CN110814456A - 一种电火花机床中的双用主轴 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电火花机床中的双用主轴，其特征在于，包括主轴系统和直线电机系统；主轴系统设置在电火花机床的立柱上，包括Z轴伺服电机、滚珠丝杠、Z轴滑座和R轴，直线电机系统包括直线电机和电极丝夹持机构，电机动子与电极丝夹持机构连接，电机定子固定在一安装板上，安装板固定安装在所述Z轴滑座上。本发明提供的电火花机床中的双用主轴在不更改常用电火花主机结构和将直线电机结合在伺服电机驱动较小改造成本的情况下，即可满足大深径比微小孔、窄缝、窄槽的加工需求，又可满足大重量、大面积电极加工任务需求。
Description
技术领域
本发明属于电加工技术领域，涉及电火花机床，尤其是提供一种电火花机床中的双用主轴。
背景技术
随着航空航天、汽车能源等高技术行业的发展，对电火花加工技术的要求越来越高。电火花机床的主轴部分是其关键部件之一，其功率消耗约占机床总功率的60%-80%，主轴部分的性能直接影响到机床的加工效率、加工质量、加工精度等。在电火花加工中，虽然也有使用水平伺服加工的情况或联动插补以加工复杂型面，但大多数情况下是Z轴伺服进给，水平X、Y轴定位、平动。所以主轴的性能好坏可以作为整个机床的性能衡量指标。
当前，电火花机床主轴的常用功能主要有伺服加工、控制加工深度尺寸、反馈放电间隙状况、保证电极的精度和刚度等。在主轴的扩展方面，可提供合适的安装空间，以便容纳可换夹头、C轴、R轴。同时，我国电火花加工主轴大部分采用“旋转电机+滚珠丝杠”机构进行驱动，该机构涉及中间部件多，运动惯量比较大，产生的线速度、加速度及定位精度均有限，所以在超高速、超精密电火花加工需求方面具有一定的局限性。
随着高质量、高精密的加工需求越来越多，仅仅使用伺服驱动的瓶颈也越来越明显，如若去掉传统主轴结构的“旋转电机+滚珠丝杠”结构，更换为更新型的直线电机驱动方式，在机床的整机结构需要进行重新设计优化，成本大、任务重、时间周期长。故在当前基础上优化主轴结构，从而提升整体机床的加工性能就变得十分重要。
发明内容
本发明的目的在于改进现有技术的不足，提供一种能够扩大加工范围且可提高加工效率、加工精度和加工质量的电火花机床中的双用主轴。
本发明提供的双用主轴采用直线电机与交流伺服电机混合驱动电火花机床的主轴。
本发明的目的是这样实现的：
一种电火花机床中的双用主轴包括主轴系统和直线电机系统；
主轴系统设置在电火花机床的立柱上，包括Z轴伺服电机、滚珠丝杠、Z轴滑座和R轴， Z轴伺服电机驱动滚珠丝杠转动从而带动Z轴滑座上下运动， R轴固定在Z轴滑座的下部，连同Z轴滑座一起运动，R轴中心设有电极丝通道；
直线电机系统包括直线电机和电极丝夹持机构，直线电机包括电机定子和电机动子，电机动子在电机定子的导轨上滑动，电机动子外侧设有一运动台，电极丝夹持机构固定在运动台上，电极丝夹持机构上设有电极丝进给通道，电极丝夹持机构的电极丝进给通道与所述R轴上的电极丝通道上下相对应，电机动子通过运动台带动电极丝夹持机构进丝，电机定子固定在直线电机底板上，所述直线电机底板通过一固定板安装在所述 Z轴滑座上，当Z轴滑座上下运动时，直线电机系统整体随之上下运动，电极丝通过电极丝夹持机构进丝并通过R轴电极丝通道。
优选地，R轴底端设有导向器或下端夹持有电极夹持柄。
优选地，直线电机定子导轨上设有导轨钳制器，用来防止导轨震动。
优选地，光栅尺安装在直线电机底板的侧面，用于保证运动台的上、下限位。
本发明将一般的成形加工和微细加工两种工艺结合到一台电火花机床中，即用同一台机床可以做两种加工工艺。
