CN102107304A - 电化学加工设备及加工方法及其电极单元 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种电化学加工设备及加工方法及其电极单元，其包含一绝缘管与一液态金属，以用于加工至少一工件，工件与绝缘管位于一电解液中，绝缘管具有至少一孔洞，液态金属填充于绝缘管内并伸入孔洞，而为一电极以对工件加工。由于本发明是利用液态金属作为电极，所以藉由调整液态金属伸入孔洞的位置，即可控制加工工件的深度，如此可提高加工精度与节省加工成本。

Description

电化学加工设备及加工方法及其电极单元

技术领域

本发明是有关于一种加工设备及方法，尤其是指一种电化学加工设备及其方法。

背景技术

现今发展出电化学加工(electro chemical machining)，其有别于传统加工方法，是用来加工极硬材料或者传统加工方法难以加工的材料或加工对象，电化学加工方法又称为电解加工。运用电化学加工时，电极是阴极用于作为刀具，而加工对象是阳极，也就是电极与加工对象分别耦接电源的阴极与阳极。电源从加工对象经电解液至电极，如此即可对加工对象进行加工，而移除加工对象不要的部份，电化学加工在加工的过程中没有和加工对象接触，也没有电火花的产生，所以相当安全。

由上述说明可知，电极是用于作为加工刀具而控制加工对象的加工位置与深度。例如当欲于加工对象上形成一孔洞时，即必须在电极上形成一绝缘层，仅让部分电极外露于外，电极其余位置皆被绝缘层覆盖，电极的外露部分是用于在加工对象上形成孔洞，电极的外露的位置通常是相对于孔洞预计位于加工对象的位置，以对加工对象进行加工，而可于加工对象上形成孔洞。但是，因为电极上的绝缘层的厚度是会影响电极的外露部分对加工对象形成孔洞的深度，若绝缘层的厚度较厚则孔洞的深度较浅，反之则孔洞的深度较深，所以若形成于电极的绝缘层的厚度控制不当，则会发生所形成的孔洞的深度不符合预期的深度，如此则必须丢弃原有电极，而更换新电极并形成绝缘层于新电极，这样反复调整即会提高加工成本，且不易控制加工精度。因此，如何提高加工精度与节省加工成本，乃为现今电化学加工的一重要课题。

因此，本发明即在针对上述问题而提出一种电化学加工设备及加工方法及其电极单元，不仅可改善上述现有技术缺点，又可节省加工成本，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的之一，在于提供一种电化学加工设备及加工方法及其电极单元，其藉由液态金属填充于绝缘管内，并伸入于孔洞而为一电极，以对工件加工，以达到提高加工精确与节省加工成本的目的。

本发明的目的之一，在于提供一种电化学加工设备及加工方法及其电极单元，其藉由控制装置施加一压力或一温度于液态金属，而控制液态金属伸入于孔洞的位置，以达到提高加工精确的目的。

