CN106552975A - 加工工具和加工系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种加工工具，其包括弯曲的外管、弯曲的旋转电极及驱动电机。外管具有空腔以及与空腔流体连通的流体入口。弯曲的旋转电极包括软轴和加工头，其中，软轴定位在空腔中，并且，软轴具有第一端和第二端，加工头具有与空腔流体连通的流体出口，加工头与外管电性隔离并与软轴的第一端电性连接以通过软轴被供电。驱动电机机械地耦合到软轴的第二端用于驱动软轴去旋转。本发明还公开一种加工系统，其包括上述的加工工具、用于给弯曲的旋转电极的软轴供电的电源、用于将电解液提供至流体入口的电解液供给装置以及机床，加工工具的外管和驱动电机定位在机床上。

Description

加工工具和加工系统

技术领域

本发明大体涉及加工领域，尤其涉及一种加工工具和具有该加工工具的加工系统。

背景技术

与传统的机械加工相比，电腐蚀加工更加适用于具有高硬度的材料，并且具有较高的加工效率。因此，电腐蚀加工技术，例如EAM(Electrical ArcMachining，电弧加工)及ECDM(Electro-Chemical Discharge Machining，电化学放电加工)逐渐成为在例如高速粗加工领域中的技术选择。

在电腐蚀加工工具中，通常使用直电极来加工工件，例如挖孔、开槽或其他3D特征加工，并且，该直电极在加工的过程中必须旋转以避免局部电弧对部件的损坏。然而，该直电极具有很多内在限制。比如，直电极在加工弯曲的插孔或弯曲的开孔时通常是十分困难的或者是不可能的，特别是对于具有高曲率的弯曲的插孔或弯曲的开孔的加工。

因此，有必要提供一种改进的加工工具以解决如上所述的至少一个问题。

发明内容

本发明的一个方面在于提供一种加工工具。所述加工工具包括弯曲的外管、弯曲的旋转电极及驱动电机。所述弯曲的外管具有空腔以及与所述空腔流体连通的流体入口。所述弯曲的旋转电极包括软轴和加工头，其中，所述软轴定位在所述空腔中，并且，所述软轴具有第一端和第二端，所述加工头具有与所述空腔流体连通的流体出口，所述加工头与所述外管电性隔离并与所述软轴的所述第一端电性连接以通过所述软轴被供电。所述驱动电机机械地耦合到所述软轴的所述第二端用于驱动所述软轴去旋转。

本发明的另一个方面在于提供一种加工系统。所述加工系统包括如上所述的加工工具、电源、电解液供给装置以及机床。所述电源用于给所述加工工具的所述弯曲的旋转电极的所述软轴供电。所述电解液供给装置用于将电解液提供至所述加工工具的所述流体入口。所述加工工具的所述外管和所述驱动电机被定位在所述机床上。

由本发明的具体实施方式所提供的所述加工工具和所述加工系统通过采用所述弯曲的旋转电极，能够加工出带有弯曲的插孔、弯曲的开孔、叶片或者具有高曲率或者复杂几何形状的其它特征的各种部件，而这些部件用传统的直电极很难加工出来。

附图说明

当参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面及优点将变得更好理解，在附图中，相同的元件标号在全部附图中用于表示相同的部件，其中：

图1是根据本发明的一种具体实施方式的加工工具的立体图；

图2是与图1相似的加工工具的立体图，但是移除了加工工具的外管；

图3是图1的加工工具的示意性剖视图；

图4是图3的加工工具的电极端的放大图；

图5是图3的加工工具的电机端的放大图；

图6是根据本发明的一种具体实施方式的加工系统的示意性框图；

图7是带有用于连接到机床上的安装板的加工工具的立体图；

图8是图7所示的加工工具及工件在加工的初始位置的示意图；

图9是图7所示的加工工具及工件在加工过程中的示意图；

图10是图7所示的加工工具及工件在加工的最终位置的示意图；及

图11是一种精加工出的工件的示意性立体图。

具体实施方式

为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本发明所要求保护的主题，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。在以下对这些具体实施方式的详细描述中，本说明书对一些公知的功能或构造不做详细描述以避免不必要的细节而影响到本发明的披露。

