CN111889828A - 一种多工位多角度的电火花加工装置及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电火花成型加工技术领域，尤其涉及一种多工位多角度的电火花加工装置，包括第一主轴机构、第二主轴机构、第三主轴机构、回转工作台和滑台机构；第一主轴机构、第二主轴机构和第三主轴机构的结构相同，均包括主轴组件和主轴偏置组件，主轴偏置组件包括回转支撑座、电极夹头和工具电极，工具电极固设在电极夹头上，电极夹头通过转动轴转动设置在回转支撑座上，电极夹头的回转轴线位于X‑Y平面内；第一主轴机构、第二主轴机构和第三主轴机构绕Z轴的圆周方向依次分布，滑台机构用于驱动回转工作台在X轴和Y轴方向移动，回转工作台的回转轴线朝向Z轴方向，工具电极朝向回转工作台，回转支撑座与主轴组件沿Z轴方向滑动连接。

Description

一种多工位多角度的电火花加工装置及其加工方法

技术领域

本发明属于电火花成型加工技术领域，尤其涉及一种多工位多角度的电火花加工装置及其加工方法。

背景技术

电火花成型加工作为一种非传统无接触式加工方法，广泛应用于汽车、航空航天领域，可加工各类模具，复杂型腔和精密结构，特别是具有高脆硬性的难加工材料。现有的电火花成型加工设备常常设置单主轴，只能实现单工位加工，加工形态和加工区域都受到限制；而现有的多主轴成型加工设备往往采用多主轴并列布局，虽可实现同一零件在不同工位的加工，但仍只能加工某一特定方向，不能实现工件的多角度加工，工件表面可加工区域仍受到限制，本申请的目的就是提出一种多工位多角度的电火花加工装置及其方法。

发明内容

为解决现有技术存在的电火花成型加工设备不能实现工件的多角度加工，工件表面可加工区域受到限制的问题，本发明提供一种多工位多角度的电火花加工装置及其加工方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下，一种多工位多角度的电火花加工装置，以相互垂直的X轴、Y轴和Z轴建立空间坐标系，其中Z轴朝向竖直方向；该电火花加工装置包括第一主轴机构、第二主轴机构、第三主轴机构、回转工作台和滑台机构；所述第一主轴机构、第二主轴机构和第三主轴机构的结构相同，均包括主轴组件和主轴偏置组件，所述主轴偏置组件包括回转支撑座、电极夹头和工具电极，所述工具电极固定设置在电极夹头上，所述电极夹头通过转动轴转动设置在回转支撑座上，且所述电极夹头的回转轴线位于X-Y平面内；

所述第一主轴机构、第二主轴机构和第三主轴机构绕Z轴的圆周方向依次分布，所述滑台机构用于驱动回转工作台在X轴方向和Y轴方向移动，所述回转工作台的回转轴线朝向Z轴方向，所述工具电极朝向回转工作台，所述回转支撑座与主轴组件沿Z轴方向滑动连接，且所述回转支撑座带动工具电极靠近或远离回转工作台移动。

作为优选，所述第二主轴机构的电极夹头的回转轴线分别垂直于第一主轴机构的电极夹头和第三主轴机构的电极夹头的回转轴线。即第一主轴机构和第二主轴机构之间，以及第二主轴机构和第三主轴机构之间的间隔圆心角为90°，便于第一主轴机构、第二主轴机构和第三主轴机构对应工位之间的转换，提高不同工位之间的加工精度。

作为优选，所述回转支撑座上固定设置有机罩，所述机罩上开设有限位凹槽，所述电极夹头上延伸有与限位凹槽配合的凸块。保证电极夹头只沿限位凹槽转动，提高电极夹头的转动可靠性和转动精度。

作为优选，所述转动轴由第一蜗轮和第一蜗杆驱动旋转，所述第一蜗轮与转动轴固定连接，所述第一蜗杆由第一电机驱动旋转。转动轴的驱动结构简单可靠，成本较低。

作为优选，所述主轴组件包括伺服电机、主轴箱、主轴、Z轴丝杆和Z轴滑块螺母，所述Z轴丝杆通过第一轴承结构与主轴箱转动连接，所述Z轴滑块螺母套设在Z轴丝杆上，所述回转支撑座、主轴和Z轴滑块螺母依次固定连接；所述伺服电机通过带传动驱动Z轴丝杆旋转；所述主轴箱和主轴之间设置有直线导轨结构。主轴组件的结构简单可靠，成本较低。

