一种电火花微孔加工电极丝夹具

1.本实用新型涉及电火花加工领域，具体为一种电火花微孔加工电极丝夹具。


背景技术：

2.孔加工在机械加工中占比约30%，在前沿科学技术研究和实际生产生活当中都是一种不可或缺的加工工序。其中微孔区别于以往的加工形状，有着孔径较小、精度要求高等特点。且目前对加工材料的选择趋于高强度、高硬度等难以加工的物理特性，传统的加工方法很难对这类材料进行加工。因此针对特殊材料和特殊用途的特种加工方法应运而生，特种加工主要包括电火花、激光、电子束等加工方法，其中以电火花加工在目前的加工制造领域应用最为广泛。
3.电火花加工又称放电加工和电蚀加工，加工时将电极和工件放入工作液内，在两极施加脉冲电压，当极间电压过高时，工作液被击穿，形成了放电通道，形成高温高压的环境，将材料熔化和汽化，在其表面留下电蚀微坑。由于其不受所加工材料强度和硬度等物理方面特性的限制，以及工具电极制备方便等特点，能加工任何导电材料的各种不同截面形状的微孔。因为电火花加工的成本较低，因此电火花微孔制造技术无论是对民用还是面向国防等方面的技术都有着深刻的影响和广泛的应用，但是，加工过程中，因为电极作为一种消耗品，损耗量极大，如果加工较大批量的微孔，则需要经常更换电极，则会浪费大量的工作时间，使得加工效率低下。因此需要实现在加工过程中对电极损耗的补偿，从而提高加工效率。
4.近年来，国内外学者对此也进行了一系列的研究，通过优化电火花加工的电参数、电极材料等放电加工工艺参数，或改善电火花加工的电极丝夹具，从而提高加工的精度和加工效率。国内外许多学者研制出很多适合电火花微孔加工的组合夹具，如瑞士的erowa公司生产的组合夹具，由卡盘基座和工件托
5.盘两部分组成，其采用标准的组合元件，可以消除定位过程中各个方向的间隙，实现卡盘基座和工件托盘的精确定位，且无需对电极的位置重新校正，这种夹具的设计极大提高了微孔加工的效率和精度。这种组合夹具是一种模块化的夹具，与其电加工机床主轴形成相匹配的结构，在大批量生产中十分经济可靠。但是，对于上述组合夹具，存在以下问题：
6.1、需要对应的特定机床才能实现其特定功能，无法应用于普通的电火花微孔加工机床，使得加工微孔的成本变得高昂，无法得到广泛应用。
7.2、对于加工一定批量的微孔来说，如果没有适合的夹具，则需要工人手动对电极进行更换，无法实现夹具对电极丝的自动进给，这将会耗费大量的时间，导致加工效率低下；
8.因此，有必要设计一种应用于电火花微孔加工机床的电极丝夹具，以解决上述技术问题。


