CN207139044U - 一种用于不同直径电极夹持的蠕动复合主轴机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于不同直径电极夹持的蠕动复合主轴机构,属于特种加工特别是电火花加工技术领域,机构包括上安装板、下安装板、S轴模组、Z轴模组、旋转传动机构、电动球阀、常闭夹子机构、常开夹子机构；旋转传动机构、电动球阀、常闭夹子机构固定安装在上安装板上，常开夹子机构通过常开夹子支架安装在下安装板上，上安装板与S轴模组的滑块连接，下安装板与Z轴模组滑块连接，通过Z轴、S轴模组之间的相对运动及常闭夹子机构、常开夹子机构的交替开合实现电极的蠕动进给与补偿。本实用新型运用于航空发动机涡轮叶片气膜冷却群孔加工，可实现工具电极的前推式蠕动进给、中空高压冲液密封、不同直径电极对中性夹持及其高精度旋转的多种功能。

Description

一种用于不同直径电极夹持的蠕动复合主轴机构

技术领域

本实用新型涉及一种用于不同直径电极夹持的蠕动复合主轴机构，属于电火花加工技术领域。

背景技术

航空发动机正在朝大推重比、低油耗的方向发展，提高发动机性能的关键是提高涡轮前燃气温度。由于涡轮前温度已超过涡轮叶片材料可承受的温度极限，气膜冷却技术被广泛采用来降低涡轮叶片壁面温度。气膜冷却孔结构特点主要有孔径小、孔径多变（Φ0.2～0.8mm）、深径比大、空间位置复杂，而且数量多（单个零件上几十个到几百个）。现阶段国内外航空发动机制造商主要采用的是电火花放电的加工方法进行气膜群孔的加工，以满足其表面质量和避免背伤的要求，而且为了提高加工效率，对加工主轴提出了更高的要求，不仅要采用长度200～400mm的细长空心电极，而且要求进丝主轴具有电极进给补偿、电极空心高压内冲液、电极高精度旋转、电极便于更换的多种功能。

目前，气膜孔等深小孔电火花加工用主轴机构，主要采用的是一种后推式主轴结构，即将钻夹头和高压冲液密封结构集成在旋转主轴上，钻夹头夹住电极后端轴向进给补偿电极损耗，电极前端有导向器进行约束。这种后推式主轴结构存在夹头和导向器间电极长、刚度低的问题，这可能造成两种不利情况：如果导向器和电极间隙过大，则电极端部旋转径跳误差较大，影响孔径精度和加工效率；如果导向器和电极间隙过小，则电极进退摩擦阻力较大且容易发生弯曲。而且，这种主轴机构常采用密封塞压紧电极方式，使电极更换的操作过程不够简便。基于上述缺点，清华大学佟浩等在《一种用于深小孔电火花加工的多功能主轴机构》. 专利号ZL 201410023226.3中基于微细孔加工领域蠕动式主轴机构设计了一种用于深小孔电火花加工的多功能主轴机构，该主轴机构的优点是可实现工具电极的前推式蠕动进给、高精度旋转、中空高压冲液及电极在线更换的多种功能。但是机构过于复杂，而且同一主轴无法实现不同直径电极的对中夹持加工，更换不同直径电极时，需要整体更换主轴机构，电、液、气三部分稳定连接实现困难且可靠性较低，也增加设备开发成本。

实用新型内容

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提出一种可夹持Φ0.2~1mm直径电极加工的蠕动式复合主轴机构。

本实用新型的技术方案如下：

一种用于不同直径电极夹持的蠕动复合主轴机构，所述机构包括上安装板、下安装板、S轴模组、Z轴模组、旋转传动机构、电动球阀、常闭夹子机构、常开夹子机构；所述旋转传动机构、常闭夹子机构固定安装在上安装板上，所述电动球阀通过球阀支架安装在上安装板上，所述常开夹子机构通过常开夹子支架安装在下安装板上，所述上安装板与S轴模组的滑块连接，所述下安装板与Z轴模组滑块连接，通过Z轴模组和S轴模组之间的相对运动，常闭夹子机构、常开夹子机构的交替开合实现电极的蠕动进给和损耗的自动补偿。

