CN1236885C - 放电加工装置 - Google Patents
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Abstract
包括能够沿竖直方向移动的主轴(8)，关于主轴的中心线对称地安装在主轴上的至少一组直线电动机的移动子，与一组移动子相对峙的一组直线电动机的定子的放电加工装置。安装有工具电极(6)的电极安装装置(9)，与主轴同轴地安装在主轴的下端。最好是，一组移动子，分别包括粘贴在主轴上的磁铁板(12、14)和配置在磁铁板上的列状的永久磁铁(11、13、15、16)，一组定子，分别包括轭铁(31、41)和卷绕在轭铁上的线圈(32、42)。主轴在其中心有着沿竖直方向延伸的孔(8a)，平衡主轴的载荷用的气缸(61)配置在该孔中。主轴由具有4g/cm3以下的密度，例如，氮化硅(Si3N4)陶瓷，或者轻金属和40体积%以上的陶瓷的复合材料制成。
Description
本发明是1999年11月17日递交的名称为放电加工装置的第99801841.4号专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及，一边在工具电极与导电性的工件之间发生放电，一边把工具电极朝工件送进，借此在工件中形成种种形状的孔的放电加工装置。
背景技术
放电加工装置，广泛地用来把硬的导电性的工件精密加工成模具或冲模。工件固定于配置在加工槽内的工作台上，铜或石墨的工具电极用工具架安装在能够沿竖直方向移动的主轴或滑台上。加工槽盛满煤油之类介电性液体，工具电极定位成非常接近工件。工具电极与工件的间隙称为空隙，其尺寸为几μm到几十μm。在接通时间内电力脉冲一施加在工具电极与工件之间，空隙中的介电性液体的绝缘性就被破坏而发生放电。因为此一放电产生的热量，微量的工件材料蒸发或熔融而流入介电性液体。接通时间一结束，就因为恢复了空隙中的介电性液体的绝缘性，故电力脉冲的施加在切断时间内停止。由于放电火山口状的微细的孔穴残留在工件表面上。放电加工装置，通常，把接通时间和切断时间控制在1μsec到几十msec之间反复对空隙施加电力脉冲。放电加工装置使工具电极沿着Z轴朝工件下降而把空隙维持成一定的尺寸。由于工具电极不与工件接触而能够从工件上去除微量的材料，所以高精度地在工件中形成具有良好的粗糙面的，形状上与工具电极互补的凹部。这种放电加工装置，与使用行进的线电极的线切割放电加工装置(线切割EDM)相区别，称为冲钻放电加工装置(冲钻EDM)。
为了把从工件上去除的碎片从空隙中冲洗掉而经由空隙产生介电性液体的流动的“冲洗”动作，对于放电加工来说是重要的。冲洗动作，防止在从工件上去除的碎片与工具电极之间发生的不希望的二次放电而有助于切断时间中恢复可靠的绝缘。熟练的作业者，在加工前，在工具电极或工件中的适当的位置上形成用来一边把新鲜的介电性液体送入空隙一边把污染的介电性液体从空隙引出的孔。在这种孔的形成因工具电极的尺寸或形状而受到限制的场合，作业者在适当的位置上设置向空隙喷射介电性液体的喷射装置。虽然冲洗是更快更高精度地进行放电加工的关键，但是为了在整个空隙中产生均一的流动，熟练成了必要的。使工具电极沿着Z轴周期性地迅速上升迅速下降而把污染的介电性液体几乎全都从工件的凹部冲出的，所谓“跳动”的动作是公知的。在跳动动作中，以往，工具电极以几百mm/min的速度来移动。只要工具电极的往复移动距离很大，就有更多的新鲜液体流入空隙而更多的污染的液体从空隙排出。最好是至少使工具电极上升得超过在工件中所加工的孔穴的深度。可是，因为在跳动动作中材料从工件上的去除无法进行，故过度频繁的跳动动作会降低材料去除速度。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种不降低材料去除速度，可以把从工件上去除的碎片高效地从空隙冲洗掉的放电加工装置。
