真圓弧插補線切割工具機用旋轉工作檯的製作方法

2023-05-06 21:18:51 3

真圓弧插補線切割工具機用旋轉工作檯的製作方法
【專利摘要】一種真圓弧插補線切割工具機用旋轉工作檯，涉及線切割加工工具機【技術領域】，主要解決傳統線切割工具機在插補加工圓弧和斜線時用X軸方向和Y軸方向的階梯直線段來逼近圓弧曲線和斜線所造成的表面粗糙、光潔度差等問題。該旋轉工作檯是一個具有三自由度（Z軸方向旋轉、X＇軸方向移動、Y＇軸方向移動）的旋轉工作檯，包括有Z軸圓形導軌、X＇軸導軌和絲槓螺母副，Y＇軸導軌和絲槓螺母副，將該旋轉工作檯安裝在線切割工具機原有的二自由度(X軸方向移動、Y軸方向移動)工作檯上，結合控制程序，使加工圓弧曲線時的插補動作由旋轉自由度Z軸來完成，實現真圓弧插補，克服了傳統方法用X軸、Y軸的插補線段來逼近圓弧曲線進行加工所帶來的誤差，提高了圓弧插補的加工質量。利用該工作檯加工與X軸或Y軸成一定夾角θ的傾斜直線時，可將工作檯的Z軸旋轉一個角度θ，使加工軌跡線與X軸或Y軸方向一致，從而變斜線插補為在X軸方向或Y軸方向的直線插補，提高了斜線插補的加工質量。同時，當加工相同軌跡的圓弧曲線或斜線時，利用該旋轉工作檯可使加工插補的路徑比傳統插補的路徑短，可提高加工效率。
【專利說明】真圓弧插補線切割工具機用旋轉工作檯
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及線切割加工工具機【技術領域】，特別涉及線切割工具機在加工圓弧和斜線時用的真圓弧插補線切割工具機用旋轉工作檯，主要解決傳統線切割工具機在插補加工圓弧和斜線時用X軸方向和Y軸方向的階梯直線段來逼近圓弧曲線和斜線所造成的表面粗糙、光潔度差等問題。
【背景技術】
[0002]目前，已知的電火花線切割工具機的工作檯都是由X軸和Y軸組成的二自由度工作檯，加工時的插補原理都是用X軸方向和Y軸方向的直線插補方式實現任意輪廓形狀エ件的加工。但用直線插補方式加工輪廓為圓弧或斜線的零件時，所形成的加工輪廓線從微觀上看，實際是用一系列沿X軸方向和Y軸方向的階梯直線段來近似逼近圓弧曲線和斜線，這樣加工出來的零件，表面粗糙、光潔度差，無法滿足現代化高精度精密零部件的加工要求，使得電火花線切割技術在工程中的應用受到一定程度的限制。
[0003]因此，設計ー種在加工圓弧或斜線時能大幅度降低加工零件表面粗糙度和提高光潔度的線切割工具機工作檯具有重要的現實意義。

【發明內容】

[0004]本實用新型的目的是:克服傳統線切割技術在切割圓弧和斜線時存在表面粗糙、光潔度差的缺點，提供一種真圓弧插補線切割工具機用旋轉工作檯，利用該旋轉工作檯能實現光滑的真圓弧插補，能將斜線插補變為在ー個方向上的直線插補，從而大大地降低加工表面的粗糙度，提高表面光潔度和加工效率。
[0005]為實現上述目的，本`實用新型採用以下技術方案:真圓弧插補線切割工具機用旋轉工作檯，它包括旋轉的Z軸、X '軸和Y'軸共三個自由度，其中一個是可在Z軸方向旋轉的旋轉自由度，另外兩個是可沿X '軸和Y'軸移動的自由度，其特徵在於:X'軸安裝在Z軸的環形上導軌(6)上，Y ^軸安裝在)T軸上，X ^軸和Y ^軸相互垂直，利用Z軸的旋轉進行真圓弧插補，實現光滑的圓弧曲線加工，利用Z軸的旋轉將待加工斜線旋轉到與X軸(或Y軸)平行的位置，實現變斜線插補為在X軸方向(或Y軸方向)的直線插補。
