CN103543693A - 一种实时测量阴极磨损量的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实时测量阴极磨损量的装置及方法，属于特种加工机床附件领域。本发明的一种实时测量阴极磨损量的装置，其主要由万向测量标准块、定心滑块、顶簧、主体框架、拉簧、定位块、快换接头、气管、底座、航空插头和检测系统等部件构成，值得说明的是本发明还公开了一种实时测量阴极磨损量的方法，采用该方法可分别测得加工过程中的实时坐标值与加工前的标准坐标值，并将实时坐标值与标准坐标值相比较，即可得出阴极在半径和高度方向的磨损量。本发明不仅能适应有电解液及盐气腐蚀的加工环境，不因使用环境恶劣而损坏，确保有正常的使用寿命，而且可实时测量出加工中阴极磨损量，以便能及时进行磨损补偿。
Description
技术领域
本发明涉及一种测量阴极磨损量的装置及其工作方法，更具体地说，涉及一种实时测量阴极磨损量的装置及方法。
背景技术
在先进制造技术迅猛发展的今天，要解决各种难切削材料、特殊复杂型面、超精密零件的加工问题，仅靠传统的切削加工方法很难实现，有些根本无法实现。在迫切的生产需求下，人们通过各种渠道，借助于多种能量形式，不断研究和探索新的加工方法，特种加工技术就是在这种环境和条件下产生和发展起来的。目前，特种加工机床已经成为制造领域不可缺少的重要组成部分，在难切削材料、复杂型精密零件、低刚度零件、磨具加工、快速原型制造以及大规模集成电路等领域发挥着越来越重要的作用。数控电解机械复合加工机床就是特种加工机床中的典型代表。
数控电解机械复合加工机床通过控制复合阴极和工件阳极的相对运动，可以加工各种复杂的型腔和型面。通过更换不同的复合阴极和调节不同的加工参数，可以在同一台机床上通过钻孔、铣削、切割、磨削和抛光等加工方式对同一个零件完成粗加工、精加工和表面光整加工，消除了工件重复安装所带来的安装误差，加工效率较传统加工有了极大的提高。但由于该机床的特殊构造以及恶劣的加工环境（加工中使用的电解液由氯化钠和硝酸钠配制而成，具有极强的腐蚀性，且加工过程中产生大量的盐气聚集在机床防护内），市场上还没有能与之相配套的在线测量阴极磨损量的装置，加工过程中不能实时测量直接影响了机床的加工效率，进而影响了数控电解机械复合加工机床在市场的推广与发展。针对这种情况，发明了一种适应数控电解机械复合加工机床特殊构造及恶劣加工环境的在线测量阴极磨损量的装置。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有技术中数控电解机械复合加工机床不能实时测量加工中阴极磨损量的不足，提供了一种实时测量阴极磨损量的装置及方法，采用本发明的技术方案，不仅能实时测量加工中阴极磨损量，以便能及时进行磨损补偿，而且该装置能适应有电解液及盐气腐蚀的加工环境，不因使用环境恶劣而损坏，确保了有正常的使用寿命。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种实时测量阴极磨损量的装置，包括万向测量标准块、主体框架、拉簧、底座和检测系统，所述的主体框架的结构形状为内部开设有圆柱形阶梯通孔的圆柱体，该圆柱形阶梯通孔的上端孔径小于圆柱形阶梯通孔的下端孔径；所述的主体框架内设置有与上述圆柱形阶梯通孔相配合的定心滑块；所述的万向测量标准块包括基准部和连接部；所述的基准部的结构形状为圆柱体；所述的连接部穿过上述的定心滑块后通过拉簧与底座相连，该连接部与定心滑块采用半球面配合方式连接；所述的底座固定安装在主体框架的底部；所述的底座与上述的定心滑块之间设有顶簧；所述的检测系统通过设于主体框架一侧的航空插头与上述的拉簧相连。
