CN105269102A - 五轴联动超声复合电火花微精加工数控机床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种五轴联动超声复合电火花微精加工数控机床，包括工具电极、变幅杆、法兰盘、压电换能器、支架盘、支撑架、立柱、底座、A向旋转工作台机构、C向旋转液槽机构、Z轴升降台机构、Y轴滑动机构、X轴滑鞍机构。本发明在工具电极横向增加了振动激励，使得工具电极可以横向加工工件，去除了机床工件成形机理的限制，实现工件的多方向加工。本发明的工作台机构由五轴联动驱动进给，进给方向稳定，进给速度由伺服电机控制调节，实现工件在复杂线路上微细进给加工，为工具电极加工复杂异形面增加了可能性。机床加工中，工作台移动促进了工作液流动，利于排除加工热量与加工产物，实现工作液更新，提高工件加工的效率与精度。

Description

五轴联动超声复合电火花微精加工数控机床

技术领域

本发明涉及一种五轴联动超声复合电火花微精加工数控机床，属于复合、微细特种加工技术领域。

背景技术

现代制造科学中，精密微细与复杂曲面加工技术集合、交叉了多学科的内容，难加工材料（如电子陶瓷、高温合金、硬质合金等）、复杂异形面（如：三维曲面、异型孔槽等）零部件的制造已成为研究的热点，也是促进各类工艺竞相发展的重要手段。

在复合、微细特种加工技术领域，有许多复合加工方法，如超声复合微细电火花加工、超声复合微细电解加工、超声复合微细高能束流加工等。这些加工方法具有不受工件硬度影响、加工作用力小、工具损耗很小等优点，在零部件微精加工中发挥重要作用，解决了难加工材料切削加工难以实现的精密、微细加工难题。

现有超声复合电火花加工机床可将微电流放电与超声频振动同频、同步有机复合，解决了在加工材料硬度及韧性高、加工深经比大的工件时微精加工精度低的问题。然而，此类机床加工工件过程时，工具电极与工件间不存在横向切削力，又由于机床受到成形机理的限制，一般难以实现对复杂异形面的加工。同时，这类机床的加工区工作液可流动性小，极容易被加工产物堵塞，进而造成加工效率、加工精度下降，难以获得精密加工的效果。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种五轴联动超声复合电火花微精加工数控机床，将超声频振动与工具电极振动有效复合，由五轴联动工作台带动微细进给的加工工件，解决了难加工材料、复杂异形面难以加工的问题，本发明又可实现加工产物的有效排除，促进工作液的循环更新、改善加工间隙，提高工件的加工效率、精度。

本发明的技术方案是，一种五轴联动超声复合电火花微精加工数控机床，包括工具电极、变幅杆、法兰盘、压电换能器、支架盘、支撑架、立柱、底座、A向旋转工作台机构、C向旋转液槽机构、Z轴升降台机构、Y轴滑动机构、X轴滑鞍机构；

所述工具电极安装连接在变幅杆底部，变幅杆外侧套有法兰盘；所述支架盘位于变幅杆正上方，固定装于支撑架圆孔端下方；所述压电换能器设置于变幅杆上方，并支撑在支撑架上；

所述支撑架一端与支架盘安装固定，另一端与立柱安装固定；所述立柱下端设置有支座，支座与底座固定，在底座上还设有X轴导轨滑座，X轴导轨滑座上方设有可在其上滑动的X轴滑鞍机构，X轴滑鞍机构上方设有Y轴方向移动的Y轴滑动机构，Y轴滑动机构内部装有Z轴升降台机构，Z轴升降台机构上设有C向转动的C向支撑圆台，C向支撑圆台上固定安装有C向旋转液槽机构，C向旋转液槽机构内装有A向旋转工作台机构。