本发明的另一个目的在于，提供一种不需要高的熟练，可以把从工件上去除的碎片高效地从空隙冲洗掉的放电加工装置。
本发明的其他目的，部分地在下面继续说明中述及，部分地通过实施本发明，本专业的技术人员将会明了。
为了实现上述目的，一边在工件与工具电极之间发生放电一边使工具电极朝工件沿竖直方向移动，借此来加工工件的本发明的放电加工装置，包括：
能够沿竖直方向移动的主轴，
与主轴同轴地安装在主轴的下端的，安装工具电极的电极安装装置，
关于主轴的中心线对称地安装在主轴上的至少一组直线电动机的移动子，以及
分别与一组移动子相对峙的，一组直线电动机定子。
最好是，一组移动子包括粘贴在主轴上的磁铁板和配置在磁铁板上的列状的永久磁铁，一组定子包括轭铁和卷绕在轭铁上的线圈。
进而最好是，主轴在其中心有着沿竖直方向延伸的孔，平衡主轴的载荷用的气缸配置在该孔中。
此外，一边在工件与工具电极之间发生放电一边使工具电极朝工件沿竖直方向移动，借此来加工工件的本发明的放电加工装置，包括：
具有4g/cm3以下的密度的能够沿竖直方向移动的主轴，
安装在主轴的下端的，固定工具电极的电极安装装置，
安装在主轴上的直线电动机的移动子，以及
与移动子相对峙的，直线电动机的定子。
附图说明
图1是表示本发明的放电加工装置的一个实施例的透视图。
图2是沿图1的A-A线观看驱动主轴的装置的横剖视图。
图3是沿图1的B-B线观看驱动主轴的装置的纵剖视图。
图4是沿图1的C-C线观看驱动主轴的装置的纵剖视图。
图5是沿图1的A-A线观看给主轴导向的装置的另一例的横剖视图。
图6是沿图1的A-A线观看驱动主轴的装置的另一例的横剖视图。
图7是沿图1的C-C线观看驱动主轴的装置的另一例的纵剖视图。
图8是表示本发明的放电加工装置的另一个实施例的透视图。
图9是沿图8的A-A线观看驱动主轴的装置的横剖视图。
图10是沿图8的B-B线观看驱动主轴的装置的纵剖视图。
图11是表示驱动主轴的图8的装置的透视图。
图12是表示作用在图8的主轴上的推力的透视图。
图13是表示放电加工装置的主轴的另一例的横剖视图。
具体实施方式
参照图1、2、3和4，描述根据本发明的放电加工装置的一个实施例。
如图1中所示，立柱2配置在床身1的背后，移动体3能够沿着Y轴方向滑动地设置在床身1上。滑板4能够沿着与Y轴垂直的X轴方向滑动地设置在移动体3上。盛满介电性液体的加工槽5设置在滑板4上。工件(未画出)固定于配置在加工槽5中的工作台(未画出)。接近工件被定位的工具电极6，安装在电极安装装置9上。电极安装装置9固定于能够沿着Z轴方向移动的中空的主轴8的下端。为了不使材料去除速度降低地进行大移动量的跳动动作，放电加工装置，能够以超过重力加速度(1G)的加速和减速，10m/min以上的速度高精度地移动工具电极6。如图2中所示，主轴8具有正方形横截面。由于电极安装装置9和工具电极6，如图3和4中所示，与主轴8的中心线QC同轴地配置，所以工具电极6可以高精度地移动。列状的永久磁铁片关于中心线QC对称地配置在四方柱形的主轴8的两个侧壁上。注意了为了得到高加速而既保持高的刚性又减轻主轴8的重量。