CN108655520B - 双微尺度线电极装置及电解加工复杂结构零件方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的双微尺度线电极装置及电解加工复杂结构零件方法，属于精密、微细电化学制造技术领域。本装置中精密伺服电机通过其内部的左旋丝杠和右旋丝杠驱动双微尺度线电极同步相向或同步反向精密移动，微数控转轴带动双微尺度线电极进行同步或各自独立的角度旋转，在超精密三维移动平台、超精密转轴、精密伺服电机各自独立的先后精密运动或同步联动下，可实现双微尺度线电极的多样化轨迹运动，进行复杂微细结构零件的加工制造。
Description
技术领域
本发明涉及的双微尺度线电极装置及电解加工复杂结构零件方法，属于精密、微细电化学制造技术领域。
背景技术
在航空航天、精密仪器、微型机器人、微机电系统、微电子技术及微型传感器等精密制造领域中，具有各种轮廓型面的金属结构得到了广泛的应用，这些零件的特点是特征平面与基准面呈倾斜角度分布、截面形状多样，深宽比大, 一般采用高Z元素重金属、钛合金、硬质合金等难加工材料进行加工。然而，由于这些材料的导热系数低、高温、高强度使得传统的数控铣削、电火花加工等很难到达理想的加工要求，对现有技术提出了很大的挑战。
线电极微细电解加工技术以微尺度的金属丝作为工具电极，通过对金属线电极或者工件运动轨迹的数字控制，实现具有微缝、微槽、大深宽比等金属微结构的加工，且具有加工表面质量好，无裂纹毛刺，无热影响区，工具电极不损耗，加工材料广等优点，特别适合难加工材料的精密加工制造。
在国内，南京航空航天大学对线电极微细电解加工技术进行了全面而系统的研究，建立了加工模型，研制了各种试验系统，并开展了大量的工艺试验研究，在多种金属基体上制备出了微尖角结构、微方螺旋结构、微槽结构、微凸轮结构、微悬臂结构、微齿轮结构等金属结构，但是这些结构都是二维平面轮廓结构。当采用单根线电极进行加工时，行程过长，由于加工速度的限制，加工效率大大降低，当走丝轨迹复杂时，容易产生加工结构的尺寸精度误差，无法实现变截面对称型复杂结构的一次精密加工成型。而采用群线电极电解加工，仅仅适用于群缝、群孔等结构加工，而且群线电极中各个线电极之间的位置误差难以精确控制，加工过程中，各个线电极之间位置固定，限制了加工的灵活性，无法实现具有复杂截面的零部件结构加工成型。
因此，需要提出一种新的加工装置和方法，实现具有不同的不规则截面结构加工，扩大线电极电解加工的加工应用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种加工过程中线电极相对位置精确可控、倾斜角度灵活多变的双微尺度线电极装置及电解加工复杂结构零件方法。
一种双微尺度线电极装置，其特征在于：包括机体、精密伺服电机、丝杆、线电极夹具、超精密转轴；机体通过轴承安装有左旋丝杆和右旋丝杆；左旋丝杆的一端和右旋丝杆的一端分别与一个精密伺服电机相连；左旋丝杆和右旋丝杆均安装有滑块组件及线电极夹具；其中线电极夹具通过超精密转轴与滑块组件相接，线电极夹具上安装线电极。
双微尺度线电极装置电解加工复杂结构零件的方法，其特征在于包括以下过程：
（1）、将双微尺度线电极装置通过转向连接板安装在超精密三维移动平台上，在工控机中根据加工对象实际尺寸轮廓，结合微尺度线电极的具体尺寸、电解加工时的加工间隙，进行加工轨迹设定.
