便攜式加工觀測一體化微小型數(shù)控電蝕加工機床的制作方法
【專利摘要】便攜式加工觀測一體化微小型數(shù)控電蝕加工機床，屬于數(shù)控機床領(lǐng)域。為了解決現(xiàn)有電蝕加工機床體積大，且不能用于現(xiàn)場視頻教學(xué)演示的問題。它包括微小型機床本體結(jié)構(gòu)、伺服進給機構(gòu)、伺服執(zhí)行機構(gòu)、彈性元件和電氣控制盒；微小型機床本體結(jié)構(gòu)包括便攜輕量橫梁、立柱、工作臺、工作液槽、導(dǎo)軌和滑塊；伺服進給機構(gòu)包括直線步進電機和非剛性連接球頭；伺服執(zhí)行機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)電機、電極夾頭和旋轉(zhuǎn)電機固定架；電氣控制盒用于給電極夾頭提供脈沖電壓，并檢測電極夾頭所夾持電極與工作液槽內(nèi)待加工器件間的極間電壓，同時還用于控制直線步進電機。本發(fā)明用于電加工領(lǐng)域。
【專利說明】便攜式加工觀測一體化微小型數(shù)控電蝕加工機床

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于數(shù)控機床領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]電加工憑借其宏觀作用力小、非接觸加工、對材料適用范圍廣等諸多優(yōu)勢在機械加工領(lǐng)域占據(jù)著重要位置，被廣泛地應(yīng)用于模具制造、微細(xì)加工等領(lǐng)域，是應(yīng)用最為廣泛的特種加工技術(shù)之一，但是通常電加工機床都是固定式的、體積和重量較大、不便于手提攜帶、而且成本高(十幾萬到幾百萬一臺)、使用和維修費用高。即便是小型臺式電加工機床，也不便于手提攜帶。對于科研和生產(chǎn)中某些難加工材料和難加工型孔的加工需求，若設(shè)計成便攜式的電蝕加工工具，則具有更大的靈活性和實用性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有電蝕加工機床體積大，且不能用于現(xiàn)場視頻教學(xué)演示的問題，本發(fā)明提供了便攜式加工觀測一體化微小型數(shù)控電蝕加工機床。
[0004]便攜式加工觀測一體化微小型數(shù)控電蝕加工機床，它包括微小型機床本體結(jié)構(gòu)、伺服進給機構(gòu)、伺服執(zhí)行機構(gòu)、彈性元件和電氣控制盒；
[0005]所述的微小型機床本體結(jié)構(gòu)包括便攜輕量橫梁、立柱、工作臺、工作液槽、導(dǎo)軌和滑塊；
[0006]伺服進給機構(gòu)包括直線步進電機和非剛性連接球頭；
[0007]伺服執(zhí)行機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)電機、電極夾頭和旋轉(zhuǎn)電機固定架；
[0008]立柱的一端垂直固定有便攜輕量橫梁，其另一端固定在工作臺上，工作臺上設(shè)有工作液槽，直線步進電機固定在便攜輕量橫梁上，且直線步進電機的滾珠絲杠穿過便攜輕量橫梁，滾珠絲杠的下端設(shè)有非剛性連接球頭，立柱靠近工作液槽的側(cè)壁上設(shè)有導(dǎo)軌，并保證導(dǎo)軌與直線步進電機的滾珠絲杠平行，
[0009]導(dǎo)軌通過滑塊與旋轉(zhuǎn)電機固定架滑動連接，非剛性連接球頭壓在旋轉(zhuǎn)電機固定架的上固定板的上表面，彈性元件夾固在便攜輕量橫梁與旋轉(zhuǎn)電機固定架的上固定板之間，旋轉(zhuǎn)電機固定架的下固定板上固定有旋轉(zhuǎn)電機，旋轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)軸穿過旋轉(zhuǎn)電機固定架的下固定板，且旋轉(zhuǎn)電機的旋轉(zhuǎn)軸的末端固定有電極夾頭，電極夾頭所夾持電極與工作液槽內(nèi)的待加工器件間形成極間間隙，電氣控制盒用于給電極夾頭提供脈沖電壓，并檢測電極夾頭所夾持電極與工作液槽內(nèi)待加工器件間的極間電壓，同時還用于控制直線步進電機。
