基于脉冲性火花放电的硬脆材料深孔加工装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开的基于脉冲性火花放电的硬脆材料深孔加工装置，包括刀具进给系统，刀具进给系统包括刀具连接套，刀具连接套固定在机床主轴上，刀具连接套另一端固接套料钻电极刀具，套料钻电极刀具一端外圆周表面套接有绝缘支撑套，绝缘支撑套固接在支座上，支座另一端固接在水平放置的夹具体表面，夹具体表面还固接一组竖直间隔放置的定位板，每个定位板上均固接有夹紧环，夹紧环套接在工件上，工件的一端连接轴向顶紧架，轴向顶紧架固接在夹具体表面，套料钻电极刀具和工件还分别连接在脉冲电源的两极；本发明专利技术还公开了采用该加工装置进行硬脆材料深孔加工的方法，解决了现有加工方法成形载荷大、孔深不足和孔精度不高的问题。

Deep Hole Machining Device and Method for Hard and Brittle Materials Based on Pulse Spark Discharge

The invention discloses a deep hole processing device for hard and brittle materials based on pulsed spark discharge, which includes a tool feeding system. The tool feeding system includes a tool connecting sleeve, which is fixed on the main axle of the machine tool, a tool connecting sleeve at the other end of which is fixed to a sleeve drilling electrode tool, and an outer circumferential surface of one end of the sleeve drilling electrode tool is sleeved with a sleeve drilling electrode tool. The insulating support sleeve is fixed on the support, the other end of the support is fixed on the surface of the fixture body placed horizontally, and the fixture body surface is also fixed with a set of positioning plates placed vertically at intervals. The clamping ring is fixed on each positioning plate, and the clamping ring is sleeved on the workpiece. The one end of the workpiece is connected with the axial top bracket and the axial top bracket. The frame is fixed on the surface of the fixture body, and the sleeve drill electrode cutter and the workpiece are connected to the two poles of the pulse power supply respectively. The invention also discloses a method for deep hole processing of hard and brittle materials by using the processing device, which solves the problems of large forming load, insufficient hole depth and low hole accuracy of the existing processing methods.

【技术实现步骤摘要】
基于脉冲性火花放电的硬脆材料深孔加工装置和方法
本专利技术属于硬脆性材料套料加工
，涉及一种基于脉冲性火花放电的硬脆材料深孔套料加工装置，还涉及利用该装置进行硬脆材料深孔加工的方法。
技术介绍
