一种用于放电加工且支持自动换刀的电液联供系统的制作方法

[0001]
本发明涉及放电加工技术领域，特别是涉及一种用于放电加工且支持自动换刀的电液联供系统。


背景技术：

[0002]
放电加工包括电火花加工和电弧加工等，依靠正负极之间直接放电产生的等离子体的高温来蚀除材料，加工时电极与工件并不接触。是常见的特种加工手段，在模具和航空航天等行业应用广泛。使用的工作液为绝缘工作液，在脉冲间隙等离子体消失，工作液恢复绝缘或高阻抗状态。因此，供电、电极、冲液是放电加工的必须条件。
[0003]
放电加工中的电弧加工效率极高，加工难切削材料时的效率是传统切削的三倍以上，但表面质量尚无法到达最终要求，因此往往需要进行后续的机加工。因此，放电加工后的表面需要采用机加工的手段完成最后的余量去除。如能在一台设备实现“先放电加工、后切削加工”，则可省去更换机床和重新装夹的时间并提高加工精度。这就要求放电加工的电极夹持工具与切削加工刀具的刀柄具有一定的互换性，即有相同的主轴接口。实现电极夹持刀柄与机加工刀柄的接口通用和互换并不复杂，但自动化、无人工厂是未来制造业发展的必然趋势，这就要求电极夹持刀柄(包括电极)也要支持自动换刀功能，而由于现有的放电加工电极刀柄中的冲液仓是与旋转轴转动配合的，这就导致换刀过程中放电加工电极刀柄的冲液仓发生相对旋转轴和电极的转动，从而导致无法方便地实现自动换刀的难题。
[0004]
现有的供液方案分为两种：(1)直接利用带中心冲液功能的主轴，使工作液直达电极冲液孔。但这种方案受主轴冲液孔径限制，流量往往不足，只能作为辅助方案；(2)在电极刀柄外部单设冲液管，实现大流量的供给，但这种方案的冲液管拆卸需要人工手动操作，如何实现自动化，尚无人提出。现有的供电方案在更换电极或电极刀柄时也需要拆卸电源接口。目前在刀柄更换过程中，必须有人工介入安装或拆卸冲液部件和导电部件，无法实现自动更换，进而影响加工效率，增加操作人员的工作负担。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的是提供一种用于放电加工且支持自动换刀的电液联供系统，以解决上述现有技术存在的问题，实现电液联供且支持自动换刀，提高放电加工的换刀效率和加工的自动化程度。
[0006]
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
[0007]
本发明提供了一种用于放电加工且支持自动换刀的电液联供系统，包括电液联供装置和夹持装置；所述电液联供装置包括绝缘座、电液联供基座、电液联供管端子和电液联供管，所述绝缘座与机床主轴的主轴外壳或主轴座固连，所述电液联供基座的顶端与所述绝缘座固连，所述电液联供基座上设置有工作液管接口和接线柱，所述电液联供基座的底端设置有端子接口，所述工作液管接口和所述端子接口分别与所述电液联供基座内的流道连通，所述端子接口与所述电液联供管端子的顶端卡接时所述电液联供基座内的流道与所
述电液联供管端子内的流道连通，所述电液联供管端子内的流道还通过所述电液联供管与放电加工电极刀柄中的冲液仓连通；所述接线柱、所述电液联供基座、所述电液联供管端子、所述电液联供管及所述放电加工电极刀柄均导电且电导通，所述放电加工电极刀柄与主轴之间绝缘；所述夹持装置包括设置在换刀机械臂的夹持端上的第一夹持机构和设置在刀库底座夹持单元上的第二夹持机构，所述第一夹持机构或所述第二夹持机构均能够与所述冲液仓外侧壁上的配合机构固连以对所述冲液仓进行周向限位。
[0008]
优选的，所述第一夹持机构为两个间隔设置在所述换刀机械臂的夹持端上的换刀臂限位叉，所述第二夹持机构为两个间隔设置在所述刀库底座夹持单元上的换刀座限位叉，所述配合机构为设置在所述冲液仓外侧壁上的电极限位槽；两个所述换刀臂限位叉或两个所述换刀座限位叉均能够同时插入所述电极限位槽中以对所述冲液仓进行周向限位。
[0009]
