多工具电极同步旋转放电加工多微细孔的振动辅助装置及其应用的制作方法

本发明涉及一种多工具电极同步旋转放电加工多微细孔的振动辅助装置及其应用，属于特种加工设备技术领域。

背景技术：

微细孔广泛地应用于发动机、航空航天、医疗器械、微电子、精密机械、模具等设备领域。由于使用微细孔的材料多为高强度、高硬度难加工材料，如耐热钢、不锈钢、硬质合金、金刚石等，而且加工孔要达到一定的深度，使得微细孔加工成为孔加工中最困难的工艺之一。

电火花微放电加工法在微细孔加工方面具有一定的技术优势：(1)任何导电性材料均可加工，不受强度和硬度限制；(2)基本不存在切削力，对工具的强度和刚度要求较低；因此，在实际生产中，导电性难加工材料微细孔的加工较多采用了电火花微放电加工技术。

纯电火花放电加工技术加工微细孔的效率比较低，然而对电火花放电加工施加工具旋转或振动控制，可以改善排屑效果，提高加工质量，显著地提高加工有效火花数和加工效率。利用旋转机构带动超声振动工具电极，可以实现旋转-超声振动-电火花放电复合加工单个微细孔，但是加工效率也有限。

与单工具电极旋转-超声振动-电火花放电复合加工单个微细孔方法相比，增加工具电极数量，实现多工具电极同步旋转-振动-电火花放电复合加工多个微细孔，则可以成倍地提高加工效率，然而，目前还没有一个整合多工具电极，使其实现多工具电极同步旋转同时振动的装置，用于多微细孔加工过程。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种多工具电极同步旋转放电加工多微细孔的振动辅助装置，该振动辅助装置可以将旋转多工具电极机构和振动结构有效结合起来，实现多工具电极同步旋转同时振动，利用特制脉冲电源和伺服系统控制可以完成多工具电极同步旋转-振动-电火花放电复合加工多个微细孔的作业。

本发明的技术方案如下：

一种多工具电极同步旋转放电加工多微细孔的振动辅助装置，包括振动电机、弹簧支撑部、振动连杆及导向支架；所述振动电机与弹簧支撑部顶部连接，振动连杆贯穿导向支架且振动连杆的顶端与弹簧支撑部连接、底端与多工具电极同步旋转夹具装置连接。

优选的，所述弹簧支撑部包括顶板、弹簧和座板，在顶板和座板之间均布有四个所述的弹簧，振动电机与顶板连接，振动连杆的顶端贯穿座板与顶板连接，导向支架与座板连接。

进一步优选的，所述振动连杆选用矩形实心杆，振动连杆的顶端连接有两个相对设置的自润滑轴套，自润滑轴套通过角钢与顶板的下底面固定连接。

优选的，所述导向支架主要由四块钢板围接而成，相邻两块钢板之间通过角钢固定连接，所述四块钢板通过角钢和螺栓安装在座板下底面。

优选的，所述导向支架上设置有上下两组限位轴承，每组限位轴承包括设置在四块钢板上的八个限位轴承，振动连杆位于限位轴承中间。

优选的，所述振动电机选用直流振动电机，直流振动电机通过螺钉固定安装在顶板上表面。

优选的，所述多工具电极同步旋转夹具装置包括夹具盘、电刷盘、工具电极夹具、电刷、电机和同步带；所述电刷盘位于夹具盘上方并通过螺栓连接，工具电极夹具安装在夹具盘上，电刷和电机安装在电刷盘上，电刷与工具电极夹具上下对应，电机的输出轴通过同步带带动工具电极夹具旋转。

优选的，所述工具电极夹具包括空心台阶轴、带轮、夹头、螺帽和工具电极，带轮与空心台阶轴上部连接且绕接同步带，空心台阶轴贯穿夹具盘并通过深沟球轴承、挡圈固定连接在夹具盘上，工具电极设置于空心台阶轴内并与电刷相接触，夹头与空心台阶轴的底部连接用于固定工具电极并通过螺帽锁紧。

进一步优选的，所述夹头选用弹簧夹头，所述螺帽为弹簧夹头专用螺帽，螺帽与空心台阶轴的底部螺纹连接用于锁紧夹头。此设计的好处在于，利用弹簧夹头(即筒夹)来夹持工具电极，安全可靠并能够根据不同工具电极的粗细调节相应的夹持力。

