CN113042833B - 一种薄壁圆筒群孔加工装置及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电火花成型加工技术领域，尤其涉及一种薄壁圆筒群孔加工装置，包括工件装夹机构、电极运动机构、驱动工件装夹机构沿X轴方向移动的X轴运动机构、驱动工件装夹机构沿Y轴方向移动的Y轴运动机构和驱动电极运动机构沿Z轴方向移动的Z轴运动机构；工件装夹机构包括加工池和中心杆，加工池上转动设有用于装夹中心杆的三爪卡盘和顶尖组件，中心杆上设有两个三爪端盖，薄壁圆筒套设在中心杆上，两个三爪端盖位于薄壁圆筒的两端并胀紧在薄壁圆筒内；电极运动机构包括支架和工具电极，工具电极转动设置在支架上，工具电极和薄壁圆筒相互平行设置且转动方向相反，工具电极上设置有与薄壁圆筒待加工群孔的位置相对的若干球状放电凸起。

Description

一种薄壁圆筒群孔加工装置及其加工方法

技术领域

本发明属于电火花成型加工技术领域，尤其涉及一种薄壁圆筒群孔加工装置及其加工方法。

背景技术

电火花成型加工作为一种特种加工方法，由于其加工时不与加工工件直接接触，没有切削力的产生，并且能够加工高硬度材料，因此电火花成型加工广泛应用于汽车、航天等多种领域。用传统的机械加工方法在薄壁圆筒上加工群孔是比较困难的，由于薄壁圆筒较薄，在加工时会产生很大的切削力，很容易对工件造成破坏，并且加工群孔的加工效率很低。本申请的目的就是利用电火花成型加工的方式在薄壁圆筒工件上加工群孔，大大提高加工效率。

发明内容

为解决现有技术存在的薄壁圆筒上加工群孔，易对工件造成破坏和加工效率低的问题，本发明提供一种薄壁圆筒群孔加工装置及其加工方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下，一种薄壁圆筒群孔加工装置，包括X轴运动机构、Y轴运动机构、Z轴运动机构、工件装夹机构和电极运动机构；所述X轴运动机构用于驱动工件装夹机构沿X轴方向移动，所述Y轴运动机构用于驱动工件装夹机构沿Y轴方向移动，所述Z轴运动机构用于驱动电极运动机构沿Z轴方向移动；

所述工件装夹机构包括加工池和中心杆，所述加工池上转动设置有三爪卡盘和顶尖组件，所述三爪卡盘和顶尖组件用于装夹中心杆，所述三爪卡盘由第一电机驱动旋转，所述中心杆上设置有两个三爪端盖，所述薄壁圆筒套设在中心杆上，两个所述三爪端盖位于薄壁圆筒的两端，所述三爪端盖胀紧在薄壁圆筒内；

所述电极运动机构包括支架和工具电极，所述工具电极通过第四轴承支座转动设置在支架上，所述工具电极由第二电机驱动旋转，所述工具电极和薄壁圆筒的转动轴线相互平行，所述工具电极和薄壁圆筒的转动方向相反，所述工具电极上设置有若干球状放电凸起，若干所述放电凸起的分布与薄壁圆筒待加工群孔的位置相对。

作为优选，所述三爪端盖逐渐向薄壁圆筒收缩，所述三爪端盖与中心杆通过螺纹固定连接，所述中心杆上具有用于限位三爪端盖的轴肩。扩大三爪端盖的适用范围，且装夹简单牢靠，避免损伤薄壁圆筒。

作为优选，所述顶尖组件包括顶尖、顶尖套和手轮，所述手轮与顶尖固定连接，所述顶尖套通过轴承转动设置在加工池上，所述顶尖与顶尖套螺纹连接，所述顶尖和顶尖套之间设置有锁紧螺钉。顶尖组件的结构简单可靠，便于对中心杆的装夹操作。

