CN103447642B - 一种绝缘陶瓷涂层金属电火花加工的电极旋转及夹紧装置 - Google Patents

Abstract

一种绝缘陶瓷涂层金属电火花加工的电极旋转及夹紧装置。属于电火花加工和成形技术领域。解决目前的绝缘陶瓷涂层金属电火花加工中，电火花机床上电极旋转及夹紧装置无法在油基工作液中使用问题。工作液为油基工作液，同步带传动机构连接直流减速电机和电极回转装置，电极回转装置的空心轴的定位段配合安装在电极夹持装置的锥度连接轴的圆台形孔内，电极夹持装置夹住电极并带动电极旋转，供油管道提供的高压工作液通过电极从电极下端喷出，绝缘基板与固定块连接，固定块与机床主轴相连，机床主轴提供整个装置在竖直方向上的运动。本发明可以实现绝缘陶瓷涂层金属材料电火花加工过程中管状电极的旋转和油基工作液内冲液。

Description

一种绝缘陶瓷涂层金属电火花加工的电极旋转及夹紧装置

技术领域

本发明涉及一种金属电火花加工的电极旋转及夹紧装置，属于电火花加工和成形技术领域。

背景技术

在金属表面涂覆绝缘陶瓷涂层可以提高金属材料的耐高温性能和抗腐蚀性能，但是由于绝缘陶瓷又硬又脆且不导电，无法用传统的机械加工方法和普通的电火花加工方法进行加工，采用自诱导-内冲液电火花加工方法可以实现绝缘陶瓷涂层金属的高质量、高速度加工。该加工方法的特点是，在电火花成形加工机床上，管状电极绕自身轴线进行旋转，高压工作液从电极内孔喷出，工作液的冲刷起到了良好的排屑作用，使工件在加工过程中有良好的加工条件，解决了常规的电火花成形加工由于排屑不畅，加工到一定深度后加工不稳定甚至无法进行的问题，并且提高了加工速度；自诱导电火花加工方法为，在浸液条件下，给绝缘陶瓷表面设置相应的导电材料，通过组合夹具使导电材料接电源正极，电极接电源负极，根据放电加工的热化学反应，加工导电材料，会自诱导工件放点去产生导电膜，。随着加工的进行，导电膜持续产生，当加工至绝缘陶瓷表面，持续生成的导电膜与导电材料相连接，使导电膜带电。加工导电膜的同时，绝缘陶瓷材料也会被蚀除，从而实现绝缘陶瓷材料的加工。解决了常规电火花加工机床不适用于不导电的陶瓷材料加工的问题。但是，电火花自诱导加工使用的工作液为油基工作液，目前的电火花机床上电极旋转及夹紧装置只适用用于水基工作液，无法在油基工作液中使用。因此需要对适用于油基工作液的电极旋转及夹紧装置进行设计。

发明内容

本发明的目的是为解决目前的绝缘陶瓷涂层金属电火花加工中，电火花机床上电极旋转及夹紧装置只适用于水基工作液，无法在油基工作液中使用的问题，进而提供一种绝缘陶瓷涂层金属电火花加工的电极旋转及夹紧装置。本发明对电极旋转及夹紧装置进行设计，实现了绝缘陶瓷涂层金属高精度、高效加工。

