專利名稱：用于在有限空間中加工的設(shè)備和方法
用于在有限空間中加工的設(shè)備和方法技術(shù)領(lǐng)域此處公開的設(shè)備涉及一種用在有限空間中的加工設(shè)備和方法。更具體地，此處公開的設(shè)備涉及一種使用電化學(xué)放電加工技術(shù)或者放電加工技術(shù)的加工設(shè)備。
背景技術(shù)：
電化學(xué)加工(ECM)和放電加工(EDM)是工業(yè)中用于金屬加工的兩種技術(shù)。在EDM中，向鉆頭電極供應(yīng)直流電壓，工件通過位于鉆頭電極和工件之間的間隙中形成的電火花進(jìn)行刻蝕。通常在電極和工件之間的間隙中壓入電介質(zhì)液體。
在ECM中，鉆頭電極放置得鄰近工件并且鉆頭電極和工件之間存在電勢(shì)。電解液被壓入電極和工件之間的間隙中，并且加工材料通過電化學(xué)作用除去。
與EDM加工機(jī)器相反，商用的EDM鉆孔機(jī)可以使用水作為工作流體。在某些情形下，可以使用非傳導(dǎo)的去離子水，但是有些情形下可以使用自來水，其中傳導(dǎo)率取決于自來水的礦物含量。EDM鉆銷處理與EDM加工處理并非完全相同。EDM加工處理使用非傳導(dǎo)的電解液，而EDM鉆銷中可以使用半傳導(dǎo)性的流體。EDM加工與使用高傳導(dǎo)的電解液的ECM(電化學(xué)加工)具有某些相似之處。金屬去除過程部分是電火花刻蝕，部分是電化學(xué)處理。因此，商用EDM鉆孔機(jī)使用位于中間的可以稱作電化學(xué)放電加工(ECDM)的處理。
通常，對(duì)于ECDM和EDM，鉆頭電極是中空的并且加工流體(根據(jù)實(shí)際應(yīng)用為電介質(zhì)液體或者電解液)沿著電極在電極內(nèi)部流過，并且經(jīng)過電極的加工表面上的孔、槽或者其它類似的開口流出。在ECDM中，由電解溶解產(chǎn)生的氣泡在電極和材料之間形成一個(gè)非傳導(dǎo)區(qū)，隨之會(huì)導(dǎo)致因?yàn)檫@個(gè)非傳導(dǎo)區(qū)上施加了高電壓而產(chǎn)生放電。
不幸的是，現(xiàn)今可用的ECDM和EDM工具都比較大而且笨重，不能用在有限空間中。現(xiàn)今可用的ECDM和EDM工具設(shè)計(jì)成用于必須安裝在鉆孔機(jī)中的工件上，這樣EDM或者ECDM鉆頭電極往下向工件移動(dòng)，與鉆頭在鉆床中往下移動(dòng)的方式非常相似。另外，當(dāng)需要鉆出較大直徑的孔以有效地鉆出某些金屬構(gòu)件例如銷和螺釘時(shí)，現(xiàn)今的ECDM和EDM也只能鉆直徑大約為6mm的孔。
如上所述，現(xiàn)今可用的EDM或者ECDM工具不可能或者很難應(yīng)用在有限空間中。有限空間的一個(gè)實(shí)例是圍繞著安裝到渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子葉片的空間。渦輪機(jī)包括但并不局限于汽輪機(jī)、壓縮機(jī)以及燃?xì)廨啓C(jī)。轉(zhuǎn)子葉片通常需要從渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子上移走。例如在定期維修或者渦輪機(jī)要求的停工期間，可能需要這樣移走葉片從而對(duì)葉片進(jìn)行檢查、整修或者清潔。渦輪機(jī)例如蒸汽輪機(jī)或者燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子通常具有沿著它的周邊配置的幾排葉片。每排葉片包括圍繞著轉(zhuǎn)子周邊等距布置的圓周葉片陣列。通常，每個(gè)葉片都具有一個(gè)根部且通過所述根部而將葉片保持在轉(zhuǎn)子中。可以使用各種葉片根部形狀，例如杉樹、燕尾形等等。在裝配時(shí)，葉片根部沿軸向滑入轉(zhuǎn)子周邊上形成的相應(yīng)形狀的槽中。鎖定設(shè)備例如銷通常用于防止葉片根部從槽里滑出。在渦輪機(jī)的工作期間，銷可能會(huì)卡在它們各自的孔中。一旦這些銷被卡住，就很難使用一些已知的方式例如錘擊或者機(jī)械鉆孔將它們移走，并且很耗費(fèi)時(shí)間。難于移走這些銷和凸出塊的部分原因在于渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子彀之間的空間非常有限，因而如果不能鉆出這些銷和凸出塊就會(huì)非常棘手。另外，由于葉片圍繞著渦輪機(jī)殼體的360度對(duì)內(nèi)部空間延伸，所以很難對(duì)笨重的工具進(jìn)行定位從而鉆出這些銷。

發(fā)明內(nèi)容