（2）、通过控制软件及运动控制卡驱动超精密三维移动平台、超精密转轴、精密伺服电机各自独立的先后精密运动或同步联动，实现复杂结构零件的精确尺寸控制；
（3）、利用控制软件将双微尺度线电极同时旋转至垂直于工件位置固定后，精密三维移动平台控制线电极向前进给，两个精密伺服电机控制线电极的同步相向或同步反向精密移动，实现恒截面对称型结构、变截面对称型结构加工；
（4）、利用控制软件将双微尺度线电极同时平行旋转特定倾斜角度固定，或者使一根线电极垂直工件或水平另一根线电极旋转至特定倾斜角度固定后，精密三维移动平台控制线电极向前进给，精密伺服电机控制线电极的同步相向或反向精密移动，实现倾斜型恒截面对称型结构加工。
（5）、利用控制软件控制两根微尺度线电极分别旋转特定角度固定或两根线电极加工过程中变角度旋转时，结合超精密转轴、超精密三维移动平台、精密伺服电机的联动，实现不规则截面型结构加工；
（6）、利用超精密转轴、超精密三维移动平台、精密伺服电机的联动，控制两根双微尺度线电极的各自独立运动，实现复杂结构的加工。
综上所述，本发明具有以下优点：
1、采用双线电极夹具进行双微尺度线电极的安装，两个独立的超精密转轴可实现双微尺度线电极的同步或者独立角度旋转，调节加工过程中线电极的倾斜角度；左旋丝杆和右旋丝杆可实现加工过程中线电极的同步相向或反向精密移动控制，与现有的单夹具多丝线电极夹具相比，加工过程中两根线电极之间互不干扰，增加了灵活性。
2、采用精密伺服电机实现了双微尺度线电极之间的同步相向或反向精密运动，缩短了响应时间，增加了控制精度，两根线电极实时的相向或方向进给运动，实现了加工对象的一次加工成型，相对于单根线电极加工，提高了加工效率，减小了单根线电极由于轨迹过长的加工误差。
3、利用超精密转轴，实现了双微尺度线电极在加工进给前的角度设定、加工进给过程中角度的实时改变。
4、利用控制系统对精密伺服电机、超精密转轴、超精密三维移动平台实行单独运动或相互联动，实现了各种截面形状的结构加工制造。
附图说明：
图1双微尺度线电极电解加工机床系统示意图；
图2双微尺度线电极电解加工装置示意图；
图3恒截面对称型结构、变截面对称型结构加工示意图；
图4倾斜型恒截面对称型结构加工示意图；
图5不规则截面型结构加工示意图；
图6复杂截面型结构加工示意图；
图中标号名称：1、工控机，2、运动控制卡，3、脉冲电源，4、电解液槽，5、工件夹具，6,、机床隔振平台，7、工件，8、超精密三维移动平台，9、转向连接板，10、精密伺服电机，11、左旋丝杠，12、右旋丝杠，13、超精密转轴，14、线电极夹具，15、微尺度线电极，16、轴承，17、滑块组件，18、机体，19、恒截面对称型结构，20、变截面对称型结构，21、倾斜型恒截面对称型结构，22、不规则截面型结构，23、复杂截面型结构。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行进一步解释。
如图1、图2所示，将双微尺度线电极电解加工装置通过转向连接板9安装在超精密三维移动平台8上，在工控机中根据加工对象实际尺寸轮廓，结合微尺度线电极15的具体尺寸、电解加工时的加工间隙，进行加工轨迹设定，通过控制软件及运动控制卡2驱动超精密三维移动平台8、超精密转轴13、精密伺服电机10各自独立的先后精密运动或同步联动，实现复杂结构零件的精确尺寸控制。
如图3所示，利用控制软件将双微尺度线电极15同时旋转至垂直于工件位置固定后，精密三维移动平台8控制线电极15向前进给，两个精密伺服电机10控制线电极的同步相向或同步反向精密移动，实现恒截面对称型结构19、变截面对称型20结构加工；
如图4所示，利用控制软件将双微尺度线电极15同时平行旋转特定倾斜角度固定，或者使一根线电极垂直工件另一根线电极旋转至特定倾斜角度固定后，精密三维移动平台8控制线电极15向前进给，精密伺服电机10控制线电极的同步相向或反向精密移动，实现倾斜型恒截面对称型结构21加工。
如图5所示，利用控制软件控制两根微尺度线电极15分别旋转特定角度固定或两根线电极加工过程中变角度旋转时，结合超精密转轴13、超精密三维移动平台8、精密伺服电机10的联动，实现不规则截面型结构22加工。