更进一步地，还包括快换接头和气管，所述的气管通过快换接头与底座上开设的第一通气孔相连；所述的第一通气孔的内部设有第二通气孔，该第二通气孔与上述的圆柱形阶梯通孔相通；所述的定心滑块上设有第三通气孔。
更进一步地，所述的检测系统包括内部设有集成控制系统的控制盒和电源，所述的控制盒上设有检测电极、负极、控制信号输出口和电源输入口，所述的检测电极与电线的一端相连，该电线的另一端通过航空插头与拉簧相连；所述的负极与机床主轴上的阴极电连接；所述的控制信号输出口与机床控制机构电连接；所述的电源输入口与电源电连接。
更进一步地，所述的底座的底部设置有定位块。
更进一步地，所述的主体框架与底座之间采用定位紧固螺丝固定；所述的定位块与底座之间采用紧固螺丝固定；所述的拉簧与底座之间采用拉紧螺丝固定。
更进一步地，所述的主体框架、定心滑块、底座和万向测量标准块均采用00Cr27Ni31Mo4Cu奥氏体不锈钢制成。
本发明的一种实时测量阴极磨损量的方法，其步骤为：
（1）定位：将权利要求1至6中任意一项所述的装置定位于机床的工作台上；
（2）编程：在集成控制系统中写入一段专门针对测量时阴极的运动轨迹而编制的程序；
（3）设置系统零点：找出位于万向测量标准块中基准部上表面的圆心，此圆心的坐标值设置为集成控制系统中程序的零点位置；
（4）测量标准坐标值：在机床加工前，通过步骤（2）中编制的程序，控制阴极触碰万向测量标准块中基准部的侧表面，记录下阴极在该点的坐标值，该坐标即为阴极在半径方向的标准坐标值；结束上述的测量后，阴极暂停一个指定的时间后，程序自动往下执行，控制阴极触碰万向测量标准块中基准部的上表面，记录下阴极在该点的坐标值，该坐标即为阴极在高度方向的标准坐标值；
（5）测量实时坐标值：步骤（4）结束后，机床开始加工，在加工过程中，采用与步骤（4）相同的方法测量并记录下阴极在半径和高度方向的实时坐标值；
（6）计算磨损量：最后将加工过程中测量的实时坐标值与加工前测量的标准坐标值相比较，即可计算出阴极在半径和高度方向的磨损量，进而能及时进行阴极磨损补偿。
更进一步地，步骤（1）所述的定位是通过定位块定位于机床的工作台上，同时配合T型螺杆及螺母压紧。
更进一步地，步骤（3）所述的万向测量标准块中基准部上表面的圆心采用千分表找出。
更进一步地，步骤（4）中所述的标准坐标值的具体测量方法为：控制机床主轴上的阴极在X或者Y的任一方向朝着万向测量标准块的圆心匀速运动，当阴极触及万向测量标准块中基准部的侧表面时，控制盒产生一信号即检测电极处的电平由高电平跳变为低电平，并通过控制信号输出口将信号发送至机床控制机构使机床停止运动，记录下此时的坐标值，该坐标值为阴极在半径方向的标准坐标值；结束上述的测量后，阴极暂停一个指定的时间后，程序自动往下执行，控制阴极快速移至万向测量标准块的圆心上方，向着Z-方向匀速运动，当阴极触及万向测量标准块中基准部的上表面时，控制盒产生一信号即检测电极处的电平由高电平跳变为低电平，并通过控制信号输出口将信号发送至机床控制机构使机床停止运动，记录下此时的坐标值，该坐标值为阴极在高度方向的标准坐标值。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
（1）本发明的一种实时测量阴极磨损量的装置，其万向测量标准块穿过定心滑块后通过拉簧与底座相连，该万向测量标准块与定心滑块采用半球面配合方式连接，可保证万向测量标准块任意方向的自由摆动，并在阴极从任意方向触及万向测量标准块后上述结构起缓冲作用之后能立即回复Z方向的垂直；
