CN102218575B - 一种微细电解及微细电火花加工机床的主轴系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种微细电解及微细电火花加工机床的主轴系统。包括有进电装置、中间主轴传动装置、陶瓷轴承装置、微细工具电极锥形定位装置和阵列孔减振结构装置,其中进电装置包括有进电垫片、调节钮、进电支撑架、不锈钢球；中间主轴传动装置包括伺服电机、伺服电机带轮、中间主轴轴端带轮、中间主轴、上端盖、中间主轴小带轮、下端盖、主轴带轮、主轴、中间聚甲醛块；陶瓷轴承装置包括V型轴承固定架和V型陶瓷轴承；微细工具电极锥形定位装置包括锥形定位套、微细工具电极；阵列孔减振结构由支撑板组成，本发明可以实现微细电解加工及微细电火花加工，本发明结构简单、实用性强，可以提高主轴的回转精度，且相对于其他进行微细加工的主轴成本明显降低。

Description

一种微细电解及微细电火花加工机床的主轴系统

技术领域

本发明是一种微细电解及微细电火花加工机床的主轴系统，可以进行微细电解加工和微细电火花加工，属于特种加工机床主轴系统的改造技术。

背景技术

随着现在制造技术水平逐步向微小化、精密化的方向发展，而特种加工方法则具有原理上的优势。特种加工方法多属于非接触加工,一般没有宏观的切削力作用，因此在微小尺度零件的加工中有着不可替代的优越性。微细电火花加工方法和微细电解加工方法同属于特种加工领域。

电解加工是微精制造的一种，是利用金属在电解液中发生阳极溶解的原理将工件加工成型的一种特种加工方法，具有加工过程中没有宏观力、加工范围广、生产率高、表面质量好、工具阴极无损耗等显著优点，尤其适合于难加工材料和复杂形状零件的加工，在兵器、汽车、医疗器材、电子、模具等行业中已得到了广泛应用。微细电解加工（electrochemical micro machining，EMM）是指在微细加工范围内(1µm～1mm)，应用电解加工得到高精度、微小尺寸零件的加工方法。在微细电解加工中，工件材料以离子的形式被蚀除，理论上可达到微米甚至纳米级加工精度，除具有电解加工的优点外，微细电解加工也具有对装备要求高、加工间隙小等特点。

电火花加工是利用浸在工作液中的两极间隙脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的一种加工方法。电火花加工具有如下特点：可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的导电性材料；加工时无明显机械力，适用于低刚度工件和微细结构的加工。

微细电解加工和微细电火花加工一般都是采用电机传输动力给主轴或者电主轴结构。用电机传输动力给主轴方式又容易把电机的振动传输至主轴而影响加工精度；采用电主轴方式价格则普遍比较高。微细电加工加工的精度量级比较高，除了对相应的控制系统和加工监测系统要求高外，电加工机床的精度和成本也是电加工被普遍应用和快速发展的决定性因素，因此开发出简单易行、成本较低的微细电加工装备很有必要，也很有发展前景。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种可以实现的微细电解加工及微细电火花加工机床的主轴系统。本发明结构简单、实用性强，可以提高主轴的回转精度，且相对于其他进行微细加工的主轴成本明显降低。