技术实现要素：

9.本实用新型为解决现有技术存在的电火花微孔加工机床在加工过程中因电极丝的进给速度难以控制、工具电极损耗过快、无法及时更换等原因而产生的加工效率低下和加工精度不高等问题，提供一种电火花微孔加工电极丝夹具。
10.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种电火花微孔加工电极丝夹具，包括从上到下依次连接的保护轴、电磁致动进给固定套、电磁致动保持固定套和夹头固定套，其特征在于：所述的保护轴、电磁致动进给固定套、电磁致动保持固定套和夹头固定套为回转体，同心设置，其中心穿设有电极丝；
11.所述的电磁致动进给固定套的顶部中心向下设置有夹持送丝机构；夹持送丝机构包括进给弹簧、进给夹头和压入式接触位移传感器，进给弹簧的一端固定于保护轴的底部，另一端与进给夹头连接，压入式接触位移传感器固定于进给夹头下方；
12.所述的电磁致动保持固定套的底部中心向上设置有电极丝保持机构，所述的电极丝保持机构包括保持弹簧、保持夹头和保持套筒所述的保持弹簧的一端与电磁致动保持固定套固连，另一端与保持夹头固连。
13.进一步,夹头固定套的底部中心设置有用于固定电极丝的四爪夹头。
14.进一步,电极丝穿过进给弹簧、进给夹头、保持弹簧和保持夹头的中心。
15.进一步,夹持送丝机构和电极丝保持机构分别设置于电磁致动进给固定套的进给套筒和电磁致动保持固定套的保持套筒内。
16.进一步,夹持送丝机构还包括进给挡块，进给挡块设置于进给套筒的底部，压入式接触位移传感器的活动范围被进给套筒、进给挡块和电磁致动进给固定套限制。
17.进一步,进给弹簧和保持弹簧的材质为记忆合金。
18.与现有技术相比，本实用新型具有如下技术效果：
19.1、本实用新型采用对称式结构，避免了本夹具在使用过程中可能因不平衡而影响加工精度的情况，在使用过程中稳定性高，易于控制。
20.2、本实用新型采用细小的电极丝作为其工具电极，因电火花加工是靠高温熔化气化金属实现对工件的加工，工具电极必须是导电金属用来传导电能，所以在高温和带电粒子的撞击作用下工具电极也存在损耗，可以通过本实用新型的进给弥补电极损耗大这一缺点，因此需要根据不同的加工工件材料与不同的电极丝材料，选择最恰当的电参数，提高加工速度和加工质量，最大程度上减少电极的损耗，以达到理想的加工效果。
21.3、本实用新型根据所选电极丝的材料与直径的不同，选择相应尺寸的保持夹头与进给夹头将微细电极丝夹紧，实现对不同工件以及对不同直径的微孔进行加工。
22.4、本实用新型利用一个位于保护轴与夹具上部的电极丝进给保持结构与一个位于电极丝下部与固定套之间的夹持送丝结构完成送丝运动，可实现在加工过程中对电极损耗的补偿，使得加工过程平稳可控，保护轴在保护电极丝不与外界接触的同时，还可以容纳一定量的电极丝，便于电极丝在损耗后完成送丝运动，实现进给，可以减少因更换电极丝而多次装夹，进而导致工作精度和工作效率都偏低的可能性，最大程度上节约了时间。
23.5、本实用新型采用记忆合金弹簧完成夹持送丝运动，相较于传统夹具具有寿命长、无磁性、高效灵活和结构紧凑等特点，可以更平稳的完成夹持送丝这一运动。
附图说明
24.图1为本实用新型的结构示意图；
25.图2为夹持送丝机构分解示意图；
26.图3为四爪夹头的结构示意图，其中a为四爪夹头左视图；b为四爪夹头的主视图；
27.附图标记：1、保护轴；2、连接螺钉；3、形状记忆合金进给弹簧；4、电磁致动进给固定套；5、进给夹头；6、压入式接触位移传感器；7、进给套筒；8、进给挡块；9、连接螺钉；10、电磁致动保持固定套；11、形状记忆合金保持弹簧；12、保持夹头；13、保持套筒；14、保持挡块；15、夹头固定套；16、连接螺钉；17、四爪夹头；18、电极丝。
具体实施方式
28.下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
