CN109746532A - 电火花加工机床及包括该电火花加工机床的生产线 - Google Patents

Abstract

一种电火花加工机床包括床身和工作台，其中，在床身上设置有两个相对的支撑部，在两个相对的支撑部上支撑有动梁，其中，动梁能够相对于支撑部沿第一方向运动，在动梁上安装有工具组件，工具组件包括用于对工件进行电火花加工的电极，其中，在动梁和支撑部之间形成容纳空间，容纳空间中设置有电极库，电极库中包括至少一个备用电极，用于替换工具组件上的电极。该电火花加工机床结构可提高控制精度，并有助于实现对电极的自动更换。还公开了一种包括该电火花加工机床的生产线。

Description

电火花加工机床及包括该电火花加工机床的生产线

技术领域

本发明涉及一种电火花加工机床，该电火花加工机床可用于加工带曲面的工件，比如轮胎模具、塑料模具等。进一步地，本发明还涉及一种包括该电火花加工机床的生产线。

背景技术

电火花加工机床是利用放电加工原理对材料进行加工的机床，其可用于加工各种高硬度的材料以及加工具有复杂形状的模具、零件等。

通常来说，电火花加工机床的本体包括床身，在床身上设置有立柱，带有加工工具(例如电极)的轴头安装在该立柱上，而待加工的工件则被夹持或以其它方式被支承在工作台上。电火花加工机床的加工工具可以相对于所要加工的工件运动，例如加工工具可具有3～5个运动自由度，以调整加工工具与工件之间的相对位置和放电距离，从而可以在工件上的所需要的位置处进行所需要的加工。

对于上述电火花加工机床来说，作为加工工具的电极相对于工件的定位对于加工质量来说是至关重要的。因此，对于其上安装有电极的立柱来说，其运动误差以及立柱本身在运动过程中的变形量有着较高的标准。这对于电火花加工机床提出了更高的设计要求，并且也会导致电火花加工机床的制造成本上升。

此外，在电火花加工机床运行了一段时间之后，其中用于加工的电极会发生磨损，因而要定期对电极进行更换。而且，在加工不同的工件时，有时加工的工艺参数会有所不同，进而要求使用不同的电极，这也提出了对电极进行更换的需求。有些电火花加工机床中是通过人工方式对电极进行更换，其工作效率较低。近来，也开发出一些能够自动更换电极的电火花加工机床，但其中用于自动更换电极的装置容易与电火花加工机床的其它部件发生干扰，而且，对电极的更换效率仍有待提高。

因此，存在对电火花加工机床进行进一步改进的需求，以克服至少一个以上所述的现有技术中的问题。

发明内容

本发明是基于上述现有技术所存在的问题而做出的，其目的是提供一种改进结构的电火花加工机床，以精确地控制其加工工具、即电极相对于待加工工件的位置。此外，进一步地还能够方便地更换该电火花加工机床的电极。

本发明的电火花加工机床包括床身和工作台，其中，在床身上设置有两个相对的支撑部，在两个相对的支撑部上支撑有动梁，其中，动梁能够相对于支撑部沿第一方向运动，在动梁上安装有工具组件，工具组件包括用于对工件进行电火花加工的电极，其中，在动梁和支撑部之间形成容纳空间，容纳空间中设置有电极库，电极库中包括至少一个备用电极，用于替换工具组件上的电极。

可见，在上述结构中，电火花加工机床的床身上由动梁和支撑部形成龙门结构。这样的龙门结构可以提高对电极与待加工的工件之间相对位置的控制精度。而且，该龙门结构所形成的容纳空间可用于设置电极库。这样，安装在动梁上的工具组件可随动梁一起运动，以选择性地靠近或远离电极库，而不会对待加工的工件产生干扰，进而也有助于实现对电极的自动更换。

较佳地，该容纳空间呈前后贯通的结构，从而可提供较大容积的容纳空间。

较佳地，在动梁和支撑部之间设置导轨-滑枕结构，以使动梁相对于支撑部运动。

而对于电极库来说，其可采取转盘结构。这样，可通过电极库的旋转来容易地将所需要的备用电极转到工具组件下方，以供替换。

除了通过动梁的运动来实现动梁与电极库之间相对地靠近和远离之外，还可在容纳空间中设置有导轨结构，电极库设置在导轨结构上，从而使得电极库能够在导轨结构的引导下远离或靠近工具组件地运动。这样，电极库的可调节性进一步得到提高，并且，特别是在容纳空间为先后贯通的结构中，电极库能够运动到电火花加工机床的后端(即与保持有工件的工作台相对的那一端)，从而有助于进一步简化对备用电极的更换，而不会对工作台产生干扰，提高电火花加工机床的操作效率。

