專利名稱：一種工件旋轉(zhuǎn)的高壓電火花束流加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種高壓電火花束流加工裝置，尤其涉及一種通過旋轉(zhuǎn)工作臺實現(xiàn)工件旋轉(zhuǎn)的高壓電火花束流加工裝置，屬于電加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來，隨著集成電路產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，對各種金剛石微孔模具的需求呈現(xiàn)日益增加的趨勢。但是，金剛石微孔模具的加工難度非常大，例如金剛石微孔模具的內(nèi)孔孔型是由具有不同角度的出口、倒錐、壓縮、潤滑、入口以及角度為0°的定徑等6個區(qū)域組成，最小的微孔模具孔徑只有0. 005mm。對于預(yù)孔孔徑小于0. 003mm的微孔模具，用常規(guī)的加工方法如超聲加工、線拋光加工等都需要應(yīng)用比金剛石微孔模具的內(nèi)孔更纖細(xì)的工具進行加工，實施難度非常大幾乎無法完成。在專利申請?zhí)枮?00810030300.9的中國發(fā)明專利申請中，公開了一種金剛石矩形微孔模具?？椎膾伖夥椒?，其基本構(gòu)思是將模具夾在與模具相匹配的夾具中，模具在夾具中的位置方向可調(diào)，拋光窄帶上下往復(fù)運動對模具模孔其中一組對邊逐一進行拋光，然后模具旋轉(zhuǎn)90°，拋光窄帶拋光?？琢硪唤M對邊，以此類推，可拋光孔內(nèi)全部周邊。該拋光方法可對矩形微孔進行拋光，對矩形模孔的長邊和寬邊都會起到磨削作用，有利于孔的形狀保持；在拋光過程中拋光窄帶不會被扭曲斷裂，拋光效率高。張勤儉、曹鳳國等在《人造單晶金剛石激光微孔加工技術(shù)研究》(載于《金剛石與磨料磨具工程》2009年第2期)中指出，人造單晶金剛石傳統(tǒng)的激光打孔方法采用“輪廓法”。 該方法的缺點是越靠近孔的中心剝?nèi)サ牟牧显蕉?，精確的孔型難以得到。本論文在理論和實踐的基礎(chǔ)上，提出了一種新的激光數(shù)控打孔自適應(yīng)模型。在模具的壓縮區(qū)，通過控制工件的轉(zhuǎn)速實現(xiàn)材料的均勻去除，并且使激光脈沖能量隨著孔徑的減小而遞減，以提高孔型精度。另一方面，20世紀(jì)50年代以后先后出現(xiàn)電子束加工、離子束加工和激光加工等電加工方法。這些電加工方法不用成型的工具，而是利用密度很高的能量束流進行加工，特別適合加工高硬度材料和復(fù)雜形狀、精密微細(xì)的特殊零件。


圖1顯示了高壓電火花束流20的基本原理。高壓電火花束流20是在兩個相距一定距離的電極上加入高頻振蕩的高電壓(一般大于3000伏)，擊穿空氣后產(chǎn)生的。如圖2 所示，整條電火花束流20被依次稱為前端21、中段22、尾端23。利用高壓電火花束流20穿過模具內(nèi)孔，對其進行光整加工，由于不必考慮微小且高精度工具的制作和調(diào)整，因此對于微孔金剛石模具孔形、孔徑的修整以及內(nèi)孔光潔度的提高來說，高壓電火花束流加工是最簡便易行而且非常有效的加工方法。典型的現(xiàn)有高壓電火花束流加工裝置如圖3所示，將工件30粘結(jié)在小托盤15上， 小托盤15可在大托盤16上浮動。當(dāng)高壓電火花束流20穿過工件30內(nèi)孔進行加工時，工件30靜止不動，電極(錐尖電極10和柱狀電極11)的位置相對固定，全憑操作者的經(jīng)驗， 通過對高壓電火花束流發(fā)生器的輸出能量調(diào)整控制加工，每加工幾秒鐘到十幾秒鐘后都要關(guān)機用顯微鏡觀察，經(jīng)判斷、調(diào)整后再開機繼續(xù)加工，這樣的開機關(guān)機反復(fù)多次才能完成加工。