一种材料去除时序可控的电解机械加工装置及其使用方法 |
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| 申请号 | CN202410101195.2 | 申请日 | 2024-01-24 | 公开(公告)号 | CN117773247A | 公开(公告)日 | 2024-03-29 |
| 申请人 | 南京农业大学; | 发明人 | 袁新科; 王峰; 万奕擎; 安广鑫; 谢文杰; 李贤作; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种材料去除时序可控的 电解 机械加工 装置及其使用方法，属于电化学机械复合加工技术领域。包括伺服 电机 、机床 工作台 、工作箱、内六 角 螺钉、大理石平台、 工件 安装座、 紧定螺钉 、 阴极 安装座、进液腔、机床安装板、压 块 、磨具安装座、磨具、工件、滑块、可编程电源、多孔阴极、 压缩 弹簧 ，其特点在于通过对电化学溶解作用与机械 研磨 作用的时序控制能够精确调控工件材料去除过程，有利于提高工件加工过程可控性和表面完整性；通过可编程电源和机床运动的协同作用，利用同一机床 主轴 同时实现电化学溶解和机械研磨，有利于简化工艺装置设计，缩短工艺试验周期，降低试验成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种材料去除时序可控的电解机械加工装置，包括伺服电机(1)、机床工作台(2)、工作箱(3)、内六角螺钉(4)、大理石平台(5)、工件安装座(6)、紧定螺钉(7)、阴极安装座(8)、进液腔(9)、机床安装板(10)、压块(11)、磨具安装座(12)、磨具(13)、工件(14)、滑块(15)、可编程电源(16)、多孔阴极(17)、压缩弹簧(18)，其特征在于：机床主轴上设置有机床安装板(10)，进液腔(9)和磨具安装座(12)分别通过内六角螺钉(4)固定在机床安装板(10)上； |
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| 说明书全文 | 一种材料去除时序可控的电解机械加工装置及其使用方法技术领域[0001] 本发明涉及一种材料去除时序可控的电解机械加工装置及其使用方法，属于电化学机械复合加工技术领域。 背景技术[0002] 工程金属材料大多具有高硬度、耐磨性好、抗弯曲性好、热稳定性好等特点，例如硬质合金、钛合金、不锈钢等，它们可以用于制造切削工具、钻头等高硬度零部件；可以在恶劣的工作环境下长时间使用，能够承受各种腐蚀介质的腐蚀，具有长久的使用寿命；可以在高负载情况下使用；可以在高温环境下长时间使用。因此，这些工程金属材料被广泛应用于机械制造、航空航天、电子通讯等领域。 [0003] 正是由于工程金属材料具有上述特点，其加工难度也显著增加，而电解机械加工是一种将电化学作用和机械作用相结合的复合加工方法，电解机械加工表面质量好，加工效率高，对加工工具的磨损小，而且不受加工材料硬度、强度的限制。根据电化学阳极溶解原理，工件表面生成一层极薄的钝化膜，通过磨具的机械作用，工件阳极表面高点区域的钝化膜被刮除，使新的基底材料裸露出来。机械作用的存在大大提高了阳极表面高点区域的去除速率，加快了阳极表面的整平速度。此外，在电解机械加工过程中，大部分的工件材料由电化学作用去除，机械作用主要用来去除表面高点区域的薄钝化膜，宏观作用力小，避免了传统机械加工由于过大切削力和热量产生的表面缺陷。 [0004] 然而现有的电解机械加工中，电化学溶解和机械研磨作用大多是连续进行的，这就需要在同一机床设备上同时配置电解加工和机械研磨两套装置，工艺研发周期和试验装置成本显著增加，并且加工过程中很难对电化学溶解作用、机械研磨作用进行精确调控，致使工件表面的加工精度和表面完整性的提高受到很大限制。 发明内容[0005] 1、本发明针对目前电解机械加工过程大多连续进行，需要在同一机床设备上同时配置电解加工和机械研磨两套装置，并且加工过程可控性较差的不足，提出了一种材料去除时序可控的电解机械加工装置及其使用方法，利用同一机床主轴实现工件材料电解去除过程和机械研磨去除过程的独立进行。 [0006] 2、为了实现上述的发明目的，本发明提供一种材料去除时序可控的电解机械加工装置，包括伺服电机、机床工作台、工作箱、内六角螺钉、大理石平台、工件安装座、紧定螺钉、阴极安装座、进液腔、机床安装板、压块、磨具安装座、磨具、工件、滑块、可编程电源、多孔阴极、压缩弹簧，机床主轴上设置有机床安装板，进液腔和磨具安装座分别通过内六角螺钉固定在机床安装板上；阴极安装座与进液腔通过紧定螺钉连接为一体，多孔阴极设置在阴极安装座内部，并通过紧定螺钉与阴极安装座连接为一体；磨具设置在磨具安装座的底部，并通过压块、压缩弹簧与磨具安装座弹性接触，压块通过紧定螺钉与磨具安装座连接为一体；多孔阴极正下方设置有机床工作台和工作箱，大理石平台固定在工作箱内，工件安装座固定在大理石工作台上，工件设置在工件安装座内部；可编程电源的正极通过导线与工件安装座连接使工件连通正极，负极通过导线与进液腔连接进而使多孔阴极连通负极。 [0007] 所述多孔阴极采用不锈钢材料制成，其孔隙密度范围为30～110PPI；所述压缩弹簧弹性系数为7.9～23.7N/m，压缩量在1～10mm范围内可调；所述磨具为碳化硅油石，其粒度为400～1600目。 [0008] 此外，本发明还提供了材料去除时序可控电解机械加工装置的使用方法，通过多孔阴极和磨具竖直运动，以及工件平面往复运动，实现工件材料电解去除和机械研磨去除；在电解去除过程中，多孔阴极在伺服电机驱动下与工件保持0.2～0.5mm的底面间隙，工件在伺服电机驱动下作平面往复运动，可编程电源在电解去除过程启动时处于导通状态、并在导通30～90s后断开，暂停电解去除过程，启动研磨去除过程；在机械研磨去除过程中，工件在伺服电机驱动下移动至磨具正下方并作往复运动，磨具在伺服电机带动下与工件发生弹性接触，并向工件表面施加5～50N的压紧力，在压紧力作用下实现工件材料研磨去除；研磨去除10～30s后，可编程电源导通，暂停研磨去除过程，重新启动电解去除过程；在可编程电源和机床运动协同作用下，工件材料的电解去除和机械研磨去除交替进行。 [0009] 所述可编程电源通、断时间在1～100s范围内精确可调；所述工件作平面往复运动的运动速度在100～3000mm/min范围内可调。 [0010] 3、本发明的有益效果为：(一)通过对电化学溶解作用与机械研磨作用的时序控制能够精确调控工件材料去除过程，有利于提高工件加工过程可控性和表面完整性；(二)通过可编程电源和机床运动协同作用，利用同一机床主轴同时实现工件材料电解去除和机械研磨去除，有利于简化工艺装置设计，缩短工艺试验周期，降低试验成本。附图说明 [0011] 图1为本发明电解机械加工装置整体结构示意图。 [0012] 图2为本发明多孔阴极的安装示意图。 [0013] 图3为本发明磨具的安装示意图。 [0014] 图4为本发明磨具的结构示意图。 [0015] 图中：1、伺服电机，2、机床工作台，3、工作箱，4、内六角螺钉，5、大理石平台，6、工件安装座，7、紧定螺钉，8、阴极安装座，9、进液腔，10、机床安装板，11、压块，12、磨具安装座，13、磨具，14、工件，15、滑块，16、可编程电源，17、多孔阴极，18、压缩弹簧。 具体实施方式[0016] 以下结合附图对本发明作进一步说明。 [0017] 如图1所示为材料去除时序可控的电解机械加工装置整体结构。该整体结构包括电化学溶解装置和机械研磨装置，包括伺服电机1、机床工作台2、工作箱3、内六角螺钉4、大理石平台5、工件安装座6、紧定螺钉7、阴极安装座8、进液腔9、机床安装板10、压块11、磨具安装座12、磨具13、工件14、滑块15、可编程电源16、多孔阴极17、压缩弹簧18.在机床主轴上设置有机床安装板10，进液腔9和磨具安装座12分别通过内六角螺钉4固定在机床安装板10上；阴极安装座8与进液腔9通过紧定螺钉7固定连接，多孔阴极17设置在阴极安装座8内部，并通过紧定螺钉7与阴极安装座8连接为一体；磨具13设置在磨具安装座12的底部，并通过压块11、压缩弹簧18与磨具安装座12弹性接触，压块11通过紧定螺钉7与磨具安装座12连接为一体；多孔阴极17下方设置有机床工作台2和工作箱3，工作箱3、大理石平台5与机床工作台2上端通过内六角螺钉4固定连接；工件安装座6固定设置在大理石工作台5上端，工件14设置在工件安装座6内部，并通过滑块15、内六角螺钉4与工件安装座6连接为一体；可编程电源16的正极通过导线与工件安装座6连接，负极通过导线与进液腔9连接。 [0018] 如图2所示为多孔阴极的安装示意图，多孔阴极17的材料为不锈钢，其通过紧定螺钉7固定在阴极安装座8内部，多孔阴极17底端平面与阴极安装座8底端平面共面，并且阴极安装座8的材料也为不锈钢。 [0019] 如图3所示为磨具的安装示意图，磨具13在压缩弹簧18和压块11作用下，与工件14表面形成压力可调的弹性接触，压块11由紧定螺钉7与磨具安装座12连接为一体。 [0020] 如图4所示为磨具的结构示意图，磨具13采用碳化硅油石制成，采用阶梯式结构设计，其底部是机械研磨的工作部位、上端是固定连接部位。 |
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