CN112157324B - 用于高速旋转电主轴的引电装置及高速旋转电加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于高速旋转电主轴的引电装置及高速电加工装置，引电装置包括导电壳体、导电磁体、引电电极；导电壳体设置于电主轴外部，并与电主轴外周面围成一内腔；内腔中设置有导电磁体；在磁力作用下，导电磁体与电主轴、导电壳体保持接触；引电电极设置于导电壳体的外部，与外部电源电连接；进一步优选的，由此导电壳体、导电磁体、电主轴和工具电极构成导电通路和散热通路，一方面引电电极通电时，工具电极实现持续通电，另一方面电加工过程中产生的热量可传递到导电壳体，并与冷却腔中的冷却水完成热量交换，实现快速散热。通过使用导电磁体提高了引电的稳定性和持续性，同时散热通路及冷却腔有利于传热，保证了散热效率。

Description

用于高速旋转电主轴的引电装置及高速旋转电加工装置

技术领域

本发明涉及电加工领域，具体涉及一种用于高速旋转电主轴的引电装置及高速旋转电加工装置。

背景技术

随着科学技术的发展，电加工过程中因工作介质向上输送、工作液的更新和加工过程的稳定等优点受到人们的关注。但是电加工时，工具电极转速很高，如何实现向高速电极引电成为一个难题，目前解决的方式有：电刷引电，水银引电，无线引电。

中国专利号为201520514464.4的专利公开了一种回转窑旋转供电装置，由窑体滑环线和集电器部分组成，窑体滑环线具有圆形滑环线，集电器部分具有碳刷和拉紧弹簧，碳刷放在圆形滑环线上，用拉紧弹簧拉紧，集电器可自由旋转，每路电可采用多个集电器供电，可实现供电平稳，运行可靠性高，缺点是高速旋转情况下碳刷磨损较严重。

中国专利号为201520914971.7的专利公开了一种水银滑环装置，该装置采用水银导电传输电流，定子与转子之间无磨损，传输精度高，稳定性好，但缺点是水银具有毒性，对于密封条件要求很高，特别是高速旋转时温度升高，形成水银蒸汽，对操作人员身体健康危害很大。中国专利号为201520625673.6的专利公开了一种无线供电超声波旋转加工电主轴，该装置通过接收电磁线圈响应发射电磁线圈，将信号传递到压电陶瓷换能器产生高频振动加工，此种方式实现了无线引电，但不足是该装置结构复杂，成本较高，经济性差。

中国专利号为CN200710191852.3的专利公开了一种任意工作角度精密电解加工方法及机床/适于工具电极高速旋转的引电轴承式电解加工机床，提出引电轴承方法，但在使用过程中会出现导电不连续现象，影响加工稳定性。

综上所述，电刷方式引电由于静摩擦力，磨损较大，维护成本较高；无线引电装置结构复杂，成本大；轴承式引电由于滚动体与电主轴之间有间隙，接触状态不稳定，导电不连续现象；导电液引电方式缺少必要的冷却结构，电加工过程中产生的热量影响引电性能。