由于在加工中工件30靜止不動，很難通過高壓電火花束流20的作用保證模具孔徑的圓度和孔形的順暢。另外，電極位置相對固定，不能完全體現(xiàn)出高壓電火花束流加工的作用。 因此，現(xiàn)有的高壓電火花束流加工裝置及其工藝不能適應(yīng)具有高精度要求的微孔模具的加工，而且生產(chǎn)效率低，掌握操作難度大。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于提供一種工件旋轉(zhuǎn)的高壓電火花束流加工裝置。該裝置有效地解決了現(xiàn)有技術(shù)中加工微孔模的孔形和光潔度質(zhì)量不高、生產(chǎn)效率低和掌握操作難等問題。為實現(xiàn)上述的目的，本實用新型采用下述的技術(shù)方案一種工件旋轉(zhuǎn)的高壓電火花束流加工裝置，包括高壓電火花束流發(fā)生器、第一電極和第二電極，所述高壓電火花束流發(fā)生器分別連接所述第一電極和所述第二電極，其特征在于所述高壓電火花束流加工裝置還包括旋轉(zhuǎn)工作臺機構(gòu)、高壓電火花束流位置調(diào)節(jié)機構(gòu)和高壓電火花束流角度調(diào)節(jié)機構(gòu)；所述旋轉(zhuǎn)工作臺機構(gòu)為待加工工件提供旋轉(zhuǎn)工作臺，所述旋轉(zhuǎn)工作臺位于所述第一電極和所述第二電極之間；所述高壓電火花束流位置調(diào)整機構(gòu)包括束流位置調(diào)整手柄、框架支撐板及電極支撐框架，所述束流位置調(diào)整手柄及所述電極支撐框架固定在所述框架支撐板之上，所述第二電極安裝在所述束流位置調(diào)整手柄的一端；所述高壓電火花束流角度調(diào)節(jié)機構(gòu)包括鎖緊手柄、可調(diào)電極角度板和定位軸，所述第一電極固定在所述可調(diào)電極角度板上，并以所述定位軸為圓心調(diào)整到加工所需角度后，由所述鎖緊手柄鎖緊。其中較優(yōu)地，所述旋轉(zhuǎn)工作臺機構(gòu)包括所述旋轉(zhuǎn)工作臺、旋轉(zhuǎn)電機和工作臺支撐板，所述旋轉(zhuǎn)工作臺安裝在所述工作臺支撐板上，在所述旋轉(zhuǎn)電機的帶動下進行轉(zhuǎn)動。其中較優(yōu)地，所述旋轉(zhuǎn)工作臺使用絕緣材料制作，上面承載用于裝設(shè)待加工工件的絕緣外套。其中較優(yōu)地，軸承鑲裝于所述工作臺支撐板內(nèi)，內(nèi)圈與所述旋轉(zhuǎn)工作臺相連。其中較優(yōu)地，所述第一電極為錐尖電極，所述第二電極為柱狀電極。其中較優(yōu)地，在所述工作臺支撐板的上端有定位滑槽，所述定位滑槽的左右側(cè)面與工作臺旋轉(zhuǎn)中心的軸線平行，所述電極支撐框架在所述定位滑槽中移動。其中較優(yōu)地，在所述可調(diào)電極角度板上有弧形調(diào)角度滑槽，所述弧形調(diào)角度滑槽是以所述定位軸為圓心，以所述鎖緊手柄與所述定位軸之間的距離為半徑形成的。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實用新型通過采用旋轉(zhuǎn)工作臺機構(gòu)、高壓電火花束流位置調(diào)節(jié)機構(gòu)和高壓電火花束流角度調(diào)節(jié)機構(gòu)對金剛石微孔模具進行光整加工，其孔形及光潔度都能得到保證，加工質(zhì)量顯著提高。另一方面，在加工過程中大幅度減少了關(guān)開機觀察調(diào)整所造成的輔助工時，提高了生產(chǎn)效率，降低了操作難度。以下結(jié)合附圖及具體實施方式
對本實用新型作進一步的詳細(xì)說明。
