CN101444862A - 数控电火花微孔加工机床旋转送丝机构 - Google Patents

Abstract

一种工作效率高、加工定位精度高、适应各种加工条件的高运动频次、适合大批量生产的数控电火花微孔加工机床旋转送丝机构，主轴下端固定安装有上夹头体，上夹头体内固定安装有夹持卡头，夹持卡头包括有夹持压板和夹持V型块，上夹头体上通过夹持圆柱销铰接有夹持压块，上夹头体内还设有夹持压簧，夹持压簧顶在夹持压块上，夹持压块顶在夹持压板上；导向机构包括有导向支架，导向支架上固定安装有下夹头体，下夹头体内固定安装有导向卡头，导向卡头包括有导向压板和导向V型块，下夹头体上通过导向圆柱销铰接有导向压块，下夹头体内还设有导向弹簧，导向弹簧顶在导向压块上，导向压块顶在导向压板上，夹持卡头与导向卡头上下相对应。

Description

数控电火花微孔加工机床旋转送丝机构

技术领域

本发明涉及一种微细电极加工机构，尤其涉及一种数控电火花微孔加工机床旋转送丝机构。

背景技术

目前，现有微孔加工机床绝大多数只能加工孔径在φ0.2mm以上的孔，加工方法多采用机械式钻头加工，加工效率低、易损钻头。孔径在φ0.2mm以下孔的加工在国内仍然是一个很难攻克的课题，虽然，目前市场上出现的微细孔电火花加工机床在微细电极夹持和进丝方面有自己独到的方法，但是电极丝在夹持状态不能够进行旋转，因此有工作效率低、加工孔的圆度差、加工精度低等方面的不足，不适应高精度、高频次、大批量流水线上的微孔加工。

发明内容

本发明的目的是提供一种工作效率高、加工定位精度高、适应各种加工条件的高运动频次、适合大批量生产的数控电火花微孔加工机床旋转送丝机构。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种数控电火花微孔加工机床旋转送丝机构，包括上部的主轴机构和下部的导向机构，主轴机构与导向机构上下相对应，主轴机构包括有套筒，套筒内相对旋转安装有主轴，主轴内设有贮丝管，其特征是：主轴下端固定安装有上夹头体，上夹头体内固定安装有夹持卡头，夹持卡头包括有夹持压板和夹持V型块，上通过夹持圆柱销铰接有夹持压块，上夹头体内还设有夹持压簧，夹持压簧顶在夹持压块上，夹持压块顶在夹持压板上，贮丝管与夹持卡头上下相对应；所述导向机构包括有导向支架，导向支架上固定安装有下夹头体，下夹头体内固定安装有导向卡头，导向卡头包括有导向压板和导向V型块，下夹头体上通过导向圆柱销铰接有导向压块，下夹头体内还设有导向弹簧，导向弹簧顶在导向压块上，导向压块顶在导向压板上，夹持卡头与导向卡头上下相对应。

根据所述的数控电火花微孔加工机床旋转送丝机构，其特征是：所述套筒上固定安装有主轴支承，主轴支承上固定安装有电机支架，电机支架上安装有电机，电机上安装有电机同步带轮，电机同步带轮一侧传动连接有圆弧齿同步带，圆弧齿同步带一侧传动连接有主轴同步带轮，主轴同步带轮通过平键固定安装在主轴上。

根据所述的数控电火花微孔加工机床旋转送丝机构，其特征是：所述套筒上通过圆柱销铰接有连杆，连杆的一端顶在所述的夹持压块上，主轴支承上固定安装有气缸座，气缸座一侧固定安装有压簧座，气缸座内设有活塞，压簧座内安装有压簧杆，压簧杆上穿有压簧，连杆的另一端位于活塞和压簧之间。

