一种牛角镶件加工装置的制作方法

本发明涉及火花机加工设备技术领域，尤其涉及一种牛角镶件加工装置。

背景技术：

火花机(简称edm，全称electricaldischargemachining)是一种机械加工设备，主要用于电火花加工各种形状复杂和精密细小的工件，例如冲裁模的凸模、凹模、凸凹模、固定板、卸料板等，成形刀具、样板、电火花成型加工用的金属电极，各种微细孔槽、窄缝、任意曲线等，具有加工余量小、加工精度高、生产周期短、制造成本低等突出优点，已在生产中获得广泛的应用。

电火花加工是利用电极与工件之间的火花通电时，所产生的瞬时间的高温，去层层蚀除工件表面上材料的原理。电火花加工时，脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极，两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质(常用煤油或矿物油或去离子水)中。工具电极由自动进给调节装置控制，以保证工具与工件在正常加工时维持一很小的放电间隙(0.01～0.05mm)。当脉冲电压加到两极之间，便将当时条件下极间最近点的液体介质击穿，形成放电通道。由于通道的截面积很小，放电时间极短，致使能量高度集中(10～107w/mm)，放电区域产生的瞬时高温足以使材料熔化甚至蒸发，以致形成一个小凹坑。第一次脉冲放电结束之后，经过很短的间隔时间，第二个脉冲又在另一极间最近点击穿放电。如此周而复始高频率地循环下去，工具电极不断地向工件进给，它的形状最终就复制在工件上，形成所需要的加工表面。传统的火花机没有c轴，均为直线运动，对于异形件的加工往往存在死角，中国专利公开号206527402u中介绍了一种牛角状进浇口火花机加工装置，其安装在火花机的c轴上，由电机直接带动c轴旋转。

由此可见，现有技术中的火花机还存在如下问题：

(1)传统的电机带动c轴转动，增加了机器的压力损失；

(2)传统的火花机在加工产品后往往出现夹线，影响美观；

(3)不能实现自动化生产。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种牛角镶件加工装置，以更好地实现对牛角镶件的加工，并实现自动化生产。

为实现上述目的，本发明提供一种牛角镶件加工装置，包括，

用于支撑和固定所述牛角镶件加工装置的底座；

所述底座上方分别嵌入第一固定块和第二固定块；

还包括，用于对零件进行加工的放电铜公，所述放电铜公位于所述第一固定块和第二固定块之间，所述放电铜公的表面设有用于实时监测所述放电铜公表面温度的第一温度传感器，以及用于实时监测所述放电铜公脉冲宽度的脉冲传感器；用于连接及固定所述放电铜公的旋转轴，所述旋转轴穿过所述第一固定块和第二固定块，所述放电铜公在所述第一固定块和第二固定块之间与所述旋转轴固定连接，用以实现所述放电铜公的旋转运动，所述旋转轴的表面设有第二温度传感器，用于实时监测所述旋转轴表面的温度；

还包括冷却装置，所述冷却装置套设在所述第一固定块和第二固定块之间的旋转轴上，所述冷却装置与所述第一温度传感器、第二温度传感器以及脉冲传感器分别连接，以根据所述放电铜公和旋转轴的温度及脉冲宽度信息对放电铜公和旋转轴进行冷却；

所述冷却装置包括：不锈钢外壳，

所述不锈钢外壳内部设有制冷半导体，所述制冷半导体为圆环形结构，套设在所述旋转轴的外表面，用于对所述放电铜公及旋转轴降温；

所述制冷半导体与一单片机连接，所述单片机与所述第一温度传感器、第二温度传感器连接，用以获取所述放电铜公及旋转轴的温度信息及放电铜公的脉冲宽度信息；

所述单片机还与一温度开关连接，所述温度开关能够根据温度变化自动闭合或断开，用于自动控制所述冷却装置，所述冷却装置还包括电源，与所述单片机连接，用于为整个冷却装置供电；

当温度开关感应到温度高于40℃时，所述温度开关自动闭合，所述冷却装置开始运行，所述第一温度传感器和第二温度传感器分别实时检测所述放电铜公和旋转轴的表面温度，所述脉冲传感器实时检测所述放电铜公的脉冲宽度，并传输至所述单片机，所述单片机根据下述公式(1)控制所述制冷半导体的制冷温度：