作为优选，所述第二电机通过带传动驱动工具电极旋转。通过带传动驱动平稳可靠，成本较低。

作为优选，所述工具电极和薄壁圆筒的直径相等，所述工具电极和薄壁圆筒的转速相等。便于控制放电凸起与待加工孔的配合加工，提高电火花的加工精度。

进一步地，该薄壁圆筒群孔加工装置还包括底座，所述X轴运动机构和Z轴运动机构均设置在底座上，所述Z轴运动机构位于X轴运动机构的侧方，所述X轴运动机构、Y轴运动机构和工件装夹机构依次设置。实现该薄壁圆筒群孔加工装置的整机设置，便于搬移该薄壁圆筒群孔加工装置。

进一步地，所述X轴运动机构包括第一丝杠、第一螺母、第一导轨、第一滑块和第一滑台，所述第一丝杠通过第一轴承支座转动设置在底座上，所述第一导轨固定设置在底座上，所述第一丝杠由第三电机驱动旋转，所述第一螺母和第一滑块均固定设置在第一滑台的底部，所述第一螺母与第一丝杠配合，所述第一滑块沿第一导轨滑动设置，所述Y轴运动机构设置在第一滑台上。X轴运动机构的结构简单可靠，运行平稳，便于装配和控制，成本较低。

进一步地，所述Y轴运动机构包括第二丝杠、第二螺母、第二导轨和第二滑块，所述第二丝杠通过第二轴承支座转动设置在第一滑台上，所述第二导轨固定设置在第一滑台上，所述第二丝杠由第四电机驱动旋转，所述第二螺母和第二滑块均固定设置在加工池的底部，所述第二螺母与第二丝杠配合，所述第二滑块沿第二导轨滑动设置。Y轴运动机构的结构简单可靠，运行平稳，便于装配和控制，成本较低。

进一步地，所述Z轴运动机构包括立柱、第三丝杠、第三螺母、第三导轨和第三滑块，所述立柱固设设置在底座上，所述第三丝杠通过第三轴承支座转动设置在立柱上，所述第三导轨固定设置在立柱上，所述第三丝杠由第五电机驱动旋转，所述第三螺母和第三滑块均固定设置在支架的侧方，所述第三螺母与第三丝杠配合，所述第三滑块沿第三导轨滑动设置。Z轴运动机构的结构简单可靠，运行平稳，便于装配和控制，成本较低。

一种薄壁圆筒群孔的加工方法，使用上述任一种所述的薄壁圆筒群孔加工装置加工该薄壁圆筒的群孔，包括如下步骤：

S1：将待加工的薄壁圆筒套装在所述中心杆上，再将两个所述三爪端盖螺纹连接至中心杆上，且两个所述三爪端盖套入薄壁圆筒的两端并胀紧，再用所述三爪卡盘和顶尖组件将中心杆夹紧固定，再将火花油倒入所述加工池中，并使其淹没薄壁圆筒；