优选的，所述第一夹持机构为固设在所述换刀机械臂的夹持端上的永磁铁或电磁铁，所述第二夹持机构为固设在所述刀库底座夹持单元上的永磁铁或电磁铁，所述配合机构为固设在所述冲液仓外侧壁上的永磁铁或电磁铁；第一夹持机构和所述第二夹持机构均能够与配合机构产生磁性力吸合力以对所述冲液仓进行周向限位。
[0010]
优选的，所述主轴刀柄接口为标准刀柄接口，所述主轴刀柄接口的外侧壁上设置有通用限位槽；所述放电加工电极刀柄与主轴刀柄接口之间通过设置绝缘层绝缘。
[0011]
优选的，所述工作液管接口用于与工作液存储装置连通，所述工作液存储装置中的工作液通过压力泵经所述工作液管接口泵入所述电液联供基座；所述接线柱用于与电源电连接。
[0012]
优选的，所述端子接口与所述电液联供管端子的顶端卡接时，所述端子接口与所述电液联供管端子的连接处密封。
[0013]
优选的，所述端子接口与所述电液联供管端子之间设置有密封圈或密封机构以防止工作液泄露，且所述密封圈或密封机构不影响所述端子接口与所述电液联供管端子直接接触而导电。
[0014]
优选的，所述工作液管接口、所述电液联供基座、所述端子接口、所述电液联供管端子、所述电液联供管及所述放电加工电极刀柄中的液体通道共同构成工作液通道。
[0015]
优选的，所述工作液管接口、所述电液联供基座、所述端子接口、所述电液联供管端子、所述电液联供管及所述放电加工电极刀柄和电极共同构成导电通道。
[0016]
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0017]
本发明的用于放电加工且支持自动换刀的电液联供系统不仅实现了电液联供而且支持自动换刀，提高了放电加工的换刀效率。本发明用于放电加工且支持自动换刀的电液联供系统通过电液联供管端子与电液联供基座卡接，能够快速插接，并且接通后电液联供管提供辅助支撑，提高了系统刚度和精度。通过换刀臂限位叉和换刀座限位叉与冲液仓外壁上电极限位槽的匹配，实现换刀前后的电极刀柄内部转动轴和外部冲液仓的角度固定，避免装夹前后发生相对转动而无法插入端口。电液联供装置除了提供电源的连接方式，还可以增强冲液效果，使加工更稳定。电液联供装置的尺寸紧凑，不会影响现有机床的切削加工功能，刀柄长度可以很短，对机床轴向行程(z向行程)影响很小，极大保障了机床的加工范围。总之，本发明有利于实现面向自动化的自动换刀功能，使包括电弧、电火花在内的放电加工与传统切削加工在一台机床上实现高效集成。
附图说明
[0018]
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获得其他的附图。
[0019]
图1为本发明用于放电加工且支持自动换刀的电液联供系统的部分结构示意图一；
[0020]
图2为本发明用于放电加工且支持自动换刀的电液联供系统的部分结构示意图二；
[0021]
图3为本发明用于放电加工且支持自动换刀的电液联供系统中电液联供装置的结构示意图一；
[0022]
图4为本发明用于放电加工且支持自动换刀的电液联供系统中电液联供装置的结构示意图二；
[0023]
图5为图4中a处的剖面图；
[0024]
其中：1、主轴外壳；2、绝缘座；3、电液联供基座；4、工作液管接口；5、接线柱；6、端子接口；7、密封圈；8、电液联供管端子；9、主轴刀柄接口；10、通用限位槽；11、空心旋转轴；12、旋转机构；13、电极限位槽；14、电极接口；15、冲液仓；16、电液联供管；17、电液联供装置；18、刀库；181、换刀座限位叉；19、换刀机械臂；191、换刀臂限位叉；192、刀爪。
具体实施方式
[0025]
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的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。
[0026]
本发明的目的是提供一种用于放电加工且支持自动换刀的电液联供系统，以解决上述现有技术存在的问题，实现电液联供且支持自动换刀，提高放电加工的换刀效率和加工的自动化程度。