所述工具电极上端通过螺钉安装在变幅杆底部的螺纹孔内。

所述法兰盘为带颈对焊法兰，装于变幅杆的振动节点处，法兰盘四周对称分布连接有四个夹持固定件，四个夹持固定件与法兰盘经螺栓固定，每个夹持固定件装配有振动辐射头，每个振动辐射头后端设有换能器，振动辐射头与换能器通过夹持架与所述支架盘螺栓连接固定。

所述夹持固定件一侧呈凹形，与法兰盘间隙配合安装；夹持固定件另一侧为螺纹钉，与振动辐射头内螺纹孔配合安装。

所述振动辐射头相对于所述法兰盘均匀对称，分布位置分别与所述X轴滑鞍机构以及所述Y轴滑动机构进给方向一致。

所述支撑架与所述支架盘之间装有起到减震与减噪的作用的垫圈。

所述五轴联动超声复合电火花微精加工数控机床中，X轴滑鞍机构、X轴导轨滑座与所述Y轴滑动机构内均设有滚珠丝杠，滚珠丝杠由伺服电机驱动转动分别带动X轴滑鞍机构X轴向移动进给、Y轴滑动机构Y轴向移动进给、Z轴升降台机构Z轴向升降进给，所述C向旋转液槽机构、A向旋转工作台机构分别由伺服电机驱动分别相对于Z轴升降台机构和C向旋转液槽机构转动，可转动角度范围分别为-180~180o、-90~90o。

所述C向旋转液槽机构呈凹形，其内壁与A向旋转工作台机构两侧间隙配合，C向旋转液槽机构的凹形槽两端设有板槽。可装夹高强度、防腐、防漏的夹板，用于盛放工作液。

所述A向旋转工作台机构呈凹形，A向旋转工作台机构的凹形底面设置有T型槽装夹板。工件装夹稳固，利于工作液流动、加工产物的排除。

所述支撑架在立柱上能手动定位，可在立柱上做升降移动或者绕立柱转动。

本发明的有益效果是：在工具电极横向增加了振动激励，使得工具电极可以横向加工工件，去除了机床工件成形机理的限制，实现工件的多方向加工。本发明的工作台机构由五轴联动驱动进给，进给方向稳定，进给速度由伺服电机控制调节，实现了工件在复杂线路上微细进给加工，为工具电极加工复杂异形面增加了可能性。机床加工过程中，工作台移动促进了工作液的流动，利于排除加工热量与加工产物，实现工作液的更新，有效提高工件加工的效率与精度。

本发明提供一种五轴联动超声复合电火花微精加工数控机床，结构新颖，解决了难加工材料、复杂异形面难以加工的问题，工件加工效率高、精度高，具有广泛的应用市场。

附图说明

图1五轴联动超声复合电火花微精加工数控机床结构示意图。

图2五轴联动超声复合电火花微精加工数控机床法兰盘装配结构、局部剖视图。

图3五轴联动超声复合电火花微精加工数控机床主视图。

图4五轴联动超声复合电火花微精加工数控机床右视图。

图5五轴联动超声复合电火花微精加工数控机床俯视图。

图中：1工具电极、2变幅杆、3支架盘、4螺栓、5压电换能器、6垫圈、7支撑架、8立柱、9工件、10支撑轴、11C向旋转液槽机构、12Z轴升降台机构、13Y轴滑动机构、14X轴滑鞍机构、15X轴伺服电机、16X轴滚珠丝杠、17Y轴滚珠丝杠、18Y轴伺服电机、19X轴导轨滑座、20底座、21Z轴滑动槽、22A向旋转工作台机构、23T型槽装夹板、24板槽、25A向伺服电机、26C向支撑圆台、27支座、101夹持架、104夹持架、107夹持架、110夹持架、102换能器、105换能器、108换能器、111换能器、103振动辐射头、106振动辐射头、109振动辐射头、112振动辐射头、113螺纹孔、114夹持固定件、115螺栓孔、116法兰盘。