作为优选，所述滑台机构包括X轴滑台、X轴滑块螺母、X轴丝杆、Y轴滑台、Y轴滑块螺母、Y轴丝杆和机床底座；所述Y轴丝杆通过第二轴承结构转动设置在机床底座上，所述Y轴滑块螺母套设在Y轴丝杆上，所述Y轴滑台固定设置在Y轴滑块螺母上，所述Y轴滑台和机床底座之间设置有Y轴滚珠导轨；所述X轴丝杆通过第三轴承结构转动设置在Y轴滑台上，所述X轴滑块螺母套设在X轴丝杆上，所述X轴滑台固定设置在X轴滑块螺母上，所述X轴滑台和Y轴滑台之间设置有X轴滚珠导轨；所述回转工作台转动设置在X轴滑台上。滑台机构的结构简单可靠，成本较低。

进一步地，所述回转工作台包括三爪卡盘和花键轴，所述花键轴的顶端通过花键与三爪卡盘固定连接，所述花键轴的底端通过第四轴承结构与X轴滑台转动连接；所述花键轴由第二蜗轮和第二蜗杆驱动旋转，所述第二蜗轮与花键轴固定连接，所述第二蜗杆由第二电机驱动旋转。三爪卡盘为现有结构，三爪卡盘的三个卡爪同时向回转工作台中心进给，以夹紧不同规格的工件。

进一步地，所述转动轴上设置有第一角度传感器；所述花键轴上设置有第二角度传感器。第一角度传感器精确控制工具电极的旋转角度；第二角度传感器精确控制回转工作台的旋转角度。

一种多工位多角度的电火花加工方法，采用上述的电火花加工装置，该电火花加工方法包括如下步骤：

第一步：将待加工工件装夹至所述回转工作台上；

第二步：所述第一主轴机构、第二主轴机构和第三主轴机构对应三个工位，通过调节各工位的所述回转支撑座在Z轴方向的高度，以及转动各工位的所述电极夹头，以调节各工位的所述工具电极与工件之间的角度；

第三步：当第一个工位的所述工具电极对待加工工件完成电火花加工后；所述回转工作台再带动待加工工件转动至第二个工位；

第四步：当第二个工位的所述工具电极对待加工工件完成电火花加工后；所述回转工作台再带动待加工工件转动至第三个工位；

第五步：第三个工位的所述工具电极对待加工工件进行电火花加工。

进一步地，该电火花加工方法还包括如下步骤：

第六步：当待加工工件完成电火花加工后，从回转工作台上取下工件；

第七步：将下一个待加工工件装夹至所述回转工作台上，并重复上述第一步～第六步。

有益效果：本发明的多工位多角度的电火花加工装置及其加工方法，通过转动各工位的工具电极与工件之间的角度，实现多角度复杂加工；通过回转工作台绕Z轴旋转实现多工位加工，使可加工区域覆盖更多的工件表面同时实现工位切换；在每个工位上安装不同规格电极，以及通过多工位和多角度的电火花加工实现工件复杂曲面的电火花加工，保证多工位加工的同时能实现工件的多角度加工，且在一次装夹的情况下没有加工区域的限制，节省加工时间，减少装夹误差，提高加工效率；且结构简单可靠，设计巧妙，成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明多工位多角度的电火花加工装置的立体结构示意图；

