CN107649754A - 带有对刀装置的工具阴极及其对刀方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及带有对刀装置的工具阴极及其对刀方法，属于电解铣磨复合加工领域。本发明的对刀装置包括压紧块、对刀块、定位光杆和紧固螺钉，工具阴极中部外侧有法兰并开有通孔，对刀块为不锈钢材料。对刀时，万用表两端分别与对刀块和工件相连，通过对刀块和工件接触而产生的突变电流判断对刀块和工件是否零距离，再根据对刀块的厚度和高度、工具阴极法兰的高度和已知的磨粒层的厚度，即可计算出工具阴极对工件的距离，从而完成对刀。利用本发明提供的对刀装置，操作简单，拆卸方便，对刀精度高，改善了传统的塞尺对刀法对刀精度差的缺点。

Description

带有对刀装置的工具阴极及其对刀方法

技术领域

本发明涉及一种带有对刀装置的工具阴极及其对刀方法，属于电解铣磨复合加工领域。

背景技术

随着生产技术的发展，一些难切削合金如钛合金、高温合金等材料在航空航天等领域得到越来越多的运用。例如，飞行马赫数达到3的美国SR-71高空高速侦察机中钛的重量占了整机重量的93%，PW4000发动机中GH4169的用量占了总质量的57%。然而，由于飞机零部件尺寸大、特征复杂、结构轻薄，使得从毛坯到零件具有较高的材料去除比，当采用传统的机械加工方法时，其切削力大、切削温度高、刀具磨损快，加工效率低，这些都给现代制造业带来了诸多挑战。

电解铣磨加工技术采用棒状磨头作为工具阴极，以类似于立式数控铣削的方式进行加工运动控制，利用电化学阳极溶解和机械磨削的复合加工机理实现工件的材料去除过程。电解铣磨复合加工综合电解磨削加工效率高、电解铣削加工柔性好等优点，对于加工镍基高温合金、钛合金等难切削合金以及型面、型腔、薄壁、凸台等结构，这种制造工艺有着明显的优势。目前，随着内喷射供液方式的进一步引入，电解液可通过磨头内孔直接喷射到加工间隙内，并迅速带走加工产物。结果，单次走刀所去除的材料厚度得到显著提高，更有利于高效率、低成本的实现难切削合金的大余量去除。

对刀是加工中重要的一步，对刀的精确性对零件的加工精度有重要影响。在电解加工中，工具阴极整体导电，将万用表分别与工具阴极和工件相连，通过检测它们接触时产生的突变电流来判断工具阴极和工件是否零接触。但是在电解铣磨中，由于工具阴极底部及侧壁通常覆盖有金刚石磨粒层，由于突出的磨粒是绝缘的，因此这种对刀方式不再适用。目前在电解铣磨加工中常采用塞尺对刀法，即将标准厚度的塞尺塞入工具阴极与工件的间隙中，在工具阴极或工件低速进给的同时拉动塞尺，当稍感阻力时，可认为此时的工具阴极与工件的距离即为塞尺厚度。显然，这种对刀方法极大的依赖于操作者的感觉，对刀误差大，影响了电解铣磨加工的精度。

