CN110039312B - 应用于轴类零件的卧式电化学机械复合加工设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于轴类零件的卧式电化学机械复合加工设备，主要包括托板以及侧壁，该托板是凹槽状构型，轴类工件位于该凹槽内，托板两侧设置有阴极以及磨具用于加工轴类工件；托板的一侧架设在侧壁上的直线导轨且可以滑动，阴极、磨具均可以径向移动；通过该装置，就可以让托板带动阴极、磨具一同轴向移动从而实现对于轴类工件的轴向移动加工，而因为托板是凹槽状，因此可以将电解液积累在凹槽内，从而一方面能够避免电解液对设备的其他部件产生腐蚀，另外一方面也方便对于电解液的回收。

Description

应用于轴类零件的卧式电化学机械复合加工设备

技术领域

本发明专利电化学加工及电化学机械复合加工设备，尤其涉及一种适用于轴类工件表面的电化学及其机械复合加工设备。

背景技术

电化学及其机械复合加工是一种主要依据电化学蚀除原理去除材料的非接触加工方式，具有诸多优点，例如不受工件材料的硬度的影响、在加工中不附加表面残余应力、加工效率高、不存在工具的磨损、成本低等。在难加工材料、形状复杂零件、低刚度零件等领域具有广阔的应用空间。传统的轴类零件电化学加工设备主要通过对普通车床或磨床等设备进行改造实现。由于这些设备不是专门为电化学加工而设计，存在设备固有结构不能适应电化学加工要求、电解液对设备的腐蚀、电源引入困难、部件运动与调整方式单一、运动参数单一等难以满足电化学及其机械复合加工要求的问题。发明一种适用于电化学及其机械复合加工的专用设备十分必要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种应用于轴类零件的卧式电化学机械复合加工设备，主要解决电解液对设备的腐蚀问题以及运动参数单一等问题。

为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种应用于轴类零件的卧式电化学机械复合加工设备，包括用于顶紧轴类工件的第一顶尖和第二顶尖(大多数情况下在第一顶尖和第二顶尖的尖部还设置有用于连接轴类工件的芯轴)，第一顶尖与主轴连接并随之转动，第二顶尖固定于尾座(在电化学加工中，默认还有电源正极与轴类工件导通，一般是将电源正极和主轴连接)，除此之外，该设备还包括托板，托板包括底板、第一垂直板、第二垂直板以及水平板；

底板平放于轴类工件正下方，第一垂直板和第二垂直板分别垂直连接于底板的两条对边(这两条对边是和轴类工件平行的两条对边)从而将轴类工件的径向围住；

水平板沿水平面方向连接于第二垂直板并朝背离第一垂直板的方向延伸；水平板上放置有用于磨削轴类工件表面的磨具，磨具与第一电机通过传动装置连接从而可沿轴类工件的径向移动；

第一垂直板上开设有一个开口，一个阴极伸缩板的前部穿过开口并处于底板正上方；阴极伸缩板的前端设置有用于加工轴类工件的阴极(阴极与电源负极连接)；阴极伸缩板与第二电机通过传动装置连接从而可沿轴类工件的径向移动；

阴极、磨具与轴类工件均处于同一水平面上(如此一来，阴极、磨具才可以对轴类工件进行加工，因为阴极和磨具只能在水平面上沿轴类工件的径向移动)；

该设备还包括垂直于地面的侧壁，侧壁上设置有直线导轨(直线导轨一般倾向于设置两条)，且直线导轨与轴类工件平行；

第一垂直板架设于直线导轨上；托板与第三电机通过传动装置连接从而可沿着直线导轨移动(该移动过程自然是第一垂直板和直线导轨之间的相对移动提供的)。

底板下还设置有电解液回收箱(如此一来可以对电解液进行回收，因为电解液最终都会通过重力沉积到底部)。

尾座连接于直线导轨并可沿直线导轨移动(如此一来，尾座也可以调整第二顶尖的位置，方便于对轴类工件的夹紧)。

尾座上还设置有紧固装置，紧固装置可将尾座固定于直线导轨不动(这个紧固装置可以是紧固螺母等，在需要移动第二顶尖的时候不紧固从而让尾座可以移动，在固定好轴类工件后紧固)。