所公開的加工設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例涉及一種放電加工頭部組件；還涉及配置用于將頭部組件支撐在某個(gè)位置從而對(duì)某個(gè)區(qū)域加工的電磁體。
所公開的加工設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例涉及一種放電加工頭部組件；還涉及與放電加工頭部組件連接的頭部組件適配板。
另外，所公開的加工設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例涉及一種放電加工頭部組件；還涉及與放電加工頭部組件連接的滑動(dòng)裝置；以及與滑動(dòng)裝置連接的滑塊裝置適配板。
而且，用于導(dǎo)引鉆頭電極的所公開設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例涉及一種套管；位于套管中的絕緣環(huán)；以及與套管連接的套管夾持器。
所公開方法的一個(gè)實(shí)施例涉及將加工工具附著到表面上；將鉆頭電極置于工件上；以及使用加工工具鉆銷工件。


參考下面作為示例性實(shí)施例的附圖，其中類似的元件編號(hào)相同圖1顯示了所公開的設(shè)備和部分汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的視圖；圖2顯示了所公開設(shè)備的透視圖；圖3顯示了所公開設(shè)備的頭部組件的透視圖；圖4顯示了一個(gè)導(dǎo)套。
零件列表轉(zhuǎn)子…………………………………………………………………………10L-1階段彀 …………………………………………………………………14L-0階段彀 …………………………………………………………………18非傳統(tǒng)放電加工設(shè)備………………………………………………………22電磁體………………………………………………………………………26滑塊裝置……………………………………………………………………28頭部組件……………………………………………………………………30滑塊裝置適配板……………………………………………………………31第一手動(dòng)滑塊………………………………………………………………34第二手動(dòng)滑塊………………………………………………………………38微型斜塊和旋轉(zhuǎn)虎鉗………………………………………………………42彎箭頭………………………………………………………………………46彎箭頭………………………………………………………………………50頭部組件適配板……………………………………………………………54伺服控制鉆頭滑塊…………………………………………………………58在鉆孔方向具有鎖定的手動(dòng)定位滑塊……………………………………62心軸軸承座和集流管………………………………………………………66鉆軸…………………………………………………………………………68鉆頭電極……………………………………………………………………70套管和套管夾持器裝置……………………………………………………74心軸馬達(dá)……………………………………………………………………78傳動(dòng)裝置……………………………………………………………………82伺服馬達(dá)……………………………………………………………………86傳動(dòng)裝置……………………………………………………………………90
導(dǎo)套…………………………………………………………………………94活動(dòng)磁夾持器………………………………………………………………98絕緣環(huán)………………………………………………………………………10具體實(shí)施方式
這里將參考圖1至圖4以示例而非限制性的方式顯示了所公開設(shè)備和方法的幾個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)描述。