发明内容

为此，本发明提供一种用于高速旋转电主轴的引电装置及高速电加工装置，以解决现有技术中的供电不持续、不稳定，引电装置温度高、易磨损等问题。

本发明提供的用于高速旋转电主轴的引电装置，包括：

导电壳体，套设在所述电主轴的外部，与所述电主轴同轴设置，并与所述电主轴形成动静配合关系；所述导电壳体与所述电主轴外周面围成一内腔；

导电磁体，设置于所述内腔中；在磁力作用下，所述导电磁体一侧与所述电主轴接触，另一侧与所述导电壳体接触，形成从所述导电壳体到所述电主轴的导电通路；

引电电极，设置于所述导电壳体外壁上，与外部电源电连接。

进一步可选地，所述导电磁体在磁力及摩擦力作用下，随所述电主轴高速旋转的同时保持与所述导电壳体和所述电主接触，保证了导电通路持续导通；

进一步可选地，所述导电磁体为以下其中的一种或多种组合：磁球或磁柱或磁环；

进一步可选地，所述引电电极为引电螺钉；

进一步可选地，所述引电电极、所述导电壳体、所述导电磁体和所述电主轴构成导电通路；当所述引电电极与外部电源电连接时，在所述导电通路下，所述电主轴被通电；

进一步可选地，所述导电壳体、所述导电磁体和所述电主轴构成散热通路，实现高效热传导；

进一步可选地，所述导电壳体围成所述内腔的导电壁其内部形成冷却腔，所述冷却腔具有冷却水入口和冷却水出口，用于冷却水的输入和输出。

本发明还提供的高速电加工装置，包括电主轴安装座、电主轴和套设在所述电主轴输出端的引电装置。

进一步可选地，所述电主轴与所述电主轴安装座同轴设置，并固定于所述电主轴安装座上；所述电主轴具有输出端，所述导电壳体一端设置在所述电主轴输出端，另一端固定在所述电主轴安装座上；

进一步可选地，所述高速电加工装置还设有工具电极，所述工具电极与所述电主轴具有输出端固定连接；所述引电电极、所述导电壳体、所述导电磁体、所述电主轴输出端和所述工具电极形成导电通路；当所述引电电极与外部电源电连接时，在所述导电通路下，所述工具电极被通电。

本发明用于高速旋转电主轴的引电装置采用导电磁体，在磁力作用下，导电磁体与电主轴、导电壳体之间始终接触，提高了引电的稳定性；导电磁体与电主轴、导电壳体之间为滚动摩擦，磨损小，适合于高速引电；导电壳体、导电磁体和电主轴构成散热通路，提高了传热速度；导电壳体具有冷却腔，结合水冷的方式，提高了冷却效果。因此，本发明引电装置可以应用到电化学铣削加工、电化学打孔、电解电火花加工等领域。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术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示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明提供的用于高速旋转电主轴的引电装置实施例的主视结构示意图；

图2为本发明提供的用于高速旋转电主轴的引电装置实施例的俯视结构示意图；

图3为本发明提供的用于高速旋转电主轴的引电装置另一实施例的主视结构示意图；

图4为本发明提供的高速旋转电加工装置实施例的主视结构示意图；

图中：

1-导电壳体；11-内腔；12-冷却腔；121-冷却水入口；122-冷却水出口；

2-导电磁体；3-引电电极；41-电主轴；42-电主轴安装座；5-工具电极。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1-用于高速旋转电主轴的引电装置

本实施例提供的高速旋转电主轴的引电装置是用于向高速旋转电主轴引电，保证电加工过程中，工具电极具有稳定的电流。引电装置具有导电磁体，在磁力作用下，导电磁体与导电壳体、电主轴能保持接触，同时在摩擦力作用下，导电磁体做滚动运动，减少了摩擦损耗，因此电主轴实现持续通电，此外引电装置与电主轴之间形成散热通路，与冷却水完成换热，提高了散热效率。

如图1和图2所示，本实施例引电装置包括导电壳体1、导电磁体2和引电电极3；导电壳体1套设在电主轴41外部，优选与电主轴41同轴设置；导电壳体1与电主轴之间形成有内腔11；导电磁体 2设置于导电壳体1的内腔11中，在磁力作用下，导电磁体2与竖直的电主轴41接触和水平的导电壳体1接触，实现从导电壳体1到电主轴41的导电通路；为实现引电，在所述导电壳体的外壁上设置引电电极，用于将所述导电壳体与外部电源电连接。具体的引电电极 3可采用一引电螺钉，将其设置于导电壳体侧面一端，与外接电源电连接。

