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导电磨头及超声振动辅助电解磨削复杂型腔成型装置

阅读:1029发布:2020-09-21

专利汇可以提供导电磨头及超声振动辅助电解磨削复杂型腔成型装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本公开提供了一种导电磨头及超声振动辅助 电解 磨削复杂型腔成型装置,本公开将导电磨头设计为 上管 下锥状,同时在管中和锥头下方的相应 位置 开有孔径大小相等的通孔,使加工区域流场均匀分布;通过对加工装置辅助超声振动,以及合理调整 超 声波 电 主轴 的转速和进给速度,合理控制电解液的流速与流量,能够实现深孔、型腔和内部通道的高效率精密加工。,下面是导电磨头及超声振动辅助电解磨削复杂型腔成型装置专利的具体信息内容。

1.一种导电磨头,其特征是:包括相互连接的管状圆柱磨和半球状磨头,所述管状圆柱磨为中空结构,内部设置有电解液通道,管状圆柱磨的下端的侧壁设置有沿电解液通道圆周均匀分布的多个第一支路,所述第一支路的一端均与电解液通道连通,另一端贯穿管状圆柱磨的侧壁;所述第一支路具有从中心到侧壁下降的倾斜度,且与电解液通道的夹角为A;
所述半球状磨头底部开有多个第二支路,所述第二支路围绕半球状磨头的轴心圆周均匀分布,且所述第二支路的一端与电解液通道的末端连通,另一端贯穿半球状磨头的外壁,所述第一支路具有从中心到外壁下降的倾斜角度,且与电解液通道的夹角为B,夹角A大于夹角B;
各个第一支路的首端位于同一平面上,各个第一支路的末端位于同一水平面上;
各个第二支路的首端位于同一水平面上,各个第二支路的末端位于同一水平面上。
2.如权利要求1所述的一种导电磨头,其特征是:各个第一支路的结构和尺寸相同,各个第二支路的结构和尺寸相同。
3.如权利要求1所述的一种导电磨头,其特征是:各个第一支路和各个第二支路的内壁上设置有耐腐蚀绝缘涂层。
4.一种超声振动辅助电解磨削复杂型腔成型装置,其特征是:包括三维移动机构、运动控制机构、电流信号采集机构、电解液循环机构、超声振动装置、控制器和加工电主轴,所述加工电主轴上设置有上述的导电磨头,其中:
所述三维移动机构带动加工电主轴进行x、y或/和z轴方向上的运动,所述运动控制机构控制所述三维移动机构各个方向上的移动或停止,所述电解液循环机构向加工电主轴的电解液通道中循环提供电解液,电解液通道的内壁涂有绝缘层,所述加工电主轴上设置有超声振动装置,所述超声振动装置作用于所述导电磨头,在注入电解液的过程中,利用声波空化作用,使极间间隙钝化膜及其他副产物及时更新排除,所述电流信号采集机构采集加工电主轴的加工时的电流值,并反馈给控制器,所述控制器根据加工参数调整主轴转速、进给速度或/和超声振动频率与振幅。
5.如权利要求4所述的一种超声振动辅助电解磨削复杂型腔成型装置,其特征是:所述三维移动机构,包括立体柱架,以及沿着立体柱架的X、Y和Z轴方向分别设置的导轨和设置于导轨上的旋转丝杠,Y轴方向导轨通过滑设置于X轴方向导轨的旋转丝杠上,Z轴方向导轨通过滑块设置于Y轴方向导轨的旋转丝杠上,Z轴方向导轨上设置有运动块,所述加工电主轴固定于运动块上。
6.如权利要求5所述的一种超声振动辅助电解磨削复杂型腔成型装置,其特征是:所述滑块受控于步进电机的驱动,所述步进电机受控于控制器,步进电机转动驱动丝杠进行转动,带动滑块的移动。
7.如权利要求4所述的一种超声振动辅助电解磨削复杂型腔成型装置,其特征是:所述电解液循环机构为连接管路和循环,所述电解液通过连接管路从加工电主轴的伸出端的通孔进入内部,从导电磨头的侧壁和底部与工件的间隙向四周流出,连接管路上设置有循环泵
8.如权利要求4所述的一种超声振动辅助电解磨削复杂型腔成型装置,其特征是:所述超声振动装置包括与连接杆部下端连接的变幅连杆,所述变幅连杆与超声换能器连接,超声波换能器与超声波发生器和交流电源通过导线连接。
9.如权利要求4所述的一种超声振动辅助电解磨削复杂型腔成型装置,其特征是:所述半球状磨头内置有压感应片,所述压力感应片受控于控制器,实时感知管状圆柱内磨对型腔侧壁的压力,以此来控制伺服,进而控制电解液的流速。

