CN115213691A - 卧式结构低压微弧加工车铣复合机床 - Google Patents
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Abstract
本发明属于机械加工设备技术领域，以解决现有技术中立式铣床刚性弱、加工深腔深孔特征时存在加工屑易堆积以及现有卧式铣床存在的电极耗材更换频繁和进给方向无法调整的技术问题，基于此，提供了一种卧式结构低压微弧加工车铣复合机床，包括机床床身本体、X轴滑轨工作台组件、Y轴滑轨工作台组件和Z轴滑轨工作台组件，其特征在于，所述X轴滑轨工作台组件上设有滑台绝缘板，所述滑台绝缘板上设有夹具，所述夹具上夹设有工件，所述夹具位于工件一侧的侧面安装有导电板，所述滑台绝缘板底角位置设有安装有车刀的车刀架。本发明所述的卧式结构低压微弧加工车铣复合机床具有更易排排屑、进给方式易调整以及机床稳定供电和运行的优点。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工设备技术领域，尤其涉及卧式结构低压微弧加工车铣复合机床。
背景技术
短电弧加工在绝缘介质中，利用电极和工件之间击穿介质产生的断续电弧熔化去除材料，一直用于各种超硬、耐磨、坚韧的导电材料的加工。目前，该项技术已在航空航天领域的工业生产中受到越来越多的关注。其相对于传统的电火花加工而言，具有更加集中的放电能量，因此材料去除效率很高。但较高的放电能量也会引起热应力集中的问题，短电弧加工后的表面往往存在再铸层、热影响层、微裂纹等缺陷，严重降低了零件的尺寸精度和使用寿命。且加工后的工件表面硬度显著提高，给后续的机械加工增大了难度。
为减少加工工序，降低工件在不同机床上产生的装配和加工误差，零件加工的理想状态是在同一台机床上完成全部工序。因此，提出了一种同时适用短电弧高速铣削成形，后续通过低压微弧加工精修加工表面，使工件在一台机床上完成从毛坯到零件的全生产过程的加工设备。同时，传统的立式短电弧铣削机床在加工深腔、深孔特征时存在加工屑易堆积，难以排出放电间隙，这会导致放电状态不良并增加短路率，尤其是在低压微弧精加工阶段，可能会烧伤重要工件表面使零件失效。因此，设计制造一种能依次进行短电弧高效铣削加工和低压微弧精加工，并利于排屑，提高加工质量的短电弧加工设备具有非常重要的意义，也具有一定的工程应用价值。
发明内容
本发明实施例提供了卧式结构低压微弧加工车铣复合机床，用以解决现有技术中立式铣床刚性弱、加工深腔深孔特征时存在加工屑易堆积以及现有卧式铣床存在的电极耗材更换频繁和进给方向无法调整的技术问题。
本发明实施例提供一种卧式结构低压微弧加工车铣复合机床，包括机床床身本体、X轴滑轨工作台组件、Y轴滑轨工作台组件和Z轴滑轨工作台组件，所述X轴滑轨工作台组件上设有滑台绝缘板，所述滑台绝缘板上设有夹具，所述夹具上夹设有工件，所述夹具位于工件一侧的侧面安装有导电板，所述滑台绝缘板底角位置设有安装有车刀的车刀架；
所述Z轴滑轨组件包括Z轴立柱和Z轴安装板以及连接Z轴立柱和Z轴安装板的固定板，所述Z轴安装板上设有Z轴电机绝缘板，所述Z轴电机绝缘板上设有恒速电机，所述Z轴安装板下端设有水平设置的上电主轴，所述恒速电机与上电主轴通过传动组件连接，所述上电主轴的前端设有电极，所述上电主轴另一端设有导电滑环，所述上电主轴靠近导电滑环一端的末端设有旋转接头，所述电极一侧平行设有外冲液喷管。
