專利名稱：一種超硬刀具電火花加工裝置及操作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種刀具加工裝置及操作方法，特別是關(guān)于一種能夠保證刀具后角恒定的超硬刀具電火花加工裝置及操作方法。
背景技術(shù)：
精密數(shù)控電火花成型加工機(jī)床是精密特種加工技術(shù)的重要設(shè)備之一，主要用于加工傳統(tǒng)機(jī)械加工機(jī)床難以加工的超硬材料和脆性材料，對精密機(jī)械、汽車、微電子產(chǎn)品、航空航天的精密零件和精密模具具有重要意義。電火花加工時無切削力；不產(chǎn)生毛刺和刀痕溝紋等缺陷；工具電極材料無需比工件材料硬；因此超硬刀具的加工是多軸聯(lián)動數(shù)控電火花加工技術(shù)的又一成功應(yīng)用領(lǐng)域。隨著加工工件質(zhì)量要求的提高，對加工所使用的刀具形狀、精度和使用壽命的要求也隨之增加。很多工件加工大多為一次直接成型，因此，加工工件的刀具刀頭越來越多地采用硬度高、耐磨性好的超硬材料，且形狀也多為三維空間曲面，加工復(fù)雜。許多外形復(fù)雜的超硬異型成型刀具，如圓底刀、修邊刀、屜鎖刀、臺階刀等，都具有一個曲線型的側(cè)面輪廓，這些刀具的側(cè)面輪廓不能像普通的銑刀一樣連成一條直線，而是一條曲線。如圖1所示，為木工中經(jīng)常使用的一種異形成型刀具1，其刀頭形狀為半球形，刀刃為回轉(zhuǎn)曲線。目前常用的電火花加工機(jī)床，如V0LLMER公司的五軸電火花加工中心，在加工這類刀具時采用的是成型加工方法，即先在車床上加工一個和非矩形截面弧度相似的、截面是曲面的電極， 然后進(jìn)行刃口的成型與刃磨；這種加工方法存在的缺點(diǎn)是所加工的刀具的曲面部分后角不一致。如圖2所示，成型電極2對被加工刀具3進(jìn)行成型法加工后，a點(diǎn)處的后角是最佳后角，那么其它曲面部分的后角將小于a點(diǎn)，在b點(diǎn)，甚至出現(xiàn)了后角為0°的極限情況。這樣就縮短了刀具的使用壽命和耐磨程度。為了使后角達(dá)到一致，可以換用展成法對刃口進(jìn)行加工，但傳統(tǒng)的電火花加工機(jī)床實(shí)現(xiàn)展成法加工需要在數(shù)控編程時進(jìn)行大量的坐標(biāo)換算， 編程不易實(shí)現(xiàn)；而且，往往由于機(jī)床本身工作空間的限制使展成法不易實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種在加工復(fù)雜形狀的超硬刀具過程中，能夠?yàn)檎钩煞庸ぬ峁┝己没A(chǔ)、工作空間緊湊、編程實(shí)現(xiàn)簡單，能夠保證刀具后角恒定的超硬刀具電火花加工裝置及操作方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種超硬刀具電火花加工裝置，它包括精密數(shù)控電火花成型加工機(jī)床，所述機(jī)床的床身上設(shè)置有常規(guī)旋轉(zhuǎn)工作臺、旋轉(zhuǎn)電機(jī)和伺服系統(tǒng)，其特征在于所述機(jī)床的床身上還設(shè)置有三坐標(biāo)工作臺，所述三坐標(biāo)工作臺通過連接軸連接十字滑臺，所述十字滑臺上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)電極；所述三坐標(biāo)工作臺包括三根相互正交的X軸、Y軸和Z軸，所述X軸和Y軸為水平方向，所述Z軸垂直于所述X軸和Y軸組成的水平面；所述十字滑臺設(shè)置在所述常規(guī)旋轉(zhuǎn)工作臺與所述三坐標(biāo)工作臺之間，所述十字滑臺包括兩根相互正交的U軸和V軸，所述U軸與所述X軸平行，所述V軸與所述Y軸平行；所述連接軸垂直連接所述X軸和V軸，且與所述Z軸平行；所述旋轉(zhuǎn)電極垂向設(shè)置在所述U軸的底部。