CN109551245A - 电弧放电微爆加工与车削复合加工机床 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电弧放电微爆加工与车削复合加工机床，用以对盘类、轴类等回转体工件进行加工，该电弧放电微爆加工与车削复合加工机床包括旋转刀架、电弧放电加工单元、车削加工单元和驱动装置。电弧放电加工单元和车削加工单元均设于旋转刀架上。驱动装置与旋转刀架连接，用于驱动旋转刀架旋转。其中，电弧放电加工单元包括基座和圆盘电极，基座和圆盘电极电连接。基座用于为圆盘电极供电，圆盘电极用于电弧放电。本发明的电弧放电微爆加工与车削复合加工机床兼具电弧放电微爆加工高效率和车削加工高精度的优势，能够实现电弧放电微爆加工与车削加工的随时切换，从而能够对工件进行高效和高精度的加工。

Description

电弧放电微爆加工与车削复合加工机床

技术领域

本发明涉及金属机械加工技术领域，特别涉及一种电弧放电微爆加工与车削复合加工机床。

背景技术

电弧放电微爆加工将高能量密度的电弧等离子体作为能量场，将极间的相对机械运动和高速工作液的能量耦合场作为能量场的控制核心，实现有效控制电弧等离子体的演变过程，使电弧等离子体在工件表面产生切向移动直至被切断。电弧的切断会在材料热作用区产生***，***作用会使大部分的熔融材料快速地被抛离排出加工区域，达到难加工材料高效去除的目的。电弧放电微爆加工采用热蚀去除材料，加工成本低，不受待加工材料硬度的限制；电弧放电微爆加工为非接触式加工，不产生切削力，材料去除效率高，但是加工面蚀坑较大，工件表面质量较差，不满足精加工条件，只适用于大量材料去除的粗/半精加工阶段。

车削加工主要是使用车刀加工各种回转体的外表面、端面，螺旋面等，车削加工具有加工精度高，零件表面质量好等优点。但是加工过程切削力较大，不宜采用过高的背吃刀量(切削深度)和过大的进给速率，材料去除效率低，不适合大余量毛坯的加工。

为使金属机械加工过程实现高效率、高精度和低成本，急需寻找一种新的加工机床。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种电弧放电微爆加工与车削复合加工机床，旨在当前金属机械加工机床不能兼顾高效率、高精度和低成本问题。

为实现上述目的，本发明提出的电弧放电微爆加工与车削复合加工机床，用以对工件进行加工，其包括：

旋转刀架；

电弧放电加工单元，设于所述旋转刀架上，所述电弧放电加工单元包括基座和圆盘电极，所述基座和所述圆盘电极电连接，所述基座用于为所述圆盘电极供电，所述圆盘电极用于电弧放电；

车削加工单元，设于所述旋转刀架上；以及，

驱动装置，与所述旋转刀架连接，用于驱动所述旋转刀架旋转。

优选地，所述电弧放电加工单元还包括电主轴、联轴器和电极座，所述电主轴安装于所述基座上，所述电主轴与所述电极座之间通过所述联轴器连接，所述电极座与所述基座电连接，所述圆盘电极安装于所述电极座上。

优选地，所述电极座具有内部空腔，所述圆盘电极的外周开设有多个冲液孔，所述内部空腔与所述冲液孔连通。

优选地，所述圆盘电极由多个扇环电极拼合而成，多个所述扇环电极之间可拆卸连接。

优选地，所述电弧放电加工单元还包括内冲液管，所述内冲液管包括内进液端和内冲液端，所述内冲液管的内进液端与所述基座连接，所述基座还用于为所述内冲液管提供工作液，所述内冲液管的内冲液端与所述内部空腔连通。

优选地，所述电弧放电加工单元还包括导流罩，所述导流罩外罩于所述圆盘电极上，所述导流罩开设有使所述圆盘电极部分外露的开口。

优选地，所述电弧放电加工单元还包括外冲液管，所述外冲液管包括外进液端和外冲液端，所述外冲液管的外进液端与外部工作液连通，所述外冲液管的外冲液端与电弧放电加工区域相对应。

优选地，所述电弧放电微爆加工与车削复合加工机床还包括工件装夹旋转单元，所述工件装夹旋转单元包括床头箱、主轴、卡盘和顶针，所述主轴设于所述床头箱，所述卡盘安装于所述主轴上，所述卡盘和所述顶针用以装夹固定工件，所述主轴用以驱动所述卡盘旋转，以带动工件旋转。

