專利名稱：具有集成式電極工具的五軸電流變拋光設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種拋光裝置，特別涉及一種具有集成式電極工具的五軸電流變拋光設備。
背景技術：
電流變拋光技術是將混有磨料的電流變液體添加到工具與工件之間，利用電流變液體在電場作用下的電流變效應對工件進行拋光的技術。當給電流變液體施加電場后，隨著電場強度的增加，工具與工件之間混有磨料的電流變液體粘度增加，剪切阻力增大，混有磨料的電流變液在工具的帶動下與工件表面摩擦，從而實現對工件表面拋光的目的。目前電流變拋光的實現方式是在現有的三軸機床或者自行開發的三坐標移動平臺上添加電極工具系統。工具系統針對所拋光工件是導體還是非導體采用不同的方式。對于導體類工件(比如金屬材料)，通常采用針狀碳化鎢棒作為工具電極，連接電源的正極， 導體類工件本身連接電源的負極。對于非導體類工件(比如光學玻璃)，通常采用針狀碳化鎢棒連接電源的正極，采用環形輔助電極連接電源的負極，在正極和負極之間圍成的區域就是拋光區域。三自由度運動無法滿足復雜型面工件的拋光運動要求。而且導體和非導體工件采用不同的電極布置方式，極大地限制了電流變拋光技術的應用。

發明內容
本發明的目的是提供一種五軸電流變拋光設備，該五軸電流變拋光設備能滿足復雜型面工件的拋光運動要求，解決了三自由度運動無法滿足復雜型面工件拋光的運動問題。本發明的另一目的是提供一種電流變拋光設備所使用的集成式電極工具，該集成式電極工具的電場施加方式簡便，既可以實現對導體類工件的拋光，也可以實現對非導體類工件的拋光。本發明是由設備支座，Z軸運動單元，X軸運動單元，Y軸運動單元、回轉工作臺和集成式電極工具組成，Z軸運動單元設置在設備支座上，回轉工作臺設置在Z軸運動單元的 Z軸工作臺上，集成式電極工具設置在回轉工作臺上，回轉工作臺設置在X軸運動單元的X 軸工作臺上。所述Z軸運動單元主要由交流伺服電機，直線導軌，滾珠絲杠，光柵尺和Z軸工作臺組成，回轉工作臺安裝在Z軸工作臺上，交流伺服電機與精密滾珠絲杠通過聯軸器相連， 滾珠絲杠與Z軸工作臺連接，Z軸工作臺與直線導軌組成移動副，光柵尺設置在支座的正面。Z軸運動單元的工作原理是交流伺服電機帶動滾珠絲杠，由滾珠絲杠將轉動轉為移動從而帶動工作臺在直線導軌上進行移動，實現Z軸的直線運動；光柵尺用來對工作臺的位置進行檢測和反饋，實現Z軸的精準定位。所述X軸運動單元是由交流伺服電機、直線導軌、X軸工作臺、滾珠絲杠、光柵尺和座組成，回轉工作臺安裝在X軸工作臺上，交流伺服電機與滾珠絲杠通過聯軸器相連，滾珠絲杠與X軸工作臺連接，X軸工作臺與直線導軌組成移動副，直線導軌設置在座上，光柵尺設置在座上。X軸運動單元的工作原理是交流伺服電機帶動滾珠絲杠，由絲杠將轉動轉為移動從而帶動X軸工作臺在直線導軌上進行移動，實現X軸的直線運動；光柵尺用來對X軸工作臺的位置進行反饋，實現X軸的精準定位。所述Y軸運動單元是由交流伺服電機、Y軸工作臺、滾珠絲杠、直線導軌、光柵尺和座組成，交流伺服電機與滾珠絲杠通過聯軸器相連，滾珠絲杠與Y軸工作臺連接，Y軸工作臺與直線導軌組成移動副；直線導軌和光柵尺設置在座上，Y軸工作臺與X軸運動單元的座相連。Y軸運動單元的工作原理是交流伺服電機帶動滾珠絲杠，由滾珠絲杠將轉動轉為移動從而帶動Y軸工作臺在直線導軌上進行移動，實現Y軸的直線運動；光柵尺用來對Y 軸工作臺的位置進行反饋，實現Y軸的精準定位。所述的集成式電極工具采用兩種結構。第一種結構是集成式電極工具是由工具夾具、電機、導電銅環和集成電極組成， 電機輸出軸直接與集成電極相連，兩個導電銅環分別嵌入工具夾具的兩環形槽中，在集成電極的方形槽中各嵌有一金屬電極，通過碳刷分別與兩導電銅環相連，當集成電極進行旋轉運動時，碳刷始終與導電銅環內側保持接觸。