[发明专利]数控小孔机电极旋转控制装置及方法

说明书

本申请公开了一种数控小孔机电极旋转控制装置以及该装置的应用方法和配置这种装置的数控小孔机，其中电极旋转控制装置包括步进电机，步进电机通过旋转头驱动电极管，还包括：带有中心孔的转子，所述转子上制有编码图形；设于所述中心孔中的橡胶环，所述电极管穿入所述橡胶环中；与所述转子相配合的定子；与所述定子相对固定、且与所述编码图形相配合以用于检测所述转子转速的线阵扫描摄像机；为所述定子供电进而带动所述转子旋转、且与所述步进电机的电机驱动器以及所述线阵扫描摄像机均相连的驱动电路。本申请可有效提高小孔加工质量。

技术领域

本申请涉及数控小孔机领域，具体涉及一种数控小孔机电极旋转控制装置以及该装置的应用方法和配置这种装置的数控小孔机。

背景技术

数控电加工小孔机(以下简称小孔机)属于电火花加工机床的一种，是利用连续移动的细长中空铜管作为工具电极(以下简称电极)，通过从铜管孔穿过的介质(工作液)与工件发生放电，对工件进行脉冲火花放电蚀除金属达到穿孔的目的，该设备主要用于加工超硬钢材、硬质合金等可导电性物质的微细孔。电火花蚀除加工又是数控小孔机的核心部分，其主要功能是：1、根据间隙电压来调节电极加工进给速度以控制放电间隙大小；2、旋转给液装置(旋转头、导向器)来实现电极旋转和高压给液。电极数控进给控制技术和电火花间隙电压采集技术，经过多年发展得到了明显地提高，而由旋转装置所引起的各种问题，目前已成为了影响产品质量的主要因素。

小孔机孔定位精度可以做到±1μ，而由旋转加工所引起的精度误差大于±5μ，且加工孔的形状不规则，所以旋转控制技术的创新已成为数控小孔机亟待解决的关键技术问题。

小孔机旋转头具有电极旋转和高压给液两个功能，在微细孔(0.3～3mm直径)加工中，电极在旋转头的作用下作旋转运动，一方面可使电极端面损耗均匀，不受高压、高速工作液介质的反作用力而偏移；另一方面，高压流动的工作液在小孔壁按螺旋线轨迹流出孔外，像静压轴承那样，使电极管“悬浮”在孔心，不易产生短路，因此，电极旋转稳定性是影响小孔机加工效率和质量的重要因素。

现有旋转机构(如图1)包括步进电机(以下简称电机)、同步带、齿轮、旋转轴、轴承、电极夹头和电极。小孔机电加工属于电极与工件之间的非接触式加工，加工理想状态是电极(30cm细长空心管)沿轴向进给加工时，旋转不能有任何晃动。由于旋转轴受力、电极质量分布不匀和电极刚度有限等因素导致电极旋转时晃动较大，必须使用导向架上的导向器来限制晃动(导向器内孔直径大于电极直径)，因其作用有限经常造成孔径偏大、形状不规则、表面损伤或上下段孔径偏差等严重后果。同时，由于电极晃动过大，使间隙放电失控，甚至造成电极与工件之间短路，严重影响加工质量与效率，目前小孔机旋转给液装置主要有以下不足：

1、由于电极(即电极管)为细长空心、电极质量分布不匀等原因，使电极旋转时产生晃动，而导向器被动限制作用有限晃动依然存在。另外电极与导向器“接触”产生了新的阻矩，让幅度大的晃动转变成幅度小频率快、轨迹杂乱的晃动，直接影响加工孔的形状、尺寸精度和加工效率。

2、由于高压给液部件必须安装在旋转头内正上部，导致无法采用直接电机轴驱动，必须使用同步带传动。同步带压轴力在转轴上的径向载荷较大，转轴刚度(因电极必须从转轴中通过，转轴为非实心)、轴承支撑力以及同步带传动扰动等因素，都会引起电极旋转时受力不匀而出现晃动，直接影响加工孔的形状、尺寸精度和加工效率。

3、由于拖动旋转的力矩作用在电极上部，电极本身又为细长空心，当加工端(电极下部)受到各种微小阻力扰动，其旋转运动轨迹都会发生改变，直接影响加工孔的形状、尺寸精度和加工效率。

4、因加工时电极在工件小孔中，无法安装监测和异常处理机构，而拖动旋转的步进电机以恒转速模式(电磁转矩自适应负载能力)运行，一旦出现电极晃动过大或“异常”接触，不仅会严重影响加工工件的质量，甚至造成整个工件报废。