阴极与磨具的连线垂直于轴类工件(如此一来，在阴极对轴类工件进行加工的时候，阴极和磨具是同时对轴类工件上的同一个地方进行加工的)。

本发明的优点在于，通过设置托板、直线导轨等，轴类工件是处于悬空状态，而当电解液流入阴极和轴类工件后，电解液就会沉入托板底部并通过处于托板下的电解液回收箱进行回收，如此一来电解液就不会对装置的其他部分产生腐蚀等不良影响。而且在这个装置中，阴极和磨具均可沿轴类工件的轴向和径向移动，如此一来就能够满足那些需要调整加工间隙的加工需求。另外，通过用托板同时带动阴极和磨具，就可以保证它们加工的同步，也可以减少磨具移动所需要的电机数量。

附图说明

图1示意了本发明设备的主视图。

图2示意了本发明设备沿图1中沿A-A面的剖面图。

图3示意了本发明设备的俯视图。

图4示意了本发明设备运动驱动原理图。

图5示意了本发明设备的主轴导电机构示意图。

1、第四电机，2、第二电机，3、第一丝杆，4、第三电机，5、手轮，6、齿轮组，7、螺母，8、第二丝杆，9、尾座，10A、主轴顶尖，10B、尾座顶尖， 11、磨具，12、第三丝杆，13、第一电机，14A、主轴卡盘，14B、尾座卡盘，15、水冷装置，16、主轴导电机构，17、主轴，18、皮带，19、风扇，20、阴极，21、芯轴，22、轴类工件，23、直线导轨，24、阴极伸缩板，25、滑块， 26、电解液收集箱，27、托板，271、底板，272、第一垂直板，273、第二垂直板，274、水平板，275、开口，28、电刷，29、固定板，30、旋转板，31、弹簧，32、侧壁，33、辅助尾座板，34、尾座板，35、凹槽，36、电源引入口， 37、直线轴承。

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4所示，首先说明轴类工件22是如何连接到该设备上的。轴类工件22 的两端均安装有一个芯轴21，亦或者在空心的轴类工件22内部安装一根芯轴 21。芯轴21通过位于左方的第一顶尖10A和位于右方的第二顶尖10B分别顶紧，并分别通过主轴卡盘14A以及尾座卡盘14B以及螺杆进行固定。第一顶尖10A 还和主轴17连接并随着主轴17转动。主轴17的转动可通过与第四电机1的连接实现，图中的第四电机1通过皮带18与主轴17相连，但也可以将第四电机1 与主轴17直接相连。

为了给轴类工件22导电，在主轴17上还设置有主轴导电机构16，该主轴导电机构16的介绍如下：

如图5所示，主轴导电机构16由旋转板30、固定板29和电刷28组成，固定板29固定在主轴箱并与主轴箱绝缘，旋转板30通过螺钉与主轴17连接；固定板29上安装弹簧31和电刷28(可通过在固定板上开设卡槽35安装，从而固定板29和弹簧31、电刷28都是相对静止不动的)，电刷28与旋转板30接触，调整旋转板30与固定板29的距离，使弹簧31压缩，使电刷28始终与旋转板30接触并摩擦；电源正极与固定板29上的电源引入口36相连，电源通过固定板29、电刷28、旋转板30、主轴17实现电源传导到轴类工件22。旋转板30 和电刷28摩擦会产生大量的热量，因此设置风扇19安装在旋转板30和电刷28 的上方，水冷装置15安装在旋转板30背离摩擦面的一面。该风扇19始终处于工作状态，实现对旋转板30的冷却，当风扇19的冷却不足以实现旋转板30的冷却时，通过温度传感器的感应，水冷装置15启动工作对旋转板30进行喷水冷却，当旋转板30的温度冷却到正常加工温度，水冷装置15停止工作。

如图1至图3所示，轴类工件22(图中未画出，且还通过芯轴21固定)被固定在图中的第一顶尖10A和第二顶尖10B之间，且被托板27包围，接下来主要阐述托板27的构造：

