CN104741710A - 基于生物显微镜的加工测量一体化手提式电火花加工机床 - Google Patents

基于生物显微镜的加工测量一体化手提式电火花加工机床 Download PDF

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Abstract

基于生物显微镜的加工测量一体化手提式电火花加工机床，它涉及一种加工测量一体化电火花加工机床，以解决现有的电火化加工机床数控分辨率固定不变，而且加工过程中无法进行测量，机床结构复杂以及成本高的问题，它包括生物显微镜，它还包括主轴头、横向驱动机构和纵向驱动机构；主轴头包括第一步进电机、滚珠丝杠、导轨、滑块和旋转主轴；导轨与镜臂连接，导轨的上部安装有第一步进电机，滑块嵌入导轨上并能上下滑动，第一步进电机的输出轴与竖向设置的滚珠丝杠的一端连接，滚珠丝杠的另一端穿过滑块上的螺纹通孔并与该螺纹通孔螺纹连接；横向驱动机构和纵向驱动机构均包括两个第二步进电机和两个软轴。本发明用于电火花加工。

Description

基于生物显微镜的加工测量一体化手提式电火花加工机床
技术领域
本发明涉及一种加工测量一体化电火花加工机床，具体涉及一种以生物显微镜为基体，用软轴传动，数控分辨率可变的加工测量一体化的手提式电火花加工机床。
背景技术
目前的电火花加工机床，都是专业设计制造的专用机床本体，用丝杆螺母或齿轮副传动，其数控分辨率固定不变，而且加工过程中无法进行测量，机床结构复杂，成本价格高，而且使用上带来诸多不便。
发明内容
本发明是为解决现有的电火化加工机床数控分辨率固定不变，而且加工过程中无法进行测量，机床结构复杂以及成本高的问题，进而提供一种基于生物显微镜的加工测量一体化手提式电火花加工机床。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的基于生物显微镜的加工测量一体化手提式电火花加工机床包括生物显微镜；生物显微镜包括机械系统和光学系统，光学系统包括物镜、目镜和聚光镜；机械系统包括镜臂、镜筒、底座和移动工作台，移动工作台和镜筒均安装在镜臂上，镜筒上布置有能控制镜筒上下移动的调节手轮；移动工作台上布置有能控制移动工作台横向移动的横向调节手轮和纵向移动的纵向调节手轮；目镜安装在镜筒内，移动工作台的上方布置有连接为一体的物镜和目镜，移动工作台的下方布置有聚光镜；
它还包括主轴头、横向驱动机构和纵向驱动机构；主轴头包括第一步进电机、滚珠丝杠、导轨、滑块和旋转主轴；第一步进电机的输出轴竖向设置，导轨与镜臂连接，导轨的上部安装有第一步进电机，滑块嵌入导轨上并能上下滑动，第一步进电机的输出轴与竖向设置的滚珠丝杠的上端连接，滚珠丝杠的下端穿过滑块上的螺纹通孔并与该螺纹通孔螺纹连接，旋转主轴与滑块固接，旋转主轴的轴向与滚珠丝杠的轴向平行；
横向驱动机构和纵向驱动机构均包括两个第二步进电机和两个软轴；两个第二步进电机的轴向平行设置并安装在底座上，横向驱动机构的第二步进电机的输出轴通过软轴与横向调节手轮传动连接，纵向驱动机构的第二步进电机的输出轴通过软轴与纵向调节手轮传动连接。
本发明的有益效果：本发明加工时可以根据粗、中、精规准不同而优化、重新设置数控分辨率；而且加工中及加工后可以不卸下工件，在位测量加工表面及尺寸；实现加工测量一体化；可制作成手提式的电火花加工小型机床。
本发明提出的以生物显微镜为基体，用软轴传动，数控分辨率可变，加工-测量一体化的电火花加工机床是目前国内外所没有的，结构先进合理，数控分辨率可变，保证了旋转主轴(相当于工具电极)与工件之间的间隙，提高了工件加工精度，本发明的成本降低了65％-80％；本发明解决了传统的电火花加工机床体积和质量较大，进给传动机构复杂，价格较贵，无法随意手提移动，无法改变数控分辨率，无法实现加工-测量一体化。有较广泛的用途，并能实现产业化生产，在高等工业院校、中专、技工学校及工厂企业，都有广泛的社会需求。
附图说明
图1是具体实施方式一的立体结构示意图，图2是图1的侧视图，图3是具体实施方式六的立体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图2说明，本实施方式的基于生物显微镜的加工测量一体化手提式电火花加工机床包括生物显微镜；生物显微镜包括机械系统和光学系统，光学系统包括物镜12、目镜13和聚光镜9；机械系统包括镜臂18、镜筒20、底座8和移动工作台7，移动工作台7和镜筒20均安装在镜臂18上，镜筒20上布置有能控制镜筒20上下移动的调节手轮14；移动工作台7上布置有能控制移动工作台7横向移动的横向调节手轮和纵向移动的纵向调节手轮；目镜13安装在镜筒20内，移动工作台7的上方布置有连接为一体的物镜12和目镜13，移动工作台7的下方布置有聚光镜9；
