《一種超硬刀具電火花加工裝置及操作方法》是清華大學、佛山市順德區賽銳工具有限公司和佛山市順德區薩銳數控電火花機研究中心於2012年1月9日申請的專利，該專利的申請號為2012100042255，公布號為CN102554379A，授權公布日為2012年7月11日，發明人是何平、葉佩青、方晨曦、史少華。
《一種超硬刀具電火花加工裝置及操作方法》包括精密數控電火花成型加工工具機，工具機的床身上設定有常規旋轉工作檯、旋轉電機和伺服系統，其特徵在於：工具機的床身上還設定有三坐標工作檯，三坐標工作檯通過連線軸連線十字滑台，十字滑台上設定有旋轉電極；三坐標工作檯包括三根相互正交的X軸、Y軸和Z軸，X軸和Y軸為水平方向，Z軸垂直於X軸和Y軸組成的水平面；十字滑台設定在旋轉工作檯與三坐標工作檯之間，十字滑台包括兩根相互正交的U軸和V軸，U軸與X軸平行，V軸與Y軸平行；連線軸垂直連線X軸和V軸，且與Z軸平行；旋轉電極垂向設定在U軸的底部。該發明免去了大量的坐標轉換計算，使刀具的展成加工編程可以簡單實現，可用於各種硬質刀具的成型加工過程中。
2016年12月7日，《一種超硬刀具電火花加工裝置及操作方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《一種超硬刀具電火花加工裝置及操作方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種超硬刀具電火花加工裝置及操作方法
- 公布號：CN102554379A
- 授權日：2012年7月11日
- 申請號：2012100042255
- 申請日：2012年1月9日
- 申請人：清華大學、佛山市順德區賽銳工具有限公司、佛山市順德區薩銳數控電火花機研究中心
- 地址：北京市海淀區清華大學精密儀器與機械學系
- 發明人：何平、葉佩青、方晨曦、史少華
- Int.Cl.：B23H9/00(2006.01)I；B23H7/26(2006.01)I
- 代理機構：北京紀凱智慧財產權代理有限公司
- 代理人：徐寧、關暢
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
精密數控電火花成型加工工具機是精密特種加工技術的重要設備之一，主要用於加工傳統機械加工工具機難以加工的超硬材料和脆性材料，對精密機械、汽車、微電子產品、航空航天的精密零件和精密模具具有重要意義。電火花加工時無切削力；不產生毛刺和刀痕溝紋等缺陷；工具電極材料無需比工件材料硬；因此超硬刀具的加工是多軸聯動數控電火花加工技術的又一成功套用領域。
隨著加工工件質量要求的提高，對加工所使用的刀具形狀、精度和使用壽命的要求也隨之增加。很多工件加工大多為一次直接成型，因此，加工工件的刀具刀頭越來越多地採用硬度高、耐磨性好的超硬材料，且形狀也多為三維空間曲面，加工複雜。許多外形複雜的超硬異型成型刀具，如圓底刀、修邊刀、屜鎖刀、台階刀等，都具有一個曲線型的側面輪廓，這些刀具的側面輪廓不能像普通的銑刀一樣連成一條直線，而是一條曲線。如圖1所示，為木工中經常使用的一種異形成型刀具1，其刀頭形狀為半球形，刀刃為迴轉曲線。截至2012年1月，常用的電火花加工工具機，如VOLLMER公司的五軸電火花加工中心，在加工這類刀具時採用的是成型加工方法，即先在車床上加工一個和非矩形截面弧度相似的、截面是曲面的電極，然後進行刃口的成型與刃磨；這種加工方法存在的缺點是所加工的刀具的曲面部分后角不一致。如圖2所示，成型電極2對被加工刀具3進行成型法加工後，a點處的后角是最佳后角，那么其它曲面部分的后角將小於a點，在b點，甚至出現了后角為0°的極限情況。這樣就縮短了刀具的使用壽命和耐磨程度。為了使后角達到一致，可以換用展成法對刃口進行加工，但傳統的電火花加工工具機實現展成法加工需要在數控編程時進行大量的坐標換算，編程不易實現；而且，往往由於工具機本身工作空間的限制使展成法不易實現。
發明內容
專利目的