具体实施方式

下面结合附图和附图说明对本发明作进一步说明。

下面结合附图，对本发明作进一步详细说明。

五轴联动超声复合电火花微精加工数控机床，包括工具电极1、变幅杆2、法兰盘116、压电换能器5、支架盘3、支撑架7、立柱8、底座20、A向旋转工作台机构22、C向旋转液槽机构11、Z轴升降台机构12、Y轴滑动机构17、X轴滑鞍机构14。工具电极1上端通过螺钉安装在其正上方变幅杆2底部的螺纹孔内，变幅杆2的振动节点处套有颈对焊法兰盘116。

在变幅杆2上方设置压电换能器5，支架盘3位于变幅杆2正上方，固定装于支撑架7圆孔端下方，支撑架7另一端安装于立柱8上，支撑架7能手动定位，可在所述立柱8上做升降移动或者绕立柱8转动；所述立柱8下端设置有支座27，支座27与底座20后端固定，在底座20上还设置X轴导轨滑座19，X轴导轨滑座19上方设置可在其上滑动的X轴滑鞍机构14，在X轴滑鞍机构14上方设置Y轴方向移动的Y轴滑动机构13，Y轴滑动机构13内部装有Z轴升降台机构12，该Z轴升降台机构12上设置C向转动的C向支撑圆台26，该C向支撑圆台26上固定安装有C向旋转液槽机构11，C向旋转液槽机构11内装有A向旋转工作台机构22。

变幅杆2上端接有压电换能器5，当压电换能器5接入超声电源时，超声电源产生连续可调的超声频交变电信号，经过所述压电换能器5和变幅杆2转换放大后连接所述工具电极1，所述工具电极1下端面将产生同频超声频机械振动。

本发明中，法兰盘116优选为带颈对焊法兰，装于所述变幅杆2的振动节点处，法兰盘116四周对称分布连接有四个夹持固定件114，法兰盘116通过螺栓固定四周对称分布的四个夹持固定件114，每个夹持固定件114装配有振动辐射头103、106、109、112，振动辐射头103、106、109、112后端分别设置有换能器102、105、108、111，振动辐射头与换能器通过夹持架101、104、107、110与支架盘3螺栓连接固定。

进一步的，夹持固定件114一侧呈凹形与法兰盘116间隙配合安装，另一侧为螺纹钉，可与振动辐射头103、106、109、112内螺纹孔配合安装。

振动辐射头103、106、109、112相对于法兰盘116均匀对称，分布位置分别与所述X轴滑鞍机构14以及所述Y轴滑动机构13进给方向一致，其中，振动辐射头103、109位置分布方向与所述Y轴滑动机构13进给方向一致，振动辐射头106、112位置分布方向与所述X轴滑鞍机构14进给方向一致。当所述换能器102、105、108、111通电后，振动信号经过振动辐射头103、109放大后，工具电极1将产生Y轴方向的振动激励，振动信号经过振动辐射头105、111放大后，工具电极1将产生X轴方向的振动激励。