（2）本发明的一种实时测量阴极磨损量的装置，其主体框架、定心滑块、底座和万向测量标准块均采用00Cr27Ni31Mo4Cu奥氏体不锈钢制成，耐酸耐碱耐腐蚀，可保证该装置不被电解液及盐气腐蚀；
（3）本发明的一种实时测量阴极磨损量的工作方法，其通过气管从外部引入压缩空气至该装置内部，并自下而上吹出，使该装置内外形成一个压力差，从而阻止了外部电解液及盐气进入内部，保证了该装置内部始终干燥无腐蚀，使该装置能够长期正常使用；
（4）本发明的一种实时测量阴极磨损量的工作方法，其最后将加工过程中测量的实时坐标值与加工前测量的标准坐标值相比较，即可计算出阴极在半径和高度方向的磨损量，进而能及时进行阴极磨损补偿。
附图说明
图1为本发明的一种实时测量阴极磨损量的装置的连接关系图；
图2为本发明的一种实时测量阴极磨损量的装置的主视图；
图3为本发明的一种实时测量阴极磨损量的装置的仰视图；
图4为本发明中压缩气体的走向图；
图5为本发明中Ⅰ处的局部示意图；
图6为本发明中Ⅱ处的局部示意图；
图7为本发明中Ⅲ处的局部示意图。
示意图中的标号说明：1、万向测量标准块；2、主体框架；3、定心滑块；4、顶簧；5、拉簧；6、定位块；7、控制盒；8、航空插头；9、快换接头；10、拉紧螺丝；11、紧固螺丝；12、定位紧固螺丝；13、气管；14、底座；15、第一通气孔；16、第二通气孔；17、第三通气孔；18、控制信号输出口；19、电源输入口；20、负极；21、检测电极。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例
结合图1、图2和图3，本实施例的一种实时测量阴极磨损量的装置，包括万向测量标准块1、主体框架2、拉簧5、定位块6、快换接头9、气管13、底座14和检测系统，主体框架2的结构形状为内部开设有圆柱形阶梯通孔的圆柱体，该圆柱形阶梯通孔的上端孔径小于圆柱形阶梯通孔的下端孔径；主体框架2内设置有与上述圆柱形阶梯通孔相配合的定心滑块3，该定心滑块3上设有第三通气孔17；万向测量标准块1包括基准部和连接部；基准部的结构形状为圆柱体；连接部穿过上述的定心滑块3后通过拉簧5与底座14相连，本实施例中拉簧5与底座14之间采用拉紧螺丝10固定（如图5所示），该连接部与定心滑块3采用半球面配合方式连接，可保证万向测量标准块1任意方向的自由摆动，并在阴极从任意方向触及万向测量标准块1后上述结构起缓冲作用之后能立即回复Z方向的垂直；底座14固定安装在主体框架2的底部，本实施例中主体框架2与底座14之间采用定位紧固螺丝12固定（如图7所示），且该底座14与上述的定心滑块3之间设有顶簧4；底座14的侧面设有第一通气孔15，该第一通气孔15通过快换接头9与气管13相连；第一通气孔15的内部设有第二通气孔16，该第二通气孔16与上述的圆柱形阶梯通孔相通；定位块6固定安装于底座14的底部，本实施例中定位块6与底座14之间采用紧固螺丝11固定（如图6所示）；检测系统通过设于主体框架2一侧的航空插头8与上述的拉簧5相连，其中检测系统包括内部设有集成控制系统的控制盒7和电源，控制盒7上设有检测电极21、负极20、控制信号输出口18和电源输入口19，检测电极21与电线的一端相连，该电线的另一端通过航空插头8与拉簧5相连；负极20与机床主轴上的阴极电连接；控制信号输出口18与机床控制机构电连接；电源输入口19与电源电连接，另外为了耐酸耐碱耐腐蚀，保证该装置不被电解液及盐气腐蚀，主体框架2、定心滑块3、底座14和万向测量标准块1均采用00Cr27Ni31Mo4Cu奥氏体不锈钢2制成；另外为了阻止外部电解液及盐气进入内部，保证了该装置内部始终干燥无腐蚀，使该装置能够长期正常使用，通过气管13从外部引入压缩空气至该装置内部，并自下而上依次经过第一通气孔15、第二通气孔16后从第三通气孔17、万向测量标准块1与定心滑块3的接触缝隙处、主体框架2与定心滑块3的接触缝隙处吹出，使该装置内外形成一个压力差（如图4所示）。