其中，t表示所述制冷半导体的制冷温度，t1表示所述第一温度传感器测得所述放电铜公的表面温度，t2表示第二温度传感器测得所述旋转轴的表面温度，t0表示预设温度，t0的取值为25，s表示脉冲传感器测得放电铜公4的脉冲宽度；

所述加工装置还包括用于带动所述旋转轴转动的传动齿轮，所述传动齿轮位于所述第一固定块的外侧，与所述旋转轴连接；

用于带动所述传动齿轮转动的齿条，所述齿条与所述传动齿轮啮合，所述齿条的上端与一电机连接，所述电机用以提供动力；

所述齿条与电机之间设置一压片，用以保证加工零件的精度；

所述底座与所述第一固定块竖直凹槽的连接处有一安装槽，用于安装所述齿条。

所述第一固定块的外侧有一竖直凹槽，所述齿条设置在所述竖直凹槽内。

在使用所述牛角镶件加工装置加工零件时，包括如下步骤：

步骤1，将压片与齿条与电机连接；

步骤2，将放电铜公固定在第一固定块与第二固定块之间的旋转轴上；

步骤3，启动电机，电机带动齿条上下移动，齿条与传动齿轮啮合，将直线运动转换为旋转运动，带动放电铜公旋转运动；

步骤4，放电铜公在旋转时与所需加工的零件接触，产生工艺电流对零件进行加工，以达到所需的加工效果。

进一步地，所述底座为实心钢材。

进一步地，所述第一固定块和所述第二固定块分别为一块长方形厚板，竖直嵌入所述底座内。

进一步地，所述第一固定块和所述第二固定块的材料为酚醛塑料。

进一步地，所述放电铜公用于模具的型腔加工，其形状为牛角形。

进一步地，所述传动齿轮套接在所述旋转轴上，用以带动所述旋转轴旋转。

进一步地，所述传动齿轮的齿形按照下述公式进行限定：

由于传动齿轮的每个齿形状相同，且单个齿的形状为轴对称图形，这里仅针对对称轴一边的齿形进行限定。

所述传动齿轮的齿形曲线由第一弧线ab、第二弧线bc、第三弧线cd、第四弧线de以及第五弧线ef组成；

所述传动齿轮的第一端点a至第二端点b之间的第一弧线的形状根据下述公式(2)确定：

其中，α表示第一弧线ab的形状曲线，r表示传动齿轮的半径，θ1表示第一端点a到传动齿轮中心所在的直线与端点f到传动齿轮中心所在的直线之间的夹角，l1表示第二端点b到传动齿轮中心的距离；

第二端点b与第三端点c之间的第二弧线的形状根据下述公式(3)确定：

其中，β表示第二弧线bc的形状曲线，r表示传动齿轮的半径，θ2表示第一弧线中所述第二端点b处的切线与所述第一端点a处切线的夹角，l1表示第二端点b到传动齿轮中心的距离，l2表示第三端点c到传动齿轮中心的距离；

第三端点c与第四端点d之间的第三弧线的形状根据下述公式(4)确定：

其中，γ表示第三弧线cd的形状曲线，r表示传动齿轮的半径，θ3表示第二弧线中所述第三端点c处的切线与所述第二端点b处切线的夹角，l3表示第三端点c到传动齿轮中心的距离，l4表示第四端点d到传动齿轮中心的距离；

第四端点d与第五端点e之间的第四弧线的形状根据下述公式(5)确定：

其中，表示第四弧线de的形状曲线，r表示传动齿轮的半径，l5表示第五端点e到传动齿轮中心的距离，θ4表示第三弧线中所述第四端点d处的切线与所述第三端点c处切线的夹角；

第五端点e与第六端点f之间的第四弧线的形状根据下述公式(6)确定：

其中，ζ表示第五弧线ef的形状曲线，r表示传动齿轮的半径，l5表示第五端点e到传动齿轮中心的距离，θ1表示第一端点a到传动齿轮中心所在的直线与端点f到传动齿轮中心所在的直线之间的夹角，d表示所述传动齿轮的周长，π为圆周率，取值为3.14。进一步地，所述齿条与所述传动齿轮啮合，齿条的齿形状与传动齿轮的形状一致。

