專利名稱：用于在cnc機床上電腐蝕加工的適配式主軸組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及電腐蝕銑削(EEM)，并且更特別是涉及一種適配式主軸，調(diào)整例如CNC銑削機床的計算機數(shù)字控制機床以用于EEM。
背景技術(shù)：
電腐蝕加工通過將電流通過電極和工件之間的間隙以便去除工件上的材料來實現(xiàn)。它使用直流(DC)電壓而從工件上電能去除材料。電解質(zhì)在工具電極和工件之間循環(huán)，以有助于工件材料的電腐蝕，并 且冷卻和沖洗間隙區(qū)域。這種方法可以高效率去除材料，而對工件造成低的熱損害。使用旋轉(zhuǎn)工具電極的電腐蝕加工的先進模式在相關(guān)的美國專利申請10842344中描述。
與例如渦輪葉輪和帶葉片盤的粗加工和機加工的多種應用中的機械加工或其它放電加工(EDM)方法相比，EEM提供較快的加工和較高的效率。但是應該相信在本發(fā)明之前沒有一種實際可行的方法來將傳 統(tǒng)CNC銑削機床轉(zhuǎn)換用于EEM操作。因此，現(xiàn)代EEM機床是專業(yè)化的系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面在于一種用于CNC銑削機床的傳統(tǒng)多軸CNC機床的適配器主軸組件，該組件驅(qū)動并控制刀具和工件的運動，以便在軟件控制下加工復雜的部件幾何形狀。本發(fā)明的適配器轉(zhuǎn)換銑削機 床，以便進行EEM操作。
本發(fā)明的另一方面在于一種EEM適配器主軸組件，該組件包括構(gòu)造成加工離開工具電極的一定間隙定位的工件的工具電極。通過由間隙上的電位供能的電腐蝕來實現(xiàn)加工，并且通過循環(huán)到該間隙內(nèi)的電 解質(zhì)沖洗液體來幫助。功率供應裝置構(gòu)造成激勵工具電極和工件。
附圖
在參考附圖閱讀以下詳細描述時，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將變得更好理解，附圖的類似參考標號在附圖中表示類似的部件，附圖中


圖1是按照本發(fā)明的一個實施例可以用于傳統(tǒng)CNC銑削機床上的EEM適配式主軸的示意圖2表示按照本發(fā)明笫一實施例的EEM適配式主軸組件；
圖3表示按照本發(fā)明第二實施例的EEM適配式主軸組件；
圖4表示安裝在CNC銑削機床的可動主軸承載件上的EEM適配式
主軸組件。
部件列表
適配式主軸組件20、旋轉(zhuǎn)工具電極21、遠端22、銑削機床22、 主軸24、工具卡盤25、流體通道26、工件承載件27、工件28、可動 心軸承載件29、屏蔽件30、收集箱或管32、 CNC計算機36、信號和 控制回路40、用戶插接電路板42、 DC功率供應裝置44、信號鏈46、 第一電位被傳導48、第二電位被傳導50、電解質(zhì)泵60、流體返回管線 62、內(nèi)部沖洗流體供應管線64、外部沖洗流體供應管線66、第一和第 二流72、 73、間隙74、可轉(zhuǎn)動適配器軸80、遠端81、夾頭82、工件 保持件84、絕緣體86、套筒子組件88、電刷觸點89、軸向定向?qū)Ч?90、開口91、軸向定向?qū)Ч?2、流體輸入歧管94、徑向定向流路95、 歧管96、流體出口 97、低摩擦軸承98、支架99、絕緣部分991、適 配器軸180、工具保持件184、導管192。
具體實施例方式
圖1示意表示通過安裝具有旋轉(zhuǎn)工具電極21的EEM適配式主軸組 件20而被調(diào)整用于電腐蝕加工的CNC銑削機床23。 CNC銑削機床23 具有通常如現(xiàn)有技術(shù)公知那樣保持機械銑削工具的主軸24。經(jīng)由伺服 系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)動和平移工件承載件，工件承載件27相對于銑削工具保持 并運動工件28。計算機36執(zhí)行存儲程序，以便將控制信號38發(fā)送到 操作CNC機床的伺服系統(tǒng)和電子器件。信號和控制回路40將操作狀態(tài) 通訊給計算機36，并且在過熱、流體量低和類似情況下還將通訊來自