发明内容

为了提高电解铣磨中工具阴极的对刀精度，本发明提供了一种带有对刀装置的工具阴极及其电解铣磨加工对刀方法，属于电解铣磨复合加工领域。

一种带有对刀装置的工具阴极，其特征在于：包括工具阴极、压紧块、对刀块、定位光杆和紧固螺钉；所述工具阴极中部外侧具有圆形法兰，圆形法兰上具有法兰通孔，工具阴极底部侧壁和底端均有金刚石磨粒覆盖的电镀磨粒层；所述压紧块为U形结构块，两端各有一个沉头通孔，中间靠近外侧有沉头螺纹孔，内壁为第一U型槽；所述对刀块为U型结构块，上部两端各有一个定位盲孔，上部中间靠近外侧有对刀块螺纹孔，内壁为第二U型槽，第二内壁U型槽的弧形部分为半圆，其与工具阴极同心，半径大于工具阴极的半径与侧壁磨粒层的厚度之和，对刀块的高度大于工具阴极的法兰到工具阴极的底部距离与底部磨粒层厚度之和；所述压紧块位于圆形法兰上部，所述对刀块位于圆形法兰下部；所述压紧块的两个沉头通孔、圆形法兰的其中两个法兰通孔，和对刀块的两个定位盲孔相应对齐，并通过定位光杆完成定位；所述压紧块的一个沉头螺纹孔、圆形法兰的其中一个法兰通孔，和对刀块的一个对刀块螺纹孔对齐，并通过紧固螺钉紧固。

所述的带有对刀装置的工具阴极的加工对刀方法，其特征在于包括以下过程：工具阴极安装在机床转轴上，通过工作台运动控制系统，将工件移至距离工具阴极合适位置，准备安装对刀装置；将压紧块置于工具阴极的圆形法兰上方，对刀块置于工具阴极的圆形法兰下方，对于满足右手笛卡尔直角坐标系且Z轴为竖直向上、X轴为水平向外的机床，保证压紧块、对刀块的各自外壁圆形部分沿机床坐标系的X与Y方向都能与工件碰触；定位光杆穿过压紧块的沉头通孔和工具阴极的法兰通孔并置于对刀块的定位盲孔内；紧固螺钉穿过压紧块的沉头螺纹孔和圆形法兰的其中一个法兰通孔并连接紧固于对刀块的对刀块螺纹孔内；进行Z向对刀，将万用表两端分别接到对刀块和工件上，工件位于对刀块下方，工具阴极沿Z负方向低速进给，当万用表检测到突变电流时表明对刀块与工件零距离，工具阴极与工件的距离等于对刀块的高度减去工具阴极底部到法兰的间距再减去工具阴极底部的磨粒层厚度；进行X向对刀，将万用表两端分别接到对刀块和工件上，工件位于对刀块侧方，工件沿X向低速移动，当万用表检测到突变电流时表明对刀块与工件零距离，工具阴极到工件的距离等于对刀块的外侧圆半径减去工具阴极的半径再减去工具阴极的侧壁磨粒层厚度；进行Y向对刀，将万用表两端分别接到对刀块和工件上，工件位于对刀块侧方，工件沿Y方向低速移动，当万用表检测到突变电流时表明对刀块与工件零距离，工具阴极到工件的距离等于对刀块的外侧圆半径减去工具阴极的半径再减去工具阴极的侧壁磨粒层厚度；完成对刀后，拆下紧固螺钉，拆下定位光杆，取下压紧块和对刀块，拆卸对刀装置。

本发明中工具阴极圆形法兰上有四个对称的通孔，压紧块和对刀块又均为U型结构，且圆形部分为半圆，这不仅保证了对刀装置安装后对刀块的外壁圆形部分可以沿两个侧面对刀方向与工件碰触，满足两个不同侧向对刀的需求，而且拆卸对刀装置时，不需要再移动工具阴极或工件，只要拆下紧固螺钉和定位光杆，将压紧块和对刀块绕工具阴极轴向旋转一定角度即可取下，消除了对刀后因工具阴极或工件移动又引起的机床位移精度误差，提高了对刀精度。圆形法兰、压紧块和对刀块上相应的孔与定位光杆配合既满足了对刀装置的定位需求，又降低了加工难度和成本，压紧块和对刀块相应的螺纹孔、法兰通孔和紧固螺钉配合实现了对刀块和圆形法兰的紧密连接，确保了竖直方向的对刀精度。采用较大半径的第二U型槽、较大高度的对刀块避免了工具阴极的底部侧壁和底端的磨粒层在对刀过程中可能受到的磨损，而对刀块的厚度和高度可以根据工具阴极等不同工况需求自由设计，保证了发明的通用性。本发明提供的工具阴极及对刀装置将电解铣磨工具阴极底部及侧壁突出的绝缘的磨粒与工件的接触转化为可导电的不锈钢对刀块与工件的接触，通过万用表检测对刀块与工件接触时产生的突变电流来判断对刀块与工件是否零距离，再根据对刀块的厚度和高度、工具阴极法兰的高度和已知的磨粒层的高度，即可计算出工具阴极对工件的距离，从而完成对刀，相比于传统的塞尺对刀法，本发明可以显著提高对刀精度。

