一种简易的微细电火花/电解加工主轴的制作方法

本发明涉及微细特种加工技术领域，特别是涉及一种简易的微细电火花/电解加工主轴。

背景技术：

微细电火花加工(electricaldischargemachining，edm)又称为放电加工或电蚀加工，它是在加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电，利用放电时产生的瞬时、局部高温将金属材料蚀掉；加工过程中，工具与工件不接触。该技术已经广泛应用于诸如硬质合金、模具钢、淬火钢、聚晶金刚石等硬质、难加工材料的微细加工，亦可用于加工低刚度和复杂表面形状工件的微细加工。

微细电解加工(microelectrochemicalmachining)是指在微细加工范围内(1μm～1mm)，应用电解加工得到高精度、微小尺寸零件的加工方法，现已广泛应用筒形零件、花键孔、内齿轮、模具、阀片等异形零件的精密超精密微细加工。

微细电火花加工和微细电解加工的实施基础是相对应的微细电火花加工机床和微细电解加工机床，而微细电火花加工和微细电解加工机床关键核心部件是其对应的主轴。微细电火花加工主轴和微细电解加工主轴需要实现的功能共同点为：一是主轴需要高精度旋转、二是需要将微细电火花电源或者微细电解电源的一极引入到微细工具上。目前，微细电火花加工和微细电解加工中应用的比较普遍的是电机驱动的v块主轴，这种v块主轴虽然能实现比较高精度的回转，但也存在以下一些问题：一是电机驱动的主轴转速可调范围有限，转速也不高，一般为0-5000r/min，难以实现可调范围广、较高速的旋转加工；二是加工装置比较复杂，结构不是很紧凑；三是主轴与机床本体之间不能良好的电绝缘，影响加工效率和加工质量。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种简易的微细电火花/电解加工主轴，以解决传统v块主轴转速可调范围有限、装置复杂、结构不紧凑、与机床本体之间无法实现良好电绝缘的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种简易的微细电火花/电解加工主轴，所述微细电火花/电解加工主轴包括：动力源模块、动力传动模块、引电模块；

所述动力源模块为日本nsk生产的bm320f电主轴；所述动力传动模块为一体式绝缘套筒；所述一体式绝缘套筒顶部具有细轴，所述一体式绝缘套筒底部具有不锈钢螺栓孔；所述引电模块包括引电支撑件、旋紧撑开螺栓、旋紧撑开螺母、工具电极夹头、工具电极、碳刷、导电螺栓、导电弹簧和导电铜片；

所述引电支撑件顶部两翼板通过所述旋紧撑开螺栓和所述旋紧撑开螺母安装在所述bm320f电主轴的轴身上；所述一体式绝缘套筒通过顶部的所述细轴与所述bm320f电主轴的主轴联接；所述工具电极夹头通过其顶部螺纹旋入所述一体式绝缘套筒底部的所述不锈钢螺栓孔内；所述工具电极夹装在所述工具电极夹头底部；所述引电支撑件底部设有通孔；所述导电螺栓、所述导电铜片、所述导电弹簧以及所述碳刷依次设置在所述通孔内；所述碳刷首部与所述工具电极接触，所述碳刷尾部连接所述导电弹簧的一端；所述导电弹簧的另一端连接所述导电铜片一侧；所述导电螺栓首部顶着所述导电铜片另一侧，所述导电螺栓尾部连接电火花电源或电解电源的一极。

可选的，所述bm320f电主轴的转速范围为1000-80000r/min。

可选的，所述一体式绝缘套筒顶部细轴的直径为3.175mm。

可选的，所述工具电极夹头为调质钢沉头锥螺栓。

可选的，所述工具电极为直径1mm的碳化钨圆柱棒。

可选的，所述碳刷采用石墨材料制成；所述引电支撑件采用pla材料3d打印制成。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供一种简易的微细电火花/电解加工主轴，该主轴以nsk生产的bm320f电主轴做为动力源，在高的回转精度下可以实现1000-80000r/min连续可调，实现微细电火花/电解可调范围广、较高速的旋转加工；其引电支撑件采用绝缘的pla材料3d打印，可以实现复杂结构一体打印成型，确保主轴整体简单、结构紧凑；其动力传动装置采用一体式绝缘套筒结构，实现分别与电主轴和工具电极装配，而且在保证高的传动精度下实现与电主轴的有效绝缘。

