CN2413832Y - 电火花高速小孔加工设备的数控驱动机构 - Google Patents

Abstract

一种电火花高速小孔加工设备的数控驱动机构,包括工作台驱动机构和主轴头(6)上的Z轴电极进给机构(7),特征是:设有主轴头驱动机构;工作台驱动机构包括C轴回转机构(12);主轴头驱动机构包括B轴摆动机构(11)和W轴直线移动机构(10),两者串联后与主轴头(6)连接,所述工作台驱动机构或主轴头驱动机构中还串联X轴直线移动机构(4)。在上述五轴数控驱动方案中再增加与X轴相配合的Y轴可以得到3种六轴数控驱动方案。其特点是:在数控状态下能够实现一次装夹工件连续加工不同空间位置及角度的小孔。

Description

电火花高速小孔加工设备的数控驱动机构

本实用新型涉及一种电火花加工设备，具体涉及一种电火花高速小孔加工设备的数控驱动机构。

在航天、航空和军工制造业中有大量的深小孔加工难题，如叶片冷却孔、火焰筒气膜冷却孔、安装边气孔、液体燃料发动机喷嘴喷孔，这些孔与发动机及有关产品的性能、质量、寿命的关系是相当密切的。由于这些孔孔径较小，深径比较大，基体材料较为特殊，很多是高温合金，传统的机械钻孔方法难以加工，一般采用高速电火花小孔加工设备进行加工。中国专利CN 2240411Y公开了一种具有电火花高速小孔加工功能的数控电火花线切割机，可用来完成特殊材料上的深小孔加工，它的数控驱动部分包括与工作台连接的工作台驱动机构以及设在主轴头上的Z轴电极直线伺服进给机构，工作台驱动机构包括X轴和Y轴直线移动机构，可以控制工作台在坐标平面上的直线运动，Z轴电极直线伺服进给机构用于控制电极管的直线伺服进给，这三个轴为数控轴，此外，还可以通过手工控制主轴头的上下移动。这种设备具有数控功能，适合于加工工件上数量较多的深小孔，但由于这种小孔加工设备只有三个数控轴，对于空间位置比较复杂的深小孔的加工必须通过多次装夹并配合手工控制进行，有时甚至无法加工，而多次装夹又易造成定位误差，无法满足对尺寸及位置公差的较高要求，因此现有技术无法满足深小孔数量多而空间位置又较复杂的工件的加工。

本实用新型目的是提供一种电火花高速小孔加工设备的数控驱动机构，该驱动机构在数控状态下能够实现一次装夹工件连续加工不同空间位置及角度的小孔。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种电火花高速小孔加工设备的数控驱动机构，由工作台驱动机构、主轴头驱动机构以及设在主轴头上的Z轴电极伺服进给机构构成，所述工作台驱动机构包括一个C轴回转机构；所述主轴头驱动机构包括一个B轴摆动机构以及一个W轴直线移动机构，所述B轴摆动机构与W轴直线移动机构串联后与主轴头连接，所述工作台驱动机构或主轴头驱动机构中还串联一个X轴直线移动机构。

上述技术方案中，所述“数控驱动机构”是指受电脑点位数控的机械传动机构，不包含控制电路以及动力源(如步进电机)。所述“工作台驱动机构”是指驱动工作台运动的机械传动机构。所述“主轴头驱动机构”是指驱动主轴头运动的机械传动机构。“所述工作台驱动机构或主轴头驱动机构中还串联一个X轴直线移动机构”，实际上有两种情况，其一是：所述工作台驱动机构中串联一个X轴直线移动机构；其二是：所述主轴头驱动机构中串联一个X轴直线移动机构，我们将这两种情况分别称之为组合方案一和组合方案二。它们都是由Z轴、C轴、X轴、W轴和B轴构成五轴数控驱动机构，而组合方案一中Z轴为电极直线伺服进给轴，C轴和X轴驱动工作台，W轴和B轴驱动主轴头；组合方案二中Z轴为电极直线伺服进给轴，C轴驱动工作台，X轴W轴和B轴驱动主轴头。

在组合方案一的工作台驱动机构中还串联一个Y轴直线移动机构，Y轴直线移动机构与X轴直线移动机构构成工作台的平面座标移动机构，由此构成组合方案三。组合方案三为六轴数控驱动机构，由Z轴、C轴、X轴、Y轴、W轴和B轴构成，其中Z轴为电极直线伺服进给轴，C轴、X轴和Y轴驱动工作台，W轴和B轴驱动主轴头。本方案为最佳方案。

