专利名称：一种电极导向器及电极侧壁绝缘状态在线快速切换方法
技术领域：
本发明涉及一种微细电加工领域中的电极导向器及特种加工方法，特别是关于一种用于微细电火花电解组合加工中的电极导向器及电极侧壁绝缘状态在线快速切换方法。
背景技术：
电解加工是利用金属阳极溶解的原理对金属加工成型的一种特种加工方法。在电解加工特别是在微细电解加工中，对工具电极的侧壁进行绝缘，即在柱状细长电极的侧壁表面制作一层薄的绝缘材料，阻隔电极侧壁的电化学反应，仅留出电极端面不被绝缘材料覆盖，这样电场被约束在电极端面附近，可以有效地减少侧壁对工件的杂散腐蚀，提高加工定域性和加工精度。微细电解加工可获得较高的成型精度和较好的表面质量，电极无损耗。但是，由于加工间隙微小，加工反应产物不易排出，导致材料的蚀除速率降低。电火花加工是使工具电极和工件之间产生脉冲性火花放电，利用放电时局部瞬 时产生的高温蚀除导电材料的加工方法。在微细电火花加工中，一般不对柱状工具电极进行侧壁绝缘。如果对工具电极进行侧壁绝缘，由于火花放电区域温度较高，容易对绝缘层造成损坏。而且电火花加工中电极存在损耗，加工过程中难以保证绝缘层与电极具有一致的损耗速度，无法保证电极在加工过程中有稳定的侧壁绝缘状态。相对而言，微细电火花加工有较高的材料蚀除速率，但加工表面有再铸层和热影响层，表面质量较差。电解加工与电火花加工都是非接触加工，工具电极和工件之间无机械力作用，适合于难切削材料的加工以及微细加工，加工方法和加工机床具有共通性，具有实现组合加工或复合加工的优势。如果在一台电火花/电解组合加工机床上，综合电火花加工、电解加工双方的优点，可以使加工既有较快的材料蚀除速率，又可以获得较高的加工表面质量。即首先采用电火花加工进行成形粗加工，快速去除大部分的材料。然后采用电解加工进行精加工，完成剩余较少部分的材料去除，并获得较高的加工精度和较好的表面质量。但是，在微细电火花/电解组合加工中，在先进行电火花加工后，需要用侧壁绝缘电极进行电解加工。若采用在线下对电极进行侧壁绝缘后再装夹进行加工，则会由于电极的二次装夹造成一定的加工误差。因此，如何在线对电极进行侧壁绝缘，以避免电极二次装夹带来的加工误差成为亟待解决的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能满足电解加工和电火花加工的要求，避免电极二次装夹带来的加工误差，并能提高加工效率的电极导向器及电极侧壁绝缘状态在线快速切换方法。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种电极导向器，其特征在于它包括导向段、绝缘段和直线通孔，所述导向段与所述绝缘段固定连接成一体，所述直线通孔贯通所述导向段和绝缘段，工具电极穿设在所述直线通孔内。所述导向段与所述绝缘段采用一体成型式结构。
所述导向段与所述绝缘段采用由通用导向柱和薄壁套管粘接而成，所述通用导向柱与所述薄壁套管重叠部分构成所述导向段，所述薄壁套管伸出所述通用导向柱的部分构成所述绝缘段。所述导向段的孔壁 厚度大于所述绝缘段的孔壁厚度；所述导向段的孔壁厚度为I 10毫米，所述绝缘段的孔壁厚度为5 100微米。所述绝缘段采用陶瓷或聚酰亚胺材料制成。所述直线通孔的截面形状尺寸根据所述工具电极的截面形状尺寸进行设置，所述直线通孔的截面直径略大于所述工具电极的截面直径。利用上述电极导向器进行的电极侧壁绝缘状态在线快速切换方法，进行电火花/电解组合加工，其包括以下步骤(1)选择电极导向器的直线通孔截面尺寸与工具电极截面尺寸相匹配，将工具电极穿入电极导向器的直线通孔内；(2)在线控制电极导向器或工具电极沿电极长度方向运动，使工具电极前端伸出电极导向器的绝缘段长度为0. 