放电需求。采用自动化电控系统控制圆形电极转速和进给量等参数，实现自动化控制；设备控制参数合理，加工精度高。为实现排渣的功能，在工件上施加超声振动，使电极与工件放电产生的细小残渣快速脱离已加工的部位。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于长型金属工件的切割设备及方法，特别涉及一种用圆形电极与超声波进行切割的电加工设备及方法。
背景技术
对长型金属工件进行切割加工时，用目前常规线切割方法需要先进行穿孔，加工效率低；而且由于线切割机床横梁的长度限制造成无法加工。针对这种工件的加工工艺，业内有采用激光切割、等离子切割等方式，但这两种加工方式存在切割两端有“火柴头”现象，切割的宽度不能保证一致的问题。
线切割是电火花加工的一种。其原理是把脉冲电源的两极分别接金属工件和金属丝电极，工件穿孔穿丝后，循环运动的金属丝与工件之间在工作液中产生脉冲放电现象，由于电蚀作用金属工件上的材料被蚀除，产生的金属渣屑被循环的工作液带走。线切割加工时通过控制系统的监测和管控，采用伺服机构执行，使线切割的放电现象均匀一致，加工面的精度高。但是，其存在的问题是：在切割长型金属工件时，由于线切割机床横梁的长度限制无法进行加工，所以也需要进行改进。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种用圆形电极与超声波进行切割的电加工设备及方法，将线切割的线电极改为圆形电极，同时根据线切割的走丝速度，给与圆形电极适当的转速；配合进给装置；使圆形电极能够均匀、连续不断的与工件之间产生电离放电现象，从而实现电加工切割。
一种用圆形电极与超声波进行切割的电加工设备，包括电源和伺服控制单元、工件、圆形电极、直流电机、纵向进给装置、垂直进给装置、工作液喷洒装置、工件气动夹紧装置、工作液回收槽、超声振动装置、工作液净化循环装置、立柱和底座，底座上安装电源和伺服控制单元、工作液回收槽、超声振动装置、工作液净化循环装置、立柱，所述的工作液回收槽的上部通过工件气动夹紧装置和立柱固定工件，在立柱的中部安装直流电机，直流电机的外端连接圆形电极，立柱的上部设有可以移动的纵向进给装置和垂直进给装置；所述的电源和伺服控制单元提供圆形电极进行电加工所需的脉冲电流参数，同时控制直流电机带动圆形电极转动的转速，控制纵向进给装置和垂直进给装置进行纵向进给和垂直进给的进给量；
工作液喷洒装置设置在直流电机的上方，通过喷洒管线将工作液喷洒到加工区域，作为电加工的介质，并带走电加工时产生的渣屑，工作液由工件下方的工作液回收槽回收后，并由工作液回收槽一侧的工作液净化循环装置进行净化后循环使用。
上述的圆形电极采用铜钨合金电极，其中铜含量为40%，钨的含量为60%。
上述的工作液净化循环装置安装在底座上，进口端通过管线与工作液回收槽连通，出口端通过管线与工作液喷洒装置连通，工作液喷洒装置通过喷洒管线喷洒到圆形电极的加工区域。
上述的底座上安装超声振动装置，且与工件相连，使工件产生超声振动，配合工作液的循环，用以去除电加工时产生的渣屑。
一种用圆形电极与超声波进行切割的电加工方法：电源和伺服控制单元控制电加工所需的脉冲电流参数，脉冲电流的正负极分别接在工件和圆形电极上；同时控制直流电机的转速，纵向进给装置和垂直进给装置的进给量参数；
首先设置进给参数，包括纵向进给参数和垂直进给参数；设置圆形电极转速，操作工件气动夹紧装置夹紧工件；将超声振动装置与工件相连；