29.本实用新型实施例提供一种电火花微孔加工电极丝夹具，如图1-图2所示，包括保护轴1、连接螺钉2、形状记忆合金进给弹簧3、电磁致动进给固定套4、进给夹头5、压入式接触位移传感器6、进给套筒7、进给挡块8、连接螺钉9、电磁致动保持固定套10、形状记忆合金保持弹簧11、保持夹头12、保持套筒13、保持挡块14、夹头固定套15、连接螺钉16、四爪夹头17和电极丝18。
30.上述保护轴1、电磁致动进给固定套4、电磁致动保持固定套10和夹头固定套15从上到下依次设置，夹具的保护轴1可直接固定在电火花机床主轴上。
31.上述保护轴1与电磁致动进给固定套4用连接螺钉2相连接，所述的电磁致动进给固定套4的顶部中心向下设置有夹持送丝机构，夹持送丝机构设置于电磁致动进给固定套4的进给套筒7内，持送丝机构由形状记忆合金进给弹簧3、进给夹头5、压入式接触位移传感器6、进给套筒7和进给挡块8组成；形状记忆合金进给弹簧3上端与保护轴1相连，下端与进给夹头5相连，进给挡块8设置于进给套筒7的底部，进给夹头5下方固定一压入式接触位移传感器6，其活动范围被进给套筒7、进给挡块8和电磁致动进给固定套4限制。
32.上述电磁致动进给固定套4与电磁致动保持固定套10通过连接螺钉9相连接，所述的电磁致动保持固定套10的底部中心向上设置有电极丝保持机构，电极丝保持机构设置于电磁致动保持固定套10的保持套筒13内，所述的电极丝保持机构包括形状记忆合金保持弹簧11、保持夹头12、保持套筒13和保持挡块14，形状记忆合金保持弹簧11上端与电磁致动保持固定套10相连，下端与保持夹头12相连，电磁致动保持固定套10与夹头固定套15通过螺钉16连接，夹头固定套15的底部中心装有一个四爪夹头17固定电极丝18，电极丝18穿过进给弹簧3、进给夹头5、保持弹簧11和保持夹头12的中心。
33.保护轴1、电磁致动进给固定套4、电磁致动保持固定套10和夹头固定套15均采用绝缘的材质或使用绝缘套筒与电极丝相离，防止因操作者误触带电的外壳从而引发安全事故，实现了电气隔离，也减少了对加工过程中加工精度的影响。
34.具体的，所述保护轴1固定在电火花机床主轴上，然后与电磁致动进给固定套4用三个螺钉2进行紧固连接，且要保证两者同轴心，以确保加工时的加工精度。同时保护轴1可以有效防止如外部尘土等杂质污染电极丝18的表面进而影响加工效果，以及防止操作者误
触带电的电极丝从而引发安全事故。
35.电极丝18经过保护轴1后，进入电磁致动进给固定套4的夹持送丝机构中，在保护轴1与电磁致动进给固定套4之间的装有由形状记忆合金进给弹簧3、进给夹头5、压入式接触位移传感器6、进给套筒7和进给挡块8五部分所构成的夹持送丝机构。其具体操作是在进给夹头5的作用下，由形状记忆合金进给弹簧3与电磁致动进给固定套4进行连接，实现对电极丝18的夹紧送丝。电极丝18的进给由驱动电极丝电机、装有电热丝的形状记忆合金进给弹簧3、电磁致动进给固定套4、压入式接触位移传感器6、电磁致动保持固定套10、装有电热丝的形状记忆合金保持弹簧11组成的可控制电路完成。
36.磁致动进给固定套4与电磁致动保持固定套10由连接螺钉9进行连接，在装配时要保证两者同轴心，以避免在加工时出现夹具不稳定的情况，进而影响加工精度。两者内部与电极丝18不接触，以保证电极丝在加工过程中平稳不晃动，保证加工精度。
37.在电磁致动保持固定套10间装有由形状记忆合金保持弹簧11、保持夹头12、保持套筒13和保持挡块14四部分所构成的电极丝保持机构，形状记忆合金保持弹簧11连接保持夹头12对电极丝18的送丝起保护作用，使得电极丝18在加工过程中实现进给的平稳高效。
38.电极丝的夹持送丝过程如图2所示，首先由夹持送丝机构中的进给夹头5在电磁致动进给固定套4的电磁力下夹紧电极丝18，并在电机的带动下使得进给夹头5与其夹紧的电极丝18向下运动，与此同时压入式接触位移传感器6随着电极丝18的运动逐渐向下移动，每当传感器向下移动0.1mm时，传感器控制电机立即断电，电极丝18停止进给，对给定工件进行加工，达到设定时间后电机再次通电，电极丝18再次向下进给。如此循环直到传感器示数减小10mm时，电极丝18再次向下进给会对形状记忆合金进给弹簧3上的电热丝持续通电，使弹簧受热。当传感器示数减小20mm时，形状记忆合金进给弹簧3的温度已达其记忆温度，此时电磁致动进给固定套4中的线圈迅速失电，进给夹头5不再夹持电极丝18，弹簧迅速恢复原状，经给定时间后线圈得电，恢复对电极丝18的夹持，继续完成下一个夹持送丝过程。
