CN104353919A - 三维旋转线切割方法及具有x-z、x-y转动臂的三维旋转夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及材料切割领域，具体为一种三维旋转线切割方法及具有X-Z、X-Y转动臂的三维旋转夹具。该夹具包括固定台、X-Z转动臂、X-Y转动臂和压块四部分。固定台为带有一个旋转轴和二个固定螺丝的长方体(或正方体)，用于固定在线切割机上；X-Z转动臂带有两个旋转轴、二个固定螺丝和一个旋转刻度半圆盘，用于待加工材料在X-Z平面内旋转；X-Y转动臂带有一个旋转轴和一个旋转刻度半圆盘，用于待加工材料在X-Y平面内旋转；压块为带有四个固定螺丝的长方体(或正方体)，用于固定待加工材料，所述的待加工材料为任意形状的导电材料。采用该方法及夹具可以加工具有特定晶面的材料，确保材料晶面的加工精度，具有操作简单，加工精度高，实用性强等优点。
Description
技术领域：
本发明涉及材料切割领域，具体为一种三维旋转线切割方法及具有X-Z、X-Y转动臂的三维旋转夹具。
背景技术：
电火花线切割加工，又称线切割。其基本工作原理是利用连续移动的电极丝作电极，对待加工材料进行脉冲火花放电蚀除金属、切割成型。它主要用于企业和实验室加工各种形状复杂的导电材料，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。目前，国内外的电火花线切割机床已占电加工机床总数的60％以上。虽然线切割可以切割出各种形状复杂的工件，但是线切割电极丝的切割轨迹只能在机床X-Y水平面上。也就是说，线切割电极丝的切割轨迹不可能在X-Z或者Y-Z垂直面上。此外，线切割机床所配备的夹具不具备旋转功能，当用夹具将待加工材料固定在机床上后，待加工材料不能在三维空间中旋转。因而，目前的线切割机床和夹具不能切割待加工材料的任意平面。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种三维旋转线切割方法及具有X-Z、X-Y转动臂的三维旋转夹具，解决了线切割过程中待加工材料无法在三维空间中旋转，无法精确切割待加工材料任意平面等的工程问题。
本发明的技术方案是：
一种具有X-Z、X-Y转动臂的三维旋转夹具，该夹具包括固定台、X-Z转动臂、X-Y转动臂和压块四部分，具体结构如下：
固定台的一端与线切割机连接，固定台的另一端与X-Z转动臂的一端铰接，使X-Z转动臂绕固定台的另一端在X-Z平面摆动；X-Z转动臂的另一端与X-Y转动臂的一端铰接，使X-Y转动臂绕X-Z转动臂的另一端在X-Y平面摆动；X-Y转动臂的另一端放置待加工材料，待加工材料通过X-Y转动臂的另一端安装的压块被夹紧固定；
所述固定台的另一端沿纵向开口，所述X-Z转动臂的一端纵向设置旋转刻度半圆盘Ⅰ，旋转刻度半圆盘Ⅰ伸至固定台纵向开口之间，纵向开口侧面与旋转刻度半圆盘Ⅰ的圆心通过旋转轴铰接，在纵向开口侧面设置固定螺丝，通过固定螺丝穿过纵向开口夹紧旋转刻度半圆盘Ⅰ，使旋转刻度半圆盘Ⅰ在需要的位置固定；
所述X-Z转动臂的另一端沿横向开口，所述X-Y转动臂的一端横向设置旋转刻度半圆盘Ⅱ，旋转刻度半圆盘Ⅱ伸至X-Z转动臂横向开口之间，横向开口侧面与旋转刻度半圆盘Ⅱ的圆心通过旋转轴铰接，在横向开口侧面设置固定螺丝，通过固定螺丝穿过横向开口夹紧旋转刻度半圆盘Ⅱ，使旋转刻度半圆盘Ⅱ在需要的位置固定。