S2：通过控制所述X轴运动机构和Y轴运动机构将薄壁圆筒移动到工具电极的正下方；

S3：启动所述第一电机和第二电机，所述第一电机驱动薄壁圆筒旋转，所述第二电机驱动工具电极旋转，所述工具电极和薄壁圆筒的转动方向相反且转速相同；

S4：所述Z轴运动机构驱动电极运动机构沿Z轴方向靠近薄壁圆筒移动，直至若干所述放电凸起开始放电加工薄壁圆筒待加工的群孔；

S5：所述加工电极和薄壁圆筒每转动一圈，所述Z轴运动机构向下进给设定距离，直到薄壁圆筒上加工出群孔为止；

S6：所述Z轴运动机构驱动电极运动机构沿Z轴方向远离薄壁圆筒移动，再将薄壁圆筒从所述工件装夹机构上取下。

有益效果：本发明的薄壁圆筒群孔加工装置，Z轴运动机构驱动电极运动机构沿Z轴方向靠近薄壁圆筒移动，直至若干放电凸起开始放电加工薄壁圆筒待加工的群孔，加工电极和薄壁圆筒每转动一圈，Z轴运动机构向下进给设定距离，直到薄壁圆筒上加工出群孔为止，即工具电极和放电凸起通过放电加工加工薄壁圆筒的群孔，采用的是非接触式加工，加工效率高，解决了传统机械加工薄壁圆筒的群孔，易对工件造成破坏和加工效率低的问题；同时，通过设计若干放电凸起的位置及其大小，使之与薄壁圆筒待加工群孔相匹配，只要更换工具电极，便实现一次装夹在薄壁回转件上的任意位置加工出任意大小的孔群，节省加工时间减少装夹误差，提高加工效率；本发明的薄壁圆筒群孔加工装置，结构简单可靠，便于装夹，便于控制，成本较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明薄壁圆筒群孔加工装置的立体结构示意图；

图2是本发明薄壁圆筒群孔加工装置的薄壁圆筒的立体结构示意图；

图3是本发明薄壁圆筒群孔加工装置的工件装夹机构的立体结构示意图；

图4是本发明薄壁圆筒群孔加工装置的中心杆的立体结构示意图；

图5是本发明薄壁圆筒群孔加工装置的电极运动机构的立体结构示意图；

图6是本发明薄壁圆筒群孔加工装置的电极运动机构机构的局部立体结构示意图；

图7是本发明薄壁圆筒群孔加工装置的X轴运动机构的第一导轨的立体结构示意图；

图8是本发明薄壁圆筒群孔加工装置的X轴运动机构的第一滑块的立体结构示意图；

图9是本发明薄壁圆筒群孔加工装置的Y轴运动机构的第二导轨的立体结构示意图；

图10是本发明薄壁圆筒群孔加工装置的Y轴运动机构的第二滑块的立体结构示意图；

图11是本发明薄壁圆筒群孔加工装置的Z轴运动机构的第三导轨的立体结构示意图；

图12是本发明薄壁圆筒群孔加工装置的Z轴运动机构的第三滑块的立体结构示意图；

图中：1、X轴运动机构，11、第一丝杠，12、第一螺母，13、第一导轨，14、第一滑块，15、第一滑台，16、第一轴承支座，17、第三电机，2、Y轴运动机构，21、第二丝杠，22、第二螺母，23、第二导轨，24、第二滑块，25、第二轴承支座，26、第四电机，3、Z轴运动机构，31、立柱，32、第三丝杠，33、第三螺母，34、第三导轨，35、第三滑块，36、第三轴承支座，37、第五电机，4、工件装夹机构，41、加工池，42、中心杆，43、三爪卡盘，44、顶尖组件，441、顶尖，442、顶尖套，443、手轮，444、锁紧螺钉，45、第一电机，46、三爪端盖，5、电极运动机构，51、支架，52、工具电极，53、放电凸起，54、第四轴承支座，55、第二电机，56、带传动，6、底座，7、脚杯，8、薄壁圆筒。

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一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1～12所示，一种薄壁圆筒群孔加工装置，包括底座6、X轴运动机构1、Y轴运动机构2、Z轴运动机构3、工件装夹机构4和电极运动机构5；为了便于描述本实施例，在本实施例中，以相互垂直的X轴、Y轴和Z轴建立空间坐标系，其中Z轴朝向竖直方向；所述X轴运动机构1用于驱动工件装夹机构4沿X轴方向移动，所述Y轴运动机构2用于驱动工件装夹机构4沿Y轴方向移动，所述Z轴运动机构3用于驱动电极运动机构5沿Z轴方向移动，所述底座6的下方四周均匀设置有脚杯7，所述X轴运动机构1和Z轴运动机构3均设置在底座6上，所述Z轴运动机构3位于X轴运动机构1的侧方，所述X轴运动机构1、Y轴运动机构2和工件装夹机构4从下至上依次设置；所述工件装夹机构4包括加工池41和中心杆42，所述加工池41上转动设置有三爪卡盘43和顶尖组件44，所述三爪卡盘43和顶尖组件44用于装夹中心杆42，所述三爪卡盘43由第一电机45驱动旋转，所述中心杆42上设置有两个三爪端盖46，所述薄壁圆筒8套设在中心杆42上，两个所述三爪端盖46位于薄壁圆筒8的两端，所述三爪端盖46胀紧在薄壁圆筒8内；如图1、图5和图6所示，所述电极运动机构5包括支架51和工具电极52，所述工具电极52通过第四轴承支座54转动设置在支架51上，所述工具电极52由第二电机55驱动旋转，本实施例的所述第二电机55通过带传动56驱动工具电极52旋转，所述工具电极52和薄壁圆筒8的转动轴线相互平行，所述工具电极52和薄壁圆筒8的转动方向相反，所述工具电极52上设置有若干球状放电凸起53，若干所述放电凸起53的分布与薄壁圆筒8待加工群孔的位置相对。