根据所述的数控电火花微孔加工机床旋转送丝机构，其特征是：所述导向支架上固定安装有微型气缸，微型气缸的活塞杆上固定有导向弹簧片，导向弹簧片顶在导向压块上。

本发明能应用在数控微细孔加工机床上，该机构的工作原理是基于一种V型夹持技术，设计微细电极丝卡头，并使电极丝在卡头内旋转、进丝，对工件放电产生电火花而使工件产生蚀除效果。在自动进给上，根据电极丝的长短进行判断，当需要进丝时，第一步，高压气体作用气缸带动连杆摆动，利用杠杆原理压动压在夹持卡头上的夹持压块，使夹持压块下、装在上夹头体中的夹持卡头的夹持压板在自身弹力作用下张开；第二步，导向机构中的气缸在高压气体的作用下压住导向压块，从而使导向压板增加夹持力度，致电极丝被牢牢夹住；第三步，带有上夹头体的主轴在微进给丝杠的带动下向上运动，待运动到设定位置后，高压气体停止供气，气缸和压簧杆中间的连杆在压簧座中压簧的作用下回弹，夹持压块也在自身压簧的弹力下压紧下夹头体中的夹持卡头的夹持压板，夹持压板变形后夹紧电极丝；第四步，导向机构中的气缸在没有高压气体的作用下在自身弹簧的弹力下回到初始位置，导向压块的施加力变小使导向夹头的弹性变形减小；第五步，带有上夹头体的主轴在微进给丝杠的带动下向下运动，从而达到自动进丝的目的。本发明工作效率高、加工定位精度高，适应各种加工条件的高运动频次、适合大批量生产。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中主轴机构的结构示意图；

图3是图2的A部放大图；

图4是图1中导向机构的结构示意图；

图5是本发明中夹持V型块的主视结构示意图；

图6是本发明中夹持V型块的俯视结构示意图；

图7是本发明中夹持V型块的左视结构示意图；

图8是本发明中夹持V型块的右视结构示意图；

图9是图5的B-B剖面局部放大图；

图10是本发明中夹持压板的主视结构示意图；

图11是本发明中夹持压板的俯视结构示意图；

图12是本发明中夹持压板的左视结构示意图；

图13是本发明中夹持压板的右视结构示意图；

图14是本发明中导向V型块的主视结构示意图；

图15是本发明中导向V型块的俯视结构示意图；

图16是本发明中导向V型块的左视结构示意图；

图17是本发明中导向V型块的右视结构示意图；

图18是图14的C-C剖面局部放大图；

图19是本发明中导向压板的主视结构示意图；

图20是本发明中导向压板的俯视结构示意图；

图21是本发明中导向压板的左视结构示意图；

图22是本发明中导向压板的右视结构示意图。

附图中：

32、螺母33、薄壁管34、贮丝管36、压盖37、圆螺母38、电机支架39、平键40、主轴同步带轮41、主轴支承42、上绝缘垫43、圆弧齿同步带44、电机同步带轮45、活塞46、压簧座47、密封圈48、压簧杆49、压簧50、密封圈51、气缸座52、下绝缘垫53、圆柱销54、连杆55、夹持压块56、夹持压簧57、夹持圆柱销58、夹持压板59、微型气缸60、导向弹簧片61、导向弹簧62、导向压块63、导向圆柱销64、导向压板65、导向V型块66、下夹头体67、导向支架68、绝缘块69、夹持V型块70、上夹头体71、密封圈72、过渡套73、调整盘76、主轴78、轴承79、绝缘垫80、套筒