圖1為高壓電火花束流的工作原理示意圖；圖2為高壓電火花束流的分解示意圖；圖3為一種典型的現(xiàn)有高壓電火花束流加工裝置的示意圖；圖4為本實用新型所提供的高壓電火花束流加工裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實用新型所提供的高壓電火花束流加工裝置中，旋轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本實用新型所提供的高壓電火花束流加工裝置中，高壓電火花束流位置調(diào)節(jié)機構(gòu)的示意圖；圖7為本實用新型所提供的高壓電火花束流加工裝置中，高壓電火花束流角度調(diào)節(jié)機構(gòu)的示意圖；圖8為裝夾工件的絕緣外套的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo)號說明1 旋轉(zhuǎn)工作臺；2 高壓電火花束流發(fā)生器；3 旋轉(zhuǎn)電機；4 束流位置調(diào)整手柄；5 框架支撐板；6 電極支撐框架；7 工作臺支撐板；8 鎖緊手柄；9 可調(diào)電極角度板；10 錐尖電極；11 柱狀電極；12 軸承；13 :定位軸；14 絕緣外套；15 小托盤；16 大托盤；17 底板；18 支架；20 高壓電火花束流；21 前端；22 中段；23 尾端； 30 工件；71 定位滑槽；91 調(diào)角度滑槽。
具體實施方式
如前所述，在現(xiàn)有的高壓電火花束流加工裝置中，當(dāng)高壓電火花束流20穿過工件 30內(nèi)孔進行加工時，工件30是靜止不動的，電極的位置也是固定的。本實用新型對此進行了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)改進，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中加工微孔模的孔形和光潔度質(zhì)量不高、生產(chǎn)效率低和掌握操作難等問題。如圖4所示，本實用新型所提供的高壓電火花束流加工裝置除了包括用于產(chǎn)生高壓電火花束流20的高壓電火花束流發(fā)生器2、錐尖電極(第一電極)10及柱狀電極(第二電極)11之外，還包括旋轉(zhuǎn)工作臺機構(gòu)、高壓電火花束流位置調(diào)節(jié)機構(gòu)和高壓電火花束流角度調(diào)節(jié)機構(gòu)。其中，旋轉(zhuǎn)工作臺機構(gòu)用于為金剛石微孔模具的光整加工提供可旋轉(zhuǎn)的工作臺，通過待加工工件30的旋轉(zhuǎn)可以使孔形圓度得到保證。高壓電火花束流位置調(diào)節(jié)機構(gòu)用于對高壓電火花束流20的具體加工位置進行調(diào)整。利用高壓電火花束流20的尾端23、 中段22等不同位置進行加工既能提高工件30表面光潔度，也能保證孔形精度。高壓電火花束流角度調(diào)節(jié)機構(gòu)用于調(diào)整高壓電火花束流20進入待加工工件30的角度，它可使高壓電火花束流20沿工件30內(nèi)壁流過形成加工，從而使待加工工件30的孔型流暢，進一步提高了加工質(zhì)量。上述各機構(gòu)的設(shè)置是本實用新型區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的顯著技術(shù)特征之一，下面對此展開詳細(xì)的說明。如圖5所示，旋轉(zhuǎn)工作臺機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)工作臺1、旋轉(zhuǎn)電機3和工作臺支撐板7。該旋轉(zhuǎn)工作臺1優(yōu)選使用絕緣材料如尼龍、陶瓷等制作，安裝在工作臺支撐板7上，并在旋轉(zhuǎn)電機3的帶動下進行轉(zhuǎn)動。