CN110039134A - 具有在线测量功能的电化学加工机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有在线测量功能的电化学加工机床，电源与能够检测电流变化或电压变化的电信号检测装置串联起来一同通过导线连接于均可导电的工件和阴极之间；电信号检测装置通过导线连接于控制系统并可输出电流或电压变化信号于控制系统；控制系统通过导线连接于运动系统；运动系统连接于阴极并可带动阴极一起同步移动；本装置能在几乎不改变现有机床装置的情况下，利用阴阳极的电接触测量阴极位置以及工件尺寸。

Description

具有在线测量功能的电化学加工机床

技术领域

本发明涉及电化学加工技术中的阴极定位和测量技术，尤其涉及一种适用于零件在电化学加工中基于电接触式触发原理的阴极和工件之间位置定位和尺寸在线测量的装置。

背景技术

电化学加工由于是非接触加工，对于一些难加工材料、形状复杂零件、低刚度零件等的加工尤其具有技术优势。电化学加工的极间间隙对加工结果具有重要影响，但是电化学加工时初始极间间隙的测量，即阴极相对阳极位置的准确定位却有一定困难，尤其对于一些形状复杂的零件加工，肉眼无法观测，实际生产中常用塞尺等工具测量，或者先将阴极和工件进行机械接触，再控制阴极退回一定距离形成加工间隙，但是阴极和工件之间机械接触的判定一般通过肉眼或操作者手感判定，缺乏精确性。另外，由于工业生产的发展，工件在线(在线指无需将工件从机床上卸下)测量技术应用越来越广泛，例如机械触碰式测量、光学测量等，但对于电化学加工而言，实现在线测量却具有困难，原因主要是电解液具有腐蚀性，测量器具在这样的环境中极容易损坏或丧失测量精度。因此，设计一种测量系统能实现阴阳极初始位置定位和零件尺寸在线测量的装置对提高加工精度和增加操作方便性具有重要意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有在线测量功能的电化学加工机床，能够实现阴阳极初始位置定位和零件尺寸在线测量。

为了达到上述目的，本发明装置提供的技术方案如下：

一种具有在线测量功能的电化学加工机床，其特征在于，包括电源，所述电源与能够检测电流变化或电压变化的电信号检测装置串联起来一同通过导线连接于工件和阴极之间；所述电信号检测装置通过导线连接于控制系统；所述控制系统通过导线连接于运动系统；所述运动系统连接于所述阴极并可带动所述阴极一起同步移动。

作为一项改进，电源以及电信号检测装置还和一个变送器串联起来一同通过导线连接于工件和阴极之间。

电信号检测装置可以为电流传感器或电压传感器。

阴极可以为细长针状的针状阴极，还可以设置一个固定于针状阴极和运动系统之间且比针状阴极更粗的针状阴极连接杆；优选方式下，针状阴极连接杆与电源或电信号检测装置通过导线连接。

运动系统可以包括与控制系统通过导线连接的第一伺服电机、与第一伺服电机通过传动装置连接的第一丝杠、与控制系统通过导线连接的第二伺服电机，以及与第二伺服电机通过传动装置连接的第二丝杠；其中，第二丝杠与第一丝杠通过连接装置垂直连接。

运动系统还可以包括固定于第一丝杠的第一安装板，以及固定于第一伺服电机外部的第二安装板；其中，第一安装板与阴极连接固定，第二安装板与第二丝杆连接，该连接使得第二安装板会随着第二丝杆的转动而轴向移动。

运动系统还可以包括与控制系统通过导线连接的第三伺服电机，以及与第三伺服电机通过传动装置连接的第三丝杠，其中，第三丝杆通过连接装置与第一丝杆或第二丝杆垂直连接。

阴极可以为包括爪身、前爪以及后爪的爪状阴极；其中，爪身一端固定于运动系统，另一端固定有前爪；后爪处于前爪和运动系统之间且固定于爪身；优选情况下，爪身与电源或电信号检测装置通过导线连接；工件位于前爪和后爪之间，工件可以为圆柱状或管状的轴类工件。