支架盘3穿过变幅杆2固定装于支撑架7圆孔端下方，支架盘3上设置对称分布的螺栓通孔，支撑架7与支架盘3间装有垫圈6，可以起到减震与减噪的作用。

X轴滑鞍机构14、X轴导轨滑座19与Y轴滑动机构13内均设置有滚珠丝杠，滚珠丝杠由伺服电机驱动转动分别带动X轴滑鞍机构14X轴向移动进给、Y轴滑动机构13Y轴向移动进给、Z轴升降台机构Z轴向升降进给；所述C向旋转液槽机构11、A向旋转工作台机构22分别由伺服电机驱动分别相对于Z轴升降台机构12和C向旋转液槽机构11转动，可转动角度范围分别为-180~180o、-90~90o。具体为：（1）所述X轴滑鞍机构14内设有X轴方向的X轴滚珠丝杠16，滚珠丝杠16由X轴伺服电机15驱动转动带动X轴滑鞍机构14在所述X轴导轨滑座19上做X轴向移动进给。（2）所述Y轴滑动机构13底端设有Y轴方向的Y轴滚珠丝杠17，Y轴滚珠丝杠17由Y轴伺服电机18驱动转动带动Y轴滑动机构13在所述X轴滑鞍机构14上做Y轴向移动进给。（3）所述Y轴滑动机构13内部也设有Z轴伺服电机与Z轴滚珠丝杠，所述Z轴升降台机构12每边设置有2个Z轴滑动槽21，通过Z轴伺服电机转动带动Z轴升降台机构12沿着四周对称的Z轴滑动槽21在Z轴方向升降移动。Z轴升降台机构12上端安装有与C向伺服电机连接的C向支撑圆台26，在伺服电机的驱动下，C向支撑圆台26绕Z轴向转动，转动角度范围为-180o~180o。

所述C向旋转液槽机构11呈凹形，其内壁与所述A向旋转工作台机构22两侧间隙配合，其底部安装固定在所述C向支撑圆台26上，C向支撑圆台26在装于Z轴升降台机构12内C向伺服电机的驱动下做旋转运动。C向旋转液槽机构11的凹形槽两端设置有板槽24，可装夹高强度、防腐、防漏的夹板，用于盛放工作液。

所述A向旋转工作台机构22呈凹形，凹形底面设置有T型槽装夹板23，用于装夹稳固工件，利于工作液流动、加工产物的排除。

所述A向旋转工作台机构22由所述C向旋转液槽机构11两端的支撑轴10与A向伺服电机25定向安装放置，在A向伺服电机25驱动下绕X轴向转动，转动角度范围为-90o~90o。

图中：1工具电极、2变幅杆、3支架盘、4螺栓、5压电换能器、6垫圈、7支撑架、8立柱、9工件、10支撑轴、11C向旋转液槽机构、12Z轴升降台机构、13Y轴滑动机构、14X轴滑鞍机构、15X轴伺服电机、16X轴滚珠丝杠、17Y轴滚珠丝杠、18Y轴伺服电机、19X轴导轨滑座、20底座、21Z轴滑动槽、22A向旋转工作台机构、23T型槽装夹板、24板槽、25A向伺服电机、26C向支撑圆台、27支座、101夹持架、104夹持架、107夹持架、110夹持架、102换能器、105换能器、108换能器、111换能器、103振动辐射头、106振动辐射头、109振动辐射头、112振动辐射头、113螺纹孔、114夹持固定件、115螺栓孔、116法兰盘。

所述伺服电机（X轴伺服电机15、Y轴伺服电机18、Z轴伺服电机、A向伺服电机25、C向伺服电机）经驱动器后连接到可编程控制器，可编程控制器又与计算机连接，将加工程序输送进计算机控制执行，实现工件9的五轴联动微精加工。

加工过程中，所述工作液选用质量分数15%无水乙醇悬浮液，同时加入W10碳化硼磨粒，防止加工中的频繁短路；同时，在与工件9和变幅杆2连接的高频脉冲电源回路中设置电流传感器与紧急开关，有效检测加工区短路以及计算机控制停止所述进给机构进给运行，减少因短路造成工件9与工具电极1烧毁的情况。

以上所述实施方式仅用对本发明技术方案的详细说明，并未限制本发明的具体实施方式，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明构思的前提下，可以对本发明的技术方案的简单修改或替换，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种五轴联动超声复合电火花微精加工数控机床，包括工具电极（1）、变幅杆（2）、法兰盘（116）、压电换能器（5）、支架盘（3）、支撑架（7）、立柱（8）、底座（20）、A向旋转工作台机构（22）、C向旋转液槽机构（11）、Z轴升降台机构（12）、Y轴滑动机构（13）、X轴滑鞍机构（14）；

