CN113263234A - 放电补偿间隙的放电铣削复合刀具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电极自动补偿间隙铣削刀具，包括刀座组件，刀座组件上设有放电组件和间隙补偿机构，放电组件用于向工件表面放电，在放电组件与工件表面间隙大于或小于放电间隙时，间隙补偿机构驱动放电组件移动使放电组件移动至与工件表面间隙等于放电间隙的位置上。通过间隙补偿机构使放电组件在与工件表面间隙大于或小于放电间隙时移动，并移至与工件表面间隙等于放电间隙的位置上，保证放电组件的放电效率。
Description
【技术领域】
本申请涉及铣削刀具，尤其涉及放电补偿间隙的放电铣削复合刀具。
【背景技术】
现有的电火花铣削刀具包括用于向工件放电的铜电极，铜电极向工件放电加工时与工件存在间隙，而铜电极在电火花辅助铣削加工过程中因不断放电造成损耗，导致铜电极与工件的间隙逐渐增大，从而使铜电极放电效率降低、刀具使用寿命缩短。
【发明内容】
本申请的目的在于提供放电补偿间隙的放电铣削复合刀具，通过间隙补偿机构使放电组件在与工件表面间隙大于或小于放电间隙时移动，并移至与工件表面间隙等于放电间隙的位置上，保证放电组件的放电效率。
本申请是通过以下技术方案实现的：
放电补偿间隙的放电铣削复合刀具，包括刀座组件，所述刀座组件上设有放电组件和间隙补偿机构，所述放电组件用于向工件表面放电，在所述放电组件与工件表面间隙大于或小于放电间隙时，所述间隙补偿机构驱动所述放电组件移动使所述放电组件移动至与工件表面间隙等于放电间隙的位置上。
如上所述的放电补偿间隙的放电铣削复合刀具，所述间隙补偿机构包括压电组件和在所述压电组件的驱动下摆动的推杆，所述推杆摆动时使所述放电组件移动。
如上所述的放电补偿间隙的放电铣削复合刀具，所述压电组件包括设置在所述刀座组件上的固定座和设置在所述固定座上的压电陶瓷。
如上所述的放电补偿间隙的放电铣削复合刀具，所述推杆上形成有连接在所述固定座上的弹性部和与所述压电陶瓷伸缩端相抵的第一顶推部，所述放电组件连接在所述推杆上。
如上所述的放电补偿间隙的放电铣削复合刀具，所述推杆上形成有与所述刀座组件铰接的铰接部和与所述压电陶瓷伸缩端相抵的第二顶推部，所述推杆摆动时斜推所述放电组件使所述放电组件朝工件方向移动。
如上所述的放电补偿间隙的放电铣削复合刀具，所述放电组件包括可相对所述刀座组件滑动的安装座和设于所述安装座内的电极片，所述刀座组件与所述安装座两者中的一者上设有导向滑槽，两者中的另一者上设有与所述导向滑槽滑动配合的滑块。
如上所述的放电补偿间隙的放电铣削复合刀具，所述导向滑槽内设有朝所述推杆方向弹性顶压所述安装座的弹性件。
如上所述的放电补偿间隙的放电铣削复合刀具，所述刀座组件上套设有可相对其转动的绝缘套，所述绝缘套上固设有多个导电组件，多个所述导电组件通过连接组件连接。
如上所述的放电补偿间隙的放电铣削复合刀具，所述导电组件包括套设在所述绝缘套上的金属套和设置在所述金属套上的电刷，所述连接组件包括多个连接压紧件和连接多个所述连接压紧件的连接杆，所述连接压紧件连接在所述电刷上。
如上所述的放电补偿间隙的放电铣削复合刀具，所述刀座组件上设有用于切削工件的刀具，所述刀具与所述刀座组件间设有绝缘组件，所述绝缘组件包括设于所述刀具与所述刀座组件间的绝缘片和连接所述刀具、所述绝缘片以及所述刀座组件的绝缘紧固件。
【附图说明】
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本申请放电铣削复合刀具的电极间隙自动补偿系统的结构示意图；
图2为本申请放电铣削复合刀具的电极间隙自动补偿系统中铣削刀具实施例1第一方向上的立体图；
图3为本申请放电铣削复合刀具的电极间隙自动补偿系统中铣削刀具实施例1第二方向上的立体图；
图4为图3中A处的局部放大图；
图5为本申请放电铣削复合刀具的电极间隙自动补偿系统中铣削刀具实施例1的俯视图；
图6为本申请放电铣削复合刀具的电极间隙自动补偿系统中铣削刀具实施例1中刀座组件的立体图；