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述：

一种数控电火花微孔加工机床旋转送丝机构，如图1、图2、图3、图4所示，包括上部的主轴机构和下部的导向机构，主轴机构与导向机构上下相对应，主轴机构包括有套筒80，套筒80内相对旋转安装有主轴76，主轴76内设有贮丝管34，主轴76下端固定安装有上夹头体70，上夹头体70内固定安装有夹持卡头，夹持卡头包括有夹持压板58和夹持V型块69，上夹头体70上通过夹持圆柱销57铰接有夹持压块55，上夹头体70内还设有夹持压簧56，夹持压簧56顶在夹持压块55上，夹持压块55顶在夹持压板58上，贮丝管34与夹持卡头上下相对应；所述导向机构包括有导向支架67，导向支架67上固定安装有下夹头体66，下夹头体66内固定安装有导向卡头，导向卡头包括有导向压板64和导向V型块65，下夹头体66上通过导向圆柱销63铰接有导向压块62，下夹头体66内还设有导向弹簧61，导向弹簧61顶在导向压块62上，导向压块62顶在导向压板64上，夹持卡头与导向卡头上下相对应。套筒80上固定安装有主轴支承41，主轴支承41上固定安装有电机支架38，电机支架38上安装有电机，电机上安装有电机同步带轮44，电机同步带轮44一侧传动连接有圆弧齿同步带43，圆弧齿同步带43一侧传动连接有主轴同步带轮40，主轴同步带轮40通过平键39固定安装在主轴76上。套筒80上通过圆柱销53铰接有连杆54，连杆54的一端顶在的夹持压块55上，主轴支承41上固定安装有气缸座51，气缸座51一侧固定安装有压簧座46，气缸座51内设有活塞45，压簧座46内安装有压簧杆48，压簧杆48上穿有压簧49，连杆54的另一端位于活塞45和压簧49之间。导向支架67上固定安装有微型气缸59，微型气缸59的活塞杆上固定有导向弹簧片60，导向弹簧片60顶在导向压块62上。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

本发明定位精度高、运动阻力小、微细电极能够旋转V型夹持、自动进给、自动化程度高，适用于各种加工条件的高运动频次、大批量生产的微孔加工机床。本发明适用于成批量加工φ0.10mm～φ0.30mm之间的微细孔。

本发明上部的主轴机构具有旋转功能，有夹持旋转电极丝电隔离放电的作用，下部的导向机构能保证工件的加工精度，保持电极丝稳定导向和电极自动送丝的作用。

本发明的工作原理基于一种V型夹持技术，其中设计有夹持卡头和导向卡头，使电极丝在卡头内旋转进丝，对工件放电产生电火花而使工件产生蚀除效果。在自动进给上，根据电极丝的长短进行判断，当需要进丝时，通过高压气体作用活塞来带动连杆摆动，利用杠杆原理压动压在夹持卡头上的夹持压块，使夹持卡头在自身弹力作用下张开，被夹持的电极丝在外力作用下上下运动，从而达到自动进丝的目的。

本发明的构成大体包括以下几种零部件：夹持卡头、导向卡头、夹持压块、导向压块、主轴机构、调整盘、同步带轮、同步带、伺服电机、贮丝管、微型气缸、连杆、压簧座、压簧杆、压簧、夹持压簧、导向压簧等。

本发明分上下两个部分，即具有旋转功能的主轴机构和具有保证加工精度的导向机构。

本发明上部分具体组成：夹持卡头装入旋转的上夹头体上，上夹头体与调整盘通过螺钉固定在主轴机构的主轴上，主轴机构与主轴支承连接，主轴支承与小滑板是一体的，主轴支承上面固定气缸座，压簧座固定在气缸座上，主轴支承的侧面装有接近开关，用于检测主轴电机的位置。主轴电机通过电机支架安装，电机支架由螺钉固定在主轴支承上。电机同步带轮通过紧定螺钉固定在电机轴上，圆弧齿同步带连接电机同步带轮和主轴同步带轮，传递电机功率和扭矩。

本发明下部分组成：导向支架通过绝缘块用螺钉固定在底板中间处，下夹头体装在导向支架上，下夹头体上装有导向卡头、导向压块和导向弹簧，导向卡头包括导向压板和导向V型块，其结构同夹持卡头一样，导向压块由导向圆柱销连接在下夹头体上，可以围绕导向圆柱销做圆周运动，导向压块的一端压在导向弹簧上，另一端靠导向弹簧的压力压在导向卡头的导向压板上。另外，微型气缸固定在导向支架上，微型气缸的活塞杆上固定有导向弹簧片，导向弹簧片的作用是协助导向弹簧作用于导向压块，使导向压板在压力作用下能够夹持住电极丝，从而达到电极进丝的目的。