[0010]所述的便攜式加工觀測一體化微小型數(shù)控電蝕加工機床，它還包括視頻及音頻裝置，視頻及音頻裝置固定在導(dǎo)軌所在的側(cè)壁上，并位于導(dǎo)軌的下方，
[0011]視頻及音頻裝置用于采集電極夾頭所夾持電極與工作液槽的工作狀態(tài)信息，并將采集的信息送至移動終端。
[0012]所述的電氣控制盒包括殼體、伺服檢測模塊、伺服控制模塊、伺服驅(qū)動模塊和電源模塊，所述的伺服檢測模塊、伺服控制模塊、伺服驅(qū)動模塊和電源模塊設(shè)置在殼體內(nèi)，電源模塊用于給電極夾頭、伺服檢測模塊、伺服控制模塊和伺服驅(qū)動模塊提供工作電源，
[0013]伺服檢測模塊用于檢測極間電壓，并將獲得的極間電壓數(shù)據(jù)發(fā)送給伺服控制模塊，伺服控制模塊用于根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)產(chǎn)生直線步進電機控制信號發(fā)送給伺服驅(qū)動模塊，伺服驅(qū)動模塊用于根據(jù)接收到的直線步進電機控制信號產(chǎn)生直線步進電機驅(qū)動信號發(fā)送給直線步進電機。
[0014]所述的電氣控制盒還包括數(shù)碼管顯示模塊，該數(shù)碼管顯示模塊嵌入在殼體的前表面，且數(shù)碼管顯示模塊的信號輸入端與伺服控制模塊的顯示信號輸出端連接。
[0015]原理分析:
[0016]加工零件時，首先向工作液槽中充入純凈水，將工件固定至工作液槽中工件架上，將電氣控制盒調(diào)至手動模式，在手動模式下調(diào)節(jié)電極與工件之間距離，調(diào)節(jié)機床加工規(guī)準(zhǔn)(粗、中、精加工規(guī)準(zhǔn))及相應(yīng)的電參數(shù)，隨后將手動模式切換至自動模式進行加工，加工過程中，加工狀態(tài)參數(shù)可通過電氣控制盒中數(shù)碼管顯示，視頻及音頻裝置實時監(jiān)控加工過程中的放電現(xiàn)象及工件、電極的形狀及尺寸變化，并可通過移動終端進行尺寸測量，為便于監(jiān)控。
[0017]為保證放電間隙處于最佳狀態(tài)，電氣控制盒中的伺服檢測模塊實時檢測電極與工件間電壓，將檢測信號輸入至伺服控制模塊，伺服控制模塊依據(jù)控制策略發(fā)送信號控制伺服驅(qū)動模塊，控制直線步進電機上下運動來調(diào)節(jié)間隙大小。在此過程中，非剛性連接球頭以非剛性形式連接直線步進電機及旋轉(zhuǎn)電機固定架來有效消除伺服進給阻力；另外彈性元件在整個加工過程中始終給旋轉(zhuǎn)電機固定架向上的拉力，可以有效消除機械傳動間隙，提高伺服響應(yīng)速度與加工精度。
[0018]便攜式加工觀測一體化微小型數(shù)控電蝕加工機床具有“麻雀雖小，五臟俱全”的特點，不僅可滿足加工需求，還可以擺脫對費用昂貴的大型電火花加工設(shè)備的依賴，并且可以方便地攜帶到工作現(xiàn)場進行加工，具有很大的靈活性。本發(fā)明可作為用于小孔和簡單形狀加工的便攜式電火花加工工具，用于科研和生產(chǎn)中各種難加工材料和難加工型孔的加工。
[0019]此外本發(fā)明還可作為進行教學(xué)演示和科普創(chuàng)新教育的教具，實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)方式，并通過光、聲、電等信息的處理，可以使學(xué)生了解和感受電火花加工現(xiàn)象和加工過程，對于增加學(xué)生的感性認(rèn)識并提高其實踐動手能力和創(chuàng)新意識具有積極的作用。
[0020]本發(fā)明所述的便攜式加工觀測一體化微小型數(shù)控電蝕加工機床的加工精度得到顯著提高，且不僅可以將機床隨意攜帶至現(xiàn)場進行加工，還可以作為課堂演示示教的教具，新型電氣控制系統(tǒng)允許用戶選擇，更換，組合使用不同的加工電源、不同的伺服驅(qū)動方式以及不同的伺服檢測方法，由于采用模塊化處理，每個模塊之間獨立存在，這種模塊化處理方式便于將來對系統(tǒng)進行擴展升級、模塊更換及組合使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為【具體實施方式】一所述的便攜式加工觀測一體化微小型數(shù)控電蝕加工機床的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0022]圖2為【具體實施方式】三所述的電氣控制盒的原理示意圖。