于計算機的例如自動系統(tǒng)關(guān)閉的相關(guān)控制信號。
為了將CNC銑削機床2 3適用于EEM應用，適配式EEM主軸組件20 安裝在CNC工具主軸24上，隨后描述。另外，EEM數(shù)字控制程序安裝 在CNC計算機36內(nèi)，并且DC功率供應裝置44用來激勵EEM工具電極 21，以便在工具電極21和工件28之間的間隙內(nèi)電腐蝕。用戶插接電 回路板42可以作為功率供應裝置44和CNC計算機之間的信號鏈46的 界面安裝在CNC計算機36內(nèi)。第一電位從功率供應裝置44被引導48到EEM工具電極，并且第二電位被引導50到工件28,形成包括間隙的 電回路48、 50。
這在工件28和工具電極21之間的間隙74內(nèi)產(chǎn)生放電。CNC計算 機36控制CNC銑削機床23內(nèi)的伺服系統(tǒng)，以便如CNC機床的領(lǐng)域公 知那樣在工具電極21和工件28之間進行相對運動，因此控制間隙74。 CNC計算機36監(jiān)測并控制EEM適配式主軸組件20、相關(guān)功率供應裝置 44和電解質(zhì)泵60的EEM過程。
功率供應裝置44內(nèi)的電壓經(jīng)由功率回路48、 50測量回路檢測間 隙上的電壓，并且將此數(shù)據(jù)經(jīng)由信號鏈46通訊到CNC計算機36內(nèi)的 用戶電路板42，提供有關(guān)放電狀態(tài)和間隙74的情況的信息。EEM控制 程序控制加工進給速度以及基于這種反饋用于最佳操作的DC功率曲 線。功率供應裝置內(nèi)的回路可包括(沒有限制)計時裝置、脈沖產(chǎn)生 裝置、電壓比較裝置和數(shù)據(jù)存儲裝置。所有這些裝置是本領(lǐng)域公知的， 并且可以使用任何適當?shù)难b置，而不偏離本發(fā)明的范圍。
CNC機床通常裝備成在刀具和工件28上噴射液體，以便使其冷卻 并沖洗腐蝕顆粒。屏蔽件30可將液體收集到收集箱或管32內(nèi)，以便 經(jīng)由過濾系統(tǒng)重新循環(huán)。EEM使用具有這些冷卻和沖洗功能并還能夠電 腐蝕的液體電解質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)。EEM電解質(zhì)系統(tǒng)可使用CNC銑削機床23 的某些現(xiàn)有的液體循環(huán)部件，例如屏蔽件30和收集箱32。其它EEM 特殊部件可根據(jù)需要改造或添加。例如，分開的電解質(zhì)泵和過濾單元 60可設置用來從現(xiàn)有收集箱32通過流體返回管線62連接。內(nèi)部沖洗 流體供應管線64可從泵60提供用于內(nèi)部沖洗的第一電解質(zhì)流，隨后 描述。外部沖洗流體供應管線66可提供用于外部沖洗的第二電解質(zhì) 流，隨后描述。過濾可例如如同轉(zhuǎn)讓給本受讓人的美國專利申請公開 文本20050218089A1描述那樣進行。電解質(zhì)泵60可電連接40到控制 計算機36上，以便數(shù)據(jù)通訊到計算機，并且控制來自于計算機的通訊。 這可以進行流動控制并且對于過熱或流體量低的情況停止加工。
圖2表示包括離開工件28 —定間隙74定位的工具電極21的EEM 主軸適配器組件20。功率供應裝置44在間隙74內(nèi)產(chǎn)生加工工件28 的放電。放電造成顆粒與工件28分離，由此加工工件。
工具電極21通過夾頭82可拆卸地安裝在可轉(zhuǎn)動適配器軸80的遠 端81上。工具保持件84固定在適配器軸80的近端上，并且與CNC主軸24上的工具卡盤25配合。適配器軸80通過適配器軸80和工具保 持件84之間的絕緣體86與CNC主軸24電絕緣。功率供應裝置44可 通過將連通到工具電極的導線48和連通到工件的導線50之間施加電 壓差AV的脈沖來激勵工具電極21。此功率通過例如電刷觸點89的子 組件88的固定-轉(zhuǎn)動傳導裝置在導線48和旋轉(zhuǎn)適配器軸80之間傳 導。轉(zhuǎn)動變壓器在轉(zhuǎn)動導體內(nèi)感應電流，而沒有與固定導體實際接觸。