本实施例的一种实时测量阴极磨损量的工作方法，其步骤为：
（1）定位：通过定位块6定位，同时配合T型螺杆及螺母压紧，将上述的装置安装在机床的工作台上，值得注意的是上述的装置与工作台绝缘；
（2）编程：在集成控制系统中写入一段专门针对测量时阴极的运动轨迹而编制的程序；
（3）设置系统零点：采用千分表找出位于万向测量标准块1中基准部上表面的圆心，此中心的坐标值设置为集成控制系统中程序的零点位置；
（4）测量标准坐标值：在机床加工前，通过步骤（2）中编制的程序，控制机床主轴上的阴极在X或者Y的任一方向朝着万向测量标准块1的圆心匀速运动，当阴极触及万向测量标准块1中基准部的侧表面时，控制盒7产生一信号即检测电极21处的电平由高电平跳变为低电平，并通过控制信号输出口18将信号发送至机床控制机构使机床停止运动，记录下此时的坐标值，该坐标值为阴极在半径方向的标准坐标值；结束上述的测量后，阴极暂停一个指定的时间后，程序自动往下执行，控制阴极快速移至万向测量标准块1的圆心上方，向着Z-方向匀速运动，当阴极触及万向测量标准块1中基准部的上表面时，控制盒7产生一信号即信号为检测电极21处的电平由高电平跳变为低电平，并通过控制信号输出口18将信号发送至机床控制机构使机床停止运动，记录下此时的坐标值，该坐标值为阴极在高度方向的标准坐标值；
（5）测量实时坐标值：步骤（4）结束后，步骤（4）结束后，机床开始加工，在加工过程中，采用与步骤（4）相同的方法测量并记录下阴极在半径和高度方向的实时坐标值；
（6）计算磨损量：最后将加工过程中测量的实时坐标值与加工前测量的标准坐标值相比较，即可计算出阴极在半径和高度方向的磨损量，进而能及时进行阴极磨损补偿。
本发明的一种实时测量阴极磨损量的装置及方法，不仅该装置能适应有电解液及盐气腐蚀的加工环境，不因使用环境恶劣而损坏，确保了有正常的使用寿命，而且通过该方法可实时测量出加工中阴极磨损量，以便能及时进行磨损补偿。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种实时测量阴极磨损量的装置，其特征在于：包括万向测量标准块（1）、主体框架（2）、拉簧（5）、底座（14）和检测系统，所述的主体框架（2）的结构形状为内部开设有圆柱形阶梯通孔的圆柱体，该圆柱形阶梯通孔的上端孔径小于圆柱形阶梯通孔的下端孔径；所述的主体框架（2）内设置有与上述圆柱形阶梯通孔相配合的定心滑块（3）；所述的万向测量标准块（1）包括基准部和连接部；所述的基准部的结构形状为圆柱体；所述的连接部穿过上述的定心滑块（3）后通过拉簧（5）与底座（14）相连，该连接部与定心滑块（3）采用半球面配合方式连接；所述的底座（14）固定安装在主体框架（2）的底部；所述的底座（14）与上述的定心滑块（3）之间设有顶簧（4）；所述的检测系统通过设于主体框架（2）一侧的航空插头（8）与上述的拉簧（5）相连。
2.根据权利要求1所述的一种实时测量阴极磨损量的装置，其特征在于：还包括快换接头（9）和气管（13），所述的气管（13）通过快换接头（9）与底座（14）上开设的第一通气孔（15）相连；所述的第一通气孔（15）的内部设有第二通气孔（16），该第二通气孔（16）与上述的圆柱形阶梯通孔相通；所述的定心滑块（3）上设有第三通气孔（17）。