【具體實施方式】
[0023]【具體實施方式】一:參見圖1說明本實施方式，本實施方式所述的便攜式加工觀測一體化微小型數(shù)控電蝕加工機床，它包括微小型機床本體結(jié)構(gòu)、伺服進給機構(gòu)、伺服執(zhí)行機構(gòu)、彈性元件13和電氣控制盒14 ；
[0024]所述的微小型機床本體結(jié)構(gòu)包括便攜輕量橫梁2、立柱3、工作臺8、工作液槽9、導(dǎo)軌4和滑塊5 ；
[0025]伺服進給機構(gòu)包括直線步進電機I和非剛性連接球頭12 ；
[0026]伺服執(zhí)行機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)電機11、電極夾頭10和旋轉(zhuǎn)電機固定架6 ；
[0027]立柱3的一端垂直固定有便攜輕量橫梁2，其另一端固定在工作臺8上，工作臺8上設(shè)有工作液槽9，直線步進電機I固定在便攜輕量橫梁2上，且直線步進電機I的滾珠絲杠穿過便攜輕量橫梁2，滾珠絲杠的下端設(shè)有非剛性連接球頭12，立柱3靠近工作液槽9的側(cè)壁上設(shè)有導(dǎo)軌4，并保證導(dǎo)軌4與直線步進電機I的滾珠絲杠平行，導(dǎo)軌4通過滑塊5與旋轉(zhuǎn)電機固定架6滑動連接，非剛性連接球頭12壓在旋轉(zhuǎn)電機固定架6的上固定板的上表面，彈性元件13夾固在便攜輕量橫梁2與旋轉(zhuǎn)電機固定架6的上固定板之間，旋轉(zhuǎn)電機固定架6的下固定板上固定有旋轉(zhuǎn)電機11，旋轉(zhuǎn)電機11的旋轉(zhuǎn)軸穿過旋轉(zhuǎn)電機固定架6的下固定板，且旋轉(zhuǎn)電機11的旋轉(zhuǎn)軸的末端固定有電極夾頭10，電極夾頭10所夾持電極與工作液槽9內(nèi)的待加工器件間形成極間間隙，電氣控制盒14用于給電極夾頭10提供脈沖電壓，并檢測電極夾頭10所夾持電極與工作液槽9內(nèi)待加工器件間的極間電壓，同時還用于控制直線步進電機I。
[0028]本實施方式中，現(xiàn)有技術(shù)中的電蝕加工機床連接冗余，體積大，而本發(fā)明所述的便攜式加工觀測一體化微小型數(shù)控電蝕加工機床采用的器件少，且結(jié)構(gòu)簡單，體積小，便于攜帶；且本發(fā)明所述便攜式加工觀測一體化微小型數(shù)控電蝕加工機床采用新型伺服執(zhí)行機構(gòu)，即利用彈性元件13消除機械傳動間隙，這種間隙主要有以下兩種:
[0029]一、直線步進電機I內(nèi)部通過絲杠將轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成絲杠直線運動，因此絲杠與螺母間存在軸向間隙；
[0030]二、旋轉(zhuǎn)電機固定架6的上固定板與非剛性連接球頭12之間若無連接件將存在較大回程誤差。
[0031]本發(fā)明將彈性元件13 —端連接在便攜輕量橫梁2上，另一端連接在旋轉(zhuǎn)電機固定架6上，在伺服進給中，彈性元件13始終對伺服執(zhí)行機構(gòu)施加向上拉力，因此可以有效消除絲杠軸向間隙及非剛性連接球頭12與旋轉(zhuǎn)電機固定板6之間回程誤差，提高伺服響應(yīng)精度。
[0032]本發(fā)明采用新型可消除直線步進電機I軸與導(dǎo)軌4軸之間平行度偏差所帶來的伺服進給阻力的非剛性連接方式，即直線步進電機I與旋轉(zhuǎn)電機固定架6頂面之間采用非剛性連接球頭12，非剛性連接球頭12與旋轉(zhuǎn)電機固定架6的上固定板之間為點接觸，機床由于零部件加工誤差、安裝誤差最終表現(xiàn)為直線步進電機I軸與導(dǎo)軌4軸之間平行度誤差，由于非剛性連接球頭12可以有效的消除伺服進給過程中的伺服驅(qū)動電機軸與導(dǎo)軌軸之間平行度誤差帶來的伺服進給阻力，因此可以提高伺服響應(yīng)速度與精度，同時降低所選直線步進電機的功率。