直线电机装置是一种将电能直接转换成直线运动机械能的传动装置，具有结构简单、起动推力大、传动刚度高、动态响应快、速度和加速度大、定位精度高、精度保持时间长等优点，是超高速、超精密机床的理想传动方式。将直线电机驱动技术应用于电火花加工机床不仅可以大幅提高速度、加速度，进而提高加工效率和加工精度，同时还可扩大加工范围，例如深窄槽、窄缝的加工。
本发明采用直线电机与伺服电机混合驱动的双用主轴，在不更改常用电火花主机结构和将直线电机结合在伺服电机驱动较小改造成本的情况下，即可满足大深径比微小孔、窄缝、窄槽的加工需求，又可满足大重量、大面积电极加工任务需求。使得主轴结构扩大了加工范围，进而提高加工效率和主轴的实用性。
附图说明
图1为本发明提供的电火花机床中的双用主轴的立体结构示意图。
图2为本发明提供的电火花机床中的双用主轴的直线电机的立体结构示意图。
图3为图1所示双用主轴中R轴的结构示意图。
图4为直线电机与电极丝夹持机构及R轴的结构示意图。
图5为电极丝夹持机构夹紧电极丝状态的结构示意图。
图6为电极丝夹持机构松开电极丝且电极丝夹持器机构被直线电机向上运动进丝过程中的结构示意图。
图中1-立柱；2-Z轴伺服电机；3-电机轴承座；4-Z轴导轨；5-Z轴滚珠丝杆；6-Z轴滑座；7-固定板；8-电极丝夹持机构；81-电极丝；82-进丝法兰；83-夹丝管；84-导向器；9-R轴；91-R轴驱动电机；92-皮带传动机构；10-光栅尺；11-电子动子；12-电机定子；13-直线电机底板；14-导轨滑块；15-导轨钳制器；16-运动台。
具体实施方式
下面结合附图并以实施例的方式对本发明作进一步详细描述。
如图1-图2所示，一种电火花机床中的双用主轴包括主轴系统即Z系统和直线电机系统即W系统；
主轴系统设置在电火花机床的立柱1上，包括Z轴伺服电机2、滚珠丝杠5、Z轴滑座6和R轴9，Z轴伺服电机2通过电机轴承座3固定在立柱1上，具体地，Z轴伺服电机2通过螺栓固定在电机轴承座3上，Z轴伺服电机2与Z轴滚珠丝杠5通过联轴器连接。Z轴伺服电机2驱动Z轴滚珠丝杠5转动从而带动Z轴滑座6上下运动， R轴9通过螺栓固定在Z轴滑座6的下部固连的R轴支架上，连同Z轴滑座6一起运动，如图3所示，在R轴支架上设置R轴驱动电机91，该R轴驱动电机91通过皮带传动机构92连接R轴9，使得R轴驱动电机91带动R轴9转动。R轴9旋转有两种情况：一是微孔加工时，R轴9旋转加工有利于孔圆度变好。二是成形加工时有需要R轴9旋转加工工艺需求时，才会打开R轴驱动电机91。R轴9不需要旋转时，只需让R轴驱动电机91抱闸即可。
R轴9中心设有电极丝通道；
直线电机系统包括直线电机和电极丝夹持机构8，直线电机包括电机定子12和电机动子11，电机动子11在电机定子12的Z轴导轨4上滑动，电机动子11外侧设有一运动台16，电极丝夹持机构8固定在运动台16上，如图4所示，电极丝夹持机构8上设有电极丝进给通道81，电极丝夹持机构8的电极丝进给通道81与所述R轴9上的电极丝通道93上下相对应，电机动子11通过运动台16带动电极丝夹持机构8进丝，电机定子12固定在直线电机底板13上，直线电机底板13通过一固定板7安装在Z轴滑座6上，当Z轴滑座6上下运动时，直线电机系统整体随之上下运动，电极丝通过电极丝夹持机构8进丝并通过R轴9电极丝通道。
如图1所示，在电极丝夹持机构8的下端与R轴９通过皮带传动机构92相连，可实现电极丝夹持机构8的旋转。
电极丝夹持机构8旋转，主要是因为电极丝夹持机构部分地固定在R轴9内（见图4），R轴9转动从而带动送丝机构转动带动电极丝转动。加工时电极丝的转动的目的主要是保证了加工孔的圆度，还有个原因是可有助于加工时排屑，从而使得加工速度变快。
R轴9底端设有导向器或下端夹持有电极夹持柄，即可实现电极丝或成形电极的旋转加工，也可锁定满足电极的非旋转状态加工要求，在成形加工时，R轴低端为电极加持柄，不旋转。