在本发明中，夹持卡头和导向卡头是本发明中最重要的零部件，该两种卡头都包括两个部分，即V型块和压板。V型块是在半圆柱基体上靠近圆心的位置加工出一个V型槽的零件，压板是在另一半圆柱体上加工出具有弹性变形的弹簧片的零件。夹持卡头和导向卡头分别装在上夹头体和下夹头体内，固定在旋转的上夹头体中的卡头是夹持卡头，固定在下夹头体中的卡头是导向卡头，卡头在夹头体中通过锥端紧定螺钉固定。

图3是主轴机构的具体结构：主轴通过轴承78与套筒连结，主轴预紧是通过主轴后端的主轴同步带轮和两个圆螺母37来实现的。主轴同步带轮通过平键39与主轴相连，套筒通过上绝缘垫42、下绝缘垫52与主轴支承相连。

图4是导向夹头的具体结构：导向支架通过绝缘块68用螺钉固定在底板中间处，下夹头体装在导向支架上，下夹头体上安装有导向卡头、导向压块和导向弹簧，导向卡头由导向压板和导向V型块组成，导向压块由导向圆柱销铰接在下夹头体上，可以围绕导向圆柱销做圆周运动，导向压块的一端压在导向弹簧上，另一端靠导向弹簧的压力压在导向卡头的导向压板上。

使用本发明气动送丝和夹紧电极丝的动作是这样实现的：

第一步，主轴旋转到设定位置，系统控制启动第一电磁阀工作，使第一路高压气流进入气缸座，推动活塞运动，活塞带动连杆，连杆作用压簧座中的压簧杆克服压簧压力做圆弧摆动压动夹持压块，夹持压块尖角处张开，夹持压板前部在自身恢复弹性的状态下自然张开。

第二步，系统控制启动第二电磁阀工作，第二路高压气流通过压盖36、薄壁管33、螺母32进入贮丝管34内形成高压气旋流，带动电极丝经过过渡套72穿过夹持V型块70内的V型槽；

第三步，当电极丝送到设定长度，系统控制第一电磁阀和第二电磁阀同时关闭，两路气路中就没有了高压气流，活塞停止运动，连杆由于没有了高压气流的推力但却得到压簧座中压簧释放的压力，压簧的压力传递给压簧杆，在压簧杆的压力下，连杆压动活塞返回初始位置。夹持压块由于没有了连杆的压力，在其下面的夹持压簧释放的压力下向下压迫夹持压板，使夹持压板作相应的弹性变形并压到夹持V型块上，这样电极丝就牢牢的夹住了。

然后，在步进电机旋转带动滚珠丝杠副作直线向下运动，电极丝到达导向夹头前端时，通过操作人员将导向压块提起，使电极丝穿过导向卡头，夹住电极丝的主轴就可以工作了。

以上动作必须有一个重要前提条件，那就是：高压气流的压力一定大于上述两种压簧的压力。

微细电极丝在工作的时候都会被消耗，当电极丝被消耗后需要再一次进丝，具体进丝的步骤是：

第一步，系统控制启动第三气动电磁阀，第三路高压气流进入微型气缸给其一个推力，微型气缸的活塞在高压气流的推理下向下运动，带动活塞上的导向弹簧片压紧导向压块，导向压块压迫导向卡头的导向压板，使导向压板变形，从而夹持住微细电极。

第二步，系统控制启动第一电磁阀工作，使第一路高压气流进入气缸座，推动活塞运动，活塞带动连杆，连杆作用压簧座中的压簧杆克服压簧压力做圆弧摆动压动夹持压块，夹持压块尖角处张开，夹持压板前部在自身恢复弹性的状态下自然张开。

第三步，系统控制步进电机旋转带动滚珠丝杠副作直线向上运动。

第四步，当主轴运动到设定位置，系统控制第一电磁阀和第三电磁阀同时关闭，两路气路中就没有了高压气流，活塞停止运动，连杆由于没有了高压气流的推力但却得到压簧座中压簧释放的压力，压簧的压力传递给压簧杆，在压簧杆的压力下，连杆压动活塞返回初始位置。夹持压块由于没有了连杆的压力，在其下面的夹持压簧释放的压力下向下压迫夹持压板，使夹持压板作相应的弹性变形并压到夹持V型块上，这样电极丝就牢牢的被夹住了。而第三路气路中没有了高压气流，微型气缸的活塞在自身压簧的弹力下回到原始位置，弹簧片也同样回到初始位置，导向压块就没有了弹簧片所给的压力。