上述一種超硬刀具電火花加工裝置的操作方法，其包括以下步驟1)通過機(jī)床自身的常規(guī)旋轉(zhuǎn)工作臺夾緊被加工刀具，控制被加工刀具沿三個方向的角度，以調(diào)節(jié)被加工刀具的位置；2)通過三坐標(biāo)工作臺的X軸、Y軸和Z軸調(diào)節(jié)連接軸的位置，并利用十字滑臺的U軸和V軸控制旋轉(zhuǎn)電極在以連接軸為原點(diǎn)的水平二維極坐標(biāo)系內(nèi)做曲線運(yùn)動，Z軸配合使旋轉(zhuǎn)電極增加一個垂直方向的移動自由度，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)電極在水平面內(nèi)以連接軸為回轉(zhuǎn)中心進(jìn)行極坐標(biāo)運(yùn)動，且回轉(zhuǎn)中心的位置在三維空間內(nèi)可調(diào)；幻采用旋轉(zhuǎn)電極對被加工刀具進(jìn)行展成法加工。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明由于刀具中心軸的三個正交方向坐標(biāo)軸由相應(yīng)伺服電機(jī)控制移動，而刀具繞中心軸的運(yùn)動由兩個旋轉(zhuǎn)電機(jī)獨(dú)立控制，如此即能減少實(shí)現(xiàn)刀具展成加工實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度，提高加工速度。2、本發(fā)明通過三坐標(biāo)工作臺的X軸、Y軸和Z軸調(diào)節(jié)連接軸的位置，并利用十字滑臺中的U軸和V軸控制旋轉(zhuǎn)電極在以連接軸為原點(diǎn)的水平二維極坐標(biāo)系內(nèi)做曲線運(yùn)動，Z軸可配合使旋轉(zhuǎn)電極增加一個垂直方向的移動自由度；這樣，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)電極在水平面內(nèi)以連接軸為回轉(zhuǎn)中心進(jìn)行極坐標(biāo)運(yùn)動，且回轉(zhuǎn)中心的位置在三維空間內(nèi)可調(diào)。3、本發(fā)明可以直接對相應(yīng)于U軸、V軸、X 軸、Y軸和Z軸五個機(jī)械軸的驅(qū)動運(yùn)動進(jìn)行編程，免去了大量的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計算，直接實(shí)現(xiàn)了刀具的展成加工，使刀具的展成加工編程可以簡單實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明可以用于各種硬質(zhì)刀具的成型及刃口加工過程中。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中硬質(zhì)異形成型刀具的示意2是現(xiàn)有技術(shù)中成型法電火花加工原理示意3是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意4是本發(fā)明展成法電火花加工原理示意圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。本發(fā)明方法可以概括為以下內(nèi)容1、采用精密數(shù)控電火花成型加工機(jī)床對被加工刀具進(jìn)行加工，被加工刀具安裝在機(jī)床自身的三坐標(biāo)軸運(yùn)動裝置上；2、將被加工刀具的運(yùn)動分為兩部分一部分是被加工刀具沿三個正交方向的運(yùn)動，其是利用機(jī)床自身的三坐標(biāo)伺服系統(tǒng)進(jìn)行控制；另一部分是圍繞被加工刀具中心軸的運(yùn)動，其是利用兩個電機(jī)進(jìn)行獨(dú)立控制；3、采用圓盤狀成型電極，利用展成法對被加工刀具進(jìn)行刃口加工。如圖3所示，現(xiàn)有技術(shù)中，精密數(shù)控電火花成型加工機(jī)床的床身1上設(shè)置有常規(guī)旋轉(zhuǎn)工作臺2、旋轉(zhuǎn)電機(jī)和伺服系統(tǒng)。通過常規(guī)旋轉(zhuǎn)工作臺2可以使被加工刀具沿三個方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，調(diào)節(jié)被加工刀具的位置；通過旋轉(zhuǎn)電機(jī)控制被加工刀具圍繞被加工刀具中心軸轉(zhuǎn)動。