进一步地，所述齿条的上端与电机连接，所述电机用以提供动力，带动齿条上下移动，同时带动所述传动齿轮转动，进而带动放电铜公转动。

进一步地，所述压片设置在所述齿条与电机之间，所述压片是由橡胶、钢和塑料合成。

进一步地，所述旋转轴采用s50c钢材。

进一步地，所述安装槽位于底座与所述第一固定块竖直凹槽的连接处，用于安装所述齿条。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明所述的牛角镶件加工装置通过传动齿轮将直线运动转换为旋转运动，未通过c轴连接电机直接带动，有效地减少了压力损失，并且放电铜公为整体的牛角形状，可直接用于加工牛角镶件，能够有效提高加工的精度，同时，还能提高加工速度。

进一步地，本发明增加了冷却装置，对工作中的放电铜公和旋转轴进行降温，并且结合工作时的脉冲宽度使得温度控制更加合理，明显减少碳析出，不会出现积碳的情况，使放电铜公放电更稳定，提高加工速度，并且，延长放电铜公和旋转轴的使用寿命。同时，本发明采用温度开关对冷却装置实现自动控制，当温度升高到40摄氏度时，温度开关自动闭合，启动冷却装置，当温度降低至28摄氏度时，温度开关自动断开，节省电量。本发明所述的冷却装置在冷却过程无需人为控制，提高了所述牛角镶件加工装置的工作效率又不增加人力成本。

进一步地，本发明所述的牛角镶件加工装置在加工过程中的旋转运动能够直接将多余的工作液甩出，无需剪水口，提高了工作效率，并能够实现自动化加工。

进一步地，本发明所述的牛角镶件加工装置在加工过程中的旋转运动能够使得加工完成的产品不留夹线和浇痕，产品更加美观。

进一步地，本发明所述的牛角镶件加工装置结构简单，安装、更换元件方便。

进一步地，本发明所述的牛角镶件加工装置在使用的过程中，传动齿轮和齿条不断地往返接触，容易造成磨损或其他故障，本发明实施例通过设置渐缓型的曲线，大大降低了传动齿轮和齿条接触的过程中因存在死角而造成应力集中进而造成传动齿轮损坏的情况发生，尤其，加大传动齿轮阴角和阳角处的曲率，使其与齿条接触时圆滑过渡，能够有效减少能量的损耗，并且大大提升传动齿轮和齿条的使用寿命。

进一步地，本发明所述第一固定块和所述第二固定块的材料为酚醛塑料，其具有较高的机械强度、良好的绝缘性，耐热、耐腐蚀的特性，并且还具有原料来源丰富，合成工艺简单，价格便宜的优点。

进一步地，本发明所述压片是由橡胶、钢和塑料合成，能够有效起到减震的效果，使整个加工装置更加稳定。

进一步地，所述旋转轴采用s50c钢材，其耐磨性优良，延展性较小。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例牛角镶件加工装置的结构示意图；

图2为本发明实施例所述冷却装置的功能框图；

图3为本发明实施例所述传动齿轮的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1和图2所示，其为本发明所述的一种牛角镶件加工装置的结构示意图，包括，底座1，第一固定块2，第二固定块3，放电铜公4，传动齿轮5，齿条6，压片7，旋转轴8，安装槽9和冷却装置10；其中，所述第一固定块2和第二固定块3分别嵌入所述底座1，所述放电铜公4位于所述第一固定块2和第二固定块3之间，所述放电铜公4与所述第一固定块2和第二固定块3通过所述旋转轴8连接，用于实现所述放电铜公4的旋转运动，所述放电铜公4的表面设有用于实时监测所述放电铜公4表面温度的第一温度传感器104，以及用于实时监测所述放电铜公4脉冲宽度的脉冲传感器107，所述第一温度传感器104和脉冲传感器107分别与所述冷却装置10连接，所述旋转轴8穿过所述第一固定块2与第二固定块3，所述旋转轴8的表面设有第二温度传感器105，所述第二温度传感器105与所述冷却装置10连接，用于实时监测所述旋转轴8表面的温度。

