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1、(10)申请公布号 CN 101966614 A(43)申请公布日 2011.02.09CN101966614A*CN101966614A*(21)申请号 201010268178.6(22)申请日 2010.09.02B23H 1/04(2006.01)(71)申请人上海交通大学地址 200240 上海市闵行区东川路800号(72)发明人赵万生 李磊 顾琳(74)专利代理机构上海交达专利事务所 31201代理人王锡麟 王桂忠(54) 发明名称集束成形电极的数字化制备装置及其制备方法(57) 摘要一种电火花加工用成形电极技术领域的集束成形电极的数字化制备装置及其制备方法，包括：定位顶针、电极单。
2、元、夹持装置、束廓装置、定位材料、排料装置、支架及夹具接口；本方法通过将待制造电极的端面轮廓和型面轮廓进行离散化处理后，驱动机床工作台面及主轴构建出目标型面的离散型面。本发明可以方便、实用、可靠地实现制备具有任意目标三维型面端面的集束成形电极。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 2 页 说明书 4 页 附图 1 页CN 101966614 A 1/2页21.一种集束成形电极数字化制备装置，包括：定位顶针、电极单元、紧固喉箍、电极夹套、束廓装置、定位材料、排料装置、支架及夹具接口，其中：定位顶针与机床主轴相连，紧固喉箍与电极夹套连接，电极夹套。
3、与支架上端环箍连接，在集束电极数字化定位过程后在集束电极非电火花加工端面一端与夹具接口连接，定位材料嵌套于束廓装置内部，支架的上端与电极夹套连接，下端与排料装置以及机床工作台面相顶触，电极夹具接口分别与电极夹套和机床主轴相连接，排料装置与定位材料顶触的一侧设有网状结构。2.根据权利要求1所述的集束成形电极数字化制备装置，其特征是，所述的定位顶针为变直径柱面结构，其中直径较大一端与机床主轴相连，另一端位于电极单元端面的轮廓内，用于顶触进给目标电极单元。3.根据权利要求1所述的集束成形电极数字化制备装置，其特征是，所述的紧固喉箍为开口环形夹套结构，在紧固喉箍的开口端设有螺栓接口和对应螺栓，通过旋进。
4、螺栓可实现环形夹套的径向收紧。4.根据权利要求1所述的集束成形电极数字化制备装置，其特征是，所述的电极夹套的内侧轮廓与待制备集束电极的电极单元组合体相匹配，该内侧轮廓的外侧中间段位外六角结构，电极夹套的两端沿圆周方向均匀设置收缩槽。5.根据权利要求1所述的集束成形电极数字化制备装置，其特征是，所述的束廓装置为中空环状结构，该束廓装置的内侧轮廓与待制备的集束电极的外轮廓相匹配以实现对电极单元的过滤，束廓装置的外侧一端设有螺纹结构，另一端呈正六边形轮廓。6.根据权利要求1所述的集束成形电极数字化制备装置，其特征是，所述的排料装置一端设有内螺纹，另一端设有开口型腔，排料装置的外侧一端为正六边形结构，。
5、其另一端为设有螺纹。7.根据权利要求1所述的集束成形电极数字化制备装置，其特征是，所述的支架的上端设有带内螺纹结构的环箍，用于与电极夹套的连接，支架的下端底面设有螺纹凹槽结构，用于 固定排料装置，在环箍及底面之间通过三个呈120度夹角的肋连接。8.一种根据权利要求1所述装置数字化制备集束成形电极的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、将待制造电极的端面轮廓和型面轮廓进行离散化处理，获得端面轮廓和型面轮廓的离散空间坐标值；第二步、通过紧固喉箍收紧电极夹套来夹持、构建电极单元组合体，电极夹套通过与支架的上端环箍相连实现对电极单元组合体的整体定位，然后将电极单元组合体的待成形端面一端与处于束廓装置。
6、内的定位材料顶触，定位材料另一端面与排料装置顶触，排料装置与支架的下端底面连接，支架的下端底面与机床工作台面连接；第三步、将定位顶针的大柱面端与机床主轴连接，松开紧固喉箍使电极单元完全通过定位材料来完成轴向定位，顶针端与需要定位的对象电极单元相顶触，根据第一步获得的离散空间坐标值驱动机床工作台面及主轴进行运动，实现定位顶针对相关电极单元定位到对应空间坐标值位置，并通过定位材料对以定位好的电极单元保持定位位置，当完成对所有电极单元的空间定位后，电极单元组合体构建出目标型面的离散型面；第四步、变换电极夹套收紧位置，采用另一紧固喉箍收紧电极夹套另一端，并松开原收紧端，利用电极夹套原夹紧端螺纹与夹具接。
