CN102586813A - 一种微细电铸机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微细电铸机床，包括机床底座，底座上设有工作台，工作台下方设有储液槽，工作台上设有电铸槽，电铸槽内设有阳极装夹单元和阴极装夹单元，阳极装夹单元用于放置阳极，阴极装夹单元用于放置阴极，底座上设有与储液槽连接的过滤循环单元，还包括阳极水平进给单元、阳极旋转单元、阴极旋转单元和运动控制系统。本发明结构紧凑，电极布置方式灵活多变、电极运动模式多样，操作简便，功能丰富且自动化，可满足电铸工艺的不同应用要求和最大化发挥电铸设备的潜能。

Description

一种微细电铸机床

技术领域

本发明属于电铸加工设备领域，尤其涉及一种微细电铸机床。 

背景技术

基于电沉积原理的电铸技术，是一种具有极高复制精度的精密成形技术，是目前制造加工金属微细尺度结构与零件的主要支撑技术之一。微细电铸机床是实施电铸工艺的必需载体，电铸机床阴阳极的配置与布局方式、工艺参数的监控能力以及机床整体的自动化程度对微细电铸件的工艺质量、工艺实施方式、以及工艺实施过程的操作简便性具有重要影响。比如，阴极在下的电极水平放置方式便于排出电铸过程中产生的气泡，降低针孔、凹坑等缺陷产生的可能性，但不便于工件的装卸和实验过程的观测；电极竖直放置方式虽然不利于气泡排出，但是便于操作和实验过程控制。有时，为了兼顾上述两种电极布局方式的优点，常采用倾斜式电极布置（如光盘电铸）。此外，阴阳极间的运动与否及运动方式对电铸工艺也有重要影响，采用电极间距在线自动可调式电极运动模式，有利于匀化电流密度分布和改善传质效果，进而提升电铸工艺质量，而且，基于阴极或阳极的微量化可控运动，是目前备受青睐的新型电铸工艺——无模电铸的必要前提。但是，现有的微细电铸设备和机床的电极布置方式大都表现单一，或水平式，或竖直式，或倾斜式，电铸时电极位置固定不变，如ZL200710019823.9公开的“精密/微细电铸机床”和ZL200810200426.6公开的“微电铸装置”，它们的电极配置方式均单一不变，难以满足电铸工艺的不同应用要求和最大化发挥电铸设备的潜能。现今，国内外电铸机床的电极位置确定、极间距调整、实验现象观测等操作动作大都依靠手动来实现，动作繁琐、劳动强度大，工艺效果不好。 

发明内容

本发明的目的是提供一种电极运动模式多样、操作简便的微细电铸机床。 

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是： 

一种微细电铸机床，包括机床底座，底座上设有工作台，工作台下方设有储液槽，工作台上设有电铸槽，电铸槽内设有阳极装夹单元和阴极装夹单元，阳极装夹单元用于放置阳极，阴极装夹单元用于放置阴极，底座上设有与储液槽连接的过滤循环单元，还包括阳极水平进给单元、阳极旋转单元、阴极旋转单元和运动控制系统；所述阳极装夹单元包括阳极旋转杆以及安装于阳极旋转杆上的阳极挂架，所述阳极安装于阳极挂架上；所述阴极装夹单元包括阴极旋转杆以及安装于阴极旋转杆上的阴极挂架，所述阴极安装于阴极挂架上；所述阳极水平进给单元包括固定在工作台上的阳极水平进给伺服电机，阳极水平进给伺服电机输出端通过联轴器与丝杠相连，丝杠两端固定在组合轴承座上，丝杠螺母与拖板相连，拖板连接于两条与丝杠平行安装的导轨上；所述阳极旋转单元包括垂直固定在拖板上的阳极双立柱以及安装在阳极立柱上的阳极旋转驱动单元，阳极旋转驱动单元的输出端与阳极旋转杆连接；所述阴极旋转单元包括垂直固定在工作台上的阴极双立柱以及安装在阴极立柱上的阴极旋转驱动单元，阴极旋转驱动单元的输出端与阴极旋转杆连接；阳极水平进给伺服电机通过联轴器带动丝杠旋转，从而带动与丝杠螺母相连的拖板在导轨上往复移动，实现阳极的水平进给运动，阳极旋转驱动单元带动阳极旋转杆旋转，从而带动固定在阳极旋转杆上的阳极挂架绕阳极旋转杆轴线旋转，实现阳极的旋转运动，阴极旋转驱动单元带动阴极旋转杆旋转，从而带动固定在阴极旋转杆上的阴极主挂架绕阴极装夹杆轴线旋转，以实现安装在阴极挂架上的阴极的旋转运动。