5 3mm的范围内，对工件进行电火花加工；(3)将工件电火花加工完成后，在线控制电极导向器或工具电极沿电极长度方向运动，使工具电极前端位于电极导向器绝缘段的出口处±10 Pm的范围内，工具电极侧壁被绝缘段内壁覆盖、绝缘；(4)电极导向器绝缘段与工具电极整体作为侧壁绝缘电极，控制电极导向器与工具电极整体进行进给运动，对工件进行电解加工，电解加工完成后，再进行步骤(I)，进行下一道工序的电火花加工，循环操作，在电火花/电解组合加工中实现工具电极侧壁绝缘状态在线快速切换。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明由于采用电极导向器由导向段和绝缘段构成，导向段和绝缘段内由直线通孔贯通，工具电极穿设在直线通孔内。通过导向段导引工具电极的进给方向，绝缘段在电解加工中用作电极侧壁的绝缘层。因此，满足了电解加工和电火花加工的要求。2、本发明由于采用电极侧壁绝缘状态在线快速切换方法，可以在机床上在线进行，通过电极导向器或工具电极沿电极长度方向上运动，在线直接对工具电极进行快速侧壁绝缘，或快速使电极从侧壁绝缘状态回到非绝缘状态，这样在电火花、电解组合加工中，有效地避免了工具电极二次装夹带来的误差。3、本发明由于采用微细电火花/电解组合加工用在线电极侧壁绝缘切换方法可以使电极在侧壁绝缘、侧壁不绝缘之间快速切换，满足不同加工的应用要求，有助于提高生产效率。4、本发明由于采用的电极导向器由导向段和绝缘段构成，电极导向器同时具有导引工具电极进给方向和对工具电极进行侧壁绝缘的功能，而已有电极导向器仅仅具有导引电极进给方向的功能，不具有绝缘段与电极侧壁绝缘功能。因此，本发明可以广泛应用于微细电加工领域中。
图I是本发明的电极导向器整体结构示意图；图2是本发明的电极导向器第一种结构剖视图；图3是本发明的电极导向器第二种结构剖视图；图4a 图4c是本发明的电极侧壁绝缘状态在线快速切换方法示意图；图5a 图5d是利用本发明进行电火花/电解组合加工实现简单线槽加工示意图；图6a 图6d是利用本发明进行电火花/电解组合加工实现高质量通孔加工示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。 本发明的电极导向器主要用在电极侧壁绝缘状态在线快速切换方法中，对待加工电极起到导引方向和侧壁绝缘的作用。如图I 图3所示，电极导向器包括导向段I、绝缘段2和直线通孔3，导向段I与绝缘段2固定连接成一体，且直线通孔3贯通导向段I和绝缘段2，工具电极4穿设在直线通孔3内(如图4a所示)。其中，导向段I用于导引工具电极4的进给方向；绝缘段2用于在电解加工中用作电极侧壁的绝缘层。上述实施例中，导向段I的孔壁厚度大于绝缘段2的孔壁厚度。与绝缘段2相比，导向段I的孔壁较厚，通常在I 10毫米的范围内，这样可以保证导向段I具有足够的刚度，使其不会在装夹力或其他可能的外力作用下弯曲变形，而影响其导引工具电极4方向 的功能。与导向段I的孔壁相比，绝缘段2的孔壁较薄，通常在5 100微米的范围内，这是由于微细电解加工的侧面间隙较小，通常在100微米以内，若侧壁绝缘层的厚度太厚，容易造成电解液更新不畅，以及绝缘层与加工表面发生机械干涉等问题，影响电解加工的正常进行。上述各实施例中，导向段I与绝缘段2可以采用一体成型式结构(如图2所示)，也可以采用由通用导向柱5和薄壁套管6粘接而成(如图3所示)，通用导向柱5与薄壁套管6重叠部分构成导向段1，薄壁套管6伸出通用导向柱5的部分构成绝缘段2，该结构较为简单，易制作。本发明采用的通用导向柱5为已有的普通电极导向器，其本身不具有绝缘段，通常为中心有一通孔的柱体；薄壁套管6为绝缘材料制成的薄壁套管。上述各实施例中，绝缘段2具有较好的绝缘性能，其采用陶瓷或聚酰亚胺等具有较好绝缘性能的材料制成。