CN106270860A - 基于标准接口的高速电弧放电加工刀柄装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于标准接口的高速电弧放电加工刀柄装置，包括刀柄、弹性夹头，绝缘盘，刀柄螺母，芯轴，密封垫等。本发明可以方便植入数控机床主轴系统中，可迅速将具有标准刀柄接口的普通数控机床改造成高速电弧放电加工机床。为实现高速电弧放电铣削加工，该刀柄装置具有旋转、导电功能，具有高精度电极夹持以及绝缘保护功能，其结构简单，零部件拆卸或替换方便，极大地降低了高速电弧放电加工技术在普通机床上的实现成本。

Description

基于标准接口的高速电弧放电加工刀柄装置
技术领域
本发明属于放电加工装备技术领域，具体涉及一种基于标准接口的高速电弧放电加工刀柄装置。
背景技术
高速电弧放电加工是一种近年发展起来的高效加工方法。该方法利用工件和工具电极之间放电形成电弧等离子体，辅以高压流体排除熔融的工件材料，实现各种难切削金属材料的高效去除(参见文献W.Zhao,L.Gu,H.Xu,et.al.A novel high efficiencyelectrical erosion process--Blasting erosion arc machining[c].Procedia CIRP 6(2013)621-625)。
高速电弧放电铣削加工利用多孔内冲液电极按设定轨迹进给加工，通过电极和工件之间的电弧放电产生的高温去除材料，进而实现复杂轮廓、型腔等不同几何特征的高效加工。在高速电弧放电铣削过程中，电极的旋转运动可以均化电极损耗；将电极沿轴向开孔进行内冲液可以及时将熔融的金属碎屑排出工件和电极之间，避免了短路及工件烧蚀；将数百安培(或以上)的电流通过电极以形成击穿电势是实现放电的前提。
为实现电极的旋转、电极的通电以及电极的高速冲液，需设计专门的具有冲液旋转导电功能的装置。现有技术主要涉及两种方法：
第一种，设计专门的旋转冲液机构(参见专利文件CN201310541512.4)，该机构通过绝缘介质将自身连接到机床主轴上，同时具备电极的旋转、冲液及导电功能，但其和机床主轴的连接存在一定误差，容易导致电极跳动超差，并且通过两侧管件供给高压流体增强冲液紊乱，同时该机构利用轴承内圈、外圈和滚珠之间的旋转接触，将固定的电刷供电转化为电极的旋转供电，极易因为装配误差、密封失效及滚珠和内圈、外圈之间的放电导致轴承损坏，进而引起旋转精度丧失，因而其使用寿命短。
第二种，设计专门的主轴系统(参见专利文件CN201410747804.8)，该主轴通过高压冲液流体，将流体直接通过主轴灌输于工具电极上，并通过外加驱动机构带动主轴和电极旋转，此外，还有将固定的电栓(电源通过导电供电，供电的导线无法跟随电极旋转)转化为电极旋转运动的导电装置，克服了传统导电滑环的缺点。然而尽管该机构具有轻量化的特点，但是主轴设计精度要求高，设计周期长。
上述两种方案无论是设计专用的旋转沖液机构还是使用专门的主轴系统，均可实现高速电弧放电加工的电极旋转、沖液夹持。然而，当高速电弧放电加工技术在不同型号的机床上移植时，由于市面上的数控机床种类繁多，结构各异，将其改造成高速电弧放电加工机床时，若采用上述两种方案，则需要根据各类机床的特征设计专用旋转沖液机构(及其固定装置)或是主轴系统，该过程费时费力，限制了高速电弧放电加工的应用及产业化过程。
发明内容
为克服上述现有技术的缺陷，本发明提供一种基于标准接口的高速电弧放电加工刀柄装置，可以方便植入不同类别的数控机床主轴系统中。即，在需要进行高速电弧放电加工工艺时，可快速连接至机床主轴系统；不需要高速电弧放电加工工艺时，可方便拆离机床主轴系统，将机床还原成普通机加工机床。并且，为实现高速电弧放电铣削加工，该刀柄装置具有旋转、导电功能，具有高精度电极夹持以及绝缘保护功能，结构简单，方便拆卸和替换，并可结合机床主轴中心出水实现高压冲液。
本发明解决技术问题所采取的技术方案如下：
一种基于标准接口的高速电弧放电加工刀柄装置，包括刀柄，绝缘盘、导电盘、圆螺母、第一组推力球轴承、第二组推力球轴承、夹头套筒、弹性夹头、多孔电极(8)、夹头螺母；
所述的刀柄通过刀柄螺母与所述的绝缘盘相连，该绝缘盘为中空结构，其中心供所述的芯轴的一端穿过；
所述的芯轴上装有所述的第一组推力球轴承和第二组推力球轴承，该第一组推力球轴承的轴圈限位于所述的绝缘盘、座圈定位于所述的导电盘，第二组推力球轴承的轴圈限位于所述的圆螺母、座圈定位于所述的导电盘，该导电盘外接放电导线；
所述的芯轴的一端设有台阶，可卡在绝缘盘内，另一端装有所述的夹头套筒，该夹头套筒内安装弹性夹头，所述的多孔电极通过夹头螺母固定在所述的弹性夹头上。
进一步地，所述的夹头螺母和弹性夹头之间有密封垫。
所述的绝缘盘内还装有绝缘垫片，用于隔离所述的刀柄螺母和芯轴。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
1)该刀柄装置具有标准刀柄结构，可方便植入具有标准接口的不同型号数控机床上。在需要进行高速电弧放电加工工艺时，可快速连接至机床主轴系统；
2)不需要高速电弧放电加工工艺时，可方便拆离机床主轴系统，将机床还原成普通机加工机床。
3)该刀柄装置具有旋转、导电功能，具有高精度电极夹持以及绝缘保护功能，结构简单，方便拆卸和替换，降低动不平衡对主轴带来的负面影响，并可结合机床主轴中心出水实现高压冲液。
附图说明
图1为本发明高速电弧放电加工刀柄装置的剖视图；
图2为本发明高速电弧放电加工刀柄装置的主视图；
图中：1刀柄，2刀柄螺母，3绝缘盘，4第一推力球轴承，5圆螺母，6夹头套筒，7密封垫，8多孔电极，9夹头螺母，10弹性夹头，11放电导线，12导电盘，13芯轴，14绝缘垫片，15第二推力球轴承。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明。
请参阅图1和图2，图1为本发明高速电弧放电加工刀柄装置的剖视图，图2为本发明高速电弧放电加工刀柄装置的主视图。如图所示，一种基于标准接口的高速电弧放电加工刀柄装置，包括刀柄1、绝缘盘3、导电盘12、圆螺母5、第一组推力球轴承4、第二组推力球轴承15、夹头套筒6、弹性夹头10、多孔电极8、夹头螺母9。所述的刀柄1连接刀柄螺母2，刀柄螺母2连接绝缘盘3，刀柄螺母2和绝缘盘3具有定位配合关系；
所述的绝缘盘3为中空结构，其中心可通过芯轴13，芯轴13末端有台阶，可卡在绝缘盘3内，芯轴13和绝缘盘3具有定位配合关系，绝缘盘3内还装有绝缘垫片14，可隔离刀柄螺母2和芯轴13；
所述的芯轴13上装有两组推力球轴承，其中一组的轴圈限位于绝缘盘3，座圈定位于导电盘12，另一组的轴圈限位于圆螺母5，座圈定位于导电盘12；
所述的圆螺母5安装于芯轴13上，用以固定芯轴13以及推力球轴承4；
所述的芯轴13末端装有夹头套筒6，夹头套筒6内安装弹性夹头10，多孔电极8装在弹性夹头10被并通过夹头螺母9紧固；
所述的夹头螺母9和弹性夹头10之间有密封垫7。
所述的导电盘12上连接放电导线11。
如图1和图2所示，基于标准接口的高速电弧放电加工刀柄装置，其原理如下：
刀柄1为标准刀柄，可方便装入具有标准刀柄接口的机床主轴内。由于高速电弧放电的多孔电极8需要接上电源，为防止机床主轴带电，需设计绝缘结构以隔离机床主轴和夹持机构，绝缘盘3绝缘垫片14则是实现该功能的结构。此外，为方便绝缘盘3的定位安装，绝缘盘3上设计有台阶，和刀柄螺母2通过配合实现定位。为实现旋转导电功能，在芯轴13上设计有推力球轴承4和导电盘12，可利用轴承端面传导电流，防止轴承和和芯轴13之间放电，保护芯轴13的同时可降低芯轴13的加工精度要求。此外，由于推力球轴承4结构简单，当其滚珠和轴圈或座圈放电失效后可方便更换。
芯轴13通过末端的台阶卡于绝缘盘3内，并通过圆螺母5紧固。在紧固芯轴13的同时，由于推力球轴承4和导电盘12安装于芯轴13，也可同时被紧固。导电盘12定位于推力球轴承4的座圈上，并且和芯轴13保持一定的间隙，可以防止两者在相对运动时产生放电而损坏芯轴13。芯轴13末端装有夹头套筒6，夹头套筒6内安装弹性夹头10，多孔电极8可装在弹性夹头10被并通过夹头螺母9紧固，由于弹性夹头10非密封结构，当冲液流体流过时，会产生泄漏，因而通过密封垫7防止冲液失效。
当刀柄装置安装于机床主轴后，多孔电极8可在主轴带动下旋转，而导电盘12连接放电导线11，在放电导线11的轻微拖拽下可保持静止，实现旋转导电。需说明的是，刀柄装置未设计有专门的冲液供给管道，因而高速电弧放电加工所用的高压流体需由机床的主轴中心流入刀柄装置后，通过多孔电极8的内冲液孔喷至放电间隙中。