所述的具有X-Z、X-Y转动臂的三维旋转夹具，待加工材料通过X-Y转动臂的另一端安装的压块夹持，X-Y转动臂与压板的相对面上有锯齿形凹槽，并通过固定螺丝紧固。
所述的具有X-Z、X-Y转动臂的三维旋转夹具，固定台为带有一个旋转轴和二个固定螺丝的长方体或正方体，用于固定在线切割机上；X-Z转动臂带有两个旋转轴、二个固定螺丝和一个旋转刻度半圆盘Ⅰ，用于待加工材料在X-Z平面内旋转；X-Y转动臂带有一个旋转轴和一个旋转刻度半圆盘Ⅱ，用于待加工材料在X-Y平面内旋转；压块为带有四个固定螺丝的长方体或正方体，用于固定待加工材料。
所述的具有X-Z、X-Y转动臂的三维旋转夹具，该夹具的所有材料均为导电性良好的金属或者合金。
所述三维旋转夹具的三维旋转线切割方法，该方法通过调整三维旋转夹具的两个刻度盘，使待加工材料分别在垂直面和水平面内旋转，精确控制待加工材料在三维空间中的位置，进而控制待加工材料在线切割机上的切割面，达到精确切割待加工材料晶面。
所述的三维旋转线切割方法，待加工材料在垂直面X-Z平面和水平面X-Y平面内的旋转方式如下：通过两个螺丝和一个旋转轴控制固定台与X-Z转动臂以及X-Z转动臂与X-Y转动臂的相对位置，X-Z转动臂的旋转刻度半圆盘Ⅰ与固定台的零刻度线以及X-Y转动臂的旋转刻度半圆盘Ⅱ和X-Z转动臂的零刻度线，构成两个1/4圆面积的顺-逆随动刻度盘，盘面上带有0～90°圆周游标刻度；随后，通过旋转刻度半圆盘Ⅰ使X-Z转动臂在X-Z平面内顺时针或者逆时针旋转，通过旋转刻度半圆盘Ⅱ使X-Y转动臂在X-Y平面内顺时针或者逆时针旋转；当旋转刻度半圆盘Ⅰ的某一刻度与固定台的“0”刻度重合时，旋转刻度半圆盘Ⅰ的刻度即为X-Z转动臂在X-Z平面内旋转的度数；同理，当旋转刻度半圆盘Ⅱ与X-Z转动臂的“0”刻度重合时，旋转刻度半圆盘Ⅱ的刻度即为X-Y转动臂在X-Y平面内旋转的度数。
所述的三维旋转线切割方法，该方法具有X-Z、X-Y转动臂的三维旋转夹具的固定台与线切割机的连接有两种方式，夹具固定台的这两种固定方式对材料晶面的切割没有任何影响；其中，第一种方式：固定台的纵向开口垂直于线切割机的加工平台，夹具的X-Z转动臂在X-Z平面转动且X-Y转动臂在X-Y平面转动；第二种方式：固定台的纵向开口平行于线切割机的加工平台，此时夹具的X-Z转动臂在X-Y平面转动且X-Y转动臂在X-Z平面转动。
所述的三维旋转线切割方法，该方法通过4个对称的螺丝调节X-Y转动臂与压板之间的距离，将待加工材料放到X-Y转动臂与压板之间，通过4个螺丝固定待加工材料；X-Y转动臂与压板的相对面上有锯齿形凹槽，防止待加工材料在切割过程中发生位移。
所述的三维旋转线切割方法，待加工材料为任意形状的导电材料，采用三维旋转线切割精确切割待加工材料的任意晶面。
本发明的设计思想是：
本发明设计一种三维旋转线切割方法，使用一种三维旋转夹具，通过调整三维旋转夹具使待加工材料分别在垂直面和水平面内旋转，控制待加工材料在三维空间中的位置，进而控制待加工材料在线切割机床上的切割面，达到精确切割待加工材料晶面的目的。该夹具包括固定台、X-Z转动臂、X-Y转动臂和压块四部分，所述的待加工材料为任意形状的导电材料，其中：固定台为带有一个旋转轴和二个固定螺丝的长方体(或正方体)，用于固定在线切割机床上；X-Z转动臂带有两个旋转轴、二个固定螺丝和一个旋转刻度半圆盘，用于待加工材料在X-Z平面内旋转；X-Y转动臂带有一个旋转轴和一个旋转刻度半圆盘，用于待加工材料在X-Y平面内旋转；压块为带有四个固定螺丝的长方体或正方体，用于固定待加工材料。采用该方法及夹具可以加工具有特定晶面的材料，确保材料晶面的加工精度。