与工作台驱动机构中X轴直线移动机构相配合，在组合方案一的在主轴头驱动机构中设有Y轴直线移动机构，Y轴直线移动机构与X轴直线移动机构构成主轴头与工作台之间的相对平面座标移动机构，由此构成组合方案四。组合方案四为六轴数控驱动机构，由Z轴、C轴、X轴、Y轴、W轴和B轴构成，其中Z轴为电极直线伺服进给轴，C轴、X轴驱动工作台，W轴、B轴和Y轴驱动主轴头。

在组合方案二的主轴头驱动机构还串联一个Y轴直线移动机构，Y轴直线移动机构与X轴直线移动机构构成主轴头的平面座标移动机构，由此构成组合方案五。组合方案五为六轴数控驱动机构，由Z轴、C轴、X轴、Y轴、W轴和B轴构成，其中Z轴为电极直线伺服进给轴，C轴驱动工作台，W轴、B轴、X轴和Y轴驱动主轴头。

上述X轴和Y轴为工作台或主轴头的平面直角坐标轴；C轴为工作台的旋转座标轴；Z轴为电极的直线伺服运动轴，实现小孔加工中电极的伺服进给；W轴为主轴头的直线运动轴，实现导向器与工件之间高度位置的调整；B轴为主轴头的摆动轴，实现工件孔的垂直面方向不同角度位置的调整；R轴为电极旋转轴，系非点位数控轴，具体实现加工中电极的旋转及旋转高压导液，旋转导电及电极的夹持。

本实用新型工作原理是：以上述组合方案一为例，在工作台上装夹固定工件后，通过数控系统设置绝对零位，由X轴和C轴构成工件的极坐标，经过X轴直线移动和C轴转动调整工件打孔时在平面坐标中相对主轴头的位置，由W轴直线移动机构完成导向器与工件之间高度位置的调整，通过B轴摆动机构调整电极到打孔所需的角度，即可由Z轴进行电极的伺服进给，从而完成一个孔的加工。可以预先确定加工每个孔时X轴、C轴、W轴、B轴和Z轴这五个轴的数控运动参数，通过数控系统的设置，自动连续完成各个小孔的加工。在组合方案二中，X轴设置在主轴头驱动机构中，通过工作台驱动机构中的C轴和主轴头驱动机构中的X轴构成相对极坐标，来调整工件在平面坐标中相对主轴头的位置，其它的调整与组合方案一相同。为了进一步方便工件位置的调整，加快加工速度，在组合方案三、四、五中增加了Y轴，Y轴与X轴构成了相对的平面直角坐标，方便了工件位置的调整，其工作原理与组合方案一大致相同，即通过X轴、Y轴和C轴调整工件与主轴头的相对位置，由W轴直线移动机构完成导向器与工件之间高度位置的调整，通过B轴摆动机构调整电极到打孔所需的角度，由Z轴进行电极的伺服进给，从而完成一个孔的加工，通过数控系统的设置完成孔的连续加工。

由于上述技术方案的运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

1、由于本实用新型设置了主轴头驱动机构，其中W轴直线移动机构完成导向器与工件之间高度位置的调整，B轴摆动机构完成工件孔的垂直面方向不同角度位置的调整，上述调整的结合可以完成复杂空间位置和不同角度的小孔加工，与只能垂直打孔的现有技术相比具有更强的功能，对加工复杂空间位置和不同角度的小孔加工具有实际意义。

2、由于本实用新型在工作台和主轴头之间设置了五轴或六轴数控驱动机构，可以连续调整工件和电极管导向器之间的位置和角度，一次装夹工件能够实现连续加工不同空间位置和角度的小孔。大大提高了多个小孔加工工效，尤其解决了航天、航空以及军工制造业中同一工件上大量不同空间位置和角度小孔加工的难题，因此具有突出的创造性特点。

附图1为本实用新型实施例一的结构示意图；

附图2为本实用新型实施例二的结构示意图；

附图3为本实用新型实施例三的结构示意图；

附图4为本实用新型实施例四的结构示意图；

附图5为本实用新型实施例五的结构示意图。

其中：[1]、床身；[2]、立柱；[3]、工作台；[4]、X轴直线移动机构；[5]、Y轴直线移动机构；[6]、主轴头；[7]、Z轴伺服进给机构；[8]、R旋转头；[9]、电极管；[10]、W轴直线移动机构；[11]、B轴摆动机构；[12]、C轴回转机构；[13]、导向器。

