CN102773574B - 电火花加工精密数控分度旋转轴 - Google Patents
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Abstract
本发明属于特种加工领域,公开了一种电火花加工精密数控分度旋转轴,其包括:主轴体,与主轴体连接的永磁交流伺服力矩电机,设置在主轴体上端的光栅编码器;所述主轴体上设置有刹车装置,控制主轴体停止转动;所述主轴体底端设置有进电装置,为设置在主轴体底端中心的电极供电;所述主轴体上设置有主轴冲液冷却装置,在主轴体外部冲入液体,为主轴体换热和冲洗。本发明将精密数控分度轴和高速旋转轴设计为一体,精密分度加工与高速旋转加工不需更换附件,从而提高了加工效率,更换工具电极与工件能够实现自动化;此外,本发明采用一体化结构设计,缩短了传动链,没有反向间隙,具有较高的分度精度与伺服响应性能。
Description
技术领域
本发明属于特种加工技术领域,特别是涉及一种电火花加工精密数控分度旋转轴。
背景技术
精密数控分度轴(简称C轴)是精密数控电火花成形机床的专用附件,也称为U轴,它由数控***控制,可进行精确的角度定位和旋转伺服加工,也可以与机床直线轴进行联动加工,机床直线轴包括水平面内相互垂直的X轴和Y轴,以及与X、Y轴所在平面相垂直的Z轴。C轴与Z轴联动,可对内外螺纹、内外斜齿轮、螺旋曲线等类似的零件进行加工;C轴与X、Y轴联动,可对齿条、滚筒花纹模具等类似的零件进行加工。数控电火花成形加工机床配C轴专用附件,可方便地实现四轴以上多轴联动,能够扩大其使用范围,尤其是曲线或曲面形状的工件进行加工时,可以加工出复杂的型腔和截面,如涡轮、透平叶轮等。
高速旋转轴(简称R轴)是精密数控电火花成形机床的专用附件。传统R轴机械装置结构一般由可调速直流伺服电机控制,通过皮带轮减速控制旋转轴的转速,转速在0~1500prm范围内无级可调,实现高速旋转加工,主要用于轮廓加工、小孔和小孔电极的反拷贝和修整加工等。
目前精密分度加工与高速旋转加工要分别由C轴专用附件和R轴专用附件完成,使用时需要进行附件更换,增加机床辅助时间,降低加工效率,并且影响机床实现自动化。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何克服工件在精密分度加工与高速旋转加工时更换加工附件的问题,从而提高加工效率,使更换工具电极与工件实现自动化。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题,本发明提供一种电火花加工精密数控分度旋转轴,其包括:主轴体,与主轴体连接的永磁交流伺服力矩电机,设置在主轴体上端的光栅编码器;
所述主轴体上设置有刹车装置,控制主轴体停止转动;所述主轴体底端设置有进电装置,为设置在主轴体底端中心的电极供电;所述主轴体上设置有主轴冲液冷却装置,在主轴体外部冲入液体,为主轴体换热并提供加工冲液。
其中,所述永磁交流伺服力矩电机包括:电机转子,安装在所述主轴体上;定子线圈,设置在电机转子外部,并通过力矩电机的外壳安装在主轴体外部设置的主轴套上。
其中,所述主轴体上端通过绝缘棒与所述光栅编码器连接。
其中,所述主轴体中部套设有小轴承,所述小轴承安装在所述主轴套上;所述主轴体底部套设有大轴承,所述大轴承通过底盘轴承固定法兰设置在主轴体外部。
其中,所述刹车装置包括:刹车盘片,设置在所述底盘轴承固定法兰上部,其最底层盘片固定在主轴体上;刹车气垫,设置在刹车盘片上部,且被弹簧支撑,所述刹车气垫周围设有橡胶密封圈,顶部设有气室。
其中,所述进电装置包括转动单元和不动单元;所述转动单元包括:进电铜环,套设在大轴承内环固定件上,大轴承内环固定件与大轴承连接,并与主轴体底部外壁接触;所述不动单元包括:碳柱铜套,其内部开口端与所述进电铜环接触,其外部开口端设置有进电碳柱固定件,其内部安装有弹簧支撑碳柱。
其中,所述主轴冲液冷却装置包括:设置在所述主轴体与主轴套上部、且位于两者之间的端面液路接头,位于主轴体与主轴套之间、且位于端面液路接头下部的冲液通道,以及与所述冲液通道和主轴体中心孔相连通的主轴冲液孔。