主轴8，在其中心有着沿竖直方向延伸的圆柱形的孔8a，具有4g/cm3以下的密度。这些，最好是，由具有小的热膨胀系数和大的弹性模量的陶瓷制成。特别是，选择具有3.2g/cm3的密度，3.0～3.1×106kgf/cm2的弹性模量，4.5～5.0MPa·m1/2的破坏韧性的氮化硅(Si3N4)陶瓷。简单地描述陶瓷主轴的制造方法。首先，氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)或氮化铝(AlN)的烧结助剂添加于氮化硅(Si3N4)的颗粒中。该混合物，通过例如等压力成形法来成形成中空的四方柱。该成形体，通过例如常压烧结法和气氛加热烧结法来烧结。主轴8也可以由轻金属和40％体积以上的陶瓷的复合材料制成。轻金属，包括铝或镁和它们的合金。陶瓷，包括碳化硅(SiC)陶瓷、氧化铝(Al2O3)陶瓷和氮化硅(Si3N4)陶瓷。铝合金和55％体积的氧化铝陶瓷的复合材料，具有2.95g/cm3的密度，2.0×106kgf/cm2的弹性模量和10.5MPa·m1/2的破坏韧性。铝合金和55％体积的氧化铝陶瓷的复合材料，具有3.00g/cm3的密度，2.65×106kgf/cm2的弹性模量和10.0MPa·m1/2的破坏韧性。这种复合材料，例如，通过把熔融的轻金属在700～800℃的氮气中浸透于陶瓷烧结体来制作。永久磁铁片，为了在它们之间形成良好的磁路，故配置在由铁类软磁材料制成的尽可能薄的磁铁板上。在主轴8与磁铁板之间不设置任何构件。在所示的实施例中，配置有两列永久磁铁11的磁铁板12粘贴在主轴8的一方的侧壁上，配置有两列永久磁铁13的磁铁板14粘贴在主轴8的另一方的侧壁上。为了给主轴8的竖直的移动导向，两根直线运动滚珠轴承导轨21彼此平行地安装在立柱2的前表面2a上。与导轨21配合的上侧和下侧轴承块22和23，安装在主轴8的后壁上。支撑着与永久磁铁11和13相对峙的定子的框体7，安装在立柱2的前表面2a上。如图2和4中所示，由励磁线圈和轭铁组成的定子，关于主轴8的中心线成对称地安装在板7d和7e各自的竖直面上。板7d和7e固定于在框体7的两个侧壁上形成的窗口7a和7b。由叠层的硅钢片组成的轭铁31和41分别安装在板7d和7e上，电枢线圈32和42卷绕在轭铁31和41各自的磁极齿上。轭铁31与永久磁铁11的间隙，和轭铁41与永久磁铁13的间隙调整成相同的尺寸。例如，这两个间隙，由设在板7d和7e上的多个推力弹簧和拉力弹簧调整成相同的尺寸。结果，在直线电动机的移动子与定子之间发生的磁性吸引力互相抵销。冷却液通过的若干个管子33和43，插入在轭铁31和41各自的当中所形成的孔中。直线电动机51安装在主轴8的前壁上，读取主轴8的位置的传感器52设置在框体7的前壁7c的内侧。直线电动机的驱动装置(未画出)接收传感器52的检测信号而向电枢线圈32和42供给控制信号。设置了平衡能够以1G以上的加速度移动的主轴8的载荷用的气缸61。为了使机械小型化，气缸61与中心线QC同轴地配置在孔8a中其上端靠法兰64固定在主轴8上。由于气缸61紧挨着主轴8设置，所以确保了其高响应性。活塞杆63在一端连接到活塞62，在其另一端连接到连接板65。水平延伸的连接板65固定于立柱2。在活塞62上方的气缸61内所形成的上室66的空气压力借助于精密空气调节器维持成恒定值。借助于气缸61，供给到线圈32和42的电力在主轴8静止时被节约。为了防止粉尘侵入在主轴8与框体7的间隙中设置若干蛇皮罩。