在一种示例性结构中，工具组件的具体结构包括：

立柱，立柱设置在动梁的面向工作台的一侧上，并能够沿不同于第一方向的第二方向相对于动梁运动；和/或

轴头座，轴头座设置在立柱上，并能够沿不同于第一方向和第二方向的第三方向相对于立柱运动；和/或

轴头夹具，轴头夹具设置在轴头座的下部，并能够围绕平行于第三方向的轴线回转。

进一步较佳地，轴头夹具回转的角度范围在-60°～60°。

进一步地，在本发明的电火花加工机床中，工作台包括油槽，在油槽中可摆动地设置有用于保持工件的工件保持部。通过该工件保持部的摆动，可将待加工的工件浸没到油槽中的电火花油中，从而可对该工件进行电火花加工。其中，工件保持部的一种具体形式为桥板。

其中，油槽包括围绕轴向设置的多个油槽壁，且在油槽的远离电极库的一侧处的油槽壁为可拆卸的板。

较佳地，油槽的远离电极库的一侧的两端分别设置有油槽壁支撑柱，在油槽壁支撑柱上形成有插槽，可拆卸的板的两端能够插入到插槽中。

通过可拆卸的板的设置，可以进一步便于将待加工的工件放置到桥板上，并且还可便于对油槽内部的清理。

进一步地，油槽包括互相相对地设置的第一油槽壁和第二油槽壁，第一油槽壁上可摆动地设置有第一吊板，而在第二油槽壁211上可摆动地设置有第二吊板，工件保持部(例如桥板)的两端分别支承在第一吊板和第二吊板上。

较佳地，在第一吊板的底板与工件保持部之间和/或在第二吊板的底板与工件保持部之间设置有高度调节部，用于调节工件保持部的两端的高度。在一种较佳结构中，该高度调节部具体为垫板。通过该高度调节部(垫板)的设置，有利于对工件保持部的水平度的调整。

在工作台的一种具体结构中，第一油槽壁上设置有驱动装置，驱动装置通过驱动侧芯轴连接到第一吊板，从而第一吊板可通过驱动装置的驱动而摆动；和/或

第二油槽壁上设置有尾座组件，尾座组件通过尾座芯轴连接到第二吊板，其中，尾座组件上设置有角度编码器，从而角度编码器通过监测尾座芯轴的旋转角度来确定工件保持部的摆动角度。

其中，驱动装置经由驱动侧芯轴来驱动第一吊板，进而可驱动工件保持部的摆动。此时，第二吊板也会随着一起摆动，并带动尾座芯轴旋转，而角度编码器通过监测尾座芯轴的旋转角度可确定桥板的摆动角度，从而有助于提高控制精度。

本发明还涉及一种模具生产线，该模具生产线可包括至少一个以上如上所述的电火花加工机床。

附图说明

从附图所示的结构中可以更加清楚地了解本发明的具体实施方式，在附图中：

图1示出了本发明的电火花加工机床的整体结构的立体图。

图2示出了图1所示的电火花加工机床的工作台的剖视图。

图3示出了图2中的工作台的各部件的分解剖视图。

图4示出了图2中的工作台的立体图。

图5示出了一种模具生产线的俯视图，该模具生产线中并排地布置有多个电火花加工机床。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当了解，附图中所示的仅仅是本发明的较佳实施例，其并不构成对本发明的范围的限制。本领域的技术人员可以在附图所示的实施例的基础上对本发明进行各种显而易见的修改、变型、等效替换，这些都落在本发明的保护范围之内。

此外，需要说明的是，在本文中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等方向术语是参考附图所示的定向而言的。

