一種微電火花加工機(jī)的旋轉(zhuǎn)主軸裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及微細(xì)加工極限的微機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域中的一種微電火花加工機(jī)的旋轉(zhuǎn)主軸裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前,現(xiàn)代制造技術(shù)是一個(gè)國(guó)家發(fā)展經(jīng)濟(jì)的重要手段之一,也是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)水平高低的重要依據(jù)。從目前來(lái)看,現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展主要呈現(xiàn)兩個(gè)趨勢(shì):一個(gè)是追求制造系統(tǒng)自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù);另一個(gè)就是尋求制造系統(tǒng)微細(xì)加工極限的微機(jī)械制造技術(shù)。
[0003]微細(xì)加工技術(shù)源于平面硅工藝,隨著半導(dǎo)體器件、集成電路、微型機(jī)械等技術(shù)的發(fā)展與需求,微細(xì)加工技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一門(mén)多學(xué)科交叉和高新技術(shù)為一體的制造綜合系統(tǒng)工程,廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械、生物工程、信息、航空航天、半導(dǎo)體工業(yè)、汽車(chē)等領(lǐng)域,給國(guó)民經(jīng)濟(jì)、人民生活等帶來(lái)了深遠(yuǎn)的影響,被列為21世紀(jì)關(guān)鍵的技術(shù)領(lǐng)域之一。
[0004]現(xiàn)在,微細(xì)加工技術(shù)的研宄大多集中在半導(dǎo)體制造工藝、光刻技術(shù)、蝕刻技術(shù)和LIGA技術(shù)上,并且取得了相當(dāng)大的實(shí)用性進(jìn)展。非傳統(tǒng)加工技術(shù)是除傳統(tǒng)切削加工之外的各種新型加工方法的統(tǒng)稱(chēng)。它不是依靠機(jī)械能而是通過(guò)其他能量方式(如電、化學(xué)、光、聲、熱等)去除金屬或非金屬材料,適合加工復(fù)雜、微細(xì)表面和低剛度零件;采用某些特種加工方法可實(shí)現(xiàn)精密和超精密加工、鏡面光整加工及微納米級(jí)加工。
[0005]而電火花微細(xì)加工技術(shù)(MEDM)作為一種實(shí)用的微細(xì)特種加工技術(shù),具有加工精度高、表面損傷小、加工中無(wú)顯著的切削力、切削熱、可實(shí)施性強(qiáng)等特點(diǎn),在微細(xì)軸、孔加工及微三維結(jié)構(gòu)制作,尤其是對(duì)難切削導(dǎo)電材料及難加工結(jié)構(gòu)的成形,已經(jīng)顯示出了相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿?。由于電火花微?xì)加工屬于非接觸式加工,加工過(guò)程沒(méi)有切削力的附加影響,^常適合于微小尺寸零件的成形,目前,不論是在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外,這種加工技術(shù)都日益受到重視。
[0006]當(dāng)今微細(xì)加工在醫(yī)療器械、生物工程、信息、航空航天、半導(dǎo)體工業(yè)、汽車(chē)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越多,要求的精度、效率、結(jié)構(gòu)的工藝性、表面質(zhì)量等越來(lái)越高,采用傳統(tǒng)的機(jī)械式鉆孔工藝難以滿(mǎn)足上述要求,主要存在以下問(wèn)題:
(1)在微細(xì)孔加工中,傳統(tǒng)的工藝采用的階梯型鉆頭鉆孔,其孔徑小于0.2mm以下的加工困難;
(2)由于在加工過(guò)程中單位面積上的切削力較大,會(huì)導(dǎo)致切削溫度高、變形大、刀具壽命短、嚴(yán)重的毛刺等缺陷;
(3)如果加工的表面是斜面或者是曲面,鉆孔可能是斜孔,甚至根本無(wú)法加工,鉆頭也容易折斷,對(duì)一些特殊材料如:不銹鋼、鈦合金、硬質(zhì)合金等無(wú)法加工。