本發(fā)明裝置在現(xiàn)有精密數(shù)控電火花成型加工機(jī)床床身1上還設(shè)置有三坐標(biāo)工作臺3，三坐標(biāo)工作臺3通過連接軸4連接十字滑臺5，十字滑臺5上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)電極6。常規(guī)旋轉(zhuǎn)工作臺2包括A軸21，B軸22和C軸23，用于夾緊被加工刀具，使被加工刀具能夠沿三個方向做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，以調(diào)節(jié)被加工刀具的角度，即以A軸21、B軸22和C軸 23為中心做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。三坐標(biāo)工作臺3包括X軸31、Y軸32和Z軸33，X軸31、Y軸32和Z軸33相互正交，其中，X軸31和Y軸32為水平方向，Z軸垂直于X軸31和Y軸32組成的水平面，X 軸31、Y軸32和Z軸33用于控制連接軸4沿三個正交方向運(yùn)動，以調(diào)節(jié)連接軸4的位置。 三坐標(biāo)工作臺3可以采用普通的三坐標(biāo)機(jī)床。十字滑臺5位于常規(guī)旋轉(zhuǎn)工作臺2和三坐標(biāo)工作臺3之間，十字滑臺5包括U軸 51和V軸52，U軸51和V軸52相互垂直，且均為水平方向，其中U軸51與X軸31相互平行，V軸52與Y軸32相互平行；連接軸4垂直連接X軸31和V軸52，且與Z軸33平行； 旋轉(zhuǎn)電極6垂向設(shè)置在U軸51的底部。三坐標(biāo)工作臺3的X軸31、Y軸32和Z軸33可以控制連接軸4的位置，十字滑臺 5中的U軸51和V軸52用于控制旋轉(zhuǎn)電極6在水平面內(nèi)沿兩個相互垂直的方向運(yùn)動；以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)電極6以連接軸4為回轉(zhuǎn)中心的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。本發(fā)明裝置的具體操作方法1)通過機(jī)床自身的常規(guī)旋轉(zhuǎn)工作臺2夾緊被加工刀具，并通過A軸21、B軸22、C 軸23控制被加工刀具沿三個方向的夾角，調(diào)節(jié)被加工刀具的位置；2)調(diào)節(jié)好被加工刀具的位置并夾緊后，通過三坐標(biāo)工作臺3的X軸31、Υ軸32和 Z軸33配合調(diào)節(jié)連接軸4的位置，并利用十字滑臺5中的U軸51和V軸52控制旋轉(zhuǎn)電極 6在以連接軸4為原點(diǎn)的水平二維極坐標(biāo)系內(nèi)做曲線運(yùn)動，Z軸33可配合使旋轉(zhuǎn)電極6增加一個垂直方向的移動自由度；這樣，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)電極6在水平面內(nèi)以連接軸4為回轉(zhuǎn)中心進(jìn)行極坐標(biāo)運(yùn)動，且回轉(zhuǎn)中心的位置在三維空間內(nèi)可調(diào)。3)采用旋轉(zhuǎn)電極6對被加工刀具進(jìn)行展成法加工。采用上述加工方法能減少實(shí)現(xiàn)刀具展成法加工的復(fù)雜度，提高加工速度。本發(fā)明可以直接對相應(yīng)于U軸51、V軸52、Χ軸31、Y軸32和Z軸33五個機(jī)械軸的驅(qū)動運(yùn)動進(jìn)行編程，免去了大量的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計算，使刀具的展成加工編程可以簡單實(shí)現(xiàn)， 直接實(shí)現(xiàn)了刀具刃口的展成加工，使被加工刀具具有一致且最佳的后角。如圖4所示，上述實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)電極6采用圓盤狀旋轉(zhuǎn)電極，利用展成法對硬質(zhì)異形成型刀具7進(jìn)行加工，保證整個切削刃的后角達(dá)到一致且最佳。上述各實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式和制作工藝等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