[0033]【具體實施方式】二:參見圖1說明本實施方式，本實施方式與【具體實施方式】一所述的便攜式加工觀測一體化微小型數(shù)控電蝕加工機床的區(qū)別在于，它還包括視頻及音頻裝置7，視頻及音頻裝置7固定在導(dǎo)軌4所在的側(cè)壁上，并位于導(dǎo)軌4的下方，
[0034]視頻及音頻裝置7用于采集電極夾頭10所夾持電極與工作液槽9的工作狀態(tài)信息，并將采集的信息送至移動終端。
[0035]本實施方式，通過視頻及音頻裝置7對放電現(xiàn)象進行實時視頻顯示及音頻監(jiān)聽，并送至移動終端，如計算機、平板、手機等，便于觀測、監(jiān)聽與測量。
[0036]【具體實施方式】三:參見圖2說明本實施方式，本實施方式與【具體實施方式】一或二所述的便攜式加工觀測一體化微小型數(shù)控電蝕加工機床的區(qū)別在于，所述的電氣控制盒14包括殼體、伺服檢測模塊14-1、伺服控制模塊14-2、伺服驅(qū)動模塊14-3和電源模塊14_4，所述的伺服檢測模塊14-1、伺服控制模塊14-2、伺服驅(qū)動模塊14-3和電源模塊14_4設(shè)置在殼體內(nèi)，電源模塊14-4用于給電極夾頭10、伺服檢測模塊14-1、伺服控制模塊14-2和伺服驅(qū)動模塊14-3提供工作電源，
[0037]伺服檢測模塊14-1用于檢測極間電壓，并將獲得的極間電壓數(shù)據(jù)發(fā)送給伺服控制模塊14-2，伺服控制模塊14-2用于根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)產(chǎn)生直線步進電機控制信號發(fā)送給伺服驅(qū)動模塊14-3，伺服驅(qū)動模塊14-3用于根據(jù)接收到的直線步進電機控制信號產(chǎn)生直線步進電機驅(qū)動信號發(fā)送給直線步進電機I。
[0038]本實施方式中，伺服檢測模塊14-1檢測極間電壓，并將檢測值送至伺服控制模塊14-2，伺服控制模塊14-2根據(jù)控制策略發(fā)送指令控制伺服驅(qū)動模塊14-3，進而調(diào)節(jié)極間間隙大小，電源模塊14-4為每個模塊提供所需電源，并為機床加工提供脈沖電源。該新型電氣控制盒14特點為模塊化處理，每個模塊之間獨立存在，這種模塊化處理方式便于將來對系統(tǒng)及機床功能結(jié)構(gòu)進行擴展升級、模塊更換及組合使用。
[0039]【具體實施方式】四:本實施方式與【具體實施方式】三所述的便攜式加工觀測一體化微小型數(shù)控電蝕加工機床的區(qū)別在于，所述的工作臺8為XY兩軸伺服進給功能平臺，且電氣控制盒14還用于控制XY兩軸伺服進給功能平臺運動。
[0040]本實施方式中，工作臺8可根據(jù)加工需要更換為具有XY兩軸伺服進給功能的平臺，由于采用模塊化處理，僅需要在電氣控制盒14中添加相應(yīng)的伺服控制模塊及伺服進給模塊即可實現(xiàn)上述功能，便于機床結(jié)構(gòu)功能的擴展，且模塊之間的更換使用不影響其他模塊的正常使用。
[0041]【具體實施方式】五:本實施方式與【具體實施方式】三所述的便攜式加工觀測一體化微小型數(shù)控電蝕加工機床的區(qū)別在于，所述的電氣控制盒14還包括數(shù)碼管顯示模塊，該數(shù)碼管顯不模塊嵌入在殼體的前表面，且數(shù)碼管顯不模塊的信號輸入端與伺服控制模塊14-2的顯示信號輸出端連接。
【權(quán)利要求】