实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种绝缘陶瓷涂层金属电火花加工的电极旋转及夹紧装置，所述的电极旋转及夹紧装置包括电极回转装置、绝缘基板、电极夹持装置、固定块、同步带传动机构、直流减速电机及电极，采用中空管状电极，所述的电极回转装置包括压力油接口、上端盖、弹簧、密封块、密封组件、上轴承、基体、下轴承、下端盖、电刷座及空心轴，所述的电极夹持装置包括上压紧盖、下压紧盖、密封塞、O型密封圈、锥度连接轴及钻夹头，绝缘基板上沿厚度方向设有第一轴孔及第二轴孔，空心轴通过上轴承和下轴承安装在基体内，基体的上端面与上端盖固定连接，基体的下端面与下端盖固定连接，下端盖及直流减速电机均与绝缘基板的上端面固定连接，直流减速电机的输出轴穿过绝缘基板的第二轴孔并与同步带传动机构的小同步带轮固定连接，上端盖设有与空心轴相通的中空腔，下端盖设有中心通孔，空心轴的上端设置在上端盖的中空腔内，空心轴的下端穿出下端盖的中心通孔及绝缘基板上的第一轴孔，压力油接口与上端盖通过螺纹连接，压力油接口与高压管路连通，压力油接口通过弹簧将密封块压紧到空心轴的上端面上，密封组件套装在空心轴上并位于上轴承的上方，密封组件与空心轴轴颈贴紧设置，电刷座安装在基体外表面的下部，电刷座上设有电刷安装孔，下端盖的上端面沿径向加工有与下端盖的中心通孔及电刷座的电刷安装孔相通的凹槽，电刷安装在电刷座的电刷安装孔及下端盖的凹槽内且与空心轴接触压紧，使脉冲电源的一极连接到空心轴上，并通过电极夹持装置连接到电极上，同步带传动机构设置在绝缘基板的下方，同步带传动机构中的大同步带轮安装在空心轴上，空心轴的下端设有连接定位段，连接定位段由上至下由螺纹连接段及定位段组成，定位段的外侧面为圆锥面，上压紧盖与下压紧盖扣合并可拆卸连接；上压紧盖上端面的中心处由上至下加工有内螺纹孔及第一台肩孔，上压紧盖的内螺纹孔与空心轴的螺纹连接段螺纹连接，下压紧盖上端面的中心处沿下压紧盖的厚度方向加工有第二台肩孔，锥度连接轴依次由制成一体的大直径圆柱体、小直径圆柱体及圆台组成，圆台的下端直径小于上端直径，锥度连接轴的下端穿过下压紧盖的第二台肩孔，锥度连接轴的大直径圆柱体的台肩端面抵靠在第二台肩孔的台肩端面上，锥度连接轴由大直径圆柱体一端的中心处向圆台一端的中心处加工有相通的圆台形孔、大直径圆柱形孔及小直径圆柱形孔，圆台形孔的大直径端位于锥度连接轴的大直径圆柱体的端面上，空心轴的定位段配合安装在锥度连接轴的圆台形孔内，锥度连接轴的圆台与钻夹头的锥孔自锁卡紧，锥度连接轴的大直径圆柱形孔内装有密封塞，O型密封圈置于锥度连接轴的圆台形孔的台肩端面上并通过空心轴下端面压紧，密封塞沿轴向设有内孔，电极的上端穿过O型密封圈并通过密封塞的内孔包紧，电极的下端通过钻夹头夹紧固定，固定块位于直流减速电机与电极回转装置之间，固定块与绝缘基板固定连接，固定块的上端与机床主轴连接。

所述的密封块由聚四氟乙烯材料制成。

所述的压力油接口与管路连接的接头采用尼龙材料制成。

所述的定位段的圆锥面的锥度为1∶5。

所述的上压紧盖下端面位于第一台肩孔的边缘处加工有方便与下压紧盖对心定位的环槽。

所述的密封塞选用抗油的丁腈橡胶材料制成。

所述的绝缘基板由环氧树脂材料制成。

发明相对于现有技术的有益效果是：一、普通电火花小孔加工机止水塞的安装使用方式，虽然密封效果比较好，但加工完毕后需要依靠水泵提供的高压水将止水塞从空心轴中冲出，采用油基工作液无法进行高压冲油来取出止水塞，本发明对锥度连接轴以及空心轴进行重新设计，将密封塞安装在锥度连接轴的大直径圆柱形孔内，这样既可以达到密封的要求，而且密封塞可以直接取出而不需要高压冲油。二、油基工作液对很多橡胶材料具有腐蚀作用，因丁腈橡胶具有抗油、抗水、耐热、耐磨损的特点，并且具有良好的压缩性和伸长力，故本装置中的密封塞及密封组件均采用抗油的丁腈橡胶材料制成。三、电极夹持装置与空心轴采用螺纹连接与锥度连接相结合的形式，这样既方便拆卸，还满足了同轴度的要求，使电极管旋转更加的平稳。本发明实现了在油基工作液中电火花加工的电极旋转内冲液。