放電加工圖1顯示了可以使用小型便攜式ECDM或EDM的有限空間的非限制性實(shí)例。其中顯示了渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子10的一部分的側(cè)視圖。在這個(gè)實(shí)例中，轉(zhuǎn)子10是具有L-1階段彀14和L-0階段彀18的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子。雖然圖1顯示了轉(zhuǎn)子的兩個(gè)彀之間的空間，但這只是這種設(shè)備應(yīng)用于有限空間的許多應(yīng)用中的一種。連接到L-1階段彀14上的是一種所公開的設(shè)備22。所公開的設(shè)備22通過電磁體26附著到彀14上。與商用的ECDM和EDM工具相比，電磁體26可以使設(shè)備22相對(duì)于工件呈多種方向放置，其中ECDM和EDM工具適合于沿著向下的方向垂直鉆入工件中。所公開設(shè)備22可以使用電磁體來放置，這樣設(shè)備22就可以垂直向下、垂直向上、水平或以兩者之間的任何角度進(jìn)行加工。圖1顯示了非傳統(tǒng)的放電加工設(shè)備22如何置于兩個(gè)彀14、18之間的有限空間內(nèi)以便鉆出位于L-1階段彀14上的轉(zhuǎn)子葉片銷(未示出)。
圖2顯示了所公開設(shè)備22的透視圖，該設(shè)備22可以在有限空間中進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地定位以進(jìn)行操作且具有5個(gè)調(diào)整軸。5個(gè)調(diào)整軸是指設(shè)備可以圍繞著3線性軸和2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行調(diào)整。頭部組件30顯示在設(shè)備22的頂部，并且將參照?qǐng)D3對(duì)它進(jìn)行更詳細(xì)的描述。電磁體26通過滑塊裝置適配板31連接到滑動(dòng)裝置28上。第一手動(dòng)滑塊34與滑塊裝置適配板31連接。第一手動(dòng)滑塊34允許操作者可以在所公開的設(shè)備22通過電磁體26附著到例如彀14的表面上之后對(duì)頭部組件30進(jìn)行定位。第二手動(dòng)滑塊38在操作上與第一手動(dòng)滑塊34相連并且配置成可以使頭部組件30相對(duì)于第一手動(dòng)滑塊34進(jìn)行垂直平移。第二滑塊38在操作上與微型斜塊和旋轉(zhuǎn)虎鉗42相連?；瑒?dòng)裝置28包括第一手動(dòng)滑塊34；第二手動(dòng)滑塊38和微型斜塊和旋轉(zhuǎn)虎鉗42。微型斜塊和旋轉(zhuǎn)虎鉗42使頭部組件30可以按照由彎箭頭46所示的兩個(gè)方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。微型斜塊和旋轉(zhuǎn)虎鉗42使頭部組件30可以按照彎箭頭46所示的方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。微型斜塊和旋轉(zhuǎn)虎鉗42還可以使頭部組件30發(fā)生由箭頭50所示的角度傾斜。雖然在這個(gè)實(shí)施例中討論了手動(dòng)滑塊、微型斜塊和旋轉(zhuǎn)虎鉗，但是應(yīng)該理解，只要可以使頭部組件30相對(duì)于鉆孔的表面或者區(qū)域進(jìn)行定位的任何機(jī)構(gòu)都可以是其等效物，這些等效物可以用在該公開設(shè)備的各種實(shí)施例中。
圖3顯示了頭部組件30實(shí)施例的特寫透視圖。此文中，對(duì)頭部組件30使用的詞語“放電加工”是指EDM和ECDM。頭部組件適配板54用于將頭部組件連接到如圖2所示的微型斜塊和旋轉(zhuǎn)虎鉗42上。伺服控制的鉆頭滑塊58固定地連接到頭部組件適配板54上。在鉆孔方向具有鎖定的手動(dòng)定位滑塊62固定地連接到伺服控制鉆頭滑塊58上。手動(dòng)定位滑塊62、第一手動(dòng)滑塊34、第二手動(dòng)滑塊38和微型斜塊和旋轉(zhuǎn)虎鉗42為該公開的設(shè)備提供5個(gè)調(diào)整軸。心軸軸承座和集流管66固定地連接到手動(dòng)定位滑塊62上。鉆軸68可旋轉(zhuǎn)地連接到心軸軸承座和集流管66上。鉆軸68可以由商用的直柄套筒夾改造得到。鉆頭電極70固定地連接到鉆軸68上。當(dāng)前可用的EDM和ECDM工具可以鉆出大約6mm的孔，這并不是很大，不足以鉆出例如銷和螺釘?shù)母鞣N金屬構(gòu)件。在本公開設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例中，鉆頭電極70設(shè)計(jì)成可以鉆出大約12mm的孔。在一個(gè)ECDM實(shí)施例中，心軸軸承座和集流管66含有電解液(在這種情形下可以使用普通的自來水)，并且集流管與鉆軸68通過液體連通。鉆軸68與中空的鉆頭電極70流體連通。集流管66向鉆頭電極提供ECDM過程所需的電解液。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以配置頭部組件用于EDM過程，并且這種情形下集流管將含有供給中空鉆頭電極70的電介質(zhì)。