直线电机定子12导轨4上设有导轨钳制器15，用来防止导轨4震动。在微细孔加工时，R轴底端安装导向器结构，并由R轴电机带动转动。
光栅尺10安装在直线电机底板13的侧面，用于保证运动台16的上、下限位。
在大面积、大功率加工成形时，采用伺服电机驱动主轴进行加工，将电极装夹在主轴底部夹具上，当Z轴电机２驱动Z轴丝杠５进行旋转运动，从而实现Z轴滑座6的上下运动，带动W轴安装板７、W轴结构、电极丝夹持机构８、R轴９上下运动，R轴９可在成形加工时夹持成形电极夹持柄，实现成形电极的旋转加工，也可锁定满足电极的非旋转状态加工要求，从而实现正常放电加工。
电极丝夹持机构8起到的作用是夹住电极丝81。如图5和图6所示，当要进丝时，该电极丝夹持机构8要松开，通过气动装置按压电极丝加持机构中夹丝管83上的进丝法兰82将夹丝管83松开，此时通过数控程序控制直线电机的电机动子11向上运动，由于电极丝81与导向器84之间摩擦力的存在，电极丝81不动，电机动子11同夹丝管83一起向着远离工件的方向运动；当运动到数控系统指定位置后，控制气动装置松开进丝法兰82，在夹丝管83上的弹簧的回弹力作用下，夹丝管83再次夹紧电极丝，这样就完成了进丝。夹丝管中通过弹簧和法兰实现夹紧和松开的机构是现有技术，其原理与自动铅笔的出铅芯机构相同。
在大深径比微小孔、深窄槽、窄缝加工时用高速、高加速度直线电机加工。微小孔加工时，将电极丝放入电极丝夹持机构８内，由R轴９带动电极丝夹持机构8的旋转，底端电极丝穿过导向器，由直线电机向下驱动进给送丝，实现微小孔的加工；在加工深窄槽、窄缝时，同样由直线电机向下驱动进给，R轴９使电极夹持柄锁定不旋转，导轨钳制器15可用来防止导轨4振动、提高刚度及精细定位，在出现断电失控情况下，现有技术的导轨钳制器15也可实现快速制动作用，保护直线电机系统部件不受损坏。从而实现微小孔、窄槽、窄缝的高精密、高速放电加工。
本发明并不局限于上述实施方式，任何本领域技术人员都可做多种修改和变化，在不脱离本发明的精神下，都在本发明所要求保护范围。。
Claims (5)
1.一种电火花机床中的双用主轴，其特征在于，包括主轴系统和直线电机系统；
所述主轴系统设置在电火花机床的立柱上，包括Z轴伺服电机、滚珠丝杠、Z轴滑座和R轴，所述Z轴伺服电机驱动滚珠丝杠转动从而带动Z轴滑座上下运动，所述R轴固定在Z轴滑座的下部，连同Z轴滑座一起运动，所述R轴中心设有电极丝通道；
所述直线电机系统包括直线电机和电极丝夹持机构，所述直线电机包括电机定子和电机动子，电机动子在电机定子的导轨上滑动，所述电机动子外侧设有一运动台，所述电极丝夹持机构固定在所述运动台上，所述电极丝夹持机构上设有电极丝进给通道，所述电极丝夹持机构的电极丝进给通道与所述R轴上的电极丝通道上下相对应，所述电机动子通过所述运动台带动电极丝夹持机构进丝，所述电机定子固定在直线电机底板上，所述直线电机底板通过一固定板安装在所述 Z轴滑座上，当Z轴滑座上下运动时，直线电机系统整体随之上下运动，电极丝通过所述电极丝夹持机构进丝并通过所述R轴的电极丝通道。
2.根据权利要求1所述的电火花机床中的双用主轴，其特征在于，所述R轴底端设有导向器。
3.根据权利要求1所述的电火花机床中的双用主轴，其特征在于，所述R轴下端还夹持有电极夹持柄。
4.根据权利要求1所述的电火花机床中的双用主轴，其特征在于，所述直线电机定子导轨上设有导轨钳制器，用来防止导轨震动。
5.根据权利要求1所述的电火花机床中的双用主轴，其特征在于，一光栅尺安装在直线电机底板的侧面，用于保证所述运动台的上、下限位。
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