[0007](4)對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜微小器件和各種難加工導(dǎo)電材料的三維曲面的加工,由于該加工方式具有傳統(tǒng)加工方法比擬的優(yōu)勢(shì)。小切削力甚至無(wú)切削力,切削力引起的變形可加工底剛度、薄壁、窄縫的零件,熱影響小,無(wú)顯著的表面物理機(jī)械性能的變化,加工精度高和無(wú)毛刺加工。
[0008]隨著技術(shù)的進(jìn)步,研宄領(lǐng)域的拓展,新材料的不斷應(yīng)用,零件加工的復(fù)雜性、精度、效率、表面質(zhì)量等要求不斷提高,對(duì)傳統(tǒng)工藝提出挑戰(zhàn)。正如Merchant所指出的那樣,只有制造技術(shù)和工藝不斷的突破和創(chuàng)新,采用非傳統(tǒng)的工藝技術(shù),才能應(yīng)對(duì)這種挑戰(zhàn),滿(mǎn)足科研和生產(chǎn)的要求。因此,研制一種微電火花加工機(jī)的旋轉(zhuǎn)主軸裝置一直是急待解決的新課題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本發(fā)明的目的提供一種微電火花加工機(jī)的旋轉(zhuǎn)主軸裝置,采用先進(jìn)的微細(xì)放電電火花加工技術(shù),通過(guò)解決壓電陶瓷宏微驅(qū)動(dòng)、微細(xì)電極夾持、高速旋轉(zhuǎn)、自動(dòng)進(jìn)絲技術(shù)和微細(xì)孔電火花加工工藝等關(guān)鍵技術(shù)難題,開(kāi)發(fā)微細(xì)電火花數(shù)控系統(tǒng),解決高精度微細(xì)零件的加工難題;在微細(xì)非傳統(tǒng)加工裝備的發(fā)展,解決在復(fù)雜微小器件加工技術(shù)的難題,通過(guò)該項(xiàng)目的研宄及關(guān)鍵技術(shù)的突破形成系列化的產(chǎn)品和裝備,提升航空航天、醫(yī)療器械、生物工程、信息、半導(dǎo)體工業(yè)、汽車(chē)等相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。
[0010]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種微電火花加工機(jī)的旋轉(zhuǎn)主軸裝置,包括旋轉(zhuǎn)主軸、精密軸承、上電裝置、電刷、絕緣塑料、上端蓋、第一絕緣體、陶瓷材料、第二絕緣體、絕緣內(nèi)管、通液管外套、電機(jī)、同步帶、主軸外殼、下端蓋、螺栓,電機(jī)安裝在主軸外殼的支架上,同步帶一端套裝在電機(jī)的輸出軸上,另一端套裝在旋轉(zhuǎn)主軸的皮帶輪上,在上端蓋上安裝第二絕緣體,在第二絕緣體內(nèi)安裝絕緣內(nèi)管,在第二絕緣體上部和絕緣內(nèi)管的外部安裝通液管外套,在上端蓋內(nèi)安裝第一絕緣體、陶瓷材料,陶瓷材料的上部與絕緣內(nèi)管鄰接,在旋轉(zhuǎn)主軸上安裝精密軸承,并將其安裝到主軸外殼中,在旋轉(zhuǎn)主軸上部安裝第一絕緣體、陶瓷材料,并裝入上端蓋內(nèi),陶瓷材料的上部與絕緣內(nèi)管鄰接,將下端蓋裝入旋轉(zhuǎn)主軸上并用螺栓固定在主軸外殼上,在旋轉(zhuǎn)主軸的下端有主軸下端帶錐孔螺紋A,在主軸外殼的左部裝有上電裝置、電刷、絕緣塑料;
所述的微電火花加工機(jī)的旋轉(zhuǎn)主軸裝置的加工方法是,在微細(xì)電火花放電加工的過(guò)程中,脈沖電流流經(jīng)主軸外殼、軸承外圈、軸承滾動(dòng)體、軸承內(nèi)圈、旋轉(zhuǎn)主軸最終傳輸?shù)焦ぞ唠姌O上;加工過(guò)程中,工件被裝夾在工作臺(tái)上,夾具金屬制作并是導(dǎo)電的,脈沖電流能夠在工作臺(tái)、夾具與工件之間流動(dòng);當(dāng)脈沖電流流經(jīng)軸承會(huì)產(chǎn)生一些不良的問(wèn)題,軸承滾動(dòng)體與軸承外圈、軸承內(nèi)圈之間接觸不良時(shí),軸承滾動(dòng)體會(huì)與軸承外圈、軸承內(nèi)圈產(chǎn)生放電現(xiàn)象,損壞精密軸承的旋轉(zhuǎn)精度,使旋轉(zhuǎn)主軸的回轉(zhuǎn)誤差加大;脈沖電源的一極直接與旋轉(zhuǎn)主軸連接,脈沖電流不會(huì)再繼續(xù)流經(jīng)精密軸承,上電裝置中存在部分絕緣塑料,使脈沖電流不會(huì)從電刷直接流入主軸外殼,脈沖電流直接進(jìn)入旋轉(zhuǎn)主軸;在旋轉(zhuǎn)主軸上部通液絕緣內(nèi)管與機(jī)床上端蓋的連接處添加第一絕緣體、陶瓷材料;在旋轉(zhuǎn)主軸部分與機(jī)床Z軸進(jìn)給箱連接處添加第一絕緣體、陶瓷材料;在旋轉(zhuǎn)主軸與上端蓋之間處添加第一絕緣體、陶瓷材料,在這四處添加絕緣材料第一絕緣體、陶瓷材料,徹底做到旋轉(zhuǎn)主軸與其它零部件之間的絕緣,使脈沖電流只能從電刷流經(jīng)旋轉(zhuǎn)主軸,再流經(jīng)工具電極,然后放電脈沖對(duì)工件進(jìn)行火花放電加工;