其中,所述小轴承和大轴承均为角接触球轴承。
其中,所述刹车气垫上设置有固定气垫件,所述弹簧安装在固定气垫件上,以对弹簧定位;所述刹车盘片底部设置有调节薄片,以调节刹车盘片的轴向位置,调节薄片通过薄片固定件安装在主轴体上。
其中,与所述进电铜环电连接的所述主轴体底部外壁上设置有多个进电凸点。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的电火花加工精密数控分度旋转轴,将精密数控分度轴和高速旋转轴设计为一体,精密分度加工与高速旋转加工不需更换附件,从而提高了加工效率,更换工具电极与工件能够实现自动化;此外,本发明采用一体化结构设计,缩短了传动链,没有反向间隙,具有较高的分度精度与伺服响应性能。
附图说明
图1是本发明实施例的电火花加工精密数控分度旋转轴的剖视图;
图2是本发明实施例的电火花加工精密数控分度旋转轴的另一剖视图。
其中,1-保护套;2-第一固定螺钉;3-光栅编码器固定架;4-光栅编码器;5-绝缘棒;6-第二固定螺钉;7-绝缘盘;8-端盖配件;9-钢圈;10-第一小轴承固定轴套;11-第二小轴承固定轴套;12-主轴套;13-第三固定螺钉;14-梯形涨紧内轴套;15-电机壳外环;16-电机转子;17-主轴体;18-刹车气垫;19-底盘轴承固定法兰;20-进电碳柱固定件;21-进电铜环;22-固定气垫件;23-第四固定螺钉;24-第五固定螺钉;25-调节薄片;26-大轴承内环固定件;27-碳柱铜套;28-大轴承外环固定件;29-大轴承;30-刹车盘片;31-盘片固定件;32-弹簧;33-电机外壳;34-定子线圈;35-锁紧轴套;36-梯形涨紧外轴套;37-紧固轴套;38-小轴承;39-第六固定螺钉;40-上唇形密封件;41-下唇形密封件;42-主轴冲液孔;43-轴套密封件;44-主轴中心孔;45-主轴体装夹部位。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
图1和图2分别示出了本发明实施例的电火花加工精密数控分度旋转轴的剖视图。本实施例的轴体将电火花加工所需的精密数控分度轴与高速旋转轴结合为一体设置,主要包括主轴体17、永磁交流伺服力矩电机、光栅编码器4、进电装置、刹车装置、主轴冲液冷却装置、气路装置等,主轴体17底端设置主轴体装夹部位45,作为安装电火花加工用电极或工件夹具的安装部位。
永磁交流伺服力矩电机主要包括电机转子16和定子线圈34,电机转子16通过梯形涨紧内轴套14直接安装在主轴体17上,定子线圈34设置在电机转子16外部,并通过电机外壳33安装在主轴体17外部设置的主轴套12上。主轴体17上端通过绝缘棒5安装光栅编码器4,绝缘棒5保护光栅编码器4不受电火花电源的电压破坏。力矩电机驱动主轴体17旋转并通过光栅编码器4精确反馈角度位置,由全闭环控制实现高精度分度功能,由于采用力矩电机与主轴体一体化结构设计,由力矩电机带动主轴体17高速旋转则实现了高速旋转轴功能。
为保证主轴体17的回转精度,主轴体17的中部和底端部分别套设了小轴承38和大轴承29,小轴承38安装在主轴套12上,大轴承29通过底盘轴承固定法兰19设置在主轴体17外部。并且,小轴承38上部设置了第一小轴承固定轴套10和第二小轴承固定轴套11,以固定小轴承38,确保主轴体17的定位。大轴承29内环和外环处分别设置了大轴承内环固定件26和大轴承外环固定件28,以固定大轴承29。小轴承38和大轴承29均选用角接触球轴承。
由于本实施例的主轴体17与力矩电机一体设置,没有减速装置,因此不具备自锁功能,在主轴体17静止时需要刹车,以便更换装夹部件或不使用本轴时保持位置不变,故在本实施例中设计了刹车装置,刹车装置主要包括刹车盘片30、刹车气垫18和气室(图中未标示),刹车盘片30设置在底盘轴承固定法兰19上部,其最底层盘片通过薄片固定件31固定在主轴体17上,随主轴体17一起转动;刹车气垫18被弹簧32支撑安装在刹车盘片30上部,刹车气垫18周围设有橡胶密封圈,顶部设置气室。刹车气垫18上还设置有固定气垫件22,弹簧32安装在固定气垫件22上,利用固定气垫件22对弹簧32定位;刹车盘片30底部还设置有调节薄片25,以调节刹车盘片30的轴向位置,调节薄片25通过薄片固定件31安装在主轴体17上。刹车装置的工作原理为:向气室内通入一定压力的压缩气体,推动刹车气垫18克服弹簧32弹力向下移动,使刹车气垫18与底盘轴承固定法兰19共同夹紧刹车盘片30,通过刹车盘片30的停止使主轴体17停止转动,由此实现刹车功能。