为了扩大工件装夹机构4的适用范围，以及便于工件装夹机构4的装夹操作，在本实施例中，如图1、图3和图4所示，所述三爪端盖46逐渐向薄壁圆筒8收缩，所述三爪端盖46与中心杆42通过螺纹固定连接，所述中心杆42上具有用于限位三爪端盖46的轴肩；所述顶尖组件44包括顶尖441、顶尖套442和手轮443，所述手轮443与顶尖441固定连接，所述顶尖套442通过轴承转动设置在加工池41上，所述顶尖441与顶尖套442螺纹连接，所述顶尖441和顶尖套442之间设置有锁紧螺钉444。

为了X轴运动机构1、Y轴运动机构2和Z轴运动机构3的结构简单可靠，运行平稳，在本实施例中，如图1、图7和图8所示，所述X轴运动机构1包括第一丝杠11、第一螺母12、第一导轨13、第一滑块14和第一滑台15，所述第一丝杠11通过第一轴承支座16转动设置在底座6上，所述第一导轨13固定设置在底座6上，所述第一丝杠11由第三电机17驱动旋转，所述第一螺母12和第一滑块14均固定设置在第一滑台15的底部，所述第一螺母12与第一丝杠11配合，所述第一滑块14沿第一导轨13滑动设置，所述Y轴运动机构2设置在第一滑台15上；如图1、图9和图10所示，所述Y轴运动机构2包括第二丝杠21、第二螺母22、第二导轨23和第二滑块24，所述第二丝杠21通过第二轴承支座25转动设置在第一滑台15上，所述第二导轨23固定设置在第一滑台15上，所述第二丝杠21由第四电机26驱动旋转，所述第二螺母22和第二滑块24均固定设置在加工池41的底部，所述第二螺母22与第二丝杠21配合，所述第二滑块24沿第二导轨23滑动设置；如图1、图11和图12所示，所述Z轴运动机构3包括立柱31、第三丝杠32、第三螺母33、第三导轨34和第三滑块35，所述立柱31固设设置在底座6上，所述第三丝杠32通过第三轴承支座36转动设置在立柱31上，所述第三导轨34固定设置在立柱31上，所述第三丝杠32由第五电机37驱动旋转，所述第三螺母33和第三滑块35均固定设置在支架51的侧方，所述第三螺母33与第三丝杠32配合，所述第三滑块35沿第三导轨34滑动设置。

本实施例的第一电机45、第二电机55、第三电机17、第四电机26和第五电机37均选用伺服电极。

为了便于控制放电凸起53与待加工孔的配合加工，提高电火花的加工精度，所述工具电极52和薄壁圆筒8的直径相等，所述工具电极52和薄壁圆筒8的转速相等。

一种薄壁圆筒群孔的加工方法，使用上述的薄壁圆筒群孔加工装置加工该薄壁圆筒8的群孔，包括如下步骤：

S1：将待加工的薄壁圆筒8套装在所述中心杆42上，再将两个所述三爪端盖46螺纹连接至中心杆42上，且两个所述三爪端盖46套入薄壁圆筒8的两端并胀紧，再用所述三爪卡盘43和顶尖组件将中心杆42夹紧固定，再将火花油倒入所述加工池41中，并使其淹没薄壁圆筒8；