托板27包括底板271、第一垂直板272、第二垂直板273以及水平板274；底板271平放于轴类工件22正下方，第一垂直板272和第二垂直板273分别垂直连接于底板271的两条对边(这两条对边是和轴类工件22平行的两条对边) 从而将轴类工件22的径向围住；

水平板274沿水平面方向连接于第二垂直板273并朝背离第一垂直板272 的方向延伸；水平板274上放置有用于磨削轴类工件22表面的磨具11，磨具 11与第一电机13通过第三丝杆12连接从而可沿轴类工件22的径向移动；

第一垂直板272上开设有一个开口275，一个阴极伸缩板24的前部穿过开口275并处于底板271正上方；阴极伸缩板24的前端设置有用于加工轴类工件 22的阴极20；阴极伸缩板24与第二电机2通过传动装置连接从而可沿轴类工件22的径向移动；

阴极20、磨具11与轴类工件22均处于同一水平面上；且阴极20与磨具 11的连线垂直于轴类工件22。

该设备还包括垂直于地面的侧壁32，侧壁32上设置有两条直线导轨23，且两条直线导轨23均与轴类工件22平行；

第一垂直板272通过滑块25架设于直线导轨23上；托板27与第三电机4 通过传动装置连接从而可沿着直线导轨23移动，该传动装置是这样的：在侧壁 32内开设一个平行于直线导轨23的滑道，将第一丝杆3插入该滑道，第一丝杆 3和第三电机4连接从而能够转动，在第一丝杆3上套接一个直线轴承37，该直线轴承37与第一垂直板272的一侧边缘连接，从而能够带动第一垂直板272 移动，进而带动整个托板27的移动。

底板271下还设置有电解液回收箱26，如此一来可以对电解液进行回收，因为电解液最终都会通过重力沉积到底部。

尾座9连接于直线导轨23并可沿直线导轨移动，还可设置有紧固装置，紧固装置可将尾座9固定于直线导轨23上不动；紧固装置可以是紧固螺母，而更具体的可以通过尾座板34进行连接，也可通过辅助尾座板33进行紧固，且还能实现微调，具体如下：

尾座9固定于一个尾座板34上，尾座板34也通过类似于滑块25的滑块连接于直线导轨23并可沿直线导轨23移动；尾座板34后方还设置有一个辅助尾座板33，该辅助尾座板33也可以沿着直线导轨23滑动，并且该辅助尾座板33 上设定有固定块或者固定螺母等装置，从而能够通过该装置直接固定在直线导轨23上不能移动。除此之外，在该辅助尾座板33上还设置有螺母7，第二丝杆 8穿过该螺母7，且另一端连接于尾座9。第二丝杆8上连接有齿轮，该齿轮与齿轮组6啮合，齿轮组6与手轮5连接，从而可通过手轮5的转动实现第二丝杆8的移动，从而带动尾座9移动。使用时，移动尾座板34和辅助尾座板33，直到第二顶尖10B顶紧芯轴21后，将辅助尾座板33固定在直线导轨23上，同时转动手轮5就可以进行微调。也就是说该手轮5、齿轮组6等的设定是为了微调用的。一般来说是往拉伸轴类工件22的方向移动，从而让轴类工件22在加工过程中不易被弯曲。

本发明在工作时，轴类工件22安装在两根芯轴21之间亦或是一根芯轴21 上，转动尾座9上的手轮5，使尾座9反向移动施加轴类工件22轴向拉力，实现轴类工件22的定位夹紧；加工过程中通过第二电机2调节阴极20与轴类工件22的电化学加工间隙，第一电机13转动调整磨具11使磨具11与轴类工件 22接触，第三电机4的转动实现阴极20与磨具11沿着轴类工件22轴向移动(通过托板27带动)，实现电化学及其机械复合加工，加工过程中主轴导电机构16 附近设置的风扇19始终处于工作状态，实现冷却，当风扇19的冷却不足以实现主轴导电机构16的冷却时，水冷装置15启动工作对其进行喷水，当主轴导电机构16的温度冷却到正常加工温度，水冷装置15停止工作。