附图说明

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的微细电火花/电解加工主轴的整体结构示意图；其中图1(a)为整体结构的正视图；图1(b)为整体结构的立体结构图；

图2为本发明提供的一体式绝缘套筒的结构示意图；其中图2(a)为一体式绝缘套筒的剖面图；图2(b)为一体式绝缘套筒的立体结构图；

图3为本发明提供的工具电极夹头与工件电极安装示意图；

图4为本发明提供的引电装置的部分结构示意图；其中图4(a)为其剖面图；图4(b)为其立体结构图；

图中标号分别为：1、bm320f电主轴；2、引电支撑件；3、旋紧撑开螺栓；4、旋紧撑开螺母；5、一体式绝缘套筒；6、工具电极夹头；7、工具电极；8、碳刷；9、导电螺栓；10、导电弹簧；11、导电铜片；12、细轴；13、不锈钢螺栓孔。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

本发明的目的是提供一种简易的微细电火花/电解加工主轴，以解决传统v块主轴转速可调范围有限、装置复杂、结构不紧凑、与机床本体之间无法实现良好电绝缘的问题。

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。

图1为本发明提供的简易的微细电火花/电解加工主轴的整体结构示意图。如图1所示，所述微细电火花/电解(电火花或电解)加工主轴包括：动力源模块、动力传动模块、引电模块。

其中，所述动力源模块采用日本nsk(日本精工株式会社)生产的bm320f电主轴1作为动力源，主轴转速范围为1000-80000r/min。本发明采用nsk生产的bm320f电主轴(简称电主轴)1做为动力源，在高的回转精度下可以实现1000-80000r/min连续可调，能够实现微细电火花/电解可调范围广、较高速的旋转加工。

所述动力传动模块采用一体式绝缘套筒5。图2为本发明提供的一体式绝缘套筒的结构示意图。如图2所示，本发明所述一体式绝缘套筒5顶部具有细轴12，所述一体式绝缘套筒5底部具有不锈钢螺栓孔13。所述电主轴1上安装所述一体式绝缘套筒5，所述一体式绝缘套筒5顶部是与所述电主轴1的主轴配合的细轴12，细轴12直径为3.175mm，通过主轴安装夹头实现所述电主轴1与一体式绝缘套筒5的连接。

所述引电模块包括引电支撑件2、旋紧撑开螺栓3、旋紧撑开螺母4、工具电极夹头6、工具电极7、碳刷8、导电螺栓9、导电弹簧10和导电铜片11。

图3为本发明提供的工具电极夹头与工件电极安装示意图。所述工具电极夹头6为调质钢沉头锥螺栓，其顶部具有螺纹。所述工具电极7为直径1mm的碳化钨圆柱棒，组装结构图如图3所示。

本发明所述一体式绝缘套筒5为塑料材料加工而成，结构如图2所示，所述一体式绝缘套筒5上端为细轴12，与电主轴1联接，下端嵌入不锈钢螺栓孔13且需要保证螺栓孔13与上端细轴12的同轴度要求。螺栓孔13入口设置一定的锥度，其锥度与工具电极夹头6锥度相等，利用锥孔的配合来保证一体式绝缘套筒5和工具电极7的同轴度，达到保证工具电极7和bm320f电主轴1同轴度的要求。

图4为本发明提供的引电装置的部分结构示意图。本发明所述碳刷8为石墨材料，所述引电支撑件2采用塑料pla(polylacticacid，聚乳酸)材料3d打印制成，组装结构如图3所示。所述引电支撑件2顶部具有结构为u型的两翼板，两翼板下方设置l形的支撑杆，l形支撑杆底部横杆内设有通孔，所述导电螺栓9、所述导电铜片11、所述导电弹簧10以及所述碳刷8依次连接设置在所述通孔内。其中，所述碳刷8装在引电支撑件2内，碳刷8尾部接有导电弹簧10，导电弹簧10保证碳刷8能与工具电极7始终接触，导电弹簧10另一端连接导电铜片11，导电螺栓9顶着导电铜片11，导电螺栓9尾部接电火花电源/电解电源一极。

