一种主轴—电磁驱动电极旋振式高能微弧火花沉积刀柄的制作方法

本发明涉及一种专用刀柄，尤其是一种主轴—电磁驱动电极旋振式高能微弧火花沉积刀柄。

背景技术：

高能微弧火花沉积工艺在表面工程、表面修复中获得越来越广泛的应用，然而，到目前为止，高能微弧火花沉积工艺依然采用手工操作，由于人工因素控制沉积过程，导致沉积效果因人而异，涂层的结构、性能和表观特征再现性很差，无法实现对涂层表观特征、涂层结构和涂层性能的精确控制，这使得该工艺在走向大规模工业应用过程中面临着巨大困难，实现高能微弧火花沉积工艺的自动化、数控化，是该工艺获得广泛应用必须解决的技术问题。

在数控机床和数控技术飞速发展的当下，将数控机床和高能微弧火花沉积工艺集成起来，建立起高能微弧火花数控化沉积工艺平台，借助数控机床的柔性，实现对高能微弧火花沉积工艺过程的精确控制，从而实现对涂层结构、性能和表观特征的精确控制，成为高能微弧火花沉积工艺未来发展的必经阶段。

数控机床和高能微弧火花沉积工艺集成的关键在于设计一种特殊刀柄，该刀柄能在数控铣床主轴驱动下旋转从而带动电极的旋转，同时也能够将高能微弧火花沉积电源正极在刀柄旋转时能顺利传导到电极。

当电极不能上下振动，仅能在主轴驱动下旋转时，会带来沉积过程不容易控制的问题，原因在于要保持持续的放电，必须要精确控制电极和工件之间的间隙，间隙过大不放电，间隙过小放电微弱甚至和工件接触短路，非振动电极式存在的以上问题。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出一种主轴—电磁驱动电极旋振式高能微弧火花沉积刀柄，减小沉积控制难度，使高能微弧火花沉积工艺更具柔性。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种主轴—电磁驱动电极旋振式高能微弧火花沉积刀柄，包括铣削刀柄、绝缘轴、沉积电源正极轴承、套筒、绝缘套筒、线圈电源正极轴承、线圈、线圈电源负极轴承、活塞筒、活塞、销钉、弹簧、钻夹头、电极；

所述铣削刀柄包括拉钉、刀柄本体和紧定螺钉；

所述绝缘轴包括刀柄加持部、档环、沉积电源正极轴承安装部和外螺纹链接部；

所述沉积电源正极轴承包括接线柱和轴承本体；

所述套筒包括内螺纹链接部、绝缘套筒连接部和活塞筒连接部；

所述绝缘套筒包括线圈电源正极轴承连接部、线圈连接部和线圈电源负极轴承连接部；

所述线圈电源正极轴承包括接线柱和轴承本体；

所述线圈电源负极轴承包括接线柱和轴承本体；

所述活塞筒包括上端内螺纹连接部和销钉孔；

所述活塞包括销钉孔、弹簧安装部和钻夹头连接部；

所述绝缘轴的刀柄加持部装入铣削刀柄，并通过紧定螺钉拧紧，沉积电源正极轴承装配到绝缘轴轴承安装部，套筒通过内螺纹连接部连接到绝缘轴外螺纹连接部，绝缘套筒装配到套筒连接部，线圈电源正极轴承装配到绝缘套筒轴承连接部，线圈装配到绝缘套筒连接部上，绝缘套筒轴承连接部装配线圈电源负极轴承，活塞筒上端内螺纹连接部拧紧到套筒连接部，通过销钉连接活塞，在活塞弹簧安装部处装配弹簧，活塞下端钻夹头连接部上装配上钻夹头，钻夹头夹持电极。