本发明中的电机可以是伺服电机，也可以换成其他电机来代替，齿轮组换向可以用蜗轮蜗杆等可以实现换向的其他机构替代；电机与设备主轴之间连接可以采用其他的连接方式替代。

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 (5)

1.一种应用于轴类零件的卧式电化学机械复合加工设备，包括用于顶紧轴类工件(22)的第一顶尖(10A)和第二顶尖(10B)，所述第一顶尖(10A)与主轴(17)连接并随之转动，所述第二顶尖(10B)固定于尾座(9)，其特征在于，该设备还包括托板(27)，所述托板(27)包括底板(271)、第一垂直板(272)、第二垂直板(273)以及水平板(274)；

所述底板(271)平放于所述轴类工件(22)正下方，所述第一垂直板(272)和所述第二垂直板(273)分别垂直连接于所述底板(271)的两条对边，所述两条对边平行于所述轴类工件(22)；

所述水平板(274)沿水平面方向连接于所述第二垂直板(273)并朝背离所述第一垂直板(272)的方向延伸；所述水平板(274)上放置有用于磨削所述轴类工件(22)表面的磨具(11)，所述磨具(11)与第一电机(13)通过传动装置连接从而可沿所述轴类工件(22)的径向移动；

所述第一垂直板(272)上开设有一个开口(275)，一个阴极伸缩板(24)的前部穿过所述开口(275)并处于所述底板(271)正上方；所述阴极伸缩板(24)的前端设置有用于加工所述轴类工件(22)的阴极(20)；所述阴极伸缩板(24)与第二电机(2)通过传动装置连接从而可沿所述轴类工件(22)的径向移动；

所述阴极(20)、所述磨具(11)与所述轴类工件(22)均处于同一水平面上；

该设备还包括垂直于地面的侧壁(32)，所述侧壁(32)上设置有直线导轨(23)，且所述直线导轨(23)与所述轴类工件(22)平行；

所述第一垂直板(272)架设于所述直线导轨(23)上；所述托板(27)与第三电机(4)通过传动装置连接从而可沿着所述直线导轨(23)移动；

所述主轴(17)上还设置有主轴导电机构(16)，所述主轴导电机构(16)由旋转板(30)、固定板(29)和电刷(28)组成，所述固定板(29)固定在主轴箱并与主轴箱绝缘，所述旋转板(30)通过螺钉与所述主轴(17)连接；

所述固定板(29)上安装弹簧(31)和电刷(28)，所述电刷(28)与所述旋转板(30)接触，调整所述旋转板(30)与所述固定板(29)的距离，使所述弹簧(31)压缩，使所述电刷(28)始终与所述旋转板(30)接触并摩擦；

电源正极与所述固定板(29)上的电源引入口(36)相连，电压通过所述固定板(29)、所述电刷(28)、所述旋转板(30)、所述主轴(17)传导到所述轴类工件(22)；

风扇(19)安装在所述旋转板(30)和所述电刷(28)的上方，水冷装置(15)安装在所述旋转板(30)背离摩擦面的一面；

所述风扇(19)始终处于工作状态，实现对旋转板(30)的冷却，当所述风扇(19)的冷却不足以实现所述旋转板(30)的冷却时，通过温度传感器的感应，所述水冷装置(15)启动工作对所述旋转板(30)进行喷水冷却；当所述旋转板(30)的温度冷却到正常加工温度，所述水冷装置(15)停止工作。

2.根据权利要求1所述应用于轴类零件的卧式电化学机械复合加工设备，其特征在于，所述底板(271)下还设置有电解液回收箱(26)。

3.根据权利要求1所述应用于轴类零件的卧式电化学机械复合加工设备，其特征在于，所述尾座(9)架设于所述直线导轨(23)并可沿所述直线导轨(23)移动。

4.根据权利要求3所述应用于轴类零件的卧式电化学机械复合加工设备，其特征在于，所述尾座(9)上还设置有紧固装置，所述紧固装置可将所述尾座(9)固定于所述直线导轨(23)不动。

5.根据权利要求1所述应用于轴类零件的卧式电化学机械复合加工设备，其特征在于，所述阴极(20)与所述磨具(11)的连线垂直于所述轴类工件(22)。

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