此外，进一步优选的，导电壳体1还设计为具有散热作用，使其与导电磁体2与电主轴41构成散热通路，具体的，导电壳体1具有冷却腔12，包括冷却水入口121和冷却水出口122，用于冷却水的进出，冷却腔12中的冷却水与导电壳体1完成热量交换，实现快速散热。优选的，冷却水入口121设置于导电壳体1侧面顶部一端，沿竖直方向，用于冷却水的添加；冷却水出口122设置于导电壳体1底面另一端，沿竖直方向，用于冷却水的排出。

优选的，导电磁体2可以为以下其中的一种或多种组合：磁球或磁柱或磁环；导电磁环或多个大小相同的导电磁体按照圆周排列构成导电磁环，导电磁环设置于电主轴输出端与内腔之间，并与电主轴输出端同轴设置，用于电主轴输出端与导电壳体之间的引电。如图1-2 所示，本实施例的导电磁体采用的是导电磁球。导电磁体通过以下方式实现引电：以导电磁球为例，多个导电磁球按照圆周设置构成导电磁环，并与电主轴输出端同轴设置，导电磁球与电主轴输出端因磁力作用而接触；导电磁环随着电主轴输出端同步旋转，因为磁力作用大于离心力作用，导电磁球与电主轴输出端始终接触；导电磁球与电主轴输出端具有相对运动，在两者接触处产生中部切向摩擦力；导电磁球与导电壳体因磁力作用而接触，导电磁球与导电壳体具有相对运动，在两者接触处产生底部切向摩擦力。综上所述，在磁力作用下导电磁球与电主轴输出端始终接触，与导电壳体始终接触，保证了引电的连续性；在中部切向摩擦力和底部切向摩擦力作用下导电磁球自身滚动，降低了引电主体之间的摩擦损耗，提高引电主体之间的传热速度。

需要注意的是，导电磁体数量并不限于此，可以根据实际需要设置，导电磁体越多，其与导电壳体、电主轴的接触点越多，导电稳定性和散热效率越高。此外，导电磁体与电主轴和导电壳体的接触方式可以是点接触、线接触、面接触或者是他们中的一种或两种或三种。

如图3所示，本发明的另一实施例中，引电装置的导电磁体2由多个大小相同的导电磁柱组成，按照圆周排列设置，导电磁柱与电主轴41输出端同轴设置；导电磁柱侧面与电主轴输出端因具有磁力作用而线接触，使得导电磁柱随电主轴41输出端同步旋转；导电磁柱与电主轴41之间具有相对运动产生切向摩擦力，在该摩擦力下导电磁柱滚动，磨损小，有利于传热；导电磁柱底面与壳体因磁力作用而面接触；采用导电磁柱，引电主体接触空间增大，提高了引电的稳定性，传热面积增大，有利于散热。

引电装置导电磁体为导电磁柱，在磁力作用下，导电磁柱侧面与电主轴接触，导电磁柱底面与导电壳体接触，实现了持续导电；在摩擦力作用下导电磁柱可以随电主轴旋转的同时滚动，减少了摩擦损耗。导电壳体、导电磁柱和电主轴构成散热通路，提高了散热效率。

实施例2-高速旋转电加工装置

本实施例的高速旋转电加工装置设有上述任一种引电装置，用于电加工领域，工具电极在导电通路下实现稳定持续通电，冷却水在散热通路下实现快速散热，保证装置运行稳定和可靠。

如图4所示，本实施例的高速旋转电加工装置包括电主轴安装座 42、电主轴41、引电装置和工具电极5，从上至下依次同轴设置；电主轴41具有输出端，其顶部固定于电主轴安装座42上；引电装置为上述所述引电装置，导电壳体1一端设置于电主轴41输出端外部，另一端固定于电主轴安装座42上；工具电极5与电主轴41输出端同轴固定连接。引电电极3、导电壳体1、导电磁体2、电主轴41和工具电极5构成导电通路；当引电电极3与外部电源电连接时，在导电通路下，工具电极5被通电。此外导电壳体1、导电磁体2和电主轴 41构成散热通路，电加工过程中产生的热量沿电主轴41传递到导电壳体1；冷却水由冷却水入口121进入冷却腔12，与导电壳体1接触完成换热，再由冷却水出,122流出。