加工开始，直流电机带动圆形电极开始旋转，工作液喷洒装置对加工位置喷洒工作液，超声振动装置开始工作带动工件产生超声振动，垂直进给装置根据设置好的参数带动加工机头进行垂直进给运动，靠近工件开始电切割加工，加工到设定深度后，纵向进给装置根据设置好的参数带动机头进行纵向进给运动，对工件长度方向进行电切割加工，加工到规定长度后，垂直进给装置带动机头相对工件向上运动，远离工件，加工完成；
加工时，工作液净化循环装置提供工作液，由工作液喷洒装置对加工位置进行喷洒，喷洒到工件上的工作液流动到下部由工作液回收槽进行收集回收，再由工作液净化循环装置抽取并进行净化，再次进入循环；
加工时，超声振动装置带动工件产生超声振动，配合工作液喷洒装置喷洒的流动的工作液使渣屑快速脱离已加工好的部位。
本发明的有益效果如下：
本发明采用电控系统控制圆形电极的转速和进给量等参数，使参数合理、配合生产、加工速度快；
本发明中采用转动的圆形电极，加工后得到的加工区域宽度均匀、一致、表面精度高。该圆形电极采用铜钨合金制成，经长时间实验使用，采用该材质的工具电极近乎无损耗；保证了多次加工的尺寸精度；
本发明经过长时间实验使用验证，循环工作液可以满足本电加工方法的要求，同时排屑效果好、循环使用、成本低；
本发明针对加工时渣屑排除困难的问题，配备一个超声振动装置与工件相连，超声振动装置带动工件产生超声振动，再配合工作液的流动，使渣屑快速脱离已加工好的细缝；
本发明可设置多工位同时加工，提高加工效率。
附图说明
附图1是本发明的主视图；
附图2是本发明的侧视图；
附图3是本发明的整体结构示意图；
上图中：电源和伺服控制单元1、工件2、圆形电极3、直流电机4、纵向进给装置5、垂直进给装置6、工作液喷洒装置7、工件气动夹紧装置8、工作液回收槽9、超声振动装置10、工作液净化循环装置11、立柱12和底座13。
具体实施方式
结合附图1-3，对本发明作进一步的描述：
一种用圆形电极与超声波进行切割的电加工设备，包括电源和伺服控制单元1、工件2、圆形电极3、直流电机4、纵向进给装置5、垂直进给装置6、工作液喷洒装置7、工件气动夹紧装置8、工作液回收槽9、超声振动装置10、工作液净化循环装置11、立柱12和底座13，底座13上安装电源和伺服控制单元1、工作液回收槽9、超声振动装置10、工作液净化循环装置11、立柱12，所述的工作液回收槽9的上部通过工件气动夹紧装置8和立柱12固定工件2，在立柱12的中部安装直流电机4，直流电机4的外端连接圆形电极3，立柱12的上部设有可以移动的纵向进给装置5和垂直进给装置6；所述的电源和伺服控制单元1提供圆形电极3进行电加工所需的脉冲电流参数，同时控制直流电机4带动圆形电极转动的转速，控制纵向进给装置5和垂直进给装置6进行纵向进给和垂直进给的进给量；采用优化的参数，使加工时的脉冲电流、电极转速和进给参数合理。本加工方法可同时设置多工位同时加工，提高加工效率。
工作液喷洒装置7设置在直流电机4的上方，通过喷洒管线将工作液喷洒到加工区域，作为电加工的介质，并带走电加工时产生的渣屑，工作液由工件下方的工作液回收槽9回收后，并由工作液回收槽9一侧的工作液净化循环装置11进行净化后循环使用。其中，工作液采用水基线切割工作液，为现有的线切割的常用工作液。
其中，圆形电极3采用铜钨合金电极，其中铜含量为40%，钨的含量为60%，该电极近乎无损耗，保证多次加工后的尺寸精度；切割加工细缝的宽度最小为0.2mm，且缝的两端不存在“火柴头”现象。
另外，工作液净化循环装置11安装在底座13上，进口端通过管线与工作液回收槽9连通，出口端通过管线与工作液喷洒装置7连通，工作液喷洒装置7通过喷洒管线喷洒到圆形电极3的加工区域。