优选地，所述电弧放电微爆加工与车削复合加工机床还包括底座、X轴伺服单元和Z轴伺服单元，所述Z轴伺服单元设于所述底座上并与所述顶针的长度方向平行，所述X轴伺服单元与所述Z轴伺服单元垂直并平行于所述底座，所述X轴伺服单元设于所述Z轴伺服单元上，所述旋转刀架设于所述X轴伺服单元上，所述X轴伺服单元驱动所述旋转刀架沿X轴方向进给运动，所述Z轴伺服单元驱动所述旋转刀架沿Z轴方向进给运动。

优选地，所述X轴伺服单元包括第一电机和第一丝杠组件，所述第一电机与所述第一丝杠组件传动连接，所述第一丝杠组件与所述旋转刀架连接；所述Z轴伺服单元包括第二电机和第二丝杠组件，所述第二电机与所述第二丝杠组件传动连接，所述第二丝杠组件与所述X轴伺服单元连接。

本发明技术方案提出的电弧放电微爆加工与车削复合加工机床包括电弧放电加工单元和车削加工单元，将电弧放电加工单元和车削加工单元设置在旋转刀架上，通过驱动装置驱动旋转刀架旋转，使得电弧放电加工单元和车削加工单元切换来对工件进行加工，进而实现电弧放电微爆加工与车削加工的随时切换。该电弧放电微爆加工与车削复合加工机床兼具电弧放电微爆加工高效率和车削加工高精度的优势，从而能够实现对工件的高效和高精度加工。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明电弧放电微爆加工与车削复合加工机床一实施例的结构示意图；

图2为图1中电弧放电加工单元的结构示意图；

图3为图1中电弧放电加工单元的***图；

图4为图1中圆盘电极的结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明实施例提出一种电弧放电微爆加工与车削复合加工机床1，为方便描述，以下将该电弧放电微爆加工与车削复合加工机床简称为机床。该机床1用以对盘类、轴类等回转体工件进行加工。请参阅图1和图2所示，其中图1为本发明机床一实施例的结构示意图，图2为图1中电弧放电加工单元的结构示意图。

该机床1包括旋转刀架10、电弧放电加工单元20、车削加工单元30和驱动装置40。

其中，电弧放电加工单元20设于旋转刀架10上，电弧放电加工单元20用以对工件进行电弧放电微爆加工。电弧放电加工单元20包括基座21和圆盘电极25，基座21和圆盘电极25电连接。基座21用于为圆盘电极25供电，圆盘电极25用于电弧放电。具体地，圆盘电极25和工件分别接通电源的两极，圆盘电极25在机床1的伺服***控制下靠近工件，到达一定击穿距离开始进行电弧放电，实现对工件的电弧放电加工。

车削加工单元30，也设于旋转刀架10上，车削加工单元30包括车刀，车刀用以对工件进行车削加工。

驱动装置40与旋转刀架10连接，用于驱动旋转刀架10旋转，以使电弧放电加工单元20和车削加工单元30切换来对工件进行加工。可以理解，所述驱动装置40可以为电机、液缸和气缸等。在图1所示实施例中，驱动装置40为电机。在其它实施例中，所述驱动装置可以为其它能够驱动旋转刀架10进行旋转的驱动件。

可以理解，电弧放电加工单元能够对工件进行电弧放电微爆加工，加工效率高，但加工精度较低；车削加工单元则适用于对工件进行高精度加工，但加工效率低，切削深度不宜过高。而本发明技术方案提供的机床包括电弧放电加工单元和车削加工单元，将电弧放电加工单元和车削加工单元设置在旋转刀架上，通过驱动装置驱动旋转刀架旋转，使得电弧放电加工单元和车削加工单元切换来对工件进行加工，进而实现电弧放电微爆加工与车削加工的随时切换。该机床兼具电弧放电微爆加工高效率和车削加工高精度的优势，从而能够实现对工件的高效和高精度加工。

进一步地，请一并参阅图3所示，电弧放电加工单元20还包括电主轴22、联轴器23和电极座24。其中，电主轴22安装于基座21上，电主轴22与电极座24之间通过联轴器23连接。电极座24与基座21电连接，圆盘电极25安装于电极座24上。可以理解的，电主轴22通过联轴器23驱动电极座24旋转，从而带动圆盘电极25旋转。另外，由于电极座24带电，联轴器23需采用绝缘材料，以避免电主轴22甚至机床1整体带电，从而避免安全事故的发生。