所述工具电极（1）安装连接在变幅杆（2）底部，变幅杆（2）外侧套有法兰盘（116）；所述支架盘（3）位于变幅杆（2）正上方，固定装于支撑架（7）圆孔端下方；所述压电换能器（5）设置于变幅杆（2）上方，并支撑在支撑架（7）上；

所述支撑架（7）一端与支架盘（3）安装固定，另一端与立柱（8）安装固定；所述立柱（8）下端设置有支座（27），支座（27）与底座（20）固定，在底座（20）上还设有X轴导轨滑座（19），X轴导轨滑座（19）上方设有可在其上滑动的X轴滑鞍机构（14），X轴滑鞍机构（14）上方设有Y轴方向移动的Y轴滑动机构（13），Y轴滑动机构（13）内部装有Z轴升降台机构（12），Z轴升降台机构（12）上设有C向转动的C向支撑圆台（26），C向支撑圆台（26）上固定安装有C向旋转液槽机构（11），C向旋转液槽机构（11）内装有A向旋转工作台机构（22）。

2.根据权利要求1所述的五轴联动超声复合电火花微精加工数控机床，其特征是：所述工具电极（1）上端通过螺钉安装在变幅杆（2）底部的螺纹孔内。

3.根据权利要求1所述的五轴联动超声复合电火花微精加工数控机床，其特征是：所述法兰盘（116）为带颈对焊法兰，装于变幅杆（2）的振动节点处，法兰盘（116）四周对称分布连接有四个夹持固定件（114），四个夹持固定件（114）与法兰盘（116）经螺栓固定，每个夹持固定件（114）装配有振动辐射头，每个振动辐射头后端设有换能器，振动辐射头与换能器通过夹持架与所述支架盘（3）螺栓连接固定。

4.根据权利要求3所述的五轴联动超声复合电火花微精加工数控机床，其特征是：所述夹持固定件（114）一侧呈凹形，与法兰盘（116）间隙配合安装；夹持固定件（114）另一侧为螺纹钉，与振动辐射头内螺纹孔配合安装。

5.根据权利要求3所述的五轴联动超声复合电火花微精加工数控机床，其特征是：所述振动辐射头相对于所述法兰盘均匀对称，分布位置分别与所述X轴滑鞍机构（14）以及所述Y轴滑动机构（13）进给方向一致。

6.根据权利要求1所述的五轴联动超声复合电火花微精加工数控机床，其特征是：所述支撑架（7）与所述支架盘（3）之间装有起到减震与减噪的作用的垫圈（6）。

7.根据权利要求1所述的五轴联动超声复合电火花微精加工数控机床，其特征是：所述五轴联动超声复合电火花微精加工数控机床中，X轴滑鞍机构（14）、X轴导轨滑座（19）与所述Y轴滑动机构（13）内均设有滚珠丝杠，滚珠丝杠由伺服电机驱动转动分别带动X轴滑鞍机构（14）X轴向移动进给、Y轴滑动机构（13）Y轴向移动进给、Z轴升降台机构（12）Z轴向升降进给；所述C向旋转液槽机构（11）、A向旋转工作台机构（22）分别由伺服电机驱动分别相对于Z轴升降台机构（12）和C向旋转液槽机构（11）转动，可转动角度范围分别为-180~180o、-90~90o。

8.根据权利要求1所述的五轴联动超声复合电火花微精加工数控机床，其特征是：所述C向旋转液槽机构（11）呈凹形，其内壁与A向旋转工作台机构（22）两侧间隙配合，C向旋转液槽机构（11）的凹形槽两端设有板槽（24）。

9.根据权利要求1所述的五轴联动超声复合电火花微精加工数控机床，其特征是：所述A向旋转工作台机构（22）呈凹形，A向旋转工作台机构（22）的凹形底面设置有T型槽装夹板（23）。

10.根据权利要求1所述的五轴联动超声复合电火花微精加工数控机床，其特征是：所述支撑架（7）在立柱（8）上能手动定位，可在立柱（8）上做升降移动或者绕立柱（8）转动。