權(quán)利要求
1.一種超硬刀具電火花加工裝置，它包括精密數(shù)控電火花成型加工機(jī)床，所述機(jī)床的床身上設(shè)置有常規(guī)旋轉(zhuǎn)工作臺、旋轉(zhuǎn)電機(jī)和伺服系統(tǒng)，其特征在于所述機(jī)床的床身上還設(shè)置有三坐標(biāo)工作臺，所述三坐標(biāo)工作臺通過連接軸連接十字滑臺，所述十字滑臺上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)電極；所述三坐標(biāo)工作臺包括三根相互正交的X軸、Y軸和Z軸，所述X軸和Y軸為水平方向， 所述Z軸垂直于所述X軸和Y軸組成的水平面；所述十字滑臺設(shè)置在所述常規(guī)旋轉(zhuǎn)工作臺與所述三坐標(biāo)工作臺之間，所述十字滑臺包括兩根相互正交的U軸和V軸，所述U軸與所述X軸平行，所述V軸與所述Y軸平行；所述連接軸垂直連接所述X軸和V軸，且與所述Z軸平行；所述旋轉(zhuǎn)電極垂向設(shè)置在所述U軸的底部。
2.一種如權(quán)利要求1所述的超硬刀具電火花加工裝置的操作方法，其包括以下步驟1)通過機(jī)床自身的常規(guī)旋轉(zhuǎn)工作臺夾緊被加工刀具，控制被加工刀具沿三個方向的角度，以調(diào)節(jié)被加工刀具的位置；2)通過三坐標(biāo)工作臺的X軸、Y軸和Z軸調(diào)節(jié)連接軸的位置，并利用十字滑臺的U軸和 V軸控制旋轉(zhuǎn)電極在以連接軸為原點(diǎn)的水平二維極坐標(biāo)系內(nèi)做曲線運(yùn)動，Z軸配合使旋轉(zhuǎn)電極增加一個垂直方向的移動自由度，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)電極在水平面內(nèi)以連接軸為回轉(zhuǎn)中心進(jìn)行極坐標(biāo)運(yùn)動，且回轉(zhuǎn)中心的位置在三維空間內(nèi)可調(diào)；3)采用旋轉(zhuǎn)電極對被加工刀具進(jìn)行展成法加工。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超硬刀具電火花加工裝置及操作方法，它包括精密數(shù)控電火花成型加工機(jī)床，機(jī)床的床身上設(shè)置有常規(guī)旋轉(zhuǎn)工作臺、旋轉(zhuǎn)電機(jī)和伺服系統(tǒng)，其特征在于機(jī)床的床身上還設(shè)置有三坐標(biāo)工作臺，三坐標(biāo)工作臺通過連接軸連接十字滑臺，十字滑臺上設(shè)置有旋轉(zhuǎn)電極；三坐標(biāo)工作臺包括三根相互正交的X軸、Y軸和Z軸，X軸和Y軸為水平方向，Z軸垂直于X軸和Y軸組成的水平面；十字滑臺設(shè)置在旋轉(zhuǎn)工作臺與三坐標(biāo)工作臺之間，十字滑臺包括兩根相互正交的U軸和V軸，U軸與X軸平行，V軸與Y軸平行；連接軸垂直連接X軸和V軸，且與Z軸平行；旋轉(zhuǎn)電極垂向設(shè)置在U軸的底部。本發(fā)明免去了大量的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計算，使刀具的展成加工編程可以簡單實(shí)現(xiàn)，可用于各種硬質(zhì)刀具的成型加工過程中。
文檔編號B23H7/26GK102554379SQ20121000422
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者何平, 史少華, 葉佩青, 方晨曦 申請人:佛山市順德區(qū)薩銳數(shù)控電火花機(jī)研究中心, 佛山市順德區(qū)賽銳工具有限公司, 清華大學(xué)