CN109881242B - 用于轴类工件外圆成型的电化学加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于轴类工件外圆成型的电化学加工方法，先采用整体阴极加工，整体阴极与轴类工件的轴向长度相同，轴类工件可沿自身轴向旋转运动，整体阴极可沿轴类工件径向做进给运动；然后采用移动阴极加工，移动阴极的轴向长度较轴类工件的轴向长度短，移动阴极可沿轴类工件径向做进给运动，也可沿轴类工件轴向做移动运动。测量系统可进行轴类工件直径的测量，将获得的直径数据传输给控制系统，控制系统根据直径测量结果控制移动阴极沿零件轴向的运动速度；通过两步法加工能够实现细长管轴类工件的高精度、高效率加工。
Description
技术领域
本发明涉及电化学加工技术以及误差反馈修正技术，尤其涉及一种适用于将轴类工件加工成圆柱状或管状外圆的电化学加工方法。
背景技术
电化学加工是依据电化学蚀除原理去除材料的一种非接触加工方式，金属在电解液内电场的作用下在阳极表面发生溶解反应而去除材料的一种特种加工方法。与传统切削加工方式相比具有的特点是：加工范围广，不受轴类工件材料的硬度和强度的影响；表面质量高；加工过程中不附加机械切削力，不产生表面残余应力，不产生由切削力引起的变形；没有飞边、刀痕和毛刺；对难加工材料的加工效率高，且加工效率不受加工精度和表面粗糙度的限制；加工中阴极工具不存在磨损，可以长期使用。
现有技术中，针对轴类工件的外圆成型(即加工成管状零件的外表面构型)，多是直接采用和轴类工件等长的整体阴极进行直接加工，虽然加工速度快，但是较为粗糙，因此本发明针对此问题提出将整体阴极和移动阴极结合的方式高效且高精度地对管类零件进行加工。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于轴类工件外圆成型的电化学加工方法，能实现轴类工件电化学加工的高精度、高表面质量、高加工效率。
为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：需要加工成圆柱状外圆的轴类工件通过主轴电机连接转动，先使用与所述轴类工件轴向长度一致的整体阴极对齐所述轴类工件并对所述轴类工件进行电化学加工，然后换用与所述轴类工件的轴向长度比值为0.001～0.5的移动阴极在所述轴类工件外侧沿所述轴类工件的轴线方向往返移动并进行电化学加工，所述移动阴极移动到所述轴类工件任一点时的阴极移动速度依据如下步骤确定：
S1：从所述轴类工件的一个端点开始，沿所述轴类工件的轴线每隔一段不变的距离L测量所述轴类工件的直径，直至到达所述轴类工件的另外一个端点，最终得到轴线上n个点所对应的n个直径：D1、D2、D3……Dn；
S2：找出n个点中直径最小的点并记为点e，记录点e对应的最小直径De；
S3：除了点e，依次求出第1个至第n个点的直径与最小直径De的差值y：y1＝D1-De、y2＝D2-De……ye-1＝De-1-De、ye+1＝De+1-De……yn＝Dn-De；
S4：除了点e，依次求出第1个至第n个点所对应的加工时间t：t1＝y1/a、t2＝y2/a、t3＝y3/a……te-1＝ye-1/a、te+1＝ye+1/a……tn＝yn/a；
其中a为所述移动阴极在单位时间内对所述轴类工件电解蚀除的厚度；
S5：除了点e，依次求出第1个至第n个点所对应的阴极移动速度v：v1＝m/t1、v2＝m/t2……ve-1＝m/te-1、ve+1＝m/te+1……vn＝m/tn；其中，m为所述移动阴极的轴向长度；
S6：依据下式确定点e所对应的阴极移动速度ve：
ve＝(ve-1+ve+1)/2；
S7：对于轴上任意一个非上述n个点的点j，若在上述n个点中，最靠近点j的两个点分别为点i和点i+1，则点j的阴极移动速度vj由下式获得：
vj＝vi+b(vi+1-vi)/c；
其中，b为点j和点i间的距离，c为点i和点i+1间的距离；
优选情况下，在S7中，所述移动阴极经过所述轴类工件上的某一点的含义是，所述移动阴极沿移动方向的前端与所述轴类工件上的该点在径向上重合。但也完全可以采用移动阴极上的其他点作为重合的标识点。
