CN104907669B - 基于流体和机械运动复合断弧及高效排屑的放电切割机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于流体和机械运动复合断弧及高效排屑的放电切割机构，包括使电极沿其轴线往复运动的往复运动单元、使电极沿进给方向振动的电极振动辅助排屑单元、使电极绕其轴线旋转的电极旋转单元、对加工区域辅助高速冲液的高速冲液单元和使电极在做旋转、振动和往复运动的情况下，电极伸出末端实现夹紧功能的电极末端夹紧单元。本发明具备电极的复杂运动、高速冲液、加载加工电流至电极、实现电极末端随动和紧固的多种功能，可以很好地运用于电弧轮廓切割的新型技术上。

Description

基于流体和机械运动复合断弧及高效排屑的放电切割机构
技术领域
本发明涉及一种电弧放电切割的加工方法所采用的新型机构，具体为基于流体动力和机械运动复合断弧及高效排屑的放电切割机构。
背景技术
为了解决航天和军工等领域中难加工材料的大厚度工件加工中存在的各种问题，本发明提出了一种基于流体动力和机械动力复合断弧及高效排屑的放电切割的新型机构，本发明机构能很好地弥补现有放电加工技术的不足，进一步扩展高速放电加工技术的运用领域，从而达到方便、经济地实现具有成型、下料等切割特征功能的放电切割加工方法所有的新型机构。
由于基于流体和机械运动复合断弧及高效排屑的电弧轮廓切割放电加工方法主要特点有：1.大厚度、大能量、高效的电弧轮廓切割；2.流体和机械运动复合断弧；3.机械运动和高速冲液复合方式辅助高效排屑。因此，本发明给出了一种能适用该加工方法的新型机构，
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种基于流体动力和机械运动复合断弧及高效排屑的放电切割机构，具备使电极完成复杂运动、对加工区域的高速冲液、加载加工电流至旋转电极以及使电极末端随动和夹紧的功能。
本发明所采用的技术方案是：
一种基于流体和机械运动复合断弧及高效排屑的放电切割机构，其特点在于，包括使电极沿其轴线往复运动的往复运动单元、使电极沿进给方向振动的电极振动辅助排屑单元、使电极绕其轴线旋转的电极旋转单元、对加工区域辅助高速冲液的高速冲液单元和使电极在做旋转、振动和往复运动的情况下，电极伸出末端实现夹紧功能的电极末端夹紧单元；
所述的往复运动单元包括：传动电机、底板安装板、联轴器、导轨、丝杆螺母、上部安装板、四个导轨滑块和丝杆传动机构；所述的传动电机、导轨和丝杆螺母安装固定在底板安装版上，由联轴器将传动电机和丝杆传动机构连接，上部安装版固定在四个导轨滑块上，导轨滑块配合安装在导轨上，丝杆传动机构的丝杆滑块与上部安装版固定连接；
所述的电极振动辅助排屑单元包括：音圈电机、振动导轨和振动滑台，所述的振动导轨与上部安装板固定连接，音圈电机与振动导轨固定连接，音圈电机的电机轴与振动滑台固定连接，振动滑台安转在振动导轨上；
所述的电极旋转单元包括：旋转电机、电机安装板、同步带及带轮传动、旋转轴安装支撑板、轴承及轴承端盖板和管状式旋转轴；所述的旋转电机与电机安转板固定连接，电机安装板与振动滑台固定连接，管状式旋转轴通过轴承安装于旋转轴安装支撑板上，旋转轴安装支撑板与振动滑台固定连接，同步带及带轮传动将旋转电机的旋转运动传递至管状式旋转轴；轴承及轴承端盖板安装在旋转轴安装支撑板上；