进电装置主要包括转动单元和不动单元,转动单元包括进电铜环21,进电铜环21套设在大轴承内环固定件26上,大轴承内环固定件26与大轴承29连接,并与主轴体17底部外壁接触;不动单元由碳柱铜套27与其内部安装的弹簧支撑碳柱(图中未标示)组成,碳柱铜套27内部开口端与进电铜环21接触,其外部开口端设置进电碳柱固定件20,碳柱依靠弹簧弹力在进电碳柱固定件20的作用下与进电铜环21紧密接触,进电装置的结构原理是:将电火花电源两极中的一极由不动单元引入转动单元,并保证转动过程中的可靠电接触。为了使导电性能良好,可以在主轴体17与进电铜环21电连接的底部外壁上设置有多个进电凸点。
主轴冲液冷却装置的主要作用是:(1)冷却主轴体17,主轴体17在电加工过程中产生一定的热量,因此就会相应发生一定的变形,为了减小变形量在主轴体17中注入一定压力的电加工工作液,带走一定的热量;(2)排屑,电火花放电过程中工件和电极之间会产生废屑,如不能及时排出,会造成加工短路,冲入液体能够及时的排出加工屑。
从图2中可以看出,主轴冲液冷却装置的结构为:在主轴体17与主轴套12上部、且位于两者之间设有端面液路接头(图中未标示),在端面液路接头下部、且位于主轴体17与主轴套12之间,为冲液通道,冲液通道和主轴体17之间设置了与主轴体17中心孔相连通的主轴冲液孔42。冲液通道内设置了上唇形密封件40和下唇形密封件41,形成了上、下O型圈。工作液在主轴冲液冷却装置中的工作过程为工作液通过主轴套12的端面液路接头,进入主轴套12内部的冲液孔道,由于主轴套12侧壁开有主轴冲液孔42,工作液在上、下O型圈的作用下顺利的进入到轴套密封件43的环形沟槽中,又由于轴套密封件43内壁装有上唇形密封圈40和下唇形密封圈41,使得进入到环形沟槽中的工作液在一定的压力下通过主轴冲液孔42注入到主轴体17中心孔中,最后到达主轴体17下端部装夹部位4再通过安装的夹具冲向电极和工件,实现了旋转部分与不动部分的连续供液与动密封,为轴体提供冷却并为电火花放电加工中心提供冲液。
图1中保护套1作用为保护光栅编码器4不受破坏,固定螺钉2把保护套固定在端盖配件8上,光栅编码器固定架3为弹性材料能自动调节光栅编码器4的位置,绝缘盘7隔离光栅编码器4和主轴体17之间的电气关系,端盖配件8主要是密封进入主轴体17的气路和液路,钢圈9阻挡第一小轴承固定轴套10和第二小轴承固定轴套11,电机壳外环15防止冷却电机的液体流出,大轴承外环固定件28压紧大轴承29的外环,电机外壳33支撑电机定子线圈34,锁紧轴套35和紧固轴套37均为锁紧电机转子16的器件。其他各部位的螺钉主要是固定相应位置的器件。此外,图中所示的第一固定固定螺钉2用于固定保护套1,第二固定螺钉6用于把保护套1固定在端盖配件8上,第三固定螺钉13固定电机转子16,第四固定螺钉23用来固定刹车片30,第五固定螺钉24用来固定固定气垫件22,第六固定螺钉39用来固定小轴承固定轴套11。
由以上实施例可以看出,本发明实施例将精密数控分度轴和高速旋转轴设计为一体,精密分度加工与高速旋转加工不需更换附件,从而提高了加工效率,更换工具电极与工件能够实现自动化;此外,本发明采用一体化结构设计,缩短了传动链,没有反向间隙,具有较高的分度精度与伺服响应性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和替换,这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.电火花加工精密数控分度旋转轴,其特征在于,包括:主轴体(17),与主轴体(17)连接的永磁交流伺服力矩电机,设置在主轴体(17)上端的光栅编码器(4);