其工作原理和过程如下：
通过夹具上的螺纹孔将滑台绝缘板固定在X轴滑轨工作台组件上用以与机床床身本体绝缘，避免电极与机床床身本体导通，通过四副紧定螺钉将夹具安装滑台绝缘板上用以装夹工件；导电板设置在夹具一侧，用于接通导电线并传递给夹具所夹的工件上；滑台绝缘板底角位置装有车刀架，通过滑轨X、Y轴移动配合上电主轴的旋转，使电极损耗部分靠近车刀，即可车去损耗部分，最大化地利用电极，车刀用来实现对已磨损电极的加工，尽可能地提高电极利用效率；具体工作时，X轴滑轨工作台组件带动被加工工件水平横向移动，Y轴滑轨工作台组件带动Z轴立柱水平纵向移动，Z轴滑轨工作台组件带动上电主轴上下移动，整体机床床身本体通过在与恒速电机接触的部分以及Z轴立柱上安装Z轴电机绝缘板，以避免恒速电机发生电流击穿失效；恒速电机通过传动组件带动上电主轴转动，上电主轴的末端通过螺纹连接一个旋转接头用来提供短电弧加工所需的工作介质，为了使工作介质充分地参与到加工过程中去，在与电极平行的位置安装外冲液喷管，通入工作介质时，一部分通过旋转接头送入上电主轴内部以内冲液的方式参与加工过程，一部分通过外冲液喷管以外冲液的方式参与加工过程，该机床的X轴行程较大，可加工体积更大的工件，同时采用卧铣的加工方式能保证在加工深腔和深孔时更易排屑，保证了良好的加工状态，同时可完全保证机床良好的供电、供介质能力，并采取了有效的绝缘措施防止电路在机床内部导通并避免电机发生短路击穿。
进一步的，所述Z轴滑轨工作台组件设置在Z轴立柱上，所述Z轴滑轨工作台组件包括Z轴滑轨电机、设置在Z轴立柱上的Z轴滑轨以及滑动设置在Z轴立柱上的立柱绝缘板，所述Z轴安装板安装在立柱绝缘板上，所述Z轴滑轨电极设置在Z轴立柱顶端并且输出端与立柱绝缘板传动连接，用于驱动立柱绝缘板在Z轴滑轨上上下滑动。
Z轴滑轨电机驱动立柱绝缘板沿Z轴滑轨上下移动，立柱绝缘板可将整个机床床身本体与Z轴立柱绝缘，防止电路导通并避免电流经过机床床身本体上电机导致电机损坏，通过控制系统可控制该机床三轴联动，结合Z轴的转动可实现一些复杂结构的加工成形。
进一步的，所述电极为带有内孔的圆柱状结构。
如此设置，便于工作介质以内冲液的方式参加加工过程。
进一步的，所述夹具为平口钳，所述导电板设置在平口钳的夹槽的一端。
平口钳固定工件更加稳定，也更有利于与滑台绝缘板以及导电板配合。
进一步的，所述导电滑环包括滑环转子、滑环定子以及用于上电的上部定子出线和下部定子出线，所述滑环转子通过键连接在上电主轴上随上电主轴一起转动，所述滑环定子设置在上电主轴一侧并与上电主轴之间连接有定子固定夹板，所述滑环定子通过定子固定夹板与滑环转子相配合连接，并通过定子固定夹板将电流导入到滑环转子上。
滑环转子通过键连接在上电主轴上随上电主轴一起转动，滑环定子通过定子固定夹板与滑环转子配合，并通过定子固定夹板将电流导入到滑环转子上。
进一步的，所述机床床身本体上设有机床保护罩，所述机床保护罩后侧面上开设有后方开孔，所述机床保护罩底部开设有底部开孔，所述机床保护罩上设有由透明亚克力板制成的推拉门，所述机床保护罩外侧面设有工具放置架和控制面板。
机床保护罩主要是为了保护操作人员的安全和健康，后方开孔用于放入导电线和进出水管，底部开孔用于清理加工废屑，推拉门用来方便操作人员观察加工情况并在加工结束后更换电极和工件，工具放置架可以用来放置一些维护机床以及更换电极所用的工具，如润滑油、除锈剂、扳手等，控制面板用来控制机床的运动部件。
