[发明专利]一种超硬刀具电火花加工装置及操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种刀具加工装置及操作方法，特别是关于一种能够保证刀具后角恒定的超硬刀具电火花加工装置及操作方法。

背景技术

精密数控电火花成型加工机床是精密特种加工技术的重要设备之一，主要用于加工传统机械加工机床难以加工的超硬材料和脆性材料，对精密机械、汽车、微电子产品、航空航天的精密零件和精密模具具有重要意义。电火花加工时无切削力；不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷；工具电极材料无需比工件材料硬；因此超硬刀具的加工是多轴联动数控电火花加工技术的又一成功应用领域。

随着加工工件质量要求的提高，对加工所使用的刀具形状、精度和使用寿命的要求也随之增加。很多工件加工大多为一次直接成型，因此，加工工件的刀具刀头越来越多地采用硬度高、耐磨性好的超硬材料，且形状也多为三维空间曲面，加工复杂。许多外形复杂的超硬异型成型刀具，如圆底刀、修边刀、屉锁刀、台阶刀等，都具有一个曲线型的侧面轮廓，这些刀具的侧面轮廓不能像普通的铣刀一样连成一条直线，而是一条曲线。如图1所示，为木工中经常使用的一种异形成型刀具1，其刀头形状为半球形，刀刃为回转曲线。目前常用的电火花加工机床，如VOLLMER公司的五轴电火花加工中心，在加工这类刀具时采用的是成型加工方法，即先在车床上加工一个和非矩形截面弧度相似的、截面是曲面的电极，然后进行刃口的成型与刃磨；这种加工方法存在的缺点是所加工的刀具的曲面部分后角不一致。如图2所示，成型电极2对被加工刀具3进行成型法加工后，a点处的后角是最佳后角，那么其它曲面部分的后角将小于a点，在b点，甚至出现了后角为0°的极限情况。这样就缩短了刀具的使用寿命和耐磨程度。为了使后角达到一致，可以换用展成法对刃口进行加工，但传统的电火花加工机床实现展成法加工需要在数控编程时进行大量的坐标换算，编程不易实现；而且，往往由于机床本身工作空间的限制使展成法不易实现。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种在加工复杂形状的超硬刀具过程中，能够为展成法加工提供良好基础、工作空间紧凑、编程实现简单，能够保证刀具后角恒定的超硬刀具电火花加工装置及操作方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种超硬刀具电火花加工装置，它包括精密数控电火花成型加工机床，所述机床的床身上设置有常规旋转工作台、旋转电机和伺服系统，其特征在于：所述机床的床身上还设置有三坐标工作台，所述三坐标工作台通过连接轴连接十字滑台，所述十字滑台上设置有旋转电极；所述三坐标工作台包括三根相互正交的X轴、Y轴和Z轴，所述X轴和Y轴为水平方向，所述Z轴垂直于所述X轴和Y轴组成的水平面；所述十字滑台设置在所述常规旋转工作台与所述三坐标工作台之间，所述十字滑台包括两根相互正交的U轴和V轴，所述U轴与所述X轴平行，所述V轴与所述Y轴平行；所述连接轴垂直连接所述X轴和V轴，且与所述Z轴平行；所述旋转电极垂向设置在所述U轴的底部。

上述一种超硬刀具电火花加工装置的操作方法，其包括以下步骤：1)通过机床自身的常规旋转工作台夹紧被加工刀具，控制被加工刀具沿三个方向的角度，以调节被加工刀具的位置；2)通过三坐标工作台的X轴、Y轴和Z轴调节连接轴的位置，并利用十字滑台的U轴和V轴控制旋转电极在以连接轴为原点的水平二维极坐标系内做曲线运动，Z轴配合使旋转电极增加一个垂直方向的移动自由度，实现旋转电极在水平面内以连接轴为回转中心进行极坐标运动，且回转中心的位置在三维空间内可调；3)采用旋转电极对被加工刀具进行展成法加工。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于刀具中心轴的三个正交方向坐标轴由相应伺服电机控制移动，而刀具绕中心轴的运动由两个旋转电机独立控制，如此即能减少实现刀具展成加工实现的复杂度，提高加工速度。2、本发明通过三坐标工作台的X轴、Y轴和Z轴调节连接轴的位置，并利用十字滑台中的U轴和V轴控制旋转电极在以连接轴为原点的水平二维极坐标系内做曲线运动，Z轴可配合使旋转电极增加一个垂直方向的移动自由度；这样，可以实现旋转电极在水平面内以连接轴为回转中心进行极坐标运动，且回转中心的位置在三维空间内可调。3、本发明可以直接对相应于U轴、V轴、X轴、Y轴和Z轴五个机械轴的驱动运动进行编程，免去了大量的坐标转换计算，直接实现了刀具的展成加工，使刀具的展成加工编程可以简单实现。本发明可以用于各种硬质刀具的成型及刃口加工过程中。

附图说明

图1是现有技术中硬质异形成型刀具的示意图

图2是现有技术中成型法电火花加工原理示意图

图3是本发明装置的结构示意图