上述各实施例中，直线通孔3的截面形状尺寸根据电极导向器所要导引的工具电极4的截面形状尺寸进行设置，既要保证工具电极4能顺利伸入直线通孔3中，又不能使工具电极4在直线通孔3中有大的横向晃动。由于通常使用的工具电极4截面为圆形，因此，直线通孔3的截面通常采用圆形，其截面直径略大于工具电极4的截面直径。上述各实施例中，位于导向段I内直线通孔3的长度在5 50毫米的范围内，这样可以使直线通孔3有足够的深宽比，以保证对工具电极4方向导引的精度。位于绝缘段2内直线通孔3的长度，是根据待加工工件要加工特征的深度设置，通常在0. 5 3毫米的范围内。如图4a 图4c所示，本发明的电极侧壁绝缘状态在线快速切换方法用于电火花/电解组合加工中，在线直接对电火花加工用电极进行快速侧壁绝缘，以满足电解加工的要求，在电解加工后再使电极快速从侧壁绝缘状态回到非绝缘状态，以便于下一次的电火花加工。本发明包括以下步骤I)选择电极导向器，使电极导向器的直线通孔3截面尺寸与工具电极4截面尺寸相匹配，将工具电极4穿入电极导向器的直线通孔3内，准备对待加工工件依次进行电火花加工和电解加工。2 )在线控制电极导向器或工具电极4沿电极长度方向运动(如图4a所示)，使工具电极4前端伸出电极导向器的绝缘段2 —定长度(如图4b所示)，对工件进行电火花加工。电火花加工过程中，电极导向器通常在加工进给方向上固定不动，只起导引工具电极4方向的作用，工具电极4在电极导向器导引的方向上进行伺服进给运动。其中，工具电极4伸出电极导向器的长度，要保证加工过程中绝缘段2与工具电极4前端加工火花放电区域有一定距离，使绝缘段2不至于受到火花放电的影响而损坏，另夕卜，工具电极4伸出电极导向器的部分需要有一定的刚度，伸出的长度不应过长，因此，本发明采用工具电极4伸出电极导向器的长度为0. 5 3mm的范围内。3)将工件电火花加工完成后，在线控制电极导向器或工具电极4沿电极长度方向运动(如图4a所示)，使工具电极4前端尽可能准确地 位于电极导向器的绝缘段2出口处，通常在电极导向器的绝缘段2出口处± IOiim的范围内(如图4c所示)，这样工具电极4侧壁被绝缘段2内壁覆盖,工具电极4侧壁被绝缘。4)电极导向器绝缘段2与工具电极4整体作为侧壁绝缘电极，控制电极导向器与工具电极4整体进行进给运动，对工件进行电解加工，电解加工完成后，可再进行步骤1)，进行下一道工序的电火花加工，可以如此循环操作，在电火花/电解组合加工中实现工具电极4侧壁绝缘状态在线快速切换。综上所述，本发明在使用时，通过在线控制电极导向器或工具电极4沿电极长度方向运动，改变电极导向器绝缘段在工具电极4侧壁的覆盖区域，可以实现工具电极4前端一部分侧壁绝缘状态的在线快速切换。下面通过具体实施例对本发明的电极导向器和电极侧壁绝缘状态在线快速切换方法作进一步的说明。实施例I :如图2所示，在本实施例中，电极导向器的导向段I和绝缘段2采用一体成型式结构，即采用一整块材料制作，在同一块材料上加工出孔壁较厚的导向段I和孔壁较薄的绝缘段2。这种结构的电极导向器加工难度较大。实施例2 :如图3所示，电极导向器I采用通用导向柱5和薄壁套管6粘接而成，这种结构的电极导向器加工较为容易。例如，采用中心通孔孔径为142微米的通用导向柱5 ;采用外径为140微米、内径为110微米、壁厚为15微米的薄壁套管6，将通用导向柱5与薄壁套管6粘接组成为电极导向器。该电极导向器的直线通孔3孔径为110微米，绝缘段2的孔壁厚度为15微米，绝缘段2长度约为I. 5毫米，可用于对直径在105微米 110微米的电极进行方向导引和侧壁绝缘。实施例3 :本实施例采用电极导向器的直线通孔3尺寸与工具电极4的尺寸相匹配，且工具电极4与直线通孔3的截面形状均为圆形，直线通孔3的直径略大于工具电极4的直径，直径相差通常为数微米。