所述的带有对刀装置的工具阴极，其特征在于：上述第一U型槽的弧形部分为半圆，其直径与工具阴极的直径相等，压紧块和圆形法兰定位时，将压紧块的一个沉头通孔和圆形法兰的一个法兰通孔对齐，并通过一个定位光杆定位，此时只要压住压紧块使其内壁紧贴工具阴极，那么压紧块的另一个沉头通孔便与圆形法兰的一个法兰通孔对齐，再将另一根定位光杆置入该沉头通孔即可完成压紧块和圆形法兰的定位，降低了压紧块沉头通孔和法兰通孔的找齐难度，而且U型槽结构使得对刀完成后压紧块可以绕工具阴极旋转到合适位置再取下，方便拆卸。

所述的带有对刀装置的工具阴极，其特征在于：所述沉头通孔、法兰通孔、定位盲孔、沉头螺纹孔、对刀块螺纹孔直径均相等，采用相同直径进行这些孔的设计，方便了整个对刀装置各部件的加工。

所述的带有对刀装置的工具阴极，其特征在于：所述对刀块的材料为不锈钢，本发明通过万用表检测对刀块和工件碰触时产生的突变电流判断它们是否零距离，因此对刀块必须导电，而电解铣磨中采用的是具有腐蚀性的电解液，机床的工作环境差，因此所述不锈钢对刀块具有较强的耐腐蚀性。

附图说明

图1为带有对刀装置的工具阴极的结构示意图

图2为工具阴极的结构示意图

图3为对刀装置的装配示意图

图4为传统的塞尺对刀法进行Z向对刀示意图

图5为传统的塞尺对刀法进行X向对刀示意图

图6为传统的塞尺对刀法进行Y向对刀示意图

图7为带有对刀装置的工具阴极进行Z向对刀示意图

图8为带有对刀装置的工具阴极进行X向对刀示意图

图9为带有对刀装置的工具阴极进行Y向对刀示意图

图中标号名称为：1、工具阴极，2、圆形法兰，3、法兰通孔，4、磨粒层，5、压紧块，6、沉头通孔，7、压紧块螺纹孔，8、第一U型槽，9、对刀块，10、定位盲孔，11、对刀块螺纹孔，12、第二U型槽，13、定位光杆，14、紧固螺钉，15、工件，16、塞尺，17、万用表，18、金刚石磨粒。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明做进一步的详细说明。

如图1~3所示，一种可拆卸式工具阴极对刀装置，包括工具阴极1、压紧块5、对刀块9、定位光杆13和紧固螺钉14；所述工具阴极1中部外侧具有圆形法兰2，圆形法兰2上具有法兰通孔3，工具阴极1底部侧壁和底端均有金刚石磨粒18覆盖的电镀磨粒层4；所述压紧块5为U形结构块，两端各有一个沉头通孔6，中间靠近外侧有沉头螺纹孔7，内壁为第一U型槽8；所述对刀块9为U型结构块，上部两端各有一个定位盲孔10，上部中间靠近外侧有对刀块螺纹孔11，内壁为第二U型槽12，第二内壁U型槽12的弧形部分为半圆，其与工具阴极1同心，半径大于工具阴极1的半径与侧壁磨粒层4的厚度之和，对刀块9的高度大于工具阴极1的法兰2到工具阴极1的底部距离与底部磨粒层4厚度之和；所述压紧块5位于圆形法兰2上部，所述对刀块9位于圆形法兰2下部；所述压紧块5的两个沉头通孔6、圆形法兰2的其中两个法兰通孔3，和对刀块9的两个定位盲孔10相应对齐，并通过定位光杆13完成定位；所述压紧块5的一个沉头螺纹孔7、圆形法兰2的其中一个法兰通孔3，和对刀块9的一个对块螺纹孔11对齐，并通过紧固螺钉14紧固。

