CN107649756B - 一种用于加工超薄金刚石切割片防夹槽的加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于加工超薄金刚石切割片防夹槽的加工装置，包括工件夹持单元、电解电源、喷嘴、电解循环过滤单元、导电磨头移动导向单元、磨削旋转单元、固定平台和磨削力加载单元；工件连接电解电源的正极，两个导电磨头连接电解电源的负极，两个导电磨头对称安设于工件的两侧，采用四根规格相同的弹簧对左右两个导电磨头施加相等的柔性压紧力；两个喷嘴分别安设于两个导电磨头与工件相切处的斜上方，由电解液循环过滤单元循环供液。本发明采用工件和两个导电磨头同时旋转的加工方式来实现双面环形防夹槽的加工，提高了防夹槽的加工精度和表面质量，同时防夹槽的对称性更好，工件的加工效率也更高。

Description

一种用于加工超薄金刚石切割片防夹槽的加工装置

技术领域

本发明涉及一种用于加工超薄金刚石切割片防夹槽的加工装置，属于电解磨削加工领域。

背景技术

由于超薄金刚石切割片具有切槽窄、断口平滑、切割效率高、废品率低等优点，在国际上广泛应用于硬脆材料及其它贵重材料的切割。但是，超薄金刚石切割片，一方面自身厚度薄（一般不超过 1mm），容热和承力能力比较弱，抗变形能力有限；另一方面，在工作时，它的切缝非常窄，热量不易扩散，产物不易排除，使得它在应用过程中，时常会出现热变形、夹刀、烧伤、崩边、破裂等现象。研究发现，在超薄金刚石切割片靠近刀头（磨粒层）处的两侧开一定宽度和深度的凹槽（防夹槽），能有效解决上述问题。

然而，防夹槽的加工是一个棘手难题。这是因为，超薄金刚石切割片的基体特别薄，自身易于变形，且一般都是硬度高的金属材料如高碳钢等，传统的机械切削、磨削方法因为作用力大、加工区温度高等原因难以适合防夹槽的加工，而非接触式的特种加工方法如激光加工、电火花加工等因为加工温度极高也无法使用。理论上讲，非接触式的低温、小作用力的加工方法特别适合于防夹槽的加工。

为此，申请号为201610832214.4的专利提出一种采用射流电解技术来加工超薄金刚石切割片防夹槽的装置。该专利设计了一种新型的阴极喷嘴，有效解决了加工区电解产物的沉积附着问题，但是加工后的防夹槽的成形精度和表面质量较差。电解磨削是利用电化学作用和机械磨削作用相结合来去除金属材料的一种加工方法，具有加工效率高、加工精度与表面质量好、不会产生磨削毛刺、裂纹、烧伤的现象等特点，非常适合低刚度薄壁零件的加工。故此，电解磨削加工特别适合于防夹槽的加工。但是目前现有的电解磨削装置主要适用于薄壁、单件单面的加工，而用于薄壁圆片状工件的双面同时开凹形浅槽的装置还未见报道。为此，本专利开发一种新的电解磨削装置，以便能在超薄金刚石切割片的两面同时加工出高精度、高表面质量、高对称性的防夹槽。

发明内容

针对目前加工超薄金刚石切割片防夹槽技术的不足，本发明提出一种电解磨削装置，以期能在超薄金刚石切割片的两面同时加工出高精度、高表面质量、高对称度的防夹槽。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于加工超薄金刚石切割片防夹槽的加工装置，包括含有电机、联轴器、旋转轴、轴承-轴承座组件、磨头夹头和导电磨头的磨削旋转单元、固定平台、电解电源、喷嘴和含有工件、旋转主轴、夹具体、锁紧螺母的工件夹持单元，其特征是：它还包括含有前导轨、后导轨、前滑块、后滑块、滑块连接板的导电磨头移动导向单元、含有双向丝杠、丝杠固定座、手轮、左旋螺母座、右旋螺母座、光杠、光杠固定组件、导向杆、弹簧的磨削力加载单元。