它还包括主轴头、横向驱动机构和纵向驱动机构；主轴头包括第一步进电机1、滚珠丝杠3、导轨4、滑块5和旋转主轴6；第一步进电机1的输出轴竖向设置，导轨4与镜臂18连接，导轨4的上部安装有第一步进电机1，滑块5嵌入导轨4上并能上下滑动，第一步进电机1的输出轴与竖向设置的滚珠丝杠3的上端连接，滚珠丝杠3的下端穿过滑块5上的螺纹通孔并与该螺纹通孔螺纹连接，旋转主轴6与滑块5固接，旋转主轴6的轴向与滚珠丝杠3的轴向平行；
横向驱动机构和纵向驱动机构均包括两个第二步进电机10和两个软轴11；两个第二步进电机10的轴向平行设置并安装在底座8上，横向驱动机构的第二步进电机10的输出轴通过软轴11与横向调节手轮传动连接，纵向驱动机构的第二步进电机10的输出轴通过软轴11与纵向调节手轮传动连接。
本实施方式的移动工作台7的水平面的横向移动和纵向移动分别通过横向驱动机构上的第二步进电机带动横向调节手轮运动及纵向驱动机构上的第二步进电机带动纵向调节手轮实现的，旋转主轴6的上下移动是通过与滚珠丝杠3螺纹连接的滑块5的上下移动实现的，实现小圆孔、方孔、异形孔、阵列孔、小花纹模、浅型腔模等工件的电火花加工。本实施方式的旋转主轴相当于电火花加工的工具电极，实现电火花加工。
具体实施方式二：结合图1说明，本实施方式的滑块5上加工有T形槽，T形槽嵌入在导轨4上。如此设置，滑块连接可靠，运动稳定连续。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1和图3说明，本实施方式所述加工测量一体化手提式电火花加工机床还包括联轴节2；第一步进电机1的输出轴通过联轴节2与竖向设置的滚珠丝杠3的一端连接。如此设置，第一步进电机1与滚珠四缸3连接可靠稳定。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1和图2说明，本实施方式的第一步进电机1和两个第二步进电机10的步距角的细分数均为2、4、8、16、32、64或128；单步进给量为0.125微米至10微米。如此设置，可实现粗、中、精规准优化调节，数控分辨率可控，提高了加工精度。其它与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：结合图1和图2说明，本实施方式所述加工测量一体化手提式电火花加工机床还包括CCD图像传感器，CCD图像传感器安装在目镜13上。如此设置，可以在位测量加工后的工件表面形貌和尺寸。CCD图像传感器能与计算机通讯，在计算机屏幕上观察测量放大了的工件表面形貌和尺寸，经数字处理可求得孔或孔距的平均尺寸或误差，CCD图像传感器有体积小、重量轻、分辨率高、灵敏度高、动态范围宽和光敏元的几何精度高的特点，CCD图像传感器用于摄像或图像采集。其它与具体实施方式一或四相同。
具体实施方式六：结合图1和图3说明，本实施方式的基于生物显微镜的加工测量一体化手提式电火花加工机床包括机械系统和光学系统，光学系统包括物镜12、目镜13和聚光镜9；机械系统包括镜臂18、镜筒20、底座8和移动工作台7，移动工作台7和镜筒20均安装在镜臂18上，镜筒20上布置有能控制镜筒20上下移动的调节手轮14；移动工作台7上布置有能控制移动工作台7横向移动的横向调节手轮和纵向移动的纵向调节手轮；目镜13安装在镜筒20内，移动工作台7的上方布置有连接为一体的物镜12和目镜13，移动工作台7的下方布置有聚光镜9；
它还包括主轴头、横向驱动机构和纵向驱动机构；横向驱动机构和纵向驱动机构均包括两个第二步进电机10和两个软轴11；两个第二步进电机10的轴向平行设置并安装在底座8，横向驱动机构的第二步进电机10的输出轴通过软轴11与横向调节手轮传动连接，纵向驱动机构的第二步进电机10的输出轴通过软轴11与纵向调节手轮传动连接；
主轴头包括第一步进电机1、软轴11和旋转主轴6；旋转主轴6竖向设置并安装在物镜12上，第一步进电机1安装在底座8上，第一步进电机1的输出轴通过软轴11与调节手轮14传动连接。