附图说明

图1为本发明的绝缘陶瓷涂层金属电火花加工的电极旋转及夹紧装置的主视图；

图2为电极回转装置的主剖面图；

图3为电极夹持装置的主剖面图。

图中，高压管路1、电极回转装置 2、绝缘基板 3、大同步带轮 4、电极夹持装置 5、机床主轴 6、固定螺栓 7、固定块 8、同步带传动机构 9、直流减速电机 10、小同步带轮 11、电极 12、压力油接口 13、上端盖 14、弹簧 15、密封块 16、密封组件 17、上轴承 18、基体 19、下轴承 20、下端盖 21、电刷座 22、空心轴 23、键 24、上压紧盖 25、连接螺钉 26、下压紧盖 27、O型密封圈 28、锥度连接轴 29、密封塞 30、钻夹头 31、同步带 32、中空腔 14-1、空腔 23-1、螺纹连接段 23-2、定位段 23-3、电刷安装孔 22-1、凹槽 21-1、内螺纹孔 25-1、第一台肩孔 25-2、环槽 25-3、大直径圆柱体 29-1、小直径圆柱体 29-2、圆台 29-3、圆台形孔 29-4、大直径圆柱形孔 29-5、小直径圆柱形孔29-6。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1-3所示，一种绝缘陶瓷涂层金属电火花加工的电极旋转及夹紧装置，所述的电极旋转及夹紧装置包括电极回转装置2、绝缘基板3、电极夹持装置5、固定块8、同步带传动机构9、直流减速电机10及电极12，电极12采用中空管状电极，所述的电极回转装置2包括压力油接口13、上端盖14、弹簧15、密封块16、密封组件17、上轴承18、基体19、下轴承20、下端盖21、电刷座22及空心轴23，所述的电极夹持装置5包括上压紧盖25、下压紧盖27、密封塞30、O型密封圈28、锥度连接轴29及钻夹头31，绝缘基板3上沿厚度方向设有第一轴孔及第二轴孔，空心轴23通过上轴承18和下轴承20安装在基体19内，基体19的上端面与上端盖14固定连接，基体19的下端面与下端盖21固定连接，下端盖21及直流减速电机10均与绝缘基板3的上端面固定连接，直流减速电机10的输出轴穿过绝缘基板3的第二轴孔并与同步带传动机构9的小同步带轮11固定连接，上端盖14设有与空心轴23相通的中空腔14-1，下端盖21设有中心通孔，空心轴23的上端设置在上端盖14的中空腔14-1内，空心轴23的下端穿出下端盖21的中心通孔及绝缘基板3上的第一轴孔，压力油接口13与上端盖14通过螺纹连接，压力油接口13与高压管路1连通，压力油接口13通过弹簧15将密封块16压紧到空心轴23的上端面上，密封组件17套装在空心轴23上并位于上轴承18的上方，密封组件17与空心轴23轴颈贴紧设置，电刷座22安装在基体19外表面的下部，电刷座22上设有电刷安装孔22-1，下端盖21的上端面沿径向加工有与下端盖21的中心通孔及电刷座22的电刷安装孔22-1相通的凹槽21-1，电刷(图2中未画出)安装在电刷座22的电刷安装孔22-1及下端盖21的凹槽21-1内且与空心轴23接触压紧，使脉冲电源的一极连接到空心轴23上，并通过电极夹持装置5连接到电极12上，同步带传动机构9设置在绝缘基板3的下方，同步带传动机构9中的大同步带轮4安装在空心轴23上，空心轴23通过键24与同步带传动机构9中的大同步带轮4连接，空心轴23上设有弹簧挡圈槽，同步带传动机构9中的大同步带轮4通过设置在弹簧挡圈槽内的弹簧挡圈轴向限位，空心轴23的下端设有连接定位段，连接定位段由上至下由螺纹连接段23-2及定位段23-3组成，定位段23-3的外侧面为圆锥面，上压紧盖25与下压紧盖27扣合并通过连接螺钉26可拆卸连接；上压紧盖25上端面的中心处由上至下加工有内螺纹孔25-1及第一台肩孔25-2，上压紧盖25的内螺纹孔25-1与空心轴23的螺纹连接段23-2螺纹连接，下压紧盖27上端面的中心处沿下压紧盖27的厚度方向加工有第二台肩孔，锥度连接轴29依次由制成一体的大直径圆柱体29-1、小直径圆柱体29-2及圆台29-3组成，圆台29-3的下端直径小于上端直径，锥度连接轴29的下端穿过下压紧盖27的第二台肩孔，锥度连接轴29的大直径圆柱体29-1的台肩端面抵靠在第二台肩孔的台肩端面上，锥度连接轴29由大直径圆柱体29-1一端的中心处向圆台29-3一端的中心处加工有相通的圆台形孔29-4、大直径圆柱形孔29-5及小直径圆柱形孔29-6，圆台形孔29-4的大直径端位于锥度连接轴29的大直径圆柱体29-1的端面上，空心轴23的定位段23-3配合安装在锥度连接轴29的圆台形孔29-4内，锥度连接轴29的圆台29-3(圆台锥面为JT0莫氏锥面)与钻夹头31的锥孔自锁卡紧，锥度连接轴29的大直径圆柱形孔29-5内装有密封塞30，O型密封圈28置于锥度连接轴29的圆台形孔29-4的台肩端面上并通过空心轴23下端面压紧，提供一定压力后，密封塞30外侧面与锥度连接轴29紧密贴合，密封塞30沿轴向设有内孔，电极12的上端穿过O型密封圈28并通过密封塞30的内孔包紧，这种“内涨式”的静密封结构减少了压力油进入电极12之前的泄漏和压力损失，同时又保证了电极夹持装置5与电极回转装置2旋转的同心度，电极12的下端通过钻夹头31(钻夹头31为现有技术，钻夹头31为三爪夹头)夹紧固定，固定块8位于直流减速电机10与电极回转装置2之间，固定块8与绝缘基板3通过固定螺栓7固定连接，固定块8的上端与机床主轴6连接，提供整个装置在竖直方向上的运动。工作液为油基工作液。