《一種超硬刀具電火花加工裝置及操作方法》的目的是提供一種在加工複雜形狀的超硬刀具過程中，能夠為展成法加工提供良好基礎、工作空間緊湊、編程實現簡單，能夠保證刀具后角恆定的超硬刀具電火花加工裝置及操作方法。
技術方案
一種超硬刀具電火花加工裝置包括精密數控電火花成型加工工具機，所述工具機的床身上設定有常規旋轉工作檯、旋轉電機和伺服系統，其特徵在於：所述工具機的床身上還設定有三坐標工作檯，所述三坐標工作檯通過連線軸連線十字滑台，所述十字滑台上設定有旋轉電極；所述三坐標工作檯包括三根相互正交的X軸、Y軸和Z軸，所述X軸和Y軸為水平方向，所述Z軸垂直於所述X軸和Y軸組成的水平面；所述十字滑台設定在所述常規旋轉工作檯與所述三坐標工作檯之間，所述十字滑台包括兩根相互正交的U軸和V軸，所述U軸與所述X軸平行，所述V軸與所述Y軸平行；所述連線軸垂直連線所述X軸和V軸，且與所述Z軸平行；所述旋轉電極垂向設定在所述U軸的底部。
上述一種超硬刀具電火花加工裝置的操作方法，其包括以下步驟：1）通過工具機自身的常規旋轉工作檯夾緊被加工刀具，控制被加工刀具沿三個方向的角度，以調節被加工刀具的位置；2）通過三坐標工作檯的X軸、Y軸和Z軸調節連線軸的位置，並利用十字滑台的U軸和V軸控制旋轉電極在以連線軸為原點的水平二維極坐標系內做曲線運動，Z軸配合使旋轉電極增加一個垂直方向的移動自由度，實現旋轉電極在水平面內以連線軸為迴轉中心進行極坐標運動，且迴轉中心的位置在三維空間內可調；3）採用旋轉電極對被加工刀具進行展成法加工。
改善效果
《一種超硬刀具電火花加工裝置及操作方法》由於採取以上技術方案，其具有以下優點：
1、該發明由於刀具中心軸的三個正交方向坐標軸由相應伺服電機控制移動，而刀具繞中心軸的運動由兩個旋轉電機獨立控制，如此即能減少實現刀具展成加工實現的複雜度，提高加工速度。
2、該發明通過三坐標工作檯的X軸、Y軸和Z軸調節連線軸的位置，並利用十字滑台中的U軸和V軸控制旋轉電極在以連線軸為原點的水平二維極坐標系內做曲線運動，Z軸可配合使旋轉電極增加一個垂直方向的移動自由度；這樣，可以實現旋轉電極在水平面內以連線軸為迴轉中心進行極坐標運動，且迴轉中心的位置在三維空間內可調。
3、該發明可以直接對相應於U軸、V軸、X軸、Y軸和Z軸五個機械軸的驅動運動進行編程，免去了大量的坐標轉換計算，直接實現了刀具的展成加工，使刀具的展成加工編程可以簡單實現。該發明可以用於各種硬質刀具的成型及刃口加工過程中。
附圖說明
圖1是2012年1月前技術中硬質異形成型刀具的示意圖；
圖2是2012年1月前技術中成型法電火花加工原理示意圖；
圖3是《一種超硬刀具電火花加工裝置及操作方法》裝置的結構示意圖；
圖4是該發明展成法電火花加工原理示意圖。
技術領域
《一種超硬刀具電火花加工裝置及操作方法》涉及一種刀具加工裝置及操作方法，特別是關於一種能夠保證刀具后角恆定的超硬刀具電火花加工裝置及操作方法。
權利要求
1.一種超硬刀具電火花加工裝置包括精密數控電火花成型加工工具機，所述工具機的床身上設定有常規旋轉工作檯、旋轉電機和伺服系統，其特徵在於：所述工具機的床身上還設定有三坐標工作檯，所述三坐標工作檯通過連線軸連線十字滑台，所述十字滑台上設定有旋轉電極；所述三坐標工作檯包括三根相互正交的X軸、Y軸和Z軸，所述X軸和Y軸為水平方向，所述Z軸垂直於所述X軸和Y軸組成的水平面；所述十字滑台設定在所述常規旋轉工作檯與所述三坐標工作檯之間，所述十字滑台包括兩根相互正交的U軸和V軸，所述U軸與所述X軸平行，所述V軸與所述Y軸平行；所述連線軸垂直連線所述X軸和V軸，且與所述Z軸平行；所述旋轉電極垂向設定在所述U軸的底部。
2.一種如權利要求1所述的超硬刀具電火花加工裝置的操作方法，其包括以下步驟：
1）通過工具機自身的常規旋轉工作檯夾緊被加工刀具，控制被加工刀具沿三個方向的角度，以調節被加工刀具的位置；
