CN102513626B - 微细电火花加工用电极丝旋转及进给复合驱动主轴机构 - Google Patents

Abstract

一种微细电火花加工用电极丝旋转及进给复合驱动主轴机构属于微细特种加工技术领域。该主轴机构采用进给运动带动旋转运动的方式，电极丝旋转周向定位和变速度连续旋转运动采用空心轴步进电机正方向旋转驱动；电极丝蠕动式夹持进给由常闭夹子和常开夹子协调控制并配合轴向进给运动实现。常闭夹子安装在进给驱动的动子滑块上，利用单向轴承切换空心轴步进电机反方向旋转90度驱动打开；常开夹子采用电磁铁拉簧拉紧压块的小巧结构，实现闭合并柔性压紧电极丝。该机构可应用于微细电火花加工设备中，具有微细电极丝旋转周角定位、变速度连续旋转、蠕动式夹持进给的综合功能，可实现特殊形状微细工具电极在线制作、提高加工屑移除效率、补偿电极丝损耗。

Description

微细电火花加工用电极丝旋转及进给复合驱动主轴机构

技术领域

本发明属于微细特种加工技术领域，面向使用微细长电极丝的微细电火花加工，特别涉及一种微细电火花加工用电极丝旋转及进给复合驱动主轴机构。

背景技术

作为一种非接触式微细特种加工技术，微细电火花加工利用工具电极与工作之间的脉冲放电蚀除材料，具有低加工应力、无加工毛刺、可加工高硬度导电材料等工艺优势，可应用于微细孔、微细槽、微三维结构的加工。

在微细电火花加工装置中，主轴机构直接决定了系统功能、加工效率和精度。主轴具有微细电极丝旋转功能，能减少加工中不利的短路和电弧现象，有效提高脉冲放电效率；电极丝旋转功能有利于微细深孔加工中快速移除加工屑，可以加工出高深宽比和高圆度精度的微细孔。主轴具有电极丝旋转周角定位功能，可以在线制作特殊形状或更加微细的工具电极，从而实现异型孔或更微细结构的加工。主轴具有微细长电极丝夹持并蠕动进给的功能，无需频率更换电极丝，即可补偿电极丝的积累损耗，满足批量化加工的工业应用需求。

因此，若主轴机构集成微细电极丝旋转周角定位、变速度连续旋转、蠕动式夹持进给的综合功能，将会扩展微细电火花加工的功能和适用范围，但这也增加了主轴机构的设计难度。设计难点主要体现在：电极丝旋转与蠕动式夹持送丝的集成驱动、电极丝旋转和进给的位置反馈和控制、夹丝机构合理化设计、加工电源的引入与绝缘。

发明内容

针对集成微细电极丝旋转周角定位、变速度连续旋转、蠕动式夹持进给综合功能的主轴机构设计难题，考虑结构小巧、易于电控、较低成本的设计原则，本发明提供一种微细电火花加工用电极丝旋转及进给复合驱动主轴机构，可用于实现特殊形状微细工具电极在线制作、提高加工屑移除效率、补偿电极丝积累损耗。

本发明采用的技术方案为：

该结构包括常闭夹丝机构和常开夹丝机构，常闭夹丝机构由常闭绝缘压块、常闭导电压块、常闭夹子拉簧组成，常闭夹丝机构通过支撑套筒、单向旋转轴承、轴承座轴套、旋转连接支架、安装底板安装在微进给驱动滑块上；常开夹丝机构由常开夹子压盖、常开夹子绝缘压块、常开夹子连接件、电磁铁拉簧、驱动电磁铁组成，常开夹丝机构安装在连接固定支架上。

常闭夹丝机构的结构为：空心轴步进电机的输出轴与旋转主轴固连，旋转主轴由双列支撑轴承支撑，旋转主轴与支撑套筒固连，支撑套筒由单向旋转轴承支撑；支撑套筒的下端与常闭导电压块固连，常闭绝缘压块通过定位销固定在支撑套筒；常闭绝缘压块与常闭导电压块之间通过常闭夹子拉簧压紧电极丝；空心轴步进电机的正方向旋转运动驱动电极丝的旋转周向定位和变速度连续旋转运动，利用单向旋转轴承切换空心轴步进电机反方向旋转90度，实现驱动常闭绝缘压块打开常闭夹丝机构；