上述旋转传动机构包括伺服电机、同步带、大同步带轮、旋转接头，所述伺服电机通过同步带驱动大同步带轮转动，大同步带轮通过键与旋转接头的动轴连接，从而带动常闭夹子机构及电极丝进行旋转运动，伺服电机的位置控制可实现旋转主轴的定向停止。

上述旋转接头为液电混合旋转接头，具有旋转导电，旋转动密封的功能，包括静轴、动轴、轴承、导电滑环、机械密封、高压水进口、动轴导线出口、静轴导线入口；所述动轴与常闭夹子机构连接，所述静轴通过钢管与电动球阀连接，所述轴承设置在静轴内靠近动轴端，通过轴承的支撑，使得动轴相对于静轴保持高精度旋转，所述导电滑环设置在静轴内靠近钢管端，两对机械密封设置在轴承与导电滑环之间，实现旋转导电功能，加工脉冲电源与静轴导线入口连接，经过导电滑环，从动轴前端的动轴导线出口引出；所述高压水进口设置在两对机械密封之间，实现高压工作液进入旋转主轴内部后的旋转动密封。

上述常闭夹子机构包括第一导向管、松开法兰螺母盘、定位连接柱、第二导向管、压缩弹簧、陶瓷支撑块、铰链销、铰链压杆、气缸和O型密封圈一；大同步带轮带动动轴旋转，大同步带轮通过C型扣环轴向固定在动轴上，定位连接柱与动轴联接定位，通过上紧法兰螺母盘轴向锁紧定位接连柱，从而带动常闭夹子机构整体随着动轴一起高精度旋转；

定位连接柱内部从上至下依次安装有导向压块、橡胶密封塞、第一导向管和第二导向管，导向压块、橡胶密封塞、第一导向管和第二导向管围绕主轴的轴中心安装，电极丝从动轴内部进入后顺序穿过它们的中心；动轴内部通以高压工作液后，在压力作用下，橡胶密封塞25的径向变形实现电极丝外围的密封，主轴与定位连接柱之间通过O型密封圈一密封，防止锥面的泄漏；O型密封圈一防止配合锥面的泄漏；

定位连接柱径向上开设一个螺纹通孔，安装球头柱塞一抵住第二导向管；

铰链压杆通过铰链销和陶瓷支撑块固定在定位连接柱上，与动轴导线出口连接，铰链压杆通过压缩弹簧的作用下端部压紧电极丝，达到常闭状态，气缸位于铰链压杆下方，通过气缸支架安装在上安装板上，通过气缸的向上动作，使铰链压杆端部离开电极丝，达到常开状态；动轴出口导线与铰链压杆38连接，将加工脉冲电源引入到电极丝中，由绝缘导套、陶瓷支撑块、第一导向管和第二导向管与其他部位隔开绝缘。

上述旋转接头的动轴的下端开设一个截面为梯形的柱形槽，所述定位连接柱顶部侧面为圆锥形，契合安装在旋转主轴的柱形槽内，与动轴锥面联接定位。

上述第二导向管为陶瓷导向管，所述陶瓷导向管为一空心圆柱体，其内孔尺寸精度与电极丝直径有配合要求，不同直径电极丝对应着不同内孔尺寸精度的陶瓷导向管；陶瓷导向管一端沿直径切成截面为半圆的圆柱，形成一个平台，该处作为电极丝受铰链压杆的承压面，起限定位作用，以保证电极丝的夹持中心与主轴旋转中心一致；所述陶瓷导向管下端的端部开设一个圆槽，形成一圈凹台，以便电极丝直径发生改变时，方便进行相配合的陶瓷导向管的更换；另一端的端部开设一个凹槽，凹槽由两个弧面连接形成，为与球头柱塞配合面。