所述的前导轨、后导轨相互平行地固定在固定平台上；所述的前滑块和后滑块分别可滑动地安设在前导轨和后导轨上；所述的滑块连接板的前后两端分别固定安设于前滑块和后滑块上，且固定后的滑块连接板的走向与前导轨的走向垂直；所述的双向丝杠通过丝杠固定座固定安装在固定平台上；所述的手轮与双向丝杠的右端联接；所述的双向丝杠置于前导轨和后导轨之间，且双向丝杠的轴线与前导轨的走向平行；所述的光杠穿过左旋螺母座和右旋螺母座，且它的两端与光杠固定组件固定联接；所述的光杠的轴线与双向丝杠的轴线平行；所述的前导轨的走向与旋转主轴的轴线平行；所述的导电磨头的轴线与旋转主轴的轴线垂直；所述的左旋螺母座和右旋螺母座分别与双向丝杠的两端为螺旋副配合联接；所述的左旋螺母座和右旋螺母座上均固定安装2根导向杆；所述的弹簧同轴线套接在导向杆上；所述的弹簧的另一端压在滑块连接板的侧壁上；所述的光杠固定组件固定安设在固定平台上；所述的导电磨头为两个，对称安设于工件的两侧，且两个导电磨头的旋向相反。

所述的电机、联轴器、旋转轴、轴承-轴承座组件、磨头夹头、导电磨头依次顺序同轴线联接。

所述的磨削旋转单元为左右两套相互独立的旋转单元，每套均包含有电机、联轴器、旋转轴、轴承-轴承座组件、磨头夹头和导电磨头。

所述的磨削旋转单元通过内部的轴承-轴承座组件和电机固定安设在滑块连接板上。

所述的滑块连接板为2个。

所述的前滑块和后滑块均为2个，分别可在前导轨和后导轨上自由移动。

所述的磨削旋转单元、滑块连接板、前滑块和后滑块固定联接为一个整体，并可以在前后导轨上左右移动，本装置中该整体有左右两套，且相互独立。

所述的左旋螺母座和右旋螺母座被双向丝杠和光杠限制了转动，只能沿着双向丝杠轴线方向移动，且所述的双向丝杠旋转一周，左旋螺母座和右旋螺母座在双向丝杠上的进给量相等，而进给方向相反。

所述的左旋螺母座和右旋螺母座分别从双向丝杠的左端和右端旋入，当手轮带动双向丝杠顺时针旋转时，右旋螺母座向左移动、左旋螺母座向右移动，二者靠近；当手轮带动双向丝杠逆时针旋转时，右旋螺母座向右移动、左旋螺母座向左移动，二者远离。

所述的导电磨头对工件的作用力通过压缩弹簧施加，具体如下：双向丝杠旋转使螺母座和螺母座上端的弹簧一起移动，由于滑块连接板和磨削旋转单元中的导电磨头固定联接，当弹簧对滑块连接板施加作用力时也就间接对导电磨头施加作用力，最终使导电磨头对工件施加作用力。

所述的导电磨头对工件作用力的大小通过弹簧的压缩变形量来调节，具体如下：在弹簧接触滑块连接板的侧壁后，旋转双向丝杠会使弹簧压缩，此时螺母座的进给量就是弹簧的压缩量，通过改变螺母座的进给量来改变导电磨头对工件的作用力大小。

为了便于实现工件两侧所受的来自导电磨头的压力基本相等，所述的弹簧的基本性能与几何参数均相同。

为在工作时，螺母座与固定平台不产生摩擦力作用，所述的左旋螺母座和右旋螺母座均不与固定平台相接触。

所述的工件连接电解电源的正极，两个导电磨头连接电解电源的负极。

所述的夹具体的材质为电绝缘材料，以使工件与旋转主轴之间为电绝缘联接。

所述的磨头夹头为2个，材质为电绝缘材料，以使仅导电磨头能导通电流，避免其他部件被电腐蚀溶解。

所述的导电磨头的磨块外圆柱面与工件的加工表面相切。

所述的喷嘴为2个，相对于工件对称地置于工件的两侧，并位于导电磨头与工件相切处的斜上方5~15mm处。

本发明的工作原理为：在基于电解磨削加工技术的基础上采用工件和两个导电磨头同时旋转的加工方式来实现双面凹形防夹槽的加工。采用的电解磨削技术以电解作用为主、机械磨削为辅，工件连接电解电源的正极，两个导电磨头连接电解电源的负极，两个导电磨头对称安设于工件的两侧，回路导通后工件阳极表面发生阳极溶解并生成一层钝化膜，然后通过两个导电磨头的磨削作用去除工件表面的钝化膜使工件阳极继续溶解，从而使工件不断被加工 ，直到加工成所需要的形状。为了便于获得合适的机械磨削作用，可通过调整4根基本性能与几何参数均相同的弹簧的压缩量来实现。