在常闭导电压块的下端设置常闭夹子导向片，通过常闭夹子导向片上的导向孔约束电极丝的旋转轴线与陶瓷导向管内孔的同轴精度；

常开夹丝机构的结构为：陶瓷导向管与导向管更换套筒固连；导向管更换套筒与导向管固定套筒通过螺纹配合连接；常开夹子绝缘压块与常开夹子连接件固连，设置于导向管更换套筒的上方，常开夹子连接件与驱动电磁铁之间通过电磁铁拉簧连接，常开夹子压盖设置于常开夹子绝缘压块的上方，并固定在连接固定支架上。

所述常闭导电压块上设置导电碳刷，以引入加工放电电源，具体结构为：导电碳刷通过间隙配合安装于由电刷限位底板和电刷盖板组成的电刷框架内，导电碳刷通过电刷压紧弹簧压紧在常闭导电压块上，电刷框架固定在电刷支架上，电刷支架固定在安装底板上。

所述空心轴步进电机安装在旋转电机固定支架上，旋转电机固定支架固定于安装底板上，在旋转电机固定支架上、空心轴步进电机一侧设置接近开关感应块及接近开关。

所述旋转主轴与支撑套筒之间通过旋转销钉和类凸轮键过盈配合固连。

本发明的有益效果为：

1、本发明为微细电火花加工提供了一种电极丝旋转及进给复合驱动主轴机构，集成了微细电极丝旋转周角定位、变速度连续旋转、蠕动式夹持进给综合的电控功能，可用于实现特殊形状微细工具电极在线制作、提高加工屑移除效率、补偿电极丝积累损耗，可以扩展微细电火花加工的功能和适用范围。

2、通过空心轴步进电机正方向旋转方式，实现控制电极丝轴向旋转和定位。这种无传动机构的旋转运动直接驱动方式，使主轴机构更加紧凑，节省了主轴机构的布置空间，可以降低主轴机构制造成本。

3、通过空心轴步进电机反方向旋转90度，实现驱动常闭夹子打开。不仅节省了常闭夹子驱动元件，而且解决了常闭夹子电控驱动在旋转中的引线设计难题，有利于提高机构的可靠性。

4、在常闭夹子下端具有导向孔的导向片设计结构，可以有效约束电极丝轴线与旋转轴线的同轴精度。使电极丝旋转轴线调节和控制简便。

5、常开夹丝机构和电极丝导向器集成式紧凑化设计，缩短了常闭夹子与待加工工件之间的距离。可以提高加工过程中放电间隙伺服控制的稳定性，提高电火花加工放电效率，并且紧凑化设计使电极丝工作长度得到更有效利用，降低了电极丝原材料成本。

6、可更换微细电极丝的不同内径导向器的设计结构，增加了主轴机构在加工应用中的适用范围。

附图说明

图1电极丝旋转及进给复合驱动主轴机构主视图；

图2为图1所示电极丝旋转及进给复合驱动主轴机构的右视图；

图3为图1的A-A向剖视图；

图4为图1的B-B向剖视图；

图5为图1的C-C向剖视图；

图6为图2的D-D向剖视图；

图7为电极丝蠕动式夹持进给控制过程示意图；

图中标号：

1-固定支架；2-微进给驱动滑块；3-安装底板；4-旋转电机固定支架；5-空心轴步进电机；6-电极丝；7-第一绝缘轴套；8-输出轴；9-接近开关感应块；10-紧固螺钉；11-旋转主轴；12-旋转连接支架；13-双列支撑轴承；14-轴承座轴套；15-第二绝缘轴套；16-常闭绝缘压块；17-定位销；18-单向旋转轴承；19-端盖螺钉；20-轴承端盖；21-支撑套筒；22-绝缘垫片；23-常闭导电压块；24-常闭夹子导向片；25-常开夹子压盖；26-紧固螺钉；27-常开夹子绝缘压块；28-导向管固定套筒；29-陶瓷导向管；30-导向管更换套筒；31-常开夹子连接件；32-电磁铁拉簧；33-驱动电磁铁；34-连接固定支架；35-接近开关底座；36-紧固螺钉；37-接近开关；38-紧固螺钉；39-紧固螺钉；40-紧固螺钉；41-紧固螺钉；42-拉簧固定销；43-导电碳刷；44-电刷限位底板；45-紧固螺钉；46-电刷压紧弹簧；47-紧固螺钉；48-电刷支架；49-电刷盖板；50-紧固螺钉；51-旋转销钉；52-类凸轮键；53-绝缘套筒；54-紧固螺钉；55-常闭夹子拉簧；56-紧固螺钉；

