本發(fā)明屬于機械工程領(lǐng)域，具體涉及一種基于電極側(cè)壁絕緣的噴油嘴倒錐孔微細電火花加工裝置。

背景技術(shù)：

微細電火花加工技術(shù)作為先進制造技術(shù)的一個重要分支，已成為制造技術(shù)領(lǐng)域不可或缺的重要組成部分。尤其是進入21世紀后，隨著信息技術(shù)、材料科學(xué)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展，微細電火花加工技術(shù)也朝著更深層次、更高水平的方向發(fā)展。雖然傳統(tǒng)的微細電火花加工技術(shù)通過自身的不斷更新發(fā)展以及與其它相關(guān)技術(shù)的融合，在一些特殊加工領(lǐng)域表現(xiàn)出了加工效率高等優(yōu)勢，但這種技術(shù)仍存在一定的不足。相反，微細電火花成形加工技術(shù)通過借鑒其它加工技術(shù)的發(fā)展經(jīng)驗，正不斷向微細化、高效化、精密化、自動化、智能化等方向發(fā)展。

微細電火花加工主要指尺寸小于300μm的軸孔、凹槽和型腔等的加工。實現(xiàn)微細電火花加工的一個重要條件是加工單位(即每次放電的蝕除量)盡可能小，其加工單位只取決于單個脈沖的放電能量。而微細電火花加工“倒錐孔”的先進制造技術(shù)對柴油發(fā)動機向著高速、高噴射壓力、低排放等高性能方向發(fā)展備受關(guān)注。噴油嘴偶件是影響發(fā)動機性能、壽命及可靠性的關(guān)鍵部件，為有效改善噴油嘴微細噴孔噴射過程的流量系數(shù)和霧化效果，不僅要求其噴孔孔徑小于0.2mm，還要求孔徑沿噴射方向逐漸變小形成0°～2°錐角的“倒錐孔”，以達到歐Ⅳ(國4)以上的排放標準。傳統(tǒng)的機械鉆削已無法滿足高標準微細噴孔的加工需求。電火花加工微細噴孔具有無機械加工力、噴孔直徑小、精度較高、壓力室無毛刺、可在熱處理后加工等優(yōu)點。瑞士某公司在電火花加工機床主軸上集成了旋轉(zhuǎn)電極絲的偏轉(zhuǎn)傾斜塊，加工出錐頂角0°～1.4°的倒錐形微細孔。但實踐表明，微細電極絲或?qū)蛱椎淖孕D(zhuǎn)實現(xiàn)倒錐孔放電加工時，由于微細電極絲剛度低、自旋轉(zhuǎn)精度難以精確控制，引入的隨機誤差易造成較大的孔徑和錐角誤差，且旋轉(zhuǎn)中難以持續(xù)進給微細電極絲。非絕緣電極加工隨著加工時間變長，導(dǎo)致“倒錐孔”在加工入口處電蝕過多使入口過大。同時，隨加工的進行電蝕產(chǎn)物增多也會放電，使倒錐孔呈現(xiàn)“腰鼓”形狀。并且，加工出口由于非絕緣電極端部自身損耗變得細長而加工較少，不能形成標準的“倒錐孔”。所以加工出孔徑沿噴射方向逐漸變小形成0°～2°錐角的合格“倒錐孔”對柴油發(fā)動機正向著高速、高噴射壓力、低排放等高性能方向發(fā)展是非常重要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于電極側(cè)壁絕緣的噴油嘴倒錐孔微細電火花加工裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提高了噴油嘴倒錐孔加工過程中的工作效率，降低了生產(chǎn)成本，保證了生產(chǎn)質(zhì)量，并減少了生產(chǎn)安全隱患。

為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

基于電極側(cè)壁絕緣的噴油嘴倒錐孔微細電火花加工裝置，包括底板，底板上設(shè)置有用于夾持噴油嘴的工件夾持裝置，且底板上安裝有對工件夾持裝置進行定位的工作臺定位裝置，底板上還連接有支撐架，支撐架上安裝有用于進給電極的快速進給裝置以及連接在快速進給裝置上的微進給裝置，噴油嘴和電極分別連接至開路電壓動態(tài)可調(diào)的可控式RC脈沖電源的正極和負極；

所述的工作臺定位裝置包括設(shè)置在底板上的X向滑板，X向滑板上裝有由XY向轉(zhuǎn)軸軸承支撐的XY向轉(zhuǎn)軸，XY向轉(zhuǎn)軸通過XY向聯(lián)軸器連接有XY向伺服電機。