还有：底座上安装超声振动装置10，且与工件2相连，使工件2产生超声振动，配合工作液的循环，用以去除电加工时产生的渣屑。
一种用圆形电极与超声波进行切割的电加工方法：电源和伺服控制单元1控制电加工所需的脉冲电流参数，脉冲电流的正负极分别接在工件2和圆形电极3上；同时控制直流电机4的转速，纵向进给装置5和垂直进给装置6的进给量参数；
首先设置进给参数，包括纵向进给参数和垂直进给参数；设置圆形电极转速，操作工件气动夹紧装置8夹紧工件2；将超声振动装置10与工件2相连；
加工开始，直流电机4带动圆形电极3开始旋转，工作液喷洒装置7对加工位置喷洒工作液，超声振动装置10开始工作带动工件2产生超声振动，垂直进给装置6根据设置好的参数带动加工机头进行垂直进给运动，靠近工件开始电切割加工，加工到设定深度后，纵向进给装置5根据设置好的参数带动机头进行纵向进给运动，对工件长度方向进行电切割加工，加工到规定长度后，垂直进给装置6带动机头相对工件向上运动，远离工件，加工完成；
加工时，工作液净化循环装置11提供工作液，由工作液喷洒装置7对加工位置进行喷洒，喷洒到工件上的工作液流动到下部由工作液回收槽9进行收集回收，再由工作液净化循环装置11抽取并进行净化，再次进入循环；
加工时，超声振动装置10带动工件产生超声振动，配合工作液喷洒装置7喷洒的流动的工作液使渣屑快速脱离已加工好的部位。
本发明的工作原理是：
本发明基于线切割加工的基本原理，是在线切割技术上的一种延伸。在切割长型金属工件时，由于线切割机床横梁的长度限制无法进行加工。为解决这个问题，将线切割的金属丝电极转化为一个圆形电极，这样在切割时免除了穿线的问题。同时根据线切割时的走丝速度，给圆形电极一个转速，使圆形电极能够均匀、连续不断的与金属产生电离放电现象，从而对工件进行切割加工。在原有线切割电源的基础上加以改进和优化使之能满足圆形电极的放电需求。采用自动化电控系统控制圆形电极转速和进给量等参数，实现自动化控制；设备控制参数合理，加工精度高。为实现排渣的功能，在工件上施加超声振动，使电极与工件放电产生的细小残渣快速脱离已加工的部位。
本发明针对线切割的电源进行了合理优化，精确控制加工时的脉冲电流；采用电控系统控制圆形电极的转速和进给量等参数，使参数合理、配合生产、加工速度快；
本发明中采用转动的圆形电极，加工后得到的加工区域宽度均匀、一致、表面精度高。该圆形电极采用铜钨合金制成，经长时间实际使用，采用该材质的工具电极近乎无损耗；保证了多次加工的尺寸精度；
本发明经过长时间实验使用验证，满足本电加工方法的要求，同时排屑效果好、循环使用、成本低；
本发明针对加工时渣屑排除困难的问题，配备一个超声振动装置与工件相连，超声振动装置带动工件产生超声振动，再配合工作液的流动，使渣屑快速脱离已加工好的细缝；
本发明可设置多工位同时加工，提高加工效率。
本方法是基于线切割加工的基本原理，是在线切割技术上的一种延伸。在切割长型金属工件时，由于线切割机床横梁的长度限制无法进行加工。为解决这个问题，将线切割的金属丝电极转化为一个圆形电极，这样在切割时免除了穿线的问题。同时根据线切割时的走丝速度，给圆形电极一个转速，使圆形电极能够均匀、连续不断的与金属产生电离放电现象，从而对工件进行切割加工。在原有线切割电源的基础上加以改进和优化使之能满足圆形电极的放电需求。采用自动化电控系统控制圆形电极转速和进给量等参数，实现自动化控制；设备控制参数合理，加工精度高。为实现排渣的功能，在工件上施加超声振动，使电极与工件放电产生的细小残渣快速脱离已加工的部位。
Claims (5)