Claims (3)

1.一种基于标准接口的高速电弧放电加工刀柄装置，包括刀柄(1)，其特征在于，还包括绝缘盘(3)、导电盘(12)、圆螺母(5)、第一组推力球轴承(4)、第二组推力球轴承(15)、夹头套筒(6)、弹性夹头(10)、多孔电极(8)、夹头螺母(9)；
所述的刀柄(1)通过刀柄螺母(2)与所述的绝缘盘(3)相连，该绝缘盘(3)为中空结构，其中心供所述的芯轴(13)的一端穿过；
所述的芯轴(13)上装有所述的第一组推力球轴承(4)和第二组推力球轴承(15)，该第一组推力球轴承(4)的轴圈限位于所述的绝缘盘(3)、座圈定位于所述的导电盘(12)，第二组推力球轴承(15)的轴圈限位于所述的圆螺母(5)、座圈定位于所述的导电盘(12)，该导电盘(12)外接放电导线(11)；
所述的芯轴(13)的一端设有台阶，可卡在绝缘盘(3)内，另一端装有所述的夹头套筒(6)，该夹头套筒(6)内安装弹性夹头(10)，所述的多孔电极(8)通过夹头螺母(9)固定在所述的弹性夹头(10)上。
2.根据权利要求1所述的基于标准接口的高速电弧放电加工刀柄装置，其特征在于，所述的夹头螺母(9)和弹性夹头(10)之间有密封垫(7)。
3.根据权利要求1所述的基于标准接口的高速电弧放电加工刀柄装置，其特征在于，所述的绝缘盘(3)内还装有绝缘垫片(14)，用于隔离所述的刀柄螺母(2)和芯轴(13)。
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