进一步地，如图4所示，电极座24具有内部空腔(附图未示)，圆盘电极25的外周开设有多个冲液孔251，内部空腔与冲液孔251连通。具体地，电极座24中***圆盘电极25内环的部分开设有多个第一通孔241，内部空腔与第一通孔241依次连通。圆盘电极25的内部为中空腔体(附图未示)，其内环上也开设有多个第二通孔252，第二通孔252、中空腔体和冲液孔251依次连通。本实施例中，内部空腔、第一通孔241、第二通孔252、中空腔体和冲液孔251依次连通后，使得内部空腔与冲液孔251连通。

进一步地，电弧放电加工单元20还包括内冲液管26，基座21还用于为内冲液管26提供工作液。内冲液管26包括内进液端和内冲液端，内冲液管26的内进液端与基座21连接，内冲液管26的内冲液端与内部空腔连通。可以理解，工作液从基座21通过内冲液管26首先进入电极座24的内部空腔，然后依次通过第一通孔241、第二通孔252进入圆盘电极25的中空腔体，最后在圆盘电极25旋转过程中，经冲液孔251输出至电弧放电加工区域。如此设置，能够将工作液输送至电弧放电加工区域的中心，有利于拉断电弧，防止电弧过烧，控制电弧演变，进而有利于电蚀加工产物的排除和工件的冷却。

进一步地，电弧放电加工单元20还包括导流罩27，导流罩27外罩于圆盘电极25上，导流罩27开设有使圆盘电极25部分外露的开口。在电弧放电加工过程中，其导流罩27的开口靠近并朝向工件的待加工区域。可以理解，工作液由圆盘电极25外周的冲液孔251输出，开口部分的工作液直接输出至电弧放电加工区域，而其它部分的工作液经导流罩27导流后，也从导流罩27的开口进入电弧放电加工区域。

进一步地，电弧放电加工单元20还包括外冲液管(附图未示)，外冲液管包括外进液端和外冲液端，外冲液管的外进液端与外部工作液连通，外冲液管的外冲液端与电弧放电加工区域相对应。外冲液管将工作液直接输送至电弧放电加工区域，能够改善电极侧边流场，辅助控制断弧和冷却工件。可以理解，当电弧放电区域较小时，外冲液可能无法直接输送至电弧放电加工中心区域，但内冲液可到达电弧放电加工区域的中心；当电弧放电区域较大时，外冲液可以覆盖较大的电弧放电加工区域。因此，在进行电弧放电微爆加工过程中，以内冲液为主、外冲液为辅，能够显著提高冲液效果，加速电蚀加工产物的排除和工件的冷却。

本实施例中，圆盘电极25和工件分别接通电源的两极，圆盘电极25在机床1的伺服***控制下靠近工件，到达一定击穿距离开始进行电弧放电，同时电弧放电加工单元20开启冲液功能，实现对工件的高速电弧放电加工。

进一步地，如图4所示，圆盘电极25由多个扇环电极253拼合而成，多个所述扇环电极253之间可拆卸连接。可以理解，在电弧放电加工过程中，电极会有所损耗，当损耗到一定程度需要更换电极。本实施例中，圆盘电极25由多个扇环电极253组合而成，那么当圆盘电极25部分损坏时，只需将损坏的扇环电极253拆下并替换新的扇环电极即可，无需更换整个圆盘电极25。如此，可以节约成本，并利于进行维修。但需要说明的是，在本发明也可采用一体成型的圆盘电极25，不影响电弧放电加工的效果。

进一步地，机床1还包括工件装夹旋转单元，工件装夹旋转单元包括床头箱51、主轴(附图未示)、卡盘52和顶针53。主轴设于床头箱51，卡盘52安装于主轴上。卡盘52和顶针53用以装夹固定工件，主轴用以驱动卡盘52旋转，以带动工件旋转。可以理解，车削加工是利用工件相对于刀具旋转对工件进行切削加工的方法。车削加工的切削能主要由工件而不是刀具提供。

进一步地，如图1所示，机床1还包括底座60、X轴伺服单元70和Z轴伺服单元80。Z轴伺服单元80设于底座60上并与顶针53的长度方向平行。X轴伺服单元70与Z轴伺服单元80垂直并平行于底座60。X轴伺服单元70设于Z轴伺服单元80上，旋转刀架10设于所述X轴伺服单元70上。X轴伺服单元70驱动所述旋转刀架10沿X轴方向进给运动，Z轴伺服单元80驱动所述旋转刀架10沿Z轴方向进给运动。