说明书全文

导电磨头及超声振动辅助电解磨削复杂型腔成型装置

技术领域

[0001] 本公开涉及一种导电磨头及超声振动辅助电解磨削复杂型腔成型装置。

背景技术

[0002] 随着现代化进程的不断推进,高科技产品层出不穷,带有小孔的零件也越来越多。深小孔结构广泛应用于航空航天、精密仪器等领域的核心零部件上,如液压元件叶片冷却
空,金属拉丝模等零件均需要进件的阻尼孔、发动机喷油嘴针均需要深小孔的加工。这些孔的精度质量要求也越来越高,这无疑给加工技术带来巨大挑战。
[0003] 电解磨削是在结合电解作用和机械磨削作用的一种复合加工方法,它比电解加工有更高的精度和表面质量,比机械磨削有更高的效率和稳定性,且砂轮磨损量小,适用于磨削各种高强度、高硬度、热敏性、脆性等难磨削的导电金属材料。由于工具电极工件间会产生电解液湍流现象而导致间隙流畅不稳定,影响内部通道的加工表面精度和质量。为了
提高加工表面精度,须合理调整声波主轴的转速和进给速度,合理控制电解液的流速
与流量,来提高小孔加工过程的稳定性。
发明内容
[0004] 本公开为了解决上述问题,提出了一种导电磨头及超声振动辅助电解磨削复杂型腔成型装置,本公开将导电磨头设计为上管下锥状,同时在管中和锥头下方的相应位置
有孔径大小相等的通孔,使加工区域流场均匀分布;通过对加工装置辅助超声振动,以及合理调整超声波电主轴的转速和进给速度,合理控制电解液的流速与流量,能够实现深孔、型腔和内部通道的高效率精密加工。
[0005] 为了实现上述目的,本公开采用如下技术方案:
[0006] 一种导电磨头,包括相互连接的管状圆柱磨和半球状磨头,所述管状圆柱磨为中空结构,内部设置有电解液通道,管状圆柱磨的下端的侧壁设置有沿电解液通道圆周均匀
分布的多个第一支路,所述第一支路的一端均与电解液通道连通,另一端贯穿管状圆柱磨
的侧壁;所述第一支路具有从中心到侧壁下降的倾斜度,且与电解液通道的夹角为A;
[0007] 所述半球状磨头底部开有多个第二支路,所述第二支路围绕半球状磨头的轴心圆周均匀分布,且所述第二支路的一端与电解液通道的末端连通,另一端贯穿半球状磨头的
外壁,所述第一支路具有从中心到外壁下降的倾斜角度,且与电解液通道的夹角为B,夹角A大于夹角B。
[0008] 所述半球状磨头内置有压感应片,所述压力感应片可受控于控制器,实时感知管状圆柱内磨对型腔侧壁的压力,以此来控制伺服阀,进而控制电解液的流速。
[0009] 作为进一步的限定,各个第一支路的首端位于同一平面上,各个第一支路的末端位于同一水平面上;
[0010] 各个第二支路的首端位于同一水平面上,各个第二支路的末端位于同一水平面上。
[0011] 作为进一步的限定,各个第一支路的结构和尺寸相同,各个第二支路的结构和尺寸相同。
[0012] 作为进一步的限定,夹角A为45°,角度B为30°。
[0013] 作为进一步的限定,各个第一支路和各个第二支路的内壁上设置有耐腐蚀绝缘涂层。
[0014] 一种超声振动辅助电解磨削复杂型腔成型装置,包括三维移动机构、运动控制机构、电流信号采集机构、电解液循环机构、超声振动装置、控制器和加工电主轴,所述加工电主轴上设置有上述的导电磨头,其中:
[0015] 所述三维移动机构带动加工电主轴进行x、y或/和z轴方向上的运动,所述运动控制机构控制所述三维移动机构各个方向上的移动或停止,所述电解液循环机构向加工电主
轴的电解液通道中循环提供电解液,电解液通道的内壁涂有绝缘层,所述加工电主轴上设
置有超声振动装置,所述超声振动装置作用于所述导电磨头,在注入电解液的过程中,利用超声波空化作用,使极间间隙钝化膜及其他副产物及时更新排除,所述电流信号采集机构
采集加工电主轴的加工时的电流值,并反馈给控制器,所述控制器根据加工参数调整主轴
转速、进给速度或/和超声振动频率与振幅。
[0016] 作为进一步的限定,所述三维移动机构,包括立体柱架,以及沿着立体柱架的X、Y和Z轴方向分别设置的导轨和设置于导轨上的旋转丝杠,Y轴方向导轨通过滑设置于X轴方向导轨的旋转丝杠上,Z轴方向导轨通过滑块设置于Y轴方向导轨的旋转丝杠上,Z轴方向导轨上设置有运动块,所述加工电主轴固定于运动块上。
[0017] 作为更进一步的限定,所述滑块受控于步进电机的驱动,所述步进电机受控于控制器,步进电机转动驱动丝杠进行转动,带动滑块的移动。