S2：通过控制所述X轴运动机构1和Y轴运动机构2将薄壁圆筒8移动到工具电极52的正下方；

S3：启动所述第一电机45和第二电机55，所述第一电机45驱动薄壁圆筒8旋转，所述第二电机55驱动工具电极52旋转，所述工具电极52和薄壁圆筒8的转动方向相反且转速相同；

S4：所述Z轴运动机构3驱动电极运动机构5沿Z轴方向靠近薄壁圆筒8移动，直至若干所述放电凸起53开始放电加工薄壁圆筒8待加工的群孔；

S5：所述加工电极和薄壁圆筒8每转动一圈，所述Z轴运动机构3向下进给设定距离，直到薄壁圆筒8上加工出群孔为止；

S6：所述Z轴运动机构3驱动电极运动机构5沿Z轴方向远离薄壁圆筒8移动，再将薄壁圆筒8从所述工件装夹机构4上取下。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种薄壁圆筒群孔加工装置，其特征在于：包括X轴运动机构(1)、Y轴运动机构(2)、Z轴运动机构(3)、工件装夹机构(4)和电极运动机构(5)；所述X轴运动机构(1)用于驱动工件装夹机构(4)沿X轴方向移动，所述Y轴运动机构(2)用于驱动工件装夹机构(4)沿Y轴方向移动，所述Z轴运动机构(3)用于驱动电极运动机构(5)沿Z轴方向移动；

所述工件装夹机构(4)包括加工池(41)和中心杆(42)，所述加工池(41)上转动设置有三爪卡盘(43)和顶尖组件(44)，所述三爪卡盘(43)和顶尖组件(44)用于装夹中心杆(42)，所述三爪卡盘(43)由第一电机(45)驱动旋转，所述中心杆(42)上设置有两个三爪端盖(46)，所述薄壁圆筒(8)套设在中心杆(42)上，两个所述三爪端盖(46)位于薄壁圆筒(8)的两端，所述三爪端盖(46)胀紧在薄壁圆筒(8)内；

所述电极运动机构(5)包括支架(51)和工具电极(52)，所述工具电极(52)通过第四轴承支座(54)转动设置在支架(51)上，所述工具电极(52)由第二电机(55)驱动旋转，所述工具电极(52)和薄壁圆筒(8)的转动轴线相互平行，所述工具电极(52)和薄壁圆筒(8)的转动方向相反，所述工具电极(52)上设置有若干球状放电凸起(53)，若干所述放电凸起(53)的分布与薄壁圆筒(8)待加工群孔的位置相对。

2.根据权利要求1所述的薄壁圆筒群孔加工装置，其特征在于：所述三爪端盖(46)逐渐向薄壁圆筒(8)收缩，所述三爪端盖(46)与中心杆(42)通过螺纹固定连接，所述中心杆(42)上具有用于限位三爪端盖(46)的轴肩。

3.根据权利要求1所述的薄壁圆筒群孔加工装置，其特征在于：所述顶尖组件(44)包括顶尖(441)、顶尖套(442)和手轮(443)，所述手轮(443)与顶尖(441)固定连接，所述顶尖套(442)通过轴承转动设置在加工池(41)上，所述顶尖(441)与顶尖套(442)螺纹连接，所述顶尖(441)和顶尖套(442)之间设置有锁紧螺钉(444)。

4.根据权利要求1所述的薄壁圆筒群孔加工装置，其特征在于：所述第二电机(55)通过带传动(56)驱动工具电极(52)旋转。

5.根据权利要求1所述的薄壁圆筒群孔加工装置，其特征在于：所述工具电极(52)和薄壁圆筒(8)的直径相等，所述工具电极(52)和薄壁圆筒(8)的转速相等。

6.根据权利要求1～5任一项所述的薄壁圆筒群孔加工装置，其特征在于：该薄壁圆筒群孔加工装置还包括底座(6)，所述X轴运动机构(1)和Z轴运动机构(3)均设置在底座(6)上，所述Z轴运动机构(3)位于X轴运动机构(1)的侧方，所述X轴运动机构(1)、Y轴运动机构(2)和工件装夹机构(4)依次设置。