本实施方式是在显微镜物镜12的位置上，安装一个具有弹簧夹头的旋转主轴6，如图3所示。用一根软轴11与显微镜上调节物镜上下运动的调节手轮14相连接，另一端与底座上的第一步进电机1相连接，实现旋转主轴6的上下运动，进而实现加工小圆孔、方孔、异形孔、阵列孔、小花纹模、浅型腔模等工件。移动工作台7在水平面上的横向和纵向的进给移动方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图3说明，本实施方式的第一步进电机1和两个第二步进电机10的步距角的细分数均为2、4、8、16、32、64或128；单步进给量为0.125微米至10微米。如此设置，可实现粗、中、精规准优化调节，数控分辨率可控，提高了加工精度。其它与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：结合图3说明，本实施方式所述加工测量一体化手提式电火花加工机床还包括CCD图像传感器，CCD图像传感器安装在目镜13上。如此设置，可以在位测量加工后的工件表面形貌和尺寸。CCD图像传感器能与计算机通讯，在计算机屏幕上观察测量放大了的工件表面形貌和尺寸，经数字处理可求得孔或孔距的平均尺寸或误差，CCD图像传感器有体积小、重量轻、分辨率高、灵敏度高、动态范围宽和光敏元的几何精度高的特点，CCD图像传感器用于摄像或图像采集。其它与具体实施方式六或七相同。
实施例
本实施例数控分辨率可变的小型化电火花加工机床的步进电机细分设置，主要采用了数控分辨率可变的细分驱动电路。改变驱动器上SW开关状态，可以对原为每步0.9度的步距角进行2、4、8、16、32、64、128细分，实现步进电机每转走400、800、1600、3200、6400、12800步，获得每步由10微米、1微米、0.5微米、0.125微米甚至更小的进给量。
表1：驱动器上的SW开关状态
SW5状态 OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF
SW6状态 ON OFF OFF ON ON OFF OFF ON ON OFF OFF ON ON OFF OFF
SW7状态 ON ON ON OFF OFF OFF OFF ON ON ON ON OFF OFF OFF OFF
SW8状态 ON ON ON ON ON ON ON OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF
步数 400 800 1600 3200 6400 12800 25600 1000 2000 4000 5000 8000 10000 20000 25000
工作过程
当本发明采用滚珠丝杠3实现工件加工时，移动工作台7上设置的槽体内盛放工作液，启动第一步进电机1，带动滚珠丝杠3转动，带动滑块5在导轨4上能上下移动，进而实现旋转主轴6上下移动，横向移动机构和纵向移动机构实现移动工作台7在水平面内横向和纵向移动，进而保证了工件和旋转主轴对准。
当采用软轴11驱动调节手轮14实现工件加工时，移动工作台7上设置的槽体内盛放工作液，启动第一步进电机1带动软轴11转动，带动调节手轮14转动，实现旋转主轴6的上下移动，横向移动机构和纵向移动机构实现移动工作台7在水平面内横向和纵向移动，进而保证了工件和旋转主轴对准。
进行电火花加工时，旋转主轴(工具电极)和工件分别接脉冲电源的两极，工件浸入工作液中，或将工作液充入放电间隙。通过控制旋转主轴向工件进给，当两电极间的间隙达到一定距离时，两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿，产生火花放电。在放电的微细通道中瞬时集中大量的热能，温度可高达一万摄氏度以上，压力也有急剧变化，从而使这一点工作表面局部微量的金属材料立刻熔化、气化，并爆炸式地飞溅到工作液中，迅速冷凝，形成固体的金属微粒，被工作液带走。这时在工件表面上便留下一个微小的凹坑痕迹，放电短暂停歇，两电极间工作液恢复绝缘状态。紧接着，下一个脉冲电压又在两电极相对接近的另一点处击穿，产生火花放电，重复上述过程。这样，虽然每个脉冲放电蚀除的金属量极少，但因每秒有成千上万次脉冲放电作用，就能蚀除较多的金属，具有一定的生产率。在保持工具电极与工件之间恒定放电间隙的条件下，一边蚀除工件金属，一边使工具电极不断地向工件进给，最后便加工出与工具电极形状相对应的形状来。因此，只要改变工具电极的形状和工具电极与工件之间的相对运动方式，就能加工出各种复杂的型面。
加工完毕后，旋转主轴6移开工件，横向移动机构和纵向移动机构实现移动工作台7在水平面内横向和纵向移动至物镜12的下方，通过目镜13和物镜12的光学系统实现在位测量加工工件表面形状尺寸，必要时，可增设CCD图像传感器，在计算机屏幕上观察测量放大了的工件表面形貌和尺寸，经数字处理可求得孔或孔距的平均尺寸或误差。

