CN103028795A - 一种电解加工振动进给运动实现装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电解加工振动进给运动实现装置，属于电解加工领域。该装置包括伺服进给运动装置和振动装置，振动装置通过滑座安装在伺服进给运动装置上，所述振动装置包括音圈电机，音圈电机动子的顶端固定有连接块，连接块通过传动机构与导电块相连接，导电块用于装夹工具阴极。本发明利用伺服电机、丝杆、导轨副实现进给运动，利用音圈电机驱动实现振动运动，并将这两种相互平行的运动复合，实现工具阴极的振动进给运动；该运动实现装置可以有效的解决电解加工过程中电解产物的排出难题，并有效改善电解液流场，从而易于实现小间隙电解加工，达到提高电解加工精度和稳定性的目的。

Description

一种电解加工振动进给运动实现装置

 

技术领域

本发明属于精密电解加工装置领域，特别涉及一种用于实现电解加工过程中阴极进给运动和振动运动相复合的装置。

背景技术

电解加工是一种特种加工技术，它是利用电化学阳极溶解的原理去除材料的加工方法。与传统的机械加工方法比较，具有加工速度快，表面质量好，工具阴极无损耗，加工范围广及无宏观切削力等突出优点，在航空航天、仪器仪表、模具制造等领域得到广泛的应用。然而，电解加工的阳极溶解过程处于十分复杂的环境中，受到电场、流场、温度、电化学参数等影响，各项参数相互耦合，加工状态十分复杂难于控制，使得电解加工的精度有待提高。

根据现有的研究成果可知，小间隙电解加工是有效提高电解加工精度的方法之一，但是在进行小间隙电解加工时，会存在电解产物及电解热难以排出等难题，同时，加工间隙过小会导致电解液流场状况不佳，流量供应不足，甚至存在局部缺液、空穴现象，将会影响电解加工的精度和稳定性，严重时将会导致短路的发生。为实现稳定的小间隙电解加工并进一步减小电解加工间隙，往往采用振动进给电解加工方法。振动进给电解加工装置工作原理为：工具阴极在进给运动的同时做振动运动, 当工具阴极靠近工件时通电, 实现小间隙加工；随后阴极断电离开工件, 拉大间隙进行冲刷, 使电解产物和电解热充分排除, 使的小间隙加工能稳定地进行。

目前的振动电解加工装置基本通过曲柄滑块机构或电磁驱动方式实现，曲柄滑块振动电解加工装置存在可实现的振动频率较低及振动幅值调整困难的问题，而且加工过程中产生的冲击力及噪声较大，工作环境比较恶劣。电磁驱动的振动电解装置虽然可以实现较高频率的振动，但则存在驱动力过小的问题，带动较大质量的负载时，能实现的振动幅值较小，对减小电解加工间隙作用有限。由于电解加工影响因素较多，不同的工件的加工参数往往差异较大，所以以上两种装置的实用性有限。因此，一种可以实现较高振动频率和有较大驱动力且振动频率及幅值可以在一定范围内可调的电解加工装置对提高电解加工的精度和稳定性具有十分重要的意义。

发明内容

本发明旨在提供一种电解加工振动进给运动实现装置，解决小间隙电解加工过程中电解产物及热量的排除和改善加工间隙间的流场，保证小间隙电解加工的稳定性，从而提高电解加工的精度和稳定性。

为了实现上述的目的，本发明采用下述的技术方案：

一种电解加工振动进给运动实现装置，包括伺服进给运动装置和振动装置，振动装置通过滑座安装在伺服进给运动装置上，所述振动装置包括音圈电机、连接块、传动机构、导电块、电机固定板及主轴外壳，所述电机固定板的上部固定有音圈电机的定子，下部固定在主轴外壳上，主轴外壳固定在滑座下部并随着滑座一起随动于伺服进给运动装置；所述音圈电机的动子的顶端固定有连接块，连接块通过传动机构与导电块相连接，导电块用于装夹工具阴极。

所述传动机构为滚珠花键副，该滚珠花键副花键轴的两端分别与连接块及导电块相连接，并通过连接螺栓将三者固定在一起，滚珠花键副的花键母固定于主轴外壳下部，对音圈电机动子起运动导向的作用。

所述的音圈电机、连接块、滚珠花键副、导电块安装时中心处于同一条直线上，该直线与进给运动的方向相互平行。

所述振动装置设有行程保护部分，该行程保护部分包括在音圈电机的尾部设有带有双限位开关的数字光栅尺的读数头，在音圈电机中心设有连杆，连杆的一端穿过音圈电机的中心孔和连接块相连，由连接块带动做上下往复运动，在连杆的另一端黏贴数字光栅尺的标尺，在音圈电机的尾部设有直线轴承对连杆的运动起到导向作用此外，在电机固定板台阶面及导电块上部分别设有上缓冲橡胶和下缓冲橡胶。