为了达到上述的目的，本发明提供一种电化学加工设备，该电化学加工设备用以加工至少一工件，该电化学加工设备包含有：

一槽体，具有一电解液，其中该工件位于该电解液中；

一绝缘管，具有至少一孔洞，位于该电解液中；

一液态金属，填充于该绝缘管内，并伸入该孔洞，而为一电极，以对该工件加工；以及

一电源单元，其两极分别耦接该工件与该液态金属。

本发明中，其更包含：

一控制装置，包含一伸缩控制单元用以施加一压力于该液态金属，以控制该液态金属伸入该孔洞的位置。

本发明中，其中该伸缩控制单元为一加压器，该加压器为一压电材料所制。

本发明中，其中该控制装置依据复数个压力控制参数而控制施加于该液态金属的该压力的大小，而控制该液态金属伸入该孔洞的位置。

本发明中，其中该控制装置更包含：

一数据库，储存有该些压力控制参数，该些压力控制参数对应于该液态金属伸入该孔洞的位置；以及

一微处理单元，读取该些压力控制参数，且依据该些压力控制参数产生一控制讯号；

其中，该伸缩控制单元耦接该微处理单元，且依据该控制讯号控制施加于该液态金属的该压力的大小，以控制该液态金属伸入该孔洞的位置。

本发明中，其更包含：

一控制装置，包含一伸缩控制单元用以施加一温度于该液态金属，以控制该液态金属伸入该孔洞的位置。

本发明中，其中该伸缩控制单元为一加热器，该加热器为电阻材料所制。

本发明中，其中该控制装置依据复数个温度控制参数而控制施加于该液态金属的该温度的大小，而控制该液态金属伸入该孔洞的位置。

本发明中，其中该控制装置更包含：

一数据库，储存有该些温度控制参数，该些温度控制参数对应于该液态金属伸入该孔洞的位置；以及

一微处理单元，读取该些温度控制参数，且依据该些温度控制参数产生一控制讯号；

其中，该伸缩控制单元耦接该微处理单元，且依据该控制讯号控制施加于该液态金属的该温度的大小，以控制该液态金属伸入该孔洞的位置。

本发明中，其中该数据库储存有复数个加工电流控制参数，该些加工电流控制参数对应于该液态金属伸入该孔洞的位置；以及该控制装置更包含一传感器，侦测该电源单元的一加工电流信息，该微处理单元依据该加工电流信息与该数据库的该些加工电流控制参数比较后的一差值，而更改该伸缩控制单元施加的该压力或该温度于该液态金属，以致调整该液态金属伸入该孔洞的位置。

本发明中，其中该电源单元的一正极耦接该工件，一负极耦接该液态金属。

本发明中，其中该液态金属为水银或镓。

本法还同时公开了一种电化学加工方法，其包含有下列步骤：

提供一槽体、至少一工件与一绝缘管，其中该槽体具有一电解液，该工件与该绝缘管位于该电解液中，该绝缘管具有至少一孔洞；

填充一液态金属于该绝缘管内，并伸入该孔洞，而为一电极，以对该工件加工；以及

分别耦接一电源单元的两极于该工件与该液态金属。

本发明还同时公开了一种用于电化学加工的电极单元，其包含有：

一绝缘管，具有至少一孔洞；以及

一液态金属，填充于该绝缘管内，并伸入该孔洞，而为一电极。

本发明中，其中该液态金属为水银或镓。

本发明具有的有益效果，由于本发明藉由调整液态金属伸入孔洞的位置，即可调整本发明对工件进行加工的深浅度，所以本发明可提高加工精度。此外，因为本发明不需更换电极即可调整对工件进行加工的深浅度，如此，可节省加工成本。

附图说明

图1是本发明电化学加工设备的一较佳实施例的示意图；

图2是本发明的一第一实施例电化学加工设备的控制装置的方块图；以及

图3是本发明的第二实施例电化学加工设备的控制装置的方块图。

【图号简单说明】

10    槽体            12    色缘管

14    液态金属        16    电源单元

17    电解液          18    工件

19    孔洞            22    数据库

24    微处理单元      26    伸缩控制单元

28    传感器          30    控制装置

30’  控制装置        40    电化学加工设备

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

首先，请参阅图1，是本发明电化学加工设备40的示意图。如图所示，本发明电化学加工设备40包含一槽体10、一绝缘管12、一液态金属14、一电源单元16、一控制装置30与一电解液17。其中，绝缘管12与液态金属14用于作为电化学加工的一电极单元。绝缘管12、电解液17位于槽体10内，槽体10内更放置有欲进行加工的工件18。绝缘管12和工件18的相对加工区域皆浸于电解液17中，绝缘管12且具有至少一孔洞19。液态金属14填充于绝缘管12内，并伸入孔洞19而作为电化学加工的一电极，以用于配合电解液17而对工件18进行加工。其中控制装置30连接于电极单元，而包含一伸缩控制单元26，其一实施例可为压电材料所制的一加压器，可利用电压大小控制其伸长量，进而对液态金属14进行挤压控制；或者伸缩控制单元26的另一实施例可为一电阻材料所制的一加热器，以对液态金属14进行加热，进而使液态金属14体积膨胀。电源单元16具有正负两极，其正极耦接工件18，而负极耦接液态金属14，即耦接于电极。如此，即可对工件18进行电化学加工，而移除工件18不要的部份，形成对应孔洞19的加工区。

本发明主要是藉由将液态金属14填充于绝缘管12中，并且让液态金属14伸入孔洞19，以作为电化学加工的电极，液态金属14会于孔洞19中形成具一曲率的凸面。如此，藉由控制液态金属14伸入孔洞19的位置，也就是液态金属14位于孔洞19的凸点与绝缘管12的外表面的间距a，或与工件18的表面的间距b，如此利用此电极进行电化学加工，即可控制在工件18的侧向表面的加工深度，以达到提高加工精确的目的。例如，若液态金属14伸入孔洞19的距离较大时，使得间距a或间距b相对减小，即可加工使工件18的侧向表面形成深度较深的凹面。反之，液态金属14伸入孔洞19的距离较小时，使得间距a或间距b相对加大，即可加工形成深度较浅的凹面于工件18的侧向表面。