图7为本申请放电铣削复合刀具的电极间隙自动补偿系统中铣削刀具实施例2的立体图；
图8为图7中B处的局部放大图；
图9为图8中C处的局部放大图；
图10为本申请放电铣削复合刀具的电极间隙自动补偿系统中铣削刀具实施例2的剖视图；
图11为本申请放电铣削复合刀具的电极间隙自动补偿系统中铣削刀具实施例2的俯视图；
图12为本申请放电铣削复合刀具的电极间隙自动补偿系统中铣削刀具实施例2中刀座组件的立体图。
【具体实施方式】
为了使本申请所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本发明提供一种放电铣削复合刀具的电极间隙自动补偿方法，包括如下步骤：
S1：检测模块监测放电组件与工件两端间的实时电信号，并将获取的实时电信号发送给补偿控制模块；
S2：补偿控制模块对实时电信号进行判断，当放电加工的实时电信号与预设电信号一致时，认为放电组件与工件的间隙等于放电间隙，放电组件无需进行位置补偿，当实时电信号与预设电信号不一致时，认为放电组件与工件的间隙大于或小于放电间隙，放电组件需进行位置补偿；
S3：当放电组件需进行位置补偿时，在补偿控制模块中输入补偿位移D，补偿控制模块计算出补偿电压V后向间隙补偿机构施加补偿电压V，使放电组件朝靠近工件的方向移动补偿间隙；
S4：当实时电信号与预设电信号一致时，停止补偿，当实时电信号与预设电信号仍不一致时，重复步骤S3继续补偿，直至实时电信号与预设电信号一致；
S5：当实时电信号为短路电信号时，在补偿控制模块中输入补偿负位移-D，补偿控制模块计算出减压电压-V后对间隙补偿机构减压，使放电组件朝远离工件的方向移动反向补偿间隙；
S6：当实时电信号与预设电信号一致时，停止反向补偿，当实时电信号与预设电信号仍不一致时，重复步骤S5继续反向补偿，直至实时电信号与预设电信号一致。
此方法通过检测模块、补偿控制模块和间隙补偿机构的配合使放电组件移到使实时电信号与预设电信号一致的位置上，放电组件处于此位置有利于保证其放电效率和提高刀具的使用寿命。
其中，实时电信号与预设电信号一致时，放电组件与工件的间隙为放电间隙。
此方法应用在放电铣削复合刀具的电极间隙自动补偿系统上，如图1所示，该系统包括工件100、放电铣削复合刀具200、电源模块300、检测模块400、补偿控制模块500，所述放电铣削复合刀具200包括刀座组件1、放电组件2和间隙补偿机构3，其中，所述放电组件2和所述间隙补偿机构3设于所述刀座组件1上，所述电源模块300负极连接在所述放电组件2上，所述电源模块300正极连接在所述工件100上，所述检测模块400用于获取所述放电组件2与所述工件100两端间的实时电信号，所述检测模块400与所述补偿控制模块500电连接用于向所述补偿控制模块500输送实时电信号，其中，所述检测模块400为示波器或其他现有的测距设备，所述补偿控制模块500与所述间隙补偿机构3电连接用于驱动所述间隙补偿机构3移动，所述间隙补偿机构3移动时驱动所述放电组件2移动，在实时电信号与预设电信号不一致时所述补偿控制模块500驱动所述间隙补偿机构3移动，使所述放电组件2移动至使实时电信号与预设电信号一致的位置上，即使所述放电组件2移动到与工件表面的间隙等于放电间隙的位置上。
进一步地，作为本发明的优选实施方式而非限定，所述间隙补偿机构3包括与所述补偿控制模块500电连接的压电组件301和在所述压电组件301的驱动下摆动的推杆302，所述推杆302摆动时驱动所述放电组件2移动，所述压电组件301包括设置在所述刀座组件1上的固定座3011和设置在所述固定座3011上的压电陶瓷3012。其中，压电式驱动具有体积小、机电耦合效率高、位移分辨率高、响应速度快、稳定性好等优点，可实现高精度的位置定位和误差补偿。