由于超薄金刚石切割片的基体材料大都是含碳较高的工具钢，电解磨削时加工产物较多，为了便于电解产物的排出，工件和导电磨头采取顺着电解液的流向旋转，即工件和左导电磨头在加工时顺时针旋转，右导电磨头在加工时逆时针旋转。

综上所述，本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、加工后的防夹槽的精度高，表面质量好，双面对称性好。采用工件和两个导电磨头同时旋转的加工方式，使被加工区域均匀蚀除，而且对工件的两侧同时加工，工件两侧所受的来自导电磨头的压力基本相等，工件的加工过程稳定，精度一致性好，而且，电解磨削过程中导电磨头的损耗小，工艺成本低。

2、加工范围广。本发明的装置不仅可用于超薄金刚石切割片防夹槽的对称加工；也可以对两个导电磨头采用不同的转速和压力来对工件进行非对称加工；而且还可以将装置稍加修改后用于单面厚壁零件的加工。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图。

图2为本发明加工防夹槽的原理图。

图3为本发明装置的电路示意图。

图4为本发明磨削力加载单元示意图。

图中标号名称：1、工件；2、导电磨头；3、引电器；4、前导轨；5、前滑块；6、磨头夹头；7、丝杠固定座；8、手轮；9、右旋螺母座；10、双向丝杠；11、导向杆；12、弹簧；13、轴承组件；14、旋转轴；15、轴承组件；16、后滑块；17、滑块连接板；18、联轴器；19、电机；20、后导轨；21、左旋螺母座；22、丝杠固定组件；23、光杠；24、光杠固定组件；25、固定平台；26、旋转主轴；27、夹具体；28、锁紧螺母；29、光杠固定组件；30、电解电源；31、喷嘴；32、防夹槽。

具体实施方式

下面结合图1至图4对本发明的实施做进一步的详细说明:一种用于加工超薄金刚石切割片防夹槽的加工装置，包括含有电机19、联轴器18、旋转轴14、轴承-轴承座组件13、轴承-轴承座组件15、磨头夹头6和导电磨头2的磨削旋转单元、固定平台25、电解电源30、喷嘴31和含有工件1、旋转主轴26、夹具体27、锁紧螺母28的工件夹持单元，其特征是：它还包括含有前导轨4、后导轨20、前滑块5、后滑块16、滑块连接板17的导电磨头移动导向单元、含有双向丝杠10、丝杠固定座7和丝杠固定座22、手轮8、左旋螺母座21、右旋螺母座9、光杠23、光杠固定组件24和光杠固定组件29、导向杆11、弹簧12的磨削力加载单元。

前导轨4、后导轨20相互平行地固定在固定平台25上；前滑块5和后滑块16分别可滑动地安设在前导轨4和后导轨20上；滑块连接板17的前后两端分别固定安设于前滑块5和后滑块16上，且固定后的滑块连接板17的走向与前导轨4的走向垂直；双向丝杠10通过丝杠固定座7和丝杠固定座22固定安装在固定平台25上；手轮8与双向丝杠10的右端联接；双向丝杠10置于前导轨4和后导轨20之间，且双向丝杠10的轴线与前导轨4的走向平行；光杠23穿过左旋螺母座21和右旋螺母座9，且它的两端与光杠固定组件24和光杠固定组件29固定联接；光杠23的轴线与双向丝杠10的轴线平行；前导轨4的走向与旋转主轴26的轴线平行；导电磨头2的轴线与旋转主轴26的轴线垂直；左旋螺母座21和右旋螺母座9分别与双向丝杠10的两端为螺旋副配合联接；左旋螺母座21和右旋螺母座9上均固定安装2根导向杆11；弹簧12同轴线套接在导向杆11上；弹簧12的另一端压在滑块连接板17的侧壁上；光杠固定组件24和光杠固定组件29固定安设在固定平台25上；导电磨头2为2个，对称安设于工件1两侧，且两个导电磨头2的旋向相反。