第一和第二液體電解質(zhì)流72和73可以分別用來內(nèi)部和外部沖 洗。如圖2所示，第一液體電解質(zhì)流72經(jīng)由適配器軸80內(nèi)的軸向定 向的導管92供應到工具電極21內(nèi)的軸向定向的導管90。電解質(zhì)72 可通過圍繞適配器軸80 —部分密封的流體輸入歧管94進入適配器軸 80內(nèi)的導管92。此流體輸入歧管94經(jīng)由軸80內(nèi)的大致徑向定向的流 動路徑95將流體72遞送到軸80內(nèi)的導管92。電解質(zhì)72因此可在軸 80轉(zhuǎn)動的同時流入導管92，并且進入工具電極導管90。它離開工具電 極21的遠端72內(nèi)的開口 91，其中它循環(huán)通過間隙72，從而進行電腐 蝕、沖洗、有效去除腐蝕的顆粒并冷卻。
圖3表示去往工具電極的第一電解質(zhì)流72的第二實施例。某些CNC 銑削機床經(jīng)由主軸24內(nèi)的流體通道26提供"穿過主軸"的沖洗。這 種通道26可以如上所示通過將適配器軸180內(nèi)的導管192延伸通過工 具保持件184來利用。在這種情況下，不需要圖2所示的流體輸入歧 管94。
第二液體電解質(zhì)流73可以用來外部沖洗，其中液體73朝著工具 電極21的遠端22從工具電極外部噴射。圖2和3表示通過圍繞適配 器80、 180的遠端81安裝并附接在套筒子組件88上的噴射歧管96提 供外部沖洗的方式。噴射歧管96具有圍繞工具電極21以便沿著工具 電極噴射液體73的流體出口 97。作為選擇或另外，可以使用沒有附接 在適配式主軸組件20上的未示出的其它外部噴嘴。
適配器軸8G安裝在低摩擦軸承98上。軸承98和套筒子組件88 通過附接在CNC磨削機床23上的支架99支承。軸承98與CNC主軸24 對準地支承適配器軸。適配器組件20與CNC銑削機床23電絕緣。支 架99可以如圖2和3所示由電絕緣材料制成，或者可以如圖4所示具 有絕緣部分99i。支架99可以如圖1-3所示附接在CNC銑削機床23 的固定部分上。在這種情況下，工件28相對于工具電極21的CNC運動通過工件承載件27來進行，如CNC銑削機床領(lǐng)域公知那樣。作為選 擇，支架99可如圖4所示附接在可動主軸承載件29上。在這種情況 下，工件28相對于工具電極21的CNC運動可以通過主軸承載件29和 /或工件承載件27來實現(xiàn)?？蓜又鬏S承載件29可以是所示的活塞，或 者可以是安裝在多個正交通路或軌道上的主軸驅(qū)動機構(gòu)，如CNC銑削 才幾床領(lǐng)域/〉知那樣。
按照本發(fā)明的多個方面的EEM系統(tǒng)可使用脈沖和連續(xù)直流功率， 其具有從大約31V-70V的開路電壓范圍以及從大約100A-3000A的平 均電流范圍、連接到工件28上的正電位以及連接到工具電極21上的 負電位；內(nèi)部和外部水基沖洗電解質(zhì)72、 73，其壓力范圍從大約 100psi-1000psi;轉(zhuǎn)動管式電極21，具有例如石墨或黃銅的傳導壁材 料；以及大約500rpm-10000rpm的旋轉(zhuǎn)速度范圍。這些細節(jié)只作為實
例提供，并不限制本發(fā)明。
用于EEM的本發(fā)明適配式主軸使得傳統(tǒng)CNC銑削機床23使用電腐 蝕放電銑削或者傳統(tǒng)銑削。EEM的實際優(yōu)點可以包括l)高材料去除 率。使用32mm直徑管式電極具有20000立方毫米/分鐘的材料去除率。 2)低切削力。4)低工具成本，由于與需要高強度、高硬度和復雜刀 具形狀的傳統(tǒng)銑削工具相比，EEM電極可以是由低成本材料制成的簡單 的管。5)低工具維護，這是由于EEM工具電極不變尖，而是簡單更換。