連接到鉆軸68上的是電刷柄74。電刷柄74向鉆軸68和鉆頭電極70提供電壓。當(dāng)設(shè)備22工作時(shí)，圖中未顯示的電源就與電刷柄74接通。當(dāng)鉆頭電極70的大小設(shè)計(jì)成鉆出大約12mm的孔時(shí)，使用電刷柄74就可以允許更大數(shù)量的電流到達(dá)電極。心軸馬達(dá)78連接到用于電解液的心軸軸承座和集流管66上。心軸馬達(dá)78經(jīng)由傳動(dòng)裝置82傳輸功率以使鉆軸68和所附的鉆頭電極70旋轉(zhuǎn)。傳動(dòng)裝置82可以是但并不局限于滑輪和皮帶系統(tǒng)、齒輪系統(tǒng)或者直接耦合。伺服馬達(dá)86固定地連接到頭部組件適配板54上，該馬達(dá)經(jīng)由傳動(dòng)裝置90向伺服控制的鉆頭滑塊58傳輸平移運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)裝置90可以是但并不局限于滑輪和皮帶系統(tǒng)、齒輪系統(tǒng)或者直接耦合。伺服馬達(dá)86接收與供給鉆頭電極70的電流成比例的信號(hào)。伺服馬達(dá)將根據(jù)電流信號(hào)移動(dòng)伺服控制的鉆頭滑塊58。如果電流信號(hào)指示出鉆頭電極70和工件之間的短路情況，伺服控制鉆頭滑塊58將會(huì)從工件上撤回鉆頭電極70。這樣的回撤可以防止鉆頭電極70焊接到工件上。
參照?qǐng)D3描述的頭部組件30配置成尺寸最小從而使它可以用在很小的有限空間中，例如渦輪機(jī)的兩個(gè)彀14、18之間。在一個(gè)實(shí)施例中，圖3所示的頭部組件30的長(zhǎng)度為9.6英寸，寬度為6.5英寸并且高度為5.5英寸。因此，所公開設(shè)備22的這個(gè)實(shí)施例可以用在如圖1所示的渦輪機(jī)的兩個(gè)彀之間的有限空間中，其中彀之間只相隔10英寸。這在鉆出定子葉片銷時(shí)尤其有用。然而，所公開設(shè)備22可以用于任何使用ECDM或者EDM的地方。頭部組件30也可以用于無損評(píng)估程序和槽口橫向鍵切除的現(xiàn)場(chǎng)鉆孔中。在另一個(gè)實(shí)施例中，還可以使用尺寸大約為上述實(shí)施例一半的小元件來配置頭部組件30。
圖4顯示了所公開設(shè)備的另一方面。圖中顯示出導(dǎo)套94通過套管夾持器98附著到工件上，在此實(shí)例中為彀14。在一個(gè)實(shí)施例中，套管夾持器可以是幾種商用的磁性基座中的任何一種。導(dǎo)套94將鉆頭電極70導(dǎo)向工件的特定區(qū)域上，在此實(shí)例中為彀14上的一個(gè)區(qū)域。導(dǎo)套94具有絕緣環(huán)102，絕緣環(huán)102可以與鉆頭電極70進(jìn)行接觸而不會(huì)與鉆頭電極70發(fā)生短路。當(dāng)鉆頭電極70具有較長(zhǎng)的長(zhǎng)度以至于鉆頭電極末端會(huì)發(fā)生導(dǎo)致加工不精確的搖擺時(shí)，就需要導(dǎo)套。
所公開設(shè)備22可以配置成與多軸機(jī)械手聯(lián)合起來在多個(gè)方向例如垂直、水平或者它們之間的角度執(zhí)行ECDM或者EDM。非傳統(tǒng)的放電加工設(shè)備22可以通過滑塊裝置適配板31或者頭部組件適配板54連接到這樣的機(jī)械手上。
在所公開設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例中，伺服馬達(dá)86可以是型號(hào)為MSMA042A1A的Panasonic伺服馬達(dá)。伺服控制鉆頭滑塊58可以是LS2-4型號(hào)的Deltron滑塊。心軸馬達(dá)78可以是微驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，型號(hào)為MD2230。在鉆孔方向具有鎖定的手動(dòng)定位滑塊62可以是Velmex Unislide，型號(hào)為ZA2506A-S2 BK-TSL。供給所公開設(shè)備的功率可以到達(dá)大約為120kVA的最大輸入功率，最大工作電流大約為120A，輸出電壓大約為80-250V。液體輸送系統(tǒng)的最大壓力大約為5Mpa(725psi)。輸出功率可以是脈沖型的。