本发明的优点在于，充分利用了电化学加工阴极和工件都是导体的特点，测量系统也利用设备上原本就有的控制阴极运动的机械系统实现，不需要外加复杂的测量机构，机械系统成本几乎不增加。与目前广泛使用机械接触式阴极定位方法相比，电信号传输速度更快，确定阴极和工件接触的实时性更强，阴极定位更准确。与激光等光学测量方法相比，本发明不仅成本低廉，由于利用的是设备自生的机械系统，电解液对测量系统的影响较小，系统维护简单方便。

附图说明

图1是本发明装置的基本原理图；

图2是本发明装置的运动系统的一个实施例图；

图3是本发明装置使用针状阴极的实施例图；

图4是本发明装置使用针状阴极测量工件表面形状的原理图；

图5是本发明装置使用爪状阴极的安装图；

图6是本发明装置使用爪状阴极的侧视图；

图7是本发明装置使用爪状阴极测量轴类工件直径的原理图；

图8是本发明装置阴极间隙调整的原理图。

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。

以下为本发明装置的核心内容：

如图1所示为本发明基本原理的示意图，电源21与能够检测电流变化或电压变化的电信号检测装置2串联起来并一同通过导线连接于均可导电的工件3和阴极1之间；电信号检测装置2通过导线连接并可输出电流或电压变化信号(此信号并不一定要包含电流或电压的具体变化信息，只要是能起到提示作用的信号即可)于控制系统4；控制系统4通过导线连接于运动系统5并可控制运动系统5三维移动；运动系统5连接于阴极1并可控制阴极1三维移动；控制系统4可以计算并记录运动系统5的位移距离，从而获知阴极1的位移距离。

以下为上述装置的基本工作原理：

如图1所示，刚开始，阴极1是和工件3不接触的，此时，控制系统4通过运动系统5间接控制阴极1往工件3移动，控制系统4同时记录下阴极1移动的距离，直至阴极1和工件3接触，这时候电信号检测装置2检测到电流增加或电压下降，并输出电流或电压变化信号到控制系统4，控制系统4收到信号后确定总共行进的距离，这个距离就是原来阴极1和工件3的距离。

而还有一个操作方案是，在阴极1和工件3接触后，控制系统4控制阴极1沿Z方向远离工件3，并在某处停下记录远离的距离，就可以获得此时此刻阴极1和工件3的距离了。接下来，控制系统4可以控制阴极1水平方向移动，比如沿图中的X或者Y方向移动一小块距离，重复该过程就会得到新位置的新距离。这个距离的测量会带来很多应用，我们放到后面说。

以下为对于该装置的一个改进方案：

如图1所示，为了尽量减少电机控制信号以及外界的干扰信号等对于回路的影响，电源21以及电信号检测装置2还和一个变送器6串联起来并一同通过导线连接于工件3和阴极1之间。当然，实际上变送器6、电信号检测装置2以及电源21之间的连接顺序并不影响装置的工作，即使图中给出了具体的顺序。

以下为对于上述电信号检测装置2的两个实施例：

1)类似于电流传感器的能够检测电流变化的装置；2)类似于电压传感器的能够检测电压变化的装置。

以下为控制系统5的一个实施例：

如图2所示，对于运动系统5可以采取三个传动方向相互垂直的伺服电机来控制，虽然图2只画出了其中的两个，但后面我们会说明另外一个电机的引入是显而易见的。

为控制阴极沿图中Z方向移动，设置第一伺服电机51与控制系统4通过导线连接，另外设置沿图中Z方向的第一丝杠511与第一伺服电机51通过传动装置连接，从而第一丝杆511可以跟随第一伺服电机51主轴的转动而转动。在第一丝杠511上固定有第一安装板512，第一安装板512与阴极1连接固定，如此一来，第一伺服电机51就可以通过第一丝杆511带动阴极1沿图中的Z方向移动。