[0018] 作为进一步的限定,所述电解液循环机构为连接管路和循环,所述电解液通过连接管路从加工电主轴的伸出端的通孔进入内部,从导电磨头的侧壁和底部与工件的间隙
向四周流出,连接管路上设置有循环泵
[0019] 作为进一步的限定,所述超声振动装置包括与连接杆部下端连接的变幅连杆,所述变幅连杆与超声换能器连接,超声波换能器与超声波发生器和交流电源通过导线连接。
[0020] 作为进一步的限定,所述超声振动装置通过固定爪安装在中心带有锥度的运动块上,以方便加工电主轴时进行装卸修正。
[0021] 与现有技术相比,本公开的有益效果为:
[0022] 可以实现三轴的同时联动以及电主轴的旋转进给运动,最大限度实现了工件在空间区域内的加工,极大提高了导电磨头的加工精度和稳定性;
[0023] 通过设置超声振动装置使电解液产生空化作用,将钝化的磨粒及电解产物及时更新,提高磨头对钝化膜的溶解速率,进一步提高加工精度和加工效率;
[0024] 导电磨头上面是管状,头是半球状,半球状用于开预孔,管状进行扩孔,特别适用于一些特殊情况如内孔、内型腔的电解磨削。同时,采用穿流供液,弥补了目前喷射供液方式存在的缺陷,拓展了电解磨削的工程应用。
[0025] 利用第一支路和第二支路的结构和内径大小相同,使加工区域流场均匀分布,电解液在超声振动作用下产生空化效应,强化导电磨头对工件表面钝化膜的去除、使钝化的
磨粒及时脱落,实现深孔、型腔和内部通道的高效率精密加工。
附图说明
[0026] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。
[0027] 图1为本实施例的加工系统装置结构示意图;
[0028] 图2为本实施例的加工系统整体轴测图;
[0029] 图3(a)和图3(b)为本实施例的加工系统装置导电磨头结构示意图;
[0030] 其中,1、立柱架,2、定位导轨,3、丝杠螺母,4、步进电机,5、运动块,6、电解液,7、塑料导管,8、泵,9、伺服阀,10、装卸螺母,11、超声电主轴,12、电解液导孔(内壁有绝缘层),13、固定爪,14、换能器,15、超声波发生器,16、变幅连杆,17、电流信号采集箱,18、霍尔电流传感器,19、电刷,20、两用导电磨头,21、直流电源,22、工件,23、工控机,24、运动控制卡,
25、平台固定夹,26、压力感应片
具体实施方式:
[0031] 下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
[0032] 应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0033] 需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0034] 在本公开中,术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词,并非特指本公开中任一部件或元件,不能理解为对本公开的限制。
[0035] 本公开中,术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解,表示可以是固定连接,也可以是一体地连接或可拆卸连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员,可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义,不能理解为对本公开的限制。
[0036] 如图1所示,联动超声振动辅助电解磨削复杂型腔成型装置,包括立柱架1、定位导轨2、丝杠螺母3、步进电机4、运动块5、电解液6、塑料导管7、泵8、伺服阀9、装卸螺母10、超声电主轴11、电解液导孔(内壁有绝缘层)12、固定爪13、换能器14、超声波发生器15、变幅连杆16、电流信号采集箱17、霍尔电流传感器18、电刷19、两用导电磨头20、直流电源21、工件22、工控机23、运动控制卡24、平台固定夹25,压力感应片26。其中,立柱架1的底部设置四个固定夹25,把立架固定在大的工件或其他的硬件上面。小的工件也可以直接固定在电主轴的