随着科学技术的发展，具有高的硬度、脆性、耐磨性以及良好抗氧化性的硬脆性材料在光学仪器、半导体、汽车、航空航天、化工、纺织、冶金、矿山、机械、能源和军事等领域的应用越来越广泛。尤其是光学玻璃、单晶硅、红蓝宝石以及陶瓷材料的应用更加普遍。但是，这些硬脆材料普遍具有较高的脆性，断裂韧性较低，材料自身的弹性极限和弹性强度非常接近，加工时，加工表面裂纹不易控制，很容易引起工件表面的磨损或者破坏，磨削力较大且加工机理复杂，尤其加工较大直径的深孔时，难度更加明显。现有技术对硬脆材料的大直径深孔加工方法主要是工件和套料钻分别做高速旋转和轴向进给，通过两者运动的合成完成孔加工，这种加工方法主要存在以下问题：(1)加工过程产生很大的成形载荷力，导致加工过程振动和噪声严重，影响了机床的加工性能，从而加工精度不高；(2)排屑和切削面的冷却非常困难，导致孔的加工深度不足，目前最长套料深度为0.75m；(3)润滑困难，加工摩擦力很大，表面质量较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于脉冲性火花放电的硬脆材料深孔加工装置，解决了现有加工方法成形载荷大、孔深不足和孔精度不高的问题。本专利技术的另一目的是提供一种采用该加工装置进行硬脆材料深孔加工的方法。本专利技术所采用的技术方案是，基于脉冲性火花放电的硬脆材料深孔加工装置，包括刀具进给系统，刀具进给系统包括刀具连接套，刀具连接套一端通过三角卡盘固定在机床主轴上，刀具连接套另一端通过绝缘连接销固接套料钻电极刀具，套料钻电极刀具远离绝缘连接销的一端外圆周表面套接有绝缘支撑套，绝缘支撑套固接在竖直放置的支座的一端上，支座的另一端固接在水平放置的夹具体表面，夹具体表面还固接一组竖直间隔放置的定位板，每个定位板上均开有通孔，通孔内壁表面均固接有夹紧环，夹紧环套接在水平放置的工件上，工件的一端固接顶紧盘，顶紧盘通过顶紧螺栓连接轴向顶紧架，轴向顶紧架固接在夹具体表面，套料钻电极刀具和工件还分别连接在外接的脉冲电源的两极。本专利技术的其他特点还在于，还包括工作液循环系统，工作液循环系统包括工作液注入环，工作液注入环套接在套料钻电极刀具远离刀具连接套的一端，工作液注入环还套接在工件远离顶紧盘的另一端、并且通过螺栓固接端盖和支座，工作液注入环通过螺纹配合过滤接头；套料钻电极刀具连接在刀具连接套的一端还套接有工作液回收环，工作液回收环通过螺纹配合连接过渡接头。套料钻电极刀具套接工作油注入环的一端上部侧壁开有通孔，通孔连通过滤接头；套料钻电极刀具套接工作油回收环的一端底部侧壁开有通孔，通孔连通过渡接头。夹紧环外壁还套接有上盖，上盖与每个定位板铰链连接，并用拧紧螺钉顶紧。本专利技术的另一技术方案是，一种采用上述的基于脉冲性火花放电的硬脆材料深孔加工装置进行硬脆材料深孔加工的方法，具体操作包括如下步骤：步骤1.使用车床主轴的三角卡盘将刀具连接套夹紧，车床主轴保持静止不动，套料钻电极刀具通过绝缘连接销与刀具连接套紧固配合，同时通过调整溜板箱来调整夹具体的轴向位置使套料钻电极刀具的刀头位于过滤接头的中间位置，然后调整支座使绝缘支撑套与套料钻电极刀具之间的结合面能承受0.5MPa的工作液不渗漏；步骤2.将工件安装在定位板上，并调整工件位置；步骤3.步骤1和步骤2完成后，启动工作液循环系统；步骤4.启动脉冲电源，然后启动夹具体轴向进给，进行硬脆套料的深孔加工，直至深孔加工完成。步骤5.深孔加工完成后，首先关闭脉冲电源，然后调节夹具体反向进给，控制进给速度在10mm/min左右，直至套料钻电极刀具完全从工件上分离，然后，松开夹紧环和轴向顶紧架，缓慢取出工件和料芯，整个深孔加工过程完成。步骤2的具体操作如下：步骤2.1将工件置于定位板的通孔中，通过调整轴向顶紧架调节夹具体的位置使工件待加工面处于过滤接头的中间位置，调整夹紧环和定位板之间的位置，使工件径向紧固不发生跳动；步骤2.2通过顶紧螺栓调节轴向顶紧架使其与工件的端面牢固贴合，保证工件的轴向稳定。步骤3的具体操作如下：启动工作液循环系统，将0.5MPa的高压工作液从工作液注入环和过滤接头注入，通过套料钻电极刀具上的通孔流入到加工面，经套料钻电极刀具内腔和料芯的间隙回流到工作液回收环和过渡接头。步骤4的具体操作如下：步骤4.1工作系统启动后，通电启动脉冲电源，调节脉冲电源的参数；步骤4.2通电启动夹具体工作，设置夹具体的轴向进给速度，同时正向进给一定时间后，再反向进给一段时间，直至整个工件的深孔加工完成。步骤4.1中脉冲电源的参数调节范围是：峰值电流1～20A，脉冲宽度100μs～500μs，脉冲间隔100μs～500μs。夹具体的轴向进给速度为0.1-0.8mm/min，正向进给时间为5-10min，反向进给时间为1-3min。本专利技术的有益效果是，基于脉冲性火花放电的硬脆材料深孔加工装置和方法，解决了现有加工方法成形载荷大、孔深不足和孔精度不高的问题。能实现对硬脆材料的大直径较深孔加工，通过在工件和套料钻电极刀具之间施加脉冲电压，在两者的放电间隙充入工作液，当两电极间的间隙达到一定距离时，两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿，产生脉冲性火花放电，利用放电时产生局部、瞬时的高温把工件材料逐步蚀除下来。附图说明图1是本专利技术的基于脉冲性火花放电的硬脆材料深孔套料加工方法中所使用的加工机床的结构示意图。图中，1.刀具连接套，2.绝缘连接销，3.工作液回收环，4.套料钻电极刀具，5.脉冲电源，6.绝缘支撑套，7.过滤接头，8.夹紧环，9.上盖，10.工件，11.轴向顶紧架，12.顶紧盘，13.夹具体，14.定位板，15.工作液注入环，16.端盖，17.支座，18.过渡接头。