图2是本发明多工位多角度的电火花加工装置的主轴偏置组件的剖视示意图(其中机罩、第一蜗杆和第一电机未示意出)；

图3是本发明多工位多角度的电火花加工装置的主轴偏置组件的立体结构示意图；

图4是本发明多工位多角度的电火花加工装置的主轴组件的剖视示意图；

图5是图4中A-A方向的剖视示意图；

图6是本发明多工位多角度的电火花加工装置的回转工作台的剖视示意图；

图7是本发明多工位多角度的电火花加工装置的滑台机构的Z轴方向的剖视示意图；

图8是本发明多工位多角度的电火花加工装置的滑台机构的Y轴方向的剖视示意图；

图中：1、第一主轴机构；2、第二主轴机构；3、第三主轴机构，3-1、主轴组件，3-11、伺服电机，3-12、主轴箱，3-13、主轴，3-14、Z轴丝杆，3-15、Z轴滑块螺母，3-16、第一轴承结构，3-17、带传动，3-18、直线导轨，3-2、主轴偏置组件，3-21、回转支撑座，3-22、电极夹头，3-221、凸块，3-23、工具电极，3-24、转动轴，3-25、机罩，3-251、限位凹槽，3-26、第一蜗轮，3-27、第一电机；4、回转工作台，4-1、三爪卡盘，4-2、花键轴，4-3、第四轴承结构，4-4、第二蜗轮，4-5、第二电机；5、滑台机构，5-1、X轴滑台，5-2、X轴滑块螺母，5-3、X轴丝杆，5-4、Y轴滑台，5-5、Y轴滑块螺母，5-6、Y轴丝杆，5-7、机床底座，5-8、第二轴承结构，5-9、Y轴滚珠导轨，5-10、第三轴承结构，5-11、X轴滚珠导轨，5-12、手柄座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1～8所示，一种多工位多角度的电火花加工装置，以相互垂直的X轴、Y轴和Z轴建立空间坐标系，其中Z轴朝向竖直方向；该电火花加工装置包括第一主轴机构1、第二主轴机构2、第三主轴机构3、回转工作台4和滑台机构5；所述第一主轴机构1、第二主轴机构2和第三主轴机构3的结构相同，均包括主轴组件3-1和主轴偏置组件3-2，如图1、图2和图3所示，所述主轴偏置组件3-2包括回转支撑座3-21、电极夹头3-22和工具电极3-23，所述工具电极3-23固定设置在电极夹头3-22上，所述电极夹头3-22通过转动轴3-24转动设置在回转支撑座3-21上，且所述电极夹头3-22的回转轴线位于X-Y平面内，所述转动轴3-24上设置有第一角度传感器(图中未示意出)，第一角度传感器精确控制工具电极3-23的旋转角度，本实施例的所述转动轴3-24由第一蜗轮3-26和第一蜗杆驱动旋转，所述第一蜗轮3-26与转动轴3-24固定连接，所述第一蜗杆(图中未示意出)由第一电机3-27驱动旋转，所述回转支撑座3-21上固定设置有机罩3-25，所述机罩3-25上开设有限位凹槽3-251，所述电极夹头3-22上延伸有与限位凹槽3-251配合的凸块3-221，保证电极夹头3-22只沿限位凹槽3-251转动，提高电极夹头3-22的转动可靠性和转动精度；

所述第一主轴机构1、第二主轴机构2和第三主轴机构3绕Z轴的圆周方向依次分布，所述滑台机构5用于驱动回转工作台4在X轴方向和Y轴方向移动，所述回转工作台4的回转轴线朝向Z轴方向，所述工具电极3-23朝向回转工作台4，所述回转支撑座3-21与主轴组件3-1沿Z轴方向滑动连接，且所述回转支撑座3-21带动工具电极3-23靠近或远离回转工作台4移动。

如图1所示，本实施例的所述第二主轴机构2的电极夹头3-22的回转轴线分别垂直于第一主轴机构1的电极夹头3-22和第三主轴机构3的电极夹头3-22的回转轴线，即第一主轴机构1和第二主轴机构2之间，以及第二主轴机构2和第三主轴机构3之间的间隔圆心角为90°，便于第一主轴机构1、第二主轴机构2和第三主轴机构3对应工位之间的转换，提高不同工位之间的加工精度。

如图4和图5所示，本实施例的所述主轴组件3-1包括伺服电机3-11、主轴箱3-12、主轴3-13、Z轴丝杆3-14和Z轴滑块螺母3-15，所述Z轴丝杆3-14通过第一轴承结构3-16与主轴箱3-12转动连接，所述Z轴滑块螺母3-15套设在Z轴丝杆3-14上，所述回转支撑座3-21、主轴3-13和Z轴滑块螺母3-15依次固定连接；所述伺服电机3-11通过带传动3-17驱动Z轴丝杆3-14旋转；所述主轴箱3-12和主轴3-13之间设置有直线导轨3-18结构，提高主轴3-13沿主轴箱3-12在Z轴方向滑动的方向精度。

如图7和图8所示，本实施例的所述滑台机构5包括X轴滑台5-1、X轴滑块螺母5-2、X轴丝杆5-3、Y轴滑台5-4、Y轴滑块螺母5-5、Y轴丝杆5-6和机床底座5-7；所述Y轴丝杆5-6通过第二轴承结构5-8转动设置在机床底座5-7上，所述Y轴滑块螺母5-5套设在Y轴丝杆5-6上，所述Y轴滑台5-4固定设置在Y轴滑块螺母5-5上，所述Y轴滑台5-4和机床底座5-7之间设置有Y轴滚珠导轨5-9；所述X轴丝杆5-3通过第三轴承结构5-10转动设置在Y轴滑台5-4上，所述X轴滑块螺母5-2套设在X轴丝杆5-3上，所述X轴滑台5-1固定设置在X轴滑块螺母5-2上，所述X轴滑台5-1和Y轴滑台5-4之间设置有X轴滚珠导轨5-11；Y轴丝杆5-6和X轴丝杆5-3可分别安装手柄座5-12，或者分别通过外接电机控制旋转实现扭矩传递；所述回转工作台4转动设置在X轴滑台5-1上。