進一步地，XY向轉(zhuǎn)軸上設(shè)有主動錐齒輪，主動錐齒輪通過從動錐齒輪連接至X向轉(zhuǎn)軸的一端，所述X向轉(zhuǎn)軸由X向轉(zhuǎn)軸支撐板和X向轉(zhuǎn)軸軸承支撐于X向滑板上，且從動錐齒輪和X向轉(zhuǎn)軸支撐板之間設(shè)有X向電磁離合器，X向轉(zhuǎn)軸的另一端設(shè)有X向驅(qū)動齒輪，X向驅(qū)動齒輪與設(shè)于底板上的X向齒條相嚙合；

X向滑板上設(shè)有Y向滑板，Y向滑板下部裝有Y向齒條，Y向齒條與設(shè)于XY向轉(zhuǎn)軸中部的Y向驅(qū)動齒輪相嚙合，Y向驅(qū)動齒輪一側(cè)裝有Y向電磁離合器。

進一步地，所述的工件夾持裝置包括對稱設(shè)置在Y向滑板上的兩個耳板，兩個耳板通過轉(zhuǎn)軸連接，轉(zhuǎn)軸的一端通過轉(zhuǎn)軸聯(lián)軸器連接有角度伺服電機，轉(zhuǎn)軸上還連接有角度桶，角度桶上連接有用于夾持噴油嘴的工件夾盤，工件夾盤上連接有旋轉(zhuǎn)伺服電機。

進一步地，所述的XY向伺服電機、角度伺服電機和旋轉(zhuǎn)伺服電機均由PLC控制。

進一步地，所述的快速進給裝置包括連接在支撐架上的升降板，升降板通過滾珠絲桿螺母連接有Z向滾珠絲桿，Z向滾珠絲桿的上端通過Z向聯(lián)軸器連接有Z向伺服電機，Z向滾珠絲桿的底部與底板相連。

進一步地，所述的微進給裝置包括設(shè)置在升降板上的導(dǎo)向筒，導(dǎo)向筒下端裝有導(dǎo)向頭，上端設(shè)有緊固端蓋，導(dǎo)向頭中安裝有第一彈簧以及套設(shè)在第一彈簧內(nèi)側(cè)的第二彈簧，第一彈簧和第二彈簧上部設(shè)有與其配合的彈簧座，彈簧座的外側(cè)設(shè)有下支撐套，下支撐套上設(shè)有膜片彈簧，彈簧座的上側(cè)設(shè)有鐵芯座，鐵芯座上設(shè)有用于夾持電極的常閉電磁夾，常閉電磁夾上設(shè)有與膜片彈簧配合的膜片彈簧壓蓋，膜片彈簧壓蓋內(nèi)側(cè)設(shè)有活動鐵芯繞組，且膜片彈簧邊緣壓有上支撐套，上支撐套內(nèi)側(cè)與活動鐵芯繞組上邊緣內(nèi)側(cè)配合，上支撐套與緊固端蓋之間設(shè)有固定鐵芯繞組，活動鐵芯繞組內(nèi)孔、固定鐵芯繞組內(nèi)孔和緊固端蓋內(nèi)孔中設(shè)置有用于對電極進行導(dǎo)向的上導(dǎo)向管，導(dǎo)向頭的內(nèi)側(cè)設(shè)有供電極通過的常開電磁夾，常開電磁夾上側(cè)設(shè)有用于對電極進行導(dǎo)向的下導(dǎo)向管。

進一步地，Z向伺服電機由PLC控制。

進一步地，電極為側(cè)壁絕緣電極。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明布局簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，降低了整個裝置的整體尺寸。采用側(cè)面絕緣的電極能夠完全杜絕由于加工時間的變長使加工入口處產(chǎn)生的過度電蝕和電蝕產(chǎn)物所造成的“腰鼓”現(xiàn)象。電極絲只在垂直方向進給，消除了以往加工中電極由于剛度低在自旋轉(zhuǎn)中所帶來的誤差。同時，利用電極頭部放電側(cè)面不放電的條件，使電蝕產(chǎn)物在底部放電來消除出口加工不足的情況。而絕緣層則在電極底部放電時逐漸電蝕，進而加工出符合要求的“倒錐孔”。

進一步地，采用開路電壓動態(tài)可調(diào)的可控式RC脈沖電源來產(chǎn)生微細電火花，由調(diào)壓器控制開路電壓來改變脈沖能量，從而實現(xiàn)能量逐步連續(xù)增大的放電加工。

進一步地，整個裝置動力由伺服電機提供，機械慣性小，精度高，使整個裝置在工作過程中穩(wěn)定可靠，并提高了工件的定位精度。

進一步地，Z向伺服電機可以驅(qū)動滾珠絲桿，利用其運動的可逆性帶動升降板沿支撐架導(dǎo)向槽上下快速準確移動。而伺服電機的抱閘功能則可以保證升降板的懸停。