在旋轉(zhuǎn)工作臺機構(gòu)中，軸承12鑲裝于工作臺支撐板7內(nèi)，其內(nèi)圈與旋轉(zhuǎn)工作臺1相連。為避免對高壓電火花束流20產(chǎn)生影響，與旋轉(zhuǎn)工作臺1連接的軸承內(nèi)圈直徑優(yōu)選大于30mm，例如為50mm等。高壓電火花束流發(fā)生器2通過絕緣電線分別連接錐尖電極10和柱狀電極11，通過高頻振蕩的高電壓在錐尖電極10和柱狀電極11之間產(chǎn)生穩(wěn)定的高壓電火花束流20。旋轉(zhuǎn)工作臺1位于錐尖電極10和柱狀電極11之間，其上承載著用于裝設(shè)待加工工件30的絕緣外套14。如圖6所示，高壓電火花束流位置調(diào)整機構(gòu)由束流位置調(diào)整手柄4、框架支撐板5 和電極支撐框架6組成。其中，束流位置調(diào)整手柄4及電極支撐框架6安裝固定在框架支撐板5之上，柱狀電極11安裝在束流位置調(diào)整手柄4的一端。通過調(diào)整束流位置調(diào)整手柄 4可以使錐尖電極10和柱狀電極11在電極支撐框架6的帶動下沿工作臺軸向移動到加工所需的位置。參見圖5和圖6所示，在工作臺支撐板7的上端有一個定位滑槽71，該定位滑槽 71的左右側(cè)面與工作臺旋轉(zhuǎn)中心的軸線平行。電極支撐框架6在工作臺支撐板7上端的定位滑槽71中移動，以確保至少有一個電極是在旋轉(zhuǎn)工作臺1的旋轉(zhuǎn)中心軸線上運行。這樣，在通過束流位置調(diào)整手柄4進行調(diào)節(jié)時，電極支撐框架6沿圖5所示的工作臺支撐板7 上端的定位滑槽71移動，以保證高壓電火花束流20在工作區(qū)內(nèi)沿工作臺的旋轉(zhuǎn)中心軸線上運行。如圖7所示，高壓電火花束流角度調(diào)節(jié)機構(gòu)包括鎖緊手柄8、可調(diào)電極角度板9和定位軸13。通過鎖緊手柄8和可調(diào)電極角度板9的固定作用，錐尖電極10和柱狀電極11 形成固定的相對位置關(guān)系，以便實現(xiàn)穩(wěn)定的高壓電火花束流20。錐尖電極10安裝固定在可調(diào)電極角度板9上，以定位軸13為圓心調(diào)整到加工所需角度后，由鎖緊手柄8鎖緊。在可調(diào)電極角度板9上有一個弧形調(diào)角度滑槽91。該弧形調(diào)角度滑槽91是以定位軸13為圓心，以鎖緊手柄8與定位軸13之間的距離為半徑形成的?？烧{(diào)電極角度板9利用鎖緊手柄 8與弧形調(diào)角度滑槽91之間的配合保證角度調(diào)整的定位精度?？烧{(diào)電極角度板9以定位軸 13為圓心，帶動固定其上的錐尖電極10轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)到所需位置后用鎖緊手柄8鎖緊固定。圖8為裝夾待加工工件30的絕緣外套的結(jié)構(gòu)示意圖。待加工工件30鑲裝在絕緣外套14的中心位置。在加工時，首先將以天然鉆石或人造單晶金剛石等為材料的待加工工件30鑲裝在塑料或陶瓷等絕緣材料制成的絕緣外套14之中，并裝夾在旋轉(zhuǎn)工作臺1之上。 在裝夾待加工工件30時，應(yīng)該保證待加工工件30的內(nèi)孔中心與絕緣外套14的中心重合， 同時絕緣外套14的中心也與旋轉(zhuǎn)工作臺1的旋轉(zhuǎn)中心重合，以保證孔形質(zhì)量。在旋轉(zhuǎn)電機 3的帶動下，待加工工件30的內(nèi)孔中心在旋轉(zhuǎn)工作臺1的旋轉(zhuǎn)中心上轉(zhuǎn)動，由高壓電火花束流20穿過待加工工件30，對旋轉(zhuǎn)中的工件30內(nèi)孔進行光整加工，可以顯著改善待加工工件 30的孔形圓度。