所述振动装置设有冷却部分，该冷却部分安装在滑座，由密封板、进气管，排气管，隔板直通管接头，进气管接头，塑料软管组成，其中进气管、排气管分别通过管接头固定在用于密封滑座的密封板上，进气管接头、排气管接头分别连接在电机固定板的进气口及排气口位置上，两个隔板直通管接头和两个进气管接头之间分别连接塑料软管；所述的电机固定板上加工有通向固定板中心的进气口和排气口，且进气口和排气口对称分布。

所述伺服进给运动装置包括安装于电解装置底座上的伺服电机及其减速器，减速器通过联轴器连接丝杆副，丝杆副安装于滑座的侧面，在该侧面还设有导轨副用于导向滑座的运动。

所述振动装置设有电解液防护部分，该电解液防护部分包括环形密封橡胶片，上O型圈和下O型圈，环形密封橡胶片的外圈和内圈分别用压板压紧在主轴外壳下台阶面及导电块上台阶面上，并用螺钉固定。

所述振动装置设有绝缘部分，所述的绝缘部分由设于导电块和滚珠花键副的花键轴配合处的缘塑料以及导电块和连接螺栓接触部分的绝缘塑料组成。

本发明与现有的技术相比具有以下优点：

1）本发明采用音圈电机作为振动运动的动力源，综合了机械式振动装置大的驱动力和电磁式振动装置高振动频率的优点。可以带动工具阴极（质量不大于15kg）做幅值为0~2mm，频率为0~50Hz，波形包括正余弦、梯形、三角形在内的的振动，且振动的幅值及频率无级可调，可以满足不同电解加工工艺情况下所需的参数；

2）本发明中音圈电机到工具阴极的传动是通过滚珠花键实现的，该装置具有质量轻、刚度高及摩擦力小的优点；该装置中，电机、滚珠花键副、导电块及工具阴极中心处于同一条直线上，有效的降低了花键副上的力矩，提高了滚珠花键的使用寿命；

3）本发明中通过使用数字光栅尺，实现了对工件位置的闭环控制。通过数字光栅尺提供的位置信号，控制系统可以实时调整驱动器输入音圈电机的电流，提高工具阴极的定位精度及重复定位精度，从而提高电解加工的精度和稳定性；装置中所采用的数字光栅尺自带有双限位开关，减少了额外的限位开关的使用，有效的简化了装置的结构；

4）本发明中的振动装置通过合理的设计制成了整体构件，具有结构简单，维护方便的优点，可以方便移植安装于不同设备上。

附图说明

图1是本发明电解加工振动进给实现装置三维示意图；

图2是本发明振动实现部分正视图图；

图3是本发明振动实现部分爆炸视图；

图4是本发明电解加工振动进给装置剖视图；

图5是本发明电解加工振动进给装置局部放大图； 

图6是本发明电机固定板装置示意图。

图中的标号名称为：1、交流伺服电机，2、减速器，3、联轴器，4、导轨副，5、丝杆副，6、振动装置，7、滑座，8、音圈电机，9、上缓冲橡胶，10、电机固定板，11、滚珠花键副，12、导电块，13、塑料绝缘环，14、连接螺栓，15、下缓冲橡胶，16、塑料绝缘环，17、加油管，18、连接块，19、角铁，20、数字光栅尺，21、连杆，22、直线轴承，23、主轴外壳，24、环形密封橡胶圈，25a、压环，25b、压环，26a、下O型圈，26b、上O型圈，27a、进气管接头，27b、排气管接头，28a、塑料软管，28b、塑料软管，29a、隔板直通管接头，29b、隔板直通管接头，30、密封板，31a、进气管，31b，排气管，32减震橡胶，33、保护罩。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理、结构及工作工程进一步说明本发明。

参照图1，本发明的电解加工振动进给运动实现装置主要包括伺服进给运动装置和振动装置6。其中，

伺服进给运动装置包括安装于电解装置底座上的伺服电机1及其减速器2，减速器2通过联轴器3连接丝杆副5，丝杆副5安装于滑座7的侧面，在该侧面还设有导轨副4用于导向滑座7的运动振动装置6通过滑座7安装在伺服进给运动装置上。

振动装置主要包括音圈电机8、连接块18、滚珠花键副11、导电块12、电机固定板10及主轴外壳23，所述电机固定板10的上部固定有音圈电机8的定子，下部固定在主轴外壳23上，主轴外壳23固定在滑座7下部并随着滑座7一起随动于伺服进给运动装置；所述音圈电机8的动子的顶端固定有连接块18，连接块18通过滚珠花键副11与导电块12相连接，导电块12用于装夹工具阴极。滚珠花键副11的花键轴的两端分别与连接块18及导电块12相连接，并通过连接螺栓14将三者固定在一起，滚珠花键副11的花键母固定于主轴外壳23下部，对音圈电机8动子起运动导向的作用。滚珠花键副采用油润滑的方式润滑，主轴外壳侧面设有进油口，进油口和滚珠花键副的花键母上油嘴之间连接有加油管17。