所述微细电铸机床还包括温度控制单元和电铸工艺参数监测单元；所述运动控制系统包括阳极水平进给控制子系统、阳极旋转控制子系统和阴极旋转控制子系统，阳极水平进给控制子系统、阳极旋转控制子系统和阴极旋转控制子系统分别与阳极水平进给伺服电机、阳极旋转驱动单元和阴极旋转驱动单元相连；温度控制单元包括温控仪、加热器和交流接触器，加热器放置在储液槽内，通过温度控制单元，实时控制循环电铸液的温度，运动控制系统和电铸工艺参数监测单元集成在基于PLC（可编程控制器）控制的软件平台上，基于这个软件平台，既可实现对阳极的水平运动、往复振动及微量水平移动，以及阴（阳）极旋转杆的转动和高频微量摆动，又可实现对电铸工艺电流、电压、电铸液温度、酸碱度、电铸时间等工艺参数的实时监测，通过装设在电铸机床前面板上的触摸显示屏或控制面板来实现软件平台的操作。 

所述阳极挂架由上挂架和下挂架通过螺纹活动联接而成，下挂架可绕螺纹联接轴线相对于上挂架在0～180°任意旋转并保持任一角度；所述阴极挂架由U形主挂架和框式副挂架组成，副挂架通过螺纹活动安装在主挂架“U”形槽内开口端，副挂架可绕螺纹联接轴线相对于主挂架在0～360°任意旋转并保持任一角度。 

所述阳极安装于下挂架上，所述阴极通过阴极夹具安装于副挂架上。 

本发明具有以下优点： 

1、通过调整阳极上挂架和阳极下挂架、阴极主挂架和阴极副挂架所形成的安装角度，以及阴极、阳极旋转角度可形成灵活多样的电极放置方式，如阳极在上阴极在下水平式、阳极在下阴极在上水平式、竖直式、任意角度倾斜式等，可满足不同的电铸工艺要求；

2、通过操作控制面板和触摸显示屏，即可在软件平台上完成对电铸工艺参数的实时监测和阴极和（或）阳极运动的在线自动控制，提高工艺的可控性和操作简便性，且优化了工艺环境，降低了劳动强度；

3、电铸过程中，通过电极运动控制系统对阳极水平进给运动进行微量控制，便可用于无模电铸，满足常规电铸工艺和无模型电铸工艺的电铸需求；

4、可根据具体目标要求，自动布局电极位置，优化电极运动方式，实时调控电极间距，以创造优质的电铸工艺环境条件，如电流密度分布均匀、电流效率高等；

5、可根据需要利用电极运动控制系统实现电铸阳极的高频往复移动或摆动、阴极的高频摆动，以获得强化传质、提高电铸工艺质量的效果。

附图说明

图1是微细电铸机床结构布局示意图； 

图2是微细电铸机床整体示意图；

图3是阴、阳极竖直布置方式示意图；

图4是阴、阳极倾斜布置方式1示意图；

图5是阴、阳极倾斜布置方式2示意图；

图6是阴极在下、阳极在上的水平布置方式示意图。

具体实施方式

如图1至6所示，微细电铸机床，包括机床底座1、工作台3、位于工作台3上的电铸槽7，位于电铸槽7内的阳极装夹单元和阴极装夹单元，位于工作台3下方的储液槽2和过滤循环单元18，温度控制单元，电铸工艺参数监测单元，此外，微细电铸机床还包括阳极水平进给单元，阳极旋转单元，阴极旋转单元和运动控制系统。 