所述的微電火花加工機(jī)的旋轉(zhuǎn)主軸裝置的工作原理是,旋轉(zhuǎn)主軸的左側(cè)是開(kāi)放的,采用旋轉(zhuǎn)主軸側(cè)邊上電的方式;將脈沖電源的一極接到電刷上,電刷處在一個(gè)槽中,此槽起到導(dǎo)向作用,槽中具有一個(gè)彈簧,這個(gè)彈簧將銅合金材料的電刷壓在旋轉(zhuǎn)主軸的側(cè)端,電流就通過(guò)電刷、旋轉(zhuǎn)主軸往下傳到旋轉(zhuǎn)工具電極上;電刷與旋轉(zhuǎn)主軸之間接觸,存在滑動(dòng)摩擦阻力,會(huì)導(dǎo)致電刷和旋轉(zhuǎn)主軸磨損較為嚴(yán)重,導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)主軸的溫度升高,產(chǎn)生一定的變形,影響旋轉(zhuǎn)主軸的旋轉(zhuǎn)精度,選擇導(dǎo)電性能良好、導(dǎo)熱性良好、耐磨性好、自潤(rùn)滑性能好、熔點(diǎn)高的電刷材料;選擇使用錫磷青銅作為電刷材料。
[0011]本發(fā)明的要點(diǎn)在于它的結(jié)構(gòu)、加工方法及工作原理。其工作原理是:旋轉(zhuǎn)主軸的左側(cè)是開(kāi)放的,采用旋轉(zhuǎn)主軸側(cè)邊上電的方式;將脈沖電源的一極接到電刷上,電刷處在一個(gè)槽中,此槽起到導(dǎo)向作用,槽中具有一個(gè)彈簧,這個(gè)彈簧將銅合金材料的電刷壓在旋轉(zhuǎn)主軸的側(cè)端,電流就通過(guò)電刷、旋轉(zhuǎn)主軸往下傳到旋轉(zhuǎn)工具電極上;電刷與旋轉(zhuǎn)主軸之間接觸,存在滑動(dòng)摩擦阻力,會(huì)導(dǎo)致電刷和旋轉(zhuǎn)主軸磨損較為嚴(yán)重,導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)主軸的溫度升高,產(chǎn)生一定的變形,影響旋轉(zhuǎn)主軸的旋轉(zhuǎn)精度,選擇導(dǎo)電性能良好、導(dǎo)熱性良好、耐磨性好、自潤(rùn)滑性能好、恪點(diǎn)高的電刷材料;選擇使用錫磷青銅作為電刷材料。
[0012]一種微電火花加工機(jī)的旋轉(zhuǎn)主軸裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有在淬火鋼硬質(zhì)合金、不銹鋼等超硬、超軟的導(dǎo)電材料上加工直徑在0.1mm以下的微孔、溝槽、曲面,精度在±0.005mm以?xún)?nèi);加工時(shí)間為20_30s,在汽車(chē)噴油嘴、節(jié)流閥、油泵上打出的微孔可滿(mǎn)足歐II1-1V以上標(biāo)準(zhǔn)的排放要求,旋轉(zhuǎn)主軸采用高頻超聲振動(dòng)技術(shù),克服放電過(guò)程中的存在二次放電所造成的危害,提高生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本和電極損耗,提高加工質(zhì)量,追求輕型、高效的目標(biāo)將加工方法打破傳統(tǒng)加工理念等優(yōu)點(diǎn),將廣泛地應(yīng)用于微細(xì)加工極限的微機(jī)械制造技術(shù)領(lǐng)域中。
【附圖說(shuō)明】
[0013]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0014]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是圖1的局部放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]參照附圖,一種微電火花加工機(jī)的旋轉(zhuǎn)主軸裝置,包括旋轉(zhuǎn)主軸1、精密軸承2、上電裝置3、電刷4、絕緣塑料5、上端蓋6、第一絕緣體7、陶瓷材料8、第二絕緣體9、絕緣內(nèi)管10、通液管外套11、電機(jī)12、同步帶13、主軸外殼14、下端蓋15、螺栓16,電機(jī)12安裝在主軸外殼14的支架上,