所述的高速冲液单元包括：旋转接头、旋转接头夹持件、同轴冲液喷嘴和管状电极；所述的旋转接头与旋转接头夹持件固定连接，旋转接头夹持件与上部安装板固定连接，旋转接头与管状式旋转轴固定连接，管状电极夹持在管状式旋转轴的端部，同轴冲液喷嘴与旋转轴安装支撑板固定连接，同轴冲液喷嘴套在管状式旋转轴与管状电极连接处外；
所述的电极末端夹紧单元包括：旋转轴承、直线轴承、振动运动滑块、振动运动导轨和导轨底座；所述的管状电极的末端固定安装于旋转轴承内圈中，该旋转轴承固定于直线轴承内圈中，直线轴承与振动运动滑块固定连接，振动运动滑块配合安装于振动运动导轨上，振动运动导轨与导轨底座固定连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)具备使电极完成复杂运动的功能，包括电极绕轴线方向的旋转运动、电极沿轴线方向的往复运动和电极沿加工进给方向的振动，通过电极旋转实现机械运动断弧，通过电极的往复运动和振动实现电极机械运动辅助高效排屑功能。
2)具备对加工区域的高速冲液的功能，包括高速同轴冲液和电极内冲液，通过对加工区域的高速冲液来实现流体动力断弧以及辅助高效排屑功能。
3)具备加载加工电流至旋转电极的功能，通过将加工电流加载至旋转电极是电弧放电加工方法的基本条件。
4)具备使电极末端随动和夹紧功能，通过电极末端夹紧单元使电极伸出末端的夹紧架构具备随动功能。
5)机构通常安装固定在机床的Z轴上使用，同时具备三个自由度，即电极绕其轴线的旋转运动、电极沿其轴线方向的往复运动和沿进给方向上的振动。
附图说明
图1为基于流体和机械运动复合断弧及高效排屑的放电切割机构的三维示意图；
图2为基于流体动力和机械运动复合断弧及高效排屑的放电切割机构的往复运动单元的三维示意图；
图3为往复运动单元部分细节图；
图4为基于流体动力和机械运动复合断弧及高效排屑的放电切割机构的电极振动辅助排屑单元三维示意图；
图5为基于流体动力和机械运动复合断弧及高效排屑的放电切割机构的电极旋转单元三维示意图；
图6为基于流体动力和机械运动复合断弧及高效排屑的放电切割机构的高速冲液单元三维示意图；
图7为基于流体动力和机械运动复合断弧及高效排屑的放电切割机构的电极末端夹紧单元三维示意图。
图中：往复运动单元1；电极振动辅助排屑单元2；电极旋转单元3；高速冲液单元4；电极末端夹紧单元5；
传动电机1-1、底板安装板1-2、联轴器1-3、导轨1-4、丝杆螺母1-5、上部安装板1-6、导轨滑块1-7、丝杆传动机构1-8、丝杆滑块1-9、音圈电机2-1、振动导轨2-2、振动滑台2-3、旋转电机3-1、电机安装板3-2、同步带及带轮传动3-3、旋转轴安装支撑板3-4、轴承及轴承端盖板3-5、管状式旋转轴3-6、旋转接头4-1、旋转接头夹持件4-2、同轴冲液喷嘴4-4和管状电极4-5、旋转轴承5-1、直线轴承5-2、振动运动滑块5-3、振动运动导轨5-4、导轨底座5-5。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明。
如图1所示基于流体动力和机械运动复合断弧及高效排屑的放电切割机构，包括五个单元：往复运动单元1、电极振动辅助排屑单元2、电极旋转单元3、高速冲液单元4和电极末端夹紧单元5。各个单元的结构和功能描述如下：