當對兩導電銅環通以高壓直流電時，集成電極的兩金屬電極之間形成電場，介于兩金屬電極之間的電流變液會產生電流變效應。第二種結構是集成式電極工具是由工具夾具、電機、導電銅環和集成電極組成， 電機輸出軸直接與集成電極相連，兩個導電銅環分別嵌入工具夾具的兩環形槽中，集成電極的環形金屬電極與下端導電銅環直接接觸，集成電極的針狀金屬電極通過碳刷與上端導電銅環內側相連。集成電極進行旋轉運動時，碳刷始終與導電銅環內側保持接觸。當對兩導電銅環通以高壓直流電時，集成電極的針狀金屬電極與環形金屬電極之間形成電場，介于兩金屬電極之間的電流變液會產生電流變效應。環形金屬電極內部注有高壓絕緣膠，防止針狀金屬電極根部與環形金屬電極內側發生放電現象。集成式電極工具的工作原理是當高壓電源通過導線將電壓加在導電銅環上，再通過碳刷，最終加在集成電極兩金屬電極之間，這樣實現了在兩金屬電極之間施加電場的目的。電機帶動集成電極旋轉，固定在集成電極上的碳刷隨之一同旋轉，由于碳刷始終與導電銅環內側保持接觸，這樣就保證了集成電極的兩個金屬電極之間始終有恒定的電場，加工過程中電流變液體始終處在高粘度狀態。本發明主要由X軸運動單元、Y軸運動單元、Z軸運動單元、兩個回轉工作臺和集成式電極工具實現對導體或非導體材料的自由曲面零件電流變拋光加工；為保證加工精度， 每個運動單元都采用了高精度直流伺服電機和高精度光柵尺。本發明與已有的電流變拋光裝置比較后，其有益效果是 I、本發明可以實現五軸聯動，能夠對自由曲面工件進行加工。2、本發明的集成式電極工具結構緊湊，電場施加方式簡便。
3、由于采用集成式電極工具，既可以實現對導體類工件的拋光，也可以實現對非導體類工件的拋光。


圖I為本發明實施例的立體示意圖。圖2為本發明之Z軸運動單元的立體示意圖。圖3為本發明之X軸運動單元的立體示意圖。圖4為本發明之Y軸運動單元的立體示意圖。圖5為本發明之集成式電極工具的第一實施例立體示意圖。圖 6為本發明之集成式電極工具的第二實施例立體示意圖。
具體實施例方式請參閱圖I所示,為本發明的實施例,該實施例是由設備支座101, Z軸運動單元 102，X軸運動單元103，Y軸運動單元104、回轉工作臺105、回轉工作臺106和集成式電極工具107組成，Z軸運動單元102設置在設備支座101上，回轉工作臺106設置在Z軸運動單元102的Z軸工作臺205上，集成式電極工具107設置在回轉工作臺106上，回轉工作臺 105設置在X軸運動單元103的X軸工作臺303上。請參閱圖I和圖2所示，Z軸運動單元102主要由交流伺服電機201，直線導軌 202，滾珠絲杠203，光柵尺204和Z軸工作臺205組成，回轉工作臺106安裝在Z軸工作臺 205上，交流伺服電機201與精密滾珠絲杠203通過聯軸器相連，滾珠絲杠203與Z軸工作臺205連接，Z軸工作臺205與直線導軌202組成移動副，光柵尺204設置在支座101的正面。Z軸運動單元102的工作原理是交流伺服電機201帶動滾珠絲杠203，由滾珠絲杠203將轉動轉為移動從而帶動工作臺205在直線導軌202上進行移動，實現Z軸的直線運動；光柵尺204用來對工作臺205的位置進行檢測和反饋，實現Z軸的精準定位。請參閱圖I和圖3所示，X軸運動單元103是由交流伺服電機301、直線導軌302、 X軸工作臺303、滾珠絲杠304、光柵尺305和座306組成，回轉工作臺105安裝在X軸工作臺303上，交流伺服電機301與滾珠絲杠304通過聯軸器相連，滾珠絲杠304與X軸工作臺 303連接，X軸工作臺303與直線導軌302組成移動副，直線導軌302設置在座306上，光柵尺305設置在座306上。