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术的基于脉冲性火花放电的硬脆材料深孔加工装置，如图1所示，包括刀具进给系统，刀具进给系统包括刀具连接套，刀具连接套1一端通过三角卡盘固定在机床主轴上，刀具连接套1另一端通过绝缘连接销2固接套料钻电极刀具4，套料钻电极刀具4远离绝缘连接销2的一端外圆周表面套接有绝缘支撑套6，绝缘支撑套6固接在竖直放置的支座17的一端上，支座17的另一端固接在水平放置的夹具体13表面，夹具体13表面还固接一组竖直间隔放置的定位板14，每个定位板14上均开有通孔，通孔内壁表面均固接有夹紧环8，夹紧环8套接在水平放置的工件10上，工件10的一端固接顶紧盘12，顶紧盘12通过顶紧螺栓连接轴向顶紧架11，轴向顶紧架11固接在夹具体13表面，套料钻电极刀具4和工件10还分别连接在外接的脉冲电源5的两极。还包括工作液循环系统，工作液循环系统包括工作液注入环15，工作液注入环15套接在套料钻电极刀具4远离刀具连接套1的一端，工作液注入环15还套接在工件10远离顶紧盘12的另一端、并且通过螺栓固接端盖16和支座17上，工作液注入环15通过螺纹配合过滤接头7；套料钻电极刀具4连接在刀具连接套1的一端还套接有工作液回收环3，工作液回收环3通过螺纹配合连接过渡接头18。套料钻电极刀具4套接工作油注入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于脉冲性火花放电的硬脆材料深孔加工装置，其特征在于，包括刀具进给系统，所述刀具进给系统包括刀具连接套(1)，所述刀具连接套(1)一端通过三角卡盘固定在机床主轴上，所述刀具连接套(1)另一端通过绝缘连接销(2)固接套料钻电极刀具(4)，所述套料钻电极刀具(4)远离所述绝缘连接销(2)的一端外圆周表面套接有绝缘支撑套(6)，所述绝缘支撑套(6)固接在竖直放置的支座(17)的一端上，所述支座(17)的另一端固接在水平放置的夹具体(13)表面，所述夹具体(13)表面还固接一组竖直间隔放置的定位板(14)，每个所述定位板(14)上均开有通孔，通孔内壁表面均固接有夹紧环(8)，所述夹紧环(8)套接在水平放置的工件(10)上，所述工件(10)的一端固接顶紧盘(12)，所述顶紧盘(12)通过顶紧螺栓连接轴向顶紧架(11)，所述轴向顶紧架(11)固接在所述夹具体(13)表面，所述套料钻电极刀具(4)和所述工件(10)还分别连接在外接的脉冲电源(5)的两极。

【技术特征摘要】
1.基于脉冲性火花放电的硬脆材料深孔加工装置，其特征在于，包括刀具进给系统，所述刀具进给系统包括刀具连接套(1)，所述刀具连接套(1)一端通过三角卡盘固定在机床主轴上，所述刀具连接套(1)另一端通过绝缘连接销(2)固接套料钻电极刀具(4)，所述套料钻电极刀具(4)远离所述绝缘连接销(2)的一端外圆周表面套接有绝缘支撑套(6)，所述绝缘支撑套(6)固接在竖直放置的支座(17)的一端上，所述支座(17)的另一端固接在水平放置的夹具体(13)表面，所述夹具体(13)表面还固接一组竖直间隔放置的定位板(14)，每个所述定位板(14)上均开有通孔，通孔内壁表面均固接有夹紧环(8)，所述夹紧环(8)套接在水平放置的工件(10)上，所述工件(10)的一端固接顶紧盘(12)，所述顶紧盘(12)通过顶紧螺栓连接轴向顶紧架(11)，所述轴向顶紧架(11)固接在所述夹具体(13)表面，所述套料钻电极刀具(4)和所述工件(10)还分别连接在外接的脉冲电源(5)的两极。2.如权利要求1所述的基于脉冲性火花放电的硬脆材料深孔加工装置，其特征在于，还包括工作液循环系统，所述工作液循环系统包括工作液注入环(15)，所述工作液注入环(15)套接在所述套料钻电极刀具(4)远离所述刀具连接套(1)的一端，所述工作液注入环(15)还套接在所述工件(10)远离顶紧盘(12)的另一端、并且通过螺栓固接端盖(16)和支座(17)，所述工作液注入环(15)通过螺纹配合过滤接头(7)；所述套料钻电极刀具(4)连接在所述刀具连接套(1)的一端还套接有工作液回收环(3)，所述工作液回收环(3)通过螺纹配合连接过渡接头(18)。3.如权利要求2所述的基于脉冲性火花放电的硬脆材料深孔加工装置，其特征在于，所述套料钻电极刀具(4)套接所述工作油注入环(15)的一端上部侧壁开有通孔，通孔连通所述过滤接头(7)；所述套料钻电极刀具(4)套接所述工作油回收环(3)的一端底部侧壁开有通孔，通孔连通所述过渡接头(15)。4.如权利要求1所述的基于脉冲性火花放电的硬脆材料深孔加工装置，其特征在于，所述夹紧环(8)外壁还套接有上盖(9)，上盖(9)与每个所述定位板(14)铰链连接，并用拧紧螺钉顶紧。5.一种采用如权利要求2所述的基于脉冲性火花放电的硬脆材料深孔加工装置进行硬脆材料深孔加工的方法，具体操作包括如下步骤：步骤1.使用车床主轴的三角卡盘将所述刀具连接套(1)夹紧，车床主轴保持静止不动，所述套料钻电极刀具(4)通过所述绝缘连接销(2)与所述刀具连接套(1)紧固配合，同时通过调整溜板箱来调整夹具体(13)的轴向位置使所述套料钻电极刀具(4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李淑娟，于瑞江，董永亨，赵智渊，米天健，蒋百铃，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61