本发明的有益效果是：
1.本发明方法在线切割机床的切割过程中，采用一种三维旋转夹具，通过调整三维旋转夹具使待加工材料分别在垂直面和水平面内旋转，控制待加工材料在三维空间中的位置，进而控制待加工材料在线切割机上的切割面，达到精确切割待加工材料晶面的目的。
2.本发明的三维旋转夹具由固定台、X-Z转动臂、X-Y转动臂和压块四部分组成，任一部分都可以通过螺丝和旋转轴进行拆卸。所以，当夹具的某一部分出现问题时，只需要更换这一部分就可以，不需要报废整个夹具，因此夹具在使用上配置灵活。
3.本发明方法涉及的夹具结构简单，易于生产，能快速准确的调整待加工材料的切割面。该方法成本低，便于推广应用。
因此，本发明最大的优势是使待加工材料在三维空间中精确旋转，进而切割待加工材料的任意平面。
附图说明：
图1为本发明的三维旋转夹具示意图。图中，1、固定台；2、X-Z转动臂；3、X-Y转动臂；4、压块；○代表固定螺丝；代表旋转轴。
图2(a)-(d)为夹具四个组成部分示意图。其中，(a)图为固定台示意图；(b)图为X-Z转动臂示意图；(c)图为X-Y转动臂示意图；(d)为压块示意图。图中，1、固定台；2、X-Z转动臂；3、X-Y转动臂；4、压块；5、旋转刻度半圆盘Ⅰ；6、旋转刻度半圆盘Ⅱ；7、纵向开口；8、横向开口；9、锯齿形凹槽；○代表固定螺丝；代表旋转轴。
图3(a)-(c)为旋转刻度半圆盘在X-Z或者X-Y平面内旋转示意图。其中，(a)图为旋转刻度半圆盘起始位置0°；(b)图为旋转刻度半圆盘转动45°；(c)图为旋转刻度半圆盘转动90°。图中，1、固定台；2、X-Z转动臂；5、旋转刻度半圆盘Ⅰ；6、旋转刻度半圆盘Ⅱ；○代表固定螺丝；代表旋转轴。
图4(a)-(e)为SRR99单晶高温合金不同晶面的金相组织。其中，(a)图为SRR99单晶高温合金的(001)晶面；(b)图为SRR99单晶高温合金的(011)晶面；(c)图为SRR99单晶高温合金的(111)晶面；(d)为SRR99单晶高温合金的(010)晶面；(e)为SRR99单晶高温合金的(110)晶面。
具体实施方式：
如图1、图2(a)-(d)所示，所述的三维旋转线切割方法涉及一种三维旋转夹具，该夹具包括固定台1、X-Z转动臂2、X-Y转动臂3和压块4四部分(图2)，生产该夹具的所有材料均为导电性良好的金属或者合金，具体结构如下：
固定台1的一端与线切割机连接，固定台1的另一端与X-Z转动臂2的一端铰接，使X-Z转动臂2绕固定台1的另一端在X-Z平面摆动；X-Z转动臂2的另一端与X-Y转动臂3的一端铰接，使X-Y转动臂3绕X-Z转动臂2的另一端在X-Y平面摆动，X-Y转动臂3的另一端放置待加工材料，待加工材料通过X-Y转动臂3的另一端安装的压块4夹紧固定。其中，
所述固定台1的另一端沿纵向开口，所述X-Z转动臂2的一端纵向设置旋转刻度半圆盘Ⅰ5，旋转刻度半圆盘Ⅰ5伸至该纵向开口7之间，纵向开口7侧面与旋转刻度半圆盘Ⅰ5的圆心通过旋转轴铰接，在纵向开口7侧面设置固定螺丝，通过固定螺丝穿过纵向开口7夹紧旋转刻度半圆盘Ⅰ5，使旋转刻度半圆盘Ⅰ5在需要的位置固定。