正下方。其次,在立柱架的X、Y、Z方向分别设置可旋转的定位导轨2和丝杠3,步进电机4在立柱一侧精确的控制丝杠,丝杠的旋转驱动每根导轨上的运动块5。中间运动块上接有主轴
架,超声波电主轴通过固定爪13固定的在主轴架上。立柱架上面有电解槽,电解槽内的电解液通过泵8、伺服阀9流入主轴的中心内孔12。
[0037] 两用导电磨头20通过装卸螺母10可拆卸的连接在超声电主轴11上。两用导电磨头20通过电刷19连接霍尔电流传感器18,霍尔电流传感器18连接电流信号采集箱17,电流信
号采集箱17与工控机23连接。
[0038] 霍尔电流传感器18和电流信号采集箱17形成电流信号采集装置,实时采集和检测加工过程中电流的情况,避免电流的突变对装置带来不利影响。
[0039] 超声电主轴11上设置有换能器14,换能器14通过导线连接超声波发生器15,超声波发生器15在交流电源的供应下以工控机23连接,并进行控制。换能器14与变幅连杆16进
行连接,变幅连杆16与两用导电磨头20进行连接。交流电源21在两用导电磨头20杆部轴向
超声振动作用下,加工区域电解液6产生空化作用,可及时更新钝化磨粒,提高工具头对钝化膜的溶解速率,进一步提高工件加工效率。
[0040] 变幅连杆16与超声换能器连接,超声波换能器与超声波发生器、交流电源通过导线连接。超声振动装置通过三个固定爪安装在中心带有锥度的支撑滑块上,以方便电主轴
时进行装卸修正。
[0041] 两用导电磨头20的电解液进口与塑料导管7连接至存放电解液6的容纳室,塑料导管7的一端设置有泵8,另一端设置有伺服阀9。
[0042] 两用导电磨头20内置压力感应片26,在工控机23的控制下,可以随时感知管状圆柱内磨对型腔侧壁的压力,以此来控制伺服阀9,进而控制电解液的流速,达到流场均匀,磨削稳定的目的。
[0043] 两用导电磨头20的杆部通过连接直流电源21的负极,工件22通过导线与直流电源21的正极相连。两用导电磨头20通过导线连接霍尔电流传感器18和电流信号采集箱17,将
模拟信号传输给工控机23控制电解的电流和电压。同时,电脑通过导线与运动控制卡24相
连,在单片机的控制下,驱动三个步进电机运转,进而带孔丝杠转动。除此之外,导电磨头可以通过装卸螺母10进行定期更换。
[0044] 如图3(a)、图3(b)所示,将导电磨头设计为上管下半球状,且在半球状的底部开有小的通孔输送电解液,是为了更精确的开预孔,其次,管状中部也开通孔输送电解液,是为了更稳定的扩孔,并且是加工区域流场分布均匀,避免工件加工区域外的杂散腐蚀。
[0045] 在本实施例中,管状圆柱磨下端的侧壁开有4个斜向45°的通孔,上述四个通孔位于同于水平面上,且绕其轴心圆周均匀分布,且通孔的孔径大小相同。
[0046] 半球状磨头底部开有4个斜向60°的通孔,上述四个通孔位于同于水平面上,且绕其轴心圆周均匀分布,且通孔的孔径大小相同。在循环泵的作用下,电解液通过塑料管从电主轴转子伸出端的通孔进入内部的盲孔,随后经过装夹装置的中心孔从导电磨轮的侧壁和
底部与工件的间隙向四周流出。其中,中心流过电解液的通孔内壁均为耐腐蚀绝缘材料,保证电解液不会与电主轴发生反应,使加工区域流场分布均匀,避免工件加工区域外的杂散
腐蚀。强化导电磨头对工件表面钝化膜的去除、使钝化的磨粒及时脱落,实现深孔、型腔和内部通道的高效率精密加工。
[0047] 装置通过工控机23对运动块在X、Y、Z方向上的控制,以及导电磨头旋转进给运动,同时,通过调节电解磨削电流、超声振动频率、振幅、主轴转速等主要因素,最大限度实现了空间内对复杂深孔、型腔和内部通道的高效率精密加工。
[0048] 以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
[0049] 上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述,但并非对本公开保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本公开的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。
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