同步带传动机构9由大同步带轮4、小同步带轮11及同步带32组成，小同步带轮11通过同步带32带动大同步带轮4转动，从而带动空心轴23旋转。空心轴23中间的空腔23-1作为容纳电极12的空间。大同步带轮4的齿数为65，小同步带轮11的齿数为21。

所述的密封块16由聚四氟乙烯材料制成；所述的压力油接口13与管路连接的接头采用尼龙材料制成，提供绝缘隔离；所述的密封塞30选用抗油的丁腈橡胶材料制成，可提供良好的动密封效果，防止工作液煤油泄漏污染下轴承20润滑；所述的绝缘基板3由环氧树脂材料制成，具有很好的绝缘性能，实现整个装置与电火花成形机床的绝缘隔离。

具体实施方式二：如图2所示，具体实施方式一所述的一种绝缘陶瓷涂层金属电火花加工的电极旋转及夹紧装置，所述的定位段23-3的圆锥面的锥度为1∶5。

具体实施方式三：如图3所示，具体实施方式一或二所述的一种绝缘陶瓷涂层金属电火花加工的电极旋转及夹紧装置，所述的上压紧盖25下端面位于第一台肩孔25-2的边缘处加工有方便与下压紧盖27对心定位的环槽25-3。

工作原理：电极回转装置2提供电极的回转运动，其中的密封组件17可防止电极12内冲液时压力油的泄漏，并且通过侧面的电刷座22给旋转电极12供电。电极夹持装置5提供电极12的夹紧，通过电极回转装置2带动其旋转，进而带动电极12旋转。环氧树脂绝缘基板3具有很好的绝缘性能，实现整个装置与电火花成形机床的绝缘隔离。同步带传动机构9分别连接直流减速电机10和电极回转装置2上的空心轴23，空心轴23下端与电极夹持装置5相连接，电极夹持装置5通过钻夹头31将电极12夹紧，直流减速电机10通过同步带传动机构9带动空心轴23旋转，进而带动电极夹持装置5和电极12的旋转。供油管道1所提供的压力油通过电极回转装置2上端的压力油接口13进入空心轴23，从电极12的下端喷出，从而实现电极12的内冲液。整个装置通过与绝缘基板3相连的固定块8固定在电火花机床的主轴(Z轴)6上，电火花机床的主轴6给整个装置提供竖直方向上的运动。

工作时，压力油经压力油接口13进入空心轴23内，再由电极管12的中心孔喷出，实现电极管12内的冲液。

Claims (7)