最后一步，步进电机旋转带动滚珠丝杠副作直线向下运动进丝，主轴旋转，电极放电，正常工作。

本发明自动化程度高、工作精度精准、夹持电极丝稳定、重复加持精度高，均能在0.002mm之内，自动进丝精准，通过系统能够很好的控制，通过本机构打出的微细孔精度高，圆度在0.002mm以内，孔壁的表面粗糙度为Ra0.8μm，孔口无毛刺，可以在淬火钢、硬质合金、不锈钢等超硬或超软导电材料上加工，加工时间仅为20～40秒/孔，此机构还有一个最大特点就是：夹持使用的电极丝工作不受电极丝外部形状的限制，可使用国产电极丝，降低加工成本，经济而且环保。

另外，本发明的定位精度和重复定位精度等主要指标与国外同类技术相比极为相近，能够解决利用电火花加工微细孔效率低、难度大的世界难题，具有可加工直径小、精度高、压力室无毛刺和可放在热处理工序后加工、消除喷孔热处理变形等优点。

Claims (4)

1、一种数控电火花微孔加工机床旋转送丝机构，包括上部的主轴机构和下部的导向机构，主轴机构与导向机构上下相对应，主轴机构包括有套筒(80)，套筒(80)内相对旋转安装有主轴(76)，主轴(76)内设有贮丝管(34)，其特征是：主轴(76)下端固定安装有上夹头体(70)，上夹头体(70)内固定安装有夹持卡头，夹持卡头包括有夹持压板(58)和夹持V型块(69)，上夹头体(70)上通过夹持圆柱销(57)铰接有夹持压块(55)，上夹头体(70)内还设有夹持压簧(56)，夹持压簧(56)顶在夹持压块(55)上，夹持压块(55)顶在夹持压板(58)上，贮丝管(34)与夹持卡头上下相对应；所述导向机构包括有导向支架(67)，导向支架(67)上固定安装有下夹头体(66)，下夹头体(66)内固定安装有导向卡头，导向卡头包括有导向压板(64)和导向V型块(65)，下夹头体(66)上通过导向圆柱销(63)铰接有导向压块(62)，下夹头体(66)内还设有导向弹簧(61)，导向弹簧(61)顶在导向压块(62)上，导向压块(62)顶在导向压板(64)上，夹持卡头与导向卡头上下相对应。

2、根据权利要求1所述的数控电火花微孔加工机床旋转送丝机构，其特征是：所述套筒(80)上固定安装有主轴支承(41)，主轴支承(41)上固定安装有电机支架(38)，电机支架(38)上安装有电机，电机上安装有电机同步带轮(44)，电机同步带轮(44)一侧传动连接有圆弧齿同步带(43)，圆弧齿同步带(43)一侧传动连接有主轴同步带轮(40)，主轴同步带轮(40)通过平键(39)固定安装在主轴(76)上。

3、根据权利要求1或2所述的数控电火花微孔加工机床旋转送丝机构，其特征是：所述套筒(80)上通过圆柱销(53)铰接有连杆(54)，连杆(54)的一端顶在所述的夹持压块(55)上，主轴支承(41)上固定安装有气缸座(51)，气缸座(51)一侧固定安装有压簧座(46)，气缸座(51)内设有活塞(45)，压簧座(46)内安装有压簧杆(48)，压簧杆(48)上穿有压簧(49)，连杆(54)的另一端位于活塞(45)和压簧(49)之间。

4、根据权利要求3所述的数控电火花微孔加工机床旋转送丝机构，其特征是：所述导向支架(67)上固定安装有微型气缸(59)，微型气缸(59)的活塞杆上固定有导向弹簧片(60)，导向弹簧片(60)顶在导向压块(62)上。

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