3.根据权利要求1或2所述的一种实时测量阴极磨损量的装置，其特征在于：所述的检测系统包括内部设有集成控制系统的控制盒（7）和电源，所述的控制盒（7）上设有检测电极（21）、负极（20）、控制信号输出口（18）和电源输入口（19），所述的检测电极（21）与电线的一端相连，该电线的另一端通过航空插头（8）与拉簧（5）相连；所述的负极（20）与机床主轴上的阴极电连接；所述的控制信号输出口（18）与机床控制机构电连接；所述的电源输入口（19）与电源电连接。
4.根据权利要求3所述的一种实时测量阴极磨损量的装置，其特征在于：所述的底座（14）的底部设置有定位块（6）。
5.根据权利要求4所述的一种实时测量阴极磨损量的装置，其特征在于：所述的主体框架（2）与底座（14）之间采用定位紧固螺丝（12）固定；所述的定位块（6）与底座（14）之间采用紧固螺丝（11）固定；所述的拉簧（5）与底座（14）之间采用拉紧螺丝（10）固定。
6.根据权利要求5所述的一种实时测量阴极磨损量的装置，其特征在于：所述的主体框架（2）、定心滑块（3）、底座（14）和万向测量标准块（1）均采用00Cr27Ni31Mo4Cu奥氏体不锈钢（2）制成。
7.一种实时测量阴极磨损量的方法，其步骤为：
（1）定位：将权利要求1至6中任意一项所述的装置定位于机床的工作台上；
（2）编程：在集成控制系统中写入一段专门针对测量时阴极的运动轨迹而编制的程序；
（3）设置系统零点：找出位于万向测量标准块（1）中基准部上表面的圆心，此圆心的坐标值设置为集成控制系统中程序的零点位置；
（4）测量标准坐标值：在机床加工前，通过步骤（2）中编制的程序，控制阴极触碰万向测量标准块（1）中基准部的侧表面，记录下阴极在该点的坐标值，该坐标即为阴极在半径方向的标准坐标值；结束上述的测量后，阴极暂停一个指定的时间后，程序自动往下执行，控制阴极触碰万向测量标准块（1）中基准部的上表面，记录下阴极在该点的坐标值，该坐标即为阴极在高度方向的标准坐标值；
（5）测量实时坐标值：步骤（4）结束后，机床开始加工，在加工过程中，采用与步骤（4）相同的方法测量并记录下阴极在半径和高度方向的实时坐标值；
（6）计算磨损量：最后将加工过程中测量的实时坐标值与加工前测量的标准坐标值相比较，即可计算出阴极在半径和高度方向的磨损量，进而能及时进行阴极磨损补偿。
8.根据权利要求7所述的一种实时测量阴极磨损量的方法，其特征在于：步骤（1）所述的定位是通过定位块（6）定位于机床的工作台上，同时配合T型螺杆及螺母压紧。
9.根据权利要求8所述的一种实时测量阴极磨损量的方法，其特征在于：步骤（3）所述的万向测量标准块（1）中基准部上表面的圆心采用千分表找出。
10.根据权利要求9所述的一种实时测量阴极磨损量的方法，其特征在于：步骤（4）中所述的标准坐标值的具体测量方法为：控制机床主轴上的阴极在X或者Y的任一方向朝着万向测量标准块（1）的圆心匀速运动，当阴极触及万向测量标准块（1）中基准部的侧表面时，控制盒（7）产生一信号即检测电极（21）处的电平由高电平跳变为低电平，并通过控制信号输出口（18）将信号发送至机床控制机构使机床停止运动，记录下此时的坐标值，该坐标值为阴极在半径方向的标准坐标值；结束上述的测量后，阴极暂停一个指定的时间后，程序自动往下执行，控制阴极快速移至万向测量标准块（1）的圆心上方，向着Z-方向匀速运动，当阴极触及万向测量标准块（1）中基准部的上表面时，控制盒（7）产生一信号即检测电极（21）处的电平由高电平跳变为低电平，并通过控制信号输出口（18）将信号发送至机床控制机构使机床停止运动，记录下此时的坐标值，该坐标值为阴极在高度方向的标准坐标值。
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