所述的往复运动单元1(如图2所示)包括传动电机1-1、底板安装板1-2、联轴器1-3、导轨1-4、丝杆螺母1-5、上部安装板1-6、四个导轨滑块1-7和丝杆传动机构1-8。所述的传动电机1-1、导轨1-4和丝杆螺母1-5安装固定在底板安装版1-2上，由联轴器1-3将传动电机1-1和丝杆传动机构1-8连接，上部安装版1-6固定在四个导轨滑块1-7上，丝杆滑块与上部安装版1-6固定连接，传动电机通过联轴器带动丝杆旋转，再由丝杆驱动上部安装板运动。
所述的电极振动辅助排屑单元2(如图4所示)包括：旋转电机3-1、电机安装板3-2、同步带及带轮传动3-3、旋转轴安装支撑板3-4、轴承及轴承端盖板3-5和管状式旋转轴3-6。所述的振动导轨2-2与上部安装板1-6固定连接，音圈电机2-1与振动导轨2-2固定连接，音圈电机2-1的电机轴与振动滑台2-3固定连接，振动滑台安转在导轨上，由音圈电机驱动振动滑台振动。
所述的电极旋转单元3(如图5所示)包括：旋转电机3-1、电机安装板3-2、同步带及带轮传动3-3、旋转轴安装支撑板3-4、轴承及轴承端盖板3-5和管状式旋转轴3-6。所述的旋转电机3-1与电机安转板3-2固定连接，电机安装板3-2与振动滑台2-3固定连接，管状式旋转轴3-6通过轴承安装于旋转轴安装支撑板3-4上，旋转轴安装支撑板3-4与振动滑台2-3固定连接，两个同步带轮分别于旋转电机3-1和管状式旋转轴3-6固定连接，由同步带及带轮传动3-5将旋转电机3-2的旋转运动传递至管状式旋转轴3-6。
所述的高速冲液单元4(如图6所示)包括旋转接头4-1、旋转接头夹持件4-2、同轴冲液喷嘴4-4和管状电极4-5。所述的旋转接头4-1与旋转接头夹持件4-2固定连接，旋转接头夹持件4-2与上部安装板1-6固定连接，同轴冲液喷嘴4-4与旋转轴安装支撑板3-4固定连接，管状电极4-5夹持在管状式旋转轴3-6上。同轴冲液时，工作介质由同轴喷嘴高速喷出，流入加工区域中，实现同轴冲液；电极内冲液时，工作介质由旋转接头流入旋转轴中，再流入管状电极，然后由管状电极流入加工区域，实现电极内冲液。
所述的电极末端夹紧单元5(如图7所示)包括旋转轴承5-1、直线轴承5-2、振动运动滑块5-3、振动运动导轨5-4和导轨底座5-5。所述的管状电极末端固定安装于旋转轴承5-1内圈中，将旋转轴承5-1安装于直线轴承5-2内圈中，直线轴承5-2与振动运动滑块5-3固定连接，振动运动滑块5-3配合安装于振动运动导轨5-4上，振动运动导轨5-4与导轨底座5-5固定连接。旋转轴承内圈与电极做一起旋转运动，同时旋转轴承在直线轴承内圈区域跟随电极做往复运动，然后振动运动滑块跟随电极使整个直线轴承做振动，从而实现电极端部夹紧机构的随动。
本发明基于流体和机械运动复合断弧及高效排屑的放电切割机构的工作原理如下：
正常工作时，往复运动实现过程如下：传动电机1-1通过联轴器1-3带动丝杠传动机构1-8旋转，再由丝杠螺母带动上部安装板1-6作直线运动；电极振动辅助排屑实现过程如下：音圈电机2-3驱动振动滑台2-2振动，然后带动安装在振动滑台2-2上的电极旋转单元振动，从而实现电极的振动辅助排屑；电极的旋转运动的实现过程如下：旋转电机3-1带动同步带传动机构3-3旋转，同步带轮再带动旋转轴3-6旋转，最终带动电极旋转；电极末端夹紧和随动实现过程如下：旋转轴承内圈与电极做一起旋转运动，同时旋转轴承在直线轴承内圈区域跟随电极做往复运动，然后振动运动滑块跟随电极使整个直线轴承做振动，从而实现电极端部夹紧机构的随动；高速冲液实现过程如下：当同轴冲液时，工作介质由同轴喷嘴高速喷出，流入加工区域中，实现同轴冲液，当电极内冲液时，工作介质由旋转接头流入旋转轴中，再流入管状电极，然后由管状电极流入加工区域，实现电极内冲液。