本发明的技术方案是：本发明的微细电解及微细电火花加工机床的主轴系统，包括有进电装置、中间主轴传动装置、陶瓷轴承装置、微细工具电极锥形定位装置和阵列孔减振结构装置,其中进电装置包括有进电垫片、调节钮、进电支撑架、不锈钢球；中间主轴传动装置包括伺服电机、伺服电机带轮、中间主轴轴端带轮、中间主轴、上端盖、中间主轴小带轮、下端盖、主轴带轮、主轴、中间聚甲醛块；陶瓷轴承装置包括V型轴承固定架和V型陶瓷轴承；微细工具电极锥形定位装置包括锥形定位套、微细工具电极；阵列孔减振结构由支撑板组成，调节钮安装固定在进电支撑架上，进电垫片紧固在调节钮的顶端，调节钮装设在不锈钢球上，不锈钢球与主轴连接；上述伺服电机安装在中间聚甲醛块上，伺服电机带轮安装固定在伺服电机的输出轴上，中间主轴轴端带轮安装固定在中间主轴的轴端，中间主轴的两端支承在上端盖和下端盖，中间主轴小带轮和主轴带轮分别安装固定在中间主轴和主轴上，伺服电机带轮与主轴带轮之间用一级皮带连接，中间主轴小带轮与中间主轴轴端带轮之间用二级皮带连接；上述V型陶瓷轴承安装固定在V型轴承固定架上；上述微细工具电极安装在主轴上，锥形定位套与主轴下端连接，且锥形定位套顶住微细工具电极锥面的下端，使微细工具电极和主轴连接；两块平行的支撑板安装固定在主轴固定板上，中间聚甲醛块安装在两平行的支撑板之间，V型轴承固定架安装固定在中间聚甲醛块上，进电支撑架安装固定在V型轴承固定架上。

上述两块平行的支撑板通过螺栓安装固定在主轴固定板上；中间聚甲醛块通过螺栓安装在两平行的支撑板之间；V型轴承固定架通过四个紧固螺栓安装固定在中间聚甲醛块上；进电支撑架通过紧固螺栓安装固定在V型轴承固定架上。

上述调节钮通过螺纹结构安装固定在进电支撑架上；进电垫片用螺钉紧固在调节钮的顶端。

上述调节钮和不锈钢球通过球面和平面接触的形式定位，不锈钢球通过主轴上端端面上的凹坑和主轴连接。

上述伺服电机通过其上端的法兰安装面用螺钉安装在中间聚甲醛块上；伺服电机带轮通过螺钉安装固定在伺服电机轴上，中间主轴轴端带轮通过螺钉安装固定在中间主轴的轴端。

上述中间主轴的一端通过上端角接触轴承、上端弹性挡圈支承在上端盖上，中间主轴的另一端通过下端弹性挡圈、下端角接触轴承支承在下端盖上。

上述中间主轴小带轮和主轴带轮分别通过螺钉安装固定在中间主轴和主轴上。

上述V型陶瓷轴承通过V型轴承固定架上的台阶和V面安装固定在V型轴承固定架上。

上述微细工具电极通过其后端的锥面安装在主轴端面的锥形孔中；上述的锥形定位套通过螺纹和主轴下端连接。

上述两平行支撑板上开有阵列孔。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1）以不锈钢球和主轴通过主轴端面上的凹坑压紧接触导电代替传统的电刷和导电滑环结构，极大程度上降低了成本，架构方便易行；且不锈钢球磨损后可以直接更换，方便易行。

2）调节不锈钢球上端的调节钮，可以实现主轴位置的细微调节，使二级皮带的预紧力达到适合加工的数值。

3）采用中间主轴过渡的动力传输策略，隔离了伺服电机和主轴之间振动的传输，利于保证主轴精度；增加了中间一级，可以稳定的得到更大的变速比。

4）V型陶瓷轴承变普通滚动轴承的面接触为滑动轴承的线接触，结构简单；且在V型陶瓷轴承可以取下更换，操作简单便于操作维护。

5）中间部分采用聚甲醛材料，其具有较好的刚性和吸振性等综合性能，可减轻整体结构的重量；两侧支撑板上开有阵列孔，可减轻重量并促进加工过程中产生热量的尽快散失，减小因温度变化而导致的整体结构的热变形；聚甲醛材料结构可有效防止杂散电容对加工的影响。