在操作中，與例如渦輪葉輪和帶葉片盤的粗加工和機加工的多種 應用中的機械切削或其它放電加工(EDM)方法相比，EEM提供較快加 工和較高效率。在EEM組件中，電位在電極和將^皮加工的工件之間的 間隙上產(chǎn)生，在間隙內(nèi)造成放電。在加工電極接近通過間隙分開的工 件表面時，由于電壓在間隙上出現(xiàn)放電。構(gòu)成加工區(qū)域的間隙填充液 體電解質(zhì)。EEM系統(tǒng)提供電解質(zhì)流，從間隙去除腐蝕顆粒并且提供放電 的適當介質(zhì)。
試驗證明由例如鉻鎳鐵合金718金屬合金的金屬合金制成的翼面 可以使用所述過程制造。在使用例如4軸數(shù)字控制器和脈沖DC功率供 應裝置的測試條件下，這種試驗指出加工速度顯著增加，并且機械加 工的工具成本顯著減小。
鉻鎳鐵合金718是相對高強度、高溫和耐腐蝕鎳鉻超合金的一個 實例。它適用于高達1300F的空氣中。它容易加工并且可以時效硬化。
這種合金可包括大致如下的元素重量百分比:
鋁 0.2-0.8
硼 最大0. 0006
碳 最大0. 08
鉻 17-21
鈷 最大l
銅 最大O. 3
鐵 余量
鎂 最大0. 35
鉬 2.8-3.3
鎳 50-55
鈮 4.75-5.5
磷 最大0.015
硅 最大O. 35
硫 最大0.015
鈦 0.65-1.15
雖然這里只描述和說明了本發(fā)明的某些特征，本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員將理解到多種變型和改型。因此，理解到所附權(quán)利要求用來覆蓋 這些落入本發(fā)明的真實精神內(nèi)的變型和改型。
權(quán)利要求
1.一種用于通過計算機數(shù)字控制(CNC)機床(36)電腐蝕加工工件(28)的適配式主軸組件(20)，適配式主軸組件(20)包括包括近端和遠端(22)的可轉(zhuǎn)動適配器軸(80)；包括近端和遠端(22)的工具電極(21)，工具電極(21)的近端安裝在適配器軸(80)的遠端(22)上；位于適配器軸(80)的近端上以便插入CNC機床的主軸(24)上的工具卡盤(25)內(nèi)的工具保持件(84)，工具保持件(84)與適配器軸(80)電絕緣；附接在CNC機床上并支承適配式主軸組件(20)的支架(99)；通過支架(99)支承并且與主軸(24)對準地支承適配器軸(80)的低摩擦軸承(90)；通過支架(99)支承并與其電絕緣以便電激勵工具電極(21)的固定-轉(zhuǎn)動導電裝置；以及將流體電解質(zhì)從泵(60)輸送到工具電極(21)的遠端(22)的流體通道(26)；其中工具電極(21)可經(jīng)由適配式主軸組件(20)安裝在CNC機床的主軸(21)上，以便轉(zhuǎn)動并經(jīng)由電腐蝕加工。
2. 如權(quán)利要求1所述的適配式主軸組件(20)，其特征在于，還 包括經(jīng)由可轉(zhuǎn)動適配器軸(80)和固定-轉(zhuǎn)動導電裝置將第一電位供應 到工具電極(21 )并將第二電位供應到工件(28 )的功率供應裝置(44 )。
3. 如權(quán)利要求1所述的適配式主軸組件(20)，其特征在于，流 體通道(26)包括在工具電極(21)中的軸向定向的流體導管(90);以及 在適配器軸(80)中的與工具電極(21)中的軸向定向流體導管 (90)流體連通的軸向定向?qū)Ч?92)。
4. 如權(quán)利要求3所述的適配式主軸組件，其特征在于，還包括圍 繞可轉(zhuǎn)動適配器軸(80)的一部分密封的流體輸入歧管(94)，其中 可轉(zhuǎn)動適配器軸(80)包括在流體輸入歧管(94)和可轉(zhuǎn)動適配器軸(80)內(nèi)的軸向定向流體導管(92)之間連通的流體通路；由此流體 可從流體輸入歧管(94)流入可轉(zhuǎn)動適配器軸(80)內(nèi)的軸向定向流 體導管(92)。
5. 如權(quán)利要求3所述的適配器主軸組件，其特征在于，可轉(zhuǎn)動適 配器軸(80 )內(nèi)的軸向定向流體導管(92 )延伸通過工具保持件(84 )， 以便與CNC機床的主軸內(nèi)的穿過主軸沖洗導管流體連通。
6. 如權(quán)利要求1所述的適配器主軸組件，其特征在于，流體通道 (26)包括外部沖洗裝置，以便朝著工具電極(21)的遠端(22)外部噴射流體電解質(zhì)。