[0006]所述旋轉工作檯其特徵在於:工作檯的支撐座(3)通過螺栓固定在工具機原有Y軸工作檯(2)上，Z軸的環形下導軌(4)與支撐座(3)相連，Z軸的環形上導軌(6)與Z軸的環形下導軌(4)之間用滾珠(5)相連，Z軸的環形上導軌(6)內沿設有內齒圈，內齒圈與齒輪(26)相嚙合，在齒輪(26)的帶動下，Z軸的環形上導軌(6)可繞迴轉中心自由旋轉，齒輪
(26)安裝在支撐架(28)上，支撐架(28)安裝固定在Y軸工作檯(2)上，齒輪(26)由步進電機(29)帶動旋轉。
[0007]所述的X'軸運動部分特徵在於:X'軸方向的兩個支撐架(8)通過螺栓固定在Z軸的環形上導軌(6)上，支撐架(8)上安裝有X '軸的兩根導軌(9)和參數相同的兩套絲槓(23)，X'軸的導軌滑塊(10)與Y '軸的支撐座(11)以及X '軸的絲槓螺母(22)相連，X丨軸的兩套絲槓(23)由步進電機(24)帶動，並通過絲槓螺母帶動エ件固定臺(16)沿)C軸軸向移動，在)^軸方向的兩套絲槓(23)由同步帶(25)和兩個參數相同的同步帶輪(27)相連，以實現兩絲槓(23)同步旋轉，保證兩端的支撐座(11)在X '軸上同步移動。
[0008]所述的Y丨軸運動部分特徵在於:Y丨軸方向的兩個支撐座(11)通過螺栓與X丨軸的導軌滑塊(10)以及絲槓螺母(22)相連，支撐座(11)上安裝有Y 』軸的兩根導軌(20)和Y'軸的參數相同的兩套絲槓(15)，Y '軸的導軌滑塊(21)以及絲槓螺母(17)與エ件固定臺(16)相連，Y丨軸的兩套絲槓(15)由步進電機(12)帶動，並通過絲槓螺母(17)帶動エ件固定臺(16)沿Y ^軸軸向移動，在Y ^軸方向的兩套絲槓(15)由同步帶(14)和兩個參數相同的同步帶輪(13)相連，以實現兩絲槓(15)同步旋轉，保證兩エ件固定臺(16)在
Y;軸上同步移動。
[0009]所述的兩エ件固定臺(16)用帶T型槽的連接板(18)相連，エ件(19)固定安裝在連接板(18)上。
[0010]所述利用Z軸的旋轉進行真圓弧插補，其原理是分別利用X軸和X '軸配合，Y軸和Y'軸相配合，使X軸和X '軸向相反方向以相同的速度和相同的歩數移動，使Y軸和r軸向相反的方向以相同的速度和相同的歩數移動，最終將Z軸的旋轉中心0'移動到加エ圓弧的中心0'丨處，使0'和0'丨重合，再利用Z軸的旋轉實現真圓弧插補。
[0011]所述利用Z軸的旋轉將待加工斜線旋轉到與X軸(或Y軸)平行的位置，實現變斜線插補為在X軸方向(或Y軸方向)的直線插補，其原理是分別利用X軸和X丨軸配合，Y軸和Y'軸相配合，使X軸和X '軸向相反的方向以相同的速度和相同的歩數移動，使Y軸和Y丨軸向相反的方向以相同的速度和相同的歩數移動，最終將Z軸的旋轉中心0 '移動到和斜線的起點位置重合，然後旋轉Z軸，使待加工斜線與X軸(或Y軸)平行，最後只需進行X軸(或Y軸)方向的直線插補。
