CN105855650A - 双工具阴极电解磨铣加工系统及加工复杂薄壁方法 - Google Patents

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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23H—WORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H5/00—Combined machining
    • B23H5/06—Electrochemical machining combined with mechanical working, e.g. grinding or honing
    • B23H5/08—Electrolytic grinding

Abstract

本发明涉及一种双工具阴极电解磨铣加工系统及加工复杂薄壁方法，属于电解加工与磨削加工领域。在电解磨铣机床主轴末端安装双接头传动结构，将两根工具阴极同时装夹于两个接头上，利用机床的运动控制系统实现多维运动，电解液经离心泵、分流三通、两个外接喷头到达工件加工表面，复杂薄壁结构的两侧形状可一次加工成形。本发明的方法对于提高钛合金、高温合金等难加工材料薄壁结构的加工精度、加工效率和加工柔性，具有十分重要的意义。

Description

双工具阴极电解磨铣加工系统及加工复杂薄壁方法
技术领域
本发明涉及一种双工具阴极电解磨铣加工系统及加工复杂薄壁方法，属于电解加工与磨削加工领域。
背景技术
薄壁结构的壁厚通常小于2mm，具有比强度高、重量轻等特点。现代航空发动机为实现高推重比，采用了大量形状各异的复杂薄壁结构，例如火焰筒、燃烧室薄壁机匣等零件，其材料一般为钛合金、高温合金等难加工导电材料。由于薄壁结构的刚性差，以及钛合金、高温合金的导热性能差和弹性模量低等因素影响，采用金属切削方法加工此类零件的刀具损耗严重，薄壁结构受切削力作用易发生变形，其加工效率和加工精度很难得到保证。
电解磨铣是采用类似铣刀的棒状磨头阴极作为工具阴极，利用电解作用和磨削作用共同去除金属材料的一种复合加工方法。加工时工件接电源正极，磨头阴极接电源负极，电解液从始终对准加工间隙的外接喷头中喷出，磨头阴极一边旋转一边做进给运动。大部分金属是通过电解作用以离子的形式去除的，磨削的主要作用是去除工件表面生成的钝化膜，保持电解过程的正常进行并降低表面粗糙度。和金属切削加工相比，电解磨铣具有材料去除率快、切削力小、表面无残余应力及再铸层等优点；和传统导电砂轮电解磨削加工相比，工具阴极在数控程序下的多维运动可实现多种形状的加工。因此，对于钛合金、高温合金等难加工导电材料的复杂薄壁结构，电解磨铣是一种非常具有潜力的加工方法。
由于复杂薄壁结构的两侧形状各异，通常电解磨铣加工时，需要将一根工具阴极安装在主轴的接头上，运用机床的运动控制系统，使工具阴极到达预定的加工位置，先加工出薄壁结构一侧的形状；然后拆卸下这根工具阴极并安装上另一根工具阴极，使用同样的方法将工具阴极运动到另一个预定加工位置，再完成薄壁结构另一侧形状的加工。不难看出，工具阴极的重复拆卸装夹耗时耗力，易产生换装误差；主轴的两次运动定位，易产生进给误差；薄壁形状的两次加工，延长了加工时间。这些影响因素明显降低了复杂薄壁结构的加工效率和加工精度。
发明内容
本发明的目的在于改善目前电解磨铣加工复杂薄壁结构时阴极重复拆卸装夹、主轴重复运动定位等产生的加工时间长和加工误差大等问题，提出了一种双工具阴极电解磨铣加工系统及加工复杂薄壁方法，以提高加工效率和加工精度。
一种双工具阴极电解磨铣加工系统，包括阴极系统，电解液系统，其特征在于：所述阴极系统包括电主轴，主轴末端安装双接头传动机构；双接头传动机构的两个接头分别安装一个棒状磨头工具阴极；两个棒状磨头工具阴极用于同时分别对工件两侧的加工。
所述电解液系统为双供液回路，即电解液系统包含两个分别对准工件两侧加工区的外接喷头。
所述双工具阴极电解磨铣加工系统加工复杂薄壁的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）、将工件装夹在工作台上，待加工薄壁结构位于两个棒状磨头工具阴极之间，利用机床的运动控制系统将主轴移动至预定位置;（2）、利用离心泵提供恒定压力的电解液，通过两个外接喷头分别喷至相应的加工区域；（3）、利用XY运动平台控制加工速度及距离，采用霍尔电流传感器监测主回路加工电流，并使用过滤器实现电解液的过滤、循环使用；（4）、薄壁结构的两侧形状一次加工成形后，停止加工、退刀。