进一步地，

所述线圈材质为铝质、或铜质；

所述套筒材质工业变压器常用材质；

所述活塞材质为工业用软磁性材料：软铁、硅钢、铁镍合金、坡莫合金或铁氧体；

所述绝缘轴和绝缘套筒的材质绝缘材质：尼龙或聚四氟乙烯。

进一步地，

所述接线柱焊接在沉积电源正极轴承外圈上。

所述高能微弧火花沉积机电源正极接到沉积电源正极轴承接线柱上，负极连接在待沉积工件上；

所述接线柱焊接在线圈电源正极轴承外圈上；

所述接线柱焊接在线圈电源负极轴承外圈上；

所述线圈电源正极轴承接线柱和线圈电源负极轴承接线柱分别接线圈的正负极。

进一步地，所述电极旋转运动由数控铣床的主轴驱动实现。

进一步地，所述活塞的上下振动通过控制线圈的通断电状态实现。

进一步地，所述活塞的振动频率由线圈的通/断电频率控制。

进一步地，所述活塞的振幅通过活塞筒连接部和套筒连接部之间的螺纹调节套筒底部与活塞顶部之间间隙实现。

进一步地，所述弹簧在活塞振动过程中始终处于受压状态。

本发明一种主轴—电磁驱动电极旋振式高能微弧火花沉积刀柄，减小沉积控制难度，使高能微弧火花沉积工艺更具柔性。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的一种主轴—电磁驱动电极旋振式高能微弧火花沉积刀柄的结构示意图；图1中1为铣削刀柄，2为绝缘轴，3为沉积电源正极轴承，4为套筒，5为绝缘套筒，6为线圈电源正极轴承，7为线圈，8为线圈电源负极轴承，9为活塞筒，10为活塞，11为销钉，12为弹簧，13为钻夹头，14为电极；

图2为具体实施方式一所述的绝缘轴的结构示意图；图2中2-1为刀柄加（夹）持部，2-2为档环，2-3为沉积电源正极轴承安装部，2-4为外螺纹连接部；

图3为具体实施方式一所述的沉积电源正极轴承的结构示意图；图3中3-1为接线柱，3-2为轴承本体；

图4为具体实施方式一所述的套筒的结构示意图；图4中4-1为内螺纹连接部，4-2为绝缘套筒连接部，4-3为活塞筒连接部；

图5为具体实施方式一所述的绝缘套筒的结构示意图；图5中5-1为线圈电源正极轴承连接部，5-2为线圈连接部，5-3为线圈电源负极轴承连接部；

图6为具体实施方式一所述的线圈电源正极轴承的结构示意图；图6中6-1为接线柱，6-2为轴承本体；

图7为具体实施方式一所述的线圈的结构示意图；

图8为具体实施方式一所述的线圈电源负极轴承的结构示意图；图8中8-1为接线柱，8-2为轴承本体；

图9为具体实施方式一所述的活塞筒的结构示意图；图9中9-1为上端内螺纹连接部，9-2为销钉孔；

图10为具体实施方式一所述的销钉的结构示意图；

图11为具体实施方式一所述的活塞的结构示意图；图11中10-1为销钉孔，10-2为弹簧安装部，10-3为钻夹头连接部；

图12为具体实施方式一所述的弹簧的结构示意图；

图13为具体实施方式一所述的钻夹头的结构示意图；

图14为具体实施方式一所述的电极的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

如图1-14所示的具体实施方式一：本实施方式是一种主轴—电磁驱动电极旋振式高能微弧火花沉积刀柄包括铣削刀柄1、绝缘轴2、沉积电源正极轴承3、套筒4、绝缘套筒5、线圈电源正极轴承6、线圈7、线圈电源负极轴承8、活塞筒9、活塞10、销钉11、弹簧12、钻夹头13、电极14；

所述绝缘轴2的刀柄加（夹）持部2-1装入铣削刀柄1，并通过紧定螺钉1-3拧紧，沉积电源正极轴承3装配到绝缘轴轴承安装部2-3，套筒4通过内螺纹连接部4-1连接到绝缘轴外螺纹连接部2-4，绝缘套筒5装配到套筒连接部4-2，线圈电源正极轴承6装配到绝缘套筒大端轴承连接部5-1，线圈7装配到绝缘套筒连接部5-2上，绝缘套筒小端轴承连接部5-3装配线圈电源负极轴承8，活塞筒上端内螺纹连接部9-1拧紧到套筒连接部4-3，通过销钉11连接活塞10，在活塞弹簧安装部10-2处装配弹簧12，活塞10下端钻夹头连接部10-3上装配上钻夹头13，钻夹头13夹持电极14。