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例一(上述组合方案一)：参见附图1所示，一种电火花高速小孔加工设备的五轴数控驱动机构，由工作台驱动机构、主轴头驱动机构以及设在主轴头[6]上的Z轴电极伺服进给机构[7]构成，主轴头[6]通过Z轴电极伺服进给机构[7]与R旋转头[8]连接，主轴头[6]下部固定有导向器[13]，电极管[9]的一端夹持在R旋转头[8]上，其另一端从导向器[13]中穿过。整个床体采用立式C型结构，床体由床身[1]和L型立柱[2]构成，立柱[2]固定在床身[1]上，工作台[3]座落在床身[1]上，主轴头[6]安装在L型立柱[2]的上端，工作台驱动机构设在工作台[3]下，主轴头驱动机构位于L型立柱[2]上端与主轴头[6]之间。所述工作台驱动机构由一个C轴回转机构[12]和一个X轴直线移动机构[4]组成，所述C轴回转机构[12]为数控分度盘，X轴直线移动机构[4]为丝杠螺母机构，工作台[3]至床身[1]的连接为：工作台[3]、分度盘、丝杠螺母机构与床身[1]自上而下依次叠加串联连接，其连接次序也可以为工作台[3]、丝杠螺母机构、分度盘与床身[1]。所述主轴头驱动机构由一个B轴摆动机构[11]和一个W轴直线移动机构[10]组成，所述B轴摆动机构[11]为数控分度盘，W轴直线移动机构[10]为丝杠螺母机构，主轴头[6]至立柱[2]的连接为：主轴头[6]、丝杠螺母机构、数控分度盘与立柱[2]上端依次叠加串联，其连接次序也可以为主轴头[6]、数控分度盘、丝杠螺母机构与立柱[2]的上端。本实施例由Z轴、C轴、X轴、W轴和B轴构成五轴数控驱动机构，其中Z轴为电极直线伺服进给轴，C轴和X轴驱动工作台[3]，W轴和B轴驱动主轴头[6]。

实施例二(上述组合方案二)：参见附图2所示，一种电火花高速小孔加工设备的五轴数控驱动机构，由工作台驱动机构、主轴头驱动机构以及设在主轴头[6]上的Z轴电极伺服进给机构[7]构成，主轴头[6]通过Z轴电极伺服进给机构[7]与R旋转头[8]连接，主轴头[6]下部固定有导向器[13]，电极管[9]的一端夹持在R旋转头[8]上，其另一端从导向器[13]中穿过。整个床体采用立式C型结构，床体由床身[1]和L型立柱[2]构成，工作台[3]座落在床身[1]上，主轴头[6]安装在L型立柱[2]的上端，工作台驱动机构设在工作台[3]下，主轴头驱动机构位于床身[1]与主轴头[6]之间。所述工作台驱动机构为一个C轴回转机构[12]，所述C轴回转机构[12]为数控分度盘，工作台[3]至床身[1]的连接为：工作台[3]、分度盘与床身[1]自上而下依次叠加串联连接。所述主轴头驱动机构由一个B轴摆动机构[11]、一个W轴直线移动机构[10]和一个X轴直线移动机构[4]组成，B轴摆动机构[11]和W轴直线移动机构[10]设在主轴头[6]与立柱[2]之间，X轴直线移动机构[4]则设在立柱[2]与床身[1]之间。所述B轴摆动机构[11]为数控分度盘，W轴直线移动机构[10]和X轴直线移动机构[4]为丝杠螺母机构，主轴头[6]至床身[1]的连接为：主轴头[6]、W轴丝杠螺母机构、数控分度盘、立柱[2]、X轴丝杠螺母机构与床身[1]依次叠加串联，其连接次序也可以为主轴头[6]、数控分度盘、W轴丝杠螺母机构、立柱[2]、X轴丝杠螺母机构与床身[1]。本实施例由Z轴、C轴、X轴、W轴和B轴构成五轴数控驱动机构，其中Z轴为电极直线伺服进给轴，C轴驱动工作台[3]，X轴、W轴和B轴驱动主轴头[6]。