所述X-Z转动臂2的另一端沿横向开口，所述X-Y转动臂3的一端横向设置旋转刻度半圆盘Ⅱ6，旋转刻度半圆盘Ⅱ6伸至该横向开口8之间，横向开口8侧面与旋转刻度半圆盘Ⅱ6的圆心通过旋转轴铰接，在横向开口8侧面设置固定螺丝，通过固定螺丝穿过横向开口8夹紧旋转刻度半圆盘Ⅱ6，使旋转刻度半圆盘Ⅱ6在需要的位置固定。
所述待加工材料通过X-Y转动臂3的另一端安装的压块4夹持，X-Y转动臂3与压板4的相对面上有锯齿形凹槽9，并通过固定螺丝紧固。
本发明中，固定台1为带有一个旋转轴和二个固定螺丝的长方体(或正方体)，用于固定在线切割机上；X-Z转动臂2带有两个旋转轴、二个固定螺丝和一个旋转刻度半圆盘Ⅰ5，用于待加工材料在X-Z平面内旋转；X-Y转动臂3带有一个旋转轴和一个旋转刻度半圆盘Ⅱ6，用于待加工材料在X-Y平面内旋转；压块4为带有四个固定螺丝的长方体或正方体，用于固定待加工材料，所述的待加工材料为任意形状的导电材料。
实施例
如图1、图2(a)-(d)所示，三维旋转线切割方法通过调整三维旋转夹具的两个刻度盘，使待加工材料分别在垂直面和水平面内旋转，精确控制待加工材料在三维空间中的位置，进而控制待加工材料在线切割机上的切割面，达到精确切割待加工材料晶面的目的。下面以SRR99镍基单晶高温合金为例，介绍三维旋转线切割方法，具体步骤如下：
该方法通过两个螺丝和一个旋转轴控制固定台1和X-Z转动臂2的相对位置，将旋转轴穿过固定台1和X-Z转动臂2的旋转刻度半圆盘Ⅰ5中心，X-Z转动臂2可以绕旋转轴旋转。当X-Z转动臂2旋转到某个位置时，用两个螺丝固定X-Z转动臂2的位置。
X-Z转动臂2的旋转刻度半圆盘Ⅰ5与固定台1的零刻度线构成两个1/4圆面积的顺-逆刻度盘，盘面上带有0～90°圆周游标刻度，通过旋转刻度半圆盘Ⅰ5使X-Z转动臂2在X-Z平面内顺时针或者逆时针旋转，旋转刻度半圆盘Ⅰ5的某一刻度与固定台1的“0”刻度重合时，旋转刻度半圆盘Ⅰ5的刻度即为X-Z转动臂2在X-Z平面内旋转的度数。
该方法通过两个螺丝和一个旋转轴控制X-Z转动臂2和X-Y转动臂3的相对位置，将旋转轴穿过X-Z转动臂2和X-Y转动臂3的旋转刻度半圆盘Ⅱ6中心，X-Y转动臂3可以绕旋转轴旋转。当X-Y转动臂3旋转到某个位置时，用两个螺丝固定X-Y转动臂3的位置。
X-Y转动臂3的旋转刻度半圆盘Ⅱ6与X-Z转动臂2的零刻度线构成两个1/4圆面积的顺-逆刻度盘，盘面上带有0～90°圆周游标刻度，通过旋转刻度半圆盘Ⅱ6使X-Y转动臂3在X-Y平面内旋转，半圆盘的某一刻度与X-Z转动臂2的“0”刻度重合时，旋转刻度半圆盘Ⅱ6的刻度即为X-Y转动臂3在X-Y平面内旋转的度数。
该方法通过4个对称的螺丝调节X-Y转动臂3与压板4之间的距离，将待加工材料放到X-Y转动臂3与压板4之间，通过4个螺丝固定待加工材料。X-Y转动臂3与压板的相对面上有锯齿形凹槽9，防止待加工材料在切割过程中发生位移，待加工材料为镍基单晶高温合金。