所述主轴体(17)上设置有刹车装置,控制主轴体(17)停止转动;所述主轴体(17)底端设置有进电装置,为设置在主轴体(17)底端中心的电极供电;所述主轴体(17)上设置有主轴冲液冷却装置,在主轴体(17)外部冲入液体,为主轴体换热并提供加工冲液;
所述主轴体(17)中部套设有小轴承(38),所述小轴承(38)安装在主轴体(17)外部设置的主轴套(12)上;所述主轴体(17)底部套设有大轴承(29),所述大轴承(29)通过底盘轴承固定法兰(19)设置在主轴体(17)外部;
所述进电装置包括转动单元和不动单元;所述转动单元包括:进电铜环(21),套设在大轴承内环固定件(26)上,所述大轴承内环固定件(26)与所述大轴承(29)连接,并与所述主轴体(17)底部外壁接触;所述不动单元包括:碳柱铜套(27),其内部开口端与所述进电铜环(21)接触,其外部开口端设置有进电碳柱固定件(20),其内部安装有弹簧支撑碳柱;
所述刹车装置包括:刹车盘片(30),设置在所述底盘轴承固定法兰(19)上部,其最底层盘片固定在主轴体(17)上;刹车气垫(18),设置在刹车盘片(30)上部,且被弹簧(32)支撑,所述刹车气垫(18)周围设有橡胶密封圈,顶部设有气室;
所述刹车气垫(18)上设置有固定气垫件(22),所述弹簧(32)安装在固定气垫件(22)上,以对弹簧(32)定位;所述刹车盘片(30)底部设置有调节薄片(25),以调节刹车盘片(30)的轴向位置,调节薄片(25)通过薄片固定件(31)安装在主轴体(17)上。
2.如权利要求1所述的电火花加工精密数控分度旋转轴,其特征在于,所述永磁交流伺服力矩电机包括:电机转子(16),安装在所述主轴体(17)上;定子线圈(34),设置在电机转子(16)外部,并通过力矩电机的外壳安装在主轴体(17)外部设置的主轴套(12)上。
3.如权利要求1所述的电火花加工精密数控分度旋转轴,其特征在于,所述主轴体(17)上端通过绝缘棒(5)与所述光栅编码器(4)连接。
4.如权利要求2所述的电火花加工精密数控分度旋转轴,其特征在于,所述主轴冲液冷却装置包括:设置在所述主轴体(17)与主轴套(12)上部、且位于两者之间的端面液路接头,位于主轴体(17)与主轴套(12)之间、且位于端面液路接头下部的冲液通道,以及与所述冲液通道和主轴体(17)中心孔相连通的主轴冲液孔(42);冲液通道内设置了上唇形密封件(40)和下唇形密封件(41),形成了上、下O型圈。
5.如权利要求1所述的电火花加工精密数控分度旋转轴,其特征在于,所述小轴承(38)和大轴承(29)均为角接触球轴承。
6.如权利要求1所述的电火花加工精密数控分度旋转轴,其特征在于,与所述进电铜环(21)电连接的所述主轴体(17)底部外壁上设置有多个进电凸点。
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Address after: 100191 Dimon building, B3 Huayuan Road, Haidian District, Beijing Patentee after: Beijing Electric Processing Research Institute Co.,Ltd. Patentee after: DIMON BEIJING CNC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 100191 B3, Haidian District, Beijing, Huayuan Road Patentee before: BEIJING INSTITUTE OF ELECTRO-MACHINING Patentee before: DIMON BEIJING CNC TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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