本发明简易的微细电火花或电解加工主轴的整体装配图如图1所示，所述一体式绝缘套筒5通过上端的细轴12与电主轴1联接，工具电极7装在工具电极夹头6上，工具电极夹头6通过螺纹旋入一体式绝缘套筒5的螺纹孔13内，所述引电支撑件2顶部两翼板安装在bm320f电动高速主轴1的轴身上，通过旋紧撑开螺栓3与螺母4固定在bm320f电主轴上。

具体的，如图1所示，所述引电支撑件2顶部两翼板通过所述旋紧撑开螺栓3和所述旋紧撑开螺母4安装在所述bm320f电主轴1的轴身上；所述一体式绝缘套筒5通过顶部的所述细轴12与所述bm320f电主轴1的主轴联接；所述工具电极夹头6通过其顶部螺纹旋入所述一体式绝缘套筒5底部的所述不锈钢螺栓孔13内；所述工具电极7夹装在所述工具电极夹头6底部；所述引电支撑件2底部设有通孔；所述导电螺栓9、所述导电铜片11、所述导电弹簧10以及所述碳刷8依次设置在所述通孔内；所述碳刷8首部与所述工具电极7接触，所述碳刷8尾部连接所述导电弹簧10的一端；所述导电弹簧10的另一端连接所述导电铜片11一侧；所述导电螺栓9首部顶着所述导电铜片11另一侧，所述导电螺栓9尾部连接电火花电源或电解电源的一极。

其中，所述bm320f电主轴1的转速范围为1000-80000r/min。

所述一体式绝缘套筒5顶部细轴12的直径为3.175mm。

所述工具电极夹头6为调质钢沉头锥螺栓。

所述工具电极7为直径1mm的碳化钨圆柱棒。

所述碳刷8采用石墨材料制成；所述引电支撑件2采用pla材料3d打印制成。

本发明提供的是一种简易的微细电火花或微细电解加工主轴，可以安装在微细电火花加工机床或者微细电解加工机床上使用，进行微细电火花加工或者微细电解加工。

微细电火花加工实施例：

将简易的微细电火花加工主轴安装到微细电火花加工机床上，工具电极7通过工具电极夹头6安装到电主轴1上。微细电火花加工前，需对工具电极7进行块/线电极电火花磨削加工，这样能够保证加工后的微细工具电极7与电主轴1有很好的同轴度。

电火花在线磨削加工时，电火花电源的阳极通过碳刷8引电到工具电极7上，根据加工需要将工具电极7磨削到需要的微细尺寸。

微细电火花加工时，将微细电火花加工电源的阴极通过碳刷8引电到微细工具电极7上，然后通过bm320f电主轴1控制器设置主轴需要的转速，转速范围为1000-80000r/min，一般在20000r/min以内，然后在控制系统的控制下进行微细电火花加工。

微细电解加工实施例：

将简易的微细电解加工主轴安装到微细电解加工机床上，工具电极7通过工具电极夹头6安装到电主轴1上。微细电解加工前，需对工具电极7进行块/线电极电火花磨削加工，这样能够保证加工后的微细工具电极7与电主轴1有很好的同轴度。

电火花在线磨削加工时，电火花电源的阳极通过碳刷8引电到工具电极7上，根据加工需要将工具电极7磨削到需要的微细尺寸。

微细电解加工时，将微细电解加工电源的阴极通过碳刷8引电到微细工具电极7上，然后通过bm320f电主轴1控制器设置主轴需要的转速，转速范围为1000-80000r/min，一般在20000r/min以内，然后在控制系统的控制下进行微细电解加工。

本发明提供的一种简易的所述微细电火花/电解加工主轴，其结构紧凑，性能优良，方便实用，可以实现电火花加工、电解加工，其优势如下：

1、以nsk电主轴1作为动力源，该电主轴1的转速调节范围广，可以实现微细电火花/电解加工中主轴高速旋转。

2、通过一体式绝缘套筒5和3d打印的pla导电支撑件2将电主轴1与引电的工具电极7隔离开，结构紧凑且能够实现良好的电绝缘。

3、通过螺栓9顶着弹簧10连接碳刷8的结构，使得电传输具有半自动调节功能，能够保证碳刷8始终与工具电极7接触，保证电传输的稳定性。

4、一体式绝缘套筒5通过锥度与工具电极7配合，能够保证高的回转精度与加工稳定性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文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。