[0012]與現有技術相比，本實用新型的有益效果是:第一，由旋轉自由度Z軸實現真圓弧插ネト，其加工軌跡為光滑的圓弧曲線，克服了傳統方法用X軸、Y軸方向的直線插補線段來逼近圓弧曲線加工所帯來的誤差，提高了圓弧加工表面的質量。第二，利用該工作檯加工與X軸或Y軸成一定夾角0的斜線時，可將工作檯的Z軸旋轉ー個角度0，使待加工斜線與X軸或Y軸方向一致，從而變斜線插補為在X方向或Y方向的直線插補，提高了斜線插補的加工質量。第三，傳統的圓弧插補和斜線插補軌跡是由一系列在X軸方向和Y軸方向的階梯直線段構成，利用該工作檯後，縮短了圓弧插補和斜線插補加工軌跡的長度，提高了加工效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為真圓弧插補線切割工具機用旋轉工作檯的結構示意圖。
[0014]圖2為傳統圓弧插補原理不意圖。
[0015]圖3為利用旋轉工作檯進行真圓弧插補原理示意圖，其中:圖3 (a)為X軸、X ^軸、Y軸、Y '軸未移動前，0 '和0 ' 』不重合時的初始位置示意圖；圖3 (b)為先移動X軸、X'軸後，使Y'軸與0'丨重合示意圖；圖3 (c)為再移動Y軸、Y'軸後，最終使0'與0''重合示意圖。
[0016]圖4為傳統斜線插補原理不意圖。[0017]圖5為利用旋轉工作檯進行斜線插補原理示意圖，其中:圖5 (a)為X軸、X'軸、Y軸、Y'軸未移動前以及Z軸未旋轉前，待加工軌跡線段AB和0 '的相對位置示意圖；圖5 (b)為移動X軸、X ^軸後，A點與Y ^軸重合示意圖；圖5 (c)為移動Y軸、Y ^軸後，A點與0'軸重合示意圖；圖5 (d)為旋轉Z軸後,待加工軌跡線段AB與X軸平行示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖對本實用新型的技術方案作進ー步的說明。
[0019]如圖1所示:真圓弧插補線切割工具機用旋轉工作檯包括三個自由度，即Z軸的旋轉運動、X'軸方向移動和Y '軸方向移動。
[0020]所述Z軸由支撐座(3)、Z軸的環形下導軌(4)、Z軸的環形上導軌(6)、滾珠(5)、導軌壓板(7)、齒輪(26)、步進電機的支撐架(28)和步進電機(29)組成，支撐座(3)通過螺釘固定在工具機原有的Y軸工作檯(2)上，Z軸的環形下導軌(4)與支撐座(3)相連，Z軸的環形上導軌(6)與Z軸的環形下導軌(4)之間用滾珠(5)相連，Z軸的環形上導軌(6)內沿設有內齒圈，內齒圈與齒輪(26 )相嚙合，在齒輪(26 )的帶動下，Z軸的環形上導軌(6 )可自由旋轉，齒輪(26)安裝在支撐架(28)上，支撐架(28)安裝固定在Y軸工作檯(2)上，齒輪
(26)由步進電機(29)帶動旋轉。
[0021]所述X'軸由支撐架(8)、X'軸的兩根導軌(9)、導軌滑塊(10)、X'軸的參數相同的兩套絲槓(23)、兩個參數相同的同步帶輪(27)、同步帶(25)和步進電機(24)組成，X 』軸方向的兩個支撐架(8)通過螺釘固定在Z軸的環形上導軌(6)上，支撐架(8)上安裝有X ;軸的兩根導軌(9)，導軌滑塊(10)與Y '軸的支撐座(11)以及X '軸的絲槓螺母(22)相連，X丨軸的兩套絲槓(23)由步進電機(24)帶動，並通過絲槓螺母(22)帶動エ件固定臺