如图6所示，本实施例的所述回转工作台4包括三爪卡盘4-1和花键轴4-2，三爪卡盘4-1为现有结构，三爪卡盘4-1的三个卡爪同时向回转工作台4中心进给，以夹紧不同规格的工件，所述花键轴4-2的顶端通过花键与三爪卡盘4-1固定连接，所述花键轴4-2的底端通过第四轴承结构4-3与X轴滑台5-1转动连接；所述花键轴4-2由第二蜗轮4-4和第二蜗杆驱动旋转，所述第二蜗轮4-4与花键轴4-2固定连接，所述第二蜗杆(图中未示意出)由第二电机4-5驱动旋转；所述花键轴4-2上设置有第二角度传感器(图中未示意出)，第二角度传感器精确控制回转工作台4的旋转角度。

一种多工位多角度的电火花加工方法，采用上述的电火花加工装置，该电火花加工方法包括如下步骤：

第一步：将待加工工件装夹至所述回转工作台4的三爪卡盘4-1上；

第二步：所述第一主轴机构1、第二主轴机构2和第三主轴机构3对应三个工位，各工位可安装不同规格的工具电极3-23，通过调节各工位的所述回转支撑座3-21在Z轴方向的高度，以及转动各工位的所述电极夹头3-22，以调节各工位的所述工具电极3-23与工件之间的角度；

第三步：当第一个工位的所述工具电极3-23对待加工工件完成电火花加工后；所述回转工作台4再带动待加工工件转动至第二个工位；

第四步：当第二个工位的所述工具电极3-23对待加工工件完成电火花加工后；所述回转工作台4再带动待加工工件转动至第三个工位；

第五步：第三个工位的所述工具电极3-23对待加工工件进行电火花加工；

第六步：当待加工工件完成电火花加工后，从回转工作台4上取下工件；

第七步：将下一个待加工工件装夹至所述回转工作台4上，并重复上述第一步～第六步。

通过回转工作台4绕Z轴旋转可直接切换至下一工位，实现多工位加工；通过转动各工位的工具电极3-23与工件之间的角度，实现多角度复杂加工；通过多工位和多角度的电火花加工实现工件复杂曲面的电火花加工，节省加工时间，减少装夹误差，提高加工效率；且结构简单可靠，设计巧妙，成本较低。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多工位多角度的电火花加工装置，其特征在于：以相互垂直的X轴、Y轴和Z轴建立空间坐标系，其中Z轴朝向竖直方向；该电火花加工装置包括第一主轴机构(1)、第二主轴机构(2)、第三主轴机构(3)、回转工作台(4)和滑台机构(5)；所述第一主轴机构(1)、第二主轴机构(2)和第三主轴机构(3)的结构相同，均包括主轴组件(3-1)和主轴偏置组件(3-2)，所述主轴偏置组件(3-2)包括回转支撑座(3-21)、电极夹头(3-22)和工具电极(3-23)，所述工具电极(3-23)固定设置在电极夹头(3-22)上，所述电极夹头(3-22)通过转动轴(3-24)转动设置在回转支撑座(3-21)上，且所述电极夹头(3-22)的回转轴线位于X-Y平面内；

所述第一主轴机构(1)、第二主轴机构(2)和第三主轴机构(3)绕Z轴的圆周方向依次分布，所述滑台机构(5)用于驱动回转工作台(4)在X轴方向和Y轴方向移动，所述回转工作台(4)的回转轴线朝向Z轴方向，所述工具电极(3-23)朝向回转工作台(4)，所述回转支撑座(3-21)与主轴组件(3-1)沿Z轴方向滑动连接，且所述回转支撑座(3-21)带动工具电极(3-23)靠近或远离回转工作台(4)移动。

2.根据权利要求1所述的多工位多角度的电火花加工装置，其特征在于：所述第二主轴机构(2)的电极夹头(3-22)的回转轴线分别垂直于第一主轴机构(1)的电极夹头(3-22)和第三主轴机构(3)的电极夹头(3-22)的回转轴线。

3.根据权利要求1或2所述的多工位多角度的电火花加工装置，其特征在于：所述回转支撑座(3-21)上固定设置有机罩(3-25)，所述机罩(3-25)上开设有限位凹槽(3-251)，所述电极夹头(3-22)上延伸有与限位凹槽(3-251)配合的凸块(3-221)。