7、口连接，实现目标型面集束成形电极的数字化权 利 要 求 书CN 101966614 A 2/2页3制备。9.根据权利要求8所述的制备集束成形电极的方法，其特征是，所述的离散化处理是指：将成形电极连续端面型面通过三维坐标数字化后以电极单元端面轮廓为单元进行逼近，并用由这些电极单元的端面共同构建的近似型面来代替原连续型面，从而实现对连续型面的离散化处理。 权 利 要 求 书CN 101966614 A 1/4页4集束成形电极的数字化制备装置及其制备方法技术领域0001 本发明涉及的是一种电火花加工用成形电极技术领域的装置及制备方法，具体是一种集束成形电极的数字化制备装置及其制备方法。背景技术000。
8、2 电火花加工是一种广泛应用于航空、航天、汽车、电子、模具、轻工等行业的特种加工技术，它是基于工具和工件(正、负电极)之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余金属，以达到零件预定尺寸、形状及表面质量的加工方法，具有宏观作用力小，非接触加工等特点，特别适合难加工材料及复杂形状零件的加工。其中具有复杂形状型面的零件通常采用成形电极进行加工，传统成形电极存在真诸多不足，如：1、由于电极形状复杂，且轮廓随工件的不同而变化，不利于批量加工，制作过程需要较多的工时，加工设备昂贵，对加工人员的工艺水平也有较高要求；2、电极制作过程中需要去除相当一部分材料，且电极损耗到一定程度就必须更换，重复利用率低，浪费。
9、资源和能源，不符合绿色制造的趋势；3、成型加工时需要制作多个电极用于更换，由于每个电极制作成本高，造成电极成本占整个加工费用的一半左右；4、每个成型电极每次只能有一路电源击穿放电，加上放电脉间的存在，使其单位时间内材料去除率不高；5、成型电极面积增大时，电极间的寄生电容也增大，使得每个脉冲放电能量增大，降低了加工表面的质量；6、传统电火花加工的工作液只能从电极的旁侧间隙进入加工区域，需要选用合适的加工间隙及参数甚至需要经常有抬起电极的动作以利于排屑，降低加工效率。0003 这些现有技术中的不足和缺陷充分表明，降低电火花成形加工电极的制作时间，降低成形电极制作成本及难度，实现成形加工电极的批量化。
10、生产，提高电极材料的利用率，提高加工效率和速度是大大提高电火花加工的市场竞争力的必要手段。0004 经过对现有技术的检索发现，中国专利号为ZL200510024579.6，授权公告日2007-6-13，记载了一种“可内冲液式电火花加工集束成型电极”，该专利的技术简述为：一种属于特种加工技术领域的可内冲液式电火花加工集束成型电极，本发明包括：电极单元和电极基座，电极基座的底端固定，并支撑电极单元的组合体，所述的电极单元是棒状物体，所述的电极基座包括：电极夹具接口、基座本体、夹持模块，基座本体的开口端连接夹持模块，电极夹具接口底部与基座本体为一体式或者为可拆分式，当电极夹具接口底部与基座本体为可拆。
11、分式时，电极夹具接口与基座本体的封闭端通过螺纹连接或配合连接，电极夹具接口底部插入并固定在基座本体。但是该现有技术仅概念性的介绍了集束电极的结构特征，没有给出如何实现制备具有目标复杂三维端面型面集束电极的具体方法。发明内容0005 本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种集束成形电极的数字化制备装置及其制备方法，可以方便、实用、可靠地实现制备具有任意目标三维型面端面的集束成形电极。说 明 书CN 101966614 A 2/4页50006 本发明是通过以下技术方案实现的：0007 本发明涉及一种集束成形电极的数字化制备装置，定位顶针、电极单元、紧固喉箍、电极夹套、束廓装置、定位材料、排料装置。