电机19、联轴器18、旋转轴14、轴承-轴承座组件13、轴承-轴承座组件15、磨头夹头6、导电磨头2依次顺序同轴线联接。

磨削旋转单元为左右两套相互独立的旋转单元，每套均包含有电机19、联轴器18、旋转轴14、轴承-轴承座组件13、轴承-轴承座组件15、磨头夹头6和导电磨头2。

磨削旋转单元通过内部的轴承-轴承座组件13、轴承-轴承座组件15和电机19固定安设在滑块连接板17上。

滑块连接板17为2个。

前滑块5和后滑块16均为2个，分别可在前导轨4和后导轨20上自由移动。

磨削旋转单元、滑块连接板17、前滑块5和后滑块16固定联接为一个整体，并可以在前导轨4和后导轨20上左右移动，本装置中该整体有左右两套，且相互独立。

左旋螺母座21和右旋螺母座9被双向丝杠10和光杠23限制了转动，只能沿着双向丝杠10轴线方向移动。

双向丝杠10旋转一周，左旋螺母座21和右旋螺母座9在双向丝杠10上的进给量相等，而进给方向相反。

左旋螺母座21和右旋螺母座9分别从双向丝杠10的左端和右端旋入，当手轮8带动双向丝杠10顺时针旋转时，右旋螺母座9向左移动、左旋螺母座21向右移动，二者靠近；当手轮8带动双向丝杠10逆时针旋转时，右旋螺母座9向右移动、左旋螺母座21向左移动，二者远离。

导电磨头2对工件1的作用力通过压缩弹簧12施加，具体如下：双向丝杠10旋转使左旋螺母座21和右旋螺母座9以及它们上端的弹簧12一起移动，由于滑块连接板17和磨削旋转单元中的导电磨头2固定联接，当弹簧12对滑块连接板17施加作用力时也就间接对导电磨头2施加作用力，最终使导电磨头2对工件1施加作用力。

导电磨头2对工件1作用力的大小是通过弹簧12的压缩变形量来调节，具体如下：在弹簧12接触滑块连接板17的侧壁后，旋转双向丝杠10会使弹簧12压缩，此时螺母座的进给量就是弹簧12的压缩量，通过改变螺母座的进给量来改变导电磨头2对工件1的作用力大小。

为了便于实现工件1两侧所受的来自导电磨头2的压力基本相等，弹簧12的基本性能与几何参数均相同。

为在工作时，螺母座与固定平台25不产生摩擦力作用，左旋螺母座21和右旋螺母座9均不与固定平台相接触。

工件1连接电解电源30的正极，两个导电磨头2连接电解电源30的负极。

夹具体27的材质为电绝缘材料，以使工件1与旋转主轴26之间为电绝缘联接。

磨头夹头6为2个，材质为电绝缘材料，以使仅导电磨头2能导通电流，避免其他部件被电腐蚀溶解。

导电磨头2的磨块外圆柱面与工件1的加工表面相切。

喷嘴为2个，相对于工件1对称地置于工件1的两侧，并位于导电磨头2与工件1相切处的斜上方10mm处。

为了便于电解产物的排除，工件1和导电磨头2采取顺着电解液的流向旋转，即工件1和左导电磨头2在加工时顺时针旋转，右导电磨头2在加工时逆时针旋转。

本发明可按照以下步骤执行，对超薄金刚石切割片进行防夹槽32的电解磨削加工。

（1）将工件1定位在旋转主轴26上，移动左磨削旋转单元使左导电磨头2的磨块外圆柱面与工件1的左面相切，移动右磨削旋转单元使右导电磨头2的磨块外圆柱面与工件1的右面相切。

（2）顺时针旋转手轮8，至左旋螺母座21和右旋螺母座9上的弹簧12分别与左右两个滑块连接板17侧壁相接触停止。

（3）再顺时针旋转手轮8半圈，经计算此时两个弹簧压紧力共为3.2N，即导电磨头2对工件1一侧施加的柔性力为3.2N。

（4）打开电解液循环过滤单元，温度为25度、质量分数为20%的NaNO₃电解液分别从两个喷嘴31冲击进入左导电磨头2与工件1的间隙之间、右导电磨头2与工件1的间隙之间。

（5）打开电机19带动左导电磨头2和工件1顺时针旋转、右导电磨头2逆时针旋转，导电磨头2的转速调为2000r/min，工件1的转速调为1.5r/min；同时打开电解电源30，电压调为20V，开始加工，待加工1min后停止加工。

Claims (10)