在音圈电机8的尾部设有数字光栅尺20的读数头，通过角铁19固定。在音圈电机8中心设有连杆21，连杆21的一端穿过音圈电机8的中心孔和连接块18相连，由连接块18带动做上下往复运动，在连杆21的另一端黏贴数字光栅尺20的标尺，在音圈电机8的尾部设有直线轴承22对连杆21的运动起到导向作用，音圈电机8尾部的安装有保护罩33。

本装置实现振动进给运动复合的工作过程为：电解加工过程中，进给运动通过安装固定于底座上的伺服电机1和丝杆副5的运动转换带动滑座7相对于底座运动来实现；振动运动通过振动装置6中的音圈电机8及中间运动导向、连接部分带动工具阴极做往复运动实现；其中，振动装置6安装固定在滑座7上，与滑座7保持相同的运动状态，而且振动运动的方向和进给运动的方向相互平行，故工具阴极在做振动运动的同时又相对于底座做进给运动，即实现了电解加工过程中的进给运动和振动的复合。

参照图3、4，具体说明振动装置的工作过程：振动装置由作为动力源的音圈电机8，传动导向部分的滚珠花键11，连接部分的连接块18、导电块12及位置检测部分的数字光栅尺20组成，其中音圈电机8的动子、连接块18、滚珠花键11轴及导电块12连接成整体，具有相同的运动状态。电解加工过程中，根据加工的需要，通过控制系统中设定合适的振动状态参数振动幅值、频率及振动波形，控制系统根据该参数计算输入音圈电机8动子所需的电流大小和方向，音圈电机8的动子在驱动器输入的电流下受到磁场力的作用从而相对于定子做轴向运动，即实现了工具阴极的振动运动；安装于音圈电机8定子尾部的数字光栅尺20通过固定在连接块18上的连杆22间接读取加工过程中工具阴极所处的位置该位置是工具阴极相对于振动装置的位置，是相对位置，并将工具阴极的位置反馈给控制系统，控制系统根据该位置信号，计算调整驱动器输入的电流参数，保证工具阴极的运动状态与设定的一致，从而实现位置的闭环控制，提高工具阴极的定位精度及重复定位精度。

振动实现部分所采用的螺钉均为高强度螺钉，安装时螺纹处涂有防松胶水；上述主轴外壳和滑座的安装配合处设有减震橡胶垫；上述音圈电机尾部的安装有保护罩。

参考图3、4，具体说明电解加工过程中的位置安全防护工作过程，位置安全防护主要由带有双限位开关的数字光栅尺20、上缓冲橡胶9、下缓冲橡胶15组成。电解加工过程中，若因为操作等导致工具阴极的运动超过所设定的安全行程时，数字光栅尺20将报警信号传递给控制系统，控制系统则立刻报错并向音圈电机8动子通以相反方向的电流，使动子向相反的方向运动，最终回到所设定好的零点位置；在断电或急停情况下，运动部分在惯性力下向上或向下运动，超过极限位置时，运动部分会压缩上缓冲橡胶9或下缓冲橡胶15，此时缓冲橡胶受压发生弹性形变，阻碍运动部分的运动并最终使其停止运动，从而避免因刚性碰撞导致装置的损坏。

参照图4、6，说明装置的冷却过程。装置中音圈电机8的动子是主要发热部分，由于电机处于封闭环境中，自然散热效果不明显，需要采取强制的散热措施，冷却部分包括有进气管31a，排气管31b，隔板直通管接头29a、29b，进气管接头27a，排气管接头27b，塑料软管28a、28b及电机固定板。电解加工过程中，外部气源向振动装置提供冷却用的压缩空气，压缩空气通过进气管31a、隔板直通管接头29a、塑料管28a及进气管接头27a组成的进气通路进入电机固定板10的进气口中并对音圈电机8的动子进行冷却，冷却产生的废气通过由排气管接头27b、塑料软管28b、隔板直通管接头29b及排气管31b组成的排气通路流出装置，在排气通路的尾部，安装有轴流风机，用于加速气体的排出。

此外，振动装置设有电解液防护部分，如图5，该电解液防护部分包括环形密封橡胶片24，上O型圈26a和下O型圈26b，环形密封橡胶片24的外圈和内圈分别用压板25b、25a压紧在主轴外壳23下台阶面及导电块12上台阶面上，并用螺钉固定。