X軸運動單元103的工作原理是交流伺服電機301帶動滾珠絲杠304，由絲杠將轉動轉為移動從而帶動X軸工作臺303在直線導軌302上進行移動，實現X軸的直線運動； 光柵尺305用來對X軸工作臺303的位置進行反饋，實現X軸的精準定位。請參閱圖I和圖4所示，Y軸運動單元104是由交流伺服電機401、Y軸工作臺402、 滾珠絲杠403、直線導軌404、光柵尺405和座406組成，交流伺服電機401與滾珠絲杠403 通過聯軸器相連，滾珠絲杠403與Y軸工作臺402連接，Y軸工作臺402與直線導軌404組成移動副；直線導軌404和光柵尺405設置在座406上，Y軸工作臺402與X軸運動單元 103的座306相連。Y軸運動單元104的工作原理是交流伺服電機401帶動滾珠絲杠403，由滾珠絲杠403將轉動轉為移動從而帶動Y軸工作臺402在直線導軌404上進行移動，實現Y軸的直線運動；光柵尺405用來對Y軸工作臺402的位置進行反饋，實現Y軸的精準定位。本發明中，集成式電極工具107采用兩種結構。第一種結構是請參閱圖5所示，集成式電極工具107是由工具夾具711、電機 712、導電銅環713和集成電極714組成，電機712輸出軸直接與集成電極714相連，兩個導電銅環713分別嵌入工具夾具711的兩環形槽中，在集成電極714的方形槽中各嵌有一金屬電極，通過碳刷分別與兩導電銅環713相連，當集成電極714進行旋轉運動時，碳刷始終與導電銅環713內側保持接觸。當對兩導電銅環713通以高壓直流電時，集成電極714的兩金屬電極之間形成電場，介于兩金屬電極之間的電流變液會產生電流變效應。第二種結構是請參閱圖6所示，集成式電極工具107是由工具夾具721、電機 722、導電銅環723和集成電極724組成，電機722輸出軸直接與集成電極724相連，兩個導電銅環723分別嵌入工具夾具721的兩環形槽中，集成電極724的環形金屬電極與下端導電銅環直接接觸，集成電極724的針狀金屬電極通過碳刷與上端導電銅環內側相連。集成電極724進行旋轉運動時，碳刷始終與導電銅環723內側保持接觸。當對兩導電銅環723 通以高壓直流電時，集成電極724的針狀金屬電極與環形金屬電極之間形成電場，介于兩金屬電極之間的電流變液會產生電流變效應。環形金屬電極內部注有高壓絕緣膠，防止針狀金屬電極根部與環形金屬電極內側發生放電現象。集成式電極工具107的工作原理是當高壓電源通過導線將電壓加在導電銅環 713或導電銅環723上，再通過碳刷，最終加在集成電極714或集成電極724兩金屬電極之間，這樣實現了在兩金屬電極之間施加電場的目的。電機712或電機722帶動集成電極714 或集成電極724旋轉，固定在集成電極714或集成電極724上的碳刷隨之一同旋轉，由于碳刷始終與導電銅環713或導電銅環723內側保持接觸，這樣就保證了集成電極714或集成電極724的兩個金屬電極之間始終有恒定的電場，加工過程中電流變液體始終處在高粘度狀態。本發明主要由X軸運動單元、Y軸運動單元、Z軸運動單元、兩個回轉工作臺和集成式電極工具實現對導體或非導體材料的自由曲面零件電流變拋光加工；為保證加工精度， 每個運動單元都采用了高精度直流伺服電機和高精度光柵尺。本發明與已有的電流變拋光裝置比較后，其有益效果是I、本發明可以實現五軸聯動，能夠對自由曲面工件進行加工；2、本發明的集成式電極工具結構緊湊，電場施加方式簡便；3、由于采用集成式電極工具，既可以實現對導體類工件的拋光，也可以實現對非導體類工件的拋光。
權利要求