除非另作定义，本权利要求书和说明书中所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书以及权利要求书中所使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“具有”等类似的词语意指出现在“包括”或者“具有”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“具有”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。

图1至图5示出根据本发明的一个具体实施方式的加工工具的示意图。如图1至图5所示，根据本发明的一种具体实施方式的加工工具1包括弯曲的旋转电极11(如图2所示)、弯曲的外管12以及驱动电机13。外管12具有空腔10(如图3所示)及与空腔10流体连通的流体入口120。弯曲的旋转电极11包括加工头111及软轴112。软轴112定位在空腔10中，并且具有第一端1121(如图3和图4所示)及第二端1122(如图3和图5所示)。加工头111具有与空腔10流体连通的流体出口1110，并且，加工头111与外管12电性隔离并与软轴112的第一端1121电性连接以能够通过软轴112被供电。驱动电机13机械地耦合到软轴112的第二端1122用于驱动软轴112去旋转。

当加工工具1需要加工工件时，将工件相对于加工工具1定位，并且，将加工头111与工件保持一定的间隙。在加工过程中，由驱动电机13驱动弯曲的旋转电极11去旋转，并相对于工件移动弯曲的旋转电极11，并且，由电源来对弯曲的旋转电极11和工件供电，从而，在加工工具1的加工头111和工件之间产生火花放电，以去除工件的一部分材料。同时，流体由流体供给装置从流体入口120供应，并且通过空腔10从加工头111的流体出口1110排出，从而来冲刷加工头111和工件之间的间隙。

旋转弯曲的电极11的目的是旋转的电极11在加工的过程中能够促进均匀的材料去除，并且有助于维持稳定的加工状态。此外，当在加工头111和工件之间发生短路时，旋转的电极11能够迅速地适应于该短路。由于将软轴112定位在弯曲的外管12的空腔10中，因此，软轴112也处于一种弯曲的状态。采用软轴112的目的是当软轴112处于这种弯曲的状态时能够传递扭矩。

外管12具有足够的强度以在加工的过程中保持其形状，并且，外管12也是柔性的。外管12与加工头111电性隔离，并且，被配置成不与工件产生放电。因此，外管12可以是金属材料。外管12的材料包括例如铜。但是，外管12的材料并不应局限于金属材料。外管12的材料也可以包括电绝缘材料，因为电绝缘材料能够更加有助于避免二次放电以及由于放电或电弧而导致对于外管12的损坏。

由于采用弯曲的旋转电极11，本发明的具体实施方式的加工工具1能够加工带有弯曲的插孔、弯曲的开孔、叶片或者具有高曲率或复杂几何形状的其它特征的各种部件，而这些部件用传统的直电极很难加工出来。

由于弯曲的旋转电极11的加工头111在加工工件200(如图8至图10所示)的过程中很容易遭受磨损而需要频繁更换，因此，在一个具体实施方式中，可以将加工头111设置成可替换的，加工头111可拆卸地耦合到软轴112的第一端1121。采用这种可替换的加工头111能够方便地将加工头111从软轴112上拆卸下来而不会损坏到弯曲的旋转电极11的其它部件。

参照图2至图4，在一个具体实施方式中，弯曲的旋转电极11的加工头111位于外管12的外面，并且，弯曲的旋转电极11还可以包括第一联轴器14，第一联轴器14用于电性连接加工头111和软轴112的第一端1121。第一联轴器14包括流体通道140，流体通道140与流体出口1110及空腔10流体连通。弯曲的旋转电极11的加工头111通过第一联轴器14电性耦合到软轴112上，并且，加工头111与第一联轴器14可拆卸地耦合。例如，加工头111可以通过螺纹连接螺入到第一联轴器14上，软轴112的第一端1121可以插入到第一联轴器14上，从而，借助于第一联轴器14，将加工头111可拆卸地耦合到软轴112的第一端1121上。