6）微细电极锥形定位装置以锥面实现微细工具电极的精确安装定位，可以实现维系工具电极的精确安装定位且结构简单。

本发明是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的微细电解及微细电火花加工机床的主轴系统。

附图说明

图1为本发明实施例机床主轴系统结构的侧视图；

图2为本发明实施例机床主轴系统结构的正视图；

图3为图2中的A-A剖视图；

图4为图3中B处的局部视图；

图5为本发明实施例机床主轴系统中V型陶瓷轴承的结构示意图。

图中：1、支撑板，2、伺服电机带轮，3、一级皮带，4、中间主轴轴端带轮，5、调节钮，6、不锈钢球，7、进电支撑架，8、二级皮带，9、主轴带轮，10、主轴，11、V型轴承固定架，12、锥形定位套，13、主轴固定板，14、上端角接触轴承，15、上端弹性挡圈，16、上端盖，17、中间主轴小带轮，18、伺服电机，19、中间聚甲醛块，20、下端盖，21、下端角接触轴承，22、中间主轴，23、下端弹性挡圈，24、微细工具电极，25、V型陶瓷轴承，26、进电垫片。

具体实施方式

实施例：

本发明的结构示意图如图1、2、3、4所示，实施例为：如图1、2、3、4、5所示，本发明包括以下几个部分：包括有进电装置、中间主轴传动装置、陶瓷轴承装置、微细工具电极锥形定位装置和阵列孔减振结构装置。各个组成部分的具体实施方式如下：

本实施例中，进电装置由进电垫片26、调节钮5、不锈钢球6、主轴10、锥形定位套12和微细工具电极24组成。进电垫片26设在调节钮5的上端，通过紧固螺钉固定，电源线接在进电垫片26上；调节钮5设在进电支撑架7上，通过螺纹和进电支撑架7铰接；调节钮5和不锈钢球6点接触，实现电流的传输；微细工具电极24通过后端的锥形面和主轴10下端的锥形盲孔接触，经锥形定位套12顶住微细工具电极24后端锥面的而使其与主轴10紧密接触而实现定位；锥形定位套12经过螺纹连接与主轴10下端铰接，拧紧的过程可以顶住微细工具电极24的大锥面端。上述调节钮5通过外螺纹固定在进电支撑架的螺纹孔中，可以旋动带动主轴10调节上下位置，使主轴和中间主轴之间的皮带保持有合适的预紧力；上述的不锈钢球6的上端和调节钮5通过球面和平面接触定位，下端通过主轴上端面的凹坑结构和主轴连接，实现固定安装和导电。因调节钮5和主轴10的硬度和耐磨性较好，不锈钢球6的硬度和耐磨性相对较小，长时间旋转过程中不锈钢球6会发生磨损，但是可以及时取下更换，非常方便。

本实施例中，中间主轴传动装置由伺服电机18、伺服电机带轮2、一级皮带3、中间主轴轴端带轮4、中间主轴22、上端盖16、上端角接触轴承14、上端弹性挡圈15、中间主轴小带轮17、二级皮带8、下端弹性挡圈23、下端角接触轴承21、下端盖20、主轴带轮9、主轴10、锥形定位套12、微细工具电极24和中间聚甲醛块19组成。伺服电机18通过其上端的法兰安装面用螺钉安装在中间聚甲醛块19上；伺服电机带轮2和中间主轴轴端带轮4通过中间通孔和伺服电机18主轴及中间主轴22连接定位，并通过带轮上的沉头孔及轴上的螺纹盲孔用螺钉拧紧固定，力矩从轴上经紧固螺钉的侧壁传输至带轮上；一级皮带3安装在伺服电机带轮2和中间主轴轴端带轮4的皮带槽中，动力通过一级皮带3和两个带轮之间的摩擦力传输；上端盖16用螺钉安装固定在中间聚甲醛块19上，顶住上端角接触轴承14外圈；上端角接触轴承14的外圈分别被上端盖16和中间聚甲醛块19的台阶固定，内圈被安装在中间主轴22的开槽中的上端弹性挡圈15固定；下端盖20用螺钉安装固定在中间聚甲醛块19上，顶住下端角接触轴承21外圈；下端角接触轴承21的外圈分别被下端盖20和中间聚甲醛块19的台阶固定，内圈被安装在中间主轴22的开槽中的下端弹性挡圈23固定；中间主轴小带轮17经通孔安装在中间主轴22上，并用沉头螺钉拧紧固定；主轴带轮9经通孔安装在主轴10上，并用沉头螺钉拧紧固定，二级皮带8倾斜安装在主轴带轮9和中间主轴小带轮4的带槽中，依靠带轮和二级皮带之间的摩擦力实现传动和对主轴带轮的向上拉的作用。