进一步地，作为本发明的优选实施方式而非限定，所述补偿控制模块500包括与所述检测模块400电连接的控制模块600和与所述控制模块600电连接的压电电压控制器700，所述控制模块600包括用于数据处理的Matlab系统和基于迟滞补偿的现存在PI逆解析模型，所述压电电压控制器700与所述压电陶瓷3012电连接用于控制所述压电陶瓷3012的伸缩量，在步骤S3中，在Matlab系统中输入补偿位移D，并利用公式d＝D/A得出压电陶瓷的延伸值d，A为柔性铰链机构放大倍数，接着，将延伸值d输入基于迟滞补偿的现存在PI逆解析模型计算出压电陶瓷的补偿电压V，接着，所述压电电压控制器700根据补偿电压V向所述压电陶瓷3012施压，所述压电陶瓷3012加压后延伸推动所述推杆302摆动，使所述放电组件2朝所述工件100的方向移动补偿间隙。其中，Matlab系统为现有的系统，基于迟滞补偿的现存在PI逆解析模型为现有的数学模型。其中，补偿位移D的大小为：3μm～7μm，优选地，补偿位移D为5μm，A的数值大小为：5～15。此方式实现了所述放电组件2的移动，且操作简单、补偿精度高。
进一步地，作为本发明的优选实施方式而非限定，在步骤S5中，在Matlab系统中输入补偿负位移-D，并利用公式-d＝-D/A得出所述压电陶瓷3012的收缩值-d，A为柔性铰链机构放大倍数，接着，将收缩值-d输入基于迟滞补偿的现存在PI逆解析模型计算出所述压电陶瓷3012的减压电压-V，接着，所述压电电压控制器700根据减压电压-V对所述压电陶瓷3012减压，所述压电陶瓷3012减压后收缩使所述推杆302反向摆动，使所述放电组件2朝远离所述工件100的方向移动反向补偿间隙。此方式实现了所述放电组件2的反向移动，且操作简单、补偿精度高。
图2-6为放电铣削复合刀具200的实施例1，如图所示，所述推杆302上形成有连接在所述固定座3011上的弹性部3021和与所述压电陶瓷3012伸缩端相抵的第一顶推部3022，所述放电组件2连接在所述推杆302上。其中，所述弹性部3021、所述第一顶推部3022、所述推杆302以及所述固定座3011均为弹性材料。此结构通过与所述放电组件2相连并可在所述压电陶瓷3012的推动下摆动的所述推杆302，实现将所述压电陶瓷3012的微小位移放大并传递给所述放电组件2，使所述放电组件2移动靠近或远离工件100，补偿因电极损耗造成的多余间隙，使放电组件移动至与工件的间隙等于放电间隙的位置上，保证放电组件的放电效率。
优选地，所述弹性部3021、所述第一顶推部3022、所述推杆302以及所述固定座3011一体成型，结构简单，加工方便。由图可知，所述固定座3011连接在所述刀座组件1上，所述弹性部3021、所述第一顶推部3022以及所述推杆302均与所述刀座组件1形成间隙。此结构避免所述推杆302摆动时与所述刀座组件1摩擦。
进一步地，作为本发明的优选实施方式而非限定，所述第一顶推部3022与所述压电陶瓷3012等高。此结构增加了所述第一顶推部3022与所述压电陶瓷3012的接触面积，使所述压电陶瓷3012能更好地作用在所述第一顶推部3022上。
进一步地，作为本发明的优选实施方式而非限定，所述刀座组件1包括刀座101和连接在所述刀座101上的刀柄102，所述刀柄102上套设有可相对其转动的绝缘套11，所述绝缘套11上固设有多个导电组件12，多个所述导电组件12通过连接组件13连接。其中，所述导电组件12包括套设在所述绝缘套11上的金属套121和连接在所述金属套121上的电刷122，所述电刷122的数量为两个，两所述电刷122在所述金属套121上相对设置。其中，所述连接组件13包括多个连接压紧件131和连接多个所述连接压紧件131的连接杆132，多个所述连接压紧件131分别与多个所述电刷122连接。其中，所述金属套121为铁，所述电刷122为碳棒，所述刀柄102连接在机床的主轴上随主轴转动，所述连接杆132固定在机床上且为绝缘，所述刀柄102与所述导电组件12相对转动时，所述金属套121上产生电流。由图可知，多个所述导电组件12包括第一导电组件(图中未标出)、第二导电组件(图中未标出)和第三导电组件(图中未标出)，所述第一导电组件连接所述放电组件2，所述第二导电组件连接所述压电陶瓷3012正极，所述第三导电组件连接所述压电陶瓷3012负极。此结构形成了两套独立的电源系统，防止串联或短路。