(16)沿X'軸軸向移動，在X'軸`方向的兩套絲槓(23)由同步帶(25)和兩個參數相同的同步帶輪(27)相連，以實現兩套絲槓(23)同步旋轉，保證兩端在X '軸上同步移動。
[0022]所述Y'軸由支撐座(11)、Y'軸的兩根導軌(20)、導軌滑塊(21)、Y '軸的參數相同的兩套絲槓(15)、兩個參數相同的同步帶輪(13)、同步帶(14)和步進電機(12)組成，Y丨軸方向的兩個支撐座(11)通過螺釘與)T軸的滑塊(10)相連，支撐座(11)上安裝有
Y;軸的兩根導軌(20)和Y ^軸的兩套絲槓(15)，Y ^軸的導軌滑塊(21)與エ件固定臺
(16)相連，Y ;軸的兩套絲槓(15)由步進電機(12)帶動，並通過絲槓螺母(17)帶動エ件固定臺(16)沿Y ^軸軸向移動，在Y ^軸方向的兩套絲槓(15)由同步帶(14)和兩個參數相同的同步帶輪(13)相連，以實現兩套絲槓(15)同步旋轉，保證エ件固定臺(16)的兩端在
Y;軸上同步移動。
[0023]所述連接板(18)安裝在Y '軸的エ件固定臺(16)上，エ件(19)通過螺釘壓板安裝在連接板(18)上。
[0024]實施例1。
[0025]現結合圖1、圖2和圖3對真圓弧插補的工作原理作進ー步說明。傳統的圓弧插補原理如圖2所示:其實質是用在X軸方向和Y軸方向交替進行的一系列直線插補線段來逼近圓弧曲線，因此造成加工的圓弧面粗糙、光潔度差。利用真圓弧插補線切割工具機用旋轉工作檯進行真圓弧插補的工作原理如圖1和圖3所示:X軸(I)、Y軸(2)為工具機原有兩個運動軸，旋轉的Z軸環形上導軌(6)帶動X '軸、Y'軸及エ件(19)繞0' (Z軸)旋轉，30為待加工的圓弧軌跡，31為工具機鑰絲的位置，鑰絲的位置固定不動，如圖3 (a)所示。在加エ圓弧軌跡(30)之前，首先將旋轉軸Z軸的中心O '移動到圓弧軌跡(30)的中心O ^ 』處，移動過程分兩步實現:第一步先將X軸右移，同時X'軸左移，使Y'軸移到0''處重合，如圖3 (b)所示；第二步將Y軸向上移，同時Y '向下移，使0'和0''重合，如圖3(c)所示。當0'和0' 』重合後，就只需通過步進電機(29)帶動齒輪(26)轉動，再由齒輪(26)帶動Z軸的環形上導軌(6)旋轉，最終帶動エ件(19)旋轉，就可加工出光滑的圓弧軌跡曲線，以實現真圓弧插補加工。在移動Z軸中心0'到圓弧軌跡(30)中心0 ' 』的過程中，為了保證エ件(19)和鑰絲的相對位置固定不動，必須使X軸和X '軸相互配合、Y軸和Y '軸相配合，即X軸向右運動時，會帶動整個迴轉工作檯和エ件一起向右運動，此時為保證エ件和鑰絲位置不動，就必須使X '軸向左以相同的速度和相同的歩數運動，Y軸向上運動時，會帶動整個迴轉工作檯和エ件一起向上運動，此時為保證エ件和鑰絲位置不動，就必須使Y'軸向下以相同的速度和相同的歩數運動，從而保證Z軸中心0'移動到待加工的圓弧軌跡(30)中心0' 』過程中エ件(19)相對於鑰絲的位置始終不變。傳統圓弧插補鑰絲加工軌跡的長度如圖2所示，假設待加工的圓弧直徑為d，則鑰絲在X軸方向的所有插補線段的長度之和為2d，在Y軸方向的所有插補線段的長度之和為2d，故鑰絲按傳統的圓弧插補所經過的軌跡總長度為4d。而採用真圓弧插補原理，鑰絲走過的軌跡長度為圓的周長山比傳統的圓弧插補軌跡的長度短(4-Ji )d，故加工效率提高了(4-Ji )d/4d=21.46%。