如图4~6，为传统的塞尺对刀法示意图，进行Z向对刀时，先将标准厚度的塞尺塞入工具阴极与工件间隙中，工具阴极沿竖直方向低速进给，同时拉动塞尺，当稍感阻力时，停止进给，可认为工具阴极与工件的间距即为塞尺厚度，X向或Y向的对刀方法与Z向对刀方法类似，显然，这种对刀方式依赖于操作者的感觉，误差较大，对刀精度低。

如图7~9所示，采用所述的可拆卸式工具阴极对刀装置进行电解铣磨对刀，其方法主要包括以下步骤：

步骤1：工具阴极1安装在机床转轴上，通过工作台运动控制系统，将工件15移至距离工具阴极1合适位置，准备安装对刀装置；

步骤2：将压紧块5置于工具阴极1的圆形法兰2上方，对刀块9置于工具阴极1的圆形法兰2下方，对于满足右手笛卡尔直角坐标系且Z轴为竖直向上、X轴为水平向外的机床，保证压紧块5、对刀块9的各自外壁圆形部分沿机床坐标系的X与Y方向都能与工件15碰触；

步骤3：定位光杆:13穿过压紧块5的沉头通孔6和工具阴极1的法兰通孔3并置于对刀块9的定位盲孔10内；紧固螺钉14穿过压紧块5的沉头螺纹孔7和圆形法兰2的其中一个法兰通孔3并连接紧固于对刀块9的对刀块螺纹孔11内；

步骤4：进行Z向对刀，将万用表17两端分别接到对刀块9和工件15上，工件15位于对刀块9下方，工具阴极1沿Z负方向低速进给，当万用表17检测到突变电流时表明对刀块9与工件15零距离，工具阴极1与工件15的距离等于对刀块9的高度减去工具阴极1底部到法兰2的间距再减去工具阴极1底部的磨粒层4厚度；

步骤5：进行X向对刀，将万用表17两端分别接到对刀块9和工件15上，工件15位于对刀块9侧方，工件15沿X方向低速移动，当万用表17检测到突变电流时表明对刀块9与工件15零距离，工具阴极1到工件15的距离等于对刀块9的外侧圆半径减去工具阴极1的半径再减去工具阴极1的侧壁磨粒层4厚度，再用相同方法完成Y向对刀，此处不再赘述；

步骤6：完成对刀后，拆下紧固螺钉14，拆下定位光杆13，取下压紧块5和对刀块9，拆卸对刀装置。

本发明能有效提高电解铣磨工具阴极的对刀精度，但是以上描述并不能理解为对本发明专利的限制。应该说明的是，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改善，这些均应落入本发明专利的保护。

Claims (5)

1.一种带有对刀装置的工具阴极，其特征在于：

包括工具阴极（1）、压紧块（5）、对刀块（9）、定位光杆（13）和紧固螺钉（14）；

所述工具阴极（1）中部外侧具有圆形法兰（2），圆形法兰（2）上具有法兰通孔（3），工具阴极（1）底部侧壁和底端均有金刚石磨粒（18）覆盖的电镀磨粒层（4）；

所述压紧块（5）为U形结构块，两端各有一个沉头通孔（6），中间靠近外侧有沉头螺纹孔（7），内壁为第一U型槽（8）；

所述对刀块（9）为U型结构块，上部两端各有一个定位盲孔（10），上部中间靠近外侧有对刀块螺纹孔（11），内壁为第二U型槽（12），第二内壁U型槽（12）的弧形部分为半圆，其与工具阴极（1）同心，半径大于工具阴极（1）的半径与侧壁磨粒层（4）的厚度之和，对刀块（9）的高度大于工具阴极（1）的法兰（2）到工具阴极（1）的底部距离与底部磨粒层（4）厚度之和；