本发明的具体实施方式的加工头111并不应局限于可替换式的。在本发明的其他具体实施方式中，加工头111也可以与软轴112的第一端1121直接电性连接。

外管12在空腔10内设有第一轴承15，第一联轴器14与第一轴承15可旋转地接触。第一轴承15包括多个滚珠151。第一联轴器14能够与第一轴承15的多个滚珠151可旋转地耦合，而第一轴承15可以被固定到外管12上。因此，借助于第一轴承15，软轴112的第一端1121能够被可旋转地定位在外管12的空腔10中。

第一轴承15是一种用来防止流体从其流过的密封轴承。第一联轴器14的流体通道140与加工头111的流体出口1110流体连通，并且，流体通道140也与空腔10流体连通。因此，流体可以从外管12的流体入口120流入到空腔10，然后，流体可以进一步地通过第一联轴器14的流体通道140从空腔10流入到加工头111的流体出口1110。由于密封的第一轴承15能够阻止流体从其流过，因此，流体能够通过流体出口1110直接径直流出到待加工的区域。

弯曲的旋转电极11的软轴112可拆卸地耦合到驱动电机13上。参照图2、图3及图5，在其他具体实施方式中，弯曲的旋转电极11还可以包括第二联轴器16，第二联轴器16用于连接软轴112的第二端1122与驱动电机13。例如，驱动电机13可以螺入到第二联轴器16上，而软轴112的第二端1122可以插入到第二联轴器16上。因此，借助于第二联轴器16，将驱动电机13可拆卸地耦合到软轴112的第二端1122上。

外管12在空腔10内设有第二联轴器16，第二联轴器16与第二轴承17可旋转地接触。第二轴承17包括多个滚珠171。第二联轴器16能够与第二轴承17的多个滚珠171可旋转地耦合，而第二轴承17可以被固定到外管12上。因此，借助于第二轴承17，可以将软轴112的第二端1122可旋转地定位在外管12的空腔中。

在一个或多个具体实施方式中，第二轴承17是一个密封轴承。在这种情况下，能够阻止流体通过第二轴承17流入到空腔10的外面。

在一个具体实施方式中，当加工工具1工作时，为了防止一根或多根电线(未在图示上示出)之间互相缠绕在一起，加工工具1还可以包括一个或多个被定位的碳刷18，一个或多个被定位的碳刷18通过一根或多根电线电性连接到电源3(如图6所示)上。第二联轴器16与一个或多个被定位的碳刷18可旋转地接触。作为一个示例，加工工具1被示出包括三个碳刷18。加工工具1还包括弹性元件(未示出)。弹性元件可以使三个碳刷18与第二联轴器16保持紧密接触。由于三个碳刷18与第二联轴器16电性连接，第二联轴器16与软轴112的第二端1122电性连接，而软轴112的第一端112通过第一联轴器14与加工头111电性连接，因此，加工头111与一个或多个碳刷14电性连接。进而，加工头可以通过一个或多个碳刷18被电性连接到电源3上。

在本发明的具体实施方式中，弯曲的电极11的软轴112并不应局限于如上所述的通过第二联轴器16及一个或多个被定位的碳刷18由电源3被供电，弯曲的电极11的软轴112可以通过任意一种合适的方式被电性连接到电源3上。例如，在一个具体实施方式中，弯曲的电极11的软轴112也可以与延伸穿过外管12的一个或多个碳刷18直接电性连接。在其他具体实施方式中，弯曲的电极11的软轴112甚至可以由无线电源来被供电。

本发明的具体实施方式还提供了一种用于加工工件200的加工系统100。图6示出根据本发明的一个具体实施方式的加工系统100。如图6所示，根据本发明的一个具体实施方式的加工系统100包括如上所述的加工工具1、机床2、电源3以及例如电解液供给装置4的流体供给装置。电源3用于给加工工具1的弯曲的旋转电极11供电。电解液供电装置4用于将电解液供应到加工工具1的外管12的流体入口120。加工工具1可以被安装到机床2上。