进一步的，还包括呈T型结构的立铣刀转接头，所述上电主轴前端设有法兰盘，所述立铣刀转接头水平一端设有固定法兰，所述上电主轴通过法兰盘与立铣刀转接头的固定法兰连接，所述立铣刀转接头内部转动设有三个锥齿轮副，三个所述锥齿轮副分别设置在对应立铣刀转接头三个安装方向上，其中位于水平方向的两个所述锥齿轮副同轴线设置，另一个所述锥齿轮副设置在竖直方向上，竖直方向上的所述锥齿轮副位于两个水平设置的锥齿轮副之间并与两者相啮合，所述立铣刀转接头竖直方向上安装有用于固定电极的刀杆。
为了扩展卧式短电弧铣削机床的应用场景，尽可能地减少工件的装配次数和装配误差，对于工件上方的加工特征，可在工件侧面特征加工完成以后，通过立铣刀转接头上的固定法兰将其安装在上电主轴上，通过立铣刀转接头内部的锥齿轮副改变主轴的工作方向，并可用刀杆固定电极，实现从卧铣变立铣加工，由于立铣刀转接头无绝缘部分，因此电流可直接传递到立铣刀转接头上。
进一步的，所述X轴滑轨工作台组件包括X轴滑轨和X轴滑轨电机，所述滑台绝缘板滑动设置在X轴滑轨上，所述X轴滑轨电机设置在X轴滑轨一端并固定在机床床身本体上，所述X轴滑轨电机的输出端与滑台绝缘板传动连接，并用于驱动滑台绝缘板沿X轴滑轨水平移动。
进一步的，所述Y轴滑轨工作台组件包括Y轴滑轨和Y轴滑轨电机，所述Y轴滑轨电机设置在Y轴滑轨一端并固定在机床床身本体上，所述Z轴立柱滑动设置在Y轴滑轨上，所述Y轴滑轨电机输出端与Z轴立柱传动连接，用于驱动Z轴立柱沿Y轴滑轨水平移动。
综上所述，本发明的有益效果如下：
（1）本发明的进给方式，可以根据不同的加工需求进行切换，同时满足了立铣与卧铣的加工需求；
（2）采用独立的绝缘和供电装置，以避免机床导通发生短路和电极过热烧坏，使机床能够稳定地供电和运行；
（3）由于短电弧铣削加工过程中，工具损耗会较为严重，因次本发明提出能够在同一个机床上进行电极的车削，减少了频繁换刀，以及提升了安全性；
（4）本发明能够在加工中同时满足外冲液与内冲液，提升了排屑能力，提高加工性能；
（5）在机床外部安装机床保护罩保证操作人员的安全和健康。
附图说明
图1为卧式短电弧铣削机床的总体装置结构的正等轴测图。
图2为卧式短电弧铣削机床床身、滑轨及电机布置结构图。
图3为卧式短电弧铣削机床电主轴及配置结构图。
图4为卧式短电弧铣削机床滑轨工作台及配置结构图。
图5为导电滑环结构图。
图6为机床保护罩结构图。
图7为立铣刀转接头结构图。
图中：1、机床床身；2、X轴滑轨工作台组件；3、滑台绝缘板；4、夹具；5、车刀架；6、导电板；7、工件；8、Z轴立柱固定板；9、Z轴电机绝缘板；10、恒速电机；11、旋转接头；12、导电滑环；121、滑环转子；122、滑环定子；123、上部定子出线；124、下部定子出线；125、定子固定夹板；13、电极；14、外冲液喷管；15、X轴滑轨电机；16、Y轴滑轨电机；17、Z轴滑轨电机；18、Z轴立柱绝缘板；19、机床保护罩；191、后方开孔；192、底部开孔；193、推拉门；194、工具放置架；195、控制面板；20、立铣刀转接头；201、固定法兰；202、锥齿轮副；203、刀杆。
具体实施方式
实施例1：