Claims (8)

1.基于生物显微镜的加工测量一体化手提式电火花加工机床，它包括生物显微镜；生物显微镜包括机械系统和光学系统，光学系统包括物镜(12)、目镜(13)和聚光镜(9)；机械系统包括镜臂(18)、镜筒(20)、底座(8)和移动工作台(7)，移动工作台(7)和镜筒(20)均安装在镜臂(18)上，镜筒(20)上布置有能控制镜筒(20)上下移动的调节手轮(14)；移动工作台(7)上布置有能控制移动工作台(7)横向移动的横向调节手轮和纵向移动的纵向调节手轮；目镜(13)安装在镜筒(20)内，移动工作台(7)的上方布置有连接为一体的物镜(12)和目镜(13)，移动工作台(7)的下方布置有聚光镜(9)；
其特征在于：它还包括主轴头、横向驱动机构和纵向驱动机构；主轴头包括第一步进电机(1)、滚珠丝杠(3)、导轨(4)、滑块(5)和旋转主轴(6)；第一步进电机(1)的输出轴竖向设置，导轨(4)与镜臂(18)连接，导轨(4)的上部安装有第一步进电机(1)，滑块(5)嵌入导轨(4)上并能上下滑动，第一步进电机(1)的输出轴与竖向设置的滚珠丝杠(3)的上端连接，滚珠丝杠(3)的下端穿过滑块(5)上的螺纹通孔并与该螺纹通孔螺纹连接，旋转主轴(6)与滑块(5)固接，旋转主轴(6)的轴向与滚珠丝杠(3)的轴向平行；
横向驱动机构和纵向驱动机构均包括两个第二步进电机(10)和两个软轴(11)；两个第二步进电机(10)的轴向平行设置并安装在底座(8)上，横向驱动机构的第二步进电机(10)的输出轴通过软轴(11)与横向调节手轮传动连接，纵向驱动机构的第二步进电机(10)的输出轴通过软轴(11)与纵向调节手轮传动连接。
2.根据权利要求1所述的基于生物显微镜的加工测量一体化手提式电火花加工机床，其特征在于：滑块(5)上加工有T形槽，T形槽嵌入在导轨(4)上。
3.根据权利要求1或2所述的基于生物显微镜的加工测量一体化手提式电火花加工机床，其特征在于：所述加工测量一体化手提式电火花加工机床还包括联轴节(2)；第一步进电机(1)的输出轴通过联轴节(2)与竖向设置的滚珠丝杠(3)的一端连接。
4.根据权利要求3所述的基于生物显微镜的加工测量一体化手提式电火花加工机床，其特征在于：第一步进电机(1)和两个第二步进电机(10)的步距角的细分数均为2、4、8、16、32、64或128；单步进给量为0.125微米至10微米。
5.根据权利要求1或4所述的基于生物显微镜的加工测量一体化手提式电火花加工机床，其特征在于：所述加工测量一体化手提式电火花加工机床还包括CCD图像传感器，CCD图像传感器安装在目镜(13)上。
6.根据权利要求1所述的基于生物显微镜的加工测量一体化手提式电火花加工机床，其特征在于：主轴头用以下结构替代：主轴头包括第一步进电机(1)、软轴(11)和旋转主轴(6)；旋转主轴(6)竖向设置并安装在物镜(12)上，第一步进电机(1)安装在底座(8)上，第一步进电机(1)的输出轴通过软轴(11)与调节手轮(14)传动连接。
7.根据权利要求6所述的基于生物显微镜的加工测量一体化手提式电火花加工机床，其特征在于：第一步进电机(1)和两个第二步进电机(10)的步距角的细分数均为2、4、8、16、32、64或128；单步进给量为0.125微米至10微米。
8.根据权利要求6或7所述的基于生物显微镜的加工测量一体化手提式电火花加工机床，其特征在于：所述加工测量一体化手提式电火花加工机床还包括CCD图像传感器，CCD图像传感器安装在目镜(13)上。
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