优选情况下，S1中的间隔L大于或等于S5中所述移动阴极的轴向长度m。
本发明的优点在于，通过两步法加工能够实现高精度、高效率加工。先采用整体阴极加工，加工面积大，可以采用大电流加工，提高加工效率；再采用移动阴极加工，对整体阴极加工后的零件进行测量，根据轴类工件实测尺寸，控制电极移动速度，实现误差修正，以达到较高的加工精度。充分利用整体阴极和移动阴极的加工优势，即提高加工效率又提高加工精度。
附图说明
图1是本发明整体阴极电化学加工细长管示意图；
图2是本发明移动阴极电化学加工细长管示意图；
图3是本发明移动阴极的移动速度示意图。
图中，1、移动阴极，2、轴类工件，3、整体阴极。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作描述。
如图1所示，本发明一种用于轴类工件外圆成型的电化学加工方法，先采用整体阴极3加工，整体阴极3与轴类工件2的轴向长度相同，轴类工件2可沿自身轴向旋转运动，整体阴极3可沿轴类工件径向做进给运动；然后采用移动阴极1加工，移动阴极1的轴向长度较轴类工件2的轴向长度短，移动阴极1可沿轴类工件2径向做进给运动，也可沿轴类工件2轴向做移动运动。利用测量系统对轴类工件2的直径进行测量，测量系统获得的直径数据传输给控制系统，控制系统根据直径测量结果控制移动阴极1沿零件轴向的运动速度。阴极与轴类工件2之间的距离处于电化学加工合理的极间间隙范围内，一般为0.3mm～4mm。整体阴极3或移动阴极1与轴类工件2之间间隙通过喷嘴或阴极自身设置导流流道通入电解液。
加工的大致过程如下：1)采用整体阴极3加工，整体阴极3的两端与轴类工件2的两端平齐，采用大电流加工，提高加工效率；2)确定若干测量点，测量轴类工件2给定测量点部位的直径，记录并传送给控制系统；3)采用移动阴极加工，控制系统根据测量结果，获得测量点尺寸与最小尺寸的偏差，通过数据处理以及给定算法，得到电极移动速度规律，实现对误差的修正，以提高加工精度。
其中，轴类工件2的直径测量和移动阴极1的加工过程大致过程如下：
轴类工件测量过程：移动阴极1移动，设定测量距离为L，每间隔L作为一个测量点取得轴类工件2的直径尺寸，并记录到控制单元中，控制单元将记录的数据比较做差，得到每个点直径尺寸与最小直径尺寸之间的偏差。
轴类工件误差修正过程：基于测量数据，根据加工时间的计算公式，得到蚀除测量点处偏差值需要的时间，即移动阴极1在该点处的电化学作用时间。因此根据移动阴极1的长度，得到移动阴极1在该点的移动速度，同理得到每一点的速度。
测量点之间的直径误差处理：由于两点之间存在一定距离，两个测量点之间的尺寸变化情况比较复杂，当测量点比较密集时，测量点之间的尺寸变化接近线性变化，因此将两点之间的速度变化也按线性变化处理。
测量点间距的确定原则为：间距越小，精度越高。
移动阴极长度确定原则为：移动阴极长度m≤测量点间距L。移动阴极的长度一般选取5～20mm。
更加具体的过程如下：
先采用与轴类工件2轴向长度一致的整体阴极3对轴类工件2的表面进行粗加工，然后采用轴向长度与轴类工件2轴向长度的比值为0.001～0.5的移动阴极1对轴类工件2进行精加工，精加工过程包括如下步骤：
S1：从轴类工件2的端点开始，沿轴类工件2的轴线每隔间距L测量轴类工件2的直径直至到达另外一个端点，得到轴线上第1个至第n个点所对应的直径：D1、D2、D3……Dn；
S2：找出n个点中直径最小的点e，并记录其对应的最小直径De；
S3：除了第e个点，依次求出第1个至第n个点的直径与最小直径De的差值y：y1＝D1-De、y2＝D2-De……ye-1＝De-1-De、ye+1＝De+1-De……yn＝Dn-De；
S4：除了第e个点，依次求出第1个点至第n个点所对应的加工时间t：t1＝y1/a、t2＝y2/a、t3＝y3/a……te-1＝ye-1/a、te+1＝ye+1/a……tn＝yn/a；
其中a为在完全相同的加工条件下移动阴极1对轴类工件2的电解蚀除速度，即单位时间内侵蚀的厚度，该电解蚀除速度由实验预先测得；