振动装置还设有绝缘部分，由设于导电块12和滚珠花键副11的花键轴配合处的缘塑料16以及导电块12和连接螺栓14接触部分的绝缘塑料13组成。

在电解加工过程中，工具阴极的运动由大行程的伺服进给运动和小幅值的振动复合而成，其中伺服进给运动通过伺服电机、丝杆副和导轨副带动振动装置实现；振动通过振动装置中音圈电机带动工具阴极做往复运动实现。通过实现电解加工中工具阴极的振动进给运动，解决电解加工过程中电解产物的排除难题及改善电解液流场，实现小间隙电解加工，从而提高电解加工的精度和稳定性。

振动装置可带动工具阴极（质量不大于15kg）做幅值为0-2mm，频率为0-50Hz，波形包括正余弦、梯形、三角形在内的的振动，且振动的幅值及频率无级可调；所述的伺服进给运动方向和工具阴极的振动方向相互平行。

    本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电解加工振动进给运动实现装置，包括伺服进给运动装置和振动装置（6），振动装置（6）通过滑座（7）安装在伺服进给运动装置上，其特征在于，所述振动装置包括音圈电机（8）、连接块（18）、传动机构、导电块（12）、电机固定板（10）及主轴外壳（23），所述电机固定板（10）的上部固定有音圈电机（8）的定子，下部固定在主轴外壳（23）上，主轴外壳（23）固定在滑座（7）下部并随着滑座（7）一起随动于伺服进给运动装置；所述音圈电机（8）的动子的顶端固定有连接块（18），连接块（18）通过传动机构与导电块（12）相连接，导电块（12）用于装夹工具阴极。

2.根据权利要求1所述的电解加工振动进给运动实现装置，其特征在于，所述传动机构为滚珠花键副（11），该滚珠花键副（11）花键轴的两端分别与连接块（18）及导电块（12）相连接，并通过连接螺栓（14）将三者固定在一起，滚珠花键副（11）的花键母固定于主轴外壳（23）下部，对音圈电机（8）动子起运动导向的作用。

3.根据权利要求2所述的电解加工振动进给运动实现装置，其特征在于，所述的音圈电机（8）、连接块（18）、滚珠花键副（11）、导电块（12）安装时中心处于同一条直线上，该直线与进给运动的方向相互平行。

4.根据权利要求1、2或3所述的电解加工振动进给运动实现装置，其特征在于，所述振动装置设有行程保护部分，该行程保护部分包括在音圈电机（8）的尾部设有带双限位开关的数字光栅尺（20）的读数头，在音圈电机（8）中心设有连杆（21），连杆（21）的一端穿过音圈电机（8）的中心孔和连接块（18）螺纹连接，由连接块（18）带动做上下往复运动，在连杆（21）的另一端黏贴数字光栅尺（20）的标尺，在音圈电机（8）的尾部设有直线轴承（22）对连杆（21）的运动起到导向作用。

5.根据权利要求4所述的电解加工振动进给运动实现装置，其特征在于，在电机固定板（10）台阶面及导电块（12）上部分别设有上缓冲橡胶（9）和下缓冲橡胶（15）。

6.根据权利要求1、2或3所述的电解加工振动进给运动实现装置，其特征在于，所述振动装置设有冷却部分，该冷却部分安装在滑座（7），由密封板（30）、进气管（31a），排气管（31b），隔板直通管接头（29a、29b），进气管接头（27a、27b），塑料软管（28a、28b）组成，其中进气管（31a）、排气管（31b）分别通过管接头（29a、29b）固定在用于密封滑座的密封板（30）上，进气管接头（27a）、排气管接头（27b）分别连接在电机固定板（10）的进气口及排气口位置上，两个隔板直通管接头（29a、29b）和两个进气管接头（27a、27b）之间分别连接塑料软管（28a、28b）；所述的电机固定板（10）上加工有通向固定板中心的进气口和排气口，且进气口和排气口对称分布。

7.根据权利要求1、2或3所述的电解加工振动进给运动实现装置，其特征在于，所述伺服进给运动装置包括安装于电解装置底座上的伺服电机（1）及其减速器（2），减速器（2）通过联轴器（3）连接丝杆副（5），丝杆副（5）安装于滑座（7）的侧面，在该侧面还设有导轨副（4）用于导向滑座（7）的运动。

8.根据权利要求1、2或3所述的电解加工振动进给运动实现装置，其特征在于所述振动装置设有电解液防护部分，该电解液防护部分包括环形密封橡胶片（24），上O型圈（26a）和下O型圈（26b），环形密封橡胶片（24）的外圈和内圈分别用压板（25b、25a）压紧在主轴外壳（23）下台阶面及导电块（12）上台阶面上，并用螺钉固定。

9.根据权利要求2所述的电解加工振动进给运动实现装置，其特征在于所述振动装置设有绝缘部分，所述的绝缘部分由设于导电块（12）和滚珠花键副（11）的花键轴配合处的缘塑料（16）以及导电块（12）和连接螺栓（14）接触部分的绝缘塑料（13）组成。

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