所述冷却装置10套设在所述第一固定块2和第二固定块3之间的旋转轴8上，用于冷却工作中的旋转轴8及放电铜公4。

所述传动齿轮5位于所述第一固定块2的外侧，与所述旋转轴8连接，所述第一固定块2的外侧有一竖直凹槽，所述竖直凹槽内设有齿条6，所述齿条6与所述传动齿轮5啮合，用以带动所述放电铜公4转动，所述齿条6的上端与一电机连接，所述电机用以提供动力，所述压片7设置在齿条6与所述电机之间，起到减震作用，所述底座1与所述第一固定块2竖直凹槽的连接处有一安装槽9，用于安装所述齿条6。

具体而言，请参阅图2所示，所述冷却装置10包括不锈钢外壳(图中未标出)，所述不锈钢外壳内部设有制冷半导体102，所述制冷半导体为圆环形结构，套设在所述旋转轴8的外表面，用于对所述放电铜公4及旋转轴8降温，所述制冷半导体与一单片机101连接，所述单片机101还与所述第一温度传感器104、第二温度传感器105连接，用于获取所述放电铜公4和旋转轴8的温度，所述单片机101还与所述脉冲传感器107连接，用于获取所述放电铜公4的脉冲宽度信息，所述单片机101还与一温度开关连接103连接，所述温度开关103能够根据温度变化自动闭合或断开，用于自动控制所述冷却装置10，所述冷却装置10还包括电源106，与所述单片机连接，用于为整个冷却装置10供电。具体而言，所述装置工作时，当温度开关感应到温度高于40℃时，所述温度开关103自动闭合，所述冷却装置10开始运行，所述第一温度传感器104和第二温度传感器105分别实时检测所述放电铜公4和旋转轴8的表面温度，所述脉冲传感器107实时检测所述放电铜公4的脉冲宽度，并传输至所述单片机101，所述单片机101根据下述公式(1)控制所述制冷半导体102的制冷温度：

其中，t表示所述制冷半导体102的制冷温度，t1表示所述第一温度传感器104测得所述放电铜公4的表面温度，t2表示第二温度传感器105测得所述旋转轴8的表面温度，t0表示预设温度，t0的取值为25，s表示脉冲传感器107测得放电铜公4的脉冲宽度。

具体而言，所述单片机101根据上述公式对所述制冷半导体102进行温度控制，通过热传递降低所述放电铜公4和旋转轴8的温度，使所述加工装置在不同的脉冲宽度条件下能够在合理的温度范围内工作，并且放电稳定，不易产生积碳，提高加工速率，延长放电铜公和旋转轴的使用寿命，并且，当温度降低至28摄氏度时，温度开关自动断开，节省电量。

本实施例中所述的冷却装置10在冷却过程无需人为控制，提高了所述牛角镶件加工装置的工作效率又不增加人力成本。

在使用所述牛角镶件加工装置加工零件时，包括如下步骤：

步骤1，将压片7与齿条6与电机连接；

步骤2，将放电铜公4固定在第一固定块2与第二固定块3之间的旋转轴8上；

步骤3，启动电机，电机带动齿条6上下移动，齿条6与传动齿轮5啮合，将直线运动转换为旋转运动，带动放电铜公4旋转运动；

步骤4，放电铜公4在旋转时与所需加工的零件接触，产生工艺电流对零件进行加工，以达到所需的加工效果。

请继续参阅图1所示，所述底座1为实心钢材，用于支撑和固定所述牛角镶件加工装置，所述底座1的形状可以是立方体，也可以是圆柱体、圆台或其他形状，只要能够满足支撑和固定整个牛角镶件加工装置即可。

请继续参阅图1所示，所述第一固定块2和所述第二固定块3分别为一块长方形厚板，竖直嵌入所述底座1内，所述第一固定块2和所述第二固定块3的材料为酚醛塑料，其具有较高的机械强度、良好的绝缘性，耐热、耐腐蚀的特性，并且还具有原料来源丰富，合成工艺简单，价格便宜的优点。