给主轴8导向的装置和直线刻度尺51的位置，不限定于图2、3和4中所示的实施例。例如，如图5中所示，最好是在主轴8的前壁与框体7的后壁7c之间增设给主轴8的竖直移动导向的密置滚柱轴承23。直线刻度尺51设在主轴8的后壁而检测主轴8的位置的传感器52设在立柱2的前表面2a也可以。
如图6和7中所示，轭铁31和41，也可以用板8b和8c安装在主轴8的两个侧壁上。在此一场合，粘贴有与轭铁31相对峙的永久磁铁11的磁铁板12，用板7d支撑于框体7。粘贴有与轭铁41相对峙的永久磁铁13的磁铁板14，用板7e支撑于框体7。从冷却管33和43延伸的挠性软管，或者从线圈32和42延伸的电力线，连接到端子71和72。
参照图8、9、10、11和12，描述根据本发明的放电加工装置的另一个实施例。对于与图1、2、3、4、5、6和7中同样的要素，赋予相同的标号，并省略其说明。
分别粘贴有一列永久磁铁15和16的磁铁板12和14，分别安装在四方柱形的主轴8的前壁和后壁上。如图11中所示，各个永久磁铁，为了减少转矩的脉动，从水平方向稍微倾斜地粘贴在磁铁板上。主轴8，为了减轻重量而有着与中心线QC同轴的四方柱形的孔8a。给主轴8导向的直线密置滚柱导轨24和25，设在主轴8的两个侧面与框体7之间。如图10中所清楚地示出，平衡主轴8的载荷用的气缸61，设在安装有轭铁41的板7e与立柱2之间。活塞杆63用连接板65连接到主轴8。参照图12，详细说明驱动主轴8的力。图中的标注代号GCL，代表对称地配置永久磁铁列15和16的中心线。发生在永久磁铁列15与轭铁31之间的推力FA和发生在永久磁铁列16与轭铁41之间的推力FB的合力TF，与主轴的中心线GCL重合。直线密置滚柱导轨24和25，在各自的导向面内，配置成其导向力与中心线GCL重合。因而，竖直方向以外的力，不作用在给主轴8导向的直线密置滚柱导轨24和25上。这样一来，减轻重量的主轴8，能够以高加速高精度地沿竖直方向移动。
使用底面1.0mm宽和38mm长，各侧面上具有1°的倾斜度的肋状的石墨工具电极，在工件中加工深度70mm的孔。此时，设定成接通时间100μsec，切断时间140μsec，电流峰值93A，平均空隙电压55V，无载电压120V，“跳动”速度30m/min，1周期的“跳动”时间0.24sec。工件的材质，为日本工业标准的SKD11。虽然不进行“冲洗”，但是加工速度几乎保持一定，加工在135分结束。
无意把本发明限定于所公开的形式。显然，参照上述描述多种改进和变动是可能的。例如，主轴8的横截面，不限定于正方形。这些，例如，也可以是长方形，也可以是如图13中所示具有彼此平行的两个竖直面的形状。
所示的实施例，是为了说明发明的本质及其实用的应用而选择的。发明的范围，由所附权利要求书来界定。
Claims (4)
1.一种放电加工装置，一边在工件与工具电极之间发生放电一边使工具电极朝工件沿竖直方向移动，借此来加工工件，其中包括：
具有4g/cm3以下的密度的能够沿竖直方向移动的主轴，
安装在主轴的下端的，固定工具电极的电极安装装置，
安装在主轴上的直线电动机的移动子，以及
与移动子相对峙的，直线电动机的定子。
2.权利要求1的放电加工装置，其中主轴由陶瓷制成。
3.权利要求2的放电加工装置，其中主轴由氮化硅即Si3N4陶瓷制成。
4.权利要求1的放电加工装置，其中主轴由轻金属和40％体积以上的陶瓷的复合材料制成。
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