進一步地，升降板與支撐架的配合部分不僅為升降板提供導(dǎo)向作用，而且承受升降板機構(gòu)自身重力所引起的彎矩，從而減小升降板對絲桿螺母的作用力。

進一步地，微進給機構(gòu)通過利用兩個同向通電線圈所產(chǎn)生的磁場排斥，消除裝配產(chǎn)生的機械間隙，防止膜片彈簧翻轉(zhuǎn)，來擠壓膜片彈簧實現(xiàn)微進給。膜片彈簧和大小彈簧安裝時有一定的壓縮量。且大小彈簧安裝旋向相反，可防止其脫座纏繞。

進一步地，設(shè)置長短不一有一定預(yù)緊力的大小彈簧可以消除初通電時磁場排斥的突然性，消除裝配產(chǎn)生的機械間隙，并使得膜片彈簧的彈性形變更加柔和，保證微細進給的平穩(wěn)性。

進一步地，X向滑板和Y向滑板采用齒輪齒條傳動承載力大、精度高、速度快。同時，工作臺通過利用電磁離合器，可用一個伺服電機實現(xiàn)兩方向的運動，降低了機構(gòu)的繁雜度。

進一步地，采用角度伺服電機可以準確控制噴油嘴中心線與倒錐孔中心線的夾角。而旋轉(zhuǎn)伺服電機則可控制噴油嘴繞自身軸向轉(zhuǎn)動，來實現(xiàn)噴油嘴一嘴多錐孔的加工。

進一步地，所有伺服電機與傳動軸采用聯(lián)軸器連接，可消除轉(zhuǎn)配精度不高所引起的誤差，減少機械傳動系統(tǒng)的振動、降低沖擊尖峰載荷。聯(lián)軸器還具有一定的緩沖減震性能，也兼有過載安全保護作用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主視圖；

圖2為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主視圖的C-C向剖視圖；

圖3為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主視圖的D-D向剖視圖；

圖4為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)俯視圖；

圖5為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)俯視圖的A-A向剖視圖；

圖6為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)俯視圖的B-B向剖視圖；

圖7為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)右視圖；

圖8為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)左視圖；

圖9為本發(fā)明的升降板的俯視圖；

圖10為本發(fā)明的升降板的右視圖；

圖11為本發(fā)明的膜片彈簧的俯視圖；

圖12為可控式RC脈沖電源示意圖。

其中，1、底板，2、XY向伺服電機，3、XY向聯(lián)軸器，4、XY向轉(zhuǎn)軸，5、X向轉(zhuǎn)軸，6、X向轉(zhuǎn)軸軸承，7、Z向滾珠絲桿，8、導(dǎo)向頭，9、開路電壓動態(tài)可調(diào)的可控式RC脈沖電源，10、導(dǎo)向筒，11、升降板，12、緊固端蓋，13、Z向伺服電機，14、電極，15、支撐架，16、噴油嘴，17、工件夾盤，18、角度桶，19、角度伺服電機，20、耳板，21、旋轉(zhuǎn)伺服電機，22、Y向滑板，23、Y向齒條，24、Y向驅(qū)動齒輪，25、X向滑板，26、常開電磁夾，27、第一彈簧，28、第二彈簧，29、下導(dǎo)向管，30、下支撐套，31、彈簧座，32、鐵芯座，33、膜片彈簧，34、常閉電磁夾，35、膜片彈簧壓蓋，36、上支撐套，37、活動鐵芯繞組，38、固定鐵芯繞組，39、上導(dǎo)向管，41、Z向聯(lián)軸器，42、滾珠絲桿螺母，43、X向齒條，44、XY向轉(zhuǎn)軸軸承，45、主動錐齒輪，46、Y向電磁離合器，47、從動錐齒輪，48、X向轉(zhuǎn)軸支撐板，49、X向電磁離合器，50、X向驅(qū)動齒輪，51、轉(zhuǎn)軸，52、轉(zhuǎn)軸聯(lián)軸器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述：

參見圖1-圖11，基于電極側(cè)壁絕緣的噴油嘴倒錐孔微細電火花加工裝置，包括安裝于支撐架15和底板1上的快速進給裝置、微進給裝置、工作臺定位裝置、工件夾持裝置和與噴油嘴16和電極14分別連接的開路電壓動態(tài)可調(diào)的可控式RC脈沖電源9，還包括側(cè)壁絕緣的電極14；其中，支撐架15設(shè)置于底板1上。