具体实施方式

本发明提供了一种微细电火花加工用电极丝旋转及进给复合驱动主轴机构，下面结合附图详细描述本发明的机械构成、连接与配合关系、动作过程和操作步骤。首先详细说明机械构成和装配连接关系；然后，说明微细电火花加工过程中微细电极丝旋转周角定位、变速度连续旋转、蠕动式夹持进给的动作过程和控制方式。

1、说明本发明的机械构成和装配连接关系

如图1～图6所示本发明实施例，机械结构及相关零部件装配连接关系：空心轴步进电机5通过螺钉与旋转电机固定支架4固连，旋转电机固定支架4通过紧固螺钉38与安装底板3固连，安装底板3通过螺钉与微进给驱动滑块2固连。空心轴步进电机5的输出轴8与旋转主轴11通过紧固螺钉10固连，步进电机的输出轴8内通过胶粘连接第一绝缘轴套7，旋转主轴11内通过胶粘连接第二绝缘轴套15，旋转主轴11由双列支撑轴承13支撑，双列支撑轴承13通过过盈配合安装在轴承座轴套14上，轴承座轴套14通过紧固螺钉40与旋转连接支架12固连，旋转连接支架12通过紧固螺钉41与安装底板3固连，旋转主轴11上通过过盈配合与类凸轮键52固连。旋转销钉51通过过盈配合固连在支撑套筒21上，支撑套筒21通过过盈配合与单向旋转轴承18连接，单向旋转轴承18通过过盈配合安装在轴承座轴套14上，轴承端盖20通过端盖螺钉19固定在轴承座轴套14上并压紧单向旋转轴承18。支撑套筒21上通过紧固螺钉54固连绝缘垫片22、常闭导电压块23和绝缘套筒53，支撑套筒21上通过过盈配合固连定位销17，定位销17上通过间隙配合连接常闭绝缘压块16，常闭绝缘压块16与常闭导电压块23通过常闭夹子拉簧55压紧电极丝6，常闭夹子拉簧55通过拉簧固定销42连接在常闭绝缘压块16与常闭导电压块23之间，常闭夹子导向片24通过胶粘固定在常闭导电压块23下端。导电碳刷43通过间隙配合安装于电刷限位底板44和电刷盖板49组成的电刷框架内，电刷限位底板44与电刷盖板49通过紧固螺钉45固连，导电碳刷43通过电刷压紧弹簧46压紧在常闭导电压块23上，电刷框架通过紧固螺钉47固定在电刷支架48上，电刷支架48通过紧固螺钉50固定在安装底板3上。连接固定支架34与导向管固定套筒28胶粘固定，陶瓷导向管29与导向管套筒30胶粘固连，导向管更换套筒30与导向管固定套筒28通过细牙螺纹配合连接，常开夹子绝缘压块27与常开夹子连接件31胶粘连接，常开夹子连接件31与驱动电磁铁33之间通过电磁铁拉簧32连接，常开夹子压盖25通过紧固螺钉26固定在连接固定支架34上，驱动电磁铁33通过紧固螺钉56固定在连接固定支架34上，连接固定支架34通过螺钉与固定支架1固连。接近开关感应块9通过紧固螺钉39与旋转电机固定支架4固连，接近开关37通过螺纹连接在接近开关底座35上，接近开关底座35通过紧固螺钉36与固定支架1固连。

2、说明微细电极丝旋转周角定位、变速度连续旋转、蠕动式夹持进给的动作过程和控制方式

电极丝6周向定位或连续旋转动作过程：控制空心轴步进电机5正方向的旋转周向定位或变速度旋转，步进电机输出轴8将带动旋转主轴11上的类凸轮键52旋转，类凸轮键52通过旋转销钉51推动支撑套筒21正方向旋转，从而带动支撑套筒21上的常闭绝缘压块16与常闭导电压块23及夹紧的电极丝6正方向旋转，通过设置空心轴步进电机5的输入脉冲控制信号的脉冲个数或脉冲频率，即可实现设定值的旋转周角定位或变速度连续旋转。