上述铰链压杆包括一个长方体状本体，本体的一端设置一个弧形压杆，所述弧形压杆的一端连接在本体上，另一端抵住电极丝，所述本体的相对弧形压杆位置的另一端的下方设置气缸，上方设置一个绝缘导管，所述绝缘导管上安装压缩弹簧，所述压缩弹簧一端抵住松开法兰螺母盘，另一端套设在绝缘导管上。

上述常开夹子机构为一种气囊夹紧结构，通过常开夹子支架安装在下安装板上，包括导向器座、导向套、乳胶管、导向器；所述导向器座与常开架子支架之间设置O型密封圈二，所述导向器座内部空腔里安装导向套支撑的乳胶管，乳胶管下方依次安装导向套和导向器，电极丝从导向套中穿过到达导向器，导向器进一步对电极丝的径跳进行约束；当压缩空气从进气口进入到空腔中，空气压力使得乳胶管向电极丝方向径向变形从而达到夹持效果，而压缩空气泄压之后乳胶管又恢复弹性形变，使得电极丝能在通道中顺畅运动。

上述导向器座上开设一个通孔，安装球头柱塞二抵住导向器，使其轴向定位。

本实用新型所达到的有益效果：

1、本实用新型为气膜孔等深小孔电火花加工提供了一种结构简单的多功能主轴机构，可实现电极前推式蠕动进给、高精度旋转、中空高压冲液复合。这种复合功能有利于提高电极进给刚度和主轴伺服稳定性、提高深小孔的尺寸精度和深径比，改善排屑能力，提高加工效率。

2、常闭夹子机构设计成快速更换的结构，不仅可以实现易损件橡胶密封塞的快速更换，也能满足不同直径电极的对中性夹持，再配合以自动换丝装置，可实现同径或不同径直径电极的在线更换，应用于航空叶片气膜孔群孔加工领域，可极大的提高加工效率。

3、结构简单小巧的常开夹子气囊式夹持机构相比传统电磁阀推压式结构，更适合于航空发动机涡轮叶片曲面区域气膜孔的加工。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的右视图；

图3是旋转接头的结构示意图；

图4是常闭夹子的结构示意图；

图5是陶瓷导向管的结构示意图；

图6是常开夹子结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1、图2所示，一种用于不同直径电极夹持的蠕动复合主轴机构，机构包括上安装板6、下安装板7、S轴模组2、Z轴模组1、旋转传动机构、电动球阀4、常闭夹子机构A、常开夹子机构B；旋转传动机构、常闭夹子机构A固定安装在上安装板6上，电动球阀4通过球阀支架3安装在上安装板上，常开夹子机构B通过常开夹子支架12安装在下安装板7上，上安装板6与S轴模组2的滑块连接，下安装板7与Z轴模组1滑块连接，通过Z轴模组1和S轴模组2之间的相对运动，常闭夹子机构A、常开夹子机构B的交替开合实现电极丝16的蠕动进给和退丝。

上述旋转传动机构包括伺服电机14、同步带15、大同步带轮10、旋转接头8，伺服电机14通过同步带15驱动大同步带轮10转动，大同步带轮10通过键与旋转接头8的动轴18连接，从而带动常闭夹子机构A及电极丝16进行旋转运动，伺服电机14的位置控制可实现旋转主轴的定向停止。。

如图3所示，上述旋转接头8为液电混合旋转接头，具有旋转导电，旋转动密封的功能，包括静轴23、动轴18、轴承19、导电滑环22、机械密封20、高压水进口21、动轴导线出口17、静轴导线入口24；动轴18与常闭夹子机构A连接，静轴23通过钢管5与电动球阀4连接，轴承19设置在静轴23内靠近动轴18端，通过轴承的支撑，使得动轴相对于静轴保持高精度旋转，导电滑环22设置在静轴23内靠近钢管5端，两对机械密封20设置在轴承19与导电滑环22之间，实现旋转导电功能，加工脉冲电源与静轴导线入口24连接，经过导电滑环22，从动轴18前端的动轴导线出口17引出,高压水进口21设置在两对机械密封之间，实现高压工作液进入旋转主轴内部后的旋转动密封。