本发明具有以下优点：（1）、薄壁结构的壁厚由加工时两根工具阴极磨头的外径和中心距决定，避免了原有装置在第二次加工前的调整阴极位置及对刀，减少了进给误差；（2）、薄壁结构的两侧形状由两根工具阴极磨头的形状决定，两根阴极同时完成安装、调整和对刀，避免了原有装置重复安装阴极，减少了换装误差；（3）、薄壁结构两侧形状一次加工成形，缩短了加工时间；（4）、可根据自身需要选择两个工具阴极同时加工或者只选择一个工具阴极加工。综上所述，本发明提出的双工具阴极电解磨铣加工系统及加工复杂薄壁方法，对于提高薄壁结构的加工精度、加工效率和加工柔性，具有十分重要的意义。
附图说明
图1为双工具阴极电解磨铣加工系统的整体示意图；
图2为双工具阴极电解磨铣加工一种薄壁结构的示意图；
图中标号名称：1、电主轴；2、主轴夹具；3、双接头传动机构；4、工作槽；5、工作台；6、XY运动平台；7、运动控制卡；8、数据采集卡；9、计算机；10、霍尔电流传感器；11、电源；12、变频器；13、水冷机；14、过滤器；15、流量计；16、压力表；17、泄流阀；18、分流三通；19、离心泵；20、调压阀；21、温度控制单元；22、电解液槽；23、大理石工作台；24、止水夹头；25、第一工具阴极；26、外接喷头；27、工件；28、第二工具阴极。
具体实施方式
根据图1所示，双阴极进给电解磨铣加工系统的整体示意图由一下几部分组成：在机床的主轴系统中，变频器12可以控制电主轴1的转速，水冷机13可以冷却电主轴1，主轴夹具2可以装夹固定电主轴1，双接头传动机构3实现一个电主轴1带动两个止水夹头24的转动；在电解液循环系统中，分流三通18可使电解液均匀分流成两条回路，两个外接喷头26均从主轴夹具2的孔里穿过并始终对准各自的加工区域，两个压力表16和流量计15可分别监控各自回路的压力和流量；在运动控制和数据采集系统中，计算机9通过运动控制卡7实现对X-Y-Z三轴精密运动平台的控制，通过数据采集卡8和霍尔电流传感器10采集电源11的加工电流曲线。
下面结合附图1和图2说明本发明的方法，具体分为以下几个步骤：
（1）、将第一工具阴极25、第二工具阴极28分别装夹在止水夹头24上，并均接电源11的负极，同时将工件27装夹在工作台5上，并接电源11的正极。
（2）、利用计算机10通过运动控制卡7实现对X-Y-Z三轴精密运动平台的控制，移动第一工具阴极25、第二工具阴极28至预定加工位置。
（3）、通过温度控制单元21加热电解液至所需温度，开启离心泵19，打开泄流阀17，则电解液经过两个外接喷头分别到达各自的加工区域，利用流量计15和压力表16分别监控流量和压力变化。
（4）、分别利用变频器12和水冷机13调节电主轴1的转速和温度，通过计算机10上的运动控制程序设定XY运动平台6的运行速度和运行距离，打开电源11，设定加工所需的电压值。
（5）、加工过程可采用霍尔传感器10和数据采集卡8，通过Labview编写的数据采集程序，实时监测加工过程电流，并使用过滤器14实现加工过程中电解液的过滤及循环使用。
（6）、XY运动平台6运行结束后，薄壁结构的两侧形状通过双阴极进给一次加工成形。
（7）、待加工完成后，按照退刀路径，使第一工具阴极25、第二工具阴极28返回初始加工位置。

Claims (2)

1.一种双工具阴极电解磨铣加工系统，包括阴极系统，电解液系统，其特征在于：
所述阴极系统包括电主轴，主轴末端安装双接头传动机构；双接头传动机构的两个接头分别安装一个棒状磨头工具阴极；两个棒状磨头工具阴极用于同时分别对工件两侧的加工；
所述电解液系统为双供液回路，即电解液系统包含两个分别对准工件两侧加工区的外接喷头。
2.利用权利要求1所述双工具阴极电解磨铣加工系统的加工复杂薄壁的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1)、将工件装夹在工作台上，待加工薄壁结构位于两个棒状磨头工具阴极之间，利用机床的运动控制系统将主轴移动至预定位置；
（2）、利用离心泵提供恒定压力的电解液，通过两个外接喷头分别喷至相应的加工区域；
（3）、利用XY运动平台控制加工速度及距离，采用霍尔电流传感器监测主回路加工电流，并使用过滤器实现电解液的过滤、循环使用；
（4）、薄壁结构的两侧形状一次加工成形后，停止加工、退刀。
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