请继续参阅图1所示，所述放电铜公4用于模具的型腔加工，其形状为牛角形，可直接用于加工牛角镶件，能够有效提高加工的精确度。

请继续参阅图1所示，所述传动齿轮5套接在所述旋转轴8上，用以带动所述旋转轴8旋转。

具体而言，请参阅图3所示，所述传动齿轮5的齿形按照下述公式进行限定：

由于传动齿轮5的每个齿形状相同，且单个齿的形状为轴对称图形，这里仅针对对称轴一边的齿形进行限定。

所述传动齿轮5的齿形曲线由第一弧线ab、第二弧线bc、第三弧线cd、第四弧线de以及第五弧线ef组成；

所述传动齿轮5的第一端点a至第二端点b之间的第一弧线的形状根据下述公式(2)确定：

其中，α表示第一弧线ab的形状曲线，r表示传动齿轮的半径，也即端点f到传动齿轮中心的距离，θ1表示第一端点a到传动齿轮中心所在的直线与第六端点f到传动齿轮中心所在的直线之间的夹角，l1表示第二端点b到传动齿轮中心的距离；

第二端点b与第三端点c之间的第二弧线的形状根据下述公式(3)确定：

其中，β表示第二弧线bc的形状曲线，r表示传动齿轮的半径，θ2表示第一弧线中所述第二端点b处的切线与所述第一端点a处切线的夹角，l1表示第二端点b到传动齿轮中心的距离，l2表示第三端点c到传动齿轮中心的距离；

第三端点c与第四端点d之间的第三弧线的形状根据下述公式(4)确定：

其中，γ表示第三弧线cd的形状曲线，r表示传动齿轮的半径，θ3表示第二弧线中所述第三端点c处的切线与所述第二端点b处切线的夹角，l3表示第三端点c到传动齿轮中心的距离，l4表示第四端点d到传动齿轮中心的距离；

第四端点d与第五端点e之间的第四弧线的形状根据下述公式(5)确定：

其中，表示第四弧线de的形状曲线，r表示传动齿轮的半径，l5表示第五端点e到传动齿轮中心的距离，θ4表示第三弧线中所述第四端点d处的切线与所述第三端点c处切线的夹角；

第五端点e与第六端点f之间的第四弧线的形状根据下述公式(6)确定：

其中，ζ表示第五弧线ef的形状曲线，r表示传动齿轮的半径，l5表示第五端点e到传动齿轮中心的距离，θ1表示第一端点a到传动齿轮中心所在的直线与端点f到传动齿轮中心所在的直线之间的夹角，d表示所述传动齿轮的周长，π为圆周率，取值为3.14。

本发明实施例所述牛角镶件加工装置在使用的过程中，传动齿轮5和齿条不断地往返接触，容易造成磨损或其他故障，本发明实施例通过设置渐缓型的曲线，大大降低了传动齿轮5和齿条6接触的过程中因存在死角而造成应力集中进而造成传动齿轮损坏的情况发生。

所述齿条6与所述传动齿轮5啮合，齿条6的齿形状与传动齿轮5的形状一致，并且，齿条6的上端与电机连接，所述电机用以提供动力，带动齿条6上下移动，同时带动所述传动齿轮5转动，进而带动放电铜公4转动。

所述压片7设置在所述齿条6与电机之间，所述压片7是由橡胶、钢和塑料合成，能够有效起到减震的效果，使整个加工装置更加稳定。

所述旋转轴8采用s50c钢材，其耐磨性优良，延展性较小。

所述安装槽9位于底座1与所述第一固定块2竖直凹槽的连接处，用于安装所述齿条6，可以理解的是，这里对安装槽9的形状不做限定，只要能够满足所述齿条6的安装即可。

本发明实施例所述牛角镶件加工装置通过传动齿轮5将电机带动齿条的直线运动转化为旋转运动，间接带动牛角形的放电铜公4可以有效减少压力损失，并且对传动齿轮的齿形进行限定，能够有效延长传动齿轮5和齿条6的寿命。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。