一种多工具电极同步旋转放电加工多微细孔的振动辅助装置的工作方法，包括以下步骤：

启动振动电机，振动电机产生激振力，在该激振力的带动下顶板做上下左右运动，由于顶板受到四个弹簧的约束而所做左右运动较小，在弹簧伸缩的垂直方向位移较大，故顶板主要做上下运动，顶板上下运动的同时带动相连接的振动连杆也做上下运动，从而带动与振动连杆底端连接的多工具电极同步旋转夹具装置做上下振动。

本发明的有益效果在于：

1、利用本发明的振动辅助装置对多工具电极同步旋转夹具装置上面的多个旋转工具电极施加振动，可以实现多工具电极同步旋转-振动-电火花放电复合加工多微细孔工件(如航空发动机喷油雾化腔板)的多个微细孔，也可以实现多工具电极同步旋转-振动-电火花放电复合加工多个单微细孔工件(如喷嘴等)的多个微细孔，加工效率是目前单电极旋转-振动-电火花放电复合加工法的数倍，加工效率显著提升。

2、本发明振动辅助装置与电磁式激振方式相比，利用直流振动电机产生激振力，通过调节电压调节振动频率，通过调节偏心块调节振动幅度，具有实现简单、易于控制的特点。

3、利用旋转机构驱动超声振动电极可以实现单微细孔的振动复合加工，但是实现多电极的超声振动复合加工成本高且复杂，与其相比，利用本辅助装置可以低成本地实现多微细孔的低频振动复合加工，开创了多工具电极同步旋转-振动-电火花放电复合加工微细孔的振动辅助新方法。

4、本发明振动辅助装置结构合理、设计巧妙、操作简便、造价成本低，其作用效果明显，调节方便，值得推广应用。

附图说明

图1为本发明振动辅助装置结构主视图。

图2为本发明振动辅助装置结构左视图。

图3为本发明振动辅助装置a-a向剖视图。

图4为本发明振动辅助装置b-b向剖视图。

图5为本发明使用的多工具电极同步旋转夹具装置示意图。

图6为多工具电极同步旋转夹具装置的局部结构剖面图。

其中：1为振动电机、2为顶板、3为弹簧、4为振动连杆连接的角钢、5为自润滑轴套、6为座板、7为支架连接角钢、8为支架钢板、9为限位轴承、10为限位轴承调节螺钉、11为紧固角钢、12为振动连杆、13为多工具电极同步旋转夹具装置、14为螺栓、15为张紧导向轮、16为电刷、17为工具电极、18为带轮、19为同步带、20为夹具盘、21为带轮、22为圆形接线片、23为电机、24为电刷盘、25为空心台阶轴、26为深沟球轴承、27为螺帽、28为夹头。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1至图4所示，本实施例提供一种多工具电极同步旋转放电加工多微细孔的振动辅助装置，包括振动电机1、弹簧支撑部、振动连杆12及导向支架；振动电机1与弹簧支撑部顶部连接，振动连杆12贯穿导向支架且振动连杆的顶端与弹簧支撑部连接、底端与多工具电极同步旋转夹具装置13连接。

其中，弹簧支撑部包括顶板2、弹簧3和座板6，在顶板2和座板6之间均布有四个所述的弹簧3，振动电机1与顶板2连接，振动连杆12的顶端贯穿座板6与顶板1连接，导向支架与座板6连接。顶板2和座板6为矩形板，弹簧3以焊接方式固定于顶板2和座板6的四个角位处，四个弹簧参数一致。弹簧3的刚度和阻尼系数主要根据振动体质量(即振动电机1、顶板2、振动连杆12和多工具电极同步旋转夹具装置13的总质量)、振动电机1的激振力、目标振动幅度等建立的振动微分方程求解获得。

振动连杆12选用矩形实心杆，振动连杆12的顶端连接有两个相对设置的自润滑轴套5，自润滑轴套5通过角钢4与顶板2的下底面固定连接，角钢4通过螺栓与顶板2的下底面连接。振动电机1利用偏心块旋转离心力产生激振力，该激振力将使振动电机1振动轨迹为椭圆，当振动电机1作椭圆轨迹运动时，自润滑轴套5与振动连杆12之间采用自润滑式转动，带动振动连杆12上下移动，即振动。