開路電壓動態(tài)可調(diào)的可控式RC脈沖電源9(如圖12)采用較小的放電電容C，(放電能量E＝12CV²，其中C為放電電容，V為開路電壓)來實現(xiàn)微細電火花放電，而其開路電壓V由程序控制的調(diào)壓器逐步持續(xù)增大，其加工單位(蝕除量)也逐步持續(xù)增大。加工單位由小變大，進而實現(xiàn)倒錐孔的加工。

側(cè)壁絕緣的電極14可消除非絕緣電極加工隨著加工時間變長，加工入口處電蝕過多而導(dǎo)致的加工入口處過大的缺點和電蝕產(chǎn)物所造成的“腰鼓”現(xiàn)象。電極14只在垂直方向進給，消除了以往加工中電極14由于剛度低在自旋轉(zhuǎn)中所帶來的誤差。同時，利用電極14頭部放電側(cè)面不放電的條件，使電蝕產(chǎn)物在底部放電來消除出口加工不足的情況。而絕緣層則在電極14底部放電時逐漸電蝕，進而加工出符合要求的微孔。

快速進給裝置包括支撐架15上設(shè)置的Z向伺服電機13，Z向伺服電機13與Z向聯(lián)軸器41相連，Z向聯(lián)軸器41與Z向滾珠絲桿7相連，Z向滾珠絲桿7與底板1相連。伺服電機具有抱閘功能，可以在伺服電機停轉(zhuǎn)時克服滾珠絲桿的可逆性懸停升降板。同時，Z向滾珠絲桿7與滾珠絲桿螺母42相連，滾珠絲桿螺母42與升降板11相連，升降板11與支撐架15相連，升降板與支撐架15的配合部分不僅為升降板11提供導(dǎo)向作用，而且承受升降板機構(gòu)自身重力所引起的彎矩，從而減小升降板11對絲桿螺母的作用力。

微進給裝置包括升降板11上設(shè)置的導(dǎo)向筒10，導(dǎo)向筒10下端裝有導(dǎo)向頭8，其上端設(shè)有緊固端蓋12。導(dǎo)向頭8上裝有第一彈簧27和第二彈簧28，第一彈簧27和第二彈簧28與彈簧座31相連。長短不一的第一彈簧27和第二彈簧28可以消除初通電時磁場排斥的突然性，消除裝配產(chǎn)生的機械間隙，防止膜片彈簧33翻轉(zhuǎn)，并使得膜片彈簧33的彈性形變更加柔和，保證微進給的平穩(wěn)性。導(dǎo)向頭8外圍設(shè)有下支撐套30，下支撐套30內(nèi)表面與彈簧座31外表面配合，為活動鐵芯繞組37提供導(dǎo)向作用。同時，下支撐套30上設(shè)有膜片彈簧33。彈簧座31上設(shè)有鐵芯座32，鐵芯座32上裝有常閉電磁夾34，并夾持電極14，常閉電磁夾34上設(shè)有膜片彈簧壓蓋35，膜片彈簧壓蓋35的上邊緣壓與膜片彈簧33上，膜片彈簧壓蓋35內(nèi)側(cè)與活動鐵芯繞組37外側(cè)配合。膜片彈簧33邊緣壓有上支撐套36，上支撐套36內(nèi)側(cè)與活動鐵芯繞組37上邊緣內(nèi)側(cè)配合。上支撐套36與固定鐵芯繞組38相連，固定鐵芯繞組38與緊固端蓋12相連?；顒予F芯繞組37內(nèi)孔、固定鐵芯繞組38內(nèi)孔和緊固端蓋12內(nèi)孔與上導(dǎo)向管39配合，導(dǎo)向頭8的內(nèi)側(cè)設(shè)有供電極14通過的常開電磁夾26，常開電磁夾26上側(cè)設(shè)有用于對電極14進行導(dǎo)向的下導(dǎo)向管29。