引电装置导电实现方式为：首先，外部电源阴极、引电电极3、导电壳体1、导电磁体2、电主轴41、工具电极5、被加工件和外部电源阳极构成导电回路；其次，引电电极3与外部电源阴极电连接，被加工件与外部电源阳极电连接；最后，导电磁体2与电主轴41、导电壳体1始终接触，在电加工过程中，导电回路保持导通；避免了因滚动体与电主轴输出端接触状态的不连续，导致加工过程的不稳定等问题，引电效果不受电加工过程的影响。

引电装置冷却实现方式为：首先，工具电极5、电主轴41、导电磁体2和导电壳体1构成散热通路，电加工过程中产生的热量经工具电极5传递到导电壳体1；其次，由冷却水入口121将冷却水加入到冷却腔12中，冷却腔12中的冷却水与导电壳体1完成热量交换，并至由冷却水出口122排出；最后，导电磁体2的滚动及增加导电磁体 2的数量均有利于引电主体之间的传热。冷却腔12侧面及底面具有一定表面积，使得导电壳体1与冷却水充分接触，提高了换热效果；在电加工过程中，冷却水持续降温冷却，保持导电磁体2温度恒定，不会退磁，避免了电主轴41因温度过高而性能下降。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内容。

Claims (10)

1.一种用于高速旋转电主轴的引电装置，其特征在于，包括：

导电壳体，套设在所述电主轴的外部与所述电主轴形成动静配合关系；

所述导电壳体与所述电主轴外周面围成一内腔，所述内腔设置有导电磁体，所述导电磁体由于磁力作用其中一侧与所述电主轴接触，一侧与所述导电壳体接触，形成从所述导电壳体到所述电主轴的导电通路；

引电电极，设置在所述导电壳体的外部，用于将所述导电壳体与外部电源电连接。

2.根据权利要求1所述的引电装置，其特征在于，所述导电磁体为以下其中的一种或多种组合：磁球或磁柱或磁环。

3.根据权利要求1所述的引电装置，其特征在于，所述导电壳体与所述电主轴同轴设置，所述导电磁体可活动地设置在所述内腔中，并在所述电主轴高速旋转时保持与所述导电壳体和所述电主轴同时接触。

4.根据权利要求1所述的引电装置，其特征在于，所述引电电极为引电螺钉。

5.根据权利要求1所述的引电装置，其特征在于，所述导电壳体设置在所述电主轴的输出端，所述电主轴的输出端用于设置工具电极，当所述导电壳体与外部电源电连接时，在所述导电壳体、所述导电磁体到所述电主轴的导电通路下，所述工具电极被通电。

6.根据权利要求1-5任一项所述的引电装置，其特征在于，所述导电壳体、所述导电磁体、所述电主轴均具有热传导作用，所述导电磁体还构成从所述电主轴到所述导电磁体到所述导电壳体的散热通路。

7.根据权利要求6所述的引电装置，其特征在于，所述导电壳体围成所述内腔的导电壁内部还形成冷却腔，所述冷却腔具有冷却水入口和冷却水出口，用于冷却水的输入和输出。

8.一种高速旋转电加工装置，其特征在于，包括电主轴和套设在所述电主轴输出端的引电装置，所述引电装置为权利要求1-7任一项所述的引电装置。

9.根据权利要求8所述的高速旋转电加工装置，其特征在于，其设有工具电极，所述工具电极与所述电主轴可导热、导电的设置在所述电主轴的输出端。

10.根据权利要求8所述的高速旋转电加工装置，其特征在于，其还设有电主轴安装座，所述导电壳体固定在所述电主轴安装座上。

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