进一步地，作为本发明的优选实施方式而非限定，所述刀柄102上形成有开口于其周侧并沿其轴向延伸的第二引线槽20，所述刀座101上形成有多个沿其轴向延伸的第三导线通孔30。此结构便于导线的引出与收纳，使整体结构更紧凑。
进一步地，作为本发明的优选实施方式而非限定，所述放电组件2的数量为多个，多个所述放电组件2沿所述刀座组件1的周向间隔设置，所述间隙补偿机构3与所述放电组件2的数量相同，多个所述间隙补偿机构3与多个所述放电组件2一一对应。此设置有利于提高刀具的加工效率。
进一步地，作为本发明的优选实施方式而非限定，所述放电组件2包括电极片203、设于所述电极片203与所述推杆302间的垫片204以及连接所述电极片203、所述垫片204以及所述推杆302的紧固件205。具体地，所述紧固件205为不锈钢螺丝，所述电极片203为铜电极。此结构简单，实施方便。
进一步地，作为本发明的优选实施方式而非限定，所述刀座组件1上设有用于切削工件的刀具4，所述刀具4与所述刀座组件1间设有绝缘组件5。此设置可避免所述刀具4导电造成所述刀具4切削工件时短路。
进一步地，作为本发明的优选实施方式而非限定，所述绝缘组件5包括设于所述刀具4与所述刀座组件1间的绝缘片51和连接所述刀具4、所述绝缘片51以及所述刀座组件1的绝缘紧固件52。其中，所述绝缘片51与所述绝缘紧固件52均为陶瓷材质。此结构简单、实施方便。
进一步地，作为本发明的优选实施方式而非限定，所述刀具4的数量为多个，多个所述刀具4在所述刀座组件1的周侧方向上间隔设置。其中，多个所述刀具4与多个所述放电组件2交替间隔设置。此设置有利于提高刀具的加工效率。
图7-12为放电铣削复合刀具200的实施例2，其与实施例1的区别在于，所述推杆302上形成有与所述刀座组件1铰接的铰接部3023和与所述压电陶瓷3012伸缩端相抵的第二顶推部3024，所述推杆302摆动时斜推所述放电组件2使所述放电组件2移动靠近或远离工件100，补偿因电极损耗造成的多余间隙，使放电组件移动至与工件的间隙等于放电间隙的位置上，保证放电组件的放电效率。
其中，所述推杆302与所述压电组件301相对的一侧设有第一斜面(图中未标出)，所述压电组件301上设有与所述第一斜面斜推配合的第二斜面(图中未标出)。斜推设计使所述压电陶瓷3012可设置在对角线上，有利于节约空间放置边长更长的所述压电陶瓷3012，以产生更大的推力，保证所述压电组件301的顺利推出。
进一步地，其与实施例1的区别在于，所述放电组件2包括可相对所述刀座组件1滑动的安装座201和设于所述安装座201内的电极片202，所述安装座201与所述推杆302相对的一侧形成所述第二斜面，所述推杆302上形成第一斜面。此结构简单、实施方便。
进一步地，其与实施例1的区别在于，所述安装座201上设有导向滑槽6，所述刀座组件1上设有与所述导向滑槽6滑动配合的滑块7。此设置有利于提高所述放电组件2移动的稳定性。
进一步地，其与实施例1的区别在于，所述导向滑槽6内设有朝所述推杆302方向弹性顶压所述安装座201的弹性件8。此设置有利于所述放电组件2的复位，且可避免所述放电组件2移动过渡。
进一步地，其与实施例1的区别在于，所述刀座组件1上设有两第一定位杆9，两所述第一定位杆9在所述放电组件2移动方向的左右两侧相对设置。此设置有利于提高所述放电组件2移动的稳定性。
进一步地，其与实施例1的区别在于，所述刀座组件1上设有两第二定位杆10，两所述第二定位杆10在所述推杆302的摆动方向上相对设置。此设置可避免所述推杆302过渡摆动。
进一步地，其与实施例1的区别在于，所述电刷122的数量为一个，所述电刷122套设在所述金属套121上，所述连接压紧件131与所述电刷122卡接。此结构简单、实施方便。
进一步地，其与实施例1的区别在于，所述刀柄102上形成有沿其轴向延伸的第一导线通孔14，所述刀座101上形成有与所述第一导线通孔14连通的第二导线通孔15，所述刀座101上设有与所述第二导线通孔15连通的多个第一引线槽16。此结构便于导线的引出与收纳，使整体结构更紧凑。