如图7所示，在一个具体实施方式中，加工工具1还可以包括第一安装基座21和第二安装基座22。第一安装基座21和第二安装基座22可以是相互分开的，从而便利于安装外管12、三个碳刷18和驱动电机13。加工工具1的外管12和三个碳刷18可以安装在第一安装基座21内。加工工具1的驱动电机13可以安装在第二安装基座22内。另外，加工工具1还可以包括与第一安装基座21对应的第一盖板23以及与第二安装基座22对应的第二盖板24。第一盖板23例如可以通过螺栓与第一安装座21相连接。第一盖板23具有与外管12的流体入口120对齐的通孔230。第二盖板24例如可以通过螺栓与第二安装基座22相连接。第一安装基座21与第二安装基座22可以通过安装板25安装到机床2上。因此，可以将加工工具1的外管12、三个碳刷18和驱动电机13分别定位在机床2上。

加工工具1的三个碳刷18通过一个或多个电线电性连接到电源3上。由于三个碳刷18通过第二联轴器16与软轴112电性连接，并且，软轴112通过第一联轴器14与加工头111电性连接，从而，将加工工具1的加工头111间接地并且电性耦合到电源3上。

在一个具体实施方式中，加工工具1是电化学放电加工(ECDM)工具，其用来在工件200上粗加工出一个或多个弯曲的插孔或弯曲的开孔202(如图8至图10所示)。例如，工件200大体呈环状圆盘。作为一个示例，下文将要详细描述在工件200上粗加工出多个弯曲的插孔202，其也可以应用于在工件200上粗加工出多个弯曲的开孔。

当需要加工工件200时，将工件200相对于加工工具1定位。图8示出加工工具1和工件200在加工的起始位置的示意图。参照图8，在加工工件200之前，将加工工具1靠近圆盘状的工件200的外径向边缘205定位，并且，加工工具1的加工头111与工件200的外径向边缘205保持一定的间隙D1。

图9示出加工工具1和工件200在加工过程中的示意图。为了能清楚地示出工件200上的加工出的插孔202，将工件200上的覆盖部分207移除。参照图9，当加工工件200时，工件200和加工工具1的弯曲的旋转电极11分别由电源3来供电。在一个具体实施方式中，工件200被耦合到电源3的负极上，而三个碳刷18被耦合到电源3的正极上，从而将加工头111间接地耦合到电源3的正极上。在另一个具体实施方式中，工件200也可以被耦合到电源3的正极上，而三个碳刷18可以被耦合到电源3的负极上。电解液由电解液供给装置4通过外管12的流体入口120、空腔10以及加工头111的流体出口1110提供到加工头111和工件200之间的间隙D1处。在本具体实施方式中，电解液从空腔10通过第一联轴器14的流体通道140流入到加工头111的流体出口1110，并且，然后被供应到加工头111和工件200之间的间隙D1处。

在加工过程中，将工件200相对于加工工具1的加工头111沿着预定的加工路径移动。相对的，加工头111从工件200的外径向边缘205朝着工件200的内径向边缘206移动。同时，在加工工具1的加工头111和工件200之间产生火花放电，从而将工件200的一部分材料去除，以在工件200上形成一个弯曲的插孔202。在另一个具体实施方式中，也可以将工件200保持静止，而相反地，可以移动加工工具1。电解液从加工工具1的加工头111处排放出，以冲刷加工头111和工件200之间的间隙D1，因此，在加工过程中产生的碎屑可以被及时冲刷掉。通过电解液的冲刷，可以提高加工过程的稳定性。此外，电解液可以循环地从外管12的流体入口120、空腔10以及加工头111的流体出口1110流过工件200上的加工出的弯曲的插孔202和加工工具1之间的径向间隙D2。

在一个具体实施方式中，如图6所示，加工系统100还可以包括过滤器5。过滤器5可以将工件200的加工过程中产生的碎屑从电解液中过滤出来，并且，过滤后的电解液可以重新返回到电解液供给装置4中进行回收利用。