[0027]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0028]
如图1至图5所示：本实施例用于放电加工且支持自动换刀的电液联供系统包括电液联供装置17和夹持装置。
[0029]
其中，电液联供装置17包括绝缘座2、电液联供基座3、电液联供管端子8和两个电液联供管16。绝缘座2与机床主轴的主轴外壳1固连，需要注意的是，绝缘座2只要是主轴上不转动的部分即可，比如主轴座。电液联供基座3的顶端与绝缘座2固连，电液联供基座3上设置有工作液管接口4和接线柱5，工作液管接口4用于与工作液存储装置连通，工作液管接口4与工作液存储装置之间的管路上设置有压力泵，工作液存储装置中的工作液通过压力泵经工作液管接口4泵入电液联供基座3。接线柱5用于与电源电连接。
[0030]
电液联供基座3的底端设置有端子接口6，工作液管接口4和端子接口6分别与电液联供基座3内的流道连通，端子接口6与电液联供管端子8的顶端卡接时电液联供基座3内的
流道与电液联供管端子8内的流道连通，端子接口6与电液联供管端子8的顶端卡接时，端子接口6与电液联供管端子8的连接处密封。端子接口6与电液联供管端子8之间设置有密封圈7，且密封圈7不影响端子接口6与电液联供管端子8直接接触而导电。
[0031]
电液联供管端子8内的流道还通过两个电液联供管16与放电加工电极刀柄中的冲液仓15连通；放电加工电极刀柄包括冲液仓15、旋转机构12、空心旋转轴11和电极接口14，空心旋转轴11通过主轴刀柄接口9与主轴固连并可被主轴带动旋转，电极通过电极接口14与空心旋转轴11的底端固连，空心旋转轴11的侧壁上开设有导液孔与冲液仓15连通，导液孔与空心旋转轴11内部的流道连通，空心旋转轴11内部的流道经轴端开口通过电极接口14内的工作液通道与电极连通，电极接口14为中空结构，中间为工作液通道和电极固定面，电极由电极接口14固定在空心旋转轴11的底端。冲液仓15的顶端和底端分别设置有一个旋转机构12，空心旋转轴11通过两个旋转机构12与冲液仓15转动配合，旋转机构12将冲液仓15的上下两端密封，旋转机构12本身密封，冲液仓15与旋转机构12的外圈连接，空心旋转轴11与旋转机构12的内圈连接，两个旋转机构12分别将冲液仓15的上下两端密封。
[0032]
接线柱5、电液联供基座3、电液联供管端子8、电液联供管16、冲液仓15、旋转机构12及空心旋转轴11均导电，电极刀柄与主轴刀柄接口9之间通过设置绝缘层绝缘。主轴刀柄接口9的外侧壁上设置有通用限位槽10，冲液仓15的外侧壁上设置有电极限位槽13。
[0033]
夹持装置包括两个间隔设置在换刀机械臂19的夹持端上的换刀臂限位叉191和两个间隔设置在刀库18底座夹持单元上的换刀座限位叉181，需要注意的是，在换刀机械臂19的两个夹持端分别设置有两个换刀臂限位叉191和一个刀爪192(参照图2)，两个换刀臂限位叉191或两个换刀座限位叉181均能够同时插入冲液仓外侧壁上的电极限位槽中以对冲液仓进行周向限位，刀爪192能够插入通用限位槽10对主轴刀柄接口9进行限位。通过刀库18底座夹持单元上的限位叉和换刀机械臂19上的限位叉与冲液仓15外壁上的电极限位槽13的配合，实现换刀前后的电极刀柄下方的空心旋转轴11和冲液仓15的角度固定，避免装夹前后两者发生相对转动而无法插入端口。
[0034]
在本实施例中，电液联供基座3通过绝缘底板与主轴座或主轴端面不旋转部分或侧面连接并固定，在放电加工中保持固定。电液联供基座3为中空结构，采用导电材料制成，电液联供基座3开有侧面或顶面开有工作液管接口4，工作液管道与工作液管接口4连接，加工时工作液经该工作液管接口4进入电液联供基座3的内部通道。电液联供基座3上另设有接线柱5，放电加工电源线与接线柱5连接，加工时脉冲电源的输出电流经接线柱5与电液联供基座3整体导通。电液联供基座3底部为电极夹持刀柄的端子接口6，端子接口6为中空结构供电液联供管端子8插入；安装电极刀柄时，电液联供管端子8插入端子接口6，形成工作液通道及导通电流。电液联供管端子8插入端子接口6后，在换刀机构或人工施加推力作用下，电液联供管端子8的外侧面与端子接口6内表面充分接触并形成压力，保证密封和充分接触导电。