1.一種具有集成式電極工具的五軸電流變拋光設備，其特征在于是由設備支座 (101)，Z軸運動單元(102)，X軸運動單元(103)，Y軸運動單元(104)、回轉工作臺(105)、回轉工作臺(106)和集成式電極工具(107)組成，Z軸運動單元(102)設置在設備支座(101) 上，回轉工作臺(106)設置在Z軸運動單元(102)的Z軸工作臺(205)上，集成式電極工具 (107)設置在回轉工作臺(106)上，回轉工作臺(105)設置在X軸運動單元(103)的X軸工作臺(303)上；所述的Z軸運動單元(102)主要由交流伺服電機(201)，直線導軌(202)，滾珠絲杠 (203)，光柵尺(204)和Z軸工作臺(205)組成，回轉工作臺(106)安裝在Z軸工作臺(205) 上，交流伺服電機(201)與精密滾珠絲杠(203)通過聯軸器相連，滾珠絲杠(203)與Z軸工作臺(205)連接，Z軸工作臺(205)與直線導軌(202)組成移動副，光柵尺(204)設置在支座(101)的正面；所述的X軸運動單元(103)是由交流伺服電機(301)、直線導軌(302)、X軸工作臺 (303)、滾珠絲杠(304)、光柵尺(305)和座(306)組成，回轉工作臺(105)安裝在X軸工作臺(303)上，交流伺服電機(301)與滾珠絲杠(304)通過聯軸器相連，滾珠絲杠(304)與X 軸工作臺(303)連接，X軸工作臺(303)與直線導軌(302)組成移動副，直線導軌(302)設置在座(306)上，光柵尺(305)設置在座(306)上；所述的Y軸運動單元(104)是由交流伺服電機(401)、Y軸工作臺(402)、滾珠絲杠 (403)、直線導軌(404)、光柵尺(405)和座(406)組成，交流伺服電機(401)與滾珠絲杠 (403)通過聯軸器相連，滾珠絲杠(403)與Y軸工作臺(402)連接，Y軸工作臺(402)與直線導軌(404)組成移動副；直線導軌(404)和光柵尺(405)設置在座(406)上，Y軸工作臺 (402)與X軸運動單元(103)的座(306)相連。
2.如權利要求I所述的一種集成式電極工具，其特征在于是由工具夾具(711)、電機 (712)、導電銅環(713)和集成電極(714)組成，電機(712)輸出軸直接與集成電極(714) 相連，兩個導電銅環(713)分別嵌入工具夾具(711)的兩環形槽中，在集成電極(714)的方形槽中各嵌有一金屬電極，通過碳刷分別與兩導電銅環(713)相連，當集成電極(714)進行旋轉運動時，碳刷始終與導電銅環(713)內側保持接觸。
3.如權利要求I所述的一種集成式電極工具，其特征在于是由工具夾具(721)、電機 (722)、導電銅環(723)和集成電極(724)組成，電機(722)輸出軸直接與集成電極(724) 相連，兩個導電銅環(723)分別嵌入工具夾具(721)的兩環形槽中，集成電極(724)的環形金屬電極與下端導電銅環直接接觸，集成電極(724)的針狀金屬電極通過碳刷與上端導電銅環內側相連。集成電極(724)進行旋轉運動時，碳刷始終與導電銅環(723)內側保持接觸。
全文摘要
本發明公開了一種具有集成式電極工具的五軸電流變拋光設備，是由設備支座，Z軸運動單元，X軸運動單元，Y軸運動單元、回轉工作臺和集成式電極工具組成，Z軸運動單元設置在設備支座上，回轉工作臺設置在Z軸運動單元的Z軸工作臺上，集成式電極工具設置在回轉工作臺上，回轉工作臺設置在X軸運動單元的X軸工作臺上；本發明主要由X軸運動單元、Y軸運動單元、Z軸運動單元、兩個回轉工作臺和集成式電極工具實現對導體或非導體材料的自由曲面零件電流變拋光加工；為保證加工精度，每個運動單元都采用了高精度直流伺服電機和高精度光柵尺；本發明還公開了集成式電極工具結構，由于采用集成式電極工具，既可以實現對導體類工件的拋光，也可以實現對非導體類工件的拋光。
文檔編號B24B1/00GK102581707SQ201210060488
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月9日 優先權日2012年3月9日
發明者冀世軍, 吳文征, 張雷, 曲興田, 王昕 申請人:吉林大學