如图1-图7所示，一种卧式结构低压微弧加工车铣复合机床，包括机床床身1本体、X轴滑轨工作台组件2、Y轴滑轨工作台组件和Z轴滑轨工作台组件，X轴滑轨工作台组件2上设有滑台绝缘板3，滑台绝缘板3上设有夹具4，夹具4上夹设有工件7，夹具位于工件7一侧的侧面安装有导电板6，滑台绝缘板3底角位置设有安装有车刀的车刀架5；
Z轴滑轨组件包括Z轴立柱和Z轴安装板以及连接Z轴立柱和Z轴安装板的固定板，Z轴安装板上设有Z轴电机绝缘板9，Z轴电机绝缘板9上设有恒速电机10，Z轴安装板下端设有水平设置的上电主轴，恒速电机10与上电主轴通过传动组件连接，上电主轴的前端设有电极13，上电主轴另一端设有导电滑环12，上电主轴靠近导电滑环12一端的末端设有旋转接头11，电极13一侧平行设有外冲液喷管14。
其工作原理和过程如下：
通过夹具4上的螺纹孔将滑台绝缘板3固定在X轴滑轨工作台2组件上用以与机床床身1本体绝缘，避免电极13与机床床身1本体导通，通过四副紧定螺钉将夹具安装滑台绝缘板3上用以装夹工件7；导电板6设置在夹具4一侧，用于接通导电线并传递给夹具4所夹的工件7上；滑台绝缘板3底角位置装有车刀架5，通过滑轨X、Y轴移动配合上电主轴的旋转，使电极13损耗部分靠近车刀，即可车去损耗部分，最大化地利用电极13，车刀用来实现对已磨损电极13的加工，尽可能地提高电极13利用效率；具体工作时，X轴滑轨工作台2组件带动被加工工件7水平横向移动，Y轴滑轨工作台2组件带动Z轴立柱水平纵向移动，Z轴滑轨工作台2组件带动上电主轴上下移动，整体机床床身1本体通过在与恒速电机10接触的部分以及Z轴立柱上安装Z轴电机绝缘板9，以避免恒速电机10发生电流击穿失效；恒速电机10通过传动组件带动上电主轴转动，上电主轴的末端通过螺纹连接一个旋转接头11用来提供短电弧加工所需的工作介质，为了使工作介质充分地参与到加工过程中去，在与电极13平行的位置安装外冲液喷管14，通入工作介质时，一部分通过旋转接头11送入上电主轴内部以内冲液的方式参与加工过程，一部分通过外冲液喷管14以外冲液的方式参与加工过程，该机床的X轴行程较大，可加工体积更大的工件7，同时采用卧铣的加工方式能保证在加工深腔和深孔时更易排屑，保证了良好的加工状态，同时可完全保证机床良好的供电、供介质能力，并采取了有效的绝缘措施防止电路在机床内部导通并避免电机发生短路击穿。
在本发明的另一个实施例中，如图3所示，Z轴滑轨工作台2组件设置在Z轴立柱上，Z轴滑轨工作台2组件包括Z轴滑轨电机17、设置在Z轴立柱上的Z轴滑轨以及滑动设置在Z轴立柱上的立柱绝缘板，Z轴安装板安装在立柱绝缘板上，Z轴滑轨电极13设置在Z轴立柱顶端并且输出端与立柱绝缘板传动连接，用于驱动立柱绝缘板在Z轴滑轨上上下滑动。
Z轴滑轨电机17驱动立柱绝缘板沿Z轴滑轨上下移动，立柱绝缘板可将整个机床床身1本体与Z轴立柱绝缘，防止电路导通并避免电流经过机床床身1本体上电机导致电机损坏，通过控制系统可控制该机床三轴联动，结合Z轴的转动可实现一些复杂结构的加工成形。
在本发明的另一个实施例中，电极13为带有内孔的圆柱状结构。
如此设置，便于工作介质以内冲液的方式参加加工过程。
在本发明的另一个实施例中，如图4所示，夹具为平口钳，导电板6设置在平口钳的夹槽的一端。
平口钳固定工件7更加稳定，也更有利于与滑台绝缘板3以及导电板6配合。