[0035]
本实施例用于放电加工且支持自动换刀的电液联供系统中的导电通道为：接线柱5
→
电液联供基座3
→
端子接口6
→
电液联供管端子8
→
电液联供管16
→
冲液仓15
→
旋转机构12
→
空心旋转轴11
→
电极接口14
→
电极。工作液通道为：压力泵
→
工作液管
→
工作液管接口4
→
电液联供基座3内的流道
→
端子接口6
→
电液联供管端子8
→
电液联供管16
→
冲液仓15
→
空心旋转轴11侧壁的导液孔
→
空心旋转轴11内的通道
→
电极接口14
→
电极。图3中
的箭头表示的是电液联供基座3内的工作液的流动方向。需要注意的是，冲液仓15整体密封，而空心旋转轴11的中部浸泡在冲液仓15内的工作液内，故即便空心旋转轴11不停转动，冲液仓15内的工作液也能够源源不断地通过导液孔进入空心旋转轴11内的流道。
[0036]
电液联供端口的顶端具有一定锥度，起到导入的作用，方便直接实现快速接通，并且接通后电液联供管16提供辅助支撑，提高了系统刚度和精度。
[0037]
在需要更换电极刀柄时，换刀机械臂19先从电极刀库刀座中将一个夹持端的刀爪192插入新的放电加工电极刀柄的通用限位槽10、换刀臂限位叉191插入新的放电加工电极刀柄的电极限位槽13，插入到位并夹紧后取出新的放电加工电极刀柄。主轴旋转到指定角度后，换刀机械臂19将另一夹持端的刀爪192插入待取下的放电加工电极刀柄的通用限位槽10、换刀臂限位叉191插入待取下的放电加工电极刀柄的电极限位槽13，插入到位并夹紧后将电极刀柄内部的空心旋转轴11和外部的冲液仓15固定，随后换刀机械臂19执行换刀动作，将待取下的放电加工电极刀柄(包括冲液仓15、旋转机构12、电液联供管16、电液联供管端子8、主轴刀柄接口9、空心旋转轴11、电极接口14和电极)取下；然后换刀机械臂19转动将新的放电加工电极刀柄移动至主轴接口中心，同时电液联供管端子8与电液联供基座3上的端子接口6对准，然后将放电加工电极刀柄插入主轴接口，同时完成将电液联供管端子8插入电液联供基座3上的端子接口6，完成装刀、电源通道导通及工作液接口导通的动作；然后换刀机械臂19移动至刀库18，将换下的放电加工电极刀柄送入刀具底座，刀具底座上的刀柄锁紧且换刀座限位叉181插入电极限位槽13，刀具底座上的刀爪夹紧放电加工电极刀柄的主轴刀柄接口9，保持电极刀柄内部空心旋转轴11和外部冲液仓15的固定；最后换刀机械臂19回到等待位置。如更换的是普通机加刀柄，换刀机械臂19的换刀臂限位叉191仍跟随伸出，但为空走状态，并且不与刀柄干涉。需要说明的是，本实施例中的夹持装置即换刀臂限位叉191、换刀座限位叉181和电极限位槽13也可以替换为磁吸装置，利用磁吸力对冲液仓15进行周向的限位，利用电磁铁或永磁铁实现磁吸，例如将换刀座限位叉181替换为第一电磁铁，将换刀臂限位叉191替换为第二电磁铁，将电极限位槽13替换为永磁铁，通过第一电磁铁或第二电磁铁与永磁铁之间的吸附力进行夹持，此方案应在本发明的保护范围之内。
[0038]
本实施例用于放电加工且支持自动换刀的电液联供系统除了提供电源的连接方式，还可以增强冲液效果，使加工更稳定。本实施例用于放电加工且支持自动换刀的电液联供系统中的电极刀柄及电液联供基座3的尺寸紧凑，不会影响现有机床的切削加工功能，刀柄长度可以很短，对机床轴向行程(z向行程)影响很小，极大保障了机床的加工范围。总之，本实施例有利于实现面向自动化的自动换刀功能，使包括电弧、电火花在内的放电加工与传统切削加工在一台机床上实现高效集成。
[0039]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0040]
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。