导向支架主要由四块钢板8围接而成，相邻两块钢板之间通过角钢11固定连接，四块钢板8的顶端又通过角钢7和螺栓安装在座板6下底面。导向支架上设置有上下两组限位轴承，每组限位轴承包括设置在四块钢板8上的八个限位轴承9，即每块钢板上安装了二个限位轴承且限位轴承通过调节螺钉10连接在钢板上，振动连杆12位于限位轴承9中间，振动电机1振动时振动连杆12通过限位轴承9滚动限位，只能实现垂直方向的振动。

本实施例中，振动电机1选用调速简易的直流振动电机，直流振动电机通过螺钉固定安装在顶板2上表面。利用电机转子轴两端各安装一组可调偏心块的旋转离心力产生激振力，直流振动电机主要参数有：额定功率、额定转速、额定工作电压、激振力等级等。直流振动电机1的选用主要根据多工具电极同步旋转夹具装置13的质量范围和振幅范围确定直流电机的额定功率，使其满足一定质量范围的负载要求。

在电机功率参数选定的情况下，调节多工具电极同步旋转夹具装置13的振动参数有两种方法：

(1)调节振动频率：通过调节振动电机1的转速实现，利用pwm调压技术调整振动电机1的工作电压改变电机转速，进而改变多工具电极同步旋转夹具装置13的振动频率。

(2)调节振动幅度：通过调节振动电机1的轴伸两端安装偏心块的夹角无极调整激振力的大小，进而改变多工具电极同步旋转夹具装置13的振动幅值。

实施例2：

一种多工具电极同步旋转放电加工多微细孔的振动辅助装置，结构如实施例1所述，其不同之处在于：该振动辅助装置不仅可以用于连接多工具电极同步旋转夹具装置，也可用于连接单工具电极夹具装置进行微细孔的加工，但在与多工具电极同步旋转夹具装置连接时，其工作效率最高，多微细孔加工时的效果一致性更好。

如图5所示，所配合连接的多工具电极同步旋转夹具装置13包括夹具盘20、电刷盘24、工具电极夹具、电刷16、电机23和同步带19；电刷盘24位于夹具盘20上方并通过螺栓14连接，工具电极夹具安装在夹具盘20上，电刷16和电机23安装在电刷盘24上，电刷16与工具电极夹具上下对应，电机23的输出轴设置有带轮21，带轮21通过同步带19带动工具电极夹具旋转。振动连杆12的底端穿过电刷盘24、夹具盘20的中心通过螺钉与电刷盘、夹具盘固定连接。

工具电极夹具包括空心台阶轴25、带轮18、夹头28、螺帽27和工具电极17，带轮18与空心台阶轴25上部连接且绕接同步带19，空心台阶轴25贯穿夹具盘20并通过深沟球轴承26、挡圈固定连接在夹具盘20上，工具电极17设置于空心台阶轴25内并与电刷16相接触，电刷16通过顶部的圆形接线片22连接外部电源，夹头28与空心台阶轴25的底部连接用于固定工具电极17并通过螺帽27锁紧。

夹头28选用弹簧夹头，螺帽27为弹簧夹头专用螺帽，螺帽27与空心台阶轴25的底部螺纹连接用于锁紧夹头28。

实施例3：

一种利用实施例2所述的多工具电极同步旋转放电加工多微细孔的振动辅助装置的工作方法，包括以下步骤：

启动振动电机1，振动电机1产生激振力，在该激振力的带动下顶板2做上下左右运动，由于顶板2受到四个弹簧3的约束而所做左右运动较小，在弹簧3伸缩的垂直方向位移较大，故顶板2主要做上下运动，顶板2上下运动的同时带动相连接的振动连杆12也做上下运动，从而带动与振动连杆12底端连接的多工具电极同步旋转夹具装置13做上下振动。

多工具电极同步旋转夹具装置13上的电机23启动，通过同步带19带动多个工具电极夹具上的带轮18同步旋转，电刷16与工具电极17接触为工具电极导电。至此实现多工具电极的同步旋转-振动-电火花放电复合加工多个微细孔的作业。