如图6所示，利用超精密转轴13、超精密三维移动平台8、精密伺服电机10的联动，控制两根双微尺度线电极的加工过程中各自独立运动、实时的独立的角度旋转，实现复杂结构23的加工。
Claims (2)
1.一种双微尺度线电极装置，其特征在于：
包括机体（18）、精密伺服电机（10）、左旋丝杠（11）、右旋丝杠（12）、线电极夹具（14）、超精密转轴（13）；
机体（18）通过轴承（16）安装有左旋丝杠（11）和右旋丝杠（12）；左旋丝杠（11）的一端和右旋丝杠（12）的一端分别与一个精密伺服电机（10）相连；
左旋丝杠（11）和右旋丝杠（12）均安装有滑块组件（17）及线电极夹具（14）；其中线电极夹具（14）通过超精密转轴（13）与滑块组件相接，线电极夹具（14）上安装微尺度线电极（15）；
两个独立的超精密转轴实现两根微尺度线电极的同步或者独立角度旋转，调节加工过程中微尺度线电极的倾斜角度；左旋丝杠和右旋丝杠实现加工过程中微尺度线电极的同步相向或反向精密移动控制；
利用控制软件将两根微尺度线电极（15）同时旋转至垂直于工件位置固定后，超精密三维移动平台（8）控制微尺度线电极（15）向前进给，精密伺服电机（10）控制微尺度线电极（15）的同步相向或同步反向精密移动，实现恒截面对称型结构（19）、变截面对称型结构（20）加工；
利用控制软件将两根微尺度线电极（15）同时平行旋转特定倾斜角度固定，或者使一根微尺度线电极（15）垂直工件，另一根微尺度线电极（15）旋转至特定倾斜角度固定后，超精密三维移动平台（8）控制微尺度线电极（15）向前进给，精密伺服电机（10）控制微尺度线电极（15）的同步相向或反向精密移动，实现倾斜型恒截面对称型结构（21）加工；
利用控制软件控制两根微尺度线电极（15）分别旋转特定角度固定或两根微尺度线电极（15）加工过程中变角度旋转时，结合超精密转轴（13）、超精密三维移动平台（8）、精密伺服电机（10）的联动，实现不规则截面型结构（22）加工；
利用超精密转轴（13）、超精密三维移动平台（8）、精密伺服电机（10）的联动，控制两根微尺度线电极（15）在加工过程中各自独立运动、实时独立的角度旋转，实现复杂截面型结构（23）的加工。
2.利用权利要求1所述的双微尺度线电极装置电解加工复杂结构零件的方法，其特征在于包括以下过程：
1）将双微尺度线电极装置通过转向连接板（9）安装在超精密三维移动平台（8）上，在工控机（1）中根据加工对象实际尺寸轮廓，结合微尺度线电极（15）的具体尺寸、电解加工时的加工间隙，进行加工轨迹设定；
2）通过控制软件及运动控制卡（2）驱动超精密三维移动平台（8）、超精密转轴（13）、精密伺服电机（10）各自独立的先后精密运动或同步联动，实现复杂结构零件的精确尺寸控制；
3）利用控制软件将两根微尺度线电极（15）同时旋转至垂直于工件位置固定后，超精密三维移动平台（8）控制微尺度线电极（15）向前进给，两个精密伺服电机（10）控制微尺度线电极（15）的同步相向或同步反向精密移动，实现恒截面对称型结构（19）、变截面对称型结构（20）加工；
4）利用控制软件将两根微尺度线电极（15）同时平行旋转特定倾斜角度固定，或者使一根微尺度线电极（15）垂直工件，另一根微尺度线电极（15）旋转至特定倾斜角度固定后，超精密三维移动平台（8）控制微尺度线电极（15）向前进给，精密伺服电机（10）控制微尺度线电极（15）的同步相向或反向精密移动，实现倾斜型恒截面对称型结构（21）加工；
5）利用控制软件控制两根微尺度线电极（15）分别旋转特定角度固定或两根微尺度线电极（15）加工过程中变角度旋转时，结合超精密转轴（13）、超精密三维移动平台（8）、精密伺服电机（10）的联动，实现不规则截面型结构（22）加工；
6）利用超精密转轴（13）、超精密三维移动平台（8）、精密伺服电机（10）的联动，控制两根微尺度线电极（15）在加工过程中各自独立运动、实时独立的角度旋转，实现复杂截面型结构（23）的加工。
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