本实施方式的原理和优点：

本实施方式一种主轴—电磁驱动电极旋振式高能微弧火花沉积刀柄解决了高能微弧火花数控化沉积过程中，电极的振动和旋转问题，有效的解决了高能微弧火花沉积电源与数控机床之间的机电接口和电气接口问题，解决了高能微弧火花电源与电极振动控制电源之间的干扰问题，使得通过控制线圈的通电开/合状态和频率，实现电极按照预定的频率和设定的振幅振动，主轴的旋转驱动刀柄的旋转，从而实现电极以一定的转速和设定的振幅/频率振动的复合动作，完成旋振式运动。

二、本实施方式一种主轴—电磁驱动电极旋振式高能微弧火花沉积刀柄可以保证高能微弧火花电源和刀柄线圈控制电源之间的电气隔离，保证沉积电压的顺利传导和线圈控制信号的传输。

三、本实施方式为了解决机床主轴告诉旋转时线圈控制信号的传输，在绝缘套筒上安装了线圈电源正极轴承6和线圈电源负极轴承8，其作用：一是实现两个轴承内圈随主轴高速旋转时，其外圈可以静止不动，便于线圈控制信号的连接和输入；二是通过线圈电源正极轴承6和线圈电源负极轴承8的内、外圈及其轴承滚珠，构成线圈完整的控制回路：线圈控制电源正极→线圈电源正极轴承6外圈→线圈电源正极轴承6滚珠→线圈电源正极轴承6内圈→线圈7→线圈电源负极轴承8内圈→线圈电源负极轴承8滚珠→线圈电源负极轴承8外圈→线圈控制电源负极。

四、本实施方式为了使电极能够在被电磁吸力向上运动后，能在线圈电源断电后及时复位，在活塞处安装有复位弹簧12，在电极振动过程中，弹簧始终出于受压状态。

五、本实施方式可以通过旋动活塞筒9来调节活塞振幅，从而控制电极与工件之间的放电间隙范围。

六、本实施方式可以用来通过高能微弧火花沉积工艺制备平面涂层和复杂曲面涂层。

七、本实施方式可以实现涂层在数控代码控制下，按照既定的沉积路径，电极以设定振动频率和转速，通过旋振运动方式实现涂层的数控化制备。

本实施方式可获得一种主轴—电磁驱动电极旋振式高能微弧火花沉积刀柄。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：所述的线圈7的材质为铝质或铜质。其他与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二的不同点是：所述的套筒4的材质为工业变压器常用材质。其他与具体实施方式一至二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三的不同点是：所述的活塞10材质为工业用软磁性材料：软铁、硅钢、铁镍合金、坡莫合金或铁氧体。其他与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四的不同点是：所述的绝缘轴2和绝缘套筒5的材质为绝缘材质：尼龙或聚四氟乙烯。其他与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五的不同点是：所述的接线柱3-1焊接在沉积电源正极轴承3外圈上。其他与具体实施方式一至五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六的不同点是：所述的高能微弧火花沉积电源正极接到沉积电源正极轴承接线柱3-1上，负极连接在待沉积工件上。其他与具体实施方式一至六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七的不同点是：所述的接线柱6-1焊接在线圈电源正极轴承6外圈上。其他与具体实施方式一至七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八的不同点是：所述的接线柱8-1焊接在线圈电源负极轴承8外圈上。其他与具体实施方式一至八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九的不同点是：所述的线圈电源正极轴承接线柱6-1和线圈电源负极轴承接线柱8-1分别接线圈7的正负极。其他与具体实施方式一至九相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十的不同点是：所述的活塞10的上下振动通过控制线圈7的通断电状态实现。其他与具体实施方式一至十相同。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十一的不同点是：所述的活塞10的振动频率由线圈7的通/断电频率控制。其他与具体实施方式一至十一相同。

具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十二的不同点是：所述的活塞10的振幅通过活塞筒连接部9-1和套筒连接部4-3之间的螺纹调节套筒4与活塞9之间间隙实现。其他与具体实施方式一至十二相同。

具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至十三的不同点是：所述的弹簧12在活塞振动过程中始终处于受压状态。其他与具体实施方式一至十三相同。