下面，對利用圖4所示的高壓電火花束流加工裝置實現(xiàn)光整加工的具體方法進行詳細(xì)的說明。首先，根據(jù)待加工的金剛石微孔模具內(nèi)孔不同加工位置的不同要求，利用高壓電火花束流位置調(diào)整機構(gòu)進行位置調(diào)節(jié)，使待加工工件30正好位于高壓電火花束流20的尾端23和中段22范圍內(nèi)。然后，根據(jù)待加工的金剛石微孔模具孔形不同區(qū)域的要求，進一步利用高壓電火花束流角度調(diào)整機構(gòu)進行調(diào)整，調(diào)整的要求是使高壓電火花束流20與旋轉(zhuǎn)工作臺1的中心軸線之間形成0°到5°的夾角。具體而言，在加工之前先將可調(diào)電極角度板9的角度位置調(diào)至最大，在旋轉(zhuǎn)工作
6臺1上安裝如圖8所示的絕緣外套14，再將可調(diào)電極角度板9調(diào)到正常位置開始加工。在加工過程中，旋轉(zhuǎn)工作臺1始終保持旋轉(zhuǎn)，且高壓電火花束流20的能量基本固定，利用高壓電火花束流20的尾端23進行整形加工。在這個過程中，可以根據(jù)需要調(diào)整高壓電火花束流20與待加工工件30的相對位置。待工件30定徑區(qū)的孔形圓度達(dá)到要求后，高壓電火花束流20位置保持不動，進一步調(diào)整可調(diào)電極角度板9的角度，使高壓電火花束流20與工作臺旋轉(zhuǎn)中心的軸線形成一定的角度，這樣有利于工件30內(nèi)孔各區(qū)域角度的圓滑流暢。實際加工中，在保證高壓電火花束流20正常的情況下，該角度越大越好，但一般不宜超過5°， 否則會影響加工的正常進行。這種微調(diào)角度進行高壓電火花束流20加工的方法，是保證待加工工件30內(nèi)孔孔形流暢的有效措施。另外，在著重于金剛石微孔模具的整形加工時，利用高壓電火花束流20的尾端23 進行加工效率較高。在需要提高金剛石微孔模具光潔度的加工中，整體操作與上述整形加工類似，所不同的是要移動高壓電火花束流20的位置，將高壓電火花束流20移至工件30 距離尾端23占束流總長度的1/3處，利用高壓電火花束流20的中段22對工件30進行提高光潔度的加工。實踐證明這樣加工的效果最好。利用本實用新型所提供的加工裝置對金剛石微孔模具進行光整加工，其孔形及光潔度都能得到保證，加工質(zhì)量顯著提高。另一方面，在加工過程中只需要對模具孔徑進行測量，而不必頻繁根據(jù)孔形質(zhì)量調(diào)整高壓電火花束流發(fā)生器的輸出能量來控制加工，從而大幅度減少了關(guān)開機觀察調(diào)整所造成的輔助工時，提高了生產(chǎn)效率。以上對本實用新型所提供的工件旋轉(zhuǎn)的高壓電火花束流加工裝置進行了詳細(xì)的說明。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不背離本實用新型實質(zhì)精神的前提下對它所做的任何顯而易見的改動，都將構(gòu)成對本實用新型專利權(quán)的侵犯，將承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。