如图4所示，上述常闭夹子机构A包括第一导向管26、松开法兰螺母盘28、定位连接柱30、第二导向管31、压缩弹簧34、陶瓷支撑块37、铰链销36、铰链压杆38、气缸11和O型密封圈一27；大同步带轮10带动动轴18旋转，大同步带轮10通过C型扣环32轴向固定在动轴18上，定位连接柱30与动轴18联接定位，通过上紧法兰螺母盘28轴向锁紧定位接连柱30，从而带动常闭夹子机构整体随着动轴一起高精度旋转；

定位连接柱30内部从上至下依次安装有导向压块33、橡胶密封塞25、第一导向管26和第二导向管31，导向压块33、橡胶密封塞25、第一导向管26和第二导向管31围绕主轴18的轴中心安装，电极丝16从动轴18内部进入后顺序穿过它们的中心；动轴18内部通以高压工作液后，在压力作用下，橡胶密封塞25的径向变形实现电极丝16外围的密封，；主轴18与定位连接柱30之间通过O型密封圈一27密封，防止锥面的泄漏；

定位连接柱30径向上开设一个螺纹通孔，安装球头柱塞一29抵住第二导向管31；

铰链压杆38通过铰链销36和陶瓷支撑块37固定在定位连接柱30上，与动轴导线出口17连接，铰链压杆38通过压缩弹簧34的作用下端部压紧电极丝16，达到常闭状态，气缸11位于铰链压杆38下方，通过气缸支架13安装在上安装板6上，通过气缸11的向上动作，使铰链压杆38端部离开电极丝16，达到常开状态；动轴出口导线17与铰链压杆38连接，将加工脉冲电源引入到电极丝16中，由绝缘导套35、陶瓷支撑块37、第一导向管26和第二导向管31与其他部位隔开绝缘。

上述动轴18的下端开设一个截面为梯形的柱形槽，定位连接柱30顶部侧面为圆锥形，契合安装在动轴18的柱形槽内，与动轴18锥面联接定位。

如图5所示，上述第二导向管31为陶瓷导向管，陶瓷导向管为一空心圆柱体，其内孔尺寸精度与电极丝直径有配合要求，不同直径电极丝对应着不同内孔尺寸精度的陶瓷导向管；陶瓷导向管一端沿直径切成截面为半圆的圆柱，形成一个平台31-2，该处作为电极丝受铰链压杆的承压面，起限定位作用，以保证电极丝的夹持中心与主轴旋转中心一致；陶瓷导向管下端的端部开设一个圆槽，形成一圈凹台31-1，以便电极丝直径发生改变时，方便进行相配合的陶瓷导向管的更换；另一端的端部开设一个凹槽31-3，凹槽31-3由两个弧面连接形成，为与球头柱塞配合面。

上述铰链压杆38包括一个长方体状本体，本体的一端设置一个弧形压杆，弧形压杆的一端连接在本体上，另一端抵住电极丝16，本体的相对弧形压杆位置的另一端的下方设置气缸11，上方设置一个绝缘导管35，绝缘导管35上安装压缩弹簧34，压缩弹簧34一端抵住松开法兰螺母盘28，另一端套设在绝缘导管35上。

如图6所示，上述常开夹子机构为一种气囊夹紧结构，通过常开夹子支架安装在下安装板上，包括导向器座41、导向套42、乳胶管40、导向器43；导向器座41与常开架子支架之间设置O型密封圈二39，导向器座41内部空腔里安装导向,42支撑的乳胶管40，乳胶管40下方依次安装导向套42和导向器43，电极丝16从导向套42中穿过到达导向器43，导向器43进一步对电极丝16的径跳进行约束；当压缩空气从进气口进入到空腔中，空气压力使得乳胶管40向电极丝16方向径向变形从而达到夹持效果，而压缩空气泄压之后乳胶管40又恢复弹性形变，使得电极丝16能在通道中顺畅运动。