所公開設(shè)備具有可以使EDM或者ECDM設(shè)備在有限空間進(jìn)行操作的優(yōu)點(diǎn)。另外，所公開設(shè)備是便攜的，即設(shè)備可以移到工件上。該設(shè)備具有5個(gè)調(diào)整軸，這樣鉆頭電極的軸就可以與工件準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)。如果與工件沒有對(duì)準(zhǔn)，就會(huì)導(dǎo)致工件的損壞，例如工件可以是設(shè)備中非常昂貴部分的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子。所公開設(shè)備具有的機(jī)械鉆銷力很小甚至不具有機(jī)械鉆銷力。那些較大的鉆銷力，例如在機(jī)械鉆孔中的鉆銷力，會(huì)由于工件的非一致性或者鉆頭不均勻的幾何結(jié)構(gòu)而造成工件的損壞。EDM和ECDM過程與工件的硬度無關(guān)，因此鉆銷速度是可以預(yù)測(cè)的。而且，所公開設(shè)備可以通過電磁體連接到一個(gè)表面上。工件表面可以位于任何角度，因?yàn)樗_的設(shè)備可以經(jīng)由電磁體連接到工件表面上。另外，所公開設(shè)備可以鉆出直徑多達(dá)12mm的孔。
雖然參照示例性實(shí)施例對(duì)所公開的方法和設(shè)備的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離所公開的方法和設(shè)備的范圍內(nèi)，可以進(jìn)行各種修改并且可以用等效物來替換其中的元件。另外，在不偏離其本質(zhì)范圍內(nèi)，可以對(duì)所公開方法和設(shè)備的實(shí)施例的示教進(jìn)行許多改進(jìn)以適應(yīng)具體情況或者材料。因此，所公開的方法和設(shè)備的實(shí)施例并不局限于如最佳實(shí)施方式所公開的特定實(shí)施例，其中最佳實(shí)施方式意在實(shí)現(xiàn)所公開方法和設(shè)備的實(shí)施例，而是所公開的方法和設(shè)備的實(shí)施例將包括所有落入所附權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)的
權(quán)利要求
1.一種加工設(shè)備，包括放電加工頭部組件(30)；和配置用于將頭部組件(30)支撐在對(duì)某個(gè)區(qū)域進(jìn)行加工位置的電磁體(26)。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中頭部組件(30)具有的尺寸不大于約6.5英寸×約9.6英寸×約5.5英寸。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中頭部組件(30)具有的尺寸不大于約3.3英寸×約4.8英寸×約2.8英寸。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，配置成具有5個(gè)調(diào)整軸。
5.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括配置成向放電加工頭部組件(30)提供三個(gè)調(diào)整軸的三個(gè)手動(dòng)滑塊(34、38、62)。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括配置成向放電加工頭部組件(30)提供兩個(gè)調(diào)整軸的斜塊和旋轉(zhuǎn)虎鉗(42)。
7.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中放電加工頭部組件(30)配置成可以鉆直徑最大約為12mm的孔。
8.一種用于導(dǎo)引鉆頭電極(70)的設(shè)備包括套管(94)；位于套管(94)中的絕緣環(huán)；以及與套管(94)連接的套管(94)夾持器。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中套管(94)夾持器是磁性基座。
10.一種用于加工的方法，包括將加工工具附著到表面上；將鉆頭電極(70)置于工件上；以及使用加工工具鉆銷工件。
全文摘要
一種加工設(shè)備包括放電加工頭部組件；和配置成將頭部組件支撐在某個(gè)位置以對(duì)某個(gè)區(qū)域加工的電磁體。用于加工的方法包括將加工工具附著到表面上；將鉆頭電極置于工件上；以及使用加工工具鉆銷工件。
文檔編號(hào)B23H7/26GK1607057SQ20041009517
公開日2005年4月20日 申請(qǐng)日期2004年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月15日
發(fā)明者M·K·-F·李, J·M·薩薩特利, T·J·菲舍爾, D·W·羅伯茨 申請(qǐng)人:通用電氣公司