1.一种用圆形电极与超声波进行切割的电加工设备，其特征是：包括电源和伺服控制单元（1）、工件（2）、圆形电极（3）、直流电机（4）、纵向进给装置（5）、垂直进给装置（6）、工作液喷洒装置（7）、工件气动夹紧装置（8）、工作液回收槽（9）、超声振动装置（10）、工作液净化循环装置（11）、立柱（12）和底座（13），底座（13）上安装电源和伺服控制单元（1）、工作液回收槽（9）、超声振动装置（10）、工作液净化循环装置（11）、立柱（12），所述的工作液回收槽（9）的上部通过工件气动夹紧装置（8）和立柱（12）固定工件（2），在立柱（12）的中部安装直流电机（4），直流电机（4）的外端连接圆形电极（3），立柱（12）的上部设有可以移动的纵向进给装置（5）和垂直进给装置（6）；所述的电源和伺服控制单元（1）提供圆形电极（3）进行电加工所需的脉冲电流参数，同时控制直流电机（4）带动圆形电极转动的转速，控制纵向进给装置（5）和垂直进给装置（6）进行纵向进给和垂直进给的进给量；
工作液喷洒装置（7）设置在直流电机（4）的上方，通过喷洒管线将工作液喷洒到加工区域，作为电加工的介质，并带走电加工时产生的渣屑，工作液由工件下方的工作液回收槽（9）回收后，并由工作液回收槽（9）一侧的工作液净化循环装置（11）进行净化后循环使用。
2.根据权利要求1所述的用圆形电极与超声波进行切割的电加工设备，其特征是：所述的圆形电极（3）采用铜钨合金电极，其中铜含量为40%，钨的含量为60%。
3.根据权利要求1所述的用圆形电极与超声波进行切割的电加工设备，其特征是：所述的工作液净化循环装置（11）安装在底座（13）上，进口端通过管线与工作液回收槽（9）连通，出口端通过管线与工作液喷洒装置（7）连通，工作液喷洒装置（7）通过喷洒管线喷洒到圆形电极（3）的加工区域。
4.根据权利要求1所述的用圆形电极与超声波进行切割的电加工设备，其特征是：所述的底座上安装超声振动装置（10），且与工件（2）相连，使工件（2）产生超声振动，配合工作液的循环，用以去除电加工时产生的渣屑。
5.一种如权利要求1-4所述的用圆形电极与超声波进行切割的电加工方法，其特征是：电源和伺服控制单元（1）控制电加工所需的脉冲电流参数，脉冲电流的正负极分别接在工件（2）和圆形电极（3）上；同时控制直流电机（4）的转速，纵向进给装置（5）和垂直进给装置（6）的进给量参数；
首先设置进给参数，包括纵向进给参数和垂直进给参数；设置圆形电极转速，操作工件气动夹紧装置（8）夹紧工件（2）；将超声振动装置（10）与工件（2）相连；
加工开始，直流电机（4）带动圆形电极（3）开始旋转，工作液喷洒装置（7）对加工位置喷洒工作液，超声振动装置（10）开始工作带动工件（2）产生超声振动，垂直进给装置（6）根据设置好的参数带动加工机头进行垂直进给运动，靠近工件开始电切割加工，加工到设定深度后，纵向进给装置（5）根据设置好的参数带动机头进行纵向进给运动，对工件长度方向进行电切割加工，加工到规定长度后，垂直进给装置（6）带动机头相对工件向上运动，远离工件，加工完成；
加工时，工作液净化循环装置（11）提供工作液，由工作液喷洒装置（7）对加工位置进行喷洒，喷洒到工件上的工作液流动到下部由工作液回收槽（9）进行收集回收，再由工作液净化循环装置（11）抽取并进行净化，再次进入循环；
加工时，超声振动装置（10）带动工件产生超声振动，配合工作液喷洒装置（7）喷洒的流动的工作液使渣屑快速脱离已加工好的部位。
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