12、、支架及夹具接口，其中：定位顶针与机床主轴相连，紧固喉箍与电极夹套连接，电极夹套与支架上端环箍连接，在集束电极数字化定位过程后在集束电极非电火花加工端面一端与夹具接口连接，定位材料嵌套于束廓装置内部，支架的上端与电极夹套连接，下端与排料装置以及机床工作台面相顶触，电极夹具接口分别与电极夹套和机床主轴相连接，排料装置与定位材料顶触的一侧设有网状结构。0008 所述的定位顶针为变直径柱面结构，其中直径较大一端与机床主轴相连，另一端位于电极单元端面的轮廓内，用于顶触进给目标电极单元。0009 所述的紧固喉箍为开口环形夹套结构，在紧固喉箍的开口端设有螺栓接口和对应螺栓，通过旋进螺栓可实现环形夹套的径向。
13、收紧。0010 所述的电极夹套的内侧轮廓与待制备集束电极的电极单元组合体相匹配，该内侧轮廓的外侧中间段位外六角结构，电极夹套的两端沿圆周方向均匀设置收缩槽。0011 所述的束廓装置为中空环状结构，该束廓装置的内侧轮廓与待制备的集束电极的外轮廓相匹配以实现对电极单元的过滤，束廓装置的外侧一端设有螺纹结构，另一端呈正六边形轮廓。0012 所述的排料装置一端设有内螺纹，另一端设有开口型腔，排料装置的外侧一端为正六边形结构，其另一端为设有螺纹。0013 所述的支架的上端设有带内螺纹结构的环箍，用于与电极夹套的连接，支架的下端底面设有螺纹凹槽结构，用于固定排料装置，在环箍及底面之间通过三个呈120度夹角。
14、的肋连接。0014 本发明涉及上述装置的数字化制备集束成形电极的方法，包括以下步骤：0015 第一步、将待制造电极的端面轮廓和型面轮廓进行离散化处理，获得端面轮廓和型面轮廓的离散空间坐标值；0016 第二步、通过紧固喉箍收紧电极夹套来夹持、构建电极单元组合体，电极夹套通过与支架的上端环箍相连实现对电极单元组合体的整体定位，然后将电极单元组合体的待成形端面一端与处于束廓装置内的定位材料顶触，定位材料另一端面与排料装置顶触，排料装置与支架的下端底面连接，支架的下端底面与机床工作台面连接；0017 第三步、将定位顶针的大柱面端与机床主轴连接，松开紧固喉箍使电极单元完全通过定位材料来完成轴向定位，顶针。
15、端与需要定位的对象电极单元相顶触，根据第一步获得的离散空间坐标值驱动机床工作台面及主轴进行运动，实现定位顶针对相关电极单元定位到对应空间坐标值位置，并通过定位材料对以定位好的电极单元保持定位位置，当完成对所有电极单元的空间定位后，电极单元组合体构建出目标型面的离散型面；0018 第四步、变换电极夹套收紧位置，采用另一紧固喉箍收紧电极夹套另一端，并松开原收紧端，利用电极夹套原夹紧端螺纹与夹具接口连接，实现目标型面集束成形电极的数字化制备。0019 所述的离散化处理是指：将成形电极连续端面型面通过三维坐标数字化后以电极单元端面轮廓为单元进行逼近，并用由这些电极单元的端面共同构建的近似型面来代替原连。
16、续型面，从而实现对连续型面的离散化处理。说 明 书CN 101966614 A 3/4页60020 本发明的有益效果包括：充分发挥了集束电极将具有整体式复杂三维型面的成形电极离散化为由大量棒状电极单元集束而成的电极制备特点，通过CAD软件将所要制备的电极型面以构建集束电极的电极单元端面轮廓为单元进行离散化，并获得一组电极型面离散单元对应的空间坐标值，按照这组坐标值驱动机床主轴及工作台来实现定位顶针及电极单元组合体的联动进给，通过定位顶针对对应电极单元的目标顶触进给，使对应电极单元的工作端面进给到相应空间坐标，利用这种数字化的制备手段，方便、简洁地实现了具有任意目标三维型面的集束成形电极的制备。。
17、这种数字化制备集束成形电极的方法充分展现了集束电极在降低电火花成形加工的电极制备时间，降低成形电极制作成本及制作难度方面的优势。附图说明0021 图1为集束成形电极数字化制备方法的机床作业示意图。0022 图2为集束成形电极数字化制备方法实施装置的立体分解示意图。0023 图3为数字化制备的集束成形电极示意图。具体实施方式0024 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。0025 本实施例将制备具有10mm轴向深度、22.5mm的柱面加工轮廓及半径16mm深度5mm的球罐端面型面的集。