工具电极4穿入电极导向器的直线通孔3中，在线控制电极导向器或工具电极4沿电极长度方向运动，改变电极导向器绝缘段2在工具电极4侧壁的覆盖区域，可以实现工具电极4前端一部分侧壁绝缘状态的在线快速切换。如图4a所示，在线控制电极导向器或工具电极4沿电极长度方向运动，使工具电极4前端伸出电极导向器的绝缘段2 —定长度(如图4b所示)，伸出的长度要保证绝缘段2不受电极前端的火花放电而损坏，又使伸出的电极有足够的刚度，工具电极4伸出绝缘段2的部分侧壁不被绝缘，可以用工具电极4的伸出部分对工件进行电火花加工。在线控制电极导向器或工具电极4沿电极长度方向运动，使工具电极4前端位于在电极导向器的绝缘段2的出口处±10iim的范围内(如图4c所示)，这样工具电极4前端一部分的侧壁被绝缘段2孔壁覆盖，工具电极4前端一部分的侧壁被绝缘，电极导向器的绝缘段2与工具电极4组合可作为侧壁绝缘电极，用于电解加工。实施例4 :如图5a 图5d所示，本实施例利用本发明进行电火花/电解组合加工实现简单线槽的扫描加工。本实施例包括以下步骤I)在线控制电极导向器或工具电极4沿电极长度方向运动，使工具电极4前端伸出电极导向器的绝缘段2 —定长度，电极伸出绝缘段2的长度通常在0. 5 3毫米的范围内，保证绝缘段2与工具电极4前端加工火花放电区域有一定距离，不至于受到火花放电的影响而损坏，又使伸出的电极有足够的刚度。2)如图5a、图5b所示，工具电极4沿其长度方向纵向伺服进给进行电火花加工，同时电极导向器与工具电极4整体沿工件7表面横向扫过一段直线,加工出一线槽8,电火 花加工后的线槽8表面质量较差，粗糙度较高，需要进一步的电解加工，才能得到较高的表面质量。3)如图5c、图5d所示，在线控制电极导向器或工具电极4沿电极长度方向运动，使工具电极4前端位于在电极导向器的绝缘段2的出口处±10 iim的范围内，这样工具电极4前端部分侧壁被绝缘段2孔壁覆盖，工具电极4前端部分侧壁被绝缘。4)电极导向器的绝缘段2与工具电极4整体作为侧壁绝缘电极，控制电极导向器与工具电极4整体沿步骤2)加工出的线槽8横向运动，进行电解加工，电解加工完成后，线槽8的表面质量得到提高，这样就完成了一简单线槽的电火花/电解组合加工。实施例5 :如图6a 图6d所示，本实施例利用本发明进行电火花/电解组合加工实现高质量通孔加工，本实施例包括以下步骤I)如图6a所示，在线控制电极导向器或工具电极4沿电极长度方向运动，使工具电极4前端伸出电极导向器的绝缘段2 —定长度，电极伸出绝缘段2的长度通常在0. 5 3毫米的范围内，保证绝缘段2与工具电极4前端加工火花放电区域有一定距离，不至于受到火花放电的影响而损坏，又使伸出的电极有足够的刚度。2)如图6b所示，电极导向器固定不动，工具电极4沿其长度方向纵向伺服进给进行电火花孔加工，加工出一通孔9，电火花加工后的通孔9孔壁表面质量较差，粗糙度较高，需要进一步的电解加工，才能得到较高的表面质量。3)如图6c所示，在线将损耗的电极端面用电火花加工方法修平，在线控制电极导向器或工具电极4沿电极长度方向运动，使工具电极4前端位于在电极导向器的绝缘段2的出口处±10 iim的范围内，这样工具电极4前端部分侧壁被绝缘段2孔壁覆盖,工具电极4前端部分侧壁被绝缘。4)如图6d所示，电极导向器的绝缘段2与工具电极4整体作为侧壁绝缘电极，控制其进行伺服进给运动，对步骤2)加工出的通孔9孔壁进行电解加工，电解加工完成后，通孔9孔壁的表面质量得到提高，这样就完成了一高质量通孔的电火花/电解组合加工。上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的连接和结构都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件的连接和结构进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