由上述可知，本发明仅需藉由调整液态金属14伸入孔洞19的位置，即可调整对工件18的侧向表面进行加工的深度。若发生形成于工件18的凹面的深度不符合预期的深度时，仅需调整液态金属14伸入孔洞19的位置，即可调整凹面的深度，如此则不需如同现有技术必须丢弃原有电极，因此本发明即可达到节省加工成本的目的。

本发明电化学加工设备40的液态金属14的一较佳实施例为水银或镓。上述实施方式仅为本发明的一较佳实施例，并不局限本发明的实施例仅为上述方式。例如，本发明亦可在槽体10内设置复数个工件18与填充有液态金属14的复数条绝缘管12，以对该些工件18进行加工。此外，本发明的绝缘管12的孔洞19的位置与数量，是依据对工件18进行加工的需求而改变，而并非仅为此实施例所示的位置与数量。

本发明为了便于控制液态金属14伸入孔洞19的位置，是可进一步藉由控制装置30控制液态金属19，其用于施加压力或温度于液态金属14，以控制液态金属14伸入孔洞19的位置，而调整对工件18加工所欲形成的凹面的深度。以下是配合第二及图3的实施例，而对本发明的控制装置30进行详细说明。

请参阅图2，是本发明的第一实施例的电化学加工设备40的控制装置30的方块图，该控制装置30为开回路(open loop)控制的设计。如图所示，本发明的控制装置30包含伸缩控制单元26，其可施加压力推抵或施加温度加热于液态金属14，以控制液态金属14伸入孔洞19的位置。当施加压力或施加温度较大时，液态金属14伸入孔洞19的距离较大，也就是图1所示之间距a或间距b减小，反之则变小，如此即可调整加工精度。

复参阅图2，本发明的控制装置30更包含一数据库22与一微处理单元24。数据库22中存有复数个控制参数，例如压力控制参数及温度控制参数，该些压力控制参数与该些温度控制参数对应于液态金属14伸入孔洞19的位置，亦即该些压力控制参数及该些温度控制参数对应于凹面加工的深度。控制装置30即依据该些压力控制参数或该些温度控制参数，而控制施加于液态金属14的压力或温度的大小，以控制液态金属14伸入孔洞19的位置。

此外，微处理单元24是耦接数据库22与伸缩控制单元26，其会依据欲对工件18进行加工的加工条件，例如凹面的深度，而读取数据库22中的控制参数，并且依据控制参数产生一控制讯号，并传送控制讯号至伸缩控制单元26，伸缩控制单元26即会依据所接收到的控制讯号，而施加对应的压力或温度于液态金属14，以控制液态金属14位于孔洞19的位置，也就是控制液态金属14伸入孔洞19的位置，且控制电源单元16输出电讯号以进行电化学加工，并使工件18形成所对应的凹面深度。上述的压力及温度控制参数是预先依据各种加工条件与液态金属14的种类等条件，而建立于数据库22中。

此外，请参阅图3，是本发明的第二实施例的电化学加工设备40的控制装置30’的方块图，此实施例的该控制装置30’为闭回路(closed loop)控制的设计，而不同于上一实施例的开回路设计的控制装置30。微处理单元24会依据欲对工件18进行加工的加工条件，例如凹面的深度，而读取数据库22中的控制参数，并且依据控制参数产生控制讯号，并传送控制讯号至伸缩控制单元26，伸缩控制单元26即会依据所接收到的控制讯号，而施加对应的压力或温度于液态金属14，以控制液态金属14伸入孔洞的位置，且控制电源单元16输出电讯号以进行电化学加工，并使工件18形成所对应的凹面深度。

由于，液态金属14可能会受温度影响而膨胀，而影响液态金属14伸入孔洞19的位置。此时，数据库22中更存有复数个控制参数，例如加工电流控制参数，其对应于液态金属14伸入孔洞19的位置。本发明的控制装置30’更包含一传感器28，其用于侦测电源单元16的一加工电流信息，而可实时获知该液态金属14伸入该孔洞19的位置，藉此微处理单元24依据加工电流信息与数据库22的加工电流控制参数比较后的一差值，而产生对应的控制讯号至伸缩控制单元26，进而更改伸缩控制单元26施加压力或温度于液态金属14，以致调整液态金属14伸入孔洞19的位置，而改变加工电流的大小，如此反复即可达到所预设的加工深度。此实施例仅为本发明的一实施例。由上述可知，本发明可利用控制装置30或30’改变液态金属14伸入孔洞19的位置，进而于电化学加工使工件18的加工表面形成不同深度的加工效果，如此即方便控制加工精度。本发明控制装置30与30’的数据库22与微处理单元24的一较佳实施例为一计算机。