本实施例中，陶瓷轴承装置为V型陶瓷轴承结构，由V型陶瓷轴承25和V型轴承固定架11构成。其中V型陶瓷轴承25设在V型轴承固定座11上，通过V型轴承固定座11的V面约束V型陶瓷轴承25水平方向的自由度，V型轴承固定座11V面处得小台阶约束V型陶瓷轴承25竖直方向的自由度，主轴同时受到二级皮带8的拉力而压紧V型陶瓷轴承25，整体结合实现了V型陶瓷轴承25的精确安装固定。

本实施例中，主轴10受到二级皮带8的拉力而同时压紧在两个V型陶瓷轴承25上，实现水平方向的安装定位；二级皮带8倾斜安装，对主轴10有一个向上的拉力，主轴10上端通过凹坑结构和不锈钢球6连接，受到不锈钢球6向下的力，从而使主轴10在竖直方向上实现了精确安装固定。

本实施例中，二级皮带8和主轴带轮9结合实现了对主轴10转矩的传输，主轴带轮9设在主轴的两块V型陶瓷轴承25的中间部位，有别于常规带轮安装在主轴一端的传动方式。

本实施例中，两侧的平行支撑板1上均匀对称的开有阵列孔，减轻主轴结构整体重量的同时，可以实现整个系统产生的热量的及时散出，减小加工热使结构产生热变形；中间主轴22和伺服电机18的安装体中间聚甲醛块19用聚甲醛材料，实现了整体重量的减轻，聚甲醛材料综合性能良好，可以满足性能要求，降低成本。

本发明的工作原理如下：通电后，电流经进电垫片26、调节钮5、不锈钢球6、主轴10和锥形定位套12传输至微细工具电极24上，在微细工具电极24与加工工件之间的小间隙之间和电解液作用实现电解加工或电火花加工，不锈钢球6磨损后可以方便的取下进行更换；动力由伺服电机18经一级皮带3和二级皮带8传输至主轴带轮9，进而带动主轴10和微细工具电极24实现旋转，该中间主轴22过渡结构吸收了电机转动过程中产生的振动，消除了对主轴10精度的影响；主轴10通过二级皮带8的斜向拉力作用而和V形陶瓷轴承25紧密接触实现水平方向定位；中间聚甲醛块19对整个加工过程中的振动都有明显的吸收和消除作用，可以起到保证精度的作用。

Claims (10)