阳极装夹单元包括阳极旋转杆9以及安装于阳极旋转杆9上的阳极挂架8，（如图3所示）阳极挂架由上挂架8-2和下挂架8-1通过螺纹活动联接而成，下挂架8-1可绕螺纹联接轴线相对于上挂架8-2在0～180°任意旋转并保持任一角度，板状阳极22通过螺钉固定在下挂架8-1上。 

阴极装夹单元包括阴极旋转杆10以及安装于阴极旋转杆10上的阴极挂架11，（如图3所示）由U形主挂架11-1和框式副挂架11-2组成的可拆卸折叠式阴极挂架11可拆安装在阴极旋转杆10上，副挂架11-2通过螺纹安装在主挂架11-1“U”形槽内开口端，副挂架11-2可绕螺纹联接轴线相对于主挂架11-1在0～360°任意旋转并保持任一角度；阴极夹具23通过螺钉安装在副挂架11-2上；阴极24的沉积面与阳极22正对固定在阴极夹具23中。 

阳极水平进给单元包括固定在工作台上的阳极水平进给伺服电机4，阳极水平进给伺服电机4的输出端通过联轴器与丝杠5连接，丝杠5两端固定在两个组合轴承座6上，丝杠螺母与拖板16相连，拖板16连接于两条与丝杠5平行安装的导轨17上；阳极水平进给伺服电机4通过联轴器带动丝杠5旋转，从而带动与丝杠螺母相连的拖板16在导轨17上往复移动，实现阳极22的水平运动；阳极旋转单元包括垂直固定在拖板16上阳极双立柱12、固定安装在阳极立柱12上的阳极旋转驱动单元13，阳极旋转驱动单元13的输出端与阳极旋转杆9可拆联接；阳极旋转驱动单元13包括伺服电机、轴承组件和联轴器，阳极旋转驱动单元13带动阳极旋转杆9旋转，从而带动固定在阳极旋转杆9上的上挂架8-2绕阳极旋转杆9轴线旋转，实现阳极22的旋转运动。 

阴极旋转单元包括垂直固定在工作台3上的阴极双立柱15、固定安装在阴极立柱15上的阴极旋转驱动单元14，阴极旋转驱动单元14的输出端与阴极旋转杆10可拆联接；阴极旋转驱动单元14包括伺服电机、轴承组件和联轴器，阴极旋转驱动单元14带动阴极旋转杆10旋转，从而带动固定在阴极旋转杆10上的主挂架11-1绕阴极旋转杆10轴线旋转，实现安装在阴极夹具23中的阴极24的旋转运动。 

运动控制系统包括阳极水平进给控制子系统、阳极旋转控制子系统和阴极旋转控制子系统，分别依次控制阳极水平进给伺服电机4、阳极旋转驱动单元13、阴极旋转驱动单元14旋转以实现阳极22的水平运动、往复振动及微量水平移动，以及阴（阳）极旋转杆的转动和高频微量摆动。温度控制单元包括温控仪、加热器和交流接触器，加热器放置在储液槽2内，通过温度控制单元，实时控制循环电铸液的温度，运动控制系统和电铸工艺参数监测单元集成在基于PLC（可编程控制器）控制的软件平台上，基于这个软件平台，既可实现对阳极的水平运动、往复振动及微量水平移动，以及阴（阳）极旋转杆的转动和高频微量摆动，又可实现对电铸工艺电流、电压、电铸液温度、酸碱度、电铸时间等工艺参数的实时监测，通过装设在电铸机床前面板上的触摸显示屏19或控制面板20来实现软件平台的操作（如图2所示）。 

如图2所示，整个机床的机壳21采用工程塑料或不锈钢制成，前侧下部设有活动门25，便于操作过滤循环单元18；前侧上部布置触摸显示屏19或控制面板20；顶部四周设置有挡边，防止电铸液飞溅损坏触摸显示屏19或控制面板20。 