39.在夹具下部的电极丝保持机构中的保持夹头12夹持住电极丝18同时向前运动，当传感器恢复初始示数，即形状记忆合金进给弹簧3处于初始状态时，形状记忆合金保持弹簧11处于如图1的伸长状态，此时形状记忆合金保持弹簧11的电热丝就会持续通电。即电极丝保持机构是夹持送丝机构的保险装置，以上两个机构不是同时工作，而是轮流交替工作，这样就保证了送丝这一动作循环往复，避免夹持送丝机构在处于松开状态或失效状态时导致电极丝18的晃动，增加了夹具夹持的稳定性。上述便是一次完整的夹持送丝过程。
40.四爪夹头17的结构如图3所示，其功能为对于任意直径在0.1~0.6mm的电极丝都可实现稳定夹持，保证夹头和工件之间的精度和平稳性。
41.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种电火花微孔加工电极丝夹具，包括从上到下依次连接的保护轴（1）、电磁致动进给固定套（4）、电磁致动保持固定套（10）和夹头固定套（15），其特征在于：所述的保护轴（1）、电磁致动进给固定套（4）、电磁致动保持固定套（10）和夹头固定套（15）为回转体，同心设置，其中心穿设有电极丝（18）；所述的电磁致动进给固定套（4）的顶部中心向下设置有夹持送丝机构；夹持送丝机构包括进给弹簧（3）、进给夹头（5）和压入式接触位移传感器（6），进给弹簧（3）的一端固定于保护轴（1）的底部，另一端与进给夹头（5）连接，压入式接触位移传感器（6）固定于进给夹头（5）下方；所述的电磁致动保持固定套（10）的底部中心向上设置有电极丝保持机构，所述的电极丝保持机构包括保持弹簧（11）、保持夹头（12）和保持套筒（13）所述的保持弹簧（11）的一端与电磁致动保持固定套（10）固连，另一端与保持夹头（12）固连。2.根据权利要求1所述的一种电火花微孔加工电极丝夹具，其特征在于：所述的夹头固定套（15）的底部中心设置有用于固定电极丝（18）的四爪夹头（17）。3.根据权利要求1或2所述的一种电火花微孔加工电极丝夹具，其特征在于：所述的电极丝（18）穿过进给弹簧（3）、进给夹头（5）、保持弹簧（11）和保持夹头（12）的中心。4.根据权利要求3所述的一种电火花微孔加工电极丝夹具，其特征在于：所述的夹持送丝机构和电极丝保持机构分别设置于电磁致动进给固定套（4）的进给套筒（7）和电磁致动保持固定套（10）的保持套筒（13）内。5.根据权利要求4所述的一种电火花微孔加工电极丝夹具，其特征在于：所述的夹持送丝机构还包括进给挡块（8），进给挡块（8）设置于进给套筒（7）的底部，压入式接触位移传感器（6）的活动范围被进给套筒（7）、进给挡块（8）和电磁致动进给固定套（4）限制。6.根据权利要求5所述的一种电火花微孔加工电极丝夹具，其特征在于：所述的进给弹簧（3）和保持弹簧（11）的材质为记忆合金。

技术总结
本实用新型涉及电火花加工领域，具体为一种电火花微孔加工电极丝夹具。本实用新型采用的技术方案包括保护轴；夹具的保护轴安装在电磁致动进给固定套上部，紧固螺钉将电磁致动进给固定套与电磁致动保持固定套连接，电磁致动保持固定套与夹头固定套紧密连接，电磁致动进给固定套内装有夹持送丝机构，电磁致动保持固定套中安装电极丝保持机构，可实现对电极丝的持续进给。本实用新型在加工精度上有所突破，并且具有效能高、结构紧凑、减少辅助时间提高生产效率，在实际加工中，将该夹具安装在机床的主轴上，夹持直径在0.1~0.6mm的微细电极对给定工件进行电火花微孔加工，并通过该夹具送丝，可实现在加工过程中对电极损耗的补偿，使得加工过程平稳可控。得加工过程平稳可控。得加工过程平稳可控。


技术研发人员：卢志伟 董暄 张卓凯 屈安娜 郭纯
受保护的技术使用者：西安工业大学
技术研发日：2023.03.24
技术公布日：2023/9/1