图10示出加工工具1和工件200在加工的最终位置的示意图，并且，为了能够清楚地示出工件200上的多个加工出的弯曲的插孔202和多个弯曲的叶片204，工件200的覆盖部分207(如图11所示)被移除。参照图10所示，当最终完成弯曲的插孔202的加工时，加工工具1的加工头111到达工件200的内径向边缘206，弯曲的插孔202贯穿工件200的内径向边缘206和外径向边缘205。在工件200上加工完成一个弯曲的插孔202之后，将工件200旋转预定的角度，然后，根据上述类似的方法在工件200上继续加工另一个弯曲的插孔202，从而，在工件200的相邻两个弯曲的插孔202之间形成一个叶片204。通过这种方式，在工件200上依次粗加工出多个弯曲的插孔202，从而，在工件200上形成多个叶片204。

通过使用ECDM工艺，加工工具1可以使用很小的切割力在工件200上加工出多个弯曲的插孔202，并且，可以极大地减小在工件200上粗加工出多个弯曲的插孔202的时间。

图11示出一种精加工的工件200的示意性立体图。如图11所示，可以将图10的粗加工出的工件200进一步进行精加工。在一个具体实施方式中，可以将图10的工件200上的多个粗加工出的叶片204进一步通过比如EDM(Electrical Discharge Machining，电火花加工)工艺进行精加工。类似地，为了清楚地示出精加工工件200之后的多个弯曲的插孔202和多个形成的叶片204，将工件200的一部分覆盖部分207移除。

根据本发明的具体实施方式的加工系统100可以在工件200上加工出具有高曲率或复杂几何形状的弯曲的插孔或弯曲的开孔202。

虽然结合特定的具体实施方式对本发明进行了详细说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims (12)

1.一种加工工具，其包括：

弯曲的外管，其具有空腔以及与所述空腔流体连通的流体入口；

弯曲的旋转电极，其包括软轴和加工头，其中，所述软轴定位在所述空腔中，并且，所述软轴具有第一端和第二端，所述加工头具有与所述空腔流体连通的流体出口，所述加工头与所述外管电性隔离并与所述软轴的所述第一端电性连接以通过所述软轴被供电；及

驱动电机，其机械地耦合到所述软轴的所述第二端用于驱动所述软轴去旋转。

2.如权利要求1所述的加工工具，其中，所述加工头位于所述外管的外面，所述弯曲的旋转电极包括第一联轴器，所述第一联轴器用于电性连接所述加工头和所述软轴的所述第一端，并包括与所述流体出口和所述空腔流体连通的流体通道。

3.如权利要求2所述的加工工具，其中，所述加工头通过螺纹连接可拆卸地与所述第一联轴器相耦合。

4.如权利要求2所述的加工工具，其中，所述外管在所述空腔内设有第一轴承，所述第一联轴器与所述第一轴承可旋转地接触。

5.如权利要求4所述的加工工具，其中，所述第一轴承是用于防止流体从其流过的密封轴承。

6.如权利要求1所述的加工工具，其中，所述弯曲的旋转电极包括第二联轴器，所述第二联轴器用于连接所述软轴的所述第二端与所述驱动电机。

7.如权利要求6所述的加工工具，其中，所述外管在所述空腔内设有第二轴承，所述第二联轴器与所述第二轴承可旋转地接触。

8.如权利要求6所述的加工工具，其还包括一个或多个被定位的碳刷，所述一个或多个被定位的碳刷通过一个或多个电线电性连接到电源，其中，所述第二联轴器与所述一个或多个被定位的碳刷可旋转地接触并且电性连接。

9.一种加工系统，其包括：

如权利要求1至8中任一项所述的加工工具；

电源，其用于给所述加工工具的弯曲的旋转电极的软轴供电；

电解液供给装置，其用于将电解液提供至所述加工工具的流体入口；以及

机床，其中，所述加工工具的外管和驱动电机被定位在所述机床上。

10.如权利要求9所述的加工系统，其中，所述加工工具是用于在工件上粗加工出弯曲的插孔的电化学放电加工工具。

11.如权利要求10所述的加工系统，其中，所述电解液在所述工件的加工过程中循环地从所述流体入口、所述空腔和所述流体出口流过所述工件上的所述加工出的弯曲的插孔和所述加工工具之间的径向间隙。

12.如权利要求11所述的加工系统，其还包括：

过滤器，其用于将在所述加工过程中产生的碎屑从所述电解液中过滤出，其中，过滤后的电解液重新返回到所述电解液供给装置中。