为控制阴极沿图中X方向移动，设置第二伺服电机52与控制系统4通过导线连接，另外设置沿图中X方向的第二丝杠521与第二伺服电机52通过传动装置连接，从而第二丝杆521可以跟随第二伺服电机52主轴的转动而转动。在第一伺服电机51外部还固定有第二安装板522，第二安装板522与第二丝杆521垂直连接，该垂直连接使得第二安装板522会随着第二丝杆521的移动而往相应方向移动，如此一来第二丝杆521就会带动第一伺服电机51，从而带动阴极1沿图中的X方向移动。

当然，完全可以在Y方向再设置第三伺服电机，然后将第三伺服电机和第二安装板522连接，从而就可以控制阴极1在Y方向的移动，如此就实现了三维移动。

针对这个实施例，说明控制系统4是如何检测到阴极1的位移距离的：

其实有很多办法，比如，控制系统4记录下三个伺服电机的运动速度和运动时间，然后相乘即得到丝杆的轴向移动距离，又或者采取下面这种脉冲的方式：

控制系统4通过脉冲控制伺服电机的转动，一个脉冲会触发伺服电机转动特定的角度，将角度换算距离即可，如下式：

L＝n*ω*p/360

式中，n为这段时间内控制系统4向该伺服电机输出的脉冲数，ω为单个脉冲对应的伺服电机转角(以度为单位)，p为该伺服电机连接的丝杠的导程，由此即计算出该伺服电机所控制的丝杆在该段时间内的轴向位移L，从而就是阴极1在该轴向的位移。

以下为对于阴极1的三个实施例以及每个实施例针对的应用：

实施例1：如图3所示，图中使用了细长针状的针状阴极11，而为了比较好地固定针状阴极11，在针状阴极11和运动系统5之间固定了比针状阴极11更粗的针状阴极连接杆111，并且将针状阴极连接杆111与电源21或电信号检测装置2通过导线连接。

对于这个实施例，它针对的应用过程如下：

如图4所示，将针状阴极11顶部的原始位置定在水平线H上，从H线出发，针状阴极11沿Z方向朝工件3的C点前进，接触到C点后原路回退至H线上，在此过程中控制系统4记录前进或回退的距离(二者相同)，得到Z1；控制系统4继续控制针状阴极11沿图中X方向行进X1距离，然后按上述完全一样的方式就可以测量到相对于工件上的B点的距离Z2，一直重复这个过程，就会得到工件3上不同点相对于同一水平线H的距离，从而就可以描绘出工件3表面的曲面构型。对于该曲面构型的研究，可以帮助我们对于未经过电化学加工的工件表面进行研究，也可以帮助我们对于已经过电化学加工的工件的加工精度进行测量。

实施例2：如图5和图6所示，阴极1为爪状阴极12；爪状阴极12包括爪身121、前爪122以及后爪123；其中，爪身121一端固定于第一安装板512(这里是利用了上面说到的两个伺服电机的装置，但实际上也可以用其他装置)，另一端固定有前爪122；后爪123处于前爪122和运动系统5之间且固定于爪身121。爪身121与电源21或电信号检测装置2通过导线连接；轴类工件31位于前爪122和后爪123之间。

对于这个实施例，它针对的应用如下：

如图6和图7所示，控制系统4控制爪状阴极12运动，直至后爪123碰到轴类工件31的B点，记录在此过程中的移动距离d2，然后往反方向移动，直至前爪122碰到轴类工件31的A点，记录在此过程中的移动距离d1，依据公式：D＝Y-d1-d2即可计算出细长轴工件31的直径，其中Y为预先测到的前爪122和后爪123的间距。

爪状阴极12可以是与电化学加工用阴极为一体的组件，也可以是独立的测量组件。

实施例3：如图8所示，此时阴极1用于进行电化学加工，阴极1的表面形状为加工工件3的目标形状，为较好地固定阴极1，在运动系统5和阴极1之间添加阴极连接杆131，阴极连接杆131和变送器6连接，当然，实际上变送器6、电信号检测装置2以及电源21之间的连接顺序并无规定，所以也可能是与电信号检测装置2或电源21连接。由于需要进行电化学加工，要对阴极1和工件3另外施加电化学加工所需要的电压，又或者将原来的电源21的电压调到适合电化学加工的范围以及对应的电极连接方向；除此之外还要在阴阳极之间加上电解液等电化学加工所必要的操作。