上述导向器座41上开设一个通孔，安装球头柱塞二44抵住导向器43，使其轴向定位。

实施例

以某型叶片表面呈一定倾角的Φ0.3mm，Φ0.5mm这两种孔径气膜群孔加工为例，说明具体操作步骤和动作过程。

（1）电极安装

先加工Φ0.3mm气膜孔，选用Φ0.25mm直径的电极，将电动球阀4打开，常闭夹子机构打开，将长细电极丝16从主轴上部入口放入其内部，手动将其送过橡胶密封塞25，待电极完全进入主轴内部后，关闭电动球阀4，通过常闭夹子机构和常开夹子机构交替开合蠕动、将电极丝进给到露出导向器43头部约1-2mm。

（2）工件定位

将待加工叶片装夹到夹具中，采用榫齿定位和侧面夹紧的方式，保证叶片的设计中心与盘面回转中心一致。数控系统定位好电极前端与工件待加工孔位置之间的相对位置，通过电源短路判断完成对刀。

（3）伺服加工

启动伺服电机，带动常闭夹子机构及电极丝旋转；启动高压泵，将高压工作液送入到旋转接头动轴18内部，高压工作液从电极中空内孔流出；启动脉冲电源，一极连接工件，一极通过旋转接头内部的导电滑环22将加工电源引入到旋转电极丝16；启动伺服加工程序驱动S轴微进给进行该位置的放电打孔加工；完成该孔加工后，关闭脉冲电源、水泵、伺服电机，旋转主轴定位停止，通过常闭夹子和常开夹子的交替开合完成电极丝加工损耗的补偿，移动至工件下一个孔位置，重复执行（3）可继续该直径孔的放电加工。

（4）更换电极

在全部Φ0.3mm孔加工完毕之前，需要更换该直径电极时，不需要额外更换其他零部件，只需继续装填该直径电极即可。当Φ0.3mm孔加工完毕，开始加工Φ0.5mm气膜孔时，需要更换成Φ0.45mm直径的电极来加工，这时需要手动换上与之有配合要求的常闭夹子机构中的陶瓷导向管31和常开夹子机构中的导向器43，电极安装完毕后，再重复步骤（3）进行该批孔径的加工。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于不同直径电极夹持的蠕动复合主轴机构，其特征在于：所述机构包括上安装板、下安装板、S轴模组、Z轴模组、旋转传动机构、电动球阀、常闭夹子机构、常开夹子机构；所述旋转传动机构、常闭夹子机构固定安装在上安装板上，所述电动球阀通过球阀支架安装在上安装板上，所述常开夹子机构通过常开夹子支架安装在下安装板上，所述上安装板与S轴模组的滑块连接，所述下安装板与Z轴模组滑块连接，通过Z轴模组和S轴模组之间的相对运动，常闭夹子机构、常开夹子机构的交替开合实现电极的蠕动进给和损耗的自动补偿。

2.根据权利要求1所述的一种用于不同直径电极夹持的蠕动复合主轴机构，其特征在于：所述旋转传动机构包括伺服电机、同步带、大同步带轮、旋转接头，所述伺服电机通过同步带驱动大同步带轮转动，大同步带轮通过键与旋转接头的动轴连接，从而带动常闭夹子机构及电极丝进行旋转运动，伺服电机的位置控制可实现旋转主轴的定向停止。

3.根据权利要求2所述的一种用于不同直径电极夹持的蠕动复合主轴机构，其特征在于：所述旋转接头为液电混合旋转接头，具有旋转导电，旋转动密封的功能，包括静轴、动轴、轴承、导电滑环、机械密封、高压水进口、动轴导线出口、静轴导线入口；所述动轴与常闭夹子机构连接，所述静轴通过钢管与电动球阀连接；所述轴承设置在静轴内靠近动轴端，通过轴承的支撑，使得动轴相对于静轴保持高精度旋转，所述导电滑环设置在静轴内靠近钢管端，两对机械密封设置在轴承与导电滑环之间，实现旋转导电功能，加工脉冲电源与静轴导线入口连接，经过导电滑环，从动轴前端的动轴导线出口引出；所述高压水进口设置在两对机械密封之间，实现高压工作液进入旋转主轴内部后的旋转动密封。