综上所述，本发明为一种电化学加工设备及加工方法及其电极单元，其包含绝缘管与液态金属，以用于加工至少一工件，工件与绝缘管位于电解液中，且绝缘管具有孔洞，液态金属填充于绝缘管内并伸入孔洞，而作为电极以对工件进行加工。由于本发明藉由调整液态金属伸入孔洞的位置，即可调整本发明对工件进行加工的深浅度，所以本发明可提高加工精度。此外，因为本发明不需更换电极即可调整对工件进行加工的深浅度，如此，可节省加工成本。

综上所述，仅为本发明的一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (15)

1.一种电化学加工设备，该电化学加工设备用以加工至少一工件，该电化学加工设备包含有：

一槽体，具有一电解液，其中该工件位于该电解液中；

一绝缘管，具有至少一孔洞，位于该电解液中；

一液态金属，填充于该绝缘管内，并伸入该孔洞，而为一电极，以对该工件加工；以及

一电源单元，其两极分别耦接该工件与该液态金属。

2.根据权利要求1所述的电化学加工设备，其更包含：

一控制装置，包含一伸缩控制单元用以施加一压力于该液态金属，以控制该液态金属伸入该孔洞的位置。

3.根据权利要求2所述的电化学加工设备，其中该伸缩控制单元为一加压器，该加压器为一压电材料所制。

4.根据权利要求2所述的电化学加工设备，其中该控制装置依据复数个压力控制参数而控制施加于该液态金属的该压力的大小，而控制该液态金属伸入该孔洞的位置。

5.根据权利要求4所述的电化学加工设备，其中该控制装置更包含：

一数据库，储存有该些压力控制参数，该些压力控制参数对应于该液态金属伸入该孔洞的位置；以及

一微处理单元，读取该些压力控制参数，且依据该些压力控制参数产生一控制讯号；

其中，该伸缩控制单元耦接该微处理单元，且依据该控制讯号控制施加于该液态金属的该压力的大小，以控制该液态金属伸入该孔洞的位置。

6.根据权利要求1所述的电化学加工设备，其更包含：

一控制装置，包含一伸缩控制单元用以施加一温度于该液态金属，以控制该液态金属伸入该孔洞的位置。

7.根据权利要求6所述的电化学加工设备，其中该伸缩控制单元为一加热器，该加热器为电阻材料所制。

8.根据权利要求6所述的电化学加工设备，其中该控制装置依据复数个温度控制参数而控制施加于该液态金属的该温度的大小，而控制该液态金属伸入该孔洞的位置。

9.根据权利要求8所述的电化学加工设备，其中该控制装置更包含：

一数据库，储存有该些温度控制参数，该些温度控制参数对应于该液态金属伸入该孔洞的位置；以及

一微处理单元，读取该些温度控制参数，且依据该些温度控制参数产生一控制讯号；

其中，该伸缩控制单元耦接该微处理单元，且依据该控制讯号控制施加于该液态金属的该温度的大小，以控制该液态金属伸入该孔洞的位置。

10.根据权利要求5或9所述的电化学加工设备，其中该数据库储存有复数个加工电流控制参数，该些加工电流控制参数对应于该液态金属伸入该孔洞的位置；以及该控制装置更包含一传感器，侦测该电源单元的一加工电流信息，该微处理单元依据该加工电流信息与该数据库的该些加工电流控制参数比较后的一差值，而更改该伸缩控制单元施加的该压力或该温度于该液态金属，以致调整该液态金属伸入该孔洞的位置。

11.根据权利要求1所述的电化学加工设备，其中该电源单元的一正极耦接该工件，一负极耦接该液态金属。

12.根据权利要求1所述的电化学加工设备，其中该液态金属为水银或镓。

13.一种电化学加工方法，其包含有下列步骤：

提供一槽体、至少一工件与一绝缘管，其中该槽体具有一电解液，该工件与该绝缘管位于该电解液中，该绝缘管具有至少一孔洞；

填充一液态金属于该绝缘管内，并伸入该孔洞，而为一电极，以对该工件加工；以及

分别耦接一电源单元的两极于该工件与该液态金属。

14.一种用于电化学加工的电极单元，其包含有：

一绝缘管，具有至少一孔洞；以及

一液态金属，填充于该绝缘管内，并伸入该孔洞，而为一电极。

15.根据权利要求14所述的用于电化学加工的电极单元，其中该液态金属为水银或镓。

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