在微细电火花加工前需要进行电极丝6蠕动式夹持进给，以补偿电极丝6的积累损耗或进给电极丝6到加工区域，在加工完成后需要进行电极丝6蠕动式夹持回退，以从工件中将电极丝6退出加工区域。电极丝6蠕动式夹持进给控制动作过程(如图7所示)：在常态情况下，通过控制驱动电磁铁33得电拉紧电磁铁拉簧32闭合常开夹丝机构夹紧电极丝6，控制空心轴步进电机5反方向旋转90度打开常闭夹丝机构松开电极丝6(如图7(2)所示)，微进给驱动滑块2驱动打开的常闭夹丝机构回退一个行程(如图7(3)所示)，闭合常闭夹丝机构夹紧电极丝6，打开常开夹丝机构松开电极丝6(如图7(4)所示)，微进给驱动滑块2驱动常闭夹丝机构进给一个行程(如图7(5)所示)，即实现电极丝6的蠕动式夹持进给一个行程。同理，可以协调控制实现电极丝6的蠕动式夹持回退一个行程。

Claims (4)

1.微细电火花加工用电极丝旋转及进给复合驱动主轴机构，包括常闭夹丝机构和常开夹丝机构，常闭夹丝机构包括常闭绝缘压块（16）、常闭导电压块（23）和常闭夹子拉簧（55），常闭夹丝机构通过支撑套筒（21）、单向旋转轴承（18）、轴承座轴套（14）、旋转连接支架（12）、安装底板（3）安装在微进给驱动滑块（2）上；常开夹丝机构包括常开夹子压盖（25）、常开夹子绝缘压块（27）、常开夹子连接件（31）、电磁铁拉簧（32）和驱动电磁铁（33），常开夹丝机构安装在连接固定支架（34）上，其特征在于，

常闭夹丝机构的结构为：空心轴步进电机（5）的输出轴（8）与旋转主轴（11）固连，旋转主轴（11）由双列支撑轴承（13）支撑，旋转主轴（11）与支撑套筒（21）固连，支撑套筒（21）由单向旋转轴承（18）支撑；支撑套筒（21）的下端与常闭导电压块（23）固连，常闭绝缘压块（16）通过定位销（17）固定在支撑套筒（21）；常闭绝缘压块（16）与常闭导电压块（23）之间通过常闭夹子拉簧（55）压紧电极丝（6）；利用单向旋转轴承（18）切换空心轴步进电机（5）反方向旋转90度，实现驱动常闭绝缘压块（16）打开常闭夹丝机构；

在常闭导电压块（23）的下端设置常闭夹子导向片（24），通过常闭夹子导向片（24）上的导向孔约束电极丝（6）的旋转轴线与陶瓷导向管（29）内孔的同轴精度；

常开夹丝机构的结构为：陶瓷导向管（29）与导向管更换套筒（30）固连；导向管更换套筒（30）与导向管固定套筒（28）通过螺纹配合连接；常开夹子绝缘压块（27）与常开夹子连接件（31）固连，设置于导向管更换套筒（30）的上方，常开夹子连接件（31）与驱动电磁铁（33）之间通过电磁铁拉簧（32）连接，常开夹子压盖（25）设置于常开夹子绝缘压块（27）的上方，并固定在连接固定支架（34）上。

2.根据权利要求1所述的微细电火花加工用电极丝旋转及进给复合驱动主轴机构，其特征在于，所述常闭导电压块（23）上设置导电碳刷（43），以引入加工放电电源，具体结构为：导电碳刷（43）通过间隙配合安装于由电刷限位底板（44）和电刷盖板（49）组成的电刷框架内，导电碳刷（43）通过电刷压紧弹簧（46）压紧在常闭导电压块（23）上，电刷框架固定在电刷支架（48）上，电刷支架（48）固定在安装底板（3）上。

3.根据权利要求1所述的微细电火花加工用电极丝旋转及进给复合驱动主轴机构，其特征在于，所述空心轴步进电机（5）安装在旋转电机固定支架（4）上，旋转电机固定支架（4）固定于安装底板（3）上，在旋转电机固定支架（4）上、空心轴步进电机（5）一侧设置接近开关感应块（9）及接近开关（37）。

4.根据权利要求1所述的微细电火花加工用电极丝旋转及进给复合驱动主轴机构，其特征在于，所述旋转主轴（11）与支撑套筒（21）之间通过旋转销钉（51）和类凸轮键（52）过盈配合固连。

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