S5：除了第e个点，依次求出第1个点至第n个点所对应的阴极移动速度v：v1＝m/t1、v2＝m/t2……ve-1＝m/te-1、ve+1＝m/te+1……vn＝m/tn；
其中，m为预先测得的移动阴极1的轴向长度；
点e的阴极移动速度ve设定为其相邻两个点的阴极移动速度的平均值，即：
ve＝(ve-1+ve+1)/2；
S6：对于轴上任意一个非第1个至第n个的点j，若在第1个至第n个点中，最靠近点j的两个点分别为点i和点i+1，则点j的阴极移动速度vj由点i的阴极移动速度vi和点i+1的阴极移动速度vi+1线性拟合获得，即：
vj＝vi+b(vi+1-vi)/c；
其中，b为点j和点i间的距离，c为点i和点i+1间的距离；参看图3的线性拟合过程；
S7：控制移动阴极1从轴类工件2的第1个点出发，沿轴线一直移动到第n个点，移动阴极1的移动速度被控制为如下：当移动阴极1经过第1个至第n个点时，移动阴极1的移动速度都分别对应等于S5中所测得的第1个至第n个点所对应的阴极移动速度v1～vn；当移动阴极1经过非第1个至第n点的任意点j时，移动阴极1的移动速度对应等于S6中的任意点j的阴极移动速度vj。
参见图3，在S7中，移动阴极1经过轴类工件2上的某一点的含义是，移动阴极1沿移动方向的前端与轴类工件2上的该点在径向上重合。但也完全可以采用移动阴极1上的其他点作为重合的标识点。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种用于轴类工件外圆成型的电化学加工方法，包括用于在待加工轴类工件(2)转动中实现侵蚀加工的电化学阴极、阳极；其特征在于，所述阴极包括一个与所述工件(2)等长的整体阴极(3)和一个长度为所述工件(2)0.001～0.5倍的移动阴极(1)；加工方法包括如下步骤：先使用所述整体阴极(3)对齐所述轴类工件(2)进行加工，然后换用所述移动阴极(1)对所述轴类工件(2)进行轴向移动加工，所述移动阴极(1)移动到所述轴类工件(2)任一点时的阴极移动速度依据如下步骤确定：
S1：从所述轴类工件(2)的一个端点开始，沿所述轴类工件(2)的轴线每隔一段不变的距离L测量所述轴类工件(2)的直径，直至到达所述轴类工件(2)的另外一个端点，最终得到轴线上n个点所对应的n个直径：D1、D2、D3……Dn；
S2：找出n个点中直径最小的点并记为点e，记录点e对应的最小直径De；
S3：除了点e，依次求出第1个至第n个点的直径与最小直径De的差值y：y1＝D1-De、y2＝D2-De……ye-1＝De-1-De、ye+1＝De+1-De……yn＝Dn-De；
S4：除了点e，依次求出第1个至第n个点所对应的加工时间t：t1＝y1/a、t2＝y2/a、t3＝y3/a……te-1＝ye-1/a、te+1＝ye+1/a……tn＝yn/a；
其中a为所述移动阴极(1)在单位时间内对所述轴类工件(2)电解蚀除的厚度；
S5：除了点e，依次求出第1个至第n个点所对应的阴极移动速度v：v1＝m/t1、v2＝m/t2……ve-1＝m/te-1、ve+1＝m/te+1……vn＝m/tn；其中，m为所述移动阴极(1)的轴向长度；
S6：依据下式确定点e所对应的阴极移动速度ve：
ve＝(ve-1+ve+1)/2；
S7：对于轴上任意一个非上述n个点的点j，若在上述n个点中，最靠近点j的两个点分别为点i和点i+1，则点j的阴极移动速度vj由下式获得：
vj＝vi+b(vi+1-vi)/c；
其中，b为点j和点i间的距离，c为点i和点i+1间的距离。
2.根据权利要求1所述用于轴类工件外圆成型的电化学加工方法，其特征在于，所述移动阴极(1)移动到所述轴类工件(2)任一点的含义是，所述移动阴极(1)沿移动方向的前端与所述轴类工件(2)上的该点在径向上重合。
3.根据权利要求1所述用于轴类工件外圆成型的电化学加工方法，其特征在于，S1中所选取的间隔L大于或等于S5中所述移动阴极(1)的轴向长度m。
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