7. 如權(quán)利要求6所述的適配器主軸組件，其特征在于，外部沖洗 裝置包括圍繞可轉(zhuǎn)動適配器軸(80 )的遠端(22 )的流體噴射歧管(96 )， 流體噴射歧管包括圍繞工具電極(21)以便沿著工具電極(21)引導 流體電解質(zhì)的流體出口 (97)。
8. 如權(quán)利要求1所述的適配器主軸組件，其特征在于，還包括將 流體電解質(zhì)供應到流體通道(26)的電解質(zhì)泵(60)和過濾系統(tǒng)。
9. 如權(quán)利要求8所述的適配器主軸組件，其特征在于，還包括經(jīng) 由可轉(zhuǎn)動適配器軸(80)和固定-轉(zhuǎn)動導電裝置將第一電位供應到工具 電極(21)以及將第二電位供應到工件(28 )的功率供應裝置(44 )， 其中流體電解質(zhì)泵(60)和過濾系統(tǒng)以及功率供應裝置(44)電連接 到CNC機床上的控制計算機(36)上以便與所述控制計算機數(shù)據(jù)通訊 以及控制來自于所述控制計算機的通訊。
10. —種用于在CNC機床上電腐蝕加工工件(28)的適配式主軸 組件(20)，適配式主軸組件包括包括近端和遠端(22)的可轉(zhuǎn)動適配器軸(80);包括近端和遠端(22 )的工具電極(21 )，工具電極(21 )的近 端可松開地安裝在適配器軸(80)的遠端(22)上；位于適配器軸(80)的近端上以便插入CNC機床的主軸(24)上 的工具卡盤(25)內(nèi)的工具保持件(84)，工具保持件(84)與適配 器軸(80)電絕緣；圍繞可轉(zhuǎn)動適配器軸(80 )的低摩擦軸承(98 )，低摩擦軸承(98 ) 安裝在附接在CNC機床上的支架(99)上；附接在支架(99)上并與其電絕緣以便電激勵可轉(zhuǎn)動適配器軸 (80)的電刷接觸組件；工具電極(21)內(nèi)的在工具電極(21)的遠端(22)處開口的軸 向定向流體通道(90); 可轉(zhuǎn)動適配器軸(80)內(nèi)的與工具電極(21)內(nèi)的軸向定向流體 通道流體連通的軸向定向流體通道(92 );圍繞可轉(zhuǎn)動適配器軸(80)的遠端(22)的流體噴射歧管(96)， 流體噴射歧管包括圍繞工具電極(21)以便沿著工具電極(21)引導 流體電解質(zhì)的流體出口 (97);經(jīng)由可轉(zhuǎn)動適配器軸(80)內(nèi)的軸向定向流體通道將流體電解質(zhì) 供應到工具電極(21)內(nèi)的軸向定向流體通道并且將流體電解質(zhì)的一 部分供應到流體噴射歧管(96)的流體電解質(zhì)泵(60)和過濾系統(tǒng)； 以及經(jīng)由可轉(zhuǎn)動適配器軸UO)和電刷接觸組件將第一電位供應到工 具電極(21 )并且將第二電位供應到工件(28 )的功率供應裝置(44 )。
全文摘要
一種用于調(diào)整CNC銑削機床(23)以用于電腐蝕加工的設備和方法。該設備包括位于適配器軸(80)的遠端(22)上的管狀電極。位于適配器軸(80)的近端上的工具保持件(84)可安裝在銑削機床的刀具主軸(24)的卡盤內(nèi)。適配器軸(80)可轉(zhuǎn)動安裝在通過支架(99)支承的軸承(98)和電刷接觸子組件內(nèi)。支架(99)附接在銑削機床上，但與工具電極(21)絕緣。軸承(98)與CNC主軸(24)對準地支承適配器軸(80)。電功率供應裝置(44)激勵電極和工件(28)以便在其之間的間隙(74)內(nèi)電腐蝕。電解質(zhì)在操作中循環(huán)通過旋轉(zhuǎn)工具電極(21)。CNC計算機(36)構(gòu)造成操作機床、功率供應裝置(44)以及電解質(zhì)流以便電腐蝕加工。
文檔編號B23H3/00GK101200011SQ20071019898
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月11日
發(fā)明者G·M·納爾遜, U·坎特利, 羅元豐, 袁人煒, 詹移民 申請人:通用電氣公司