18、束成形电极。0026 如图1-图3所示，本实施例包括：定位顶针1、电极单元2、紧固喉箍3、电极夹套4、束廓装置5、定位材料6、排料装置7、支架8及夹具接口9，其中：定位顶针1与机床主轴相连，紧固喉箍3与电极夹套4连接，电极夹套4与支架8上端环箍连接，在集束电极数字化定位过程后在集束电极非电火花加工端面一端与夹具接口9连接，定位材料6嵌套于束廓装置5内部，当电极单元2在受到进给力作用时，电极单元2进给进入定位材料6内并排挤掉定位材料，排料装置7与定位材料6顶触的面具有网状结构，支架8的上端环箍与电极夹套4连接，下端底面与排料装置7顶触，支架8通过其底面与机床工作台面顶触连接，电极夹具接口9分别与。
19、电极夹套4和机床主轴相连接。0027 所述的定位顶针1一端为直径5mm柱面，用于与机床主轴相连，另一端直径1.0mm柱面，用于顶触进给目标电极单元2。0028 所述的电极单元2选择外(内)径为1.5(0.5)mm的中空棒状电极。0029 所述的紧固喉箍3为开口环形夹套，在开口端设有螺栓接口，并配有螺栓，通过旋进螺栓可实现环形夹套的径向收紧，其收紧范围为38mm-30mm。0030 所述的电极夹套4的内侧轮廓为边长16mm的正六边形轮廓，外侧中间段位外六角结构，便于扳手对其整体旋进，在其两端沿内轮廓六角边线对夹套夹紧端均匀开设宽度1.4mm、深度15mm的收缩槽，用于紧固喉箍3收紧夹套该端口以实。
20、现对电极单元2组合体的夹紧，其在收缩槽与外六角结构之间设有M36的螺纹结构，用于连接支架8上端环箍及夹具接口9。说 明 书CN 101966614 A 4/4页70031 所述的束廓装置5具有中空环状结构，其内侧轮廓为22.5mm的孔，可实现对孔径范围外的电极单元2的过滤，其外侧一端具有M36的螺纹结构，用于连接排料装置7，其另一端成正六边形轮廓，便于工具对其夹持及定位。0032 所述的定位材料6为外径22.5mm的柱状结构，可完全填满束廓装置5内部。0033 所述排料装置7一端具有M36的内螺纹，用于与束廓装置5的连接，并在中间段设有网状结构，用于定位材料6的固定及排料，在另一端为开口型腔，。
21、用于存储排掉的定位材料6，其外侧一端为正六边形结构，以便于工具夹持，其另一端为设有M40的螺纹结构，用于与支架8底面的连接。0034 所述的支架8其上端环箍设有M36的内螺纹结构，用于与电极夹套3的连接，其下端底面具有M40的螺纹凹槽结构，用于固定排料装置7，在环箍及底面之间通过三个呈120度夹角的肋连接。0035 所示的夹具接口9一端内侧设有具有M36的内螺纹的开口型腔，用于与电极夹套3螺纹连接，其外侧具有正六边形轮廓，便于工具夹持，其另一端为20mm的柱面结构，用于与机床主轴连接。0036 本实施例的具体实施方式步骤如下：0037 第一步、在CAD软件中绘制待制造的球罐型面电极，以电极单元。
22、2端面为单元逼近该型面，获取对应电极单元2的相对空间位置坐标值(x，y，z)，并对每组轴向坐标值z加入10mm的轴向深度，从而获得最终的离散空间坐标值集合。0038 第二步、通过紧固喉箍3收紧电极夹套4来夹持、构建电极单元组合体，电极夹套4通过与支架8的上端环箍相连实现对电极单元2组合体的整体定位，然后将电极单元2组合体的待成形端面一端与处于束廓装置5内的定位材料6顶触，定位材料6另一端面与排料装置7顶触，排料装置7与支架8的下端底面连接，支架8的下端底面与机床工作台面连接。0039 第三步、将定位顶针1的大柱面端与机床主轴连接，松开紧固喉箍3使电极单元2完全通过定位材料6来完成轴向定位，顶针端与需要定位的对象电极单元2相顶触，根据第一步获得的离散空间坐标值驱动机床工作台面及主轴进行运动，实现定位顶针1对相关电极单元2定位到对应空间坐标值位置，并通过定位材料6对以定位好的电极单元2保持定位位置，当完成对所有电极单元2的空间定位后，电极单元2组合体构建出目标型面的离散型面。0040 第四步、变换电极夹套4收紧位置，采用另一紧固喉箍3收紧电极夹套4另一端，并松开原收紧端，利用电极夹套4原夹紧端螺纹与夹具接口9连接，实现目标型面集束成形电极的数字化制备。说 明 书CN 101966614 A 1/1页8图1图2图3说 明 书 附 图。