所述压紧块（5）位于圆形法兰（2）上部，所述对刀块（9）位于圆形法兰（2）下部；

所述压紧块（5）的两个沉头通孔（6）、圆形法兰（2）的其中两个法兰通孔（3），和对刀块（9）的两个定位盲孔（10）相应对齐，并通过定位光杆（13）完成定位；

所述压紧块（5）的一个沉头螺纹孔（7）、圆形法兰（2）的其中一个法兰通孔（3），和对刀块（9）的一个对刀块螺纹孔（11）对齐，并通过紧固螺钉（14）紧固。

2.根据权利要求1所述的带有对刀装置的工具阴极，其特征在于：

上述第一U型槽（8）的弧形部分为半圆，其直径与工具阴极（1）的直径相等。

3.根据权利要求1所述的带有对刀装置的工具阴极，其特征在于：

所述沉头通孔（6）、法兰通孔（3）、定位盲孔（10）、沉头螺纹孔（7）、对刀块螺纹孔（11）直径均相等。

4.根据权利1至3任一所述的带有对刀装置的工具阴极，其特征在于：

所述对刀块（9）的材料为不锈钢。

5.根据权利1所述的带有对刀装置的工具阴极的对刀方法，其特征在于包括以下过程：

（1）、工具阴极（1）安装在机床转轴上，通过工作台运动控制系统，将工件（15）移至距离工具阴极（1）合适位置，准备安装对刀装置；

（2）、将压紧块（5）置于工具阴极（1）的圆形法兰（2）上方，对刀块（9）置于工具阴极（1）的圆形法兰（2）下方，对于满足右手笛卡尔直角坐标系且Z轴为竖直向上、X轴为水平向外的机床，保证压紧块（5）、对刀块（9）的各自外壁圆形部分沿机床坐标系的X与Y方向都能与工件（15）碰触；

（3）、定位光杆（13）穿过压紧块（5）的沉头通孔（6）和工具阴极（1）的法兰通孔（3）并置于对刀块（9）的定位盲孔（10）内；紧固螺钉（14）穿过压紧块（5）的沉头螺纹孔（7）和圆形法兰（2）的其中一个法兰通孔（3）并连接紧固于对刀块（9）的对刀块螺纹孔（11）内；

（4）、进行Z向对刀，将万用表（17）两端分别接到对刀块（9）和工件（15）上，工件（15）位于对刀块（9）下方，工具阴极（1）沿Z负方向低速进给，当万用表（17）检测到突变电流时表明对刀块（9）与工件（15）零距离，工具阴极（1）与工件（15）的距离等于对刀块（9）的高度减去工具阴极（1）底部到法兰（2）的间距再减去工具阴极（1）底部的磨粒层（4）厚度；

（5）、进行X向对刀，将万用表（17）两端分别接到对刀块（9）和工件（15）上，工件（15）位于对刀块（9）侧方，工件（15）沿X方向低速移动，当万用表（17）检测到突变电流时表明对刀块（9）与工件（15）零距离，工具阴极（1）到工件（15）的距离等于对刀块（9）的外侧圆半径减去工具阴极（1）的半径再减去工具阴极（1）的侧壁磨粒层（4）厚度；

（5）、进行Y向对刀，将万用表（17）两端分别接到对刀块（9）和工件（15）上，工件（15）位于对刀块（9）侧方，工件（15）沿Y方向低速移动，当万用表（17）检测到突变电流时表明对刀块（9）与工件（15）零距离，工具阴极（1）到工件（15）的距离等于对刀块（9）的外侧圆半径减去工具阴极（1）的半径再减去工具阴极（1）的侧壁磨粒层（4）厚度；

（7）、完成对刀后，拆下紧固螺钉（14），拆下定位光杆（13），取下压紧块（5）和对刀块（9），拆卸对刀装置。