图1示出了本发明的电火花加工机床10的整体结构立体图。电火花加工机床10总的来说包括床身100和位于床身100上的工作台200。

在床身100设有两个相对的支撑部110。较佳地，这两个支撑部110分别设置在床身100的相对的两个侧边缘上，并分别沿着各自的侧边缘延伸。动梁120支承在这两个支撑部110之上，更具体地说，动梁120的两端分别支承在这两个支撑部110上。

支撑部110的顶部设置有导轨111，而相应地，在动梁120的底部设置有动梁滑枕121，动梁滑枕121配合在动梁滑枕121上，从而使得动梁120能够相对于支撑部110在图1中的双向箭头Y所示的前后方向(或称第一方向)上运动。

由此，在本发明的电火花加工机床10中，支撑部110与动梁120相组合，形成龙门结构。

在动梁120的靠近工作台200的一侧上设置有工具组件，该工具组件较佳地能够相对于动梁120沿动梁120的纵向、或者说沿着图1中的双向箭头X所示的左右方向(或称第二方向)运动。

具体地，在图1所示的示例性结构中，工具组件包括立柱130，该立柱130可相对于动梁120沿着动梁120的纵向运动。类似地，在立柱130和动梁120之间也可设置导轨-滑枕结构，以实现立柱130相对于动梁120的运动。

在立柱130上设置有轴头座140，该轴头座140被设置成能够相对于轴头座140沿着立柱130的纵向、即图1中的双向箭头Z所指示的上下方向(或称第三方向)运动。轴头夹具150安装在轴头座140上、较佳地是安装在轴头座140的下端。该轴头夹具150可围绕着与轴头座140的纵向平行的轴线相对于轴头座140回转，如图1中的箭头B所示地。例如，可在轴头座140和轴头夹具150之间设置涡轮-蜗杆结构，以实现轴头夹具150的回转运动。较佳地，轴头夹具150可相对于轴头座140在-60°～60°的范围内回转。并且进一步较佳地，该主轴头150还能够相对于轴头座140前后伸缩。

可见，在本发明中，电火花加工机床10的电极160可沿着图1中的箭头X、Y、Z和B所指的方向调整相对于被保持在工作台200上的工件的位置。进一步地，如图1中所示，工作台200上的工件还能够如箭头A所示意的那样转动，从而进一步调整电极160和工件之间的相对位置。工作台200的使工件转动的结构将在下面进一步地详细描述。

从图1中可见，动梁120和两个支撑部110共同限定出了容纳空间，该容纳空间较佳地是在动梁120下方于两个支撑部110之间穿过的贯通空间。在该容纳空间中设置有电极库170，在该电极库170上放置有多个备用电极160’，这些备用电极160’可以是不同类型和/或型号的电极，也可以是相同类型和/或型号的电极，以用于替换保持在轴头150上的电极160。通过动梁120沿着箭头Y所指方向的运动，可以使轴头夹具150靠近或远离电极库170。作为替代的或附加的结构，可以在床身100的安装有电极库170的位置处设置导轨结构，在该导轨结构的引导下，使得电极库170可以沿着靠近或远离电极160的方向运动。由此，特别是在贯通空间的情形中，电极库170能够运动到电火花加工机床10的远离工作台200的后端，从而可以在该后端处对备用电极160’进行替换，而不会对工作台200上的工件产生干扰。

当轴头夹具150和电极库170之间的相对运动使得电极库170运动到轴头夹具150下方时，轴头夹具150上的电极夹具可松开电极160，使得电极160落到电极库170中的空位上，然后，通过轴头夹具150和电极库170之间的进一步相对运动，使电极库170中所需要的电极160到达轴头夹具150下方，并且由轴头夹具150将该新的电极160夹持住。由此，实现对轴头夹具150上的电极160的更换。

较佳地，电极库170可以是转盘结构，通过电极库170的转动，将所需要的电极160移动到轴头夹具150下方，以供更换。进一步较佳地，可在电火花加工机床10上设置机械臂(未在图中示出)来实现对电极160的自动更换。或者，在由多个电火花加工机床10并排设置而组成的生产线的情形中，可以设置一个电极更换机器人(或机械臂)来实现对多个电火花加工机床10上的电极进行更换。例如，电极更换机器人可以是设置在各电火花加工机床10背面的桁架机器人，从而其可在不同的电火花加工机床10之间移动。