1.一种微细电解及微细电火花加工机床的主轴系统，其特征在于包括有进电装置、中间主轴传动装置、陶瓷轴承装置、微细工具电极锥形定位装置和阵列孔减振结构,其中进电装置包括有进电垫片（26）、调节钮（5）、进电支撑架（7）、不锈钢球（6）；中间主轴传动装置包括伺服电机（18）、伺服电机带轮（2）、中间主轴轴端带轮（4）、中间主轴（22）、上端盖（16）、中间主轴小带轮（17）、下端盖（20）、主轴带轮（9）、主轴（10）、中间聚甲醛块（19）；陶瓷轴承装置包括V型轴承固定架（11）和V型陶瓷轴承（25）；微细工具电极锥形定位装置包括锥形定位套（12）、微细工具电极（24）；阵列孔减振结构由支撑板（1）组成，调节钮（5）安装固定在进电支撑架（7）上，进电垫片（26）紧固在调节钮（5）的顶端，调节钮（5）装设在不锈钢球（6）上，不锈钢球（6）与主轴（10）连接；上述伺服电机（18）安装在中间聚甲醛块（19）上，伺服电机带轮（2）安装固定在伺服电机（18）的输出轴上，中间主轴轴端带轮（4）安装固定在中间主轴（22）的轴端，中间主轴（22）的两端支承在上端盖（16）和下端盖（20）上，中间主轴小带轮（17）和主轴带轮（9）分别安装固定在中间主轴（22）和主轴（10）上，一级皮带（3）安装在伺服电机带轮（2）和中间主轴轴端带轮（4）的皮带槽中，二级皮带（8）倾斜安装在主轴带轮（9）和中间主轴小带轮（4）的带槽中；上述V型陶瓷轴承（25）安装固定在V型轴承固定架（11）上；上述微细工具电极（24）安装在主轴（10）上，锥形定位套（12）与主轴（10）下端连接，且锥形定位套（12）顶住微细工具电极（24）锥面的下端，使微细工具电极（24）和主轴（10）连接；两块平行的支撑板（1）安装固定在主轴固定板（13）上，中间聚甲醛块（19）安装在两平行的支撑板（1）之间，V型轴承固定架（11）安装固定在中间聚甲醛块（19）上，进电支撑架（7）安装固定在V型轴承固定架（11）上。

2.根据权利要求1所述的微细电解及微细电火花加工机床的主轴系统，其特征在于上述两块平行的支撑板（1）通过螺栓安装固定在主轴固定板（13）上；中间聚甲醛块（19）通过螺栓安装在两平行的支撑板（1）之间；V型轴承固定架（11）通过四个紧固螺栓安装固定在中间聚甲醛块（19）上；进电支撑架（7）通过紧固螺栓安装固定在V型轴承固定架（11）上。

3.根据权利要求1所述的微细电解及微细电火花加工机床的主轴系统，其特征在于上述调节钮（5）通过螺纹结构安装固定在进电支撑架（7）上；进电垫片（26）用螺钉紧固在调节钮（5）的顶端。

4.根据权利要求1所述的微细电解及微细电火花加工机床的主轴系统，其特征在于上述调节钮（5）和不锈钢球（6）通过球面和平面接触的形式定位，不锈钢球（6）通过主轴（10）上端端面上的凹坑和主轴（10）连接。

5.根据权利要求1所述的微细电解及微细电火花加工机床的主轴系统，其特征在于上述伺服电机（18）通过其上端的法兰安装面用螺钉安装在中间聚甲醛块（19）上；伺服电机带轮（2）通过螺钉安装固定在伺服电机（18）轴上，中间主轴轴端带轮（4）通过螺钉安装固定在中间主轴（22）的轴端。

6.根据权利要求1所述的微细电解及微细电火花加工机床的主轴系统，其特征在于上述中间主轴（22）的一端通过上端角接触轴承（14）、上端弹性挡圈（15）支承在上端盖（16）上，中间主轴（22）的另一端通过下端弹性挡圈（23）、下端角接触轴承（21）支承在下端盖（20）上。

7.根据权利要求1所述的微细电解及微细电火花加工机床的主轴系统，其特征在于上述中间主轴小带轮（17）和主轴带轮（9）分别通过螺钉安装固定在中间主轴（22）和主轴（10）上。

8.根据权利要求1所述的微细电解及微细电火花加工机床的主轴系统，其特征在于上述V型陶瓷轴承（25）通过V型轴承固定架（11）上的台阶和V面安装固定在V型轴承固定架（11）上。

9.根据权利要求1所述的微细电解及微细电火花加工机床的主轴系统，其特征在于上述微细工具电极（24）通过其后端的锥面安装在主轴端面的锥形孔中；上述的锥形定位套（12）通过螺纹和主轴（10）下端连接。

10.根据权利要求1所述的微细电解及微细电火花加工机床的主轴系统，其特征在于上述两平行支撑板（1）上开有阵列孔。