[0026]實施例2。
[0027]如圖1、圖4和圖5所示。傳統的斜線插補原理如圖4所示:其實質是用在X軸方向和Y軸方向交替進行的一系列直線插補線段來逼近斜線，造成加工面粗糙、光潔度差。利用真圓弧插補線切割工具機用旋轉工作檯加工如圖5 Ca)所示的斜線吋，首先將旋轉軸Z的中心點0'移動到線段AB的起點(即鑰絲位置點)。實現的方法是:利用X軸和X '軸相互配合，即X軸帶動旋轉工作檯 向右運動的同時，為保證エ件相對於鑰絲的位置不動，就必須使X'軸向左以相同的速度和相同的歩數運動，從而將Y '軸沿X軸方向移到與A點重合，如圖5 (b)所示，然後利用Y軸和Y'軸配合，即Y軸帶動旋轉工作檯向上運動的同吋，為保證エ件相對於鑰絲的位置不動，就必須使Y '軸向下以相同的速度和相同歩數運動，從而將0'沿Y軸方向移到A點，最終使旋轉軸Z的中心0 '與加工軌跡的起點A重合，如圖5 (c)所示，然後將旋轉工作檯繞0 '旋轉0角度，使待加工的AB線段與X軸平行，如圖5 (d)所示，最後只需在X方向進行直線插補加工，故加工出的軌跡線表面光潔度高。同時加工軌跡較現有的斜線插補的軌跡短，提高了加工的效率。傳統斜線插補軌跡長度如圖4所示，在X軸方向鑰絲走過的軌跡長度之和為AC，在Y軸方向鑰絲走過的軌跡長度之和為BC，故鑰絲走過的軌跡長度總和為AC+BC，採用旋轉工作檯後的插補軌跡長度為線段AB的長度，根據三角形兩邊長度之和大於第三邊，故利用本實用新型加工斜線時，加工軌跡縮短。以9=45°為例，AC=BC，AB=1.414AC，加工軌跡縮短了 AC+BC-AB，故效率提高了(AC+BC-AB)/2AC=29.29%。
【權利要求】
1.真圓弧插補線切割工具機用旋轉工作檯，它包括旋轉的Z軸、X '軸和Y 』軸，其特徵在於:X'軸安裝在Z軸的環形上導軌(6)上，Y '軸安裝在X '軸上，X'軸和Y'軸相互垂直，Z軸的環形下導軌(4)通過支撐座(3)與工具機原有的Y軸工作檯(2)相連，Z軸的環形上導軌(6)通過滾珠(5)與Z軸的環形下導軌(4)相連，Z軸的環形上導軌(6)內沿設有內齒圈，內齒圈與齒輪(26 )相嚙合，齒輪(26 )由步進電機(29 )帶動旋轉，最終帶動Z軸的環形上導軌(6)旋轉，X'軸通過支撐架(8)與Z軸的環形上導軌(6)相連，X '軸方向設有兩根導軌(9)、參數相同的兩套絲槓(23)，兩套絲槓(23)通過同步帶(25)和兩個參數相同的同步帶輪(27)相連，由步進電機(24)帶動實現兩套絲槓(23)同步轉動，Y丨軸通過支撐座(11)與)T軸相連，Y ^軸設有兩根導軌(20)、參數相同的兩套絲槓(15)，兩套絲槓(15)通過同步帶(14)和兩個參數相同的同步帶輪(13)相連，由步進電機(12)帶動實現兩套絲槓(15)同步轉動。`
【文檔編號】B23H7/26GK203380461SQ201320401985
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年7月8日 優先權日:2013年7月8日
【發明者】肖宜, 劉克福, 雷玉勇, 李曉虹, 蔣代君 申請人:西華大學