图2～4示出了本发明的电火花加工机床10的工作台200的结构。其中，图2示出的是工作台200的剖视图，图3示出了工作台200的分解图，而图4则示出了该工作台200的立体图。

首先，参见图2，工作台200包括油槽210，在油槽210中容纳有用于电火花加工的电火花油。在油槽210一端设置有驱动装置220，而在油槽210的相对另一端上设置有尾座组件230。其中，该驱动装置220可为电极带动的减速机。

在油槽210中设有用于保持工件的工件保持部，例如图中所示的桥板240，该桥板240可摆动地设置在油槽210中。进一步地，在油槽210中还设置有摆动部，工件保持部支承在该摆动部件上，从而随着摆动部件摆动。该摆动部件的一种具体实施方式是相对地设置在油槽210中，例如设置在油槽的相对两个壁上的第一吊板251和第二吊板252，作为工件保持部的桥板240的两端分别支承在第一吊板251和第二吊板252上，从而保持在油槽210中。待加工的工件可保持在该桥板240上，并面对电极160。

油槽210包括沿其周向设置的油槽壁211，较佳地是包括四个油槽壁211。其中，进一步较佳地，这四个油槽壁211中远离电极库170一侧的那个油槽壁211为可拆卸的板。具体地，如图4所示，在该侧处的两端分别设置有油槽壁支撑柱212，该油槽壁支撑柱212中设置有插槽，呈可拆卸板形式的油槽壁211的两端可插入该插槽中。在插设好该油槽壁211之后，可在两个油槽壁支撑柱212的顶端设置顶盖213，以固定油槽壁211。进一步地，为了防止在油槽壁211与油槽壁支撑柱212相互间的连接部位处的泄漏，在油槽壁支撑柱212的插槽与油槽壁211之间较佳地设置有垫层。该垫层较佳地为弹性的材料，进一步地，该垫层为耐油材料制成。

通过该可拆卸的板的结构，可以更加方便地将工件固定到工作台200上，此外也便于对油槽210的内部进行清理。

下面参考图3所示的工作台200的分解图。从图中可以看到，第一吊板251和第二吊板252分别安装在两个相对的油槽壁211上。具体来说，这两个油槽壁211是沿着图1中的箭头X所示意的方向。如图3所示，在安装有第一吊板251的第一油槽壁211-1的外侧，设置有工作台200的驱动装置220。在该第一油槽壁211-1上形成有通孔，驱动侧芯轴221的一端经由该通孔连接到驱动装置220的输出端上。驱动侧芯轴221的另一端与第一吊板251连接。例如，可在第一吊板251上设置连接孔，驱动侧芯轴221的该另一端配合在连接孔中。其中，驱动侧芯轴221可相对于第一油槽壁211-1转动，而驱动侧芯轴221与第一吊板251之间是固定连接，从而当驱动装置220对驱动侧芯轴221进行驱动而使之转动时，可使第一吊板251随之而摆动。

在如图3所示的优选结构中，在驱动侧芯轴221穿过第一油槽壁211-1的通孔的那一端上还设置有第一密封装置，以实现驱动侧芯轴221与第一油槽壁211-1的通孔之间的密封，即，密封它们之间的间隙。具体来说，该第一密封装置可包括第一唇形密封圈223和第一O形圈224中的至少一个，并且进一步地还可包括第一密封圈固定板222，以用于将第一唇形密封圈223和/或第一O形圈224保持在位。通过该第一密封装置，可防止电火花油通过驱动侧芯轴221的上述一端与第一油槽壁211-1之间的间隙泄漏。

安装有第二吊板252的第二油槽壁211-2上安装有尾座组件230。在该尾座组件230中，支撑尾板231设置在第二油槽壁211-2上。支撑尾板231中设有连接孔，在该连接孔中可容纳有尾座轴承237。更具体地，在支撑尾板231中、特别是在支撑尾板231的连接孔中设置有尾座轴承室236，该尾座轴承237通过轴承压板238被固定在尾座轴承室236中。

在设置支撑尾板231的第二油槽壁211-2上也形成有通孔，尾座芯轴232的一端穿过该通孔而与支撑尾板231、尾座轴承室236等部件所组成的组件连接在一起。在图中所示的结构中，该尾座芯轴232具体地是与尾座轴承室236直接连接。并且，轴承压板238较佳地通过锁紧螺母固定在尾座芯轴232的该端部上。