權(quán)利要求1.一種工件旋轉(zhuǎn)的高壓電火花束流加工裝置，包括高壓電火花束流發(fā)生器、第一電極和第二電極，所述高壓電火花束流發(fā)生器分別連接所述第一電極和所述第二電極，其特征在于所述高壓電火花束流加工裝置還包括旋轉(zhuǎn)工作臺機構(gòu)、高壓電火花束流位置調(diào)節(jié)機構(gòu)和高壓電火花束流角度調(diào)節(jié)機構(gòu)；所述旋轉(zhuǎn)工作臺機構(gòu)為待加工工件提供旋轉(zhuǎn)工作臺，所述旋轉(zhuǎn)工作臺位于所述第一電極和所述第二電極之間；所述高壓電火花束流位置調(diào)整機構(gòu)包括束流位置調(diào)整手柄、框架支撐板及電極支撐框架，所述束流位置調(diào)整手柄及所述電極支撐框架固定在所述框架支撐板之上，所述第二電極安裝在所述束流位置調(diào)整手柄的一端；所述高壓電火花束流角度調(diào)節(jié)機構(gòu)包括鎖緊手柄、可調(diào)電極角度板和定位軸，所述第一電極固定在所述可調(diào)電極角度板上，并以所述定位軸為圓心調(diào)整到加工所需角度后，由所述鎖緊手柄鎖緊。
2.如權(quán)利要求1所述的工件旋轉(zhuǎn)的高壓電火花束流加工裝置，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)工作臺機構(gòu)包括所述旋轉(zhuǎn)工作臺、旋轉(zhuǎn)電機和工作臺支撐板，所述旋轉(zhuǎn)工作臺安裝在所述工作臺支撐板上，在所述旋轉(zhuǎn)電機的帶動下進行轉(zhuǎn)動。
3.如權(quán)利要求1或2所述的工件旋轉(zhuǎn)的高壓電火花束流加工裝置，其特征在于 所述旋轉(zhuǎn)工作臺使用絕緣材料制作，上面承載用于裝設(shè)待加工工件的絕緣外套。
4.如權(quán)利要求2所述的工件旋轉(zhuǎn)的高壓電火花束流加工裝置，其特征在于 軸承鑲裝于所述工作臺支撐板內(nèi)，內(nèi)圈與所述旋轉(zhuǎn)工作臺相連。
5.如權(quán)利要求4所述的工件旋轉(zhuǎn)的高壓電火花束流加工裝置，其特征在于 所述軸承的內(nèi)圈直徑大于30mm。
6.如權(quán)利要求1所述的工件旋轉(zhuǎn)的高壓電火花束流加工裝置，其特征在于 所述第一電極為錐尖電極，所述第二電極為柱狀電極。
7.如權(quán)利要求1所述的工件旋轉(zhuǎn)的高壓電火花束流加工裝置，其特征在于在所述工作臺支撐板的上端有定位滑槽，所述定位滑槽的左右側(cè)面與工作臺旋轉(zhuǎn)中心的軸線平行，所述電極支撐框架在所述定位滑槽中移動。
8.如權(quán)利要求1所述的工件旋轉(zhuǎn)的高壓電火花束流加工裝置，其特征在于在所述可調(diào)電極角度板上有弧形調(diào)角度滑槽，所述弧形調(diào)角度滑槽是以所述定位軸為圓心，以所述鎖緊手柄與所述定位軸之間的距離為半徑形成的。
專利摘要本實用新型公開了一種工件旋轉(zhuǎn)的高壓電火花束流加工裝置。該加工裝置包括高壓電火花束流發(fā)生器、第一電極、第二電極、旋轉(zhuǎn)工作臺機構(gòu)、高壓電火花束流位置調(diào)節(jié)機構(gòu)和高壓電火花束流角度調(diào)節(jié)機構(gòu)。其中旋轉(zhuǎn)工作臺機構(gòu)為待加工工件提供旋轉(zhuǎn)工作臺，旋轉(zhuǎn)工作臺位于第一電極和第二電極之間；高壓電火花束流位置調(diào)整機構(gòu)包括束流位置調(diào)整手柄、框架支撐板及電極支撐框架，第二電極安裝在束流位置調(diào)整手柄的一端；高壓電火花束流角度調(diào)節(jié)機構(gòu)包括鎖緊手柄、可調(diào)電極角度板和定位軸，第一電極固定在可調(diào)電極角度板上。利用本實用新型可以提高工件內(nèi)孔表面質(zhì)量，提高加工效率，降低操作難度。
文檔編號B23H9/14GK202291731SQ20112026000
公開日2012年7月4日 申請日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者張建東, 曹鳳國, 胡絳梅, 黃建宇 申請人:北京迪蒙吉意超硬材料技術(shù)有限公司