工作臺定位裝置包括底板1上設(shè)置的X向滑板25，X向滑板25上裝有由XY向轉(zhuǎn)軸軸承44支撐的XY向轉(zhuǎn)軸4，XY向轉(zhuǎn)軸4一端與XY向聯(lián)軸器3相連，XY向聯(lián)軸器3與XY向伺服電機2相連。同時，XY向轉(zhuǎn)軸4上設(shè)有主動錐齒輪45，主動錐齒輪45與從動錐齒輪47相嚙合，從動錐齒輪47裝于X向轉(zhuǎn)軸5的一端，X向轉(zhuǎn)軸5由X向轉(zhuǎn)軸支撐板48和X向轉(zhuǎn)軸軸承6支撐于X向滑板25上。在從動錐齒輪47和X向轉(zhuǎn)軸支撐板48之間設(shè)有X向電磁離合器49。X向轉(zhuǎn)軸5的另一端設(shè)有X向驅(qū)動齒輪50，X向驅(qū)動齒輪50與設(shè)于底板1上的X向齒條43相嚙合。采用齒輪齒條傳動承載力大、精度高、速度快。X向滑板25上設(shè)有Y向滑板22，Y向滑板22下部裝有Y向齒條23，Y向齒條23與設(shè)于XY向轉(zhuǎn)軸4中部的Y向驅(qū)動齒輪24相嚙合，Y向驅(qū)動齒輪24一側(cè)裝有Y向電磁離合器46。

工件夾持裝置包括Y向滑板22上的兩個耳板5，兩個耳板20通過轉(zhuǎn)軸51相連，轉(zhuǎn)軸51與轉(zhuǎn)軸聯(lián)軸器52相連，轉(zhuǎn)軸聯(lián)軸器52與角度伺服電機19相連。同時，轉(zhuǎn)軸51與角度桶18相連，角度桶18設(shè)有工件夾盤17，工件夾盤17夾持噴油嘴16，工件夾盤17與旋轉(zhuǎn)伺服電機21相連。采用角度伺服電機可以準確控制噴油嘴中心線與倒錐孔中心線的夾角。而旋轉(zhuǎn)伺服電機則可控制噴油嘴繞自身軸向轉(zhuǎn)動，來實現(xiàn)噴油嘴多“倒錐孔”的加工。

Z向伺服電機13、XY向伺服電機2、角度伺服電機19和旋轉(zhuǎn)伺服電機21均由PLC控制，Z向伺服電機13和角度伺服電機19帶有抱閘功能。微進給機構(gòu)通過活動鐵芯繞組37、固定鐵芯繞組38產(chǎn)生的電磁力壓縮膜片彈簧33、第一彈簧27和第二彈簧28進行進給。電極14為外側(cè)涂有環(huán)氧樹脂的側(cè)面絕緣電極。采用涂有環(huán)氧樹脂的側(cè)面絕緣電極，可消除非絕緣電極加工隨著加工時間變長，加工入口處電蝕過多而導(dǎo)致的“倒錐孔”加工入口處過大的缺點和電蝕產(chǎn)物所造成的“腰鼓”現(xiàn)象。同時，利用電極頭部放電側(cè)面不放電的條件，使電蝕產(chǎn)物在底部放電來消除出口加工不足的情況。而絕緣層則在電極底部放電時逐漸電蝕，進而加工出符合要求的“倒錐孔”。

下面對本發(fā)明的操作過程做詳細描述：

首先，將噴油嘴16夾持于工件夾盤17中，由角度伺服電機19驅(qū)動轉(zhuǎn)軸51帶動角度桶18轉(zhuǎn)動，來確定噴油嘴16中心線與倒錐孔中心線的夾角。通過XY向伺服電機2驅(qū)動XY向轉(zhuǎn)軸4，分別啟動或關(guān)閉X向電磁離合器49和Y向電磁離合器46來帶動X向驅(qū)動齒輪50和Y向驅(qū)動齒輪24，從而帶動X向滑板25和Y向滑板22對加工位置進行粗定位。

其次，通過Z向伺服電機13驅(qū)動Z向滾珠絲桿7，由滾珠絲桿螺母42帶動升降板11將側(cè)面絕緣電極14快速粗進給至可加工位置。此時再通過XY向伺服電機2對加工位置進行校準。

最后，由Z向伺服電機13將電極14進給至與工件接觸，打開開路電壓動態(tài)可調(diào)的可控式RC脈沖電源9由程序控制調(diào)壓器使脈沖能量在小能量范圍內(nèi)逐漸增大直至加工完成斷電，在加工時產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物可增大放電范圍，利用此特點可逐步擴大孔加工出口的直徑。而電極14自身存在的損耗，可由微進給裝置動態(tài)進給補償損耗完成加工過程。在加工過程中，兩個線圈繞組通逐漸增大的同向電流，產(chǎn)生同性磁場，從而排斥活動鐵芯繞組37向下運動，通過鐵芯座32和膜片彈簧壓蓋35壓縮膜片彈簧33，從而進給電極14。當電極14損耗至快不能進給時，常開電磁夾26閉合，常閉電磁夾34打開，逐漸減小線圈電流，使膜片彈簧33恢復(fù)，再閉合常閉電磁夾34，打開常開電磁夾26，重復(fù)以上過程完成微進給，直至加工完成。