进一步地，在尾座芯轴232的穿过第二油槽壁211-2的通孔的一端上设置有第二密封装置，以实现第二油槽壁211-2的通孔与尾座芯轴232之间的密封，即密封它们之间的间隙。该第二密封装置包括例如可由第二密封圈固定板233所保持的第二唇形密封圈234和/或第二O形圈235。该第二密封装置可防止油槽210中的电火花油经由通孔和尾座芯轴232之间的间隙泄漏出来。

进一步地，在尾座轴承室236和支撑尾板231之间还设置有第三密封装置，例如图中所示的唇形密封圈239，该第三唇形密封圈239可防止电火花油泄漏到尾座轴承室236中，并进入到尾座轴承237中。

尾座芯轴232的另一端与第二吊板252相连接，例如在第二吊板252上形成有安装孔，尾座芯轴232的该另一端配合再该安装孔中。当然，尾座芯轴232也可以本领域中已知的其它方式与第二吊板252相连接。

第一吊板251和第二吊板252的截面大致呈L形，在其底部具有沿水平方向延伸的底板，桥板240的两端分别搁置在第一吊板251和第二吊板252各自的底板上。进一步地，在第一吊板251和/或第二吊板252的底板上设置高度调节部，用于调整桥板240两端的高度，从而使得桥板240用于保持工件的表面与图1中所示的X和Y轴线所构成的平面平行。该高度调节部例如是图中所示的垫板253，该垫板253设置在第一吊板251和/或第二吊板252的底板与桥板240之间。

除此之外，高度调节部还可采取其它形式，例如，可在第一吊板251和/或第二吊板252的底板上设置螺孔，在该螺孔中旋入螺柱，螺柱的上端抵接桥板240。这样，通过旋转螺柱，可调节螺柱上端所处的高度，进而调节桥板240的位置。

进一步地，高度调节部还可以设置在第一吊板251和/或第二吊板252的除底板之外的其它部位处。甚至，在摆动部件采取吊板之外的形式时，高度调节部还可以是设置在摆动部件的适当位置处的适当形式的结构，如位于摆动部件的多个不同高度处的接收槽等。

进一步地，在工作台200的尾座组件230上设置有角度编码器260(见图2)，该角度编码器260通过监测尾座芯轴232的旋转角度来确定桥板240的摆动角度，从而据此在电火花加工过程中通过控制桥板240的摆动角度来控制被保持在桥板240上的工件(例如轮胎模具的花纹块)与电极160之间的相对位置，进而控制加工精度。

由此，对于上述结构的电火花加工机床10来说，在加工过程中，控制如图1中所示的动梁120沿Y轴线方向的运动、立柱130沿X轴线方向的运动、轴头座140沿Z轴线方向的运动、以及轴头夹具150沿箭头B方向的转动，从而调整电极160相对于待加工的工件的定位。与此同时，对于工作台200，经由驱动侧芯轴221来驱动第一吊板251摆动，该第一吊板251带动桥板240摆动。进一步地，第二吊板252也随之一起摆动，带动尾座芯轴232转动。尾座芯轴232的转动角度为角度编码器260所监测，经而由此得出桥板240的摆动角度。根据所得到的桥板240的该摆动角度，进一步控制调整电极160的位置。由此，本发明的电火花加工机床10能够实现闭环控制，进一步提高控制精度。

可以将多个本发明的电火花加工机床10并排设置在一起，以形成生产线，如图5中所示的。该生产线例如是用于制造轮胎模具的生产线等。这些电火花加工机床10可以同时对多个工件(例如轮胎模具花纹块)进行相同的加工，或者可由多个电火花加工机床10分别承担不同的加工步骤。这些情形也都在本发明的范围之内。或者，电火花加工机床10也可与其它类型的加工机床组合在一起形成生产线。对于包括本发明的电火花加工机床10的生产线来说，可以实现对该生产线上的多个电火花加工机床10的备用电机的自动更换，从而有助于提高加工效率。