本发明在工作使用时，先将板状阳极22固定在下挂架8-1上，阴极24的沉积面与阳极22正对安装在阴极夹具23中并将阴极夹具23固定在副挂架11-2上，并根据电铸工艺需要确定相应的电极放置方式，若上挂架8-2和下挂架8-1成180°固定，主挂架11-1和副挂架11-2成0°固定，并使上挂架8-2、主挂架11-1竖直，可形成阴阳极的竖直布置方式，如图3所示；若上挂架8-2、下挂架8-1和主挂架11-1、副挂架11-2成任一互补角度固定并使上挂架8-2、主挂架11-1竖直，可形成如图4所示的阴阳极倾斜布置方式，或者上挂架8-2、下挂架8-1成180°固定，主挂架11-1、副挂架11-2成0°固定，上挂架8-2、主挂架11-1倾斜任一角度，可形成如图5所示的另一种阴阳极倾斜布置方式；若上挂架8-2和下挂架8-1，主挂架11-1和副挂架11-2均成直角固定并使上挂架8-2、主挂架11-1竖直，可形成如图6所示的阳极在上、阴极在下的阴阳极水平布置方式，如图6所示。 

开启过滤循环单元18和温度控制单元，根据电铸工艺实施方式的需要，确定阳极固定的有模电铸工艺或阳极连续微量移动的无模电铸工艺，若为阳极固定的有模电铸工艺，还可让阳极自动微量往复振动、阴（阳）极自动微量摆动以强化传质，提高电铸质量，然后操作触摸显示屏19或控制面板20使阴阳极自动运动到优化位置和间距，再开启电铸电源实施电铸。 

电铸过程中观察阴极面沉积情况时，通过操作触摸显示屏19或控制面板20，阳极22会自动后退、阴极24会自动旋转露出电铸液，降低操作者的劳动强度，便于观察；观察完毕后，阴阳极会自动返回到观察前的状态，继续实施电铸，整个过程操作简便。 

Claims (4)

1.一种微细电铸机床，包括机床底座，底座上设有工作台，工作台下方设有储液槽，工作台上设有电铸槽，电铸槽内设有阳极装夹单元和阴极装夹单元，阳极装夹单元用于放置阳极，阴极装夹单元用于放置阴极，底座上设有与储液槽连接的过滤循环单元，其特征在于，还包括阳极水平进给单元、阳极旋转单元、阴极旋转单元和运动控制系统；所述阳极装夹单元包括阳极旋转杆以及安装于阳极旋转杆上的阳极挂架，所述阳极安装于阳极挂架上；所述阴极装夹单元包括阴极旋转杆以及安装于阴极旋转杆上的阴极挂架，所述阴极安装于阴极挂架上；所述阳极水平进给单元包括固定在工作台上的阳极水平进给伺服电机，阳极水平进给伺服电机输出端通过联轴器与丝杠相连，丝杠两端固定在组合轴承座上，丝杠螺母与拖板相连，拖板连接于两条与丝杠平行安装的导轨上；所述阳极旋转单元包括垂直固定在拖板上的阳极双立柱以及安装在阳极立柱上的阳极旋转驱动单元，阳极旋转驱动单元的输出端与阳极旋转杆连接；所述阴极旋转单元包括垂直固定在工作台上的阴极双立柱以及安装在阴极立柱上的阴极旋转驱动单元，阳极旋转驱动单元的输出端与阴极旋转杆连接。

2.如权利要求1所述的微细电铸机床，其特征在于，所述微细电铸机床还包括温度控制单元和电铸工艺参数监测单元；所述运动控制系统包括阳极水平进给控制子系统、阳极旋转控制子系统和阴极旋转控制子系统，阳极水平进给控制子系统、阳极旋转控制子系统和阴极旋转控制子系统分别与阳极水平进给伺服电机、阳极旋转驱动单元和阴极旋转驱动单元相连。

3.如权利要求1或2所述的微细电铸机床，其特征在于，所述阳极挂架由上挂架和下挂架通过螺纹活动联接而成，下挂架可绕螺纹联接轴线相对于上挂架在0～180°任意旋转并保持任一角度；所述阴极挂架由U形主挂架和框式副挂架组成，副挂架通过螺纹活动安装在主挂架“U”形槽内开口端，副挂架可绕螺纹联接轴线相对于主挂架在0～360°任意旋转并保持任一角度。

4.如权利要求3所述的微细电铸机床，其特征在于，所述阳极安装于下挂架上，所述阴极通过阴极夹具安装于副挂架上。

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