本实施例中，X轴伺服单元70包括第一电机(附图未示)和第一丝杠组件(附图未示)，所述第一电机与所述第一丝杠组件传动连接，所述第一丝杠组件与旋转刀架10连接；Z轴伺服单元80包括第二电机(附图未示)和第二丝杠组件(附图未示)，第二电机与第二丝杠组件传动连接，第二丝杠组件与X轴伺服单元70连接。可以理解，第一电机通过第一丝杠组件驱动旋转刀架10沿X轴方向作进给运动，第二电机通过第二丝杠组件驱动旋转刀架10沿Z轴方向作进给运动。

进一步地，旋转刀架10上设有多个不同规格的电弧放电加工单元20和车削加工单元30，可以理解，安装多个不同规格的电极和车刀，以实现对工件的不同进给量或不同精度的加工。本实施例中，旋转刀架10上设有两个电弧放电加工单元20和两个车削加工单元30，在其它实施例中，旋转刀架10上也可安装其它数量的电弧放电加工单元20和车削加工单元30。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电弧放电微爆加工与车削复合加工机床，用以对工件进行加工，其特征在于，包括：

旋转刀架；

电弧放电加工单元，设于所述旋转刀架上，所述电弧放电加工单元包括基座和圆盘电极，所述基座和所述圆盘电极电连接，所述基座用于为所述圆盘电极供电，所述圆盘电极用于电弧放电；

车削加工单元，设于所述旋转刀架上；以及，

驱动装置，与所述旋转刀架连接，用于驱动所述旋转刀架旋转。

2.如权利要求1所述的电弧放电微爆加工与车削复合加工机床，其特征在于，所述电弧放电加工单元还包括电主轴、联轴器和电极座，所述电主轴安装于所述基座上，所述电主轴与所述电极座之间通过所述联轴器连接，所述电极座与所述基座电连接，所述圆盘电极安装于所述电极座上。

3.如权利要求2所述的电弧放电微爆加工与车削复合加工机床，其特征在于，所述电极座具有内部空腔，所述圆盘电极的外周开设有多个冲液孔，所述内部空腔与所述冲液孔连通。

4.如权利要求3所述的电弧放电微爆加工与车削复合加工机床，其特征在于，所述圆盘电极由多个扇环电极拼合而成，多个所述扇环电极之间可拆卸连接。

5.如权利要求3或4所述的电弧放电微爆加工与车削复合加工机床，其特征在于，所述电弧放电加工单元还包括内冲液管，所述内冲液管包括内进液端和内冲液端，所述内冲液管的内进液端与所述基座连接，所述基座还用于为所述内冲液管提供工作液，所述内冲液管的内冲液端与所述内部空腔连通。

6.如权利要求5所述的电弧放电微爆加工与车削复合加工机床，其特征在于，所述电弧放电加工单元还包括导流罩，所述导流罩外罩于所述圆盘电极上，所述导流罩开设有使所述圆盘电极部分外露的开口。

7.如权利要求6所述的电弧放电微爆加工与车削复合加工机床，其特征在于，所述电弧放电加工单元还包括外冲液管，所述外冲液管包括外进液端和外冲液端，所述外冲液管的外进液端与外部工作液连通，所述外冲液管的外冲液端与电弧放电加工区域相对应。

8.如权利要求1所述的电弧放电微爆加工与车削复合加工机床，其特征在于，所述电弧放电微爆加工与车削复合加工机床还包括工件装夹旋转单元，所述工件装夹旋转单元包括床头箱、主轴、卡盘和顶针，所述主轴设于所述床头箱，所述卡盘安装于所述主轴上，所述卡盘和所述顶针用以装夹固定工件，所述主轴用以驱动所述卡盘旋转，以带动工件旋转。

9.如权利要求8所述的电弧放电微爆加工与车削复合加工机床，其特征在于，所述电弧放电微爆加工与车削复合加工机床还包括底座、X轴伺服单元和Z轴伺服单元，所述Z轴伺服单元设于所述底座上并与所述顶针的长度方向平行，所述X轴伺服单元与所述Z轴伺服单元垂直并平行于所述底座，所述X轴伺服单元设于所述Z轴伺服单元上，所述旋转刀架设于所述X轴伺服单元上，所述X轴伺服单元驱动所述旋转刀架沿X轴方向进给运动，所述Z轴伺服单元驱动所述旋转刀架沿Z轴方向进给运动。

10.如权利要求9所述的电弧放电微爆加工与车削复合加工机床，其特征在于，所述X轴伺服单元包括第一电机和第一丝杠组件，所述第一电机与所述第一丝杠组件传动连接，所述第一丝杠组件与所述旋转刀架连接；所述Z轴伺服单元包括第二电机和第二丝杠组件，所述第二电机与所述第二丝杠组件传动连接，所述第二丝杠组件与所述X轴伺服单元连接。