实施例三(上述组合方案三)：本实施例为最佳实施例，参见附图3所示，一种电火花高速小孔加工设备的六轴数控驱动机构，在实施例一的基础上，所述工作台驱动机构中还串联一个Y轴直线移动机构[5]，Y轴直线移动机构[5]为丝杠螺母机构，Y轴直线移动机构[5]与X轴直线移动机构[4]构成工作台的平面座标移动机构。本实施例为六轴数控驱动机构，由Z轴、C轴、X轴、Y轴、W轴和B轴构成，其中Z轴为电极直线伺服进给轴，C轴、X轴和Y轴驱动工作台[3]，W轴和B轴驱动主轴头[6]。

实施例四(上述组合方案四)：参见附图4所示，一种电火花高速小孔加工设备的六轴数控驱动机构，在实施例一的基础上，与工作台驱动机构中X轴直线移动机构[4]相配合，在主轴头驱动机构中设有Y轴直线移动机构[5]，Y轴直线移动机构[5]设在L型立柱[2]与床身[1]之间，Y轴直线移动机构[5]为丝杠螺母机构，Y轴直线移动机构[5]与X轴直线移动机构[4]构成主轴头[6]与工作台[3]之间的相对平面座标移动机构。本实施例为六轴数控驱动机构，由Z轴、C轴、X轴、Y轴、W轴和B轴构成，其中Z轴为电极直线伺服进给轴，C轴、X轴驱动工作台[3]，W轴、B轴和Y轴驱动主轴头[6]。

实施例五(上述组合方案五)：参见附图5所示，一种电火花高速小孔加工设备的六轴数控驱动机构，在实施例二的基础上，在所述的主轴头驱动机构中还串联一个Y轴直线移动机构[5]，Y轴直线移动机构[5]设在床身[1]与立柱[2]之间，Y轴直线移动机构[5]为丝杠螺母机构，Y轴直线移动机构[5]与X轴直线移动机构[4]构成主轴头[6]的平面座标移动机构，从立柱[2]到床身[1]的连接为：立柱[2]、X轴丝杠螺母机构、Y轴丝杠螺母机构和床身[1]依次叠加串联，其连接次序也可以为：立柱[2]、Y轴丝杠螺母机构、X轴丝杠螺母机构和床身[1]。本实施例为六轴数控驱动机构，由Z轴、C轴、X轴、Y轴、W轴和B轴构成，其中Z轴为电极直线伺服进给轴，C轴驱动工作台[3]，W轴、B轴、X轴和Y轴驱动主轴头[6]。

Claims (6)

1、一种电火花高速小孔加工设备的数控驱动机构，包括工作台驱动机构以及设在主轴头[6]上的Z轴电极伺服进给机构[7]，其特征在于：还设有与主轴头[6]连接的主轴头驱动机构；所述工作台驱动机构包括一个C轴回转机构[12]；所述主轴头驱动机构包括一个B轴摆动机构[11]以及一个W轴直线移动机构[10]，所述B轴摆动机构[11]与W轴直线移动机构[10]串联后与主轴头[6]连接，所述工作台驱动机构或主轴头驱动机构中还串联一个X轴直线移动机构[4]。

2、根据权利要求1所述的数控驱动机构，其特征在于：所述工作台驱动机构中串联一个X轴直线移动机构[4]。

3、根据权利要求2所述的数控驱动机构，其特征在于：所述工作台驱动机构中还串联一个Y轴直线移动机构[5]，Y轴直线移动机构[5]与X轴直线移动机构[4]构成工作台的平面座标移动机构。

4、根据权利要求2所述的数控驱动机构，其特征在于：与工作台驱动机构中X轴直线移动机构[4]相配合，在主轴头驱动机构中设有Y轴直线移动机构[5]，Y轴直线移动机构[5]与X轴直线移动机构[4]构成主轴头[6]与工作台[3]之间的相对平面座标移动机构。

5、根据权利要求1所述的数控驱动机构，其特征在于：所述主轴头驱动机构中串联一个X轴直线移动机构[4]。

6、根据权利要求5所述的数控驱动机构，其特征在于：所述主轴头驱动机构还串联一个Y轴直线移动机构[5]，Y轴直线移动机构[5]与X轴直线移动机构[4]构成主轴头的平面座标移动机构。

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