4.根据权利要求1或2所述的多工位多角度的电火花加工装置，其特征在于：所述转动轴(3-24)由第一蜗轮(3-26)和第一蜗杆驱动旋转，所述第一蜗轮(3-26)与转动轴(3-24)固定连接，所述第一蜗杆由第一电机(3-27)驱动旋转。

5.根据权利要求1或2所述的多工位多角度的电火花加工装置，其特征在于：所述主轴组件(3-1)包括伺服电机(3-11)、主轴箱(3-12)、主轴(3-13)、Z轴丝杆(3-14)和Z轴滑块螺母(3-15)，所述Z轴丝杆(3-14)通过第一轴承结构(3-16)与主轴箱(3-12)转动连接，所述Z轴滑块螺母(3-15)套设在Z轴丝杆(3-14)上，所述回转支撑座(3-21)、主轴(3-13)和Z轴滑块螺母(3-15)依次固定连接；所述伺服电机(3-11)通过带传动(3-17)驱动Z轴丝杆(3-14)旋转；所述主轴箱(3-12)和主轴(3-13)之间设置有直线导轨(3-18)结构。

6.根据权利要求1或2所述的多工位多角度的电火花加工装置，其特征在于：所述滑台机构(5)包括X轴滑台(5-1)、X轴滑块螺母(5-2)、X轴丝杆(5-3)、Y轴滑台(5-4)、Y轴滑块螺母(5-5)、Y轴丝杆(5-6)和机床底座(5-7)；所述Y轴丝杆(5-6)通过第二轴承结构(5-8)转动设置在机床底座(5-7)上，所述Y轴滑块螺母(5-5)套设在Y轴丝杆(5-6)上，所述Y轴滑台(5-4)固定设置在Y轴滑块螺母(5-5)上，所述Y轴滑台(5-4)和机床底座(5-7)之间设置有Y轴滚珠导轨(5-9)；所述X轴丝杆(5-3)通过第三轴承结构(5-10)转动设置在Y轴滑台(5-4)上，所述X轴滑块螺母(5-2)套设在X轴丝杆(5-3)上，所述X轴滑台(5-1)固定设置在X轴滑块螺母(5-2)上，所述X轴滑台(5-1)和Y轴滑台(5-4)之间设置有X轴滚珠导轨(5-11)；所述回转工作台(4)转动设置在X轴滑台(5-1)上。

7.根据权利要求6所述的多工位多角度的电火花加工装置，其特征在于：所述回转工作台(4)包括三爪卡盘(4-1)和花键轴(4-2)，所述花键轴(4-2)的顶端通过花键与三爪卡盘(4-1)固定连接，所述花键轴(4-2)的底端通过第四轴承结构(4-3)与X轴滑台(5-1)转动连接；所述花键轴(4-2)由第二蜗轮(4-4)和第二蜗杆驱动旋转，所述第二蜗轮(4-4)与花键轴(4-2)固定连接，所述第二蜗杆由第二电机(4-5)驱动旋转。

8.根据权利要求7所述的多工位多角度的电火花加工装置，其特征在于：所述转动轴(3-24)上设置有第一角度传感器；所述花键轴(4-2)上设置有第二角度传感器。

9.一种多工位多角度的电火花加工方法，其特征在于：采用上述权利要求1～8任一项所述的电火花加工装置，该电火花加工方法包括如下步骤：

第一步：将待加工工件装夹至所述回转工作台(4)上；

第二步：所述第一主轴机构(1)、第二主轴机构(2)和第三主轴机构(3)对应三个工位，通过调节各工位的所述回转支撑座(3-21)在Z轴方向的高度，以及转动各工位的所述电极夹头(3-22)，以调节各工位的所述工具电极(3-23)与工件之间的角度；

第三步：当第一个工位的所述工具电极(3-23)对待加工工件完成电火花加工后；所述回转工作台(4)再带动待加工工件转动至第二个工位；

第四步：当第二个工位的所述工具电极(3-23)对待加工工件完成电火花加工后；所述回转工作台(4)再带动待加工工件转动至第三个工位；

第五步：第三个工位的所述工具电极(3-23)对待加工工件进行电火花加工。

10.根据权利要求9所述的多工位多角度的电火花加工方法，其特征在于：该电火花加工方法还包括如下步骤：

第六步：当待加工工件完成电火花加工后，从回转工作台(4)上取下工件；

第七步：将下一个待加工工件装夹至所述回转工作台(4)上，并重复上述第一步～第六步。

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