在本发明的另一个实施例中，如图5所示，导电滑环12包括滑环转子121、滑环定子122以及用于上电的上部定子出线123和下部定子出线124，滑环转子121通过键连接在上电主轴上随上电主轴一起转动，滑环定子122设置在上电主轴一侧并与上电主轴之间连接有定子固定夹板125，滑环定子122通过定子固定夹板125与滑环转子121相配合连接，并通过定子固定夹板125将电流导入到滑环转子121上。
滑环转子121通过键连接在上电主轴上随上电主轴一起转动，滑环定子122通过定子固定夹板125与滑环转子121配合，并通过定子固定夹板125将电流导入到滑环转子121上。
在本发明的另一个实施例中，如图6所示，机床床身1本体上设有机床保护罩19，机床保护罩19后侧面上开设有后方开孔191，机床保护罩19底部开设有底部开孔192，机床保护罩19上设有由透明亚克力板制成的推拉门193，机床保护罩19外侧面设有工具放置架194和控制面板195。
机床保护罩19主要是为了保护操作人员的安全和健康，后方开孔191用于放入导电线和进出水管，底部开孔192用于清理加工废屑，推拉门193用来方便操作人员观察加工情况并在加工结束后更换电极13和工件7，工具放置架194可以用来放置一些维护机床以及更换电极13所用的工具，如润滑油、除锈剂、扳手等，控制面板195用来控制机床的运动部件。
在本发明的另一个实施例中，如图7所示，还包括呈T型结构的立铣刀转接头20，上电主轴前端设有法兰盘，立铣刀转接头20水平一端设有固定法兰201，上电主轴通过法兰盘与立铣刀转接头20的固定法兰201连接，立铣刀转接头20内部转动设有三个锥齿轮副202，三个锥齿轮副202分别设置在对应立铣刀转接头20三个安装方向上，其中位于水平方向的两个锥齿轮副202同轴线设置，另一个锥齿轮副202设置在竖直方向上，竖直方向上的锥齿轮副202位于两个水平设置的锥齿轮副202之间并与两者相啮合，立铣刀转接头20竖直方向上安装有用于固定电极13的刀杆203。
为了扩展卧式短电弧铣削机床的应用场景，尽可能地减少工件7的装配次数和装配误差，对于工件7上方的加工特征，可在工件7侧面特征加工完成以后，通过立铣刀转接头20上的固定法兰201将其安装在上电主轴上，通过立铣刀转接头20内部的锥齿轮副202改变主轴的工作方向，并可用刀杆203固定电极13，实现从卧铣变立铣加工，由于立铣刀转接头20无绝缘部分，因此电流可直接传递到立铣刀转接头20上。
在本发明的另一个实施例中，如图2所示，X轴滑轨工作台2组件包括X轴滑轨和X轴滑轨电机15，滑台绝缘板3滑动设置在X轴滑轨上，X轴滑轨电机15设置在X轴滑轨一端并固定在机床床身1本体上，X轴滑轨电机15的输出端与滑台绝缘板3传动连接，并用于驱动滑台绝缘板3沿X轴滑轨水平移动。
在本发明的另一个实施例中，如图2所示，Y轴滑轨工作台2组件包括Y轴滑轨和Y轴滑轨电机16，Y轴滑轨电机16设置在Y轴滑轨一端并固定在机床床身1本体上，Z轴立柱滑动设置在Y轴滑轨上，Y轴滑轨电机16输出端与Z轴立柱传动连接，用于驱动Z轴立柱沿Y轴滑轨水平移动。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种卧式结构低压微弧加工车铣复合机床，包括机床床身本体、X轴滑轨工作台组件、Y轴滑轨工作台组件和Z轴滑轨工作台组件，其特征在于，所述X轴滑轨工作台组件上设有滑台绝缘板，所述滑台绝缘板上设有夹具，所述夹具上夹设有工件，所述夹具位于工件一侧的侧面安装有导电板，所述滑台绝缘板底角位置设有安装有车刀的车刀架；