1.便攜式加工觀測一體化微小型數(shù)控電蝕加工機床，其特征在于，它包括微小型機床本體結(jié)構(gòu)、伺服進給機構(gòu)、伺服執(zhí)行機構(gòu)、彈性元件(13)和電氣控制盒(14)； 所述的微小型機床本體結(jié)構(gòu)包括便攜輕量橫梁(2)、立柱(3)、工作臺(8)、工作液槽(9)、導(dǎo)軌(4)和滑塊(5)； 伺服進給機構(gòu)包括直線步進電機(I)和非剛性連接球頭(12)； 伺服執(zhí)行機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)電機(11)、電極夾頭(10)和旋轉(zhuǎn)電機固定架(6)； 立柱(3)的一端垂直固定有便攜輕量橫梁(2)，其另一端固定在工作臺(8)上，工作臺(8)上設(shè)有工作液槽(9)，直線步進電機(I)固定在便攜輕量橫梁(2)上，且直線步進電機(I)的滾珠絲杠穿過便攜輕量橫梁(2)，滾珠絲杠的下端設(shè)有非剛性連接球頭(12)，立柱(3)靠近工作液槽(9)的側(cè)壁上設(shè)有導(dǎo)軌(4)，并保證導(dǎo)軌(4)與直線步進電機(I)的滾珠絲杠平行，導(dǎo)軌(4)通過滑塊(5)與旋轉(zhuǎn)電機固定架(6)滑動連接，非剛性連接球頭(12)壓在旋轉(zhuǎn)電機固定架(6)的上固定板的上表面，彈性元件(13)夾固在便攜輕量橫梁(2)與旋轉(zhuǎn)電機固定架￠)的上固定板之間，旋轉(zhuǎn)電機固定架￠)的下固定板上固定有旋轉(zhuǎn)電機(11)，旋轉(zhuǎn)電機(11)的旋轉(zhuǎn)軸穿過旋轉(zhuǎn)電機固定架(6)的下固定板，且旋轉(zhuǎn)電機(11)的旋轉(zhuǎn)軸的末端固定有電極夾頭(10)，電極夾頭(10)所夾持電極與工作液槽(9)內(nèi)的待加工器件間形成極間間隙，電氣控制盒(14)用于給電極夾頭(10)提供脈沖電壓，并檢測電極夾頭(10)所夾持電極與工作液槽(9)內(nèi)待加工器件間的極間電壓，同時還用于控制直線步進電機⑴。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式加工觀測一體化微小型數(shù)控電蝕加工機床，其特征在于，它還包括視頻及音頻裝置(7)，視頻及音頻裝置(7)固定在導(dǎo)軌(4)所在的側(cè)壁上，并位于導(dǎo)軌(4)的下方， 視頻及音頻裝置(7)用于采集電極夾頭(10)所夾持電極與工作液槽(9)的工作狀態(tài)信息，并將采集的信息送至移動終端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的便攜式加工觀測一體化微小型數(shù)控電蝕加工機床，其特征在于，所述的電氣控制盒(14)包括殼體、伺服檢測模塊(14-1)、伺服控制模塊(14-2)、伺服驅(qū)動模塊(14-3)和電源模塊(14-4)，所述的伺服檢測模塊(14-1)、伺服控制模塊(14-2)、伺服驅(qū)動模塊(14-3)和電源模塊(14-4)設(shè)置在殼體內(nèi)，電源模塊(14_4)用于給電極夾頭(10)、伺服檢測模塊(14-1)、伺服控制模塊(14-2)和伺服驅(qū)動模塊(14-3)提供工作電源， 伺服檢測模塊(14-1)用于檢測極間電壓，并將獲得的極間電壓數(shù)據(jù)發(fā)送給伺服控制模塊(14-2)，伺服控制模塊(14-2)用于根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)產(chǎn)生直線步進電機控制信號發(fā)送給伺服驅(qū)動模塊(14-3)，伺服驅(qū)動模塊(14-3)用于根據(jù)接收到的直線步進電機控制信號產(chǎn)生直線步進電機驅(qū)動信號發(fā)送給直線步進電機(I)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的便攜式加工觀測一體化微小型數(shù)控電蝕加工機床，其特征在于，所述的電氣控制盒(14)還包括數(shù)碼管顯示模塊，該數(shù)碼管顯示模塊嵌入在殼體的前表面，且數(shù)碼管顯示模塊的信號輸入端與伺服控制模塊(14-2)的顯示信號輸出端連接。
【文檔編號】B23H11/00GK104227154SQ201410379971
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月4日
【發(fā)明者】韋東波, 楊曉冬, 劉晉春, 岳曉明, 白基成, 郭永豐, 遲關(guān)心 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)