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种基于流体和机械运动复合断弧及高效排屑的放电切割机构，其特征在于，包括使电极沿其轴线往复运动的往复运动单元(1)、使电极沿进给方向振动的电极振动辅助排屑单元(2)、使电极绕其轴线旋转的电极旋转单元(3)、对加工区域辅助高速冲液的高速冲液单元(4)和使电极在做旋转、振动和往复运动的情况下，电极伸出末端实现夹紧功能的电极末端夹紧单元(5)；
所述的往复运动单元(1)包括：传动电机(1-1)、底板安装板(1-2)、联轴器(1-3)、导轨(1-4)、丝杆螺母(1-5)、上部安装板(1-6)、四个导轨滑块(1-7)和丝杆传动机构(1-8)；所述的传动电机(1-1)、导轨(1-4)和丝杆螺母(1-5)安装固定在底板安装板(1-2)上，由联轴器(1-3)将传动电机(1-1)和丝杆传动机构(1-8)连接，上部安装版(1-6)固定在四个导轨滑块(1-7)上，导轨滑块(1-7)配合安装在导轨(1-4)上，丝杆传动机构(1-8)的丝杆滑块(1-9)与上部安装板(1-6)固定连接；
所述的电极振动辅助排屑单元(2)包括：音圈电机(2-1)、振动导轨(2-2)和振动滑台(2-3)，所述的振动导轨(2-2)与上部安装板(1-6)固定连接，音圈电机(2-1)与振动导轨(2-2)固定连接，音圈电机(2-1)的电机轴与振动滑台(2-3)固定连接，振动滑台(2-3)安转在振动导轨(2-2)上；
所述的电极旋转单元(3)包括：旋转电机(3-1)、电机安装板(3-2)、同步带及带轮传动(3-3)、旋转轴安装支撑板(3-4)、轴承及轴承端盖板(3-5)和管状式旋转轴(3-6)；所述的旋转电机(3-1)与电机安转板(3-2)固定连接，电机安装板(3-2)与振动滑台(2-3)固定连接，管状式旋转轴(3-6)通过轴承安装于旋转轴安装支撑板(3-4)上，旋转轴安装支撑板(3-4)与振动滑台(2-3)固定连接，同步带及带轮传动(3-3)将旋转电机(3-2)的旋转运动传递至管状式旋转轴(3-6)；轴承及轴承端盖板(3-5)安装在旋转轴安装支撑板(3-4)上；
所述的高速冲液单元(4)包括：旋转接头(4-1)、旋转接头夹持件(4-2)、同轴冲液喷嘴(4-4)和管状电极(4-5)；所述的旋转接头(4-1)与旋转接头夹持件(4-2)固定连接，旋转接头夹持件(4-2)与上部安装板(1-6)固定连接，旋转接头(4-1)与管状式旋转轴(3-6)固定连接，管状电极(4-5)夹持在管状式旋转轴(3-6)的端部，同轴冲液喷嘴(4-4)与旋转轴安装支撑板(3-4)固定连接，同轴冲液喷嘴(4-4)套在管状式旋转轴(3-6)与管状电极(4-5)的连接处外；
所述的电极末端夹紧单元(5)包括：旋转轴承(5-1)、直线轴承(5-2)、振动运动滑块(5-3)、振动运动导轨(5-4)和导轨底座(5-5)；所述的管状电极(4-5)的末端固定安装于旋转轴承(5-1)内圈中，该旋转轴承(5-1)固定于直线轴承(5-2)内圈中，直线轴承(5-2) 与振动运动滑块(5-3)固定连接，振动运动滑块(5-3)配合安装于振动运动导轨(5-4)上，振动运动导轨(5-4)与导轨底座(5-5)固定连接。
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