所述Z轴滑轨组件包括Z轴立柱和Z轴安装板以及连接Z轴立柱和Z轴安装板的固定板，所述Z轴安装板上设有Z轴电机绝缘板，所述Z轴电机绝缘板上设有恒速电机，所述Z轴安装板下端设有水平设置的上电主轴，所述恒速电机与上电主轴通过传动组件连接，所述上电主轴的前端设有电极，所述上电主轴另一端设有导电滑环，所述上电主轴靠近导电滑环一端的末端设有旋转接头，所述电极一侧平行设有外冲液喷管。
2.根据权利要求1所述的卧式结构低压微弧加工车铣复合机床，其特征在于，所述Z轴滑轨工作台组件设置在Z轴立柱上，所述Z轴滑轨工作台组件包括Z轴滑轨电机、设置在Z轴立柱上的Z轴滑轨以及滑动设置在Z轴立柱上的立柱绝缘板，所述Z轴安装板安装在立柱绝缘板上，所述Z轴滑轨电极设置在Z轴立柱顶端并且输出端与立柱绝缘板传动连接，用于驱动立柱绝缘板在Z轴滑轨上上下滑动。
3.根据权利要求1所述的卧式结构低压微弧加工车铣复合机床，其特征在于，所述电极为带有内孔的圆柱状结构。
4.根据权利要求1所述的卧式结构低压微弧加工车铣复合机床，其特征在于，所述夹具为平口钳，所述导电板设置在平口钳的夹槽的一端。
5.根据权利要求1所述的卧式结构低压微弧加工车铣复合机床，其特征在于，所述导电滑环包括滑环转子、滑环定子以及用于上电的上部定子出线和下部定子出线，所述滑环转子通过键连接在上电主轴上随上电主轴一起转动，所述滑环定子设置在上电主轴一侧并与上电主轴之间连接有定子固定夹板，所述滑环定子通过定子固定夹板与滑环转子相配合连接，并通过定子固定夹板将电流导入到滑环转子上。
6.根据权利要求1所述的卧式结构低压微弧加工车铣复合机床，其特征在于，所述机床床身本体上设有机床保护罩，所述机床保护罩后侧面上开设有后方开孔，所述机床保护罩底部开设有底部开孔，所述机床保护罩上设有由透明亚克力板制成的推拉门，所述机床保护罩外侧面设有工具放置架和控制面板。
7.根据权利要求1所述的卧式结构低压微弧加工车铣复合机床，其特征在于，还包括呈T型结构的立铣刀转接头，所述上电主轴前端设有法兰盘，所述立铣刀转接头水平一端设有固定法兰，所述上电主轴通过法兰盘与立铣刀转接头的固定法兰连接，所述立铣刀转接头内部转动设有三个锥齿轮副，三个所述锥齿轮副分别设置在对应立铣刀转接头三个安装方向上，其中位于水平方向的两个所述锥齿轮副同轴线设置，另一个所述锥齿轮副设置在竖直方向上，竖直方向上的所述锥齿轮副位于两个水平设置的锥齿轮副之间并与两者相啮合，所述立铣刀转接头竖直方向上安装有用于固定电极的刀杆。
8.根据权利要求1所述的卧式结构低压微弧加工车铣复合机床，其特征在于，所述X轴滑轨工作台组件包括X轴滑轨和X轴滑轨电机，所述滑台绝缘板滑动设置在X轴滑轨上，所述X轴滑轨电机设置在X轴滑轨一端并固定在机床床身本体上，所述X轴滑轨电机的输出端与滑台绝缘板传动连接，并用于驱动滑台绝缘板沿X轴滑轨水平移动。
9.根据权利要求8所述的卧式结构低压微弧加工车铣复合机床，其特征在于，所述Y轴滑轨工作台组件包括Y轴滑轨和Y轴滑轨电机，所述Y轴滑轨电机设置在Y轴滑轨一端并固定在机床床身本体上，所述Z轴立柱滑动设置在Y轴滑轨上，所述Y轴滑轨电机输出端与Z轴立柱传动连接，用于驱动Z轴立柱沿Y轴滑轨水平移动。
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