1.一种电极导向器，其特征在于它包括导向段、绝缘段和直线通孔，所述导向段与所述绝缘段固定连接成一体，所述直线通孔贯通所述导向段和绝缘段，工具电极穿设在所述直线通孔内。
2.如权利要求I所述的一种电极导向器，其特征在于所述导向段与所述绝缘段采用一体成型式结构。
3.如权利要求I所述的一种电极导向器，其特征在于所述导向段与所述绝缘段采用由通用导向柱和薄壁套管粘接而成，所述通用导向柱与所述薄壁套管重叠部分构成所述导向段，所述薄壁套管伸出所述通用导向柱的部分构成所述绝缘段。
4.如权利要求I或2或3所述的一种电极导向器，其特征在于所述导向段的孔壁厚度大于所述绝缘段的孔壁厚度；所述导向段的孔壁厚度为I 10毫米，所述绝缘段的孔壁厚度为5 100微米。
5.如权利要求I或2或3所述的一种电极导向器，其特征在于所述绝缘段采用陶瓷或聚酰亚胺材料制成。
6.如权利要求4所述的一种电极导向器，其特征在于所述绝缘段采用陶瓷或聚酰亚胺材料制成。
7.如权利要求I或2或3或6所述的一种电极导向器，其特征在于所述直线通孔的截面形状尺寸根据所述工具电极的截面形状尺寸进行设置，所述直线通孔的截面直径略大于所述工具电极的截面直径。
8.如权利要求4所述的一种电极导向器，其特征在于所述直线通孔的截面形状尺寸根据所述工具电极的截面形状尺寸进行设置，所述直线通孔的截面直径略大于所述工具电极的截面直径。
9.如权利要求5所述的一种电极导向器，其特征在于所述直线通孔的截面形状尺寸根据所述工具电极的截面形状尺寸进行设置，所述直线通孔的截面直径略大于所述工具电极的截面直径。
10.利用如权利要求I 9任意一项所述电极导向器的电极侧壁绝缘状态在线快速切换方法，进行电火花/电解组合加工，其包括以下步骤 (1)选择电极导向器的直线通孔截面尺寸与工具电极截面尺寸相匹配，将工具电极穿入电极导向器的直线通孔内； (2)在线控制电极导向器或工具电极沿电极长度方向运动，使工具电极前端伸出电极导向器的绝缘段长度为0. 5 3mm的范围内，对工件进行电火花加工； (3 )将工件电火花加工完成后，在线控制电极导向器或工具电极沿电极长度方向运动，使工具电极前端位于电极导向器绝缘段的出口处± 10 ii m的范围内，工具电极侧壁被绝缘段内壁覆盖、绝缘； (4)电极导向器绝缘段与工具电极整体作为侧壁绝缘电极，控制电极导向器与工具电极整体进行进给运动，对工件进行电解加工，电解加工完成后，再进行步骤(I )，进行下一道工序的电火花加工，循环操作，在电火花/电解组合加工中实现工具电极侧壁绝缘状态在线快速切换。
全文摘要
本发明涉及一种电极导向器及电极侧壁绝缘状态在线快速切换方法，电极导向器包括导向段，导向段与绝缘段固定连接成一体，直线通孔贯通导向段和绝缘段，工具电极穿设在直线通孔内。电极侧壁绝缘状态在线快速切换方法步骤为(1)选择电极导向器的直线通孔截面尺寸与工具电极截面尺寸相匹配；(2)在线控制电极导向器或工具电极沿电极长度方向运动，使工具电极前端伸出电极导向器对工件进行电火花加工；(3)在线控制电极导向器或工具电极沿电极长度方向运动，使工具电极前端位于电极导向器绝缘段的出口处；(4)电极导向器绝缘段与工具电极整体作为侧壁绝缘电极，控制电极导向器与工具电极整体进行进给运动，对工件进行电解加工。本发明可以广泛应用于微细电加工领域中。
文档编号B23H5/02GK102699460SQ20121018042
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月4日 优先权日2012年6月4日
发明者佟浩, 李勇, 胡瑞钦 申请人:清华大学