4.根据权利要求1所述的一种用于不同直径电极夹持的蠕动复合主轴机构，其特征在于：所述常闭夹子机构包括第一导向管、松开法兰螺母盘、定位连接柱、第二导向管、压缩弹簧、陶瓷支撑块、铰链销、铰链压杆、气缸和O型密封圈一；大同步带轮带动动轴旋转，大同步带轮通过C型扣环轴向固定在动轴上，定位连接柱与动轴联接定位，通过上紧法兰螺母盘轴向锁紧定位接连柱，从而带动常闭夹子机构整体随着动轴一起高精度旋转；

定位连接柱内部从上至下依次安装有导向压块、橡胶密封塞、第一导向管和第二导向管，导向压块、橡胶密封塞、第一导向管和第二导向管围绕主轴的轴中心安装，电极丝从动轴内部进入后顺序穿过它们的中心；动轴内部通以高压工作液后，在压力作用下，橡胶密封塞的径向变形实现电极丝外围的密封，主轴与定位连接柱之间通过O型密封圈一密封，防止锥面的泄漏；O型密封圈一防止配合锥面的泄漏；

定位连接柱径向上开设一个螺纹通孔，安装球头柱塞一抵住第二导向管；

铰链压杆通过铰链销和陶瓷支撑块固定在定位连接柱上，与动轴导线出口连接，铰链压杆通过压缩弹簧的作用下端部压紧电极丝，达到常闭状态，气缸位于铰链压杆下方，通过气缸支架安装在上安装板上，通过气缸的向上动作，使铰链压杆端部离开电极丝，达到常开状态；动轴出口导线与铰链压杆连接，将加工脉冲电源引入到电极丝中，由绝缘导套、陶瓷支撑块、第一导向管和第二导向管与其他部位隔开绝缘。

5.根据权利要求4所述的一种用于不同直径电极夹持的蠕动复合主轴机构，其特征在于：所述第二导向管为陶瓷导向管，所述陶瓷导向管为一空心圆柱体，其内孔尺寸精度与电极丝直径有配合要求，不同直径电极丝对应着不同内孔尺寸精度的陶瓷导向管；陶瓷导向管一端沿直径切成截面为半圆的圆柱，形成一个平台，该处作为电极丝受铰链压杆的承压面，起限定位作用，以保证电极丝的夹持中心与主轴旋转中心一致；所述陶瓷导向管下端的端部开设一个圆槽，形成一圈凹台，以便电极丝直径发生改变时，方便进行相配合的陶瓷导向管的更换；另一端的端部开设一个凹槽，凹槽由两个弧面连接形成，为与球头柱塞配合面。

6.根据权利要求4所述的一种用于不同直径电极夹持的蠕动复合主轴机构，其特征在于：所述铰链压杆包括一个长方体状本体，本体的一端设置一个弧形压杆，所述弧形压杆的一端连接在本体上，另一端抵住电极丝，所述本体的相对弧形压杆位置的另一端的下方设置气缸，上方设置一个绝缘导管，所述绝缘导管上安装压缩弹簧，所述压缩弹簧一端抵住松开法兰螺母盘，另一端套设在绝缘导管上。

7.根据权利要求1所述的一种用于不同直径电极夹持的蠕动复合主轴机构，其特征在于：所述常开夹子机构为一种气囊夹紧结构，通过常开夹子支架安装在下安装板上，包括导向器座、导向套、乳胶管、导向器；所述导向器座与常开架子支架之间设置O型密封圈二，所述导向器座内部空腔里安装导向套支撑的乳胶管，乳胶管下方依次安装导向套和导向器，电极丝从导向套中穿过到达导向器，导向器进一步对电极丝的径跳进行约束；当压缩空气从进气口进入到空腔中，空气压力使得乳胶管向电极丝方向径向变形从而达到夹持效果，而压缩空气泄压之后乳胶管又恢复弹性形变，使得电极丝能在通道中顺畅运动。

8.根据权利要求7所述的一种用于不同直径电极夹持的蠕动复合主轴机构，其特征在于：所述导向器座上开设一个通孔，安装球头柱塞二抵住导向器，使其轴向定位。