应当理解的是，本申请中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。此外，术语“圆心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
如上所述是结合具体内容提供的一种或多种实施方式，并不认定本申请的具体实施只局限于这些说明。凡与本申请的方法、结构等近似、雷同，或是对于本申请构思前提下做出若干技术推演，或替换都应当视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.放电补偿间隙的放电铣削复合刀具，包括刀座组件(1)，其特征在于，所述刀座组件(1)上设有放电组件(2)和间隙补偿机构(3)，所述放电组件(2)用于向工件表面放电，在所述放电组件(2)与工件表面间隙大于或小于放电间隙时，所述间隙补偿机构(3)驱动所述放电组件(2)移动使所述放电组件(2)移动至与工件表面间隙等于放电间隙的位置上。
2.根据权利要求1所述的放电补偿间隙的放电铣削复合刀具，其特征在于，所述间隙补偿机构(3)包括压电组件(301)和在所述压电组件(301)的驱动下摆动的推杆(302)，所述推杆(302)摆动时使所述放电组件(2)移动。
3.根据权利要求2所述的放电补偿间隙的放电铣削复合刀具，其特征在于，所述压电组件(301)包括设置在所述刀座组件(1)上的固定座(3011)和设置在所述固定座(3011)上的压电陶瓷(3012)。
4.根据权利要求3所述的放电补偿间隙的放电铣削复合刀具，其特征在于，所述推杆(302)上形成有连接在所述固定座(3011)上的弹性部(3021)和与所述压电陶瓷(3012)伸缩端相抵的第一顶推部(3022)，所述放电组件(2)连接在所述推杆(302)上。
5.根据权利要求3所述的放电补偿间隙的放电铣削复合刀具，其特征在于，所述推杆(302)上形成有与所述刀座组件(1)铰接的铰接部(3023)和与所述压电陶瓷(3012)伸缩端相抵的第二顶推部(3024)，所述推杆(302)摆动时斜推所述放电组件(2)使所述放电组件(2)朝工件方向移动。
6.根据权利要求5所述的放电补偿间隙的放电铣削复合刀具，其特征在于，所述放电组件(2)包括可相对所述刀座组件(1)滑动的安装座(201)和设于所述安装座(201)内的电极片(202)，所述刀座组件(1)与所述安装座(201)两者中的一者上设有导向滑槽(6)，两者中的另一者上设有与所述导向滑槽(6)滑动配合的滑块(7)。
7.根据权利要求6所述的放电补偿间隙的放电铣削复合刀具，其特征在于，所述导向滑槽(6)内设有朝所述推杆(302)方向弹性顶压所述安装座(201)的弹性件(8)。
8.根据权利要求1所述的放电补偿间隙的放电铣削复合刀具，其特征在于，所述刀座组件(1)上套设有可相对其转动的绝缘套(11)，所述绝缘套(11)上固设有多个导电组件(12)，多个所述导电组件(12)通过连接组件(13)连接。
9.根据权利要求8所述的放电补偿间隙的放电铣削复合刀具，其特征在于，所述导电组件(12)包括套设在所述绝缘套(11)上的金属套(121)和设置在所述金属套(121)上的电刷(122)，所述连接组件(13)包括多个连接压紧件(131)和连接多个所述连接压紧件(131)的连接杆(132)，所述连接压紧件(131)连接在所述电刷(122)上。
10.根据权利要求1所述的放电补偿间隙的放电铣削复合刀具，其特征在于，所述刀座组件(1)上设有用于切削工件的刀具(4)，所述刀具(4)与所述刀座组件(1)间设有绝缘组件(5)，所述绝缘组件(5)包括设于所述刀具(4)与所述刀座组件(1)间的绝缘片(51)和连接所述刀具(4)、所述绝缘片(51)以及所述刀座组件(1)的绝缘紧固件(52)。
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