1.一种绝缘陶瓷涂层金属电火花加工的电极旋转及夹紧装置，所述的电极旋转及夹紧装置包括电极回转装置(2)、绝缘基板(3)、电极夹持装置(5)、固定块(8)、同步带传动机构(9)、直流减速电机(10)及电极(12)，其特征是：采用中空管状电极，所述的电极回转装置(2)包括压力油接口(13)、上端盖(14)、弹簧(15)、密封块(16)、密封组件(17)、上轴承(18)、基体(19)、下轴承(20)、下端盖(21)、电刷座(22)及空心轴(23)，所述的电极夹持装置(5)包括上压紧盖(25)、下压紧盖(27)、密封塞(30)、O型密封圈(28)、锥度连接轴(29)及钻夹头(31)，绝缘基板(3)上沿厚度方向设有第一轴孔及第二轴孔，空心轴(23)通过上轴承(18)和下轴承(20)安装在基体(19)内，基体(19)的上端面与上端盖(14)固定连接，基体(19)的下端面与下端盖(21)固定连接，下端盖(21)及直流减速电机(10)均与绝缘基板(3)的上端面固定连接，直流减速电机(10)的输出轴穿过绝缘基板(3)的第二轴孔并与同步带传动机构(9)的小同步带轮(11)固定连接，上端盖(14)设有与空心轴(23)相通的中空腔(14-1)，下端盖(21)设有中心通孔，空心轴(23)的上端设置在上端盖(14)的中空腔(14-1)内，空心轴(23)的下端穿出下端盖(21)的中心通孔及绝缘基板(3)上的第一轴孔，压力油接口(13)与上端盖(14)通过螺纹连接，压力油接口(13)与高压管路(1)连通，压力油接口(13)通过弹簧(15)将密封块(16)压紧到空心轴(23)的上端面上，密封组件(17)套装在空心轴(23)上并位于上轴承(18)的上方，密封组件(17)与空心轴(23)轴颈贴紧设置，电刷座(22)安装在基体(19)外表面的下部，电刷座(22)上设有电刷安装孔(22-1)，下端盖(21)的上端面沿径向加工有与下端盖(21)的中心通孔及电刷座(22)的电刷安装孔(22-1)相通的凹槽(21-1)，电刷安装在电刷座(22)的电刷安装孔(22-1)及下端盖(21)的凹槽(21-1)内且与空心轴(23)接触压紧，使脉冲电源的一极连接到空心轴(23)上，并通过电极夹持装置(5)连接到电极(12)上，同步带传动机构(9)设置在绝缘基板(3)的下方，同步带传动机构(9)中的大同步带轮(4)安装在空心轴(23)上，空心轴(23)的下端设有连接定位段，连接定位段由上至下由螺纹连接段(23-2)及定位段(23-3)组成，定位段(23-3)的外侧面为圆锥面，上压紧盖(25)与下压紧盖(27)扣合并可拆卸连接；上压紧盖(25)上端面的中心处由上至下加工有内螺纹孔(25-1)及第一台肩孔(25-2)，上压紧盖(25)的内螺纹孔(25-1)与空心轴(23)的螺纹连接段(23-2)螺纹连接，下压紧盖(27)上端面的中心处沿下压紧盖(27)的厚度方向加工有第二台肩孔，锥度连接轴(29)依次由制成一体的大直径圆柱体(29-1)、小直径圆柱体(29-2)及圆台(29-3)组成，圆台(29-3)的下端直径小于上端直径，锥度连接轴(29)的下端穿过下压紧盖(27)的第二台肩孔，锥度连接轴(29)的大直径圆柱体(29-1)的台肩端面抵靠在第二台肩孔的台肩端面上，锥度连接轴(29)由大直径圆柱体(29-1)一端的中心处向圆台(29-3)一端的中心处加工有相通的圆台形孔(29-4)、大直径圆柱形孔(29-5)及小直径圆柱形孔(29-6)，圆台形孔(29-4)的大直径端位于锥度连接轴(29)的大直径圆柱体(29-1)的端面上，空心轴(23)的定位段(23-3)配合安装在锥度连接轴(29)的圆台形孔(29-4)内，锥度连接轴(29)的圆台(29-3)与钻夹头(31)的锥孔自锁卡紧，锥度连接轴(29)的大直径圆柱形孔(29-5)内装有密封塞(30)，O型密封圈(28)置于锥度连接轴(29)的圆台形孔(29-4)的台肩端面上并通过空心轴(23)下端面压紧，密封塞(30)沿轴向设有内孔，电极(12)的上端穿过O型密封圈(28)并通过密封塞(30)的内孔包紧，电极(12)的下端通过钻夹头(31)夹紧固定，固定块(8)位于直流减速电机(10)与电极回转装置(2)之间，固定块(8)与绝缘基板(3)固定连接，固定块(8)的上端与机床主轴(6)连接。

2.如权利要求1所述的一种绝缘陶瓷涂层金属电火花加工的电极旋转及夹紧装置，其特征是：所述的密封块(16)由聚四氟乙烯材料制成。

3.如权利要求1所述的一种绝缘陶瓷涂层金属电火花加工的电极旋转及夹紧装置，其特征是：所述的压力油接口(13)与管路连接的接头采用尼龙材料制成。

4.如权利要求1所述的一种绝缘陶瓷涂层金属电火花加工的电极旋转及夹紧装置，其特征是：所述的定位段(23-3)的圆锥面的锥度为1:5。

5.如权利要求1或4所述的一种绝缘陶瓷涂层金属电火花加工的电极旋转及夹紧装置，其特征是：所述的上压紧盖(25)下端面位于第一台肩孔(25-2)的边缘处加工有方便与下压紧盖(27)对心定位的环槽(25-3)。

6.如权利要求1所述的一种绝缘陶瓷涂层金属电火花加工的电极旋转及夹紧装置，其特征是：所述的密封塞(30)选用抗油的丁腈橡胶材料制成。

7.如权利要求1、2或6所述的一种绝缘陶瓷涂层金属电火花加工的电极旋转及夹紧装置，其特征是：所述的绝缘基板(3)由环氧树脂材料制成。