1.一种用于加工超薄金刚石切割片防夹槽的加工装置，包括含有电机（19）、联轴器（18）、旋转轴（14）、轴承-轴承座组件Ⅰ（13）、轴承-轴承座组件Ⅱ（15）、磨头夹头（6）和导电磨头（2）的磨削旋转单元、固定平台（25）、电解电源（30）、喷嘴（31）和含有工件（1）、旋转主轴（26）、夹具体（27）、锁紧螺母（28）的工件夹持单元，其特征是：它还包括含有前导轨（4）、后导轨（20）、前滑块（5）、后滑块（16）、滑块连接板（17）的导电磨头移动导向单元、含有双向丝杠（10）、丝杠固定座Ⅰ（7）和丝杠固定座Ⅱ（22）、手轮（8）、左旋螺母座（21）、右旋螺母座（9）、光杠（23）、光杠固定组件Ⅰ（24）和光杠固定组件Ⅱ（29）、导向杆（11）、弹簧（12）的磨削力加载单元；所述的前导轨（4）、后导轨（20）相互平行地固定在固定平台（25）上；所述的前滑块（5）和后滑块（16）分别可滑动地安设在前导轨（4）和后导轨（20）上；所述的滑块连接板（17）的前后两端分别固定安设于前滑块（5）和后滑块（16）上，且固定后的滑块连接板（17）的走向与前导轨（4）的走向垂直；所述的双向丝杠（10）通过丝杠固定座Ⅰ（7）和丝杠固定座Ⅱ（22）固定安装在固定平台（25）上；所述的手轮（8）与双向丝杠（10）的右端联接；所述的双向丝杠（10）置于前导轨（4）和后导轨（20）之间，且双向丝杠（10）的轴线与前导轨（4）的走向平行；所述的光杠（23）穿过左旋螺母座（21）和右旋螺母座（9），且它的两端分别与光杠固定组件Ⅰ（24）和光杠固定组件Ⅱ（29）固定联接；所述的光杠（23）的轴线与双向丝杠（10）的轴线平行；所述的前导轨（4）的走向与旋转主轴（26）的轴线平行；所述的导电磨头（2）的轴线与旋转主轴（26）的轴线垂直；所述的左旋螺母座（21）和右旋螺母座（9）分别与双向丝杠（10）的两端为螺旋副配合联接；所述的左旋螺母座（21）和右旋螺母座（9）上均固定安装2根导向杆（11）；所述的弹簧（12）同轴线套接在导向杆（11）上；所述的弹簧（12）的另一端压在滑块连接板（17）的侧壁上；所述的光杠固定组件Ⅰ（24）和光杠固定组件Ⅱ（29）固定安设在固定平台（25）上；所述的导电磨头（2）分为左导电磨头（2）和右导电磨头（2），对称安设于工件（1）的两侧，且两个导电磨头（2）的旋向相反。

2.根据权利要求1所述的一种用于加工超薄金刚石切割片防夹槽的加工装置，其特征在于：所述的电机（19）、联轴器（18）、旋转轴（14）、轴承-轴承座组件（13，15）、磨头夹头（6）、导电磨头（2）依次顺序同轴线联接。

3.根据权利要求1所述的一种用于加工超薄金刚石切割片防夹槽的加工装置，其特征在于：所述的轴承-轴承座组件Ⅰ（13）、轴承-轴承座组件Ⅱ（15）和电机（19）固定安设在滑块连接板（17）上。

4.根据权利要求1所述的一种用于加工超薄金刚石切割片防夹槽的加工装置，其特征在于：所述的磨头夹头（6）的材质为电绝缘材料。

5.根据权利要求1所述的一种用于加工超薄金刚石切割片防夹槽的加工装置，其特征在于：所述的导电磨头（2）的磨块外圆柱面与工件（1）的加工表面相切。

6.根据权利要求1所述的一种用于加工超薄金刚石切割片防夹槽的加工装置，其特征在于：所述的工件（1）和所述的左导电磨头（2）在加工时顺时针旋转，所述的右导电磨头（2）在加工时逆时针旋转。

7.根据权利要求1所述的一种用于加工超薄金刚石切割片防夹槽的加工装置，其特征在于：所述的左旋螺母座（21）和右旋螺母座（9）均不与固定平台（25）相接触。

8.根据权利要求1所述的一种用于加工超薄金刚石切割片防夹槽的加工装置，其特征在于：所述的喷嘴（31）为2个，相对于工件（1）对称地置于工件（1）的两侧，并位于导电磨头（2）与工件（1）相切处的斜上方5~15mm处。

9.根据权利要求1所述的一种用于加工超薄金刚石切割片防夹槽的加工装置，其特征在于：所述的弹簧（12）为4根，它们的基本性能与几何参数均相同。

10.根据权利要求1所述的一种用于加工超薄金刚石切割片防夹槽的加工装置，其特征在于：所述的工件（1）与所述的旋转主轴（26）为电绝缘联接。