如图3(a)-(c)所示，待加工材料在X-Z平面(垂直面)和X-Y平面(水平面)内的旋转方式如下：通过两个螺丝和一个旋转轴控制固定台1与X-Z转动臂2以及X-Z转动臂2与X-Y转动臂3的相对位置，X-Z转动臂2的旋转刻度半圆盘Ⅰ5与固定台1的零刻度线，以及X-Y转动臂3的旋转刻度半圆盘Ⅱ6和X-Z转动臂2的零刻度线，构成两个1/4圆面积的顺-逆随动刻度盘，盘面上带有0～90°圆周游标刻度。随后，通过旋转刻度半圆盘Ⅰ5使X-Z转动臂2在X-Z平面内顺时针或者逆时针旋转，通过旋转刻度半圆盘Ⅱ6使X-Y转动臂3在X-Y平面内顺时针或者逆时针旋转。当旋转刻度半圆盘Ⅰ5的某一刻度与固定台1的“0”刻度重合时，旋转刻度半圆盘Ⅰ5的刻度即为X-Z转动臂2在X-Z平面内旋转的度数。当旋转刻度半圆盘Ⅱ6与X-Z转动臂2的“0”刻度重合时，旋转刻度半圆盘Ⅱ6的刻度即为X-Y转动臂3在X-Y平面内旋转的度数。
如图4(a)-(e)所示，SRR99单晶高温合金不同晶面的金相组织。图4(a)为SRR99单晶高温合金的(001)晶面，二次枝晶的金相组织表现为对称的“十”字型。图4(b)为SRR99单晶高温合金的(011)晶面，二次枝晶的金相组织表现为不对称的“十”字型。图4(c)为SRR99单晶高温合金的(111)晶面，二次枝晶的金相组织表现为对称的“剪刀”型。图4(d)为SRR99单晶高温合金的(010)晶面，一次枝晶相互平行。图4(e)为SRR99单晶高温合金的(110)晶面，一次枝晶相互平行。
实施例结果表明，采用本发明可精确快速地切割待加工材料的晶面，确保材料晶面的加工精度，具有操作简单，加工精度高，实用性强等优点。
Claims (9)
1.一种具有X-Z、X-Y转动臂的三维旋转夹具，其特征在于，该夹具包括固定台、X-Z转动臂、X-Y转动臂和压块四部分，具体结构如下：
固定台的一端与线切割机连接，固定台的另一端与X-Z转动臂的一端铰接，使X-Z转动臂绕固定台的另一端在X-Z平面摆动；X-Z转动臂的另一端与X-Y转动臂的一端铰接，使X-Y转动臂绕X-Z转动臂的另一端在X-Y平面摆动；X-Y转动臂的另一端放置待加工材料，待加工材料通过X-Y转动臂的另一端安装的压块被夹紧固定；
所述固定台的另一端沿纵向开口，所述X-Z转动臂的一端纵向设置旋转刻度半圆盘Ⅰ，旋转刻度半圆盘Ⅰ伸至固定台纵向开口之间，纵向开口侧面与旋转刻度半圆盘Ⅰ的圆心通过旋转轴铰接，在纵向开口侧面设置固定螺丝，通过固定螺丝穿过纵向开口夹紧旋转刻度半圆盘Ⅰ，使旋转刻度半圆盘Ⅰ在需要的位置固定；
所述X-Z转动臂的另一端沿横向开口，所述X-Y转动臂的一端横向设置旋转刻度半圆盘Ⅱ，旋转刻度半圆盘Ⅱ伸至X-Z转动臂横向开口之间，横向开口侧面与旋转刻度半圆盘Ⅱ的圆心通过旋转轴铰接，在横向开口侧面设置固定螺丝，通过固定螺丝穿过横向开口夹紧旋转刻度半圆盘Ⅱ，使旋转刻度半圆盘Ⅱ在需要的位置固定。
2.按照权利要求1所述的具有X-Z、X-Y转动臂的三维旋转夹具，其特征在于，待加工材料通过X-Y转动臂的另一端安装的压块夹持，X-Y转动臂与压板的相对面上有锯齿形凹槽，并通过固定螺丝紧固。
3.按照权利要求1所述的具有X-Z、X-Y转动臂的三维旋转夹具，其特征在于，固定台为带有一个旋转轴和二个固定螺丝的长方体或正方体，用于固定在线切割机上；X-Z转动臂带有两个旋转轴、二个固定螺丝和一个旋转刻度半圆盘Ⅰ，用于待加工材料在X-Z平面内旋转；X-Y转动臂带有一个旋转轴和一个旋转刻度半圆盘Ⅱ，用于待加工材料在X-Y平面内旋转；压块为带有四个固定螺丝的长方体或正方体，用于固定待加工材料。