对于这个实施例，它针对的应用如下：

在电化学加工中，只有采取比较适当的间距才可高效率且高质量地完成加工，因此需要将阴极1和工件3之间的间距调整到预先设定的较好的范围。因此采用的方式是，控制系统4控制阴极1往工件3的方向移动直至接触，然后往回移动，直至移动到预先设定的距离停止，此时阴阳极即达到较好的间距。

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 (8)

1.一种具有在线测量功能的电化学加工机床，其特征在于，包括电源(21)，所述电源(21)与能够检测电流变化或电压变化的电信号检测装置(2)串联起来一同通过导线连接于工件(3)和阴极(1)之间；所述电信号检测装置(2)通过导线连接于控制系统(4)；所述控制系统(4)通过导线连接于运动系统(5)；所述运动系统(5)连接于所述阴极(1)并可带动所述阴极(1)移动。

2.根据权利要求1所述具有在线测量功能的电化学加工机床，其特征在于，所述电源(21)以及所述电信号检测装置(2)还和一个变送器(6)串联起来一同通过导线连接于所述工件(3)和所述阴极(1)之间。

3.根据权利要求1所述具有在线测量功能的电化学加工机床，其特征在于，所述电信号检测装置(2)为电流传感器或电压传感器。

4.根据权利要求1所述具有在线测量功能的电化学加工机床，其特征在于，所述阴极(1)为细长针状的针状阴极(11)，在所述针状阴极(11)和所述运动系统(5)之间设置有比所述针状阴极(11)更粗的针状阴极连接杆(111)，所述针状阴极连接杆(111)与所述电源(21)或所述电信号检测装置(2)通过导线连接。

5.根据权利要求1所述具有在线测量功能的电化学加工机床，其特征在于，所述运动系统(5)包括：

与所述控制系统(4)通过导线连接的第一伺服电机(51)；

与所述第一伺服电机(51)通过传动装置连接的第一丝杠(511)；

与所述控制系统(4)通过导线连接的第二伺服电机(52)；以及

与所述第二伺服电机(52)通过传动装置连接的第二丝杠(521)；其中，所述第二丝杠(521)与所述第一丝杠(511)通过连接装置垂直连接。

6.根据权利要求5所述具有在线测量功能的电化学加工机床，其特征在于，所述运动系统(5)还包括：

固定于所述第一丝杠(511)的第一安装板(512)；以及

固定于所述第一伺服电机(51)外部的第二安装板(522)；

其中，所述第一安装板(512)与所述阴极(1)连接固定；所述第二安装板(522)与所述第二丝杆(521)连接，该连接使得所述第二安装板(522)会随着所述第二丝杆(521)的轴向移动而同方向移动。

7.根据权利要求5或6所述具有在线测量功能的电化学加工机床，其特征在于，所述运动系统(5)还包括：

与所述控制系统(4)通过导线连接的第三伺服电机；

与所述第三伺服电机通过传动装置连接的第三丝杠，其中，所述第三丝杆通过连接装置与所述第一丝杆(511)或所述第二丝杆(521)垂直连接。

8.根据权利要求1或5所述具有在线测量功能的电化学加工机床，其特征在于，所述阴极(1)为包括爪身(121)、前爪(122)以及后爪(123)的爪状阴极(12)；其中，所述爪身(121)一端固定于所述运动系统(5)，另一端固定有所述前爪(122)；所述后爪(123)处于所述前爪(122)和所述运动系统(5)之间且固定于所述爪身(121)，所述爪身(121)与所述电源(21)或所述电信号检测装置(2)通过导线连接，所述工件(3)位于所述前爪(122)和所述后爪(123)之间。