2）通過三坐標工作檯的X軸、Y軸和Z軸調節連線軸的位置，並利用十字滑台的U軸和V軸控制旋轉電極在以連線軸為原點的水平二維極坐標系內做曲線運動，Z軸配合使旋轉電極增加一個垂直方向的移動自由度，實現旋轉電極在水平面內以連線軸為迴轉中心進行極坐標運動，且迴轉中心的位置在三維空間內可調；
3）採用旋轉電極對被加工刀具進行展成法加工。
實施方式
《一種超硬刀具電火花加工裝置及操作方法》方法可以概括為以下內容：
1、採用精密數控電火花成型加工工具機對被加工刀具進行加工，被加工刀具安裝在工具機自身的三坐標軸運動裝置上；
2、將被加工刀具的運動分為兩部分：一部分是被加工刀具沿三個正交方向的運動，其是利用工具機自身的三坐標伺服系統進行控制；另一部分是圍繞被加工刀具中心軸的運動，其是利用兩個電機進行獨立控制；
3、採用圓盤狀成型電極，利用展成法對被加工刀具進行刃口加工。
如圖3所示，2012年1月前技術中，精密數控電火花成型加工工具機的床身1上設定有常規旋轉工作檯2、旋轉電機和伺服系統。通過常規旋轉工作檯2可以使被加工刀具沿三個方向旋轉運動，調節被加工刀具的位置；通過旋轉電機控制被加工刀具圍繞被加工刀具中心軸轉動。《一種超硬刀具電火花加工裝置及操作方法》裝置在2012年1月前精密數控電火花成型加工工具機床身1上還設定有三坐標工作檯3，三坐標工作檯3通過連線軸4連線十字滑台5，十字滑台5上設定有旋轉電極6。
常規旋轉工作檯2包括A軸21，B軸22和C軸23，用於夾緊被加工刀具，使被加工刀具能夠沿三個方向做旋轉運動，以調節被加工刀具的角度，即以A軸21、B軸22和C軸23為中心做旋轉運動。
三坐標工作檯3包括X軸31、Y軸32和Z軸33，X軸31、Y軸32和Z軸33相互正交，其中，X軸31和Y軸32為水平方向，Z軸垂直於X軸31和Y軸32組成的水平面，X軸31、Y軸32和Z軸33用於控制連線軸4沿三個正交方向運動，以調節連線軸4的位置。三坐標工作檯3可以採用普通的三坐標工具機。
十字滑台5位於常規旋轉工作檯2和三坐標工作檯3之間，十字滑台5包括U軸51和V軸52，U軸51和V軸52相互垂直，且均為水平方向，其中U軸51與X軸31相互平行，V軸52與Y軸32相互平行；連線軸4垂直連線X軸31和V軸52，且與Z軸33平行；旋轉電極6垂向設定在U軸51的底部。
三坐標工作檯3的X軸31、Y軸32和Z軸33可以控制連線軸4的位置，十字滑台5中的U軸51和V軸52用於控制旋轉電極6在水平面內沿兩個相互垂直的方向運動；以實現旋轉電極6以連線軸4為迴轉中心的迴轉運動。
《一種超硬刀具電火花加工裝置及操作方法》裝置的具體操作方法：
1）通過工具機自身的常規旋轉工作檯2夾緊被加工刀具，並通過A軸21、B軸22、C軸23控制被加工刀具沿三個方向的夾角，調節被加工刀具的位置；
2）調節好被加工刀具的位置並夾緊後，通過三坐標工作檯3的X軸31、Y軸32和Z軸33配合調節連線軸4的位置，並利用十字滑台5中的U軸51和V軸52控制旋轉電極6在以連線軸4為原點的水平二維極坐標系內做曲線運動，Z軸33可配合使旋轉電極6增加一個垂直方向的移動自由度；這樣，可以實現旋轉電極6在水平面內以連線軸4為迴轉中心進行極坐標運動，且迴轉中心的位置在三維空間內可調。
3）採用旋轉電極6對被加工刀具進行展成法加工。
採用上述加工方法能減少實現刀具展成法加工的複雜度，提高加工速度。
《一種超硬刀具電火花加工裝置及操作方法》可以直接對相應於U軸51、V軸52、X軸31、Y軸32和Z軸33五個機械軸的驅動運動進行編程，免去了大量的坐標轉換計算，使刀具的展成加工編程可以簡單實現，直接實現了刀具刃口的展成加工，使被加工刀具具有一致且最佳的后角。
如圖4所示，上述實施例中，旋轉電極6採用圓盤狀旋轉電極，利用展成法對硬質異形成型刀具7進行加工，保證整個切削刃的后角達到一致且最佳。
榮譽表彰
2016年12月7日，《一種超硬刀具電火花加工裝置及操作方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