4.按照权利要求1所述的具有X-Z、X-Y转动臂的三维旋转夹具，其特征在于，该夹具的所有材料均为导电性良好的金属或者合金。
5.一种利用权利要求1所述三维旋转夹具的三维旋转线切割方法，其特征在于，该方法通过调整三维旋转夹具的两个刻度盘，使待加工材料分别在垂直面和水平面内旋转，精确控制待加工材料在三维空间中的位置，进而控制待加工材料在线切割机上的切割面，达到精确切割待加工材料晶面。
6.按照权利要求5所述的三维旋转线切割方法，其特征在于，待加工材料在垂直面X-Z平面和水平面X-Y平面内的旋转方式如下：通过两个螺丝和一个旋转轴控制固定台与X-Z转动臂以及X-Z转动臂与X-Y转动臂的相对位置，X-Z转动臂的旋转刻度半圆盘Ⅰ与固定台的零刻度线以及X-Y转动臂的旋转刻度半圆盘Ⅱ和X-Z转动臂的零刻度线，构成两个1/4圆面积的顺-逆随动刻度盘，盘面上带有0～90°圆周游标刻度；随后，通过旋转刻度半圆盘Ⅰ使X-Z转动臂在X-Z平面内顺时针或者逆时针旋转，通过旋转刻度半圆盘Ⅱ使X-Y转动臂在X-Y平面内顺时针或者逆时针旋转；当旋转刻度半圆盘Ⅰ的某一刻度与固定台的“0”刻度重合时，旋转刻度半圆盘Ⅰ的刻度即为X-Z转动臂在X-Z平面内旋转的度数；同理，当旋转刻度半圆盘Ⅱ与X-Z转动臂的“0”刻度重合时，旋转刻度半圆盘Ⅱ的刻度即为X-Y转动臂在X-Y平面内旋转的度数。
7.按照权利要求5所述的三维旋转线切割方法，其特征在于，该方法具有X-Z、X-Y转动臂的三维旋转夹具的固定台与线切割机的连接有两种方式，夹具固定台的这两种固定方式对材料晶面的切割没有任何影响；其中，第一种方式：固定台的纵向开口垂直于线切割机的加工平台，夹具的X-Z转动臂在X-Z平面转动且X-Y转动臂在X-Y平面转动；第二种方式：固定台的纵向开口平行于线切割机的加工平台，此时夹具的X-Z转动臂在X-Y平面转动且X-Y转动臂在X-Z平面转动。
8.按照权利要求5所述的三维旋转线切割方法，其特征在于，该方法通过4个对称的螺丝调节X-Y转动臂与压板之间的距离，将待加工材料放到X-Y转动臂与压板之间，通过4个螺丝固定待加工材料；X-Y转动臂与压板的相对面上有锯齿形凹槽，防止待加工材料在切割过程中发生位移。
9.按照权利要求5所述的三维旋转线切割方法，其特征在于，待加工材料为任意形状的导电材料，采用三维旋转线切割精确切割待加工材料的任意晶面。
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| CN102205449A (zh) * | 2011-04-21 | 2011-10-05 | 泰德兴精密电子（昆山）有限公司 | 斜进胶放电机治具 |
| CN202667842U (zh) * | 2012-08-14 | 2013-01-16 | 惠州市华阳精机有限公司 | 一种电火花加工类电极调整治具 |
| CN203636147U (zh) * | 2013-12-31 | 2014-06-11 | 厦门大学 | 电火花线切割机床倾角切割夹具 |
-
2014
- 2014-10-31 CN CN201410602339.9A patent/CN104353919A/zh active Pending
Patent Citations (4)
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