7.根据权利要求6所述的薄壁圆筒群孔加工装置，其特征在于：所述X轴运动机构(1)包括第一丝杠(11)、第一螺母(12)、第一导轨(13)、第一滑块(14)和第一滑台(15)，所述第一丝杠(11)通过第一轴承支座(16)转动设置在底座(6)上，所述第一导轨(13)固定设置在底座(6)上，所述第一丝杠(11)由第三电机(17)驱动旋转，所述第一螺母(12)和第一滑块(14)均固定设置在第一滑台(15)的底部，所述第一螺母(12)与第一丝杠(11)配合，所述第一滑块(14)沿第一导轨(13)滑动设置，所述Y轴运动机构(2)设置在第一滑台(15)上。

8.根据权利要求7所述的薄壁圆筒群孔加工装置，其特征在于：所述Y轴运动机构(2)包括第二丝杠(21)、第二螺母(22)、第二导轨(23)和第二滑块(24)，所述第二丝杠(21)通过第二轴承支座(25)转动设置在第一滑台(15)上，所述第二导轨(23)固定设置在第一滑台(15)上，所述第二丝杠(21)由第四电机(26)驱动旋转，所述第二螺母(22)和第二滑块(24)均固定设置在加工池(41)的底部，所述第二螺母(22)与第二丝杠(21)配合，所述第二滑块(24)沿第二导轨(23)滑动设置。

9.根据权利要求6所述的薄壁圆筒群孔加工装置，其特征在于：所述Z轴运动机构(3)包括立柱(31)、第三丝杠(32)、第三螺母(33)、第三导轨(34)和第三滑块(35)，所述立柱(31)固设设置在底座(6)上，所述第三丝杠(32)通过第三轴承支座(36)转动设置在立柱(31)上，所述第三导轨(34)固定设置在立柱(31)上，所述第三丝杠(32)由第五电机(37)驱动旋转，所述第三螺母(33)和第三滑块(35)均固定设置在支架(51)的侧方，所述第三螺母(33)与第三丝杠(32)配合，所述第三滑块(35)沿第三导轨(34)滑动设置。

10.一种薄壁圆筒群孔的加工方法，其特征在于：使用权利要求1～9任一项所述的薄壁圆筒群孔加工装置加工该薄壁圆筒(8)的群孔，包括如下步骤：

S1：将待加工的薄壁圆筒(8)套装在所述中心杆(42)上，再将两个所述三爪端盖(46)螺纹连接至中心杆(42)上，且两个所述三爪端盖(46)套入薄壁圆筒(8)的两端并胀紧，再用所述三爪卡盘(43)和顶尖组件将中心杆(42)夹紧固定，再将火花油倒入所述加工池(41)中，并使其淹没薄壁圆筒(8)；

S2：通过控制所述X轴运动机构(1)和Y轴运动机构(2)将薄壁圆筒(8)移动到工具电极(52)的正下方；

S3：启动所述第一电机(45)和第二电机(55)，所述第一电机(45)驱动薄壁圆筒(8)旋转，所述第二电机(55)驱动工具电极(52)旋转，所述工具电极(52)和薄壁圆筒(8)的转动方向相反且转速相同；

S4：所述Z轴运动机构(3)驱动电极运动机构(5)沿Z轴方向靠近薄壁圆筒(8)移动，直至若干所述放电凸起(53)开始放电加工薄壁圆筒(8)待加工的群孔；

S5：所述工具电极(52)和薄壁圆筒(8)每转动一圈，所述Z轴运动机构(3)向下进给设定距离，直到薄壁圆筒(8)上加工出群孔为止；

S6：所述Z轴运动机构(3)驱动电极运动机构(5)沿Z轴方向远离薄壁圆筒(8)移动，再将薄壁圆筒(8)从所述工件装夹机构(4)上取下。

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