以上参照附图对本发明的电火花加工机床10的较佳实施例进行了说明，本领域技术人员可对该较佳实施例进行显而易见的变型和修改，而不会超出本发明的范围。

例如，在附图所示的结构中，图1中的双箭头X、Y、Z所指示的方向互相垂直。不过，箭头X、Y、Z所指示的方向也可以不是严格地互相垂直，而是互相略有倾斜，从而形成除90°以外的其它角度，这也在本发明的范围之内。

在以上所公开的结构中，在动梁120和支撑部110之间以及立柱130和动梁120之间设置的是导轨-滑枕结构，以实现两者之间的相对运动。除此之外，也可采用其它能够实现相对运动的结构，例如蜗轮-蜗杆结构等。

Claims (12)

1.一种电火花加工机床，所述电火花加工机床包括床身和工作台，其特征在于，在所述床身上设置有两个相对的支撑部，在所述两个相对的支撑部上支撑有动梁，其中，所述动梁能够相对于所述支撑部沿第一方向运动，在所述动梁上安装有工具组件，所述工具组件包括用于对工件进行电火花加工的电极，其中，在所述动梁和所述支撑部之间形成容纳空间，所述容纳空间中设置有电极库，所述电极库中包括至少一个备用电极，用于替换所述工具组件上的所述电极。

2.如权利要求1所述的电火花加工机床，其特征在于，在所述动梁和所述支撑部之间设置导轨-滑枕结构，以使所述动梁相对于所述支撑部运动。

3.如权利要求1所述的电火花加工机床，其特征在于，所述容纳空间为前后贯通的结构。

4.如权利要求1所述的电火花加工机床，其特征在于，所述电极库为转盘结构。

5.如权利要求1～4中任一项所述的电火花加工机床，其特征在于，在所述容纳空间中设置有导轨结构，所述电极库设置在所述导轨结构上，从而所述电极库能够在所述导轨结构的引导下远离或靠近所述工具组件地运动，且优选地，所述电极库能够运动到所述电火花加工机床的后端。

6.如权利要求1所述的电火花加工机床，其特征在于，所述工具组件包括：

立柱，所述立柱设置在所述动梁的面向所述工作台的一侧上，并能够沿不同于所述第一方向的第二方向相对于所述动梁运动；和/或

轴头座，所述轴头座设置在所述立柱上，并能够沿不同于所述第一方向和所述第二方向的第三方向相对于所述立柱运动；优选的，所述轴头夹具回转的角度范围在-60°～60°；

和/或

轴头夹具，所述轴头夹具设置在所述轴头座的下部，并能够围绕平行于所述第三方向的轴线回转。

7.如权利要求1所述的电火花加工机床，其特征在于，所述工作台包括油槽，在所述油槽中可摆动地设置有工件保持部。

8.如权利要求7所述的电火花加工机床，其特征在于，所述油槽包括围绕轴向设置的多个油槽壁，且在所述油槽的远离所述电极库的一侧处的所述油槽壁为可拆卸的板；

优选的，所述油槽的远离所述电极库的所述一侧的两端分别设置有油槽壁支撑柱，在所述油槽壁支撑柱上形成有插槽，所述可拆卸的板的两端能够插入到所述插槽中。

9.如权利要求7所述的电火花加工机床，其特征在于，所述油槽包括第一油槽壁和与所述第一油槽壁相对的第二油槽壁，在所述第一油槽壁上可摆动地设置有第一吊板，在所述第二油槽壁可摆动地设置有第二吊板，所述工件保持部的两端分别支承在所述第一吊板和所述第二吊板上。

10.如权利要求9所述的电火花加工机床，其特征在于，在所述第一吊板的底板与所述工件保持部之间和/或在所述第二吊板的底板与所述工件保持部之间设置有高度调节部，用于调节所述工件保持部两端的高度。

11.如权利要求9所述的电火花加工机床，其特征在于，

所述第一油槽壁上设置有驱动装置，所述驱动装置通过驱动侧芯轴连接到所述第一吊板，从而第一吊板可通过所述驱动装置的驱动而摆动；和/或

所述第二油槽壁上设置有尾座组件，所述尾座组件通过尾座芯轴连接到所述第二吊板，其中，所述尾座组件上设置有角度编码器，从而所述角度编码器通过监测所述尾座芯轴的旋转角度来